JP5286361B2

JP5286361B2 - 航空機用の流出弁

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Publication number: JP5286361B2
Application number: JP2010519448A
Authority: JP
Inventors: スタイナート，マーティン; カーマイヤー，フランク; ランイエス，デューザン
Original assignee: ノルド−マイクロアクティエンゲゼルシャフトアンドカンパニーオーエッチジー
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: CN101801786A; EP2185412B1; DE502008002827D1; BRPI0814766B1; CA2699993C; WO2009019264A3; EP2185412A2; WO2009019264A2; DE102007036999A1; ES2358471T3; CN101801786B; US9546001B2; US20100291852A1; JP2010535664A; CA2699993A1; BRPI0814766A2; ATE501034T1

Description

本発明は、第１の環境から第２の環境への流体の流れを制御するための弁であって、第１の環境を第２の環境から分離する分離要素を開口部の領域内に配置するためのフレームと、フレーム内で動くことができ、第１の環境と第２の環境の間の開口部を通る流体の流れを制御するための第１のフラップ及び第２のフラップとを有する弁に関する。

そのような弁は、分離環境で圧力を制御するためにしばしば使用される。そのような分離環境は、流体が環境に流れ込むことができる入口弁を有する。流体が分離環境に流れ込むと環境内の圧力が上昇する。最初に述べたタイプの弁は、流出口として流れ断面を制御することを可能にし、それにより、流体を流出させることにより圧力を下げることができる。流れ断面が小さいほど分離環境内の圧力は高いままである。

圧力制御のこの原理は、例えば圧力室や航空機内で使用される。現時点での最新技術によりそのような様々な弁が知られている。

したがって、特許文献１は、航空機用の流出弁を示す。この流出弁は、航空機の外側シェルの開口部に配置される。２つの弁フラップが、開口部の縁に旋回可能に取り付けられ、一般的に旋回できるように機構によって結合される。フラップは、互いの方に延在し、弁が閉じているときに中央部分で重なるように配置される。この場合、フラップは、空気力学的に攻撃箇所がほとんどないように実質的に航空機の外側シェルと面一で延在する。弁の開かれた状態で、一方のフラップが、航空機の外側に沿って流れる気流に対して開口部を覆う。

一般に、最初に述べたタイプの弁が開かれたとき、漏れる空気によってはっきり識別できる騒音が生じる。このため、現時点での最新技術で、騒音を減らそうとする様々な手法を見つけることができる。

例えば、特許文献２は、弁が開かれたときにフラップの形状がラバールノズル（Laval nozzle）のようになるものを示唆している。このような手段によって、空気が弁から超音速で出て、音は、弁から離れるように曲げられる。

特許文献３は、前縁に切欠きが形成された第２のフラップを開示している。さらに、第１フラップ上に、漏れる空気の流れ方向を横切る方向に延在するウェブが設けられ、このウェブは、漏れる空気の速さを遅くするためのものである。さらに、縁の流体の流れに向いた側に、騒音を減少させるために切欠きが設けられる。

さらに、特許文献４は、渦を作り出す切欠きが弁フラップの縁に形成された最初に述べたタイプの弁を開示している。また、漏れる空気の騒音を減少させるためにフラップの領域に凹凸を付けることが開示されている。

米国特許第３，４２６，９８４号公報ドイツ国特許第１０３１３７２９Ａ１号公報米国特許第６，１１６，５４１号公報ＷＯ２００５／０２３６４９Ａ１号公報

したがって、本発明の目的は、最初に述べたタイプの弁の騒音を減少させることである。

請求項１によれば、この目的は、流体の流れの騒音を減少させるように突起が形成されたフラップによって達成される。

有利な実施形態は、従属クレームの対象である。

本発明による手法は、突起によって生じる不規則な流体の流れによって破壊的騒音の生成が防止されるようにする。これは、突起の形状により突起で渦を作り出すことによって達成され、この渦は、流れ方向に渦ひだの形で拡がるように伝搬する。流れの拡がりにより、渦が下流で重なり、従って破壊し合う。これは、騒音を大きくする規則的または静的渦の形成を防ぐ。

さらに、形状と構成を変化させることによって、この弁の基本構造を変更することなく、弁を、様々な流速や様々な特性を有する流体のような様々な用途に適応させることができ有利である。

第１のフラップは、好ましくは内側面上の流体が流れ出る流れ断面と隣接した縁の近くのに、輪郭、側面及び上面を有する第１の突起を有することができると有利である。流れ出る流体は、最初に、第１のフラップの内側面に沿って流れ、その後で流れ断面から出る。

流体の流路内の突起の配列は、突起の効果を最大にできるようにする。

有利な実施形態では、第１の突起は、実質的に三角形の輪郭を有し、輪郭の１つの角点は先端を規定し、他の２つの角点は、輪郭の底辺を規定する。そのような三角形の輪郭によって、流体の流れの圧力分布が有利な作用を受けることができ、有利な径を有する渦ひだが作り出される。

第１の突起の上面は、凹状形状を有することができると有利である。これにより、流れが有利な作用を受けることができる。

第１の突起の上面は、流れ方向に上向きの傾斜として形成されると有利である。流れ方向の突起の隆起によって、第１の突起が徐々に流体の流れに作用しまた望ましくない特異点が形成されないことが保証される。

特に有利な実施形態では、第１の突起の表面は、円筒面の一部分として形成され、この円筒の軸は、実質的に下面に平行で且つ流れ方向に垂直である。

第１の突起の縁は、特に渦を引き起こす流れ分離縁として形成することができる。

さらに、第１の突起の輪郭を形成する三角形の先端は、流れ方向に向くと有利である。

第１の突起の底辺の長さは、第１の突起の輪郭の先端から底辺まで延在する縁の長さに対して、少なくとも０．５且つ０．９を超えず、有利には０．６９〜０．７１の比率を有することができる。

第１の突起の高さは、第１の突起の輪郭の先端から底辺まで延在する縁の長さに対して、少なくとも０且つ０．４を超えず、有利には０．１９〜０．２１の比率を有することができる。

第１の突起の上面を規定する円筒の直径は、第１の突起の輪郭の先端から底辺まで延在する縁の長さに対して、少なくとも２且つ６を超えず、有利には３．９〜４．１の比率を有することができる。

第１の突起は、流れ方向を横切って延在する列で配置することができる。この構成により、流れの幅全体にわたって流体の流れに作用することができる。

さらに、第１の突起は、流れ方向を横切る互い違いに配列された列で配置されると有利である。そのような手段によって、列の間の渦ひだの相互作用が促進される。

有利には、第２のフラップは、外側面上の流れ断面に隣接する縁の近くに第１の突起を有する。これにより、第２のフラップの外側面の分離要素に沿って流れ出た流体が、騒音を低減するように作用を受けることが保証される。

さらに、第２のフラップは、流れ断面に隣接した縁の近くに、輪郭、側面及び上面を有する２つの突起を備えてもよい。

そのような手段によって、第２のフラップの内側面に沿って流れる流体が流れ出る前に調製されることが保証される。

第２の突起は、実質的に台形の輪郭を有すると好都合であり、その場合、輪郭の平行な辺の短い方の辺が先端を規定し、輪郭の平行な辺の長い方の辺が底辺となる。この輪郭は、第２の突起が配置された場所にある流れの状態を考慮する。

第２の突起の上面は、流れ方向で上向き傾斜として形成されると有利である。そのような手段によって、流体の流れが突起にぶつかるときの不連続性が回避される。

第２の突起の上面は、平面であると好都合である。

さらに、第２の突起の先端は、底辺の上流にあることが好ましい。

第２の突起の先端と底辺となる縁は、流れ方向を横切って配置されると好都合である。そのような手段によって、流体の流れに対する第２の突起の作用を容易に決定することができる。

第２の突起の底辺は、流れ分離縁を形成すると好都合である。

第２の突起の流れ分離縁の長さは、第２の突起の先端から底面まで延在する輪郭の縁の長さに対して、少なくとも０．５且つ０．９を超えず、好ましくは０．６９〜０．７１の比率を有することができる。

第２の突起の底辺の長さは、第２の突起の輪郭の先端から底辺まで延在する縁の長さに対して、少なくとも０．７且つ１．１を超えず、有利には０．８９〜０．９１の比率を有することができる。

第２の突起の先端の長さは、第２の突起の輪郭の先端から底辺まで延在する縁の長さに対して、少なくとも０且つ０．４を超えず、有利には０．０９〜０．１１の比率を有することができる。

第２の突起の高さは、第２の突起の輪郭の先端から底辺まで延在する縁の長さに対して、少なくとも０．１且つ０．５を超えず、有利には０．２９〜０．３１の比率を有することができる。

有利な実施形態では、第２の突起は、流れ方向を実質的に横切る列で配置され、流体の流れが、その幅全体を横切る第２の突起の作用を受けることを保証する。

第１の突起の数は、第２の突起の数より多いと好都合である。

さらに、第２の突起は、第１の突起より大きい体積を有すると有利であり、これにより、第１の突起と第２の突起の領域内で異なる流れ条件が考慮されるようになる。

突起の下部は、丸い角部を有するように構成することができる。そのような手段によって、特に、流れが通る穴の高さに対して中心に渦ができる。

第２のフラップの流れ断面と隣接する縁は、流体の流れをできるだけ妨げないように丸い形状を有すると好都合である。

さらに好ましい実施形態では、各フラップ上に第１の突起の２つの列が配置される。

本発明は、添付図面に示した例示的な実施形態と関連して以下に説明される。
本発明による弁の一実施形態の斜視図である。第１のフラップと第２のフラップの流れ方向に沿った断面図である。図２のＩＩＩとして示した詳細を示す図である。開いた状態のフラップに対する流体の流れに沿った斜視図である。フラップ上の突起の例示的な配置を示す図である。第１の突起の一実施形態の平面図である。図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。第２の突起の一実施形態の平面図である。図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。

図１に示した弁１０は、航空機で流出弁として使用される。弁１０は、フレーム１２を有し、フレーム１２には、第１のフラップ１４と第２のフラップ１６が配置されている。第１のフラップ１４は、第２のフラップ１６より大きい。さらに、フラップ１４及び１６は、軸受１８によってフレーム１２に旋回可能に接合される。弁１０のフレーム１２は、航空機の船体の開口部に挿入される。

第１のフラップ１４は接続部分２０を有し、第２のフラップ１６は接続部分２２を有する。接続部分２０及び２２は、連結機構２４によって結合され、連結機構２４は、第１のフラップ１４の位置を第２のフラップ１６に対して規定する。

さらに、第２のフラップ１６は、第２のフラップ１６の旋回位置を制御するために連結機構によって駆動部（図示せず）に接続された制御部分２３を有する。フラップ１４及び１６が連結機構２４によって連結されているので、２つのフラップの位置と、したがって開口断面の位置を、単一の駆動機構によって制御することができる。

図２に示したような閉位置で、フラップ１４及び１６は、接触領域２６で接触している。これらの手段によって弁１０を確実に閉じることができる。第１のフラップ１４は、その内側面２８に第１の突起３０を有する。第２のフラップ１６は、その内側面３２に第２の突起３４と外側面３６に第１の突起３８とを有する。この配置は、図３に詳細に示されている。

第２のフラップ１６の縁領域４０は、丸い形状を有する。第２の突起３４は、内側面３２に向かって、縁領域４０のすぐ近くに配置され、空気流４２に浸されるように内側面３２の平坦面から突出する。第１の突起３８は、外側面３６に向かって丸い縁領域４０まである距離を置いて配置される。

第１のフラップ１４の内側面２８は、接触領域２６と隣接する接触領域４６を有する。接触領域４６の領域内で、内側面２８は、第１のフラップ１４の外側面４４と平行に延在する。接触領域４６と傾斜領域４８は隣接しており、第１の突起３０が、接触領域４６まである距離を置いて、気流４２内に突出するように配列される。

図４と図５で分かるように、突起３０、３４及び３８は、気流４２の流れ方向を横切る列５０及び５２である。突起３０、３４及び３８は、独立に形成され、互いに離間される。第１の突起３０及び３８のそれぞれ２つの列５０及び５２と、第２の突起３４の１つの列とが提供される。第１列５０の突起３０は、横方向５４に第２列５２の突起と互い違いの構成である。

第２の突起３４は、３つの突起３４の列で形成される。

第１の突起３８は、第１の突起３０と同じ法則に従って配列される。

図６と図７に示した第１の突起３０は、三角形の輪郭５６を有する。気流５２が、先端５８を越えて底辺６０に流れる。第１の突起３０の上面６２は、円筒面からの断面のように凹状に形成される。上面６２は、気流４２の方向に上向きの傾斜面となり、内側面２８まで実質的に垂直方向に延在する背面６６上の流れ分離縁６４で終わる。背面６６の最下部に、丸い下部６８が形成される。

底辺６０の幅ｂの輪郭５６の辺の長さｌに対する比率は、０．７である。さらに、流れ分離縁６４の高さｈは、長さｌの０．２倍である。長さｌに対する面６２を形成するために使用される円筒の直径の比率は４である。

第１の突起３８は、実質的に、第１の突起３０と同じように形成される。しかしながら、これらの形は、突起の配列の流れ環境に合わせられる。例えば、第１の突起３８には下部６８がない。

図８と図９から分かるように、第２の突起３４にははっきりした下部７４がある。このため、第２の突起３４の台形輪郭７０の流れ分離縁７６の幅ｂ₁と底辺７８の幅ｂ₂はかなり異なる。上面７２は、第１の突起３０及び３８と対照的に平坦形状を有する。第２の突起３４の流れ分離縁７６の幅ｂ₁は、輪郭７０の長さｌの０．７倍である。幅ｂ₂は、長さｌの１．１倍であり、先端８０の幅ｂ₃は、長さｌの０．１倍である。流れ分離縁７６の高さｈは、長さｌの０．３倍である。

大きな縦横比を有する突起３０、３４及び３８の形状により渦ができる。突起３０、３４及び３８によってできる渦ひだの相互作用が、大きな騒音の原因となる可能性のある一様または静止した渦の形成を防ぐ。

このように、第１のフラップ１４と第２のフラップ１６が開かれて弁１０が開かれた場合、図３と図４に示したような気流４２が流れ始める。第１の突起３０及び３８と、第２の突起３４は、気流４２内に突出し、前述の作用を引き起こす。

突起の配列と形状がそれぞれのフレーム構造条件に適応されるべきであることに注意されたい。突起３０、３４及び３８の形状と配列、特にフラップの形状、内側面２８及び３２と外側面３６及び４４との圧力差、及び気流４２の速度は、弁１０の構造にとってきわめて重要である。

したがって、突起３０、３４及び３８を有するフラップ１４及び１６は、例えば中実アルミニウム・ブロックからフライス加工によって作成される。これにより、ＣＮＣフライス盤などによる完全自動製造が可能になる。当業者は、製造に役立つ更に他の方法（手動と自動の両方）を知るであろう。当業者は、また、弁１０で使用される更に他の適切な材料を知るであろう。

弁１０はフレーム１２と共に、航空機シェルの開口部（図示せず）に挿入される。フラップ１４及び１６の位置は、キャビンから漏れる可能性のある空気の量を制御するために使用される。このようにして、フラップ１４の位置を変化させることによってキャビン内部の圧力を制御することができる。気流４２内に突出する突起３０、３４及び３８は、気流４２に所期の作用をもたらし、これにより、航空機の乗客にとって破壊的騒音が最小になる。

１０弁
１２フレーム
１４第１のフラップ
１６第２のフラップ
１８軸受
２０接続部分
２２接続部分
２４油圧要素
２６接触領域
２８内側面
３０第１の突起
３２内側面
３４第２の突起
３６外側面
３８第１の突起
４０縁領域
４２気流
４４外側面
４６接触領域
４８傾斜領域
５０第１列
５２第２列
５４横断方向
５６輪郭
５８先端
６０底辺
６２上面
６４流れ分離縁
６６後面
６８下部
７０輪郭
７２上面
７４下部
７６流れ分離縁
７８底辺
８０先端
ｂ幅
ｂ₁ 幅
ｂ₂ 幅
ｂ₃ 幅
ｈ高さ
ｌ長さ

Claims

第１の環境から第２の環境への流体の流れを制御する航空機（１０）用の流出弁であって、
分離要素の開口部の領域内に配置し、前記第１の環境を前記第２の環境から分離するフレーム（１２）と、
前記第１の環境と前記第２の環境の間で前記開口部を通る前記流体の流れを制御するために前記フレーム内で動くことができる第１のフラップ（１４）及び第２のフラップ（１６）とを有し、
前記フラップ（１４，１６）は、前記流体の流れに渦を作り出して騒音を減少させる突起（３０，３４，３８）を有し、前記突起（３０，３４，３８）は、前記フラップ（１４，１６）の表面から前記流体の流れの中に突出し、前記突起（３０，３４，３８）は、互いに離間され、前記突起（３０，３４，３８）の前記表面は、流れ方向に上向き傾斜を形成し、突起（３０，３４，３８）は、前記フラップ（１４，１６）の相互接触領域（２６，４６）から離間された弁。
前記第１のフラップ（１４）は、内側面（２８）上の流れ断面に隣接する縁の近くに、輪郭（５６）、側面、及び上面（６２）を有する第１の突起（３０）を備えた、請求項１に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０）は、実質的に三角形の輪郭（５６）を有し、前記輪郭の１つの角点は先端（５８）を規定し、他の２つの角点が、前記輪郭の底辺（６０）を規定する、請求項２に記載の弁（１０）。
前記上面（６２）と前記第１の突起（３０）とは、凹状形成を有する、請求項２または３に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０）の前記上面（６２）が、前記流れ方向に上向きに傾斜して形成されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０）の縁が、流れ分離縁（６４）として形成された、請求項２〜５のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０）の前記輪郭（５６）を構成する前記三角形の前記先端（５８）が、前記流れ方向に向いている、請求項３、または、請求項３を引用する請求項４〜６のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記底辺（６）の長さ（ｂ）と、前記第１の突起（３０）の輪郭（５６）の前記先端（５８）から前記底辺（６０）まで延在する前記縁の長さ（ｌ）との比ｂ／ｌは、少なくとも０．５であって、且つ、０．９を超えない、請求項３、または、請求項３を引用する請求項４〜７のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０）の高さ（ｈ）と、前記第１の突起（３０）の輪郭（５６）の前記先端（５８）から前記底辺（６０）まで延在する縁の長さ（ｌ）との比ｈ／ｌは、少なくとも０であって、且つ、０．５を超えない、請求項３、または、請求項３を引用する請求項４〜８のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０）の前記上面（６２）を規定する円筒の直径（ｄ）と、前記第１の突起（３０）の前記輪郭（５６）の前記先端（５８）から前記底辺（６０）まで延在する縁の長さ（ｌ）との比ｄ／ｌは、少なくとも２であって、且つ、６を超えない、請求項２〜９のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０）は、前記流れ方向に横切って延在する列（５０，５２）を形成するように配置されている、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０）は、前記流れ方向を横切り互い違いに配置された列を形成するように配置されている、請求項１１に記載の弁（１０）。
前記第２のフラップ（１６）が、外側面（４４）上の前記流れ断面と隣接する縁の近くに第１の突起（３８）を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第２のフラップ（１６）は、内側面（３２）上の前記流れ断面と隣接した縁の近くに、輪郭（７０）、側面及び上面（７２）を有する第２の突起（３４）を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第２の突起（３４）は、実質的に台形の輪郭（７０）を有し、前記輪郭（７０）の前記平行な辺の短い方の辺は先端（８０）を規定し、前記輪郭（７０）の前記平行な辺の長い方の辺は底辺（７８）を規定する、請求項１４に記載の弁（１０）。
前記第２の突起（３４）の前記上面（７２）は、平坦な形状を有する、請求項１４〜１５のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第２の突起（３４）の前記先端が、前記底辺（７８）の上流に配置されている、請求項１５、または、請求項１５を引用する請求項１６に記載の弁（１０）。
前記第２の突起（３４）の前記先端（８０）と前記底辺（７８）を構成する縁が、実質的に前記流れ方向を横切って配置されている、請求項１５、または、請求項１５を引用する請求項１６〜１７のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記流れ分離縁（７６）が、前記第２の突起（３４）の前記底辺（７８）の近くに形成されている、請求項６を引用する請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記縁の流れ分離縁（７６）の前記長さ（ｂ₁）と、前記第２の突起（３４）の前記輪郭（７０）の前記先端（８０）から前記底辺（７８）まで延在する前記縁の長さ（ｌ）との比ｂ ₁ ／ｌが、少なくとも０．５であって、且つ、０．９を超えない、請求項６を引用する請求項１５、または、請求項６と請求項１５とを引用する請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記底辺（７８）の長さ（ｂ₂）と、前記第２の突起（３４）の前記輪郭（７０）の前記先端（８０）から前記底辺（７８）まで延在する前記縁の長さ（ｌ）との比ｂ ₂ ／ｌが、少なくとも０．７であって、且つ、１．１を超えない、請求項１５、または、請求項１５を引用する請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記先端（８０）の長さ（ｂ₃）と、前記第２の突起（３４）の前記輪郭（７０）の前記先端（８０）から前記底辺（７８）まで延在する前記縁の長さ（ｌ）との比ｂ ₃ ／ｌが、少なくとも０であって、且つ、０．４を超えない、請求項１５、または、請求項１５を引用する請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第２の突起（３４）の高さ（ｈ）と、前記第２の突起（３４）の前記輪郭（７０）の前記先端（８０）から前記底辺（７８）まで延在する前記縁の長さ（ｌ）との比ｈ／ｌが、少なくとも０．１であって、且つ、０．５を超えない、請求項１５、または、請求項１５を引用する請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第２の突起（３４）が、前記流れ方向を実質的に横切る列を形成するように配置されている、請求項１４〜２３のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０，３８）の数が、前記第２の突起（３４）の数より多い、請求項１４〜２４のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第２の突起（３４）が、前記第１の突起（３０，３８）より大きい体積を有する、請求項１４〜２５のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記突起（３０，３４，３８）が、丸い縁を提供する下部（７８）を有する、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第２のフラップ（１６）の前記流れ断面と隣接する前記縁領域（４０）が、丸い形状を有する、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の弁（１０）。
前記第１の突起（３０，３８）の２つの列（５０，５２）が、前記フラップ（１４，１６）のそれぞれに配置された、請求項１〜２８のいずれか１項に記載の弁（１０）。