(57)【要約】【課題】簡易な構造で、航空機の前縁における着氷を確実かつ効率的に防ぐことができる、航空機における前縁部の防氷装置を提供する。【解決手段】防氷装置４０は、主翼前縁部２２へ供給するための抽出エアが流れる抽出エアノズル４１と、抽出エアの流路上に設けられ、抽出エアが衝突する後壁３２と、を備える。抽出エアノズル４１は、後壁３２よりも主翼前縁部２２側に設けられている。抽出エアノズル４１には、後壁３２に対向し、抽出エアが主翼前縁部２２の先端部２２ａの反対方向である後方に向けて吹き出すように形成された吹き出し孔４１ａを有する。吹き出し孔４１ａから吹き出された抽出エアが後壁３２に衝突し主翼前縁部２２の後方から内壁面３１に沿って先端部２２ａへ向けて流れることにより、先端部２２ａの内壁面３１の局所的な過熱を防ぎ、主翼前縁部２２全体がより均一に加熱される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲形状をなす前縁部の内周面に抽出エアを供給することで前記前縁部の外周面への着氷を防止する装置であって、
前記前縁部とは反対方向である後方に向けて抽出エアを吹き付ける抽出エア供給部と、
前記抽出エア供給部から吹き付けられた抽出エアが衝突する衝突部と、を備え、
前記衝突部に衝突した前記抽出エアは、前記前縁部の前記内周面に向けて供給されることを特徴とする
航空機における前縁部の防氷装置。
【請求項２】
前記航空機の構造部材が前記衝突部を兼ねる、
請求項１に記載の航空機における前縁部の防氷装置。
【請求項３】
前記衝突部は、遮熱コーティングが施されている、
請求項１に記載の航空機における前縁部の防氷装置。
【請求項４】
前記前縁部は、航空機の翼の前縁部であり、
前記衝突部に衝突した前記抽出エアは、前記翼を構成するパネルに沿って前記前縁部の前記内周面に供給される、
請求項１に記載の航空機における前縁部の防氷装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載された防氷装置を備えた、航空機の主翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の前縁の着氷を防止する防氷装置および航空機主翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機が雲の中を飛行する際に、翼の前縁の外側表面に、空気中に存在する過冷却の水滴の衝突による着氷が生じやすい。この着氷現象は、航空機に様々な悪影響を及ぼす。
そのため、航空機の翼の前縁には、加熱手段により着氷を防止するための防氷装置が装備されている。一般的に、タービン・エンジンを装備する航空機では、エンジンの圧縮機から高温かつ高圧のエアを抽出し、この抽出されたエア（抽出エア）を加熱手段として用いている。このような防氷装置では、抽出エアを翼の内部まで導き、抽出エアが流れる抽出エア供給管に設けられた多数のノズルまたはスリットから、翼の前縁の先端部に向けて抽出エアを吹き付けることにより、翼の前縁を加熱している。この場合、抽出エアが吹きつけられた先端部付近では高い熱伝達率が得られるため、少量の抽出エア量で加熱することができる。その一方で、先端部付近から離れた領域では、先端部付近ほどの高い熱伝達率を得ることができない。したがって、翼の前縁を全体にわたって均一に加熱することができず、翼の前縁への着氷を適正に防止できないことが問題となっていた。
【０００３】
この問題を解決するために、特許文献１では、図４に示すように、航空機の主翼前縁部１１の内側における抽出エア１５の流路に沿ってガイド板１２を取り付け、主翼前縁部１１の内面を二重構造とし、主翼前縁部１１の後方に向けて抽出エア１５を流す暖気通路１３を設けた防氷装置１４が提案されている。この構造により、抽出エア１５が暖気通路１３を通って下流側まで確実に流れるため、主翼前縁部１１の内面における熱伝達率が平均化され、主翼前縁部１１を全体にわたって適正に加熱することができる。
しかしながら、特許文献１に記載の防氷装置１４は、構造が複雑で重量が重いため、航空機の機体重量が増大する。
また、この防氷装置１４では、主翼前縁部１１のみならず、ガイド板１２も抽出エア１５により加熱されるため、熱ロスが大きい。そのため、主翼前縁部１１全体を適切に加熱するのに必要な抽出エア１５の量が増大し、結果として航空機の燃費の悪化につながる。
【０００４】
さらに、特許文献１の防氷装置１４では、抽出エア１５が吹きつけられる主翼前縁部１１の先端部１１ａの熱伝達率が局所的に高くなり、先端部１１ａの内面が焼損する恐れがある。
これに対し、特許文献２では、主翼前縁部の外側に粗い表面を有するバンドを取り付けて、主翼前縁部の外側を流れる層流を乱流に遷移させることにより主翼前縁部を冷却させ、局所的に高くなった熱伝達率を低下させる防氷装置を提案している。この防氷装置によれば、抽出エアが吹き付けられる主翼前縁部の焼損を防ぐことができる。しかしながら、翼の外側表面に部材を設けると、飛行中の空気抵抗が増し、航空機の燃費の悪化につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８３９２２号公報
【特許文献２】特表２００９−５２３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、簡易な構造で、航空機の前縁における着氷を確実かつ効率的に防ぐことができる、航空機における前縁部の防氷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明の航空機における前縁部の防氷装置は、湾曲形状をなす前縁部の内周面に抽出エアを供給することで前縁部の外周面への着氷を防止する装置であって、前縁部とは反対方向である後方に向けて抽出エアを吹き付ける抽出エア供給部と、抽出エア供給部から吹き付けられた抽出エアが衝突する衝突部と、を有し、衝突部に衝突した抽出エアが前縁部の内周面に向けて供給されることを特徴としている。
このように、抽出エアを前縁部の反対方向である後方に向けて吹き付ける抽出エア供給部を設け、一旦衝突部に衝突させてから前縁部の内周面に供給するという簡易な構成により、前縁部の内周面に抽出エアが直接的に衝突することによりその衝突部分が局所的に過熱されることを防ぐことができる。また、これにより、前縁部と、そこから離れた後方との温度差が小さくなるため、前縁部の内周面を全体にわたって均一に加熱することができ、前縁部の外周面への着氷を確実かつ効率的に防止することができる。
【０００８】
本発明では、航空機の構造部材が衝突部を兼ねる構成とすることができる。これにより、衝突部用の部材を別途設ける必要がなく、防氷装置をさらに簡易な構造とし、軽量化を実現することができる。
【０００９】
また、衝突部に遮熱コーティングを施すことができる。これにより、衝突部の部材表層の熱伝導率を下げ、衝突部における熱ロスを防ぐことができ、前縁部の内周面をより効率的に加熱することができる。また、衝突部の耐熱性を向上することができ、衝突部およびその周囲の構造部材の過熱による焼損をより確実に防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明では、前縁部を翼の前縁部とし、衝突部に衝突した抽出エアが翼を構成するパネルに沿って前縁部の内周面に供給されるようにすることができる。航空機の翼の前縁部に本発明の防氷装置を設けることで、翼の前縁部の外側に生じる着氷を確実かつ効果的に防止することができる。
【００１１】
本発明は、また、上述の防氷装置を備えた航空機の主翼とすることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構造で、航空機の前縁における着氷を確実かつ効率的に防ぐことができる、航空機における前縁部の防氷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態における防氷装置が適用された主翼の要部を表す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は主翼の前縁部の内側を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の防氷装置の後壁に遮熱コーティングを施した場合の主翼の要部の断面図である。
【図３】本実施形態の防氷装置の内壁面に表面処理を施した場合の主翼の要部を表す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は主翼の前縁部の内側を示す斜視図である。
【図４】従来の航空機の主翼の前縁部の防氷装置が適用された主翼の要部を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１５】
＜主翼２０＞
図１（ａ）に示すように、本実施形態による主翼２０は、その外殻が例えばアルミニウム合金からなる翼パネル（スキン）２１によって形成されている。翼パネル２１は、まげ加工により、主翼２０の前縁において湾曲している。これにより、主翼２０の前縁の近傍で翼長方向に沿った主翼前縁部２２は湾曲形状となっている。
なお、翼パネル２１は、炭素繊維と樹脂との複合材料であるＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）やガラス繊維と樹脂との複合材料であるＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）から形成したものを用いることもできる。
主翼２０内側の暖気室３０は、翼パネル２１と、主翼前縁部２２の後方に主翼２０の翼長方向に沿って設けられる後壁（衝突部）３２とに囲まれることにより形成されている。なお、暖気室３０は、翼長方向に区分されていてもよい。
【００１６】
＜防氷装置４０＞
防氷装置４０は、主翼前縁部２２を加熱する抽出エアを供給する抽出エアノズル（抽出エア供給部）４１と、抽出エアノズル４１に連結した図示しない抽出エア供給管と、抽出エアが吹き付けられる後壁３２と、から構成される。防氷装置４０は、暖気室３０に設けられている。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、抽出エアノズル４１は、主翼前縁部２２の先端部２２ａから離れた位置であって、後壁３２よりも先端部２２ａ側に、主翼２０の翼長方向に沿って配設されている。抽出エアノズル４１は、暖気室３０内に適宜の手段により固定されている。抽出エアノズル４１には、図示しないエンジンの圧縮機から抽出された高温（２００℃近傍）のエアを供給する図示しない抽出エア供給管が連結されている。
抽出エアノズル４１には、後壁３２に向けて開口する複数の吹き出し孔４１ａが形成されている。つまり、吹き出し孔４１ａは、後壁３２に対向して開口し、先端部２２ａとは反対方向である後方に向けて抽出エアが吹き出されるように形成されている。吹き出し孔４１ａは、抽出エアノズル４１の長手方向に所定の間隔を隔てて直線上に並んでいる。吹き出し孔４１ａからは、抽出エア供給管から抽出エアノズル４１に流入した抽出エアが、高温かつ高速のジェット噴流として後壁３２に向けて吹き付けられる。
後壁３２は、抽出エアが直接的に衝突する衝突点３２ｃを境に、その上下が前方に向けて湾曲しており、吹き付けられた抽出エアを先端部２２ａに向けた流れに形成しやすくなっている。ただし、これは好ましい形状であり、湾曲していない平坦な形状とすることもできる。
なお、本実施形態では、主翼２０を構成する構造部材（例えばスパー）が後壁３２を兼ねているが、後壁３２を構造部材とは別体として作製し、翼パネル２１の内側に適宜の手段で取り付けることもできる。
【００１８】
＜抽出エアの流れＡＦ＞
図１を参照しながら、抽出エアの流れＡＦを説明する。
図示しないエンジンから抽出された抽出エアＡＦは、抽出エア供給管を介して抽出エアノズル４１に供給され、複数の吹き出し孔４１ａから高温かつ高速のジェット噴流として後壁３２に吹き出つけられる。抽出エアは後壁３２に衝突し、衝突点３２ｃを中心に分岐して後壁３２に沿って上下方向に流れ、主翼前縁部２２の後方から主翼前縁部２２の先端部２２ａに向けて内壁面３１に沿って流れる。これにより、主翼前縁部２２の後方から先端部２２ａにかけて全体が加熱される。なお、主翼前縁部２２の先端部２２ａで合流した抽出エアは、主翼前縁部２２の後方に流れ、暖気室３０から図示しない排出ポートを通して航空機の機外に排出される。
【００１９】
＜本実施形態の効果＞
このように、本実施形態では、先端部２２ａとは反対の方向に吹き付けられ後壁３２に衝突して上下方向に分岐した抽出エアが、主翼前縁部２２の後方から先端部２２ａに向けて流れる循環流として主翼前縁部２２内側の内壁面３１全体に供給されることにより、主翼前縁部２２の外周面が加熱される。したがって、主翼前縁部の先端部の内周面に直接抽出エアを吹き付ける従来の防氷装置を適用した場合のように、先端部の内周面が局所的に過熱されることがない。また、主翼前縁部２２の先端部２２ａと、そこから離れた主翼前縁部２２の後方との温度差が小さくなり、主翼前縁部２２全体を均一かつ効率的に加熱することができる。
【００２０】
さらに、主翼２０の構造部材である後壁３２に抽出エアを吹き付ける抽出エアノズル４１を設けるだけで済むため、簡易かつ軽量な防氷装置とすることができる。また、主翼前縁部２２の外側に部材を設ける必要もないので、空気抵抗が増えることによる燃費の悪化を招かない。
【００２１】
このような構成により、本実施形態の防氷装置では、主翼前縁部２２をより効率的に加熱することができる。その結果、主翼前縁部２２の外周面への着氷を確実かつ効率的に防止することができる。
【００２２】
なお、本実施形態の防氷装置では、図２に示すように、後壁３２の表面に遮熱コーティング３２ａを施すことができる。遮熱コーティングは通常の方法により形成することができ、例えばセラミックス塗料を後壁３２の表面に塗布する方法等を適用することができる。
そうすることにより、後壁３２の熱伝導率が下がり後壁３２における熱ロスを防ぐことができるため、主翼前縁部２２をより効率的に加熱することができる。また、後壁３２の耐熱性が向上するため、後壁３２自体はもちろん、その周囲の構造部材の過熱による焼損をより確実に防ぐことができる。
【００２３】
さらに、本実施形態の防氷装置では、図３に示すように、内壁面３１全体に熱伝達率を向上する表面処理部３１ａを設けることもできる。この表面処理部３１ａは、例えば、ショットブラストによって、梨地に加工することができる。梨地以外でも、表面処理部３１ａの表面粗さが、表面処理が施されない場合の内壁面３１の表面粗さよりも大きくなればよい。なお、ショットブラスト以外の表面処理方法としては、エッチングを適用することもできる。また、梨地加工等により表面処理部３１ａの表面粗さを大きくする処理の他の方法を用いても、表面処理部３１ａに凹凸等が形成されれば同様の効果を得ることができる。
そうすることにより、内壁面３１全体の熱伝達率が向上し、後壁３２を介して供給される抽出エアにより主翼前縁部２２をより効果的に加熱することができる。
【００２４】
なお、上記では、本発明の航空機における前縁部の防氷装置を航空機の主翼に適用して説明したが、主翼に限らず、尾翼など、他の翼に適用してもよい。また、翼の他にも、エンジンの空気取り入れ口の前縁部など、航空機の前縁であって着氷しやすい場所に適用することもできる。
また、上記では、複数の吹き出し孔４１ａを備える抽出エアノズル４１を例に説明したが、抽出エアを所望する箇所に供給できるものであればよく、例えば、吹き出し孔を一つだけ有するノズルを複数設けてもよい。さらに、上記では、複数の吹き出し孔４１ａを抽出エアノズル４１の長手方向の直線上に並べる例に説明したが、吹き出し孔４１ａから吹き出された抽出エアが後壁３２に直接吹き付けられるように配置されていればよく、例えば、吹き出し孔を抽出エアノズル４１の長手方向に千鳥状に設けたり、複列に配置することもできる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
２０…主翼、２１…翼パネル、２２…主翼前縁部、２２ａ…先端部、３０…暖気室、３１…内壁面、３１ａ…表面処理部、３２…後壁（衝突部）、３２ａ…遮熱コーティング、３２ｃ…衝突点、４０…防氷装置、４１…抽出エアノズル（抽出エア供給部）、４１ａ…吹き出し孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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