(57)【要約】  航空用モバイルプラットフォームは一般に、複数の回転するロータブレードを含み、当該ロータブレードは、ロータブレードの各々の上に境界層を形成する気流内で作動する。ロータブレードの少なくとも１つは、少なくとも変動する迎角を有する不安定な亜音速気流を含む気流を受ける部分を含む。ロータブレードの少なくとも１つは、当該ロータブレードの少なくとも１つの上において、１つ以上の渦発生片も含み、この１つ以上の渦発生片は、境界層と相互作用する渦を生成して、境界層の剥離の発生を少なくとも遅らせ、不安定な最大揚力係数の値を上昇させ、その部分に対する不安定なピッチングモーメント係数の値を下降させる。
2010513113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空用モバイルプラットフォームであって、
複数の回転するロータブレードを備え、前記複数の回転するロータブレードは、前記ロータブレードの各々の上に境界層を形成する気流内で作動し、前記ロータブレードの少なくとも１つは、
少なくとも変化する迎角を有する不安定な亜音速気流を含む前記気流を受ける部分と、
前記ロータブレードの前記少なくとも１つの上において、１つ以上の渦発生片とを含み、前記１つ以上の渦発生片は、前記境界層と相互作用する渦を生成して、前記境界層の剥離の発生を少なくとも遅らせ、不安定な最大揚力係数の値を上昇させ、前記部分に対する不安定なピッチングモーメント係数の値を下降させる、航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項２】
少なくとも前記部分の形状は、前記１つ以上の渦発生片の配置の効果に基づき、前記ロータブレードの前記少なくとも１つの真上の速度分布を変化させるように改変され、前記部分の前記形状は、厚さ、丸み、前縁の半径、キャンバ、およびそれらの１つ以上の組合せの少なくとも１つを変化させるように改変される、請求項１に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項３】
前記渦発生片の前記１つは、前記部分の表面から伸張するベーンを含む、請求項１に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項４】
前記ベーンは、前記気流に対してヨー方向に調整可能である、請求項３に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項５】
前記ベーンは、前記部分の前記表面よりも下に後退するように作動可能である、請求項３に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項６】
前記１つ以上の渦発生片は、前記境界層からの噴流の抽出および前記境界層への噴流の噴射の少なくとも１つを行なうジェットを前記部分内に含む、請求項１に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項７】
前記１つ以上の渦発生片は、前記ロータブレードの前記少なくとも１つの約１０パーセント翼弦に相当する、前記ロータブレードの１つの上の場所に位置付けられる、請求項１に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項８】
前記１つ以上の渦発生片は、渦発生片の翼弦線を規定する少なくとも第１の機械的渦発生片を含み、前記渦発生片の翼弦線に平行な方向は、前記第１の機械的渦発生片が接続される前記ロータブレードの少なくとも１つの翼弦線に平行な方向と第１の角度をなし、前記角度は約１５度である、請求項１に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項９】
前記１つ以上の渦発生片は、渦発生片の翼弦線を規定する第２の機械的渦発生片を含み、前記第２の機械的渦発生片の前記渦発生片の翼弦線に平行な方向は、前記第２の機械的渦発生片が接続される前記ロータブレードの少なくとも１つの翼弦線に平行な方向と第２の角度をなし、前記第２の角度は約１５度であり、前記第１の機械的渦発生片の前縁と、前記第２の機械的渦発生片の前縁とは、互いに向かって傾斜している、請求項８に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項１０】
前記１つ以上の渦発生片は、第１の機械的渦発生片および第２の機械的渦発生片を含み
、前記第１および第２の機械的渦発生片の各々は、前記第１および第２の機械的渦発生片が接続される前記ロータブレードの少なくとも１つの翼弦線に対して傾斜する渦発生片の翼弦線を規定する、請求項１に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項１１】
前記第１の機械的渦発生片の前縁と、前記第２の機械的渦発生片の前縁とは、互いに向かって傾斜している、請求項１０に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項１２】
前記ロータブレードの少なくとも１つの少なくとも回転位置に基づき、前記１つ以上の渦発生片を調整するコントローラをさらに備える、請求項１に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項１３】
前記１つ以上の渦発生片の前記調整は、伸張状態と後退状態との間でベーンを動かすことを含み、前記後退状態における前記ベーンは、前記ロータブレードの前記少なくとも１つの前記部分の表面よりも下に配設される、請求項１２に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項１４】
前記１つ以上の渦発生片は、密集した流体渦発生片のアレイを含む、請求項１に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項１５】
密集した流体渦発生片の前記アレイを調整するように作動可能なコントローラをさらに備え、密集した流体渦発生片の前記アレイは、第１の組の流体渦発生片と、第２の組の流体渦発生片とを生じ、密集した流体渦発生片の前記アレイの前記調整は、前記第１の組を起動すること、前記第１の組を起動停止すること、前記第１の組からの噴流の大きさを変化させること、前記第１の組からの噴流の周波数を変化させること、前記第１の組からの噴流のパルス幅を変化させること、およびそれらの１つ以上の組合せのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の航空用モバイルプラットフォーム。
【請求項１６】
回転するロータブレードを有する航空用モバイルプラットフォームの性能を改善するための方法であって、
少なくとも変化する迎角を有する不安定な亜音速気流を通ってロータブレードを回転させるステップを含み、前記ロータブレードの各々は、前記気流内において最大揚力係数の第１の値を有し、前記方法はさらに、
前記ロータブレードの各々の真上に渦を生成するステップと、
前記渦により、前記気流内に前記最大揚力係数の前記第１の値よりも大きな前記最大揚力係数の第２の値を確立するステップとを含む、方法。
【請求項１７】
前記ロータブレードの各々の真上に渦を生成する前記ステップは、後退状態から伸張状態にベーンを動かすステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ロータブレードの各々の真上に渦を生成する前記ステップは、噴流を噴射し、抽出するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記渦は、前記ロータブレードの各々の前縁付近で生成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ロータブレードの各々の真上で渦を生成する前記ステップは、前記ロータブレード上の１つ以上の渦発生片の配置に基づき、前記ロータブレードの真上における速度分布を変化させるように前記ロータブレードの形状を改変するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記ロータブレードの各々の真上に渦を生成する前記ステップは、前記ロータブレードの各々の前縁付近に第１の機械的渦発生片および第２の機械的渦発生片を配置するステップを含み、前記第１の機械的渦発生片の前縁および前記第２の機械的渦発生片の前縁は、互いに向かって傾斜している、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本教示は、回転するロータブレードを有する航空用モバイルプラットフォームに関し、より特定的には、不安定な亜音速気流内での境界層剥離および動的ピッチングモーメントの発生を減じるための、回転翼航空機の各ロータブレード上の渦発生片に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
１つ以上の翼型を使用して揚力および／または推力を供給することのできる多くの航空用モバイルプラットフォームが存在する。たとえば固定翼航空機において、翼（すなわち翼型）は、相対的に安定した気流を受けることが可能である。相対的に高い迎角（すなわち、気流に対する翼型の配向）および／または相対的に高い気流速度において、翼の表面から境界層が大きく分離することがあり得、それによって失速状態が生じる。この失速状態において、翼は揚力の損失を受けることが考えられる。
【０００３】
回転翼航空機のロータブレードは、固定翼航空機の翼とは異なり、当該ロータブレードが接続されているロータハブとともに回転し得る。回転するロータブレードは、迎角における相対的に高い周波数変動および相対的に高い振幅変動と、各ロータブレードの１つ以上の部分における気流速度の、相対的に迅速で周期性の変化とを含み得る、不安定な高亜音速の気流に加え、ブレードのピッチ角の周期的な変動に晒される。不安定な気流の中で回転するロータブレードは、迎角の不安定な変動により、最大達成可能揚力の増大（すなわち、翼型の部分のＣlmaxの増大）を生じ得る。
【０００４】
最大達成可能揚力の増大が生じ得てもロータブレードが失速するとき（すなわち揚力失速）、ロータブレードは、相対的に大きな下向きのピッチングモーメントを受け得る。通常、揚力失速に先行する、この相対的に大きな下向きのピッチングモーメント（すなわちモーメント失速）は、ロータブレードの制御装置およびロータハブに大きな振動荷重を生じ得る。この振動荷重のために、回転翼航空機の速度、重量、高度、および／または、他の性能パラメータに制約を加えて、このような高い振動荷重を回避しなければならないことが考えられる。さらに、このような状態下での飛行時間により、ロータハブおよびロータブレードの制御装置の寿命が短縮し、保守整備の費用が増大し得る。
【０００５】
一般には、ロータブレードの剛率を高めて、境界層剥離、すなわち失速状態の発生を遅らせることができる。ロータの剛率の増大は、ロータブレードの翼弦の延長、またはブレードの数の増大を含み得る。或る一定の総重量および／または運航速度において、ロータブレードの剛率を高めると、ロータの或る局部における局部揚力係数の値を、達成可能揚力の最大値（すなわちＣlmax）よりも下げることができ（すなわちＣlの低下）、それにより、失速状態の発生を遅らせることができる。しかしながら、失速状態を遅らせることができても、ロータブレードは失速し得る。さらに、ロータブレードの剛率を高めると、ロータブレードのピッチングモーメントの大きさが、翼弦長の二乗分だけ（すなわち、（ピッチングモーメント）〜（翼弦長）2）だけ増大し得る。
【０００６】
ピッチングモーメントの大きさの増大に対処するために、ロータブレードの翼型は、後縁タブ、および／または、相対的に中程度のキャンバを有して実現され得る。後縁タブは、負の角度、すなわち、後縁から上向きに設定され得る。代替的に、ロータブレードの翼型は、後縁の領域において負のキャンバ（すなわち逆キャンバ）を有するように設計され
得る。剛率およびキャンバに対する変更と、後縁タブの追加とのさまざまな組合せにより、失速の発生を遅らせることができ、失速状態によって生じるピッチングモーメントの大きさを減じることができる。
【０００７】
しかしながら、これらのさまざまな組合せにより、ロータブレードの複雑さが増し、重量が増大し、特に、ロータブレードの数が増大する。ロータブレードの剛率を高め、および／または、ロータブレードの数を増やすと、当該ロータブレードによって生じる形状抗力の増大を克服するために、より多くのエンジン出力が必要となり得る。なぜなら、形状抗力が、ブレードの面積に比例し得るためである。ロータブレードの剛率および／またはキャンバおよび／または剛率を増大させると、回転翼航空機のロータブレード、ロータハブ、ロータブレードの制御装置、および関連構造の重量を増大させ得る。上記のロータブレードの構成は、その意図する目的においては依然として有用であるが、当該技術ではまだ改善の余地がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
概要
本教示のさまざまな局面は、一般に、複数の回転するロータブレードを一般に含む航空用モバイルプラットフォームを含み、この複数の回転するロータブレードは、当該ロータブレードの各々の上に境界層を形成する気流内で作動する。ロータブレードの少なくとも１つは、少なくとも変動する迎角を有する不安定な亜音速気流を含む気流を受ける部分を含む。また、ロータブレードの少なくとも１つは、当該ロータブレードの少なくとも１つの上において、１つ以上の渦発生片も含み、この渦発生片は、境界層と相互作用する渦を生成して、境界層の剥離の発生を少なくとも遅らせ、不安定な最大揚力係数の値を上昇させ、その部分に対する不安定なピッチングモーメント係数の値を下降させる。
【０００９】
本明細書に提示する説明から、さらに別の適用範囲が明らかになるであろう。説明および特定の例が例示の目的のためだけに意図されており、本教示を限定する意図がないことを理解されたい。
【００１０】
本明細書に記載する図面は、例示の目的に限られ、本教示をいかなる態様においても限定することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本教示に従った、ロータハブから伸張し得るロータブレードを有する回転翼航空機または他の適切な航空用モバイル航空用プラットフォームの一部の上面図である。
【図２Ａ】本教示の一局面に従った、機械型渦発生片が接続されたロータブレードの部分の図である。
【図２Ｂ】本教示の別の局面に従った、流体渦発生片の一種を有するロータブレードの部分を示す、図２Ａに類似した図である。
【図２Ｃ】本教示のさらに別の局面に従った、流体渦発生片の別の種類を示す、図２Ｂに類似した図である。
【図２Ｄ】本教示のさらに別の局面に従った、さまざまな種類の渦発生片が接続されたロータブレードの部分の図である。
【図３Ａ】本教示に従った、境界層の剥離の発生を遅らせるためにロータブレードの上面に取付けられた１つ以上の渦発生片を有するロータブレードの側面図である。
【図３Ｂ】本教示に従った、境界層の剥離の発生を遅らせるためにロータブレードの底面に取付けられた１つ以上の渦発生片を有するロータブレードの側面図である。
【図４】本教示に従った、伸張状態と後退状態との間で動かされ得、および／または選択的に偏揺れを有し得るベーンとして構成された渦発生片を有するロータブレードの部分の図である。
【図５】本教示に従った、１つ以上の渦発生片のための例示的な制御システムの図である。
【図６】本教示に従った、渦発生片を有する例示的なロータブレードについての揚力係数および迎角の値を示す図である。
【図７】本教示に従った、渦発生片を有する例示的なロータブレードについてのピッチングモーメント係数および迎角の値を示す図である。
【図８】本教示に従った、翼型設計全体の速度プロファイルが渦発生片により提供される利点を増大させるように、１つ以上の渦発生片に組合せられ得る基準線の丸みおよび改変された丸みを示すロータブレード翼型を示す図である。
【図９】本教示のさらに別の局面に従った、機械型渦発生片の対が接続されたロータブレードの部分の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
詳細な説明
以下の説明は、本質的に単に例示的なものであり、本教示、その用途、または使用を限定することを意図しない。図面全体にわたり、対応する参照番号が、同一または対応する部品および特徴を示すことを理解されたい。
【００１３】
本教示のさまざまな局面は、広範囲の航空用モバイルプラットフォームのいずれにも適用可能であり得る。本教示は特に、ヘリコプター、ティルトロータ、オートジャイロ等の回転翼航空機に有用であり得る。本教示はまた、直接制御、遠隔制御、自動化による制御、および／またはそれらの１つ以上の適切な組合せが可能な無人航空機および有人航空機のいずれにも適用可能である。本教示のさまざまな局面は、メインロータ、副メインロータ、リアロータ等の広範囲の揚力生成面および／または推力生成面のいずれにも適用可能であり得る。したがって、本明細書における翼型および／またはロータブレードに対する特定の言及が、それらの特定の実施例に本教示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００１４】
さらに、或る専門用語は、参照の目的のためだけに使用され得、本教示を限定する必要がない。たとえば、「上部」、「下部」、「上方」、および「下方」等の用語は、参照する図面の方向を指し得る。「前部」、「後部」、「後方」、および「側方」等の用語は、整合性を有しながらも任意である基準系内で構成要素の部分の配向を説明することができ、当該基準系は、議論に際して、構成要素を説明する本文と関連の図面とを参照することにより、一層明瞭になり得る。このような専門用語は、特に上で述べた語、その派生語、および同様の意味を有する語を含み得る。同様に、「第１」、「第２」という用語、ならびに、他のこのような構造、システム、および／または方法を指す、数に関する用語は、文脈によって明記されない限り、配列または順序を示唆しない。
【００１５】
本教示のさまざまな局面に従い、図１を参照すると、飛行機、ヘリコプター、オートジャイロ、ティルトロータ等の１つ以上の航空用モバイルプラットフォーム１０は、ロータブレード１２を使用して、揚力および／または推力を生じ得る。一例において、回転翼航空機１４は、ロータハブ１６から伸張し得るロータブレード１２を有し得る。ロータブレード１２の各々は、翼弦および翼幅を有し得る。ロータブレード１２の各々は、翼幅の方向においてブレード先端から遠位のブレードの根元１８において、ロータハブ１６に結合し得る。
【００１６】
回転翼航空機１４は一般に、前方方向に進行し得る。この点に関し、ロータブレード１２の１つは、前進状態２２にあり得、ロータブレード１２の別の１つは、後退状態２４にあり得る。ロータブレード１２の各々は、当該ロータブレード１２がその円形経路、すな
わちロータ円板２８を進行し得るのに伴い、すぐ前のロータブレードにより影響を受け得る気流２６を受ける。この点に関し、ロータブレード１２の各々は、ブレードピッチの制御された周期性の変化（すなわちサイクリックピッチ）を受けることと、回転翼航空機１４の他のブレードまたは他の部品の伴流によって生じる一般的な気流の乱れとによって生じる不安定な気流状態に遭遇し得る。これらの不安定な気流状態により、ロータブレード１２の部分は、迎角および／またはマッハ（Mach）数の相対的に高い周波数変動および／または相対的に大きな振幅変動を受ける。気流２６のマッハ数は、亜音速であり得る。一例において、回転翼航空機１４の動作パラメータは、前進するブレード（すなわち、前進状態２２にあるロータブレード１２の１つ）の上において約０．２から０．８の範囲にあり、後退するブレード（すなわち、後退状態２４にあるロータブレード１２の１つ）の上において０から０．６の範囲にある、気流２６のマッハ数を含み得る。
【００１７】
１つ以上の渦発生片３０は、さまざまな形態および／またはさまざまな予め定められた位置において、１つ以上のロータブレード１２上に実現され得る。一般的に、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、渦発生片３０により生成される渦は、翼型の迎角の高い振幅変化および／または高い周波数変化の状態下において、境界層３２がロータブレード１２から剥離しないようにする抵抗力を増大させる。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、境界層３２がロータブレード１２に実質的に付着した状態を保つことにより、ロータブレード１２は、当該ロータブレード１２が動的モーメント失速に入る前に、迎角およびマッハ数のより大きな変動を許容し得る。これは、後退状態２４におけるロータブレード１２に特に当てはまり得る。この点に関し、失速の発生を減じることおよび／または回避することにより、相対的に大きくかつ動的なピッチングモーメントを減じるか、または回避することができる。
【００１８】
より具体的に、ロータブレード１２が受ける不安定な気流は、ロータブレード１２の１つ以上の部分の真上において、迎角および／またはマッハ数の高い周波数変動を生じ得、これにより、ロータブレード１２は、ロータブレード１２の当該部分にさまざまな値の局所揚力係数（すなわちＣl）を受けることになり得る。しかしながら、渦発生片３０からの渦により、最大揚力係数（すなわちＣlmax）の局所値を上昇させることができ、ロータブレード１２の当該部分についての部分ピッチングモーメントの突然の変化を遅らせることができる。この点に関し、揚力係数の値は、最大揚力係数の値よりも低く維持され得る。別の例において、境界層３２がロータブレード１２から剥離し得るまで、すなわち、失速状態になり得るまで、揚力係数の値を増大させることができる。ロータブレード１２が実際に失速状態になると、その剛率および／またはキャンバが境界層３２の剥離の発生を遅らせるように変更されており、かつ、本教示に従った渦発生片３０を実現していないロータブレード１２のピッチングモーメントよりも、当該失速状態によって生じるピッチングモーメントを低下させることができる。
【００１９】
図２Ｄに示すように、渦発生片３０は、或る予め定められた構成でロータブレード１２上に配備され得る機械的装置および／または流体装置であり得る。図２Ａおよび図４に示すように、機械的渦発生片３４は、気流２６内に物理的に伸張するタブ、ベーン等の装置であり得る。図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、流体渦発生片３６は、気流２６内に噴流を噴射することができ、および／または、気流２６から噴流を抽出することのできる装置、たとえば圧電パルスジェット、ゼロ実質質量（zero net mass）ジェット等であり得る。図２Ｂにおいて、流体渦発生片３６は、楕円形または円形の流体渦発生片３６ａであり得る（たとえば、流体渦発生片３６の１つに関連付けられた開口部が楕円形または円形である）。図２Ｃにおいて、流体渦発生片３６は、矩形の流体渦発生片３６ｂであり得る（たとえば、流体渦発生片３６の１つに関連付けられた開口部が矩形である）。渦発生片３０は、すべてが１種類の渦発生片３０（たとえば図２Ａに示すように、すべてが機械的渦発生片３４）であり得る。代替的に、図２Ｄに示すように、ロータブレード１２の各々ま
たはすべての上で使用され得る１つ以上の種類の渦発生片３０、および／または、それらの１つ以上の適切な組合せであってもよい。
【００２０】
機械的渦発生片３４は、固定され得（すなわち、ロータブレード１２に対して非可動であり）、または、調整可能であり得る。一例において、図４を参照すると、渦発生片３０は、ロータブレード１２ａに沿って特定の翼弦および翼幅の位置に配置され得る１つ以上のベーン３８を含み得る。ベーン３８は不動であり得、ベーン３８は、ロータブレード１２ａに対して可動であり、およびそれらの組合せが可能である。ベーン３８の動きは、当初の位置に対するピッチ、ロール、および／またはヨーのさまざまな偏差を含み得る。一例において、ベーン３８は、ピッチおよびロールの方向に固定され得るが、偏揺れ（すなわち、一般に、基準となるブレード部分の翼弦線４２に対してほぼ垂直であり得るｚ軸４０を中心とした回転）を生じさせることができる。各ベーン３８の偏揺れは、ロータブレード１２ａの迎角、気流速度、渦発生片３０がロータ円板２８（図１）に取付られ得るロータブレード１２ａ（たとえば進行状態２２とは反対の後退状態２４にあるブレード）の位置、および／またはそれらの１つ以上の組合せに基づき得る。
【００２１】
ベーン３８は、固定されているかおよび／または調整可能であるかに関わらず、ロータブレード１２ａの表面４４から伸張可能であり得、表面４４内に後退可能であり得る。さらに、ベーン３８および／または１つ以上の他の適切な渦発生片３０は、ロータブレード１２、１２ａの上面４６（図３Ａ）および／または底面４８（図３Ｂ）上、および／または、その組合せにおいて実現され得る。１つ以上のベーン３８の偏揺れ、伸張、後退、および／または１つ以上のそれらの組合せは、ロータブレード１２の迎角、気流２６の速度、１つ以上の渦発生片３０がロータ円板２８（図１）に取付けられているロータブレード１２の位置、および／またはそれらの１つ以上の組合せに基づき得る。
【００２２】
流体渦発生片３６を実現する一例において、１つ以上の流体渦発生片３６は、或る翼弦および翼幅の位置に配置され得る。一例において図５を参照すると、渦発生片３０は、ロータブレード１２上の多数の渦発生片３０が第１の組１００、第２の組１０２等に分割され得るように配列され得、これらの第１の組および第２の組等は、流体渦発生片の密集したアレイの一部である。組１００、１０２の各々は、起動状態にあり得る（たとえば、噴流の噴射と抽出との間での振動）か、または非起動状態にあり得る（たとえば、噴射も抽出も行なわない）。組１００、１０２等の各々が起動状態にあるとき、流体渦発生片３６の各々は、同一の組内の他の流体渦発生片３６と同様の態様で、または異なる態様で、噴流を噴射および／または抽出する。たとえば、適用可能であるのは、第１の組１００がすべて起動状態にあり得るものの、第１の組１００内の或る流体渦発生片３６が、第１の組１００内の他の流体渦発生片３６とは異なる態様で噴流を噴射および／または抽出し得るものである。
【００２３】
流体渦発生片３６の第１の組１００、第２の組１０２等は、或る流体渦発生片３６の起動および起動停止がロータブレード１２上の或る場所に対応し得るように、或る翼弦位置および／または翼幅位置に関連付けられ得る。加えて、飛行状態および／またはロータブレード１２の配向が変化（すなわち、入射角が変化）するのに伴い、起動している流体渦発生片３６または非起動状態の流体渦発生片３６の数が変化し得る。さらに、流体渦発生片３６の各々が噴流を噴射するおよび／または抽出し得る態様（たとえば、大きさ、周波数、パルス幅等の変化）は、飛行状態および／またはロータブレード１２の配向が変化するのに伴って変化し得る。
【００２４】
一例において、流体渦発生片３６は、本発明の譲受人に譲渡された以下の米国特許、すなわち、２００５年５月３１日に発行され、ハイブリッドな断続的吹込みおよび吸込みを介した、空力面上における流れの剥離特性を改変するための方法および装置（Method and
Device for Alternating the Separation Characteristics of Flow over an Aerodynamic Surface via Hybrid Intermittent Blowing and Suction）と題された米国特許第６，８９９，３０２号、２００５年３月１５日に発行され、断続的吸込みを介した、空力面上における気流の剥離特性を改変するための方法および装置（Method and Device for Altering the Separation Characteristics of Air-flow over an Aerodynamic Surface via Intermittent Suction）と題された米国特許第６，８６６，２３４号、２００４年３月３０日に発行され、線形電磁ゼロ実質質量ジェットアクチュエータ（Linear Electromagnetic Zero Net Mass Jet Actuator）と題された米国特許第６，７１３，９０１号、および２００２年１０月２９日に発行され、空力面用ジェットアクチュエータ（Jet Actuators for Aerodynamic Surfaces）と題された米国特許第６，４７１，４７７号に開示されたものと同様であることが考えられる１つ以上の振動ジェットを含み得る。
【００２５】
機械的渦発生片３４および／または流体渦発生片３６は、回転翼航空機１４（図１）における既存の航空電子工学システム１０６または他の適切なナビゲーションシステム、飛行制御システム、飛行通信システム等に一体化しているか、またはそれとは別に存在することが考えられるコントローラ１０４によって制御され得る。このようにして、（人間および／またはコンピュータに関わらず）パイロットは、起動状態と非起動状態との間で流体渦発生片３６の各々の切換えを直接的および／または間接的に制御することができ、および／または、流体渦発生片３６の各々が作動する態様、流体および／または機械的渦発生片３４，３６の配備、および／または、渦発生片の位置決め（たとえば、機械的渦発生片３４の偏揺れ）を制御して、ロータブレード１２の失速の発生を遅らせることをさらに容易にすることができる。
【００２６】
この議論のために、ロータブレード１２の各々は、多数の部分に分割され得、それにより、各部分の荷重および空力特性の議論および／またはモデル化が可能になり、当該部分の各々およびすべての相互作用を評価して、完成した（すなわち最終的な）ロータブレード１２に関して効率のよい設計を提供することができる。ロータブレード１２の各部分は、無数の理由、たとえば、気流２６が不安定であること、ロータブレード１２が、当該ロータブレード１２の先端２０（図１）において高い対気速度を受けること、ロータブレード１２のよじれおよび／または空力弾性等の理由により、さまざまな荷重および／または空力特性を受け得る。
【００２７】
この開示に鑑みて、渦発生片３０が、いくつかの部分では失速の発生を遅らせることができるものの、他の部分では、より低い程度で発生を遅らせるか、または発生を全く遅らせ得ないことを認識されたい。この点に関し、境界層３２の剥離は、必ずしも、ロータブレード１２の全体にわたって迅速に生じる事象ではない。境界層３２は、ロータブレード１２のいくつかの部分では部分的に剥離し得るものの、他の部分では一般に付着した状態を保つ。その結果、ロータブレード１２のいくつかの部分の真上における気流２６が失速状態であるとして最も適切に特徴付けられ得る場合でも、総体効果は、失速の全体的な発生の遅延となり得る。
【００２８】
図６の線図２００は、ロータブレード１２（図１）に関する揚力係数の値対迎角の値に対する、渦発生片３０により生成される渦の効果を示す。迎角の値は、公称迎角２０２から周期性の態様で変化し得る。ロータブレードの迎角が周期性の態様で変動するのに伴う、最大迎角２０４の値および最小迎角２０６の値を示す。第１のデータ系列２０８は、ロータブレード上で渦発生片３０が何ら実現されていない場合における、ロータブレードの迎角の値に対する揚力係数の値を示す。第２のデータ系列２１０は、本教示に従ってロータブレード上で１つ以上の渦発生片３０が実現された場合における、ロータブレードの迎角の値に対する揚力係数の値を示す。ロータブレード１２を回転させることによって一般にもたらされる周期性の態様で迎角の値が増減するのに伴い、渦発生片３０からの渦の効
果が、相対的により高い値の揚力係数をもたらし得ることを示すことができる。
【００２９】
図７の線図３００は、ロータブレード１２（図１）のピッチングモーメント係数の値対迎角の値に対する、渦発生片３０により生成される渦の効果を示す。迎角の値は、最大迎角３０２と最小迎角３０４との間で周期性の態様で変動し得る。第１のデータ系列３０６は、ロータブレード上で渦発生片３０が何ら実現されていない場合における、ロータブレードの迎角の値に対するピッチングモーメント係数の値を示す。第２のデータ系列３０８は、本教示に従ってロータブレード上で１つ以上の渦発生片３０が実現された場合における、ロータブレードの迎角の値に対するピッチングモーメント係数の値を示す。ロータブレード１２を回転させることによって一般に生じる周期性の態様で迎角の値が増減するのに伴い、渦発生片３０からの渦の効果は、相対的により低い値のピッチングモーメント係数をもたらし得る。
【００３０】
本教示に従った渦発生片３０は、組込みプロセス等において渦発生片３０を用いずに当初構築されていたロータブレード１２上で実現され得る。特にロータブレードの不安定な流れ環境における低いマッハ数（すなわちＭ＝０．４付近または未満）および高い迎角において、渦発生片３０は、前縁領域５２（図３Ａ）の真上における吸込みを増大させながら、後縁領域５０（図３Ａ）の真上に境界層３２が付着した状態を保ち得る。これにより、渦発生片３０を用いない翼型に比べ、高い揚力、低い抗力、および低い局所ピッチングモーメントを生じることが示され得る。しかしながら、マッハ数に依存して、ロータブレードのピッチ率および前縁領域５２の真上の気流速度の上昇により、ロータブレード１２の部分の真上に高くかつ可能性としては好ましくない速度勾配を生じることが示され得る。いくつかの例において、渦発生片３０の前方に、亜音速流のポケットが生じることが示され得る。この高い速度勾配および／または亜音速流のポケットは、後縁よりも前縁付近における流れの剥離を生じ得、このことは、渦発生片３０の利点を打消し得る。
【００３１】
渦発生片３０はまた、渦発生片３０を用いて当初構築されたロータブレード１２上でも実現され得、それにより、ロータブレード１２の他の特性を変更しておよび／または適合させて、渦発生片３０の実現から更に別の利益を得ることができる。一例において、ロータブレードの前縁を改変して（たとえばキャンバ、丸み（bluntness）等）、ロータブレード１２の部分に沿った気流の速度を下げることができる。さまざまな形状のロータブレード１２を渦発生片３０を用いて実現することができる。ロータブレード１２の構成および渦発生片３０の配置は、回転翼航空機１４に影響を及ぼすか、または回転翼航空機１４を規定する無数のパラメータに基づく。或る場合、渦発生片３０の或る配置と組合せた、ロータブレード１２の真上におけるより望ましい速度分布は、ロータブレード１２の厚さ、キャンバ、前縁の半径、およびそれらの１つ以上の組合せを調整することにより達成され得る。
【００３２】
反復的な設計処理を開始することによって或る実現例を決定して、渦ブレード１２、翼型、および渦発生片の最適な構成を提供することができる。渦発生片３０の或る配置と組合せた、ロータブレード全体の速度分布の改善により、境界層３２がロータブレード１２から剥離することに対する抵抗力を増大させることができる。
【００３３】
一例において、図８を参照すると、翼型４００は、基準線の丸み４０２および改変された丸み４０４を有し得る。翼型４００の前縁４０６の丸みは、前縁４０６の曲率半径を調整することによって調整され得る。前縁４０６上において改変された丸み４０４を有するロータブレード１２は、１つ以上の渦発生片３０も含み得、したがって、渦発生片３０が単に取付けられた、基準線の丸み４０２を有する翼型に比べ、渦発生片３０を収容しかつ渦発生片３０からの利点を受けるように変更された翼型の一例を規定する。
【００３４】
本教示のさまざまな例において、渦発生片３０は、一連の渦を生じ得る。所定数の渦が存在することが考えられ、さらに、間隔、方向、位相、強度、およびそれらの１つ以上の組合せは、回転翼航空機１４が一般に遭遇する適切な空力環境または多数の環境に渦発生片３０を適合させるように制御され得る。少なくとも上記パラメータを、さまざまな航空用モバイルプラットフォーム上で経験的にシミュレートおよび／または試験し、渦発生片３０の１つ以上の適切な構成を生じ、この航空用モバイルプラットフォームに利益を生じることができる。
【００３５】
渦発生片３０のさまざまな局面は、回転翼航空機１４のロータ制御装置、ハブ、および構造上にかかる少なくとも振動荷重を下げるために実現され得る。これにより、構成要素の磨損を減らすことができ、回転翼航空機１４の寿命を延ばすことができる。また、渦発生片３０を用いて、回転翼航空機１４のロータ制御装置、ハブ、および構造にかかる振動荷重を一般に維持することもできるが、渦発生片３０を用いて、回転翼航空機１４の性能エンベロープを拡張することができる。すると、渦発生片３０を使用することにより、ロータ制御負荷の限度を上回ることなく、より高い推力レベルが可能になり得る。さらに、渦発生片３０は、回転翼航空機１４の現時点の飛行エンベロープを拡張することができ、それにより、速度、高度、垂直方向の揚力、および操作性の増大、ならびにそれらの組合せを達成することができる。
【００３６】
本教示の一局面において、渦発生片３０は、適切な回転翼航空機のテールロータに含まれ得るロータブレード１２に適用され得る。テールロータ上で渦発生片３０を実現することにより、当該テールロータにより生じる最大推力を増大させることができ、それにより、回転翼航空機１４の低速偏揺れの操作性が増大する。さらに、メインロータのロータブレード１２上に渦発生片３０を実現した回転翼航空機１４は、テールロータ上にも渦発生片３０を用いて、特に、メインロータの性能の向上に伴う偏揺れモーメントを相殺することができる。
【００３７】
本教示の一局面において、渦発生片３０は、回転翼航空機１４（図１）上のロータブレード１２の各々の上で実現され得る。図９に示すように、渦発生片３０は、ロータブレード１２の前縁領域５２に沿って配列される機械的渦発生片３４を規定することができる。具体的に、渦発生片３０は、前縁領域５２において対５０２に配列され得、それにより、渦発生片３０の対５０２の各々は、ロータブレード１２の１つの翼弦線５０４の約１０％の場所に配設され、それにより、前縁付近の場所５０５を規定する。１つの対５０２内のベーン５００の各々は、対５０２内のベーン５００の各々の前縁５０６が互いの方を向き、したがって、一例として、ロータブレード１２の翼弦線５０４から約１５度である角度５０８をなし得るように、ロータブレード１２上に配向され得る。換言すると、渦発生片の翼弦線５１０に平行な方向が、ロータブレード１２の翼弦線５０４に平行な方向と、角度５０８を生じ得る。
【００３８】
一例において、対５０２のベーン５００の各々は、各ベーン５００の約４分の１翼弦から測定して約０．２５インチ（約６．３５ミリメートル）の距離５１２だけ互いに間隔を空けて配置され得る。対５０２の各々は、ロータブレード１２上の他の対のベーン５００から約１インチ（約２５．４ミリメートル）の距離５１４だけ間隔を空けて配置され得る。ベーン５００の各々は、約０．２インチ（約５．０８ミリメートル）の長さ（すなわち、渦発生片の翼弦線５１０に沿って）であり得、約０．１インチ（約２．５４ミリメートル）の高さ（すなわちロータブレード１２の表面５１６から垂直な寸法）であり得る。ベーン５００の厚さは、約０．０２５インチ（約０．６３５ミリメートル）であり得る。
【００３９】
さらに別の一例において、ベーン５００は或る用途のために構成され得、その用途の１つが、ボーイング社（Boeing）のチヌーク（Chinook）ＣＨ−４７等の、２つのメインロ
ータを有する回転翼航空機１４を含み得る。このような用途において、対５０２のベーン５００の各々は、各ベーン５００の約４分の１翼弦から測定してほぼ０．７５インチ（約１９．１ミリメートル）の距離だけ互いに間隔を空けて配置され得る。対５０２の各々は、約３インチ（約７６．２ミリメートル）である距離だけ、ロータブレード１２上の他の対のベーン５００から間隔を空けて配置され得る。ベーン５００の各々は、約０．６インチ（約１５．２ミリメートル）の長さ（すなわちベーンの翼弦線に沿って）であり得、約０．３インチ（約７．６２ミリメートル）の高さ（すなわち、ロータブレードの表面５１６から垂直な寸法）であり得る。ベーン５００の厚さは、約０．０７５インチ（約１．９１ミリメートル）であり得る。この開示に照らし、渦発生片３０の他の構成が、航空用モバイルプラットフォームと、当該航空用モバイルプラットフォームの使用目的とに基づいて実現され得ることが認識されるであろう。
【００４０】
特定の局面をこの明細書において説明し、図面において例示してきたが、クレームに規定する本教示の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を行なうことができ、等価物がその要素の代わりに使用され得ることを当業者は認識するであろう。さらに、本教示のさまざまな局面間の特徴、要素、および／または機能の混合および突合せが、本明細書において明らかに企図され得、それにより、当業者は、本教示から、本教示の一局面の特徴、要素、および／または機能が、上記において他の態様で記載されない限り、別の局面に適宜組込まれ得ることを認識するであろう。さらに、この発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況、構成、または材料を本教示に適合させるために多くの変更を行なうことができる。したがって、本教示が、当該本教示を実施するために現在企図されている最良の態様として図面に例示されかつ明細書に記載された特定の局面に限定されず、本教示の範囲が、上記の説明および前掲の請求項における後続の多くの局面および例を含むことが意図され得る。
【図１】
2010513113.tif 000003
【図２Ａ】
2010513113.tif 000004
【図２Ｂ】
2010513113.tif 000005
【図２Ｃ】
2010513113.tif 000006
【図２Ｄ】
2010513113.tif 000007
【図３Ａ】
2010513113.tif 000008
【図３Ｂ】
2010513113.tif 000009
【図４】
2010513113.tif 000010
【図５】
2010513113.tif 000011
【図６】
2010513113.tif 000012
【図７】
2010513113.tif 000013
【図８】
2010513113.tif 000014
【図９】
2010513113.tif 000015
【国際調査報告】
2010513113.tif 000016
2010513113.tif 000017
2010513113.tif 000018