JP6839920B2 - 防氷装置、及び、航空機 - Google Patents
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Description
図6(b)に示すように、熱伝達率はピークを示す吹付点から離れると急に低くなるので、吹付点とそこから離れた位置で温度ムラが生じやすく、ピッコロチューブの噴出孔の位置を適切に決定しないと、加熱不足を招いたり、過熱による前縁構造の損傷を加速させたりする課題がある。そこで、特に厳しい着氷飛行条件に注目し、この条件で液滴衝突量がピークとなるよどみ点に加熱量を集中するように噴出孔を配向する方法が一般に用いられる。ところが、飛行条件、特に航空機の迎角が変化しよどみ点が移動すると、図6(c)に示すように、吹付点、つまり加熱量が集中する点と液滴衝突量ピーク位置とがずれてしまい、加熱が非効率的になる。そのため、防氷に必要な空気量の増大を招いたり、逆に過熱による前縁構造の破損を加速させたりするおそれがある。
なお、図6(b),(c)における上下方向は、航空機が飛行する環境の水平方向を示している。また、図6(b),(c)において、P1は液滴が衝突する上限位置を示し、P2は液滴が衝突する下限位置を示している。
また、特許文献2による提案は、乱流に遷移させる構造により例えば主翼の空気抵抗が増し、燃費悪化に繋がるおそれがあり、また、前縁の冷却が促進されることから、必要な加熱空気量が増大するおそれがある。
また、液滴衝突量が最大となる位置が、熱伝達率の二つのピークの中間にあるものとすると、液滴の大部分は加熱量の少ない領域に衝突し、液滴の全量は蒸発することができないので、残った水分は前縁の表面に水膜を形成する。この水膜は下流に向けて移動して熱伝達率のピークに達するので、蒸発するとともに過熱を防止することができる。
本実施形態の防氷装置10は、図1に示すように、航空機の主翼1のスラット3の内部に設けられることで、スラット3の前縁5の外面7への着氷を防止するためのものである。
スラット3は、その外殻が例えばアルミニウム合金、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)やGFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)などの繊維強化樹脂からなる翼パネル4によって形成されている。翼パネル4は、図1(b)に示すように、曲げ加工により、翼長方向に沿った前縁5の横断面は、湾曲形状をしている。防氷装置10は、加熱された空気であるブリードエアを前縁5の内面6に向けて噴出することで、外面7への着氷を防止する。
ピッコロチューブ11は、図2(a)に示すように、エア供給管19に連なる後端側を上流とし、そこから先端側に向けて順に、上流管12、中流管13及び下流管14の三つの部分が配置された先細りのものである。なお、上流、中流及び下流は、これら三つの部分を区別するために用いられる表現であって、三つの部分における相対的な関係を表しているに過ぎない。
図2(b)に示すように、上流管12、中流管13及び下流管14のそれぞれの内径が異なることで、上流管12、中流管13及び下流管14のそれぞれにおける流路15の開口面積A12、A13及びA14が、ブリードエアの流れる向きに沿って、段階的に狭くなっている。ピッコロチューブ11は、上流管12、中流管13及び下流管14は、それぞれを別体として用意して、溶接、その他の手段により、接続される。
A12 > A13 > A14
第一噴出孔列L1及び第二噴出孔列L2は、図2(a),(b)に示すように、上下の二列に配置され、かつ、上流管12から下流管14にわたって形成されている。図2(c)に示すように、上流管12において、相対的に上側に配置される第一噴出孔列L1と相対的に下側に配置される第二噴出孔列L2は、中心角θ12(θa)だけ開いて設けられている。中流管13及び下流管14においても、同様に、中心角θ13(θb)及び中心角θ14(θc)だけ開いて設けられている。したがって、ピッコロチューブ11は、第一噴出孔列L1により列をなすブリードエアの吹付点と第二噴出孔列L2により列をなすブリードエアの吹付点を生成することができる。第一噴出孔列L1が後述する上限位置の外気流よどみ点(以下、単によどみ点)P1に向けてブリードエアを噴出し、第二噴出孔列L2が後述する下限位置の外気流よどみ点(以下、単によどみ点)P2に向けてブリードエアを噴出する。
ただし、以上の関係はあくまで一例であり、本発明はこの位置関係に限るものではない。
図3(a)は、よどみ点Psが上限位置であるよどみ点P1に近づいた状態を示し、図3(b)はよどみ点Psがよどみ点P1とよどみ点P2の中間に置かれた状態を示し、図3(c)はよどみ点Psが下限位置であるよどみ点P2に近づいた状態を示している。よどみ点P1とよどみ点P2の間の範囲を、よどみ点変位範囲と称する。
第一噴出孔列L1及び第二噴出孔列L2から噴出されるブリードエアによる熱伝達率の分布は、図3(a)〜(c)に示すように、ピークH1及びピークH2と二つのピークを持ち、かつ、ピークH1はよどみ点P1よりも微小距離だけ内側に配置され、また、ピークH2はよどみ点P2よりも微小距離だけ内側に設けられる。
本実施形態の防氷装置10は、第一噴出孔列L1、つまりピークH1とよどみ点P1の位置関係、及び、第二噴出孔列L2、つまりピークH2とよどみ点P2の位置関係が上述の関係を有している。したがって、仮に、航空機の姿勢によってよどみ点Psが上限位置であるよどみ点P1に達したとしても、図3(a)に示すように、よどみ点P1は熱伝達率のピークH1と一致するか、または、近傍の位置にある。同様に、航空機の姿勢によってよどみ点Psが下限位置であるよどみ点P2に達したとしても、図3(c)に示すように、よどみ点P2は熱伝達率のピークH2と一致するか、または、近傍の位置にある。このように、本実施形態によると、飛行条件(迎角)が変化すると、よどみ点の位置が変化するため、液滴衝突量のピークも移動するが、常に上下いずれかの吹付点の近傍となる。そのため、吹付点近傍の熱伝達率が高い領域で効率的に水分を蒸発させることができ、防氷に必要なブリードエアの量を削減できるとともに、過熱も抑止できる。
液滴衝突量が最大となる条件では、より多くのブリードエアが必要となるため、過熱が起こりやすくなる。しかし、液滴衝突量のピーク位置(よどみ点)を熱伝達率の谷の位置とすれば、図4に示すように、液滴の大部分は加熱量の少ない領域に衝突し、液滴の全量は蒸発することができないので、残った水分は主翼3の前縁5の表面に水膜WFを形成する。この水膜WFは、下流に向けて移動して熱伝達率のピークH1,H2に達するので、蒸発SするとともにピークH1,H2に基づく過熱を防止することができる。
例えば、上述した実施形態は、ピッコロチューブ11の円周方向においては、噴出孔16が同じ位相に配置されているが、本発明はこれに限定されない、例えば、図5(a)に示すように、複数の噴出孔16を千鳥配列にすることができる。このように噴出孔16を千鳥配列にすることにより、加熱ムラを抑えることができる。加熱ムラを抑えるために、図5(b)に示すように、噴出孔16を三列に設けることもできる。
3 主翼
4 翼パネル
5 前縁
6 内面
7 外面
10 防氷装置
11 ピッコロチューブ
12 上流管
13 中流管
14 下流管
15 流路
16 噴出孔
18 エンジン
19 エア供給管
26 噴出孔
D 液滴
Claims (6)
- 湾曲形状をなす航空機の翼の内面に加熱空気を吹き付ける防氷装置であって、
後端から先端に向けた長手方向に加熱空気が流れる流路と、前記流路と外部を連通し、
前記長手方向に沿って設けられる複数の噴出孔と、を有するピッコロチューブと、
前記ピッコロチューブに向けて前記加熱空気を供給する供給源と、を備え、
前記ピッコロチューブの前記噴出孔は、前記翼に仮想的に形成される外気流よどみ点の
上限位置及び下限位置に向けて、前記加熱空気を噴出し、
前記ピッコロチューブは、
複数の前記噴出孔が直線上に並ぶ噴出孔列が、上下の二列に配置され、
相対的に上側に配置される第一噴出孔列L1と、前記第一噴出孔列L1よりも下側に配
置される第二噴出孔列L2と、を備え、
前記ピッコロチューブにおいて、
前記第一噴出孔列L1は、前記加熱空気を前記上限位置に向けて噴出し、
前記第二噴出孔列L2は、前記加熱空気を前記下限位置に向けて噴出する、
前記ピッコロチューブは、
後端側から先端側に向けて先細りの形状を有し、
前記先端側における、前記第一噴出孔列L1と前記第二噴出孔列L2の中心角θcが、
前記後端側における、前記第一噴出孔列L1と前記第二噴出孔列L2の中心角θaより
小さい、ことを特徴とする防氷装置。 - 前記第一噴出孔列L1と前記第二噴出孔列L2の中間に、液滴の衝突量が最大となる条
件における前記外気流よどみ点が配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の防氷装置。 - 前記第一噴出孔列L1をなす複数の前記噴出孔と前記第二噴出孔列L2をなす複数の前
記噴出孔が、千鳥配列される、
ことを特徴とする請求項2に記載の防氷装置。 - 湾曲形状をなす航空機の翼の内面に加熱空気を吹き付ける防氷装置であって、
後端から先端に向けた長手方向に加熱空気が流れる流路と、前記流路と外部を連通し、
前記長手方向に沿って設けられる複数の噴出孔と、を有するピッコロチューブと、
前記ピッコロチューブに向けて前記加熱空気を供給する供給源と、を備え、
前記ピッコロチューブの前記噴出孔は、前記翼に仮想的に形成される外気流よどみ点の
上限位置及び下限位置に向けて、前記加熱空気を噴出し、
前記ピッコロチューブは、
複数の前記噴出孔が直線上に並ぶ噴出孔列が、上下の二列に配置され、
相対的に上側に配置される第一噴出孔列L1と、前記第一噴出孔列L1よりも下側に配
置される第二噴出孔列L2と、を備え、
かつ、前記ピッコロチューブは、
それぞれの前記噴出孔が、上端開口部から下端開口部に向けて上下方向に延びるスリッ
トからなり、
前記上端開口部から前記加熱空気を前記上限位置に向けて噴出し、
前記下端開口部から前記加熱空気を前記下限位置に向けて噴出する、
ことを特徴とする防氷装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された防氷装置を備えることを特徴とする、
航空機。 - 前記防氷装置を備えるのが主翼であることを特徴とする、請求項5に記載の航空機。
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