(57)【要約】  本発明は、航空機に空気力学的抵抗を発生させる装置及び方法に関する。また、本発明は、空気力学的抵抗を発生させる航空機に関する。航空機は、少なくとも１つの制動フラップ(10)を有している。制動フラップ(10)は、航空機の周囲の空気流中に伸長できるように構成されている。本発明によれば、少なくとも１つの制動フラップ(10)は、航空機の主翼(4)の上の領域内において、空気の動圧の局所的最大値が存在する航空機の胴体(12)に配置される。また、少なくとも１つの制動フラップ(10)は、下向きのピッチングモーメントと上向きのピッチングモーメントをつりあわせるように配置される。
2009538773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機に空気力学的抵抗を発生させる装置であって、
航空機の周囲の空気流中に伸長できる構成の少なくとも１つの制動フラップを有し、
前記少なくとも１つの制動フラップは、航空機の主翼の上の領域内において航空機の胴体に配置される、装置。
【請求項２】
胴体の周方向に互いに間隔を隔てた２つ、３つ又は４つ以上の前記制動フラップが、航空機の主翼の上の領域内において航空機の胴体に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制動フラップは、胴体の中心平面に対して垂直な方向に、互いに対称的な関係をなして配置される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
制動フラップの、航空機の胴体から遠い方の端部は、真直ぐな縁部を有する、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
制動フラップの、航空機の胴体から遠い方の端部は、鋸歯状の縁部、翼形の縁部、孔あきの縁部又は丸みつきの縁部を有する、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの制動フラップは、実質的に矩形の形状を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの制動フラップは、任意の適当な形状を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記制動フラップは、互いに独立に駆動できる、請求項２〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
航空機に空気力学的抵抗を発生させる方法であって、
航空機の主翼の上の領域内で航空機の胴体に配置された少なくとも１つの制動フラップを航空機の周囲の空気流中に伸長させる、方法。
【請求項１０】
航空機の周囲の空気流中に伸長させることができる少なくとも１つの制動フラップを備えた航空機であって、
前記少なくとも１つの制動フラップは、航空機の主翼の上の領域内で航空機の胴体に配置される、航空機。
【請求項１１】
請求項２〜８の記載に従って装備される、請求項１０に記載の航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機に空気力学的抵抗を発生させる装置及び方法であって、少なくとも１つの制動フラップを使用し、この制動フラップを航空機の周囲の空気流中に伸長させる装置及び方法に関する。また、本発明は、少なくとも１つの制動フラップが設けられた航空機であって、この制動フラップを航空機の周囲の空気流中に伸長させることができる航空機に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の着陸進入の際、着陸用滑走路の必要長さを制限するために、航空機の速度はできる限り小さい値に低下させられる。また、地上での飛行騒音を低減させるために、急角度の着陸進入によって騒音公害領域をできる限り小さくすることが望まれている。ゆっくりとした着陸進入ができるようにするには、大きい揚力係数を必要とする。急角度でゆっくりとした進入飛行路を達成するためには、この目的に必要な高揚力システムに加えて、効果的ないくつかの制動装置も必要になる。理想的な状況では、かかる制動装置は、航空機の空気抵抗を増大させるだけであり、航空機の揚力、ピッチモーメント、ロールモーメント、又はヨーモーメントのいずれにも影響を及ぼさない。加えて、騒音公害を更に制限するには、制動装置は、追加の源騒音をできる限り小さくすべきである。
【０００３】
着陸進入の際、航空機の飛行速度を効果的に低下させるため、通常、実質的に航空機の主翼の後縁領域に配置された制動フラップが使用され、以下、かかる制動フラップを「スポイラ」とも称する。スポイラが航空機の主翼に直接配置されているため、伸長させられたスポイラは、主翼の周囲の空気流に決定的な影響を及ぼし、その結果、主翼の後縁のフラップ（着陸用フラップ）及び主翼の前縁フラップ（スラット）の揚力増大作用を低下させる。ほとんどの場合、スポイラを伸長させると、航空機の長手方向モーメント量が変化し、それにより、特に変化するピッチモーメントを昇降舵ユニットによって連続的に補償する必要がある。また、低下した揚力及び高速の着陸速度のため、飛行騒音は、顕著に増大し、それに伴い、航空機セル騒音が飛行速度に対して指数関数的に増大する。加えて、伸長させたスポイラによって発生した源騒音は増幅される。
【０００４】
変形例の構成として、航空機の胴体の下面側に配置され且つ航空機の周囲の空気流中に伸長させることができる制動フラップ（腹側エアブレーキ）がある。幾何学的制限、即ち、航空機胴体の幅、地上から航空機胴体までの最小距離、及び着陸装置の設置状況のため、腹側エアブレーキの伸長サイズ及び作用も制限される。多くの場合、かかる制動フラップで充分な空気抵抗を発生させることは不可能であり、その結果、その使用は制限されている。また、腹側エアブレーキによって発生した騒音は、航空機胴体又は主翼のいずれによっても遮断されないため、地上方向への有害な騒音放出を計算に入れる必要がある。
【０００５】
航空機のテールには、通常、いわゆる「花弁状（petal）エアブレーキ」が配置され、航空機の両側で飛行方向に見て側方にピボット運動により伸長される。この種の装置の欠点は、胴体のテール領域において利用できる設置容積が制限される、すなわち、胴体に取付けられる補助パワーユニット（ＡＰＵ）、テールユニット等のシステム機器によって制限されることである。他の欠点は、この種の装置が、流れ力学的に小さい運動エネルギ領域内に配置されることである。上述したこれらの理由から、花弁状エアブレーキによる抵抗の発生は制限される。
【０００６】
抵抗を発生させる他の可能な方法は、いわゆるスプリットラダーである。この種の装置の欠点は、利用できる設置スペースが制限されること、並びに方向舵組立体領域における構造的空気荷重を支持する能力が制限されることである。また、この装置を使用すると、方向舵組立体のヨーイング（偏揺れ）安定化作用が著しく低下することも判明している。上記理由から、この種の装置は、低レベルの抵抗発生可能性が得られるに過ぎないものといえる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は、既知の解決方法の１つ以上の上記問題を低減させるか、無くすことにある。より詳しくは、本発明の目的は、揚力を低下させず、騒音の発生が小さくかつ航空機に付加モーメントを加えない空気力学的抵抗を航空機に発生させる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、航空機の主翼の上の領域内で航空機の胴体に配置される少なくとも１つの制動フラップにより達成される。
【０００９】
これらの制動フラップ（背側(dorsal)エアブレーキ）は、空気流に関する高い動圧が得られる航空機の胴体の領域内に配置される。従来の商業用航空機の場合、これらの装置を取付けるのに適した高動圧領域は、例えば、空気流が加速される側にあり、胴体の近くで且つ航空機の主翼の低圧側で見つけられる。この領域内において、制動フラップを胴体の上に配置すると、空気流の動圧を低下させる。この目的で加えられるエネルギは、航空機の運動エネルギから得られる。
【００１０】
この種の装置によって、特に、高揚力形態の主翼における圧力分布を変えることにより、下向きのピッチングモーメントが引起こされる（負のピッチングモーメントの寄与）。更に、制動フラップに関する流入流れは、上向きのピッチングモーメントを引起こす（正のピッチングモーメントの寄与）。これらの２つのピッチングモーメントの寄与を、航空機の制動フラップの適当に選択された正確な位置決めによって、完全につりあわせる。加えて、航空機に誘発される抵抗は、航空機の制動フラップの理想的な位置決めにより増大され、上記圧力抵抗の増大と組合わされて、制動作用を更に増大させる。背側エアブレーキの制動作用は、主翼の周囲の流れ、即ち、高揚力フラップに対して、従来のスポイラ構造よりも著しく小さい影響しか与えない。従って、圧力分布を変化させると、抵抗の増大と揚力損失の低下の両方を達成できる。
【００１１】
このような制動フラップによる騒音の発生は、既知の解決法に比べて大幅に小さい。その理由は、制動フラップが発生する騒音が地上に向かうことを航空機の主翼及び胴体が遮るからである。主翼に取付けられたスポイラを置換すること、及び、主翼の前縁フラップ（スラット）の周囲の流れに有利な影響を与えることは、背エアブレーキによる航空機の全騒音を低減できることを意味する。
【００１２】
好ましくは、胴体の周方向に互いに間隔を隔てた２つ、３つ、４つ又は５つ以上の制動フラップが、航空機の主翼の上の領域内において航空機の胴体に配置される。航空機の胴体が球形曲率を有するため、航空機の胴体の上面の領域内の断面部分の上に一列に配置された複数の小さい制動フラップを使用することが、幾何学的に有利である。また、特に２つの制動フラップ又は２対の制動フラップを使用する場合、制動フラップの間に適当な間隔が設けられることにより、渦乱流の伴流を、尾部に向かって配置された方向舵組立体の空気渦による破壊が低減又は回避されるように差し向けることが可能である。
【００１３】
制動フラップは、胴体の中心平面に対して、周方向に互いに対称的に配置されるのが好ましい。これにより、非対称的な制動力により引起こされる追加のピッチングモーメント、ローリングモーメント又はヨーイングモーメントを無くすことができる。
【００１４】
有利な実施形態では、制動フラップの、航空機の胴体から遠い方の端部、即ち、胴体から離れる方向に向いた端部は、真直ぐな縁部を有する。このため、制動フラップの製造、即ち、機械加工、特に、引込んだ制動フラップと航空機の胴体とを面一にシールする連結部の製造、即ち、機械加工を比較的安価に行うことができる。
【００１５】
他の好ましい特徴では、制動フラップの、航空機の胴体から遠い方の端部に、鋸歯状の縁部、翼形の縁部、孔あきの縁部又は丸みつきの縁部が設けられている。これらを適当に設計することにより、動的作用の改善及び発生騒音の低減の両方が可能になる。
【００１６】
少なくとも１つの制動フラップが実質的に矩形の形状を有していることは、特に好ましい。これにより、航空機の胴体に制動フラップ及びシール領域を作ることが簡単化され、矩形フラップの制動特性は知られている。
【００１７】
最後に、特に好ましいことは、少なくとも１つの制動フラップが任意の適当な形状を有していることである。適当な形状は、例えば実験又はシミュレーションによって定めることができる。
【００１８】
特に好ましい実施形態では、２つ又は３つ以上の制動フラップが互いに独立に駆動可能である。制動フラップが独立に駆動可能であることにより、着陸進入中又はその他の局面の間、制動フラップを、航空機の飛行姿勢調整に組入れることができ、且つ、制動フラップが独立に駆動可能であることを、航空機のモーメント量を最適化することに使用することができる。
【００１９】
また、本発明の目的は、航空機に空気力学的抵抗を発生させる方法であって、航空機の主翼の上の領域内において航空機の胴体に配置された少なくとも１つの制動フラップを航空機の周囲の空気流中に伸長させる方法によって達成される。
【００２０】
最後に、本発明の目的は、少なくとも１つの制動フラップを備えた航空機であって、航空機の周囲の空気流中に伸長させることができる少なくとも１つの制動フラップが、航空機の主翼の上の領域内で航空機の胴体に配置される航空機により達成される。
【００２１】
特に好ましい実施形態は、航空機に抵抗を発生させる装置の上記特徴に従って設計される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面に例示する実施形態を参照して、本発明をより詳細に説明する。以下に述べる特定な説明において、同一又は同様な要素には同じ参照番号を使用する。
【００２３】
図１は、２つの主翼４を備えた航空機２を示しており、主翼４には、主翼前縁フラップ（スラット）６と、主翼後縁フラップ（フラップ）８とが設けられている。着陸進入の際、フラップ８とスラット６の両方が伸長され、巡航速度飛行と比べてかなり大きい揚力係数が得られ、それにより、着陸進入中の飛行速度を大きく低下させる。
【００２４】
着陸進入の際、推力の減少、及び、伸長したスラット６及びフラップ８による航空機の全体空気抵抗の増大に加えて、制動フラップによって航空機２の速度を更に低下させたり、永続する下降飛行を考慮に入れて航空機の速度を一定に維持したりする必要がある。このことは、本発明では、主翼４によって構成される平面の上に位置する航空機の胴体１２の領域内に配置された２つの制動フラップ１０によって行われる。
【００２５】
制動フラップ１０は、その最大伸長位置において、航空機胴体１２の表面に対してほぼ垂直である形態を有している。制動フラップ１０の面積及び外方への伸び長さは、必要とされる制動効率又は必要とされる所要空気抵抗、航空機の胴体上の利用可能スペース、及び胴体の曲率、及び必要なアクチュエータ動力によって制限される。瞬間的制動作用は、枢動により伸長した制動フラップ１０の角度を変えることによって、影響を受ける。
【００２６】
制動フラップ１０の縁部の幾何学的形状は、特に、発生する騒音に関する条件に依存する。制動フラップ１０の全体的な幾何学的形状は、長方形であってもよいし、任意適当な形状であってもよい。
【００２７】
２つの制動フラップ１０からなる１対の制動フラップの代わりに、ただ１つの又は３つ以上の制動フラップ１０を使用することも可能であり、制動フラップ１０は、例えば、主翼の上に且つ窓１４よりも上方に配置されるのがよい。
【００２８】
また、複数の制動フラップ１０は、好ましくは互いに対して別々に駆動可能であり且つ着陸進入中又はその他の局面の間の飛行姿勢調整に組込まれている限り、複数の制動フラップ１０は、航空機のモーメント量を追加的に安定化させることに寄与する。
【００２９】
図２に示すように、胴体の上面上における新規な制動フラップ１０の位置は、特に、胴体における動圧の分布によって定められる。
【００３０】
図２に明瞭に示されていることは、空気の動圧に関する局所的最大値が航空機２の領域１６に見られることである。制動フラップ１０は、この領域１６内に配置されるべきであると共に、制動フラップ１０が動圧を可能な限り最も有効に使用し且つ最適制動作用を得る形態のものであるべきである。従って、領域１６内の好ましい位置は、局所的に動圧が最大になる箇所１８である。箇所１８において、いわゆるオーバースピード（超過速度）、即ち、航空機の流入速度を超える空気流速度が、その局所的最大値に達する。
【００３１】
制動フラップ１０を航空機の胴体１２の上面の領域１６に配置することにより、地上における騒音を減少させる。この理由は、制動フラップ１０が主翼４及び航空機の胴体１２の上に配置されており、地上に向かって発生した騒音を遮るからである。航空機の形態において、主翼４に取付けられるスポイラを省略すると、フラップ８及びスラット６により発生される騒音も、主翼４上の流れ条件の改善によって低減されるであろう。
【００３２】
本発明は、主翼４に取付けられた在来のスポイラと同様な制動作用を有する制動フラップを提供するが、本発明において、制動フラップは、航空機のモーメント量を乱さず、且つ、着陸進入の際の騒音を実質的に少ししか発生させない。使用した実施形態は、本発明の説明の目的としてのみ役立ち、本発明をこの実施形態に限定するつもりはない。更に、主翼の動圧を低下させ、従って、制動作用を発生させる任意の種類の制動フラップを、航空機の主翼４の上に設けてもよい。適当な水平尾翼組立体であれば、このような制動フラップを、付加的に又は専ら胴体尾部の領域に設けることを考えることもできる。本発明は、特に、旅客機に関する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による制動フラップを備えた航空機の斜視図である。
【図２】航空機の胴体上の動圧分布を示す図である。
【図１】
2009538773.tif 000003
【図２】
2009538773.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月4日(2008.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機であって、
航空機の周囲の空気流中に伸長させることができる少なくとも１つの制動フラップを有し、
前記少なくとも１つの制動フラップは、航空機の主翼の上の領域内において、空気の動圧の局所的最大値が存在する航空機の胴体の上に配置されると共に、下向きのピッチングモーメントと上向きのピッチングモーメントをつりあわせるように配置される、航空機。
【請求項２】
２つ、３つ、４つ又は５つ以上の前記制動フラップが、航空機の主翼の上の領域内において、航空機の胴体に周方向に互いに間隔を隔てて配置される、請求項１に記載の航空機。
【請求項３】
前記制動フラップは、胴体の中心平面に対して、周方向に互いに対称の関係をなして配置される、請求項２に記載の航空機。
【請求項４】
制動フラップの、航空機の胴体から遠い方の端部は、真直ぐな縁部を有する、請求項２又は３に記載の航空機。
【請求項５】
制動フラップの、航空機の胴体から遠い方の端部は、鋸歯状の縁部、翼形の縁部、孔あきの縁部又は丸みつきの縁部を有する、請求項２又は３に記載の航空機。
【請求項６】
前記少なくとも１つの制動フラップは、実質的に矩形の形状を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の航空機。
【請求項７】
前記制動フラップは、互いに独立に駆動可能である、請求項２〜６のいずれか１項に記載の航空機。
【請求項８】
航空機に空気力学的抵抗を発生させる方法であって、
少なくとも１つの制動フラップを、航空機の主翼の上の領域内において、空気の動圧の局所的最大値が存在する航空機の胴体に配置し、
前記少なくとも１つの制動フラップを、航空機の周囲の空気流中に伸長させ、
前記少なくとも１つの制動フラップを、下向きのピッチングモーメントと上向きのピッチングモーメントをつりあわせるように配置する、方法。
【国際調査報告】
2009538773.tif 000005
2009538773.tif 000006