(57)【要約】  表面における流体の流れの能動制御のための振動羽根アクチュエータは、くさび形の室により包囲される旋回羽根と、表面に近接した開口部を有する第１および第２通路とを含む。アクチュエータは、羽根を振動するように作動させるために連接棒を有する回転軸も含む。羽根が一方向へ移動すると、流体は、第１通路および開口部を通り室から、表面に近接する流体の流れへ出され、その際同時に流体は第２開口部および通路を通り、室の反対側へ引き込まれる。同様に、羽根が反対方向へ移動すると、流体は第２通路および開口部を通り、表面に近接する流体の流れへ放出され、その際流体は同時に第１開口部および通路を通り引き込まれる。
2009505907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と第２面とを有する、流体を移動させるよう構成される羽根と、
前記羽根を少なくとも部分的に包囲するよう構成され、前記羽根の前記第１面に向かう第１側面と、前記羽根の前記第２面に向かう第２側面とを有するケーシングと、
前記ケーシングの前記第１側面から前記ケーシング内へ開口する第１オリフィスであって、前記羽根が前記ケーシングの前記第１側面に向かい移動すると流体が前記第１オリフィスから放出され、前記羽根が前記ケーシングの前記第２側面に向かい移動すると流体が前記第１オリフィス内へ引き込まれる第１オリフィスと、
を備える、表面付近における流れの特性を変更するために流体を移動させるためのアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１オリフィスにより流体を前記ケーシング内へおよび前記ケーシング外へ搬送するよう構成される第１通路をさらに備え、前記第１通路が、表面に近接する流体の流れに開口する反対側の第１開口部を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記開口部が、放出された流体を主に流体の流れの方向に向かわせるよう構成される、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１通路から分岐し、前記第１開口部の上流の面に近接する流体の流れに開口する垂直の取り入れ口を有する取り入れ通路と、
前記取り入れ口を通り流体が流出することを回避し、取り入れ口内へ流体を流れさせ、前記取り入れ通路を通り前記第１通路へ流すために、前記取り入れ通路内に設置される一方向バルブと、
をさらに備える、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ケーシングの前記第２側面から前記ケーシング内へ開口する第２オリフィスをさらに備え、前記羽根が前記ケーシングの前記第１側面に向かって移動すると、流体が前記第１オリフィスから放出され前記第２オリフィス内へ引き込まれ、前記羽根が前記ケーシングの前記第２側面に向かって移動すると、流体が前記第１オリフィス内へ引き込まれ、前記第２オリフィスから放出される請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記第１オリフィスにより前記ケーシング内へおよび前記ケーシング外へ流体を搬送するよう構成される第１通路であって、表面に近接する流体の流れに開口する反対側の第１開口部を有する第１通路と、
前記第２オリフィスにより前記ケーシング内へおよび前記ケーシング外へ流体を搬送するよう構成される第２通路であって、表面に近接する流体の流れに開口する反対側の第２開口部を有する第２通路と、
をさらに備える、請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記第１開口部および前記第２開口部が、放出された流体を全体として流体の流れの方向に向けるよう構成される、請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記羽根および前記ケーシングがさらに、前記羽根の周囲と前記ケーシングの内壁との間に実質的に流体密封的な隙間を有するよう構成される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記羽根に作動可能に連結される駆動軸であって、前記羽根が振動運動をするように前記羽根を作動させるため動力を伝達するよう構成される駆動軸と、
前記駆動軸に連結され、前記駆動軸を回転するよう構成される回転アクチュエータと、
をさらに備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
旋回軸をさらに備え、前記ケーシングが内側のくさび形の室を画定し、前記旋回軸が前記ケーシングに連結され、前記羽根が前記旋回軸に連結され、これにより前記羽根が前記室内で前記羽根の長手方向軸を中心に弧を描いて回転可能である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記ケーシングが第１端部と第２端部とを有し、
前記ケーシングの前記第１端部内の湾曲溝と、
前記羽根に作動可能に連結される駆動軸であって、前記羽根が振動運動をするように前記羽根を作動させるため動力を伝達するよう構成される駆動軸と、
前記駆動軸に連結され、前記駆動軸を回転するよう構成される回転アクチュエータと、
前記駆動軸の中心軸から径方向距離を置いて前記駆動軸に回転可能に連結され、前記旋回軸からオフセット距離で前記湾曲溝を通して前記羽根に回転可能に連結される連接棒であって、前記駆動軸が前記連接棒により前記羽根を作動させるために動力を伝達する、連接棒と、
前記湾曲溝に摺動可能に連結され、流体が前記湾曲溝を通り前記室内へまたは前記室外へ進むことを実質的に回避し、前記連接棒を前記駆動軸に連結可能にするスライドシールと、
をさらに備える、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記ケーシングが第１端部と第２端部とを有し、
前記羽根に作動可能に連結される駆動軸であって、前記羽根が振動運動をするように前記羽根を作動させるため動力を伝達するよう構成される駆動軸と、
前記駆動軸に連結され、前記駆動軸を回転するよう構成される回転アクチュエータと、
前記ケーシングの前記第１端部を通り前記旋回軸から軸方向に延伸する延長部と、
前記延長部に固定的に連結される連結アームと、
前記駆動軸の中心軸から径方向距離を置いて前記駆動軸に回転可能に連結され、前記連結アームに回転可能に連結される連接棒であって、前記駆動軸が前記連接棒および前記連結アームにより前記羽根を作動させるために動力を伝達する、連接棒と、
をさらに備える、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
近接する流体の流れが空気力学的表面に対して相対的な速度で流れることを可能にするよう構成される空気力学的表面をさらに備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記空気力学的表面が、少なくとも部分的に翼の翼弦を含む、請求項１３に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
流体を移動させるための手段と、
前記移動手段を少なくとも部分的に包囲し、第２側面と第１側面を有する包囲手段と、
前記包囲手段の前記第１側面に到達するための第１手段であって、前記移動手段が前記包囲手段の前記第１側面に向かって移動すると、流体が前記第１到達手段から放出され、前記移動手段が前記包囲手段の前記第２側面に向かって移動すると流体が前記第１到達手段内へ引き込まれる、第１到達手段と、
を備える、表面付近における流れの特性を変えるために流体を移動させるためのアクチュエータ。
【請求項１６】
前記第１到達手段により流体を前記包囲手段内へおよび前記包囲手段外へ搬送するための第１手段をさらに備え、前記第１搬送手段が表面に近接する流体の流れに開口するための反対側の第１手段を有する、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記第１開口手段が、放出された流体を全体として流体の流れの方向に向かわせるよう構成される、請求項１６に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
流体を前記第１搬送手段内へ搬送するためであり、前記第１開口部の上流の流体の流れに垂直に開口する手段を有する取り入れ手段と、
前記垂直開口手段を通り流体が流出することを回避し、前記垂直開口手段内へ流体を流れさせ、前記取り入れ手段を通り前記第１搬送手段へ流すために、前記取り入れ手段内に設置される一方向流れ制御手段と、
をさらに備える、請求項１６に記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
前記包囲手段の第２側面に到達するための第２の手段をさらに備え、前記移動手段が前記包囲手段の前記第１側面に向かって移動すると、流体が前記第１到達手段から放出され前記第２到達手段内へ引き込まれ、前記移動手段が前記包囲手段の前記第２側面に向かって移動すると、流体が前記第１到達手段内へ引き込まれ前記第２到達手段から放出される、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項２０】
前記第１到達手段により流体を前記包囲手段内へおよび前記包囲手段外へ搬送するための第１手段であって、前記第１搬送手段が表面に近接する流体の流れに開口するための反対側の第１手段を有する、第１搬送手段と、
前記第２到達手段により流体を前記包囲手段内へおよび前記包囲手段外へ搬送するための第２手段であって、前記第２搬送手段が表面に近接する流体の流れに開口するための反対側の第２手段を有する、第２搬送手段と
をさらに備える、請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２１】
前記第１および第２開口手段が、放出された流体を全体として流体の流れの方向に向けるよう構成される、請求項２０に記載のアクチュエータ。
【請求項２２】
前記移動手段および前記包囲手段がさらに、前記移動手段の周囲と前記包囲手段の内壁との間に実質的に流体密封的な隙間を有するよう構成される、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項２３】
前記移動手段に作動可能に連結される駆動手段であって、前記羽根が振動運動をするように前記羽根を作動させるため動力を伝達するよう構成される駆動手段と、
前記駆動手段に連結され、前記駆動手段を回転させるよう構成される作動のための回転手段と、
をさらに備える、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項２４】
旋回手段をさらに備え、前記包囲手段が内側のくさび形の室を画定し、前記旋回手段が前記包囲手段に連結され、前記移動手段が前記旋回手段に連結され、これにより前記移動手段が前記室内で前記移動手段の長手方向軸を中心に弧を描いて回転可能である、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項２５】
前記包囲手段が第１端部と第２端部とを有し、
前記包囲手段の前記第１端部を貫通するための湾曲手段と、
前記移動手段に作動可能に連結される駆動手段であって、前記羽根が振動運動をするように前記羽根を作動させるため動力を伝達するよう構成される駆動手段と、
前記駆動手段に連結され、前記駆動手段を回転させるよう構成される作動用の回転手段と、
前記駆動手段の中心軸から径方向距離を置いて前記駆動手段に回転可能に連結され、前
記旋回手段からオフセット距離で前記貫通手段を通して前記移動手段と回転可能に連結される接続手段であって、前記駆動手段が前記接続手段により前記移動手段を作動させるために動力を伝達する、接続手段と、
前記貫通手段に摺動可能に連結され、流体が前記貫通手段を通り前記包囲手段内へまたは前記包囲手段外へ進むことを実質的に回避し、前記連接棒を前記駆動軸に連結可能にする、摺動可能である密封手段と、
をさらに備える、請求項２４に記載のアクチュエータ。
【請求項２６】
前記包囲手段が第１端部と第２端部とを有し、
前記移動手段に作動可能に連結される駆動手段であって、前記羽根が振動運動をするように前記羽根を作動させるため動力を伝達するよう構成される駆動手段と、
前記駆動手段に連結され、前記駆動手段を回転するよう構成される作動用の回転手段と、
前記包囲手段の前記第１端部を通り前記旋回手段から軸方向に延伸する手段と、
前記延長手段に固定的に連結される連結手段と、
前記駆動手段の中心軸から径方向距離を置いて前記駆動手段に回転可能に連結され、連結手段に回転可能に連結される接続手段であって、前記駆動手段が前記接続手段および前記連結手段により前記移動手段を作動させるために動力を伝達する、接続手段と、
をさらに備える請求項２４に記載のアクチュエータ。
【請求項２７】
近接する流体の流れが空気力学的表面に対して相対的な速度で流れることを可能にする空気力学的表面をさらに備える、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項２８】
前記空気力学的表面が、空気力学的揚力を生成するための手段を少なくとも部分的に備える、請求項２７に記載のアクチュエータ。
【請求項２９】
少なくとも部分的に羽根を包囲するよう構成されるケーシング内の前記羽根を用いて流体移動させることと、
前記羽根が前記ケーシングの第１側面に向かって移動すると、流体を前記ケーシングの第１側面外へ搬送し、流体を表面に近接する流体の流れに放出することと、
前記羽根が前記ケーシングの第２側面に向かって移動すると、流体を前記流体の流れから引き出し、流体を前記ケーシングの前記第１側面へ搬送することと、
を備える、表面付近の流れの特性を変更するために流体を移動するための方法。
【請求項３０】
前記羽根が前記ケーシングの前記第２側面に向かって移動すると、流体を前記ケーシングの前記第２側面外へ搬送し、流体を前記流体の流れへ放出することと、
前記羽根が前記ケーシングの前記第１側面に向かって移動すると、流体を前記流体流れから引き出し、流体を前記ケーシングの前記第２側面内へ搬送することと、
をさらに備える、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
流体が全体として流体の流れの方向に向かって放出される、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府ライセンス権
米国政府は、本発明に関して払込済みのライセンスを有し、航空宇宙局により制定された契約番号第ＮＡＳ２−０３００３の条件によって、特定の状況に限り特許権者が他者に対して適当な条件でライセンスを供与することを要求する権利を有する。
【０００２】
発明の分野
本発明は全体として、流れ制御の作動に関する。より詳細には、本発明は表面における流れの能動制御を行うための作動装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
流体の流れの分離は、圧縮性または非圧縮性の流体が、ある面、特に凸状に湾曲した面、たとえば流体管の内面、または流体内に浸された物体の外面を流れる際に生じることが可能である。流れの分離は、境界層の流体の流れ特性および面の形状に応じて、層流または乱流の条件のもとで発生することが可能である。形状抵抗を低減するため、または揚力を向上させるために、流れの分離は抑制することが望ましいことが多い。一般に、分離する前に流体が移動する曲面が長ければ長いほど、結果として生じる形状抵抗および揚力が向上する。
【０００４】
空気力学的表面に関しては、特定の面、たとえば航空機の羽根、ロータブレード、タービンまたはコンプレッサのブレード、風車、ファンまたはプロペラブレードのような翼の空力性能または効率は、翼により生じる揚力によって大きく影響される。したがって、空気力学的表面における流体の流れの分離を抑制または遅延させることによって翼の揚力を向上させるために、流れの能動制御（ＡＦＣ）技術が利用されてきた。
【０００５】
流れの能動制御技術は、翼の表面にポートまたは開口部を設けることと、ポートまたは開口部内へ、またはポートまたは開口部から安定的な空気流を提供、またはポートまたは開口部内へ、またはここからの不規則な（たとえば交互に変わる）流体の流れを提供することとを含む。流れの能動制御技術は、翼の揚力係数を増加し、抗力係数を低減させる、または両方に関して効果的であることが実証されており、したがって翼の空力性能または効率を向上させる。
【０００６】
流れの能動制御技術は、空気力学的表面において大きく流れの分離が生じる条件において特に有利である。こうした条件は、高揚力が発生する時期における前縁スラットおよび後縁フラップにおいて一般的である。
【０００７】
前縁スラットまたは後縁フラップのような高揚力の補助面は、主に比較的低速の飛行中に、または離陸および着陸時に必要とされる。通常、潜在的な揚力性能は達成されず、局所的な流れの分離領域が発生するため、前縁スラットまたは後縁フラップの展開時に抵抗が生じてしまう。こうした流れの分離の領域の大きさは、自由流迎え角、空気力学的表面に対する流体の流れの相対流速、翼の翼弦線、前縁スラットまたは後縁フラップの形状および偏向角のような要因に応じて異なる。
【０００８】
流れの分離を低減または抑制することにより、これに対応して揚力の増加および抵抗の低減が達成可能である。流れの能動制御方法は、たとえば流体の流れの境界層の運動エネルギーを増大させるために、空気力学的表面の真上に比較的高速の流量を流体の流れに取
り入れ、その際面に沿ってさらに境界層の接続を維持することにより、流れの分離を低減または抑制することが可能である。同様に、空気力学的表面に近接した流れから比較的低速の流量を除去することも、流れの境界層の運動エネルギーの実質的な増加につながり、流れの分離を低減または抑制するのに役立つ。しかしながら、既存の能動的流れ制御方法および装置のいくつかは、きわめて壊れやすい、または重量が大きく、限られた電力容量しかないことがある。
【０００９】
したがって、流れの能動制御を行うとともに、物理的ダメージに対して堅牢であり、軽量であり、かつ比較的大きい電力容量を有する方法および装置を提供することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
本発明により上述の要件の大部分が満たされる。その一態様では、ある実施形態において物理的ダメージに影響を受けにくい堅牢な振動羽根を用いて不規則な流れの能動制御を行い、比較的軽量であり、既存の流れ能動制御アクチュエータと比較すると電力容量が高い装置が提供される。
【００１１】
本発明の一態様に係り、流れの特性を面の付近で変えるために流体を移動させるアクチュエータは、流体を移動させるよう構成され、第１面と第２面とを有する羽根を含むことが可能である。アクチュエータは、少なくとも部分的に羽根を囲むよう構成されるとともに、羽根の第１面に向かう第１側面と羽根の第２面に向かう第２側面とを有するケーシングを含むことが可能である。さらにアクチュータは、ケーシングの第１側面からケーシング内へ開口する第１オリフィスを含むことが可能である。作動時には、羽根がケーシングの第１側面に向かい移動する際に流体は第１オリフィスから放出され、羽根がケーシングの第２側面に向かい移動する際には流体は第１オリフィス内へ引き込まれる。
【００１２】
本発明の別の態様に係り、アクチュエータは、ケーシングの第２側面からケーシング内へ開口する第２オリフィスを含むことも可能である。この構成では、羽根がケーシングの第１側面へ向かって移動する際に流体は第１オリフィスから放出されて第２オリフィスへ引き込まれ、羽根がケーシングの第２側面へ向かって移動する際は第１オリフィスへ引き込まれ第２オリフィスから放出される。
【００１３】
本発明のさらに別の態様に係り、表面の付近において流れの特性を変えるために流体を移動させるためのアクチュエータは、流体を移動させるための手段と、移動手段を少なくとも部分的に包囲するための手段とを含むことが可能であり、包囲手段は第１側面と第２側面とを有する。さらに、アクチュエータは包囲手段の第１側面に到達するための第１手段を含むことが可能である。作動時には、移動手段が包囲手段の第１側面に向かって移動する際に流体は第１到達手段から放出され、移動手段が包囲手段の第２側面に向かって移動する際には流体は第１到達手段内へ引き込まれる。
【００１４】
本発明のさらにまた別の態様に係り、表面の付近において流れの特性を変えるために流体を移動させるための方法は、少なくとも部分的に羽根を包囲するよう構成されるケーシング内の羽根を利用して流体を移動させることを含むことが可能である。この方法はさらに、羽根がケーシングの第１側面に向かって移動する際に流体をケーシングの第１側面から外へ搬送し、面に近接する流体の流れに流体を放出し、羽根がケーシングの第２側面に向かって移動する際には流体の流れから流体を引き込み、ケーシングの第１側面内へ流体を搬送することを含むことが可能である。
【００１５】
以下の詳細な説明がより良く理解されるために、また当該技術に対する本発明の貢献をより明確にするために本発明の特定の実施形態を簡単に概説した。当然、本発明にはさらなる実施形態があり、これらは以下において説明され、添付の請求項の主題を構成する。
【００１６】
その点において、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の応用においては、以下の説明または図面に示される構成要素の構成および配列に限定されないことを述べておく。本発明は、説明された実施形態以外にも様々な形態で実施されることが可能である。また、本明細書また要約において用いられる表現および用語は、説明のためのものであり限定的なものとしてみなされないものとする。
【００１７】
当業者であれば、本開示の基本となる構想は、本発明の複数の目的を実行するためのその他の構造、方法およびシステムを設計するための基礎として利用されることが可能であることが自明であろう。したがって、請求項は、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、同等の構成も含むとみなされることが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
発明の詳細な説明
本発明に係る実施形態は、平坦であるか、湾曲している、または曲線的であることが可能である空気力学的表面を流れる流体の能動制御を実施可能である振動羽根アクチュエータを提供する。振動羽根アクチュエータは、羽根と、羽根を包囲するくさび形の室と、面に近接する開口部を有する第１通路と、面に近接する別の開口部を有する第２通路と、回転軸と、連接棒とを含むことが可能である。開口部は、空気力学的表面に対して相対的な速度で流れる流体の流れへ向かって開口する。回転軸は、くさび形の室内の旋回軸を中心に弧を描いて前後に羽根を動かすために連接棒により推進力を提供する。
【００１９】
羽根が一方向に移動すると、流体は、くさび形の室の一方の側の第１通路を通り室から外へ出され、くさび形の室の反対側の第２通路を通り室内へ引き込まれる。羽根が反対の方向へ移動すると、流体は第２通路から室外へ出され、第１流路から室内へ引き込まれる。
【００２０】
以下で図面を参照して本発明を説明する。図面では類似の符号は全体を通して類似の部品を示している。図１に１つの実施形態が示され、これは航空機の主翼のような翼１４の前縁スラット１２内に配置されるデュアルポート振動羽根アクチュエータ１０を示す。（図１では固体として示されているが、スラット１２および翼１４はあらゆる適切な内部構造を有することが可能である。）振動羽根アクチュエータ１０は、くさび形の室１８内で前後に動く羽根１６を含むことが可能である。アクチュエータ１０は、室１８から空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２またはポートへつながる第１通路２０も含むことが可能である。アクチュエータ１０はさらに、室１８の反対側から空気力学的表面２４に近接する第２開口部２８へつながる第２通路２６を含むことが可能である。さまざまな実施形態では、第１および第２開口部２２、２８は、空気力学的表面により形成されるか、または個別に、しかし空気力学的表面２４に近接して形成されることが可能である。
【００２１】
本発明の別の実施形態が図２に示される。これは、航空機翼のような翼１４の後縁フラップ３０内に配置されるデュアルポート振動羽根アクチュエータ１０を示す（再度述べるが、図２では固体として示されているが、翼１４およびフラップ３０はあらゆる適切な内部構造を有することが可能である。）この実施形態でも、アクチュエータ１０は室１８内に羽根１６を含むことが可能である。アクチュエータ１０はさらに、室１８から、フラップ３０の空気力学的表面２４に近接する開口部２２へつながる第１通路２０を含むことが可能である。同様に、アクチュエータ１０は、室１８から、空気力学的表面２４に近接する第２開口部２８につながる第２通路２６を含むことが可能である。
【００２２】
振動羽根アクチュエータ１０のさらなる実施形態は、たとえばダクトまたは通路の湾曲した内面、水中用車両の外面、航空機およびその他の飛行体等の胴体の表面のような、流体が流れるあらゆる面における流れの分離を低減または制限するために使用されることが可能である。
【００２３】
図１および図２に示される両実施形態では、作動時には、振動羽根アクチュエータ１０は、空気力学的表面２４に対して相対的な速度で流れる流体の流れ３２の流れの分離を低減または制限するために不規則な流れの能動制御を提供可能である。羽根１６が、図１または図２の矢印により示されるように左側へ向かって移動すると、流体は第１通路２０を通り室１８から出され、第１開口部２２から流体の流れ３２へ入り空気力学的表面２４へ移行し、流体は同時に第２開口部２８および第２通路２６により室１８へ引き込まれる。同様に、羽根１６が、図１および図２に示されるように右側へ向かって移動すると、流体は第２通路２６を通り室１８から外へ出され、第２開口部２８から流体の流れ３２へ入り、空気力学的表面２４へ移行し、同時に流体は第１開口部２２および第１通路２０により室１８内へ引き込まれる。
【００２４】
さまざまな実施形態において、開口部２２、２８は、あらゆる形状の断面、たとえば円形の開口部、楕円形の開口部、正方形の開口部または細長い溝の形状の断面を含むことが可能である。本発明の好適な実施形態は、翼の幅に沿った方向（図１のページへ垂直方向）に対して長く、空気力学的表面２４の翼弦に沿った方向に対して薄い２つの細長い開口部２２、２８を含む。特定の用途では、第１および第２開口部２２、２８の長さおよび寸法は、翼またはその他の空気力学的表面２４の構造に応じて決定されることが可能である。
【００２５】
さらに、第１開口部２２および第２開口部２８はいずれも、図１および図２に示されるように、空気力学的表面２４に対して流れ３２が動く方向へ向けられることが可能である。したがって、空気が第１開口部２２または第２開口部２８から出されると、室１８から放出される増大された空気流は流れ３２に取り入れられ、空気力学的表面２４に直接近接している流れ３２の境界層よりも空気力学的表面２４に対して高い相対速度で流れ３２の方向へ移動する。
【００２６】
さらに、好適な実施形態では第１および第２開口部２２、２８は、流れ３２に隣接する境界層の速度プロフィールを向上させるために、空気力学的表面の翼弦に沿った潜在的な流れ分離の点の付近に配置されることが可能である。たとえば、図１および図２に示される振動羽根アクチュエータ１０が、図１のスラット１２の前縁および図２のフラップ３０の付近に配置されても、別の実施形態では振動羽根アクチュエータ１０、より詳細には第１および第２開口部２２、２８は、流れの分離が発生可能である空気力学的表面２４の任意の場所、たとえば前縁から翼弦の長さの３分の２の位置のような場所に移転可能である。
【００２７】
図３は、デュアルポート振動羽根アクチュエータ１０の実施形態のより詳細な図を示す。アクチュエータ１０は、第１面３３と、第２面３５とを有する羽根１６を含むことが可能であり、羽根１６は、羽根１６の先端３６から羽根３８の後端３８までの半径（または長さ）と、羽根１６の先端３６から羽根１６の後端３８へテーパ状であるかまたは一定であることが可能である厚さと、特定の用途に対する必要性に応じて、ならびに翼またはその他の空気力学的表面２４の構造を収容するために必要な条件に応じて変更可能である幅（図３のページ）とを有する。
【００２８】
羽根１６が室１８内で前後へ（図３では左右に）動くことが可能であるように、羽根１
６は、内側のくさび形室１８を画定するケーシング１７によって少なくとも部分的に包囲されることが可能である。室１８は、ケーシング１７の内壁４０の輪郭により画定され、これは羽根１６の径に合うように湾曲可能である遠心壁４１を含む。羽根１６の先端は、図３に示されるように丸みを帯びることが可能であり、羽根１６の後端はケーシング１７の対応する内壁４０に合うように湾曲されることが可能である。好適な実施形態では、羽根の振動の際に、ケーシング１７および羽根１６は、羽根１６がその先端３６および後端３８でケーシング１７の内壁４０に対して最小の隙間を有するように設計されることが可能である。同様に、図３のページから内側および外側に向かう羽根１６の縁部４３は、羽根の振動の際に、ケーシング１７の対応する端部４５と最少の隙間を有することが可能である。（図３では、内側を向く縁部４３はこの図では見えず、また近接端部４３は図３の断面図では切り取られているため、２つの縁部４３のうちの１つ、および２つの端部４５のうち１つしか示されていない。）したがって、羽根１６の先端３６、後端３８および縁部４５の周囲の周辺長さは、ケーシング１７の内壁４０と実質的に流体密封の隙間を有することが可能である。したがって、羽根１６の周囲の流体漏れは、アクチュエータ１０の効率に関してはわずかな影響しか及ぼさず、羽根１６には潤滑が不要である。
【００２９】
さらに羽根１６は、たとえば図３に示されるように羽根１６の後端３６の付近の位置で、旋回軸３４に任意の適切な手段により連結されることが可能である。旋回軸３４はケーシング１７に固定的に取り付けられることが可能であり、羽根１６は旋回軸３４に回転可能に取り付けられることが可能である。あるいは、羽根１６は旋回軸３４に固定的に取り付けられ、旋回軸３４は、室１８を画定するケーシング１７に固定的に取り付けられることが可能である。いずれの場合にも、旋回軸３４はケーシング１７の一方のまたは両方の端部４５で、またはケーシング１７の壁部４０に沿った１つまたは複数の中間点に取り付けられることが可能である。
【００３０】
さらにアクチュエータ１０は、室１８の第１側面４２から、空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２またはポートにつながる第１通路２０を含むことが可能である。アクチュエータ１０はさらに、室１８の第２側面４４から、空気力学的表面２４に近接する第２開口部２８またはポートにつながる第２通路２６を含むことが可能である。本発明の好適な実施形態では、第１通路２０および第２通路２６は、室端部４６、４８またはオリフィスから、対応する開口部２２、２８に向かってテーパ状であることが可能であり、これにより第１通路２０または第２通路２６を通り室１８から出る流体の速度が、室１８から空気力学的表面２４に近接する各開口部２２、２８へ移動する際に増大することが可能である。この場合、第１開口部２２または第２開口部２８を通り引き込まれる流体は、それぞれ第１通路２０および第２通路２６を通り移動する際に拡散することが可能である。
【００３１】
羽根１６における慣性負荷および応力は、羽根１６の振動運動の周波数または周期に伴い増大する。羽根１６の径（または長さ）、くさび形の室１８の角度および羽根１６の振動の周波数は、特定の用途の要件に応じて決定されることが可能である。したがって振動羽根アクチュエータ１０の好適な実施形態は、たとえば約３から６インチの径（または長さ）の羽根１６と、側面と側面との角度が約６０度の室とを含み、たとえば２０ヘルツ以下の周波数で作動されることが可能である。羽根１６の後端３８とケーシングの後壁４０との間の隙間、羽根１６の先端３６とケーシング１７の対応する壁部４０との間の隙間、または羽根１６とケーシングの端部４５との間の隙間は最少、たとえば約０．００１インチと０．０２５インチとの間であることが可能である。
【００３２】
さらに、好適な実施形態は、室から第１および第２通路２０、２６の開口部２０、２８へたとえば約６度であるテーパの通路を含むことが可能である。たとえば、第１および第２通路２０、２６の室端部４６、４８またはオリフィスは、約０．５インチの径（または厚さ）を有することが可能であり、開口部２２、２８は、通路２０、２６の長さに応じて
約０．２５インチまたはそれ以下の径（または厚さ）を有することが可能である。さらに、開口部２２、２８は、空気力学的表面２４と約２０度の角度を形成することが可能である。しかしながら、第１および第２通路２０、２６の形状は、振動羽根アクチュエータ１０の特定の用途の設計要件に応じて変更可能である。当業者であれば理解されるように、羽根１６、ケーシング１７、通路２０、２６および開口部２２、２８の特定の大きさおよび形状に関する設計要因は、振動羽根アクチュエータ１０の特定の用途に応じて変えることが可能である。
【００３３】
また、アクチュエータ１０は、連接棒５４にクランク５２が接続される回転軸５０を含むことが可能であり、これもまた、たとえば軸５６により旋回軸３４からオフセットした距離で羽根１６に接続されることが可能である。クランク５２と軸５６との接続は、ローラベアリング、ボールベアリングまたは同種のもののような軸受け表面を摩擦低減または潤滑のために含むことが可能である。さらに、連接棒５４のクランク５２および軸５６への接続部、旋回軸３４のケーシング１７への接続部、または羽根１６の旋回軸３４への接続部には密封ベアリングが使用可能であり、これにより振動アクチュエータ１０全体に対して保守整備のための潤滑は不要になる。クランク５２は、回転軸５０の中心軸５８からオフセットしていることが可能であり、これにより回転軸５０が回転すると、室１８内部で羽根１６は振動運動で前後へ（図３では左右に）作動される。
【００３４】
この構成では、くさび形の室１８を画定するケーシング１７の端部４５（図３の断面図では切断されている）は、連接棒５４と連結するために軸５６のような接続機構が通ることが可能である溝６０（図３では点線により示されている）を含むことが可能である。溝６０は、図３に示されるように、軸５６の移動経路に対応するために湾曲していることが可能である。さらに、湾曲した溝６０は、たとえばスライドシールまたはその他の適切な密封手段を用いて流体密封状に密封されることが可能である。
【００３５】
したがって、羽根１６が室１８の第１側面４２に向かう方向（図３では左へ）へ移動すると、流体は、第１通路２０を通り室１８の第１側面４２から、空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２を通り外に出るよう移動可能である。同様に、羽根１６が反対の方向、室１８の第２側面４４に向かって（図３では右へ）移動すると、流体は、第２通路２６を通り室１８の第２側面４４から、空気力学的表面２４に隣接する第２開口部２８を通り外に出るよう移動可能である。同時に羽根１６が室１８の第１側面４２に向かう方向（図３では左へ）へ移動すると、流体は第２開口部２８および第２通路２６を通り室１８の第２側面内へ引き込まれる。同様に、羽根１６が反対方向、室１８の反対側４４に向かう方向（図３では右へ）へ移動すると、流体は、空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２を通り、第１通路２０を通り、室１８の第１側面４２内へ引き込まれる。
【００３６】
このようにして、振動羽根アクチュエータ１０の作動のいかなる時にも、流体は、第１開口部２２または第２開口部２８のいずれかを通り外へ出され、また同時に空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２および第２開口部２８の他方に引き込まれることが可能であり、その際に空気力学的表面２４に近接して流れる流体の流れの境界層の不規則的な空気流の制御を行う。
【００３７】
別の実施形態では、連接棒５４は、室１８の外部にある旋回軸３４の延長部に連結される連結アーム６６（図５に示される）に接続されることが可能である。別の実施形態では、くさび形の室１８内で羽根１６を振動させるように駆動するための回転推進力を直接加えるために、回転軸５０は旋回軸３４に直接接続されることが可能である。この後者の実施形態では、連接棒５４および軸５６はなくてもよく、ケーシング１７の端部４５の湾曲溝６０は不要である。
【００３８】
様々な実施形態において、回転軸５０は、たとえば電気モータ、サーボモータ、油圧または空気圧アクチュエータ、または多くの適切な回転アクチュエータのいずれかのもののように、あらゆる回転動力源により駆動可能である。また、回転軸５０、および回転アクチュエータと関連するあらゆる機構は、羽根１６の連続作動を補助するために慣性推進力を提供することが可能である。
【００３９】
本発明の別の実施形態が図４に示される。これはシングルポート振動羽根アクチュエータ１０を示す。この実施形態でも、振動羽根アクチュエータ１０は、羽根１６がケーシング１７内のくさび形の室１８内で前後に移動可能であるように、羽根１６の先端３６付近の旋回軸３４に連結される羽根１６を含むことが可能である。アクチュエータ１０は、室１８から空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２またはポートへつながる第１通路２０を含むことが可能である。先の実施形態と同様に、第１通路２０は、第１開口部２２付近の空気力学的表面２４と角度をなし、室端部４６から第１開口部２２へ向かってテーパ状であることが可能である。しかしこの実施形態では、第１通路２０の反対側のケーシング１７の第２側面４４は、図４に示されるように大気に開放されていることが可能である。さらに、連接棒５４は、羽根１６の第２面３５に取り付け可能である突起部６８に連結されることが可能である。あるいは、連接棒５４は先の実施形態において説明されたように羽根に連結されることが可能である。
【００４０】
したがって、羽根１６が室１８の第１側面４２に向かう方向（図４では右へ）へ移動すると、流体は、第１通路２０を通り室１８の第１側面４２から、空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２を通り外に出るよう移動可能である。羽根１６が反対の方向、室１８の第２側面４４に向かう方向（図４では左へ）へ移動すると、流体は、空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２を通り、第１通路２０を通り室１８の第１側面４２内に引き込まれることが可能である。
【００４１】
さらに、アクチュエータ１０は選択的に、第１通路２０から分岐し、空気力学的表面２４に近接する取り入れ口６４につながる取り入れ通路６２を含むことが可能である。空気力学的表面２４に近接する流体の流入を容易にするために、取り入れ通路６２は取り入れ口６４の付近において空気力学的表面２４に対しておおよそ垂直であることが可能である。好適な実施形態では取り入れ口６４は、第１開口部２２の上流に、第１開口部２２と比較すると比較的低い圧力環境で配置可能である。したがって、羽根１６が室１８の第１側面４２に向かう方向（図４では右へ）へ移動すると、流体は室１８の第１側面４２から第１通路２０を通り、空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２を通り主に外へ出るよう移動可能である。取り入れ通路６２および取り入れ口６４を通り流体が外へ流れることを回避または最小限にとどめるために、リードバルブのような一方向バルブ７０は取り入れ通路６２に設置されることが可能である。一方向バルブ７０は、取り入れ口への流れを可能にするが、取り入れ口６４から出る流れを回避または最小限に抑えることが可能である。
【００４２】
したがって、アクチュエータ１０が選択的な取り入れ通路６４を備えると、羽根１６が反対方向、室１８の第２側面４４に向かって（図４では左へ）移動する際に、流体は主に取り入れ口６４から引き込まれ、その後取り入れ通路６２および第１通路２０の一部を通り、室１８の第１側面４２に達することが可能である。さらに、流体の一部は同時に空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２を通り、第１通路２０を通り、室１８の第２側面４４内へ引き込まれることが可能である。
【００４３】
図５には、たとえば航空機の翼のような翼１４に設置されたシングルポート振動羽根アクチュエータ１０の斜視図が示される。上述のように、振動羽根アクチュエータ１０は旋回軸３４に連結される羽根１６を含むことが可能であり、これにより羽根１６がケーシン
グ１７内のくさび形の室１８内で前後に移動可能である。図５では、羽根１６を見せるためにケーシング１７は部分的に切断されて示されている。アクチュエータ１０は室端部４６またはオリフィスを有する第１通路２０と、翼１４の空気力学的表面２４に近接する第１開口部２２とを含むことが可能である。図５の実施形態では、第１開口部２２は細長い長方形の溝として示されている。しかしながら、他の実施形態では第１開口部２２は特定の用途の要件に応じてあらゆる適切な形状を有することが可能である。さらに、アクチュエータは、連接棒５４に接続されるクランク５２を備える回転軸５０を含むことが可能である。図５では連接棒は、旋回軸３４に固定的に連結されている連結アーム６６に接続されて示されているが、その他の実施形態では連接棒５４は、たとえば羽根１６の縁部に沿ってオフセットされた軸のようなあらゆる適切な連結部または結合部により羽根１６に接続されることが可能である。または連接棒５４が不要な場合もある。
【００４４】
本発明の多くの特徴および長所が詳細な説明から明らかになる。したがって、添付の請求項は本発明の精神および範囲に含まれるすべての特徴および長所を含むものとする。さらに、当業者であれば多数の修正および変形例が思い当たるため、本発明は図示および説明した構造および作動のみに限定されず、本発明の範囲に含まれるすべての変更および同等物が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】翼の前縁スラットにおける流体の流れにおいて流れの分離を低減するための流れの能動制御を提供可能である、本発明の好適な実施形態に係る振動羽根アクチュエータの断面図である。
【図２】翼の後縁フラップにおける流体の流れにおいて流れの分離を低減するための流れの能動制御を提供可能である、本発明の別の好適な実施形態に係る振動羽根アクチュエータの断面図である。
【図３】図１および図２の実施形態に使用可能であるデュアルポート振動羽根アクチュエータの詳細な断面図である。
【図４】図１および図２の実施形態に使用可能であるシングルポート振動羽根アクチュエータの詳細な断面図である。
【図５】翼に設置されたシングルポート振動羽根アクチュエータの部分的な断面斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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