DE19964114A1 - Dreidimensionale Hinterkante an Flügelprofilen - Google Patents
Dreidimensionale Hinterkante an FlügelprofilenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Flügelprofil, an dem sich bei Anströmung durch ein Fluid eine Unterdruckseite und eine Druckseite ausbildet, insbesondere Flugzeugtragflügel, Schaufel von Verdichtern, Pumpen oder Turbinen, und das eine verdickte oder divergente Hinterkante aufweist, wobei die Hinterkante mit Mitteln zur Störung einer periodischen Strömungsablösung ausgestattet ist oder das als Hinterkante zur Druckseite hin eine Abwinkelung (Gurney-Flap) aufweist. DOLLAR A Die Erfindung dient unter anderem der Reduzierung des Strömungswiderstandes, der Lärmminderung, der Vibrationsminderung beziehungsweise der Verbesserung der Strukturmechanik.
Description
Die Erfindung betrifft die Verbesserung eines Flügelprofiles, an dem sich bei
Anströmung durch ein Fluid eine Unterdruckseite und eine Druckseite ausbildet,
insbesondere Flugzeugtragflügel, Schaufeln von Verdichtern, Pumpen oder
Turbinen, und das eine verdickte oder divergente Hinterkante oder das als
Hinterkante zur Druckseite hin eine Abwinkelung (Gurney-Flap) aufweist.
Die Erfindung kann auf folgenden Gebieten zum Einsatz kommen:
- - Subsonische und transsonische Tragflügelprofile für den Reiseflug von Verkehrflugzeugen
- - Flügelklappenprofile für Start bzw. Landung von Flugzeugen
- - Beschaufelungen von Strömungsmaschinen wie Kompressoren, Pumpen und Turbinen
Die Forderung nach höheren Transportleistungen bei Flugzeugen und damit
nach höheren Flug-Machzahlen hat zur Entwicklung transsonischer
Tragflügelprofile geführt. Einige moderne transsonische Profile weisen eine
divergente Hinterkante auf, die sowohl aerodynamische wie auch
strukturmechanische Vorteile hat.
Neben dem Streben nach einer Leistungssteigerung von Tragflügelprofilen gibt
es die Notwendigkeit, Verkehrsflugzeuge leiser zu machen. Durch
Verbesserungen auf dem Gebiet der Aeroakustik sind Strahltriebwerke als
allein dominante Lärmquelle verdrängt worden. So werden
Umströmungsgeräusche, die an Flügelhinterkanten und Klappen des
Hochauftriebssystems bei Start und Landung entstehen, immer wichtiger.
Leistungssteigerungen sind auch bei Strömungsmaschinen erwünscht. Der
Auftrieb z. B. einer Kompressorschaufel wird durch eine kleine abgeknickte
Hinterkante um 10-15% gesteigert. Dadurch wird der Leistungsumsatz der
Kompressorstufe einer Gasturbine entsprechend erhöht. Bisher störten jedoch
die zusätzlichen Vibrationen, die hinter abgeknickten Hinterkanten in der
Nachlaufströmung entstehen. Diese belasten die Schaufel und können zu
vorzeitigen Ermüdungsbrüchen führen.
Bei Windkraftanlagen sind kleine abgeknickte Hinterkanten an den Flügeln
bereits zur Leistungserhöhung erfolgreich eingesetzt worden. Hier stört die
zusätzliche Lärmerzeugung der Nachlaufströmung hinter der abgeknickten
Flügel-Hinterkante.
Der Rennfahrer und Konstrukteur Dan Gurney hatte in den siebziger Jahren
kleine stark abgewinkelte Klappen an der Hinterkante von Abtrieb erzeugenden
Flügeln von Rennwagen angebracht, um die Bodenhaftung dieser Fahrzeuge
verbessern. Seine "Gurney-Flaps" werden seitdem bei Rennwagen-Flügeln
eingesetzt. Aus einem Aufsatz von Liebeck, "Design of subsonic airfoils for high
lift" in der US-Zeitschrift Journal of Aircraft, Vol. 15, No. 9, Sept. 1978, S. 547-561,
ist bekannt, daß "Gurney-Flaps" auch bei Flugzeug-Tragflügeln zur
Auftriebserhöhung erfolgversprechend eingesetzt werden können. Im
Gegensatz zu den sonst bisher eingesetzten Klappen bei Flugzeugflügeln sind
"Gurney-Flaps" sehr klein, mit einer typischen Klappenlänge von nur 0,3-2%
der Flügeltiefe. Es wird hier die Tatsache ausgenützt, daß die hintere
Abströmkante eines Flügels eine besonders starke Wirkung auf dessen
aerodynamische Eigenschaften hat, insbesondere auf den Auftrieb.
Bei Flugzeugen interessieren besonders die Hochauftriebs-Konfigurationen der
Tragflügel für Landung und Start und außerdem der Flug bei hoher
Unterschallgeschwindigkeit. Bei der Landung von Flugzeugen ist klar, daß
hoher Auftrieb wünschenswert ist, um die Landegeschwindigkeit niedrig halten
zu können. Der zusätzliche Widerstand einer kleinen, steil bis hin zu
rechtwinklig angestellten Klappe spielt dagegen hier keine Rolle. Beim
Reiseflug eines Flugzeugs bei hoher Unterschallgeschwindigkeit ist jedoch
zusätzlicher Widerstand unerwünscht. Hier führt eine "Gurney-Flap" oder eine
divergierende Flügelhinterkante zu einer Verbesserung, obwohl diese
Hinterkantengestaltung an sich zu einer geringfügigen Widerstandserhöhung
beiträgt. Diese Widerstandserhöhung wird durch eine begrenzte
Strömungsablösung an der Hinterkante verursacht.
Unter divergierender Hinterkante ist in diesem Zusammenhang eine Hinterkante
eines Tragflügels oder seiner hinteren Klappen oder einer Schaufel bei einer
Strömungsmaschine oder eines Flügels eines Propellers zu verstehen, bei der
das Flügelprofil in seinem End-Querschnitt dicker ist, als an einer Stelle vor der
Hinterkante; die Saug- und Druckseite des Profiles entfernen sich wieder von
einander und die Hinterkante weist als Abschluß quasi eine zweidimensionale
Ebene auf. In der Praxis bemühte man sich dagegen in der Regel, den
Hinterkantenquerschnitt so schmal und spitz wie materialbedingt möglich zu
gestalten.
Die "Gurney-Flap" bzw. die divergente Flügelhinterkante erzeugt eine
Druckerhöhung auf dem hinteren Teil der Flügelunterseite. Dadurch wird der
Flügelauftrieb deutlich vergrößert. Andererseits kann so der gleiche Auftrieb bei
niedrigerem Flügel-Anstellwinkel erreicht werden. Das entlastet die Flügel-
Oberseite, deren Umströmung bei Fluggeschwindigkeiten in der Nähe der
Schallgeschwindigkeit besonders verlustreich ist. Dort ist nämlich die
Auftriebserzeugung mit einer örtlichen Überschallströmung auf der vorderen
Flügeloberseite verbunden. Im hinteren Teil der Flügeloberseite muß diese
Überschallströmung wieder zu einer Unterschallströmung werden. Dieser
Übergang ist mit mehr oder weniger großen Verlusten durch Verdichtungsstöße
verbunden. Diese Verluste werden einerseits durch die Verdichtungsstöße
selbst hervorgerufen und andererseits durch Strömungsablösungen, die durch
diese verursacht werden. Hoher Auftrieb heißt also hohe
Überschallgeschwindigkeit auf der Flügeloberseite, die hohe Verluste nach sich
zieht. Eine stärkere Beteiligung der Profil-Unterseite am Gesamtauftrieb kann
daher eine Senkung des Gesamt-Widerstandes bedeuten.
In einem Beitrag von Henne: "Innovation with computational aerodynamics:
The divergent trailing-edge airfoil" in "Applied Computational Aerodynamics",
Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol. 125 (1990), S. 221-261,
American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., Washington, wurde
aufgezeigt, wie ein solches Profil mit divergenter Hinterkante sinnvoll ausgelegt
werden kann. Seine Forschungsarbeit hat zur praktischen Anwendung einer
divergenten Flügelhinterkante bei dem Verkehrsflugzeug MD 11 des
Flugzeugherstellers McDonnell-Douglas geführt.
Die Anwendung von Gurney-Flaps auf Windturbinen ist ebenfalls schon weit
fortgeschritten. Meßdaten von erreichten Leistungsverbesserungen sind
ersichtlich aus einem Aufsatz von Kentfield, "Theoretically and experimentally
obtained performances of Gurney-Flap equipped wind turbines", US-
Zeitschrift: Wind Engineering Vol. 18, No. 2, S. 63-74 (1994).
Hier ist jedoch besonders die zusätzliche Geräuscherzeugung störend, die
divergente oder auch abgeknickte Hinterkanten verursachen.
Ungünstig an "Gurney-Flaps" und divergenten Hinterkanten ist nach wie vor,
daß sie selbst zusätzlichen Widerstand erzeugen. Außerdem tritt in ihrem
Nachlaufgebiet eine Instabilität auf, die der Karman'schen Wirbelstraße im
Nachlauf eines querangeströmten Zylinders ähnelt. Dort wie hier tritt eine
Schwingung in der Strömung auf, die Vibrationen und Geräusche verursacht.
Die Bekämpfung dieser Art von Instabilität kann darin bestehen, daß man die
zweidimensionale Geometrie der Strömungsanordnung stört. Bei einem quer
angeströmten Zylinder windet man z. B. eine Spirale um den Zylinder, wie man
das bei Industrie-Schornstein-Rohren heute häufig sieht. Dies ist bereits
dargestellt worden von Dubs, "Aerodynamik der reinen Unterschallströmung", 6. Auflage,
1990, S. 60-66, Birkhäuser Verlag, Basel - Boston - Berlin.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, die Erkenntnisse des
Standes der Technik zu nutzen und geeignete Konfigurationen für verbesserte
Flügelprofilhinterkanten vorzuschlagen.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2
gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt und
ergeben sich aus der Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der
Erläuterung der Zeichnung und der Ausführungsbeispiele.
Bei den gattungsgemäßen Fügelprofilen sind die divergente, verdickte
Hinterkante oder abgewinkelte kleinste Kanten an der Hinterkante (Gurney
Flap) mit Mitteln zur Störung einer periodischen Strömungsablösung
ausgestattet, wobei jedoch andere Lösungen als die für sich aus der Praxis
bekannten Windungseinrichtungen um angeströmte Zylinder (Schornsteine)
gefunden wurden.
Diese Mittel umfassen im wesentlichen an der Druckseite vor der Hinterkante
angeordnete oder sich bis dorthin erstreckende periodische oder unperiodische
Einschnitte oder Stege, zur Druckseite und/oder von der Hinterkante weg sich
erstreckende Einzelelemente oder Perforationen der Abwinkelung oder der
Löcher in der ebenen Hinterkante oder in vertikaler Richtung druckseitig und
zugleich horizontal z. B. über die Spannweite eines Flügels sich erstreckende
sägezahnförmige oder wellenförmige Elemente.
Dabei sollen die Mittel sich über eine Höhe von bis zu etwa 3% der durch den
Abstand von Vorderkante zur Hinterkante definierten Flügeltiefe bzw. über eine
Länge in Strömungsrichtung von bis zu 5% der Flügeltiefe erstrecken.
Die Mittel können als rechteckige, dreieckige, trapezförmige oder abgerundete
wellenförmige Einschnitte ausgebildet sein oder sie bestehen aus senkrecht
oder in einem Winkel schräg zur Druckseite weisenden Einzelelementen.
Alternativ, insbesondere an Gurney-Flaps, sind Stege als der Hinterkante
vorgelagerte Rippen angeordnet, ausgerichtet in Strömungsrichtung.
Die Erfindung bewirkt zum einen eine Leistungssteigerung eines Profils mit
einer divergenten oder abgewinkelten Hinterkante, in dem der Widerstand
verringert wird.
Zum anderen wird eine Verminderung von Vibrationen, die strukturschädigend
wirken können, sowie eine Lärmminderung des aerodynamischen Geräuschs
erreicht.
Die Erfindung bewirkt auch eine Widerstandsverminderung transsonischer
Profile und bringt neben leistungssteigernden Eigenschaften auch akustische
und strukturmechanische Vorteile mit sich.
Die Erfindung vermeidet des weiteren Vibrationen durch eine geeignete
dreidimensionale Struktur der Hinterkante von Strömungsmaschinen-Schaufeln
und erreicht überdies wird eine größere Steifigkeit und Schwingungsfestigkeit
der Schaufel.
Die Erfindung reduziert bei Windkraftanlagen durch Stabilisierung der
Nachlaufströmung die Lärmerzeugung.
Allgemein gelingt es mit der Erfindung, die Strömungs-Instabilität in der
Karman'schen Wirbelstraße erfolgreich zu bekämpfen, es sinkt damit auch der
Strömungswiderstand.
Die Tragflügelprofile, hier stellvertretend für die eingangs bereits dargestellten
weiteren Anwendungsfälle definiert, an denen die Erfindung wirksam wird,
werden durch folgende Eigenschaften charakterisiert: Die Flügelhinterkante hat
im Gegensatz zu einem konventionellen Tragflügelentwurf eine endliche Dicke.
Die Ober- und Unterseiten - Saug- und Druckseiten des Flügels - der
Profilhinterkante sind divergent. Auf der Unterseite ist zur Hinterkante hin ein
kleiner Radius oder ein stumpfer bis rechter Winkel ausgebildet. Der Tragflügel
kann jedoch auch ein konventionelles Profil mit einer dünnen Hinterkante sein,
an dem nachträglich eine verdickte Hinterkante oder ein kleiner nach unten
ragender Winkel angebracht wurde.
Durch diese divergente Hinterkante kommt es zu einer veränderten
Abflußbedingung für die Strömung. Diese führt zu einer Auftriebserhöhung des
Profils und dabei jedoch auch zu einer leichten Widerstandserhöhung. Bei
geeigneter Profilauslegung ist aber wegen der besseren Gleitzahl - dem
Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand - die Bilanz des neuen Profilentwurfs
positiv.
Gleichzeitig kommt es zu periodischen Ablösungen (Karman'sche
Wirbelstraße) an dieser im Vergleich zu einem herkömmlichen Profil
aufgedickten Profilhinterkante. Dieses Phänomen wird auch in geringerem Maß
an konventionellen Profilen beobachtet, die ja auch keine wirklich spitz
auslaufende Hinterkante haben, sondern immer noch eine endliche Dicke an
der Hinterkante aufweisen. Das führt zu Vibrationen und Lärmentwicklung. Die
dafür verantwortliche periodische Ablösung läßt sich im Spektrum der
Geschwindigkeitsschwankungen des Nachlaufs eines solchen Profils als
diskrete Frequenz nachweisen.
Die Erfindung besteht nun darin, die quasi zweidimensionale Geometrie der
Hinterkante, der hinteren Fläche, des Profils, welche periodische
Strömungsvorgänge begünstigt, schwingungsstabilisierend zu verändern, ohne
die günstigen Eigenschaften der Hinterkantengestaltung des Profils zu
verlieren. Dies wird erreicht, in dem die zweidimensionale Geometrie der
Hinterkante in geeigneter Weise in eine dreidimensionale Geometrie überführt
wird. Dabei werden die aerodynamischen und strukturmechanischen
Eigenschaften nicht negativ beeinflußt.
Die erfindungsgemäße widerstandsvermindernde dreidimensionale Hinterkante
eliminiert die periodischen Vorgänge fast vollständig. Dies ist durch Messungen
im Windkanal nachgewiesen worden. Besonders bei kleinem Anstellwinkel, bei
dem die periodische Ablösung besonders ausgeprägt ist, ist der
widerstandsvermindernde Effekt der dreidimensionalen Hinterkante besonders
wirksam. Durch die Erfindung wird die Entstehung der periodischen Ablösung
derart gestört, daß die Nachlaufdelle in der Geschwindigkeitsverteilung am
Flügelprofil verkleinert wird und somit der Widerstand des Profils verringert wird.
Durch Kraftmessungen mit einer Windkanalwaage ist diese
Widerstandsverminderung ebenfalls bestätigt worden.
Durch den relativ einfachen Aufbau der Erfindung eignet sich diese auch zu
einer Nachrüstung an einem bereits vorhandenem Flügel.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung mit theoretischen
Erläuterungen und diversen Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 Polaren mit zweidimensionaler und dreidimensionaler Hinterkante,
Fig. 2 Strömungsverlauf und Spektren der
Geschwindigkeitsschwankungen an der Flügelhinterkante,
Fig. 3-5 Hinterkante mit erfindungsgemäßen Einschnitten,
Fig. 6-8 Hinterkante mit erfindungsgemäßen druckseitig angeordneten
Elementen,
Fig. 9-14 Gurney-Flaps in erfindungsgemäßen Varianten,
Fig. 15-16 Flügel mit nachträglich aufgebrachter erfindungsgemäßer
Hinterkante,
Fig. 17 Abgeknickte Hinterkante mit Loch - Perforation,
Fig. 18 Abgeknickte Hinterkante mit Wellung in Spannweitenrichtung,
Fig. 19 Flügel mit abgeknickter Hinterkante und Versteifungen.
Fig. 1 zeigt die Meßergebnisse einer Widerstandspolare eines Flügels mit
dreidimensionaler Hinterkante (Strich-Punkt-Linie) im Vergleich zu einer
Widerstandspolare eines Flügels mit zweidimensionaler Hinterkante
(durchgezogene Linie). Auf der Abszisse ist der Auftrieb L und auf der Ordinate
der Widerstand D der jeweiligen Flügel aufgetragen. Bei konstantem Auftrieb L0
sinkt der Widerstand D eines mit dreidimensionaler Hinterkante ausgerüsteten
Flügels um den Betrag ΔD ab.
Fig. 2 zeigt schematisch das im Nachlauf des Flügels mit dreidimensionaler
Hinterkante gemessene Spektrum der Geschwindigkeitsschwankungen
(oberes Teilbild c) im Vergleich zu dem Spektrum des Nachlaufs des Flügels
mit zweidimensionaler Hinterkante (unteres Teilbild c). Die Spektren wurden
mittels Fourier-Analyse aus den Daten von Hitzdrahtmessungen der
Geschwindigkeitsverteilung (Teilbild b) im Nachlauf der untersuchten
Flügelprofile ermittelt. Gegenüber einem Flügel mit zweidimensionaler
Hinterkante wird die diskrete Frequenz f0, die die periodische
Strömungsablösung einer nicht erfindungsgemäß ausgebildeten Hinterkante -
unten im Teilbild c) mit einer Frequenzdarstellung von 0-10 kHz -
kennzeichnet, bei einem Flügel mit dreidimensionaler Hinterkante, hier weisen
im Teilbild a) die Pfeile auf die erfindungsgemäßen Schlitze und im oberen
Teilbild c) sind die zugehörigen Frequenzen zu sehen, nahezu vollständig
unterdrückt. Dieser Effekt ist über die gesamte Spannweite des Flügels
ausgeprägt, besonders direkt hinter dem Schlitz, der die zweidimensionale
Hinterkante in eine dreidimensionale Struktur abändert.
Die Gestaltung der dreidimensionalen Hinterkante zeichnet sich dadurch aus,
daß die vormals durchgehend ausgeführte Hinterkante durch Unterbrechung in
eine neue Form überführt wird. Dies kann durch Einschnitte in die bestehende
Gestaltung der Hinterkanten erfolgen.
Einige mögliche Gestaltungen der erfindungsgemäßen Einschnitte sind in den
folgenden Fig. 3-5 dargestellt, in Fig. 3 als rechteckiger, in Fig. 4 als
trapezförmiger und in Fig. 5 als sanft gerundeter Einschnitt, der jeweils an der
Druckseite des Profiles, in der Regel der Unterseite des Tragflügels eines
Flugzeuges, in die Hinterkante eingelassen ist und sich von der Hinterkante in
die Flügeltiefe erstreckt, wobei die Länge des Einschnittes etwa 3%-5% der
Flügeltiefe nicht übersteigt. Der Anteil der Schnittiefe in Bezug auf die Höhe der
Hinterkante wird der Wirbelbildung entsprechend angepaßt und überschreitet
ein Maß von etwa 3% der Flügeltiefe nicht. Die Einschnitte in der Hinterkante
nach Fig. 3-5 können auch nach vorne aufgeweitet sein, um durch eine
Düsenform die Strömungsverluste zu vermindern.
Außerdem besteht die Möglichkeit, durch Aufsetzen von kleinen Strukturen auf
das bestehende Profil die gewünschte Gestaltung zu erreichen. Dadurch wird
eine mechanische Schwächung der Hinterkante vermieden.
Die nach unten weisenden Elemente in Fig. 6 können ihrerseits einen Winkel zu
der verdickten Hinterkante oder der abgewinkelten Hinterkante einnehmen.
Diese Gestaltung ist perspektivisch in Fig. 7 und als Seitenansicht A zu Fig. 7 in
Fig. 8 dargestellt; die Elemente sind unter einem spitzen Winkel γ nach unten -
zur Druckseite - angestellt.
Ähnliche Ausführungsformen sind möglich, wenn es sich um eine abgewinkelte
Hinterkante (Gurney-Flap) handelt. Mögliche Gestaltungen der Einschnitte für
diese Konfiguration sind in den Fig. 9, mit vertikalen, rechteckigen Einschnitten,
Fig. 10, mit dreieckigen Einschnitten, Fig. 11, mit gerundeten oder
welllenförmigen Einschnitten dargestellt.
Es ist von besonderem Interesse, die Abströmung der Gurney-Flap nicht
ungünstig zu verändern. Dies wird dadurch erreicht, daß die dreidimensionale
Hinterkante eine mittlere effektive Höhe hat, die derjenigen der bisherigen
zweidimensionalen Gurney-Flap entspricht. Dies wird durch zusätzliche
Ansätze, gemäß Fig. 12 beispielsweise als Dreiecke, oder gemäß Fig. 13
komplexere Ansätze mit leichten Einschnitte in die sonst zweidimensionale
Hinterkante, erreicht. Dies ist in Fig. 14, mit einem Anstell-Winkel γ, als
vertikaler Teilschnitt 14-14 durch eine Gestaltung gemäß Fig. 13, abgebildet.
Bei nachträglicher Anbringung einer abgeknickten Hinterkante an ein
vorhandenes Flügelprofil ist es vorteilhaft, diese auf die Oberseite des Flügels
(Fig. 15) aufzukleben. Da die Grenzschicht auf der Oberseite des Flügelprofils
dicker ist, stört eine kleine Stufe, wie sie durch das Aufbringen, bzw. Aufkleben
eines abgewinkelten Blechs auftritt, nicht so stark. Ferner ist es vorteilhaft, ein
solches abgewinkeltes Blech etwas nach hinten versetzt aufzukleben, sodaß
die Abwinkelung nicht direkt am Fügelendprofil liegt, da dann der negative
Effekt der Profilendkantendicke des ursprünglichen Profils nicht so sehr ins
Gewicht fällt (Fig. 16, eine Seitenansicht des Profiles gemäß Fig. 15).
Bei Anwendung z. B. in Strömungsmaschinen kann es erwünscht sein, die
abgeknickte Hinterkante durchgehend aus einem Stück zu fertigen, um eine
hohe Zuverlässigkeit des Bauteils zu erreichen. Außerdem ist es günstig, die
erhöhte Steifigkeit und Festigkeit zu nutzen, die sich durch die größere Dicke
der Flügelhinterkante ergibt. Dann sind Schlitze in der Flügel-Hinterkante
jedoch ungünstig, weil sie die Steifigkeit vermindern, als Kerben wirken, und
Ermüdungsbrüche begünstigen können. Trotzdem muß erreicht werden, daß
die Nachlaufströmung hinter der Flügelhinterkante so dreidimensional verändert
wird, daß eine strömungsmechanische Instabilität (Karman'sche Wirbelstraße)
nicht mehr auftritt. Dieses Ziel kann durch verschiedene Konfigurationen
erreicht werden. Fig. 17 zeigt eine abgeknickte Hinterkante, die durch Lochung
perforiert ist.
Eine Dreidimensionalität der Hinterkanten-Abströmung kann auch durch eine
zusätzliche gewellte Hinterkante (Fig. 18) erreicht werden.
Besonders günstig ist eine Konfiguration, bei der die Anforderungen nach guter
Steifigkeit, Festigkeit und Nachlaufströmungs-Stabilisierung kombiniert erfüllt
sind. Eine solche Hinterkanten-Konfiguration zeigt Fig. 19. Die dreidimensionale
Störung der Nachlaufströmung wird durch druckseitig in Richtung der
Hauptströmung angeordnete Stege erreicht, die an die abgeknickte Hinterkante
- hier als Gurney-Flap ausgebildet - anschließen und mit ihr mechanisch
verbunden sind. Eine solche Struktur kann z. B. durch Gießen oder durch
galvanische Abtragungs-Formung hergestellt werden. Sie kann auch als
vorgeformte Einheit, z. B. aus Faserkunststoff gefertigt, auf einen
Flugzeugtragflügel von unten aufgebracht werden.
Claims (7)
1. Flügelprofil, an dem sich bei Anströmung durch ein Fluid eine
Unterdruckseite und eine Druckseite ausbildet, insbesondere
Flugzeugtragflügel, Schaufel von Verdichtern, Pumpen oder Turbinen,
und das eine verdickte oder divergente Hinterkante aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hinterkante mit Mitteln zur Störung einer
periodischen Strömungsablösung ausgestattet ist.
2. Flügelprofil, an dem sich bei Anströmung durch ein Fluid eine
Unterdruckseite und eine Druckseite ausbildet, insbesondere
Flugzeugtragflügel, Schaufel von Verdichtern, Pumpen oder Turbinen,
und das als Hinterkante zur Druckseite hin eine Abwinkelung (Gurney-
Flap) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinkelung mit Mitteln
zur Störung einer periodischen Strömungsablösung ausgestattet ist.
3. Flügelprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel ausgewählt sind aus einer Gruppe von
Mitteln, umfassend: an der Druckseite vor der Hinterkante angeordnete
oder sich bis dorthin erstreckende Einschnitte oder Stege, zur Druckseite
und/oder von der Hinterkante weg sich erstreckende Einzelelemente,
Perforationen der Abwinkelung, in vertikaler Richtung druckseitig und
zugleich horizontal sich erstreckende sägezahnförmige oder
wellenförmige Elemente.
4. Flügelprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel sich über eine Länge bzw. Höhe von bis
zu etwa 5% der, durch den Abstand von Vorderkante zur Hinterkante
eines Flügels definierten, Flügeltiefe erstrecken.
5. Flügelprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
dadurch, daß die Mittel als rechteckige, dreieckige, trapezförmige oder
abgerundete wellenförmige Einschnitte oder Elemente ausgebildet sind.
6. Flügelprofils nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch senkrecht oder unter einem Winkel schräg zur
Druckseite weisende Einzelelemente.
7. Flügelprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stege als der Hinterkante vorgelagerte Rippen
ausgestaltet sind, ausgerichtet in Strömungsrichtung.
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