航空機の翼の非平面翼端装置、及び非平面翼端装置を備えた翼
翼に装着される翼端装置は、付け根及び先端部を有し、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２）の局所上反角が付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）にかけて連続的に増加又は減少し、後縁（５０）の局所後退角が、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）への後縁（５０）の延伸経路に沿って連続的に増加し、前縁（６０）の局所後退角が、付け根（Ｅ１）から第１の中間点（６１ａ）への延伸経路において連続的に増加し、第１の中間点（６１ａ）から第２の中間点（６２ａ）への延伸経路において連続的に減少し、第２の中間点（６２ａ）から少なくとも翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の先端部（Ｅ２）の前の（内側の）領域への延伸経路において連続的に増加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の翼の非平面翼端装置、及び非平面翼端装置を備えた翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
形状及び設計寸法の異なるいくつかの非平面翼端装置が当該技術分野において周知である。
特許文献１に記載された翼の翼端拡張部は、上面、下面、前縁、及び後縁を有する。この翼端拡張部は、翼への連結部と翼端拡張部の先端との間において、上反角が連続的に増加し、前縁及び後縁の両方の後退角が連続的に増加し、翼端拡張部の翼弦長が連続的に減少する形状をなす。また、この翼端拡張部は、連結部において、途切れることなく翼に連結されている。
【０００３】
特許文献１には、空力抵抗の減少による空力性能の向上を主な目的とする多種類の翼端装置やウィングレットが記載されている。翼端装置は、新しい航空機に配置してもよいし、既存の航空機に後付けしてもよい。後者の場合、既存の翼形状が別の翼形状に変更される。いずれの場合にせよ、空力性能の増加と構造的荷重の増加のバランスをとるよう翼端装置を設計する必要がある。この構造的荷重は、一般的な簡易方法においては、翼付け根の曲げモーメントから求められる。また、空力性能の増加は、航空機の重量に関連する全ての影響ともバランスが取れていなければならない。様々な翼端装置に対する評価は、設計シナリオ及び境界条件に基づき結果が異なる場合もある。
【０００４】
当該技術分野においては、翼端フェンス（ＷＴＦ）という装置も知られている。この翼端フェンスは、類似する寸法の２つのコンポーネントを有し、翼に対しほぼ垂直をなして上方又は下方に延設される。翼の流れ特性を向上させるために、翼端装置が配置される主翼の外側部と翼端装置との間で上反角及び後退角が連続的に滑らかに推移する翼端装置が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１１７７２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来の翼端装置と比べて、翼端装置が配置される翼の空力性能を向上させ、寸法や性能の異なる多数の航空機の改良を可能とする翼端装置及びこの翼端装置を備える翼を提供することにある。本発明のさらなる目的は、寸法や性能の異なる航空機の改造に用いることができ、翼の構造を変更させることなく、もしくはわずかな変更を加えるだけで、翼及び航空機の空力性能を向上させることができる翼端装置及びこの翼端装置を備える翼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、本願の独立請求項に記載された特徴により達成される。他の実施形態は、独立請求項の従属請求項に記載される。
本発明による翼端装置は、主翼の外側部に装着される独立部品として使用可能であり、翼の構造を変更させることなく、もしくは比較的軽微で効率的な変更を加えるだけで、飛行時等の空力効率を最適化することができる。
【０００８】
本発明による翼端装置は、翼端装置が装着される翼の性能を向上させ、かつ、その翼を備える航空機の全体的な性能も向上させる特性を有する。さらに、本発明による翼端装置の構成においては、ナビゲーションライトをそのナビゲーションライトを覆うガラスと一体化させることができる。
【０００９】
さらに、本発明による翼端装置の実施形態においては、翼端装置が後付け部品として用いられた際に、翼にかかる構造的荷重の増加を抑えることが可能である。また、本発明による形状を個々のケースに適合させることにより、このような構造的荷重を無視できる程度に低減可能である。したがって、本発明による翼端装置は、特に既存の航空機の翼の改造に適用されることができ、翼はそのままの状態で、もしくはわずかに変更するだけで改造を加えることができる。
【００１０】
前述の効果は、当該技術分野において周知の翼端装置では得ることができないか、非常に限られた程度しか得ることができない。なぜなら、これらの翼端装置は、翼端フェンスは例外として、抗力を大幅に減らすことを主目的としており、その結果、翼の付け根の曲げモーメントが増加するからである。当該技術分野で周知の翼端装置において前述の対策が可能であると仮定したとして、例えば、荷重が中立であるよう、即ち翼にかかる構造的荷重の増加が抑制されるよう構成されているとしても、周知の翼端装置においては、形状高さ等の構成により、翼の性能向上が満足のいくものとはならない。したがって、それらの対策は効果的であるとは認められない。
【００１１】
それに対して、本発明による翼端装置においては、翼にこの翼端装置を後付け部品として装着することにより翼の空力性能の向上が得られる。この翼端装置は、比較的コンパクトな構成、即ち、短い有効スパン長を有する。この翼端装置により生じる空力荷重は少ない。
【００１２】
本発明による、翼に装着される翼端装置は、付け根及び先端部を有する。この翼端装置において、翼端装置の局所上反角が付け根から先端部にかけて連続的に増加又は減少し、後縁の局所後退角が、翼端装置の付け根から先端部への後縁の延伸経路に沿って連続的に増加し、前縁）の局所後退角が、付け根から第１の中間点への延伸経路において連続的に増加し、第１の中間点から第２の中間点への延伸経路において連続的に減少し、第２の中間点から少なくとも翼端装置の先端部の前の（内側の）領域への延伸経路において連続的に増加する。
【００１３】
前縁の後退角は、翼端装置の第２の中間点から先端部への延伸経路において連続的に増加していてもよい。もしくは、前縁の後退角が翼端装置の第２の中間点からサブ領域への延伸経路において連続的に増加し、このサブ領域が先端部の前に（内側に）設けられるとともに付け根から先端部への間に長手方向に延びる長さである翼端装置の全長の８％以下の長さを有し全長の最も外側に設けられていてもよい。
【００１４】
本発明の一実施形態においては、翼端装置の局所上反角の増加又は減少が、付け根（Ｅ１）の局所スパン方向と先端部の局所スパン方向との間の角度が３０〜９０度となるべく構成される。
【００１５】
本発明の別の実施形態においては、翼端装置の付け根から先端部へ延びる長手方向から見て付け根と先端部の最も外側の点との間の距離が付け根の局所形状翼弦長の２０〜８０％の長さであり、付け根と先端部の最も外側の点との間の距離が、翼端装置の局所座標系の局所翼端装置厚さ方向において定義される。
【００１６】
本発明の一実施形態においては、付け根と第１の変化点との間に位置する第１のセクションの、翼端装置の長手方向の長さが、翼端装置の長手方向の全長の１５〜５０％の長さである。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、第１の変化点と第２の変化点との間に位置する第２のセクションの長手方向の長さが、翼端装置の全長の５〜３０％の長さである。
本発明の一実施形態においては、第２の変化点と先端部との間に位置する第３のセクションの翼端装置の長手方向の長さが、翼端装置の全長の１５〜７０％の長さである。
【００１８】
本発明の一実施形態においては、第３のセクションの前縁が外端において後縁に接合される。
本発明の別の実施形態は、本発明による翼端装置を備える翼に関する。本発明の実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による翼端装置の一実施形態を備えた航空機の斜視図。
【図２】本発明による翼端装置の別の実施形態を備えた航空機の側面図。
【図３】本発明による翼端装置の一実施形態の後面図。
【図４】本発明による翼端装置の第１の実施形態の平面図。
【図５】最も外側の領域の構造が図４の翼端装置とは異なる、本発明による翼端装置の第２の実施形態の平面図。
【図６】翼端装置形状の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び２に示す実施形態において航空機Ｆは２つの翼１０ａ及び１０ｂを有する。これらの翼のそれぞれに、本発明による翼端装置Ｗ１、Ｗ２が配置可能である。図１及び２には、航空機の座標系ＫＳ−Ｆも示されている。各翼１０ａ及び１０ｂは少なくとも１つの補助翼１１ａ、１１ｂを備える。もしくは、各翼１０ａ、１０ｂは多数のスポイラ１２ａ、１２ｂ、スラット１３ａ、１３ｂ、及び／又は後縁下げ翼１４ａ、１４ｂを備えていてもよい。図１においては、一部のスポイラ１２ａ、１２ｂ、スラット１３ａ、１３ｂ、及び／又は後縁下げ翼１４ａ、１４ｂのみに符号が付されている。図１には、航空機Ｆに関する座標系も示されている。この座標系は、航空機の長手方向軸Ｘ、航空機の横方向軸Ｙ、航空機の垂直方向軸Ｚを含む。さらに、航空機Ｆは少なくとも１つの方向舵２１を有する垂直尾翼２０を備える。また、航空機Ｆは昇降舵２５を少なくとも１つ有する昇降舵水平尾翼２４を備えていてもよい。この昇降舵水平尾翼２４は、Ｔ字尾翼や十字尾翼であってもよい。
【００２１】
本発明による航空機Ｆは、図１及び２に示す航空機Ｆとは異なる形状を有していてもよい。例えば、本発明による航空機は、高翼機やブレンデッドウィングボディであってもよい。さらに、昇降舵水平尾翼に代えて先尾翼を備えていてもよい。
【００２２】
図３〜６は、本発明による翼端装置の実施形態を示す。これらは、右側の翼の翼端装置を航空機の飛行方向、即ち航空機の長手方向軸Ｘに対向する方向から見た図である。図１及び２の右側翼端装置にはＷ１の符号が付され、図３〜６の右側翼端装置にはＷの符号が付されている。図３〜６には、航空機の座標系ＫＳ−Ｆ、及び翼端装置Ｗが配置される翼Ｔの座標系ＫＳ−Ｔも示されている。
【００２３】
翼Ｔの座標系ＫＳ−Ｔはスパン方向ＳＷ，翼弦方向ＦＴ、および翼厚方向ＦＤを含む局所座標系である。本発明による定義においては、翼Ｔの局所座標系ＫＳ−Ｔは、局所翼弦方向ＦＴが航空機座標系ＫＳ−Ｆの長手方向軸Ｘに平行するよう配向されている。軸の方向、及び翼Ｔの局所座標系ＫＳ−Ｔの原点位置は、翼Ｔの各ポイントで最小の断面積を有する断面に基づいて定義できる。ここで、局所座標系ＫＳ−Ｔの原点は、各断面に位置するその断面の重力中心点である。そして、局所翼厚方向ＦＤ及び局所翼弦方向ＦＴは、各ポイントで最小の断面積を有する断面に位置する。
【００２４】
本発明による別の定義においては、翼Ｔの局所座標系ＫＳ−Ｔは、翼Ｔの座標系ＫＳ−Ｔの翼弦方向ＦＴが航空機の座標系ＫＳ−ＦのＸ方向又は長手方向に延び、翼Ｔの座標系ＫＳ−Ｔの翼厚方向ＦＤが航空機の座標系ＫＳ−ＦのＺ方向、又は航空機Ｆの垂直軸Ｚの方向に延びるように配向される。
【００２５】
翼端装置Ｗが配置される翼Ｔのスパン方向ＳＷに関して、翼端装置Ｗは、翼端装置Ｗに接合される付け根Ｅ１、及び翼端を形成する先端部Ｅ２を有し、翼Ｔを拡張する。翼Ｔのスパン方向ＳＷは、翼端装置Ｗが装着される翼Ｔの最外部を起点とする。翼端装置Ｗは、後縁５０、前縁６０、上面７０、及び下面８０を有し、これらは付け根Ｅ１と先端部Ｅ２の間に延びる。
【００２６】
翼端装置Ｗは、翼Ｔに直接装着可能である。この場合、翼Ｔと翼端装置Ｗが接合する領域又はラインは、エッジ又は捩れを含んでいてもよい。
翼端装置Ｗは、境界領域、即ち移行領域Ａを介して翼Ｔに装着されていてもよい。この場合、移行領域Ａの上面Ａ１の一側が翼Ｔの上面Ｔ１に接合され、他側が翼端装置Ｗの上面７０に接合される。そして、移行領域Ａの下面Ａ２の一側が翼Ｔの下面Ｔ２に接合され、他側が翼端装置Ｗの下面８０に接合される。ここで、翼Ｔ及び翼端装置Ｗに隣接される移行領域Ａにおける隣接領域又はライン、もしくは移行領域Ａ内の隣接する領域又はラインは、エッジや捩れを形成していてもよい。
【００２７】
図３〜６に示される、本発明による翼端装置Ｗを備えた翼Ｔの実施形態においては、境界領域即ち移行領域Ａは、翼Ｔと翼端装置Ｗの間に配置される。この実施形態においては、翼Ｔと翼端装置Ｗとの間の移行領域Ａ又は移行、後縁５０、前縁６０、上面７０、及び／又は下面８０が、接線連続性を満たすべく、捩れがないように構成される。つまり、翼は数学的に微分可能な湾曲形状を有し、前述のとおり、翼Ｔの表面と翼端装置Ｗの表面の接線が、対向方向から生じる移行点において、互いに角度の増加が不連続的になることはない。
【００２８】
翼Ｔの表面から移行領域Ａへの移行、及び／又は移行領域Ａから翼端装置Ｗへの移行は、曲率連続性を有するよう、即ち数学的に二回微分可能となるよう形成される。
一実施形態においては、翼Ｔと翼端装置Ｗとの間の境界領域即ち移行領域Ａ及び／又は移行、後縁５０、前縁６０、上面７０、及び／又は下面８０が、エッジや角を有し、これらの位置が捩れのない湾曲したセクションの一部とならないように形成される。これらの移行位置においては、翼Ｔ及び翼端装置Ｗの接線が、互いに対向する方向に延びる接線に関しては、互いに角度的不連続性を有する。
【００２９】
移行領域Ａに関して、本発明による翼の実施形態において後者である限りは、本発明による局所翼座標系ＫＳ−Ｔの定義も適用される必要がある。
別の実施形態においては、翼Ｔが移行領域Ａを有しておらず、翼Ｔの表面から翼端装置Ｗへの移行は、接線が連続性を有するように構成されていている（即ち、少なくとも一回は微分可能である）か、曲率が連続性を有するように構成されている。
【００３０】
本発明による翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２においては、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の局所上反角が付け根Ｅ１から先端部Ｅ２にかけて、即ち翼端装置Ｗの長手方向Ｌにおいて連続的に増加又は減少する。上反角が翼端装置Ｗの長手方向Ｌに増加する場合は、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２又は先端部Ｅ２は上方に延びる。反対に、上反角が翼端装置Ｗの長手方向Ｌに減少する場合は、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２又は先端部Ｅ２は下方に延びる。
【００３１】
ここでいう「上方」とは、翼Ｔを起点として、翼Ｔの上面から離れる方向を意味する。すなわち、航空機座標系ＫＳ−Ｆの正のＺ方向、または翼座標系ＫＳ−Ｔの正の翼厚方向を意味する。
【００３２】
翼端装置Ｗの一実施形態においては、翼端装置Ｗの上面及び／又は下面が、各面の全方向にわたって接線連続性又は曲率連続性を有するよう構成される。他の実施形態においては、翼端装置Ｗの上面及び／又は下面が１つ又は複数の位置において捩れを有し、上面及び／下面が連続する形状を少なくとも有する。
【００３３】
局所上反角は、長手方向Ｌに沿って延びる、翼端装置Ｗの基準線を基準とする。本構成において、局所上反角は、その各点で局所上反角が求められる基準線に沿って延びる接線と、固定線との間の角度である。具体的には、航空機座標系ＫＳ−ＦのＸ−Ｚ平面上に位置する、翼端装置Ｗの断面の重力の中心点をつないだ線である。固定線は、航空機座標系ＫＳ−ＦのＹ軸に平行する線である。
【００３４】
本発明においては、長手方向Ｌは、前述の基準線と同じであってもよい。本発明による翼端装置Ｗの形状の説明においては、翼端装置Ｗの局所座標系ＫＳ−Ｗが参照されるが、この座標系は、翼端装置Ｗの長手方向Ｌにおける延伸経路上のポイントにおいて局所的に形成されている。
【００３５】
翼端装置Ｗの局所座標系ＫＳ−Ｗに含まれる軸は、局所スパン方向ＳＷ−Ｗ、局所翼端装置厚さ方向ＷＤ、及び航空機座標系ＫＳ−Ｆの長手方向軸Ｘに平行する局所翼端装置翼弦方向ＷＴである。軸の方向、及び翼端装置Ｗの局所座標系ＫＳ−Ｗの原点位置は、翼端装置Ｗの各ポイントで最小の断面積を有する断面に基づいて定義できる。ここで、局所座標系ＫＳ−Ｗの原点は、各断面に位置するその断面の重力中心点である。そして、局所翼端装置翼厚方向ＷＤ及び局所翼端装置翼弦方向ＷＴは各ポイントで最小の断面積を有する断面に位置する。
【００３６】
本構成においては、長手方向Ｌは、最小の断面積を有する断面の重力中心点をつないだ線である。そして、局所翼端装置厚さ方向ＷＤ及び局所翼厚装置翼弦方向ＷＴ、又は局所翼厚方向ＦＤ及び局所翼弦方向ＦＴは、最小の断面積を有する断面に位置する。
【００３７】
本発明の一実施形態においては、局所翼端装置翼弦方向ＷＴに延びる翼端装置翼弦長、及び局所翼端装置厚さ方向ＷＤに延びる翼端装置厚さが、翼端装置の長手方向Ｌにおいて連続的に減少する。
【００３８】
本発明においては、決定要因の「連続的」減少や、「連続的」増加という用語は、その決定要因を基準とする。つまり、前述の実施形態においては、各基準線に沿って単調に減少又は増加する翼端装置厚さである。本構成においては、決定因子の減少又は増加の推移は捩れを含んでいてもよい。
【００３９】
本発明による翼端装置Ｗの別の決定要因となる特性として、後縁後退角とも呼ばれる後縁５０の局所後退角は、付け根Ｅ１から先端部Ｅ２への経路において連続的に増加する。もしくは、付け根１から先端部Ｅ２の前の（内側の）スペース又は領域への経路において連続的に増加する。したがって、Ｚ軸に対向するよう航空機Ｆを上から見た場合、翼端装置Ｗの長手方向Ｌに沿って後退角が増加しているため、後縁５０は、後縁５０の方向と航空機長手方向Ｘとの間の角度が連続的かつ単調に減少するよう湾曲している。本構成においては、後縁５０の形状は、翼端装置の長手方向Ｌに沿って見ると、増加的に後方に湾曲するよう数学的に微分可能である。翼端装置Ｗの一実施形態においては、後縁５０は、接線が連続的となる又は曲率が連続的となる形状をなす。一実施形態においては、翼端装置Ｗの後縁５０は、後縁５０が少なくとも連続的であるように、１つ又は複数の位置において捩れを有する。
【００４０】
本発明による翼端装置Ｗの設計において、前縁６０の後退角は、付け根Ｅ１から第１の中間点６１ａへの前縁６１の延伸経路においては連続的に増加し、第１の中間点６１ａから第２の中間点６２ａへの前縁６２の延伸経路においては減少し、第２の中間点６２ａから少なくとも翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の先端部Ｅ２の前側（内側）の領域への前縁６３の延伸経路においては連続的に増加する。第１の中間点６１ａ及び第２の中間点６２ａは、前縁６０の延伸経路の変化点である。
【００４１】
翼端装置Ｗの一実施形態においては、前縁６０の延伸経路が、接点連続性又は曲率連続性を有する。別の実施形態においては、翼端装置Ｗの前縁６０が、前縁６０が少なくとも連続的な形状を有するように、１つ又は複数の位置において捩れを有する。
【００４２】
図４に示す本発明による翼端装置Ｗの一実施形態においては、前縁６３の第３のセクションＢ３内のサブセクションＢ４は、前縁６０と後縁５０とが外端点で接合して先端部Ｅ２を形成すべく構成される。サブセクションＢ４の前までのセクションＢ３の局所後退角と比べて、サブセクション６４の起点６３ａから端部Ｅ２にかけての前縁６０の局所後退角が著しく増加している。そのため、翼弦長が大幅に減少している。このようなサブセクションＢ４は、長手方向Ｌから見て、翼端装置Ｗの全長の３〜８％の長さを有する長手方向のセクションに沿って延び得る。
【００４３】
本発明の別の実施形態においては、長手方向Ｌから見て、前縁６０の後退角が増加するのはサブ領域Ｂ４までの部分であってもよい。このサブ領域Ｂ４の長さは、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の長手方向Ｌの全長の８％以下である。例えば、前縁のサブセクションＢ４における延伸経路は、本発明による第３の領域Ｂ３のサブ領域Ｂ４とは異なるものであってもよい。例えば、サブ領域Ｂ４において、前縁６０の後退角が再度増加してもよい。または、サブ領域Ｂ４の後退角が一定であってもよい。しかし、いずれの場合でも、長手方向Ｌから見て、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の先端部Ｅ２の前のサブ領域Ｂ４にかけては、前縁６０の後退角が増加する。ここで、先端部Ｅ２の前の領域は、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の長手方向Ｌに延びる全長の８％以下である長さを有し、全長の最も外側に設けられる。しかし、別の実施形態においては、図５に示すとおり、サブ領域Ｂ４を設けていなくともよい。
【００４４】
中間点６１ａ及び６２ａにより、翼端装置Ｗは３つの領域Ｂ１、Ｂ２及びＢ３にスパン方向に分割される。各領域の境界面は、航空機座標系ＫＳ−ＦのＸ−Ｚ面（図４）、又は局所翼端装置厚さ方向ＷＤ及び局所翼端装置翼弦方向ＷＴに沿った面である。第１の領域Ｂ１は付け根Ｅ１と第１の変化点６１ａとの間に位置し、第２の領域は第１の変化点６１ａと第２の変化点６２ａとの間に位置し、第３の領域は第２の変化点６２ａと先端部Ｅ２との間に位置する。
【００４５】
付け根Ｅ１と第１の変化点６１ａとの間に位置する第１のセクションの、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の長手方向の長さは、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の長手方向の全長の１５〜５０％である。さらに、第１の変化点６１ａと第２の変化点６２ａとの間に位置する第２のセクションＢ２の長手方向の長さは、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の全長の５〜３０％である。また、第２の変化点６２ａと先端部Ｅ２との間に位置する第３のセクションＢ３の長手方向の長さは、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の全長の１５〜７０％である。
【００４６】
前縁６０の第１のセクションＢ１の後退角は、所定の変化点に到達するまで著しく増加する。対応する後縁の後退角の増加が少ないため、この領域の形状翼弦長は著しく減少している。続く第２のセクションＢ２における前縁後退角はわずかに減少し、次の変化点から翼端装置の外側部分にかけて再度連続的に増加する。
【００４７】
本発明による前縁６０の延伸経路の特徴及び構成においては、第３のセクション内の後退角を変化させることにより、翼端装置Ｗ全体の設計を変化させることができる。これにより、翼Ｔに関連する空力効果を得ることができ、航空機Ｆに好影響を与えることができる。前縁６０の後退角を変更または調整することにより、長手方向Ｌの形状翼弦長の推移が調整でき、設計境界条件及び空力要求を効果的に満たすことができる。本発明による解決策に基づいて前縁の後退角を変化させることにより、翼端装置Ｗの形状翼弦長をスパン方向又は長手方向Ｌに沿って変化させることができ、境界条件及び要件に合うよう構成することができる。さらに、前縁６０の後退角を変化させることにより、翼端装置Ｗのスパン長を変化させることができる。また、長手方向Ｌに沿って形状翼弦長も変化させることにより、翼端装置Ｗの表面を変化させることができる。さらに、前縁６０の延伸経路に２つの変化点６１ａ及び６２ａを設けることにより、翼端装置Ｗにおける局所翼端装置スパン方向ＳＷ−Ｗ及び局所翼端装置翼弦方向ＷＴの流れ成分を、設計境界条件を考慮して様々な流れ条件に応じて設定可能となる。設計境界条件としては、翼端装置Ｗの総面積、総重量、揚力係数、翼端装置Ｗの各領域の局所表面荷重等が挙げられる。
【００４８】
本構成においては、第３の領域Ｂ３における前縁６０の後退角の増加を、第１の領域Ｂ１における前縁６０の後退角の増加よりも小さくしてもよい。この場合、翼端装置Ｗのスパン長の増加、及び翼Ｔの空力抵抗の減少が可能となる。
【００４９】
例えば図５に示す実施形態においては、翼端装置翼弦長が、最長である付け根Ｅ１において１００％とすると、領域Ｂ３の先端部がその５〜２５％の長さとなるよう付け根Ｅ１から先端部に向かって減少する。この構成においては、先端部Ｅ２が、直線状又は曲線状をなす先端部を形成する。また、縁部６７は、捩れ６８を介して前縁６０の第３の領域Ｂ３に接合されていてもよい。縁部６７は、航空機の長手方向軸Ｘに平行であってもよい。さらに、本発明による翼端装置Ｗの構成においては、スパン方向における第１の領域Ｂ１、即ち翼端装置の内側部における長手方向Ｌにおける断面積が大幅に縮小されている。その結果、本発明による翼端装置Ｗにおいては、有効スパン長が同じであっても、表面積が従来の翼端装置に比べて大幅に小さくなっている（図４及び５参照）。
【００５０】
この特徴により、本発明による翼端装置Ｗにおいては、従来の翼端装置に比べて最大設計高さを低くすることができる。本発明においては、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の付け根Ｅ１から先端部Ｅ２に延びる長手方向Ｌから見て、付け根と先端部の最も外側の点との間の距離が、付け根Ｅ１の局所形状翼弦長の２０〜８０％となるよう構成されている。この付け根Ｅと先端部Ｅ２の最も外側の点との間の距離は、翼端装置Ｗの局所座標系ＫＳ−Ｗの局所翼端装置厚さ方向ＷＤにおいて定義される。
【００５１】
本発明による翼端装置Ｗの形状により、空力的荷重の少ない翼端装置を提供することが可能となる。この効果は、一般的な設計パラメータである捩れたキャンバーによるものだけでなく、スパン方向において内側に位置する領域Ｂ１の局所翼弦長が大幅に減少していることにより主にもたらされる。前縁６０の後退角の推移が二度変化することにより、本発明による翼端装置Ｗのスパン長は、前縁の後退角が連続的に増加する従来の翼端装置に比べて大幅に増加している。したがって、スパン長の増加及び湿潤面積の減少により、誘導抗力及び形状抗力に関する空力効果が得られる。さらに、本発明による翼端装置Ｗの形状により、従来の解決策と同等の空力効率を維持しながら、翼Ｆへの構造的荷重を減らすことができる。
【００５２】
構造的利点と釣り合うよう本発明による翼端装置Ｗの形状高さ及び／又はスパン長を増加させた場合、それにより生じる空力荷重分布及び湿潤面積により、従来の翼端装置と比較して、全体的抗力を向上させることができる。
【００５３】
本発明による翼端装置Ｗは、既存の航空機の改造や再整備に用いることもでき、翼Ｔの構造を変更させることなく、もしくはわずかな変更を加えるだけで、空力性能を向上させることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の翼の非平面翼端装置、及び非平面翼端装置を備えた翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
形状及び設計寸法の異なるいくつかの非平面翼端装置が当該技術分野において周知である。
特許文献１に記載された翼の翼端拡張部は、上面、下面、前縁、及び後縁を有する。この翼端拡張部は、翼への連結部と翼端拡張部の先端との間において、上反角が連続的に増加し、前縁及び後縁の両方の後退角が連続的に増加し、翼端拡張部の翼弦長が連続的に減少する形状をなす。また、この翼端拡張部は、連結部において、途切れることなく翼に連結されている。
【０００３】
特許文献１には、空力抵抗の減少による空力性能の向上を主な目的とする多種類の翼端装置やウィングレットが記載されている。翼端装置は、新しい航空機に配置してもよいし、既存の航空機に後付けしてもよい。後者の場合、既存の翼形状が別の翼形状に変更される。いずれの場合にせよ、空力性能の増加と構造的荷重の増加のバランスをとるよう翼端装置を設計する必要がある。この構造的荷重は、一般的な簡易方法においては、翼付け根の曲げモーメントから求められる。また、空力性能の増加は、航空機の重量に関連する全ての影響ともバランスが取れていなければならない。様々な翼端装置に対する評価は、設計シナリオ及び境界条件に基づき結果が異なる場合もある。
【０００４】
当該技術分野においては、翼端フェンス（ＷＴＦ）という装置も知られている。この翼端フェンスは、類似する寸法の２つのコンポーネントを有し、翼に対しほぼ垂直をなして上方又は下方に延設される。翼の流れ特性を向上させるために、翼端装置が配置される主翼の外側部と翼端装置との間で上反角及び後退角が連続的に滑らかに推移する翼端装置が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１１７７２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来の翼端装置と比べて、翼端装置が配置される翼の空力性能を向上させ、寸法や性能の異なる多数の航空機の改良を可能とする翼端装置及びこの翼端装置を備える翼を提供することにある。本発明のさらなる目的は、寸法や性能の異なる航空機の改造に用いることができ、翼の構造を変更させることなく、もしくはわずかな変更を加えるだけで、翼及び航空機の空力性能を向上させることができる翼端装置及びこの翼端装置を備える翼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、本願の独立請求項に記載された特徴により達成される。他の実施形態は、独立請求項の従属請求項に記載される。
本発明による翼端装置は、主翼の外側部に装着される独立部品として使用可能であり、翼の構造を変更させることなく、もしくは比較的軽微で効率的な変更を加えるだけで、飛行時等の空力効率を最適化することができる。
【０００８】
本発明による翼端装置は、翼端装置が装着される翼の性能を向上させ、かつ、その翼を備える航空機の全体的な性能も向上させる特性を有する。さらに、本発明による翼端装置の構成においては、ナビゲーションライトをそのナビゲーションライトを覆うガラスと一体化させることができる。
【０００９】
さらに、本発明による翼端装置の実施形態においては、翼端装置が後付け部品として用いられた際に、翼にかかる構造的荷重の増加を抑えることが可能である。また、本発明による形状を個々のケースに適合させることにより、このような構造的荷重を無視できる程度に低減可能である。したがって、本発明による翼端装置は、特に既存の航空機の翼の改造に適用されることができ、翼はそのままの状態で、もしくはわずかに変更するだけで改造を加えることができる。
【００１０】
前述の効果は、当該技術分野において周知の翼端装置では得ることができないか、非常に限られた程度しか得ることができない。なぜなら、これらの翼端装置は、翼端フェンスは例外として、抗力を大幅に減らすことを主目的としており、その結果、翼の付け根の曲げモーメントが増加するからである。当該技術分野で周知の翼端装置において前述の対策が可能であると仮定したとして、例えば、荷重が中立であるよう、即ち翼にかかる構造的荷重の増加が抑制されるよう構成されているとしても、周知の翼端装置においては、形状高さ等の構成により、翼の性能向上が満足のいくものとはならない。したがって、それらの対策は効果的であるとは認められない。
【００１１】
それに対して、本発明による翼端装置においては、翼にこの翼端装置を後付け部品として装着することにより翼の空力性能の向上が得られる。この翼端装置は、比較的コンパクトな構成、即ち、短い有効スパン長を有する。この翼端装置により生じる空力荷重は少ない。
【００１２】
本発明による、翼に装着される翼端装置は、付け根及び先端部を有する。この翼端装置において、翼端装置の局所上反角が付け根から先端部にかけて連続的に増加又は減少し、後縁の局所後退角が、翼端装置の付け根から先端部への後縁の延伸経路に沿って連続的に増加し、前縁）の局所後退角が、付け根から第１の中間点への延伸経路において連続的に増加し、第１の中間点から第２の中間点への延伸経路において連続的に減少し、第２の中間点から少なくとも翼端装置の先端部の前の（内側の）領域への延伸経路において連続的に増加する。
【００１３】
前縁の後退角は、翼端装置の第２の中間点から先端部への延伸経路において連続的に増加していてもよい。もしくは、前縁の後退角が翼端装置の第２の中間点からサブ領域への延伸経路において連続的に増加し、このサブ領域が先端部の前に（内側に）設けられるとともに付け根から先端部への間に長手方向に延びる長さである翼端装置の全長の８％以下の長さを有し全長の最も外側に設けられていてもよい。
【００１４】
本発明の一実施形態においては、翼端装置の局所上反角の増加又は減少が、付け根（Ｅ１）の局所スパン方向と先端部の局所スパン方向との間の角度が３０〜９０度となるべく構成される。
【００１５】
本発明の別の実施形態においては、翼端装置の付け根から先端部へ延びる長手方向から見て付け根と先端部の最も外側の点との間の距離が付け根の局所形状翼弦長の２０〜８０％の長さであり、付け根と先端部の最も外側の点との間の距離が、翼端装置の局所座標系の局所翼端装置厚さ方向において定義される。
【００１６】
本発明の一実施形態においては、付け根と第１の変化点との間に位置する第１のセクションの、翼端装置の長手方向の長さが、翼端装置の長手方向の全長の１５〜５０％の長さである。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、第１の変化点と第２の変化点との間に位置する第２のセクションの長手方向の長さが、翼端装置の全長の５〜３０％の長さである。
本発明の一実施形態においては、第２の変化点と先端部との間に位置する第３のセクションの翼端装置の長手方向の長さが、翼端装置の全長の１５〜７０％の長さである。
【００１８】
本発明の一実施形態においては、第３のセクションの前縁が外端において後縁に接合される。
本発明の別の実施形態は、本発明による翼端装置を備える翼に関する。本発明の実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による翼端装置の一実施形態を備えた航空機の斜視図。
【図２】本発明による翼端装置の別の実施形態を備えた航空機の側面図。
【図３】本発明による翼端装置の一実施形態の後面図。
【図４】本発明による翼端装置の第１の実施形態の平面図。
【図５】最も外側の領域の構造が図４の翼端装置とは異なる、本発明による翼端装置の第２の実施形態の平面図。
【図６】翼端装置形状の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び２に示す実施形態において航空機Ｆは２つの翼１０ａ及び１０ｂを有する。これらの翼のそれぞれに、本発明による翼端装置Ｗ１、Ｗ２が配置可能である。図１及び２には、航空機の座標系ＫＳ−Ｆも示されている。各翼１０ａ及び１０ｂは少なくとも１つの補助翼１１ａ、１１ｂを備える。もしくは、各翼１０ａ、１０ｂは多数のスポイラ１２ａ、１２ｂ、スラット１３ａ、１３ｂ、及び／又は後縁下げ翼１４ａ、１４ｂを備えていてもよい。図１においては、一部のスポイラ１２ａ、１２ｂ、スラット１３ａ、１３ｂ、及び／又は後縁下げ翼１４ａ、１４ｂのみに符号が付されている。図１には、航空機Ｆに関する座標系も示されている。この座標系は、航空機の長手方向軸Ｘ、航空機の横方向軸Ｙ、航空機の垂直方向軸Ｚを含む。さらに、航空機Ｆは少なくとも１つの方向舵２１を有する垂直尾翼２０を備える。また、航空機Ｆは昇降舵２５を少なくとも１つ有する昇降舵水平尾翼２４を備えていてもよい。この昇降舵水平尾翼２４は、Ｔ字尾翼や十字尾翼であってもよい。
【００２１】
本発明による航空機Ｆは、図１及び２に示す航空機Ｆとは異なる形状を有していてもよい。例えば、本発明による航空機は、高翼機やブレンデッドウィングボディであってもよい。さらに、昇降舵水平尾翼に代えて先尾翼を備えていてもよい。
【００２２】
図３〜６は、本発明による翼端装置の実施形態を示す。これらは、右側の翼の翼端装置を航空機の飛行方向、即ち航空機の長手方向軸Ｘに対向する方向から見た図である。図１及び２の右側翼端装置にはＷ１の符号が付され、図３〜６の右側翼端装置にはＷの符号が付されている。図３〜６には、航空機の座標系ＫＳ−Ｆ、及び翼端装置Ｗが配置される翼Ｔの座標系ＫＳ−Ｔも示されている。
【００２３】
翼Ｔの座標系ＫＳ−Ｔはスパン方向ＳＷ，翼弦方向ＦＴ、および翼厚方向ＦＤを含む局所座標系である。本発明による定義においては、翼Ｔの局所座標系ＫＳ−Ｔは、局所翼弦方向ＦＴが航空機座標系ＫＳ−Ｆの長手方向軸Ｘに平行するよう配向されている。軸の方向、及び翼Ｔの局所座標系ＫＳ−Ｔの原点位置は、翼Ｔの各ポイントで最小の断面積を有する断面に基づいて定義できる。ここで、局所座標系ＫＳ−Ｔの原点は、各断面に位置するその断面の重力中心点である。そして、局所翼厚方向ＦＤ及び局所翼弦方向ＦＴは、各ポイントで最小の断面積を有する断面に位置する。
【００２４】
本発明による別の定義においては、翼Ｔの局所座標系ＫＳ−Ｔは、翼Ｔの座標系ＫＳ−Ｔの翼弦方向ＦＴが航空機の座標系ＫＳ−ＦのＸ方向又は長手方向に延び、翼Ｔの座標系ＫＳ−Ｔの翼厚方向ＦＤが航空機の座標系ＫＳ−ＦのＺ方向、又は航空機Ｆの垂直軸Ｚの方向に延びるように配向される。
【００２５】
翼端装置Ｗが配置される翼Ｔのスパン方向ＳＷに関して、翼端装置Ｗは、翼端装置Ｗに接合される付け根Ｅ１、及び翼端を形成する先端部Ｅ２を有し、翼Ｔを拡張する。翼Ｔのスパン方向ＳＷは、翼端装置Ｗが装着される翼Ｔの最外部を起点とする。翼端装置Ｗは、後縁５０、前縁６０、上面７０、及び下面８０を有し、これらは付け根Ｅ１と先端部Ｅ２の間に延びる。
【００２６】
翼端装置Ｗは、翼Ｔに直接装着可能である。この場合、翼Ｔと翼端装置Ｗが接合する領域又はラインは、エッジ又は捩れを含んでいてもよい。
翼端装置Ｗは、境界領域、即ち移行領域Ａを介して翼Ｔに装着されていてもよい。この場合、移行領域Ａの上面Ａ１の一側が翼Ｔの上面Ｔ１に接合され、他側が翼端装置Ｗの上面７０に接合される。そして、移行領域Ａの下面Ａ２の一側が翼Ｔの下面Ｔ２に接合され、他側が翼端装置Ｗの下面８０に接合される。ここで、翼Ｔ及び翼端装置Ｗに隣接される移行領域Ａにおける隣接領域又はライン、もしくは移行領域Ａ内の隣接する領域又はラインは、エッジや捩れを形成していてもよい。
【００２７】
図３〜６に示される、本発明による翼端装置Ｗを備えた翼Ｔの実施形態においては、境界領域即ち移行領域Ａは、翼Ｔと翼端装置Ｗの間に配置される。この実施形態においては、翼Ｔと翼端装置Ｗとの間の移行領域Ａ又は移行、後縁５０、前縁６０、上面７０、及び／又は下面８０が、接線連続性を満たすべく、捩れがないように構成される。つまり、翼は数学的に微分可能な湾曲形状を有し、前述のとおり、翼Ｔの表面と翼端装置Ｗの表面の接線が、対向方向から生じる移行点において、互いに角度の増加が不連続的になることはない。
【００２８】
翼Ｔの表面から移行領域Ａへの移行、及び／又は移行領域Ａから翼端装置Ｗへの移行は、曲率連続性を有するよう、即ち数学的に二回微分可能となるよう形成される。
一実施形態においては、翼Ｔと翼端装置Ｗとの間の境界領域即ち移行領域Ａ及び／又は移行、後縁５０、前縁６０、上面７０、及び／又は下面８０が、エッジや角を有し、これらの位置が捩れのない湾曲したセクションの一部とならないように形成される。これらの移行位置においては、翼Ｔ及び翼端装置Ｗの接線が、互いに対向する方向に延びる接線に関しては、互いに角度的不連続性を有する。
【００２９】
移行領域Ａに関して、本発明による翼の実施形態において後者である限りは、本発明による局所翼座標系ＫＳ−Ｔの定義も適用される必要がある。
別の実施形態においては、翼Ｔが移行領域Ａを有しておらず、翼Ｔの表面から翼端装置Ｗへの移行は、接線が連続性を有するように構成されていている（即ち、少なくとも一回は微分可能である）か、曲率が連続性を有するように構成されている。
【００３０】
本発明による翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２においては、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の局所上反角が付け根Ｅ１から先端部Ｅ２にかけて、即ち翼端装置Ｗの長手方向Ｌにおいて連続的に増加又は減少する。上反角が翼端装置Ｗの長手方向Ｌに増加する場合は、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２又は先端部Ｅ２は上方に延びる。反対に、上反角が翼端装置Ｗの長手方向Ｌに減少する場合は、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２又は先端部Ｅ２は下方に延びる。
【００３１】
ここでいう「上方」とは、翼Ｔを起点として、翼Ｔの上面から離れる方向を意味する。すなわち、航空機座標系ＫＳ−Ｆの正のＺ方向、または翼座標系ＫＳ−Ｔの正の翼厚方向を意味する。
【００３２】
翼端装置Ｗの一実施形態においては、翼端装置Ｗの上面及び／又は下面が、各面の全方向にわたって接線連続性又は曲率連続性を有するよう構成される。他の実施形態においては、翼端装置Ｗの上面及び／又は下面が１つ又は複数の位置において捩れを有し、上面及び／下面が連続する形状を少なくとも有する。
【００３３】
局所上反角は、長手方向Ｌに沿って延びる、翼端装置Ｗの基準線を基準とする。本構成において、局所上反角は、その各点で局所上反角が求められる基準線に沿って延びる接線と、固定線との間の角度である。具体的には、航空機座標系ＫＳ−ＦのＸ−Ｚ平面上に位置する、翼端装置Ｗの断面の重力の中心点をつないだ線である。固定線は、航空機座標系ＫＳ−ＦのＹ軸に平行する線である。
【００３４】
本発明においては、長手方向Ｌは、前述の基準線と同じであってもよい。本発明による翼端装置Ｗの形状の説明においては、翼端装置Ｗの局所座標系ＫＳ−Ｗが参照されるが、この座標系は、翼端装置Ｗの長手方向Ｌにおける延伸経路上のポイントにおいて局所的に形成されている。
【００３５】
翼端装置Ｗの局所座標系ＫＳ−Ｗに含まれる軸は、局所スパン方向ＳＷ−Ｗ、局所翼端装置厚さ方向ＷＤ、及び航空機座標系ＫＳ−Ｆの長手方向軸Ｘに平行する局所翼端装置翼弦方向ＷＴである。軸の方向、及び翼端装置Ｗの局所座標系ＫＳ−Ｗの原点位置は、翼端装置Ｗの各ポイントで最小の断面積を有する断面に基づいて定義できる。ここで、局所座標系ＫＳ−Ｗの原点は、各断面に位置するその断面の重力中心点である。そして、局所翼端装置翼厚方向ＷＤ及び局所翼端装置翼弦方向ＷＴは各ポイントで最小の断面積を有する断面に位置する。
【００３６】
本構成においては、長手方向Ｌは、最小の断面積を有する断面の重力中心点をつないだ線である。そして、局所翼端装置厚さ方向ＷＤ及び局所翼厚装置翼弦方向ＷＴ、又は局所翼厚方向ＦＤ及び局所翼弦方向ＦＴは、最小の断面積を有する断面に位置する。
【００３７】
本発明の一実施形態においては、局所翼端装置翼弦方向ＷＴに延びる翼端装置翼弦長、及び局所翼端装置厚さ方向ＷＤに延びる翼端装置厚さが、翼端装置の長手方向Ｌにおいて連続的に減少する。
【００３８】
本発明においては、決定要因の「連続的」減少や、「連続的」増加という用語は、その決定要因を基準とする。つまり、前述の実施形態においては、各基準線に沿って単調に減少又は増加する翼端装置厚さである。本構成においては、決定因子の減少又は増加の推移は捩れを含んでいてもよい。
【００３９】
本発明による翼端装置Ｗの別の決定要因となる特性として、後縁後退角とも呼ばれる後縁５０の局所後退角は、付け根Ｅ１から先端部Ｅ２への経路において連続的に増加する。もしくは、付け根１から先端部Ｅ２の前の（内側の）スペース又は領域への経路において連続的に増加する。したがって、Ｚ軸に対向するよう航空機Ｆを上から見た場合、翼端装置Ｗの長手方向Ｌに沿って後退角が増加しているため、後縁５０は、後縁５０の方向と航空機長手方向Ｘとの間の角度が連続的かつ単調に減少するよう湾曲している。本構成においては、後縁５０の形状は、翼端装置の長手方向Ｌに沿って見ると、増加的に後方に湾曲するよう数学的に微分可能である。翼端装置Ｗの一実施形態においては、後縁５０は、接線が連続的となる又は曲率が連続的となる形状をなす。一実施形態においては、翼端装置Ｗの後縁５０は、後縁５０が少なくとも連続的であるように、１つ又は複数の位置において捩れを有する。
【００４０】
本発明による翼端装置Ｗの設計において、前縁６０の後退角は、付け根Ｅ１から第１の中間点６１ａへの前縁６１の延伸経路においては連続的に増加し、第１の中間点６１ａから第２の中間点６２ａへの前縁６２の延伸経路においては減少し、第２の中間点６２ａから少なくとも翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の先端部Ｅ２の前側（内側）の領域への前縁６３の延伸経路においては連続的に増加する。第１の中間点６１ａ及び第２の中間点６２ａは、前縁６０の延伸経路の変化点である。
【００４１】
翼端装置Ｗの一実施形態においては、前縁６０の延伸経路が、接点連続性又は曲率連続性を有する。別の実施形態においては、翼端装置Ｗの前縁６０が、前縁６０が少なくとも連続的な形状を有するように、１つ又は複数の位置において捩れを有する。
【００４２】
図４に示す本発明による翼端装置Ｗの一実施形態においては、前縁６３の第３のセクションＢ３内のサブセクションＢ４は、前縁６０と後縁５０とが外端点で接合して先端部Ｅ２を形成すべく構成される。サブセクションＢ４の前までのセクションＢ３の局所後退角と比べて、サブセクション６４の起点６３ａから端部Ｅ２にかけての前縁６０の局所後退角が著しく増加している。そのため、翼弦長が大幅に減少している。このようなサブセクションＢ４は、長手方向Ｌから見て、翼端装置Ｗの全長の３〜８％の長さを有する長手方向のセクションに沿って延び得る。
【００４３】
本発明の別の実施形態においては、長手方向Ｌから見て、前縁６０の後退角が増加するのはサブ領域Ｂ４までの部分であってもよい。このサブ領域Ｂ４の長さは、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の長手方向Ｌの全長の８％以下である。例えば、前縁のサブセクションＢ４における延伸経路は、本発明による第３の領域Ｂ３のサブ領域Ｂ４とは異なるものであってもよい。例えば、サブ領域Ｂ４において、前縁６０の後退角が再度増加してもよい。または、サブ領域Ｂ４の後退角が一定であってもよい。しかし、いずれの場合でも、長手方向Ｌから見て、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の先端部Ｅ２の前のサブ領域Ｂ４にかけては、前縁６０の後退角が増加する。ここで、先端部Ｅ２の前の領域は、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の長手方向Ｌに延びる全長の８％以下である長さを有し、全長の最も外側に設けられる。しかし、別の実施形態においては、図５に示すとおり、サブ領域Ｂ４を設けていなくともよい。
【００４４】
中間点６１ａ及び６２ａにより、翼端装置Ｗは３つの領域Ｂ１、Ｂ２及びＢ３にスパン方向に分割される。各領域の境界面は、航空機座標系ＫＳ−ＦのＸ−Ｚ面（図４）、又は局所翼端装置厚さ方向ＷＤ及び局所翼端装置翼弦方向ＷＴに沿った面である。第１の領域Ｂ１は付け根Ｅ１と第１の変化点６１ａとの間に位置し、第２の領域は第１の変化点６１ａと第２の変化点６２ａとの間に位置し、第３の領域は第２の変化点６２ａと先端部Ｅ２との間に位置する。
【００４５】
付け根Ｅ１と第１の変化点６１ａとの間に位置する第１のセクションの、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の長手方向の長さは、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の長手方向の全長の１５〜５０％である。さらに、第１の変化点６１ａと第２の変化点６２ａとの間に位置する第２のセクションＢ２の長手方向の長さは、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の全長の５〜３０％である。また、第２の変化点６２ａと先端部Ｅ２との間に位置する第３のセクションＢ３の長手方向の長さは、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の全長の１５〜７０％である。
【００４６】
前縁６０の第１のセクションＢ１の後退角は、所定の変化点に到達するまで著しく増加する。対応する後縁の後退角の増加が少ないため、この領域の形状翼弦長は著しく減少している。続く第２のセクションＢ２における前縁後退角はわずかに減少し、次の変化点から翼端装置の外側部分にかけて再度連続的に増加する。
【００４７】
本発明による前縁６０の延伸経路の特徴及び構成においては、第３のセクション内の後退角を変化させることにより、翼端装置Ｗ全体の設計を変化させることができる。これにより、翼Ｔに関連する空力効果を得ることができ、航空機Ｆに好影響を与えることができる。前縁６０の後退角を変更または調整することにより、長手方向Ｌの形状翼弦長の推移が調整でき、設計境界条件及び空力要求を効果的に満たすことができる。本発明による解決策に基づいて前縁の後退角を変化させることにより、翼端装置Ｗの形状翼弦長をスパン方向又は長手方向Ｌに沿って変化させることができ、境界条件及び要件に合うよう構成することができる。さらに、前縁６０の後退角を変化させることにより、翼端装置Ｗのスパン長を変化させることができる。また、長手方向Ｌに沿って形状翼弦長も変化させることにより、翼端装置Ｗの表面を変化させることができる。さらに、前縁６０の延伸経路に２つの変化点６１ａ及び６２ａを設けることにより、翼端装置Ｗにおける局所翼端装置スパン方向ＳＷ−Ｗ及び局所翼端装置翼弦方向ＷＴの流れ成分を、設計境界条件を考慮して様々な流れ条件に応じて設定可能となる。設計境界条件としては、翼端装置Ｗの総面積、総重量、揚力係数、翼端装置Ｗの各領域の局所表面荷重等が挙げられる。
【００４８】
本構成においては、第３の領域Ｂ３における前縁６０の後退角の増加を、第１の領域Ｂ１における前縁６０の後退角の増加よりも小さくしてもよい。この場合、翼端装置Ｗのスパン長の増加、及び翼Ｔの空力抵抗の減少が可能となる。
【００４９】
例えば図５に示す実施形態においては、翼端装置翼弦長が、最長である付け根Ｅ１において１００％とすると、領域Ｂ３の先端部がその５〜２５％の長さとなるよう付け根Ｅ１から先端部に向かって減少する。この構成においては、先端部Ｅ２が、直線状又は曲線状をなす先端部を形成する。また、縁部６７は、捩れ６８を介して前縁６０の第３の領域Ｂ３に接合されていてもよい。縁部６７は、航空機の長手方向軸Ｘに平行であってもよい。さらに、本発明による翼端装置Ｗの構成においては、スパン方向における第１の領域Ｂ１、即ち翼端装置の内側部における長手方向Ｌにおける断面積が大幅に縮小されている。その結果、本発明による翼端装置Ｗにおいては、有効スパン長が同じであっても、表面積が従来の翼端装置に比べて大幅に小さくなっている（図４及び５参照）。
【００５０】
この特徴により、本発明による翼端装置Ｗにおいては、従来の翼端装置に比べて最大設計高さを低くすることができる。本発明においては、翼端装置Ｗ、Ｗ１、Ｗ２の付け根Ｅ１から先端部Ｅ２に延びる長手方向Ｌから見て、付け根と先端部の最も外側の点との間の距離が、付け根Ｅ１の局所形状翼弦長の２０〜８０％となるよう構成されている。この付け根Ｅと先端部Ｅ２の最も外側の点との間の距離は、翼端装置Ｗの局所座標系ＫＳ−Ｗの局所翼端装置厚さ方向ＷＤにおいて定義される。
【００５１】
本発明による翼端装置Ｗの形状により、空力的荷重の少ない翼端装置を提供することが可能となる。この効果は、一般的な設計パラメータである捩れたキャンバーによるものだけでなく、スパン方向において内側に位置する領域Ｂ１の局所翼弦長が大幅に減少していることにより主にもたらされる。前縁６０の後退角の推移が二度変化することにより、本発明による翼端装置Ｗのスパン長は、前縁の後退角が連続的に増加する従来の翼端装置に比べて大幅に増加している。したがって、スパン長の増加及び湿潤面積の減少により、誘導抗力及び形状抗力に関する空力効果が得られる。さらに、本発明による翼端装置Ｗの形状により、従来の解決策と同等の空力効率を維持しながら、翼Ｆへの構造的荷重を減らすことができる。
【００５２】
構造的利点と釣り合うよう本発明による翼端装置Ｗの形状高さ及び／又はスパン長を増加させた場合、それにより生じる空力荷重分布及び湿潤面積により、従来の翼端装置と比較して、全体的抗力を向上させることができる。
【００５３】
本発明による翼端装置Ｗは、既存の航空機の改造や再整備に用いることもでき、翼Ｔの構造を変更させることなく、もしくはわずかな変更を加えるだけで、空力性能を向上させることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後縁（５０）の局所後退角が、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）への後縁（５０）の延伸経路に沿って連続的に増加することと、
前縁（６０）の局所後退角が、付け根（Ｅ１）から第１の中間点（６１ａ）への前縁（６０）の延伸経路において連続的に増加し、第１の中間点（６１ａ）から第２の中間点（６２ａ）への延伸経路において連続的に減少し、第２の中間点（６２ａ）から少なくとも翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の先端部（Ｅ２）の前の領域への延伸経路において連続的に増加することとを特徴とする、
付け根（Ｅ１）及び先端部（Ｅ２）を有するとともに翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２）の局所上反角が付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）にかけて連続的に増減する、翼（Ｔ（１０ａ、１０ｂ））の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項２】
前縁（６０）の局所後退角が翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の第２の中間点（６２ａ）から先端部（Ｅ２）への延伸経路において連続的に増加する請求項１に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項３】
前縁（６０）の局所後退角が翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の第２の中間点（６２ａ）からサブ領域（Ｂ４）への延伸経路において連続的に増加し、該サブ領域（Ｂ４）が先端部（Ｅ２）の前に設けられるとともに、付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）への間に長手方向（Ｌ）に延びる長さである翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の全長の８％以下の長さを有して全長の最も外側に設けられる請求項１に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項４】
翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の局所上反角の増加又は減少が、付け根（Ｅ１）における局所スパン方向（ＳＷ−Ｗ）と先端部（Ｅ２）における局所スパン方向（ＳＷ−Ｗ）との間の角度が３０〜９０度となるべく構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項５】
翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）へ延びる長手方向（Ｌ）から見て、付け根（Ｅ１）と先端部（Ｅ２）の最も外側の点との間の距離が付け根（Ｅ１）における局所形状翼弦長（ＷＴ）の２０〜８０％の長さであり、付け根（Ｅ１）と先端部（Ｅ２）の最も外側の点との間の距離が、翼端装置（Ｗ）の局所座標系（ＫＳ−Ｗ）の局所翼端装置厚さ方向（ＷＤ）において定義される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項６】
付け根（Ｅ１）と第１の変化点（６１ａ）との間に位置する第１のセクションの、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の長手方向（Ｌ）の長さが、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の長手方向（Ｌ）の全長の１５〜５０％の長さである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項７】
第１の変化点（６１ａ）と第２の変化点（６２ａ）との間に位置する第２のセクション（Ｂ２）の長手方向（Ｌ）の長さが、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の全長の５〜３０％の長さである請求項１乃至６のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項８】
第２の変化点（６２ａ）と先端部（Ｅ２）との間に位置する第３のセクション（Ｂ３）の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の長手方向（Ｌ）の長さが、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の全長の１５〜７０％の長さである請求項１乃至７のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項９】
第３のセクション（Ｂ３）の前縁（６３）が外端（Ｅ２）において後縁に接合される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））を備える翼。
【請求項１】
後縁（５０）の局所後退角が、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）への後縁（５０）の延伸経路に沿って連続的に増加することと、
前縁（６０）の局所後退角が、付け根（Ｅ１）から第１の中間点（６１ａ）への前縁（６０）の延伸経路において連続的に増加し、第１の中間点（６１ａ）から第２の中間点（６２ａ）への延伸経路において連続的に減少し、第２の中間点（６２ａ）から少なくとも翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の先端部（Ｅ２）の前の領域への延伸経路において連続的に増加することとを特徴とする、
付け根（Ｅ１）及び先端部（Ｅ２）を有するとともに翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２）の局所上反角が付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）にかけて連続的に増減する、翼（Ｔ（１０ａ、１０ｂ））の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項２】
前縁（６０）の局所後退角が翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の第２の中間点（６２ａ）から先端部（Ｅ２）への延伸経路において連続的に増加する請求項１に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項３】
前縁（６０）の局所後退角が翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の第２の中間点（６２ａ）からサブ領域（Ｂ４）への延伸経路において連続的に増加し、該サブ領域（Ｂ４）が先端部（Ｅ２）の前に設けられるとともに、付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）への間に長手方向（Ｌ）に延びる長さである翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の全長の８％以下の長さを有して全長の最も外側に設けられる請求項１に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項４】
翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の局所上反角の増加又は減少が、付け根（Ｅ１）における局所スパン方向（ＳＷ−Ｗ）と先端部（Ｅ２）における局所スパン方向（ＳＷ−Ｗ）との間の角度が３０〜９０度となるべく構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項５】
翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の付け根（Ｅ１）から先端部（Ｅ２）へ延びる長手方向（Ｌ）から見て、付け根（Ｅ１）と先端部（Ｅ２）の最も外側の点との間の距離が付け根（Ｅ１）における局所形状翼弦長（ＷＴ）の２０〜８０％の長さであり、付け根（Ｅ１）と先端部（Ｅ２）の最も外側の点との間の距離が、翼端装置（Ｗ）の局所座標系（ＫＳ−Ｗ）の局所翼端装置厚さ方向（ＷＤ）において定義される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項６】
付け根（Ｅ１）と第１の変化点（６１ａ）との間に位置する第１のセクションの、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の長手方向（Ｌ）の長さが、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の長手方向（Ｌ）の全長の１５〜５０％の長さである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項７】
第１の変化点（６１ａ）と第２の変化点（６２ａ）との間に位置する第２のセクション（Ｂ２）の長手方向（Ｌ）の長さが、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の全長の５〜３０％の長さである請求項１乃至６のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項８】
第２の変化点（６２ａ）と先端部（Ｅ２）との間に位置する第３のセクション（Ｂ３）の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の長手方向（Ｌ）の長さが、翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））の全長の１５〜７０％の長さである請求項１乃至７のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項９】
第３のセクション（Ｂ３）の前縁（６３）が外端（Ｅ２）において後縁に接合される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の翼端装置（Ｗ（Ｗ１、Ｗ２））を備える翼。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１２−５２５２９２（Ｐ２０１２−５２５２９２Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０７６４６（Ｐ２０１２−５０７６４６）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００２６６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２４８７７
【国際公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（３１１０１４９５６）エアバス オペレーションズ ゲーエムベーハー (54)
【氏名又は名称原語表記】Ａｉｒｂｕｓ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｋｒｅｅｔｓｌａｇ １０，２１１２９ Ｈａｍｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００２６６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２４８７７
【国際公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（３１１０１４９５６）エアバス オペレーションズ ゲーエムベーハー (54)
【氏名又は名称原語表記】Ａｉｒｂｕｓ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｋｒｅｅｔｓｌａｇ １０，２１１２９ Ｈａｍｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ
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