(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後縁、前縁、内端、外端、吸込み側と一致する上面、および圧迫側と一致する底面と、
横断面において、翼弦線を有する翼形であって、前記翼弦線は当該翼形の前記前縁と前記後縁との間の直線によって画定される、翼形と、
前記翼弦線と直交する、前記内端から前記外端に向かって延びるスパン方向と、
を備え、
前記前縁が、
前記内端と前記外端との間のキンクであって、付加的な揚力をもたらすキンク渦を生成するキンクと、
前記キンクに向かって延びる前記内端と前記外端との間の前方スイープ部であって、前記スパン方向に対して５°〜４０°の前方角を呈する前方スイープ部と、
前記キンクから延びる前記キンクと前記外端との間の後方スイープ部であって、前記スパン方向に対して−５°〜−４０°の後方角を呈する後方スイープ部と、
をさらに含む、入射流から揚力を生成するための翼において、
前記上面が、前記生成されたキンク渦を妨げることにより前記揚力を制御するための流量制御手段を備え、
前記流量制御手段は、前記後方スイープ部と前記後縁との間に少なくとも部分的に位置し、
前記流量制御手段は、後縁の前に位置すると共に、前記翼の前記後縁の一部ではない、ことを特徴とする、翼。
【請求項２】
前記キンクの角度が１８０°未満である、請求項１に記載の翼。
【請求項３】
前記流量制御手段は、前記上面によって取り囲まれる、請求項１又は２に記載の翼。
【請求項４】
前記流量制御手段が、前記キンクと前記外端との間の前縁部の後方に完全に位置する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の翼。
【請求項５】
前記流量制御手段が、前記前縁と、前記前縁及び前記後縁の中間にある基準線との間に位置する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の翼。
【請求項６】
前記流量制御手段がヒンジ付き表面を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の翼。
【請求項７】
前記ヒンジ付き表面が前記上面の５分の１未満である、請求項６に記載の翼。
【請求項８】
前記ヒンジ付き表面が前記上面の１０分の１を超える部分を覆う、請求項６又は７に記載の翼。
【請求項９】
前記内端において前記翼形が上反りにされ、前記外端において前記翼形が半対称である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の翼。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の翼を少なくとも１つ備える空中輸送手段であって、
フレームと、
前記フレームに対して前記少なくとも１つの翼を羽ばたかせるための羽ばたき機構と、をさらに備える空中輸送手段。
【請求項１１】
前記翼が、前記上面と前記底面との間に配置された流量制御アクチュエータをさらに備える、請求項１０に記載の空中輸送手段。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の翼を少なくとも１つ備える回転翼用の羽根であって、
前記流量制御手段が前記入射流を妨げるための通気孔を含む、回転翼用の羽根。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の翼の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射流から揚力を生成するための翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
翼は、現況技術でよく知られており、様々な目的で揚力を生成するために使用されることができる。
【０００３】
航空機などの空中輸送手段では、揚力を生成するとともに空中輸送手段を安定させかつ制御するために、翼が使用される。従来の航空機は、胴体と、揚力を与えるための、胴体に取り付けられた主翼と、主に安定性および制御を与えるための、空中輸送手段の後部に設けられた水平尾翼及び垂直尾翼と、を備える。
【０００４】
空中輸送手段を制御するために、これらの翼は、翼の上を流れる入射流に影響を与えるために制御手段を備えることができる。従来の制御手段は、例えば、補助翼、フラップ、スポイラ、またはそれらを組み合わせたものである。これらの制御手段は、翼の揚力が変化するように翼の上の流れを妨げて、力の変化を引き起こす。この揚力の変化により、空中輸送手段はピッチング、ヨーイング、またはローリングをすることができるようになる。
【０００５】
効率的なピッチ、ヨー、およびロールのためには、制御手段は揚力の十分な変化を作り出さなければならない。このため、制御手段は比較的大きい表面積をもつことになる。これらの制御手段を作動させるためには、翼の質量に比べて有意に重い機構が必要である。
【０００６】
露国特許公開第２，２６６６，２３３号明細書に開示されているような大型航空機の場合、制御手段は、翼の後縁付近に位置し、翼のスパンに沿って延びる。
【０００７】
小型の空中輸送手段、特に無人の空中輸送手段（ＵＡＶ）の場合、制御用の代替手段が使用される。国際公開第２００８／１２５８６８号パンフレットは、調整可能な翼を有するＵＡＶを示している。主翼のスイープ（ｓｗｅｅｐ）およびスパンは、ローリングおよびヨーイングするために調整可能である。翼を調整するための機構は、複雑であり、翼の中に様々な桁、アクチュエータおよびヒンジを備える。これにより重量が増大し、したがってＵＡＶの総合的な性能が低下する。
【０００８】
これらの翼の欠点は、翼の揚力の十分な変化をもたらすために比較的重い精巧な制御手段が必要となりうることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一目的は、上記の欠点のうちの少なくとも１つを除去すること、または、使用可能な代替手段を提供することである。
【００１０】
特に、本発明の一目的は、揚力に対する十分な制御性を保つ翼の重量を軽くすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、本発明の目的は、後縁、前縁、内端、外端、吸込み側と一致する上面、および圧迫側と一致する底面を含む、入射流から揚力を生成するための翼を提供することによって達成される。
【００１２】
「揚力」は、翼に作用する入射流によって生成された任意の力と定義されることができる。
【００１３】
入射流は任意の流体で構成することができる。流体は、任意の組成の気体または液体とすることができる。例えば、気体は空気とすることができ、あるいは液体は水、特に海水とすることができる。
【００１４】
入射流は、流体が翼に対して移動することから生じることができる。あるいは、入射流は、翼が流体に対して移動することから生じることもできる。
【００１５】
前縁は翼の前端に位置しており、流れを、上面をたどる流れと底面をたどる流れとに分離する。
【００１６】
後縁は翼の後端に位置しており、分離された流れは上面および底面の上を通過してから後縁で合流する。
【００１７】
翼の内端は翼の根端に面することができる。外端は翼の先端に面することができる。前縁、後縁、内端および外端は上面および底面を取り囲み、上面および底面は分離された面になる。
【００１８】
翼は、横断面において、翼形の前縁と後縁との間の直線によって画定される翼弦線を有する翼形をさらに含む。
【００１９】
翼形は断面で見られる翼の形状である。翼形は任意の形状とすることができる。翼形の形状は、翼形の形状に応じて揚力分布を提供する。翼形はよく知られており、翼形の形状はＮＡＣＡ番号で表されることが多い。
【００２０】
翼形は、上面が底面での圧力より低い圧力になる吸込み側と一致するように設計される。底面は、上面での圧量より高い圧力になる圧迫側と一致する。
【００２１】
翼形は、上面の上の前縁と後縁との間の距離が底面の上の前縁と後縁との間の距離より大きくなるように、上反りにされることが好ましい。
【００２２】
これは、翼が揚力を生成することができるという利点を有する。さらなる利点は、上反りにされた翼形が、上面と底面との間に収納に使用されうる容積を与えることができることである。例えば、この容積は、ケーブルおよびワイヤを案内しかつ／または制御サーボなどの制御機構を置くために使用されることができる。
【００２３】
断面で見られるように、揚力は入射流に対する翼の迎え角によっても生成されうる。迎え角は、翼の翼弦線と、翼と入射流との間の相対運動を表すベクトルと、の間の角度である。
【００２４】
翼は、翼弦線と直交する、内端から外端に向かって延びるスパン方向も含む。
【００２５】
正のスパン方向は、内端から外端に向かって外に向けられる。
【００２６】
前縁は、内端と外端との間のキンク（ｋｉｎｋ）を含む。
【００２７】
キンクは、１８０°未満の角度を有するとともに、翼弦線と平行な前進方向を指す形状を有することが好ましい。前進方向は、後縁から前縁に向かって延びる。
【００２８】
入射流が前縁のキンクに達したときに、翼の上面をたどるキンク渦が生成される。キンク渦はスピニング流れ（ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｆｌｏｗ）である。スピニング流れは乱流または層流でもよい。キンク渦は、内端に面している側でキンクを通過する流れが外端に面している側を通過する流れとは異なる圧力を有するので、生成されることができる。キンク渦は、流れと上面との間の流れの分離を遅らせる。さらに、キンク渦は、流れがスピニングするためにより大きなエネルギーを含んでいるので、キンク渦は上面に付着し、後縁に向かって上面をたどる。キンク渦は上面に付加的な表面を形成する。このことは、キンク渦を覆う層流をもたらすことができる。層流は、キンク渦が存在しなかったときに比べて前縁から後縁に向かってより長い距離を移動しなければならない。これにより上面と底面との間の圧力差が大きくなり、付加的な揚力をもたらす。
【００２９】
前縁は、スパン方向に対して０°〜９０°の角度を呈する、キンクに向かって延びる内端とキンクとの間の前方スイープ部をさらに含む。
【００３０】
前縁は、キンクに向かって延び、かつ、内端に面している前方スイープ部を含む。正の延長部が内端からキンクに向かって画定され、前進方向にスパン方向と正の角度を成す。前進方向は、流れの上流側、すなわち後縁から前縁に向かう方向を指す。
【００３１】
別の実施形態では、スパン方向に対する前方スイープ部の角度は０°〜６０°であり、別の実施形態では０°〜４５°であり、別の実施形態では０°〜３０°であり、別の実施形態では５°〜３０°である。
【００３２】
前縁は、スパン方向に対して０°〜−９０°の角度を呈する、キンクから延びるキンクと外端との間の後方スイープ部を含む。
【００３３】
前縁は、キンクから外端に向かって延びる後方スイープ部を含む。正の延長部がキンクから外端に向かって画定され、後退方向にスパン方向と負の角度を成す。後退方向は、流れの下流側、すなわち前縁から後縁に向かう方向を指す。
【００３４】
別の実施形態では、スパン方向に対する後方スイープ部の角度は０°〜−６０°であり、別の実施形態では０°〜−４５°であり、別の実施形態では０°〜−３０°であり、別の実施形態では−５°〜−３０°である。
【００３５】
上面は、キンクと外端との間の前縁部の間に少なくとも部分的に位置し、かつ、前縁と後縁との間に位置する、揚力を制御するための流量制御手段を備える。
【００３６】
キンクの角度は１８０°未満であること、すなわち、前方スイープ部と後方スイープ部との間の角度は１８０°未満であることが好ましい。
【００３７】
付加的な揚力をもたらすことができるキンク渦が生成されうることが有利である。
【００３８】
キンク渦中に流量制御手段を置くことにより、付加的な揚力は流量制御手段によって制御されることができる。キンク渦は付加的な揚力を生成するので、流量制御手段を用いてキンク渦を妨げることは、揚力の変化をもたらすという点で最適となりうる。
【００３９】
キンクによって生成されたキンク渦はキンクの下流側の上面をたどるので、流量制御手段を前縁と後縁との間に、すなわち前縁部の後方に置くことが最適となりうる。「後方」は、後縁に向かう下流側と定義される。前縁部は、キンクと外端との間を外端に向かって延びる。
【００４０】
流れを制御することにより、具体的には、流量制御手段を用いてキンク渦を妨げることにより、揚力の変化は最適に生成されることができる。翼形によって生成される揚力が制御されうるだけでなく、キンク渦によって生成される付加的な揚力も制御されうる。これにより、揚力の同じ変化を生成するために必要な流量制御手段は、流量制御手段がキンク渦の外側に位置する場合に比べて小さくすることができる。流量制御が小さくなることにより、揚力の変化に対する十分な制御性を保ちながら、重量を減じ、複雑性を減少し、かつコストを低減することができる。
【００４１】
流量制御手段は、ヒンジ付き表面を含むことが好ましい。
【００４２】
第１の位置にあるヒンジ付き表面は、上面と共に滑らかな表面を形成する。第１の位置では、入射流には上面にでこぼこが見えず、流れは上面をたどることができる。ヒンジ付き表面は回転されて第２の位置とすることができ、ヒンジ付き表面は上面を妨げる。例えば、第２の位置にあるヒンジ付き表面は、上面と共に０°より大きい角度を成す。キンク渦には上面にでこぼこが見えて、キンク渦が妨げられ、キンク渦から付加的な揚力をもたらさない翼になる。したがって、第２の位置では揚力の変化が起こり、揚力を減少させる。このことは、後縁のフラップまたは補助翼が不要となりうるように、揚力の変化がヒンジ付き表面を使用することによって制御されうるという利点を有する。
【００４３】
前方スイープ部は後方スイープ部より急勾配であることが好ましい。このため、キンクは外端よりも内端の近くに位置することになる。このことは、キンクのところで生成されたキンク渦が後縁および外端に向かって上面をたどることができるという利点を有する。外側に移動するキンク渦は、より高い付加的な揚力をもたらすことができる。
【００４４】
一実施形態では、流量制御手段は後縁の前に位置する。「前に（ｂｅｆｏｒｅ）」は、後縁に対して上流側の前縁に向かう流れと定義される。したがって、流量制御手段は前縁と後縁との間に位置する。流量制御手段は上面によって取り囲まれる。流量制御手段は翼の後縁の一部ではない。
【００４５】
このことは、流量制御手段は、流量制御手段がキンクからさらに離れて位置する場合に比べてより小型かつ軽量になりうるという利点を有する。流量制御手段はキンク渦の起点により近接し、付加的な揚力の制御がより効果的になる。これにより、揚力に対して同じまたは十分な制御性を保ちながら、必要な流量制御手段を小さくすることができる。
【００４６】
一実施形態では、キンクは内端と外端との間の直線の実質的に３分の１のところに位置し、直線はスパン方向と平行である。
【００４７】
この直線の３分の１のところにキンクを配置すると、前方スイープ部は後方スイープ部より急勾配になる。これにより、キンク渦は、上面を外端に向かって、すなわちそれほど急勾配でない後方スイープ部に向かってたどることになる。このことは、キンク渦が外端の方へ向けられることができ、上面をたどるのに十分なスペースが利用可能となりうるという利点を有する。キンク渦が上面をたどる長さが長くなるほど、生成されうる付加的な揚力が大きくなる。この実施形態では、キンクの位置は、キンク渦によって生成される付加的な揚力を最適なものにするとともに、揚力の最適な変化が流量制御手段によって制御されうるという利点を有する。
【００４８】
別の実施形態では、前方スイープ部は、スパン方向に対して５°〜４０°の前方角を呈する。
【００４９】
この範囲の角度は、この範囲の角度により、有意なキンク渦、すなわち上面をたどるのに十分なエネルギーを含むことができるキンク渦を生成できることになるという利点を有する。
【００５０】
別の実施形態では、後方スイープ部は、スパン方向に対して−５°〜−４０°の後方角を呈する。
【００５１】
この範囲の角度は、この範囲の角度により、有意なキンク渦、すなわち上面をたどるのに十分なエネルギーを含むことができるキンク渦を生成できることになるという利点を有する。
【００５２】
別の実施形態では、流量制御手段は、キンクと外端との間の前縁部の後方に完全に位置する。
【００５３】
したがって、上面に含まれる流量制御手段は、外側に、すなわちキンクから見て外端の方に位置する。
【００５４】
このことは、外側へ移動するキンク渦にとって特に有利である。この渦の場合、内側に、すなわちキンクから見て内端の方に部分的に位置する流量制御手段を有する必要はない。このことは、流量制御手段が揚力に対する十分な制御性を保ちながら重量を軽くすることができるという利点を有する。
【００５５】
流量制御手段が、前縁と、前縁及び後縁の中間にある基準線との間に位置する、前記請求項の一項に記載の翼。
【００５６】
基準線は上面を前縁と後縁との間で分割する。流量制御手段を基準線と前縁との間に配置すると、流量制御手段は後縁よりも前縁に近接する。このことは、キンク渦がキンクの比較的近くで妨げられうるという利点を有する。キンク渦は前縁から後縁に向かって下流に移動するので、キンク渦は流量制御手段によって比較的早く妨げられることができる。このことは、キンク渦が流量制御手段の上を移動せず、その結果、揚力の制御性の効果が低下しうるというリスクを低減することができる。したがって、キンク渦を早期に妨げると、制御性の安全性および確実性を高めることができる。
【００５７】
一実施形態では、流量制御手段はヒンジ付き表面を含む。
【００５８】
このことは、後縁のフラップまたは補助翼が不要となりうるように、揚力の変化がヒンジ付き表面によって制御されうるという利点を有する。
【００５９】
別の実施形態では、ヒンジ付き表面は上面の１０分の１未満である。したがって、ヒンジ付き表面の最大面積は上面の１０分の１である。
【００６０】
このことは、ヒンジ付き表面がキンク渦を妨げるのみに十分となりうるので、さらに大きいヒンジ付き表面が不要となりうるという利点を有する。
【００６１】
別の実施形態では、ヒンジ付き表面は上面の２０分の１を超える部分を覆う。したがって、ヒンジ付き表面の最小面積は上面の２０分の１である。
【００６２】
このことは、最小面積のヒンジ付き表面で、揚力の変化の十分な制御性を保ちながら、翼のスパン全体にわたって広がる後縁補助翼と比較して有意な重量減少が得られうるという利点を有する。
【００６３】
内端において翼形が上反りにされ、外端において翼形が半対称である、前記請求項の一項に記載の翼。
【００６４】
翼形の形状は、内端から外端に向かってスパン方向に沿って変化する。翼形は内端で上反りにされる。上反りの翼形により、共に前縁から始まり後縁で終わる湾曲した上面および湾曲した底面となる。上面での曲率は底面での曲率より大きくなり、その結果、上面は吸込み側になり、底面は圧迫側になる。外端において補助翼は半対称である。半対称の翼形により、共に前縁から始まり後縁で終わる湾曲した上面および平坦な底面となる。この場合もやはり、上面が吸込み側になり、底面が圧迫側になる。
【００６５】
翼形を内端から外端にかけて変化させることの利点は、これにより翼が加速または減速されたときの性能を向上させることができるようになることである。例えば、翼が並進および／または回転の増大によって突然加速されたときに、上面および底面の上の流れは大きく変化する可能性がある。内端に上反りのプロファイルを有し、外端に半対称のプロファイルを有すると、翼で加速を変化させている間に両端の少なくとも一方の近傍で安定した流れをもたらすことができる。
【００６６】
別の実施形態では、翼形の厚みはスパン方向に沿って外端に向かって減少する。
【００６７】
翼形の厚みは、スパン方向に対して垂直な断面において、上面と底面との間の最大距離である。翼形の厚みを減少させることにより、翼の厚みは減少する。
【００６８】
このことは、キンク渦が外端に向かって、すなわち翼の厚みが薄くなる方へ外側に移動するのを強制されうるという利点を有する。別の利点は、翼の厚みを薄くしていくことで、十分な構造的安定性を保ちながら翼の重量を軽くすることができることである。
【００６９】
本発明は、入射流から揚力を生成するための翼を備える空中輸送手段にも関する。
【００７０】
空中輸送手段は、有人または無人の空中輸送手段（ＵＡＶ）とすることができる。空中輸送手段はよく知られている。鳥の飛行を模倣しようとする多くの試みがある。特に、鳥の羽ばたき翼を模倣しようとする多くの試みがある。鳥の翼は、自由先端と鳥の体に回転可能に固定された根端とを有する。鳥の翼の羽ばたき中に３つの特徴的な運動を確認することができる。
【００７１】
第１の運動は先端の上下運動を反復することであり、根端は鳥の体に回転可能に固定される。第１の運動中、鳥の翼は、根端付近の、翼弦線と平行な軸線を中心に回転する。
【００７２】
第２の運動は、スパン方向と平行な軸線を中心とする正回転および逆回転を反復することである。根端が本体に回転可能に固定され、かつ、先端が自由であるので、鳥の翼にねじれが現れる。
【００７３】
第３の運動は、根端に対する先端の内方変位および外方変位を反復することである。この第３の運動は、ローイング運動のように見える。
【００７４】
例えば、国際特許公開第２００８／１２５８６８号パンフレットは、鳥の飛行を模倣したＵＡＶを示している。このＵＡＶは、第３の運動を模倣することができる、すなわち、このパンフレットは、スパンおよびスイープを調整することができる調整可能な翼を示している。翼の調整は、ＵＡＶを制御するために、すなわち、ＵＡＶをローリングおよびヨーイングさせるためにも使用される。
【００７５】
一般に、空中輸送手段の制御は、ローリング、ヨーイングおよびピッチングのための制御を含む。ローリングは、長手方向軸線を中心とする回転と一致する。ヨーイングは、垂直軸線を中心とする回転と一致し、ピッチングは、垂直軸線および水平軸線に対する直交軸線を中心とする回転と一致する。
【００７６】
他の刊行物からは、第１の運動および第２の運動を模倣することができるＵＡＶなどの空中輸送手段が知られている。空中輸送手段を制御するために、すなわち空中輸送手段をローリングおよびヨーイングさせるために、反復運動の頻度の変化が使用される。
【００７７】
これらの空中輸送手段の欠点は、羽ばたき翼の動力学のために制御するのが複雑であることである。
【００７８】
本発明の一目的は、この欠点を解消すること、または少なくとも使用可能な代替手段を提供することである。
【００７９】
特に、本発明の一目的は、空中輸送手段のロールおよびヨーに関して制御を簡素化にすることである。
【００８０】
本発明によれば、本発明の目的は、フレームと、フレームに対して少なくとも１つの翼を羽ばたかせるための羽ばたき機構と、を備える空中輸送手段を提供することによって達成される。
【００８１】
フレームは、推進手段、通信手段、案内および制御手段、ペイロード、または飛行に必要な他の手段を備えるのに適した、人工鳥の本体または任意の体とすることができる。
【００８２】
一実施形態では、フレームは、飛行に必要な手段を内側に備えるための胴体である。
【００８３】
別の実施形態では、フレームは、飛行に必要な手段を担持するための任意の体とすることができる。この手段の担持は体の外側または内側とすることができる。
【００８４】
この実施形態の利点は、人間が飛行機またはヘリコプタに比べて比較的低いエネルギー量を使って空気によって輸送されうること、とすることができる。別の利点は、本発明による翼が、従来の翼を固定した空中輸送手段より低い騒音を可能にすることができることである。翼を固定した空中輸送手段による推進にはプロペラまたはタービンを必要とすることがある。少なくとも１つの翼を羽ばたかせるのは、比較的低くてよい頻度で行われることができる。羽ばたき機構の運動はプロペラまたはタービンの運動に比べて少ないので、よりエネルギー効率が高く、かつ、より騒音が低い推進をもたらすことができる。
【００８５】
フレームは、人間によって着用されるバックパックであることが好ましい。このことは、人間の安全な輸送が可能となりうるという利点を有する。
【００８６】
羽ばたき機構および翼が設けられたバックパックは、危険な状況が起きたときのフェイルセーフ解決策を可能にすることができる。例えば、危険な状況は推進の不調を含む。このような状況では、キンクおよび流量制御手段を備える翼は、人間を安全に飛ばすのに十分な揚力および制御を提供する。別の例で、危険な状況が人間と翼との間の接触を含む場合、人間に及ぼされる力は、プロペラ駆動の空中輸送手段によって人間に及ぼされる力よりずっと小さい。このことは墜落のリスクを低減することができる。
【００８７】
羽ばたき機構は、少なくとも第１の運動、第２の運動および第３の運動のうちの１つを実行するのに適している。
【００８８】
空中輸送手段はさらに、前述の諸実施形態のうちの１つによる翼を少なくとも１つを備える。
【００８９】
前縁上にキンクを有する翼にキンク渦を妨げるのに適した流量制御手段を組み合わせるようにすると、ロールおよびヨーに関して制御性能を向上させた空中輸送手段を提供することができる。別の利点は、空中輸送手段のピッチングに水平尾翼しか必要ないことである。流量制御手段にキンク付き翼を組み合わせると、空中輸送手段はロールとヨーを組み合わせた運動を実行することが可能になる。
【００９０】
本発明は回転翼用の羽根にも関する。風力タービンでは、タービンを駆動するために回転翼が使用される。これらの回転翼は、入射空気流により揚力を生成する羽根を２枚以上備えることが多い。入射空気流が大きい場合、回転翼は、空気流が小さい場合に比べてより速く回転することができる。
【００９１】
これらの風力タービンの欠点は、回転速度を制動したり低下させたりするのにエネルギーを消費することである。
【００９２】
本発明の一目的は、この欠点を解消すること、または少なくとも使用可能な代替手段を提供することである。
【００９３】
特に、本発明の一目的は、回転速度をエネルギーに関してより効率的に制動したり低下させたりすることである。
【００９４】
本発明によれば、本発明の目的は、前述の諸実施形態のうちの１つによる翼を少なくとも１つ備える、回転翼用の羽根を提供することによって達成され、流量制御手段は流れを妨げるための通気孔を含む。
【００９５】
キンクとキンク渦中に置かれる流量制御手段とを備える羽根は、回転速度をより効率的に低下させることができる。キンク渦を妨げることにより、より小さい揚力が生成され、その結果、回転速度を制動したり低下させたりすることになる。
【００９６】
本発明は、前述の諸実施形態のいずれかによる翼の使用にも関する。
【００９７】
本発明のこれらおよびその他の実施形態ならびに本発明による方法は、従属請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明による翼の平面図である。
【図２ａ】第１の位置にある流量制御手段を備える翼の翼形を示す翼の第１の断面図である。
【図２ｂ】第２の位置にある流量制御手段を備える翼の翼形を示す翼の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す図であり、本発明による翼が、人工鳥である無人空中輸送手段に含まれている。
【図４】本発明の別の実施形態を示す図であり、本発明による翼が、風力タービンに使用されるような回転翼に含まれている羽根である。
【発明を実施するための形態】
【００９９】
本発明のこれらおよびその他の態様、特徴および利点は、翼の諸実施形態の以下の説明によってより詳細に説明されるが、以下の説明において同じ参照は同じ構成要素を示す。
【０１００】
図１に、入射流Ａから揚力を生成することができる翼１を示す。入射流Ａは、空気流、流体流、気体流、または任意の流体流とすることができる。図１は平面図または上面図である。翼１は、前縁３、後縁５、内端７、および外端９を含む。上面１０が示されており、上面１０は、前縁３、後縁５、内端７、および外端９によって取り囲まれた領域である。内端７と外端９は共に前縁３と後縁５との間の縁部であることに留意されたい。
【０１０１】
図１には、上面１０の反対側にある底面１２は示されていない。底面１２もまた、前縁３、後縁５、内端７、および外端９によって取り囲まれる。
【０１０２】
上面１０は翼１の吸込み側と一致し、底面１２は翼の圧迫側と一致する。これは、吸込み側における圧力が底面における圧力より低くなり、揚力をもたらすことを意味する。揚力は、上方を向いている力、すなわち底面１２から上面１０の方へ向いている力である。
【０１０３】
図２ａおよび図２ｂに示されている断面図には、上反りの形状の翼形１４が示されている。翼形１４は、前縁３と後縁５との間の直線である翼弦線１６を含む。翼形１４の前縁３は、翼１のノーズ上のよどみ点と一致する。よどみ点は、流れの局所速度がゼロの点である。前縁３および後縁５は上面１０および底面１２を分離している。
【０１０４】
図１には、内端７から外端９に向かって延びるスパン方向２０も示されている。スパン方向２０は翼弦線１６と直交する。
【０１０５】
図１は、内端７と外端９との間の前縁３上のキンク２１を示す。キンク２１は、翼１の上での流れＡの結果としてキンク渦Ｂを生成する。キンク２１は、前方スイープ部２３および後方スイープ部２５を有する前縁３に由来する。前方スイープ部２３は内端７とキンク２１との間に位置し、後方スイープ部２５はキンク２１と外端９との間に位置する。「前方」は、後縁５から前縁３の方に向いている方向と定義される。
【０１０６】
前縁３の前方スイープ部２３は、スパン方向２０に対して前方角αを呈する。この前方角αは、０°〜９０°の値を有することが好ましい。
【０１０７】
前縁３の後方スイープ部２５は、スパン方向２０に対して後方角βを呈する。この後方角βは、０°〜−９０°の値を有することが好ましい。
【０１０８】
前方スイープ部２３および後方スイープ部２５は、キンク渦Ｂおよび後縁５に面するキンク角γを作る。前方角α、後方角β、およびキンク角γの絶対値は１８０°に等しいことに留意されたい。
【０１０９】
キンク角γは１８０°未満であることが好ましい。
【０１１０】
図１はさらに、流量制御手段３０を含む上面１０を示している。流量制御手段３０はヒンジ付き表面３１であることが図２ａおよび図２ｂにも示されている。ヒンジ付き表面３１は、ヒンジ付き表面３１が第１の位置から第２の位置まで回転されることを可能にするヒンジ３３を備えることができる。第１の位置は、図２ａに示されているように、上面１０と円滑に位置合せされるヒンジ付き表面３１に対応する。第２の位置は、図２ｂに示されているように、上面１０に対して上方位置にあるヒンジ付き表面３１に対応する。第２の位置では、ヒンジ付き表面３１は上面１０の上の流れＡを妨げる。図１において、ヒンジ３３は線ヒンジまたはピアノヒンジを備える。ヒンジ付き表面３１は任意の形状とすることができる。図１では、ヒンジ付き表面３１は正方形であるが、三角形や円形などの他の形状も可能であり予見される。
【０１１１】
流量制御手段３０がキンク２１と外端９との間の前縁部３５の後方に少なくとも部分的に置かれた場合、流量制御手段３０はキンク渦Ｂに影響を与えるために使用されることができる。
【０１１２】
このことは、キンク渦Ｂが妨げられ、その結果、揚力の変化を引き起こすことができるという利点を有する。キンク渦Ｂが妨げられると、揚力は減少することができる。キンク渦Ｂが翼１の揚力を変化させるために使用された場合、翼１を制御するために従来の補助翼を使用する必要はないかもしれない。
【０１１３】
図３は本発明の一実施形態を示しており、本発明による２つの翼１０１ａ、１０１ｂが、人工鳥である無人の空中輸送手段１００に含まれている。
【０１１４】
この実施形態に記載されている要素は、前の実施形態内に記載されている対応する要素と組み合わされうることに留意されたい。
【０１１５】
この場合もやはり、図３では、第１の翼１０１ａおよび第２の翼１０１ｂが胴体１０２に回転可能に取り付けられている。胴体１０２は、鳥の本体の形状を有することができる。第１の翼１０１ａは第２の翼１０１ｂに対して対称であり、対称軸は、第１の翼１０１ａの内端１０７ａおよび第２の翼１０１ｂの内端１０７ｂと平行である。
【０１１６】
翼１０１ａ、１０１ｂは、前縁１０３ａ、１０３ｂ、後縁１０５ａ、１０５ｂ、内端１０７ａ、１０７ｂ、および外端１０９ａ、１０９ｂを含む。上面１１０ａは、前縁１０３ａ、１０３ｂ、後縁１０５ａ、１０５ｂ、内端１０７ａ、１０７ｂ、および外端１０９ａ、１０９ｂによって取り囲まれる。
【０１１７】
前縁１０３ａ、１０３ｂは、キンク１２１ａ、１２１ｂ、前方スイープ部１２３ａ、１２３ｂ、および後方スイープ部１２５ａ、１２５ｂを含む。
【０１１８】
無人空中輸送手段１００が大気中を飛ぶときに、キンク１２１ａ、１２１ｂは、上面１１０ａ、１１０ｂの上を後縁１０５ａ、１０５ｂに向かって移動するキンク渦を生成することができる。
【０１１９】
流量制御手段１３０ａ、１３０ｂを前縁部の後方に置くことにより、流量制御手段１３０ａ、１３０ｂはキンク渦を妨げることができる。前縁部は、キンク１２１ａ、１２１ｂと外端１０９ａ、１０９ｂとの間にある。
【０１２０】
２つの翼１０１ａ、１０１ｂは、鳥の本体の形をしている胴体１０２に対して羽ばたきすることができる。「羽ばたきする」は、３つの運動によって定義されることができる。
【０１２１】
第１の運動は内端１０７ａ、１０７ｂの上下運動を反復することであり、外端１０９ａ、１０９ｂは胴体１０２に回転可能に固定されている。第１の運動中、翼１０１ａ、１０１ｂは、内端１０７ａ、１０７ｂ付近の翼弦線と平行な軸線を中心に回転する。
【０１２２】
第２の運動は、スパン方向と平行な軸線を中心とする正回転および逆回転を反復することである。内端１０７ａ、１０７ｂは胴体１０２で回転可能に固定され、外端１０９ａ、１０９ｂは自由であるので、無人空中輸送手段１００の翼１０１ａ、１０１ｂにねじれが現れる。
【０１２３】
第３の運動は、外端１０９ａ、１０９ｂに対する内端１０７ａ、１０７ｂの内方変位および外方変位を反復することである。この第３の運動は、ローイング運動のように見える。
【０１２４】
図３に示されている実施形態は、第１の運動および第２の運動しか含まない。
【０１２５】
第１の運動は、第１の枢軸１０６ｂおよび第２の枢軸１０８ｂを含む羽ばたき機構によって提供される。第１の枢軸１０６ｂは第１の桁１１１ｂに回転可能に取り付けられ、第２の枢軸１０８ｂは第２の桁１１３ｂに回転可能に取り付けられる。第１の枢軸１０６ｂおよび第２の枢軸１０８ｂは、別々のサーボによって独立して作動されることができる。第１の枢軸１０６ｂが第２の枢軸１０８ｂと位相ずれして周期的に作動されたときに、第１の運動および第２の運動が作り出される。第１の枢軸１０６ｂを上方に作動させると、第１の桁１１１ｂは上方に動くことになる。同時に、第２の枢軸１０８ｂが下方に動くと、第２の桁１１３ｂは下方に動くことになる。第１の桁１１１ｂおよび第２の桁１１３ｂは翼１０１ｂに設けられるので、翼１０１ｂは、第１の運動および第２の運動を作り出す。翼１０１ａ、１０１ｂは可撓性材料で構成されることに留意されたい。
【０１２６】
特に、動的羽ばたき翼構成では、無人空中輸送手段を制御するのは困難となりうる。したがって、無人空中輸送手段１００を流量制御手段１３０ａ、１３０ｂによって制御することを利用することが有利である。キンク１２１ａ、１２１ｂのところに生成されるキンク渦は、無人空中輸送手段１００の翼１０１ａ、１０１ｂが羽ばたきするときでも制御可能である。羽ばたきする無人空中輸送手段を後縁に位置する補助翼によって制御するのは、制御および安定性に関してさらに信頼できないかもしれない。
【０１２７】
無人空中輸送手段は、無人空中輸送手段１００のピッチング回転を安定化させるための水平尾翼１４０をさらに備える。
【０１２８】
図４は本発明の別の実施形態を示しており、本発明による翼は、風力タービンに使用されるような回転翼２００に含まれる羽根２０１である。
【０１２９】
この実施形態に記載されている要素は、前の諸実施形態に記載されている対応する要素と組み合わされうることに留意されたい。
【０１３０】
羽根２０１は、前縁２０３、後縁２０５、内端２０７、および外端２０９を含む。さらに、前縁２０３は、キンク２２１、前方スイープ部２２３、および後方スイープ部２２５を含む。上面２１０では、流量制御手段２３０が、入射流に起因してキンク２２１によって生成されたキンク渦を妨げるように構成される。回転翼は、羽根２０１とタービンを駆動するロータ２５０とを備える。流量制御手段２３０は、空気を吸い込んだり空気を大気中に吹き込んだりすることができる通気孔２３１を含む。このように、キンク渦は妨げられることができ、羽根２０１によって生成された揚力は制御された態様で影響を受けることができる。羽根２０１によって生成される揚力は回転翼２００の回転速度に対応している。回転翼は少なくとも１つの羽根２０１を備えることができる。
【０１３１】
羽根２０１に通気孔２３１を設けることにより、回転翼２００の回転速度は、回転翼２００のエネルギー効率の良い制御を可能にしながら、制御されることができる。
【０１３２】
本発明は既述の諸実施形態に限定されるものではない。既述の諸実施形態の任意の組合せも可能であり予見される。
【０１３３】
本発明による翼は、スポイラ、船用プロペラ、帆などの様々な装置に使用されることができる。
【０１３４】
本発明は、前述の諸実施形態のいずれかによる翼を備えるこれらの装置にも関する。
【０１３５】
別法では、前述の諸実施形態のいずれかに記述されている翼は、移動する輸送手段の入射流を減殺するためのスポイラに含まれる。本発明によるスポイラは、入射流がより正確に減殺されうるまたは妨げられうるという利点を有する。流量制御手段は、スポイラがキンク渦によって生成される付加的な揚力を制御することを可能にすることができる。スポイラによって生成される揚力をより正確に制御すると、移動する輸送手段のより有効なグリップをもたらすことができる。例えば、移動する輸送手段は、第１の状況にある路面に対してよりしっかりとグリップする必要がある。流量制御手段を制御することにより、路面に対するグリップは第２の状況に調整可能とすることができる。
【０１３６】
別の代替手段では、前述の諸実施形態のいずれかに記述されている翼は、海上輸送手段を推進するための船用プロペラに含まれる。
【０１３７】
本発明による船用プロペラは、海上輸送手段を推進させるとエネルギーに関してより高効率となりうるという利点を有する。翼によって生成される揚力は推進力として使用される。キンクがあるため生成される付加的な揚力は付加的な推進力に相当する。この付加的な推進力は、流量制御手段によって制御されることができる。
【０１３８】
あるいは、前述の諸実施形態のいずれかに記述されている翼は、帆力を生成するための帆に含まれる。
【０１３９】
本発明による帆は、流量制御手段によって制御されうる付加的な帆力が生成されうるという利点を有する。
【０１４０】
あるいは、流量制御手段は、揚力翼の変化および／または上面での圧力分布の変化を制御すること、および／または、入射流に対して翼を破壊すること、および／または、慣性基準に対して翼を破壊すること、に使用されることができる。
【０１４１】
慣性基準は、例えば地球とすることができる。「破壊する」は、慣性基準に対する相対速度を下げると定義される。
【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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