(57)【要約】流体がその上を所定の方向（Ｆ）に流れるよう設計されている流れ制御表面（２０）を含む、流れ制御装置が開示される。渦発生器（３０）は、前記流れ制御表面に関連している。個々の渦発生器のそれぞれは、前記所定の方向に対し鋭角（ａ）を成す旋回軸（４０）を有するとともに、前記個々の渦発生器が渦巻き流体流を生成するよう機能する拡張状態と、個々の前記渦発生器が前記流れ制御表面と隣接するよう前記旋回軸を介して旋回する格納状態との両方に位置することができる。アクチュエータは前記渦発生器のそれぞれに関連し、それぞれのアクチュエータは、関連した前記渦発生器を前記拡張状態と格納状態との間に位置させるよう構成されている。前記流れ制御装置は、ティルトロータ機に使用されることが開示されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ制御装置であって、流体がその上を所定の方向に流れるよう設計されている流れ制御表面と、前記流れ制御表面に関連した渦発生器であって、個々の渦発生器のそれぞれが、前記所定の方向に対し鋭角を成す旋回軸を有するとともに、前記個々の渦発生器が渦巻き流体流を生成するよう機能する拡張状態と、前記個々の渦発生器が前記流れ制御表面と隣接するよう前記旋回軸を介して旋回する格納状態との両方に位置することができる、渦発生器と、前記個々の渦発生器のそれぞれに関連したアクチュエータであって、それぞれの関連した前記渦発生器を前記拡張状態と格納状態との間に位置させるよう構成されたアクチュエータと、を備える流れ制御装置。
【請求項２】
前記鋭角は、５度から４５度である、請求項１に記載の流れ制御装置。
【請求項３】
前記渦発生器は形状記憶材料で形成され、前記アクチュエータは、前記形状記憶材料を作動させるヒータを含む、請求項１に記載の流れ制御装置。
【請求項４】
前記個々の渦発生器のそれぞれは、前記格納状態においては前記流れ制御表面と平行して位置し、前記拡張状態においては前記流れ制御表面に対し０度より大きく１８０度より小さい角度に設定される、フィンの形態である、請求項１に記載の流れ制御装置。
【請求項５】
前記流れ制御表面はティルトロータ機の一部である、請求項１に記載の流れ制御装置。
【請求項６】
飛行機であって、ティルトロータウィングと、流体がその上を所定の方向に流れるよう設計されている、前記ティルトロータウィング上に形成された流れ制御表面と、前記流れ制御表面に関連した渦発生器であって、個々の渦発生器のそれぞれが、前記所定の方向に対し鋭角を成す旋回軸を有するとともに、個々の前記渦発生器が渦巻き流体流を生成するよう機能する拡張状態と、個々の前記渦発生器が前記流れ制御表面と隣接するよう前記旋回軸を介して旋回する格納状態との両方に位置することができる、渦発生器と、個々の前記渦発生器のそれぞれに関連したアクチュエータであって、関連した前記渦発生器を前記拡張状態と格納状態との間に位置させるよう構成されたアクチュエータと、を備える流れ制御装置。
【請求項７】
前記鋭角は、５度から４５度である、請求項６に記載の飛行機。
【請求項８】
前記アクチュエータはヒータを含み、前記渦発生器は、前記ヒータの作動に基づいて動かすことができる形状記憶材料を含む、請求項６に記載の飛行機。
【請求項９】
前記個々の渦発生器のそれぞれは、前記格納状態においては前記流れ制御表面と平行して位置し、前記拡張状態においては前記流れ制御表面に対し０度より大きく１８０度より小さい角度に設定される、フィンの形態である、請求項６に記載の飛行機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格納可能な渦発生器を備えた流れ制御表面に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、２００５年６月３０日に出願された米国仮特許出願番号６０／６９５，１８１に対する優先権を主張し、当該出願は参照することによりその全体が組み込まれる。
【０００３】
流れ制御表面の境界空気層に関連した低運動量流体流を、境界空気層の外側の高運動量流体流と混合する、様々な流れ制御表面を持つ渦発生器が使用されている。様々な飛行機においてそのような渦発生器を使用することにより、操作上の有効性が改善されてきた。しかし、永久的に設置されたウィング渦発生器は、不利な抗力を生じさせ、飛行機の適切な性能を大きく低下させる、氷の形態などの異物を付着させる場合がある。
【０００４】
これらの問題を解消するために、格納可能な渦発生器が開発されている。
【０００５】
ＢａｕｅｒのＵＳ  ４，０３９，１６１、ＣｏｘのＵＳ  ５，２５３，８２８、およびＬｉｓｙらのＵＳ  ６，１０５，９０４はそれぞれ、流れ制御表面に格納できる渦発生器を開示している。しかし、これらの文献に開示された格納可能な渦発生器は、使用されていないときに渦発生器を格納することができる内部空間を確保できるような配置となる、構造の変化を必要とする。渦発生器を収納するのに十分な空間の必要性は、ウィングや他の構造の設計にマイナスの影響を与えることがある。また、渦発生器を加えるのが望ましい流れ制御表面を有するウィングまたは他の同様の構造を、そのような渦発生器に合わせて改造する必要があるが、容易に改造することができない。
【０００６】
ＣａｍｐｂｅｌｌのＵＳ  ６，４２７，９４８は、下方向の乱流を発生させるための湾曲位置への移動と、抗力を低減させるための非湾曲位置への移行を選択的に行うことができる渦発生器を開示している。Ｃａｍｐｂｅｌｌの渦発生器は、関連したヒータに電気信号が印加されないときは湾曲位置にあり、関連したヒータに電気信号が印加されたときは非湾曲位置にある、形状記憶合金で形成される。しかし、湾曲状態と非湾曲状態のいずれにおいても、渦発生器は流れ制御表面の外側に突き出し、非湾曲状態では湾曲状態と比較して生じる抗力が小さいものの、まだその突き出した部分が望ましくない残存する抗力をある程度生じさせ、露出した渦発生器上の氷の付着の問題が軽減されない。
【特許文献１】米国特許４，０３９，１６１号明細書
【特許文献２】米国特許５，２５３，８２８号明細書
【特許文献３】米国特許６，１０５，９０４号明細書
【特許文献４】米国特許６，４２７，９４８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、流体がその上を所定の方向に流れるよう設計されている流れ制御面を含む流れ制御装置を提供する。渦発生器は前記流れ制御表面に関連している。個々の渦発生器のそれぞれは、前記所定の方向に対し鋭角を成す旋回軸を有するとともに、前記個々の渦発生器が渦巻き流体流を生成するよう機能する拡張状態と、個々の前記渦発生器が前記流れ制御表面と隣接するよう前記旋回軸を介して旋回する格納状態との両方に位置することができる。アクチュエータは前記渦発生器のそれぞれに関連し、それぞれのアクチュエータは、関連した前記渦発生器を前記拡張状態と格納状態との間に位置させるよう構成されている。
【０００９】
ある実施例では、前記拡張状態において前記渦発生器が前記所定の方向と成す鋭角は、５から４５度の間である。
【００１０】
ある例では、前記アクチュエータは、ニッケル−チタン合金から作られる形状記憶材料を作動させるヒータであってもよい。しかし、他のタイプの電気機械アクチュエータが使用されてもよい。
【００１１】
ある例では、前記渦発生器は、前記格納状態においては前記流れ制御表面と平行であり、前記拡張状態においては０度と１８０度の間の角度に設定される、フィンの形態であってもよい。
【００１２】
ここで説明されている流れ制御装置は、格納される渦発生器のために確保される空間を流れ制御装置中に必要とすることなく、流れ制御表面上の抗力および氷の蓄積の低減を提供する。このように、本発明の格納可能な渦発生器は、流れ制御表面の大幅な改造を必要とせずに、多種多様の流れ制御表面に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、および２Ｂは、本発明の一実施例に従う流れ制御装置１０の一例を示す。図１Ａは、流体媒体がその上をベクトルＦで表される方向に流れるよう設計されている流れ制御表面２０の側面図を、図１Ｂはその上面図を示す。拡張位置における複数の渦発生器３０の配列が図示されている。渦発生器３０は、拡張した場合、制御表面の平面に対し略垂直となる、実質的に平坦な構造である。渦発生器３０のそれぞれは、旋回軸４０の周りに旋回するよう構成される。旋回軸４０は、渦巻き流体流の発生を促進するように流れ方向（または主要な風の方向）Ｆと鋭角αを成す。鋭角αは、流れ制御表面２０上で渦を発生させるよう、５度から４５度（または、測定する方向によっては−５度から−４５度）の間であってよい。より具体的な実施例において、角度αは１２度から２５度の間であり、さらに具体的には１９度から２１度の間である。図２Ａおよび２Ｂは、渦発生器３０の配列が格納位置にあるときに、流体媒体がその上を所定の方向Ｆに流れるよう設計されている流れ制御表面２０の側面図および上面図である。図示されるように、渦発生器は、上側流れ制御表面２０と略平行かつ重なった関係となるよう、旋回軸４０のまわりを旋回している。一実施例では、格納された渦発生器は、上側流れ制御表面２０と当接している。この状態では、渦発生器は、流れの経路上に存在せず、したがって渦発生器の抗力の効果を実質的に排除する。渦発生器は必要に応じて拡張され、またその他いかなる飛行条件においても、流れ制御装置において、使用しないときに渦発生器を格納するための空間を必要とすることなく、格納される。図示された実施例において、表面２０は実質的に連続的で変型されていない形状を有する。したがって、図に示されているような渦発生器は、すでに製造されている異なる形式の表面２０の多くに後付けすることができることが理解される。他の実施例（図示せず）では、展開されたとき渦発生器が配置される上側表面領域はやや陥凹する。そのような陥凹部は、格納されたときの渦発生器の露出した表面が、表面２０の隣接した表面部分と実質的に面一となるよう、渦発生器の厚さと同じ寸法の深さを有してもよい。
【００１４】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の一実施例に従う、流れ制御表面２０上の渦発生器３０の動作の一例を示す。図３Ａは、格納状態にあるときの渦発生器３０の旋回軸４０に沿った方向から見た図である。図３Ｂは、拡張状態にあるときの渦発生器３０の旋回軸４０に沿った図である。渦発生器は、格納状態と拡張状態との間で位置が変わるよう、モータまたはアクチュエータ５０により作動される。拡張状態は、渦発生器が流れ制御表面２０に対し角度θで傾斜するよう、様々に選択可能である。本実施例では、アクチュエータ５０は、（外部コントローラからの）電気入力６０により制御される電磁モータであってもよく、角度θが表面２０に対し０度から１８０度の間となるよう調整されてもよい。一実施例において、角度θは、表面２０に対し垂直（９０°）となる方向または角度θで展開される。他の実施例において、渦３０は垂直に対し−４°から＋４°の角度で展開される。
【００１５】
図４Ａおよび４Ｂは、渦発生器３０を拡張位置と格納位置との間で位置させるための他のアクチュエータの一例を示す。この例では、アクチュエータは、（外部コントローラからの）電気入力８０により制御されるヒータ７０を含む。渦発生器３０は、ニッケル−チタン合金などの形状記憶合金で形成され、製造中、図４Ｂに示すように、まず拡張位置となるように変形される。図４Ｂの拡張位置において、渦発生器３０は、表面２０に対して角度θを成す。角度θは、上で説明した図３Ａおよび３Ｂの実施例と同じ範囲をとることができる。ヒータ７０により形状記憶材料の固有遷移温度より高く加熱すると、渦発生器は図４Ａに示すように非変形状態に戻る。他の実施例において、形状記憶合金の渦発生器は、図４Ａに図示するようにまず格納（非展開）位置にある。形状記憶合金の渦発生器を加熱すると、図４Ａの格納位置から図４Ｂの展開位置に移行する。
【００１６】
当業者には明らかであるが、上記の旋回機能を実行するために、様々な型のアクチュエータを使用することができる。例えば、熱バイモルフアクチュエータ、圧電バイモルフアクチュエータ、および旋回運動を生じさせることができる他のいかなるアクチュエータも、本発明のアクチュエータとして使用することができる。
【００１７】
一実施例において、本発明の流れ制御装置は、ティルトロータ式飛行機のウィングの一部として使用される。
【００１８】
渦発生器の特定の構成を示してきたが、本発明はこの構成に限定されず、共回転および反回転の効果を生み出すのに他の様々な配置を使用することができる。
【００１９】
個々の渦発生器の形状を三角形として示してきたが、本発明はこの形状に限定されず、長方形やその他の形状など、渦発生器の他の形状を使用することができる。
【００２０】
本発明の特定の実施例を示し説明してきたが、当業者には、本発明の教示から逸脱しない範囲で様々な変更を行うことができることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本発明に従う、拡張状態または展開状態における渦発生器を有する流れ制御装置の側面図である。
【図１Ｂ】本発明に従う、拡張状態または展開状態における渦発生器を有する流れ制御装置の上面図である。
【図２Ａ】本発明に従う、格納状態における渦発生器を有する流れ制御装置の側面図である。
【図２Ｂ】本発明に従う、格納状態における渦発生器を有する流れ制御装置の上面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例に従う、格納状態にある場合の一つの渦発生器の旋回軸に沿った図である。
【図３Ｂ】拡張状態または展開状態にある場合の図３Ａの渦発生器の旋回軸に沿った図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施例に従う、格納状態の場合の一つの渦発生器の旋回軸に沿った図である。
【図４Ｂ】拡張状態または展開状態にある場合の図４Ａの渦発生器の旋回軸に沿った図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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