(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機の空力表面のための防除氷システムを提供する。【解決手段】航空機の空力表面は、流れに面する側１２０と、流れに面する側とは反対側の内部に面する側１３０とを有し、防除氷システム１４０は、表面に配置するように構成された有孔シート１７０と、有孔シートに接続された熱源と、熱源によって溶かされた氷１３５を有孔シートと熱源とを通って吸い上げるように配置された吸引源１６０とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の空力表面のための防除氷システムであって、前記表面は、流れに面する側と、流れに面する側と反対側の内部に面する側とを有し、前記システムは、
前記表面に配置するように構成された有孔シートと、
前記有孔シートに接続された熱源と、
前記熱源によって溶かされた氷を前記有孔シートと前記熱源とを通して吸い上げるように配置された吸引源と
を含む、防除氷システム。
【請求項２】
前記熱源は、有孔シートと一体になった、請求項１に記載の防除氷システム。
【請求項３】
前記熱源は、前記有孔シートと前記吸引源との間に延びる排水孔を含む、請求項２に記載の防除氷システム。
【請求項４】
前記防除氷システムは、前記有孔シートの内部側にハニカム支持構造を含む、請求項３に記載の防除氷システム。
【請求項５】
前記防除氷システムは、前記ハニカム支持構造の内部に面する側に集水器を含む、請求項４に記載の防除氷システム。
【請求項６】
前記吸引源は、前記集水器に流体接続されるポンプである、請求項５に記載の防除氷システム。
【請求項７】
前記防除氷システムは、前記集水器の内部に面する側に剛性シェルを含む、請求項６に記載の防除氷システム。
【請求項８】
前記防除氷システムは、前記構成部品の前縁に結合される、請求項７に記載の防除氷システム。
【請求項９】
前記構成部品は、ナセル、または、翼及び尾部の航空機操縦翼面である、請求項８に記載の防除氷システム。
【請求項１０】
前記構成部品は、翼及び尾部である、請求項８に記載の防除氷システム。
【請求項１１】
空力システムの構成部品の表面の防除氷システムを用いて着氷を防ぐ方法であって、前記表面は、流れに面する側と、流れに面する側の反対側の内部に面する側とを有し、
前記防除氷システムの熱源を用いて、前記表面を加熱することと、
前記熱源の内部に面する側で、吸引源を用いて吸引を行って、前記表面を加熱することによって溶かした水を、前記熱源を通って集水器に吸い上げることと、
を含む、前記方法。
【請求項１２】
前記熱源の流れに面する側は、有孔シートを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱源は、前記有孔シートと前記吸引源との間に延びる排水孔を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記防除氷システムは、前記有孔シートの内部側にハニカム支持構造を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記防除氷システムは、前記ハニカム支持構造の内部に面する側に集水器を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記吸引源は、前記集水器に流体接続されたポンプである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記防除氷システムは、前記集水器の内部に面する側に剛性シェルを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記防除氷システムは、前記構成部品の前縁に結合される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記構成部品はナセルである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記構成部品は翼である、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示の実施形態は、空力システムの構成部品の除氷の技術に関し、より詳細には、ナセルの外板と操縦翼面の防除氷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０１８年７月１１日出願のインド出願第２０１８１１０２５９１４号の利益を主張し、参照により、その全体を本明細書に組み込む。
【０００３】
安全性は、航空機に適用する設計または推進システムの一番の関心事である。航空機の翼、プロペラ、エンジンの吸気口等への着氷は、重航空機の飛行の当初より問題であった。氷の堆積によって、かなりの重量が追加され、翼型または吸気口構成が変わり、それによって、航空機の飛行がいっそう難しくなり、場合によっては、航空機が失われた。ジェット機の場合には、エンジン吸気口の筐体の前縁から剥がれた大きい氷片が、流路にわたって延び作動流体または他の内部エンジン部品と接触する回転するファンや圧縮機翼に重大な損傷を与えることがあり、エンジンの故障の原因となり得る。
【０００４】
航空機の着氷の問題及び危険性を克服するための多くの試みがなされてきた。航空機の推進システムのナセルの入口エリアの防氷システムは、航空機業界では、かなりの量の研究と開発の焦点となってきた。例えば、外側表面を機械的に振動させて氷を壊して剥がす提案、または、航空機の外板で電磁パルスを発生させて氷を壊して剥がす提案が行われてきた。しかしながら、これらのシステムは、重く複雑な傾向があり、着氷を防ぐというより、既にできた氷を除去するだけである。
【０００５】
航空機の着氷しやすいエリアを加熱することが、何度も提案されてきた。提案された加熱スキームは、マイクロ波加熱から外板の孔を通した高温ガスのフィード、また、表面の抵抗加熱によって着氷しやすい表面の近くで燃料を実際に燃やすことに及ぶ。
【０００６】
最も一般的な防氷技術の１つは、着氷しやすいエリア近くの筐体内にダクトを通して高温ガスを注入することである。このような高温ガス技術を記載する特許のうち典型的なものは、特許文献１〜４である。各々の場合において、高温ガス導管は、ジェットエンジン筐体の前縁または翼前縁等、筐体に単に高温ガスを入れるだけである。これらのシステムは、有用な場合も多いが、高温ガスダクトシステムの複雑さのために、完全に有効とは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３０５７１５４号明細書
【特許文献２】米国特許第３９２５９７９号明細書
【特許文献３】米国特許第３９３３３２７号明細書
【特許文献４】米国特許第４２５０２５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さらに、既知の技術を用いると、溶けた氷が、水膜として落ちる場合があり、加熱器の下流で氷のランバックを形成し得る。ランバックは、空気力の下で、例えば、エンジンコア内に落ちることがある。ガスタービンエンジンにおいては、ランバックは、コアへの着氷、構成部品の衝撃損傷、及び、エンジンのフレームアウトにつながり得る。翼上では、ランバックの氷は、空力形状、ひいては、空力性能に悪影響を与え得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
航空機の空力表面のための防除氷システムを開示する。表面は、流れに面する側と、流れに面する側の反対側の内部に面する側とを有し、システムは、表面に配置するように構成された有孔シートと、有孔シートに接続された熱源と、熱源によって溶かされた氷を、有孔シートと熱源を通って吸い上げるように配置された吸引源とを含む。
【００１０】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、熱源は、有孔シートと一体になっている。
【００１１】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、熱源は、有孔シートと吸引源との間に延びる排水孔を含む。
【００１２】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、防除氷システムは、有孔シートの内部側にハニカム支持構造を含む。
【００１３】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、防除氷システムは、ハニカム支持構造の内部に面する側に集水器を含む。
【００１４】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、吸引源は、集水器に流体接続されたポンプである。
【００１５】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、防除氷システムは、集水器の内部に面する側に剛性シェルを含む。
【００１６】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、防除氷システムは、防除氷システムの前縁に結合される。
【００１７】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、構成部品は、ナセル、または、翼もしくは尾部の航空機操縦翼面である。
【００１８】
上に開示した特徴及び要素の１つまたは複数に加えて、または、その代わりとして、構成部品は、翼または尾部である。
【００１９】
空力システムの構成部品の表面の防除氷システムを用いて着氷を防ぐ方法をさらに開示する。表面は、流れに面する側と、流れに面する側の反対側の内部に面する側とを有し、方法は、防除氷システムの熱源を用いて表面を加熱することと、熱源の内部に面する側で吸引源を用いて吸引を行って、表面を加熱することによって溶けた水を、熱源を通って集水器に吸い上げることとを含む。
【００２０】
以下の記載は、いかなる点においても制限とみなすべきではない。添付図面を参照すると、類似の要素は類似の番号を付されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態を実施できる空力表面を含む航空機の斜視図である。
【図２Ａ】本開示による、防除氷システムが結合される空力システムの１つまたは複数の構成部品を示す図である。
【図２Ｂ】本開示による、防除氷システムが結合される空力システムの１つまたは複数の構成部品を示す図である。
【図３】本開示による、防除氷システムの図である。
【図４】本開示による、防除氷システムの一部分の図である。
【図５】本開示による、防除氷システムの別の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
開示の装置及び方法の１つまたは複数の実施形態の詳細な記載を、図面を参照して制限ではなく、例示として、本明細書に提示する。  
【００２３】
図１は、ナセル２０によって取り囲まれた（または、ナセル２０内に搭載された）航空機エンジンを有する民間航空機１０の例を示す。航空機１０は、２つの翼２２を含み、各翼は、１つまたは複数のスラット２４と１つまたは複数のフラップ２６とを含み得る。航空機は、補助翼２７、スポイラ２８、水平安定板トリムタブ２９、水平安定板３０、方向舵３１、及び、垂直安定板３２（集合的に尾部と呼ばれる尾部構造）をさらに含んでよく、これらは、それぞれ、航空機の電力系のもとで可動であるので、典型的に、「操縦翼面」と呼ばれてよい。翼の前縁とナセルとは、特に着氷を起こしやすい。
【００２４】
図２Ａ、２Ｂ、及び、３を参照すると、空力システムの構成部品１００が開示されている。これらは、例えば、航空機エンジンのためのナセル２０、または、翼２０の前縁、または、翼２０の任意の操縦翼面であってよい。一般的に、構成部品１００は、表面１１０を含んでよい。表面１１０は、流れに面する側１２０と、流れに面する側１２０の反対側の内部に面する側１３０とを有してよい。表面１１０は、防除氷システム１４０に接続されてよい。防除氷システム１４０を、例えば、使用して、表面１１０上に堆積し得る氷の層１３５を動的に防止及び／または溶かしてよい。
【００２５】
防除氷システム１４０は、熱源１５０を含んでよく、熱源１５０は、流れに面しており、構成部品１００の保護されたゾーンに配置される。ここで、表面１１０は、有孔であって、熱が表面を通って伝わるのを可能にする。熱源は、電気であってよいが、防除氷システム１４０の場所に応じて、他の熱源も利用可能であってよい。例えば、抽気と呼ぶことができるエンジンから抽出された空気を用いて熱を得てよい。
【００２６】
吸引源１６０は、表面内に配置されてよく、流れに面する側１２０から内部に面する側１２０に流体を引き入れてよい。図３に示すように、熱源１５０は、吸引源１６０より表面に近い。吸引源１６０は、動力ポンプであってよいが、防除氷システム１４０の場所に応じて、他の吸引源も利用可能であってよい。例えば、エンジン内の、または、エンジン周囲の低圧の場所に接続された導管によって吸引を行ってよい。
【００２７】
図３に示す一実施形態においては、防除氷システム１４０は、熱源１５０の流れに面する側に、有孔シート１７０を含んでよい。一実施形態においては、熱源１５０は、少なくとも部分的に有孔であり、溶けた氷が熱源１５０の流れの側と熱源１５０の内部に面する側との間を移動するのを可能にする。一実施形態においては、防除氷システムは、熱源１５０に排水孔１８０を含んでよい。排水孔１８０は、有孔シート１７０と吸引源１６０との間に延びてよい。
【００２８】
図４及び図５を参照すると、一実施形態においては、防除氷システム１４０は、ハニカムセル支持構造１９０を含んでよい。ハニカムセル支持構造１９０は、その流れに面する側で、熱源１５０と有孔シート１７０とを支持してよい。
【００２９】
防除氷システム１４０は、ハニカムセル支持構造１９０の内部に面する側に集水器２００を含んでよい。集水器は、溶けた氷の層１３５から生じる水を集めてよい。集められた水は、例えば、冷却に用いられてよい。
【００３０】
一実施形態においては、防除氷システム１４０は、集水器２００の内部側に剛性シェル２１０を含む。剛性シェル２１０は、防除氷システム１４０を固定的に支持する硬質壁シートであってよい。
【００３１】
図２を参照すると、構成部品１００は、ナセル、または、翼等の空力システムの操縦翼面であってよく、それらに防除氷システム１４０が結合されている。しかしながら、気流にさらされることにより着氷し得るエンジンまたは航空機の他の構成部品も本開示の範囲内である。表面１１０は、例えば、ナセル１００の前縁の外板、すなわち、吸気リップ２２０であってよい、または、翼のスラット上等の前縁であってよい。
【００３２】
上に開示の実施形態は、例えば、ナセル１００の前縁または１つまたは複数の除氷ゾーンの有孔の加熱器１５０を通して溶けた氷／水の流れを排水することによって、氷のランバックを低減／排除し得る。開示の実施形態は、例えば、ナセル１００の保護されたゾーン及び保護されていないゾーンに、１つまたは複数の排水孔１８０を備えて、溶けた氷１３５から生じた水膜を取り除いてよい。１つまたは複数の排水孔１８０は、有孔の加熱器１５０を備えてよく、外部吸引機構１６０は、溶けた流れを排水してよい。吸引源１６０は、加熱器１５０と共に作動されてよく、排水された水は、貯水及び／または廃棄されてよい。実施形態は、ランバック氷を低減及び／または排除してよく、空力性能を改良、抗力を低減、及び、燃料効率を向上し得る。さらに、実施形態は、エンジンの下流の表面で水及び氷との接触が減ることにより、下流の熱要件を（電力及び摩耗）を低減し得る。
【００３３】
「約」という語は、出願時に利用可能な機器に基づいて、特定の量の測定に関連する誤差の程度を含むことを意図している。
【００３４】
本明細書で使用する技術用語は、特定の実施形態の記載を目的としており、本開示の制限を意図してはいない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうでないと示さない限り、複数形も含むものとする。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される時、記載の特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または、構成部品の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、及び／または、それらのグループの存在または追加を排除しないこともさらに理解されよう。
【００３５】
例示の実施形態を参照して本開示を記載したが、本開示の範囲を逸脱せずに、様々な変更を行ってよく、また、実施形態の要素を同等の要素で置き換えてよいことを当業者は理解されよう。さらに、本開示の必須の範囲を逸脱せずに、個々の状況または材料を本開示の教示に適合させるために多くの修正を行ってよい。よって、本開示は、本開示を実行するために企図されたベストモードとして開示された特定の実施形態に制限されず、請求項の範囲内にある全ての実施形態を含むことを意図している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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