CH684588A5 - Wing with a wing grating as an end section in order to reduce the glide angle - Google Patents
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Abstract
Description
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CH 684 588 A5 CH 684 588 A5
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Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen Flügel mit einem Flügelgitter als Endabschnitt. Der Flügel weist einen Hauptteil mit einer geschlossen umströmten Oberfläche auf, wobei das Ende des Hauptteils eine Profilsehne t aufweist. An den Hauptteil wird ein Flügelgitter gemäss des Patentanspruches 1 angefügt, das den gleichen spezifischen Auftrieb pro Längeneinheit der Spannweite erzeugt, wie der Hauptteil an der Anfügestelle hätte. Eine obere Grenze für diesen spezifischen Auftrieb ist der Wert, der an dieser Stelle ohne die Wirkung von Flügelendwirbeln erzeugt würde. Eine untere Grenze, die nur einen geringen Teil des Verbesserungspotentials realisiert, wird bewirkt durch die Vorgabe des an der Anfügesteile vorgängig der erfindungs-gemässen Modifikation erzeugten spezifischen Auftriebs mit Flügelendwirbel. Beim Flügel kann es sich z.B. um den Flügel eines Flugkörpers, eines Propellers, das Segel oder Schwert eines Bootes usw. handeln. The invention relates to a wing with a wing grille as the end portion. The wing has a main part with a closed flow around the surface, the end of the main part having a chord t. A wing grille is attached to the main part, which generates the same specific buoyancy per unit length of the span as the main part would have at the attachment point. An upper limit for this specific lift is the value that would be generated at this point without the action of wing vertebrae. A lower limit, which realizes only a small part of the improvement potential, is brought about by specifying the specific lift with wing vortices previously generated on the attachment parts according to the modification according to the invention. The wing can e.g. the wing of a missile, a propeller, the sail or sword of a boat, etc.
Flügel zu bauen ist immer ein Kompromiss zwischen der Festigkeit, die ein kleines Seitenverhältnis bevorzugt und dem induzierten Widerstand, der ein grosses Seitenverhältnis des Flügels erfordert und zusammen mit dem Profilwiderstand die Gleitzahl bestimmt. Building wings is always a compromise between the strength, which favors a small aspect ratio, and the induced drag, which requires a large aspect ratio of the wing and, together with the profile resistance, determines the glide ratio.
Aus theoretischen Überlegungen wäre es wünschbar einen Teil der Energie, die im seitlichen Wirbel am freien Flügelende dem Strömungsmedium abgegeben wird und den induzierten Widerstand bestimmt, zu rekuperieren oder deren Abgabe ganz zu vermeiden. From theoretical considerations, it would be desirable to recuperate a part of the energy that is given off to the flow medium in the lateral vortex at the free wing end and that determines the induced drag, or to completely avoid its release.
Eine Rekuperation mit einem Propeller ist bekannt. Eine teilweise Reduktion mit geeignet geformten Endplatten ist bekannt. Dem Stand der Technik entsprechen auch verschiedene Anordnungen von einzelnen Flügelchen, auch Winglets genannt (z.B. OS DE 3 242 584 A1; B64C3/38), oder von mehreren solchen Flügelchen mit einem gegenüber der Profilsehne des Flügels negativen Anstellwinkel in Reihe (OS DE 3 621 800 A1; B64C5/08), die zur Aufgabe haben, aus dem vorhandenen Flügelendwirbel eines Flügels durch individuell ange-passte Teilumlenkung nützliche Vortriebs- und oder Auftriebskraft zu gewinnen. Bekannt ist auch die Anwendung einer spreizflügelartigen Unterteilung vorzugsweise des äusseren Drittels der Lange eines Flügels zur Verbesserung des Wirkungsgrades (EP 0 282 830 A2; B64C11/18) durch Aufteilung der Grenzschichtlauflängen auf möglichst laminare Teilstücke. Bekannt ist auch die Aufteilung eines Flügels in parallele, gitterartige Einzelflügel mit va-rierender Länge (demande de brevet 7 612 470, pubi. no. 2 349 494; B63H9/04; B64C3/38) zur besseren Steuerung der Flügelwirkung. Bekannt ist ferner die Anwendung einer sogenannten Luftwaffel, eines Flügelgitters mit überlappenden Flügelchen als Flügel (DE 3 730 798 A1; B64C3/38), dessen Gesamtanstellwinkel während des Fluges bei Beibehaltung der Anstellwinkel der Flügelchen zur Veränderung des Auftriebes verändert wird bis zu einer Endstellung, wo sich die Flügelchen überlappend berühren. Auch der Ersatz eines Flugzeugflügels durch ein überlappendes Flügelgitter auf der ganzen Spannweite ist bekannt (DE 2 657 714 A; B64C003/06), zwecks Steigerung des Wirkungsgrades. Recuperation with a propeller is known. A partial reduction with suitably shaped end plates is known. Various arrangements of individual wings, also called winglets (for example OS DE 3 242 584 A1; B64C3 / 38), or of several such wings with a negative angle of attack relative to the chord of the wing in series (OS DE 3 621 800 A1; B64C5 / 08), which have the task of gaining useful propulsion and / or buoyancy from the existing wing end vortex of a wing by means of individually adapted partial deflection. It is also known to use a spreading wing-like subdivision, preferably of the outer third of the length of a wing, to improve the efficiency (EP 0 282 830 A2; B64C11 / 18) by dividing the boundary layer running lengths onto sections that are as laminar as possible. It is also known to divide a wing into parallel, lattice-like single wings with a varying length (demande de brevet 7 612 470, pubi. No. 2 349 494; B63H9 / 04; B64C3 / 38) for better control of the wing action. Also known is the use of a so-called air waffle, a wing grille with overlapping wings as wings (DE 3 730 798 A1; B64C3 / 38), the total angle of attack of which is changed during flight while maintaining the angle of attack of the wings to change the lift up to an end position, where the wings overlap. The replacement of an aircraft wing by an overlapping wing grille over the entire span is known (DE 2 657 714 A; B64C003 / 06), in order to increase the efficiency.
Das Problem besteht darin das Flügelende eine, tiefen und kurzen Flügels mit kleinem Seitenverhältnis so zu gestalten oder zu ergänzen, dass damit Gleitzahlen erreicht werden die sonst nur mit viel schlankeren Flügeln mit grossem Seitenverhältnis zu erreichen sind, oder für einen vorhandenen Flügel durch Einbau einer geeigneten Vorrichtung noch kleinere Gleitzahlen durch Verringerung des induzierten Widerstandes zu erreichen. The problem is to design or supplement the wing end of a, deep and short wing with a small aspect ratio so that glide numbers can be achieved that can otherwise only be achieved with much slimmer wings with a large aspect ratio, or for an existing wing by installing a suitable one Device to achieve even smaller sliding numbers by reducing the induced resistance.
Die erfindungsgemässe Lösung des Problems geht einen wesentlichen Schritt weiter als die Ausnutzung des Flügelendwirbels des Flügels durch die bekannten individuell angepassten Winglets und vermeidet die unvollständige Nutzung eines Mehr-deckereffektes durch die vorgeschlagenen Spreizflügel und überdeckenden Flügelgitter. Dazu wird die Wirkung eines Ersatzes einer Teilspannweite des Flügels durch ein Flügelgitters angewendet, das die Zirkulation um das Flügelprofil an der Stelle voll übernimmt, wo der Flügel in das angesetzte Flügelgitter übergeht. Ausgegangen wird dabei als Obergrenze von der Zirkulation um das Flügelprofil ohne Flügelendwirbel, der ja durch die Flügelendwirbel des Flügelgitters ersetzt wird. Die einzelnen Flügelchen müssen deshalb einen gleichen oder grösseren Anstellwinkel gegenüber der Profilsehne am Ende des Hauptteils haben, weil ja der gleiche spezifische Auttrieb pro Längeneinheit der Spannweite b wie am Hauptteil erreicht werden muss. Solcher-massen angefügte und eingestellte Flügelgitter geben an ihrem freien Ende als Flügelendwirbel nur die Energie entsprechend der Summe der Wirkungen der einzelnen Flügelchen des Flügelgitters ab. Es wird erstens die ganze übernommenen Zirkulation weiter aussen am Ende des Flügelgitters abgegeben und zweitens über die Spannweite des Flügelgitters durch die Aufteilung des Auftriebs auf die Flügelchen ein geringerer örtlicher induzierter Widerstand erzeugt. Der im Stand der Technik erwähnte Spreizflügel ist eine für die erfindungsgemässe Lösung des Problems wenig geeignete Anordnung, weil zur Erzielung eines maximalen Mehrdeckereffekt die Spreizung eine für einen gegebenen Spreizungsgrad festliegende Anpassung der Profile und Anstellwinkel der Spaltflügel auf ihrer Länge erfordert, das resultierende Flügelgitter bereichsweise überdeckend ist und diese Anpassungen nur für einen kleinen Bereich des Anstellwinkels der Strömung an den Hauptflügel wirksam sind. Zudem ist dabei gerade im Bereich der Spreizflügelenden die Gitterteilung maximal gross, was der Ausnutzung des erfindungsgemässen Effektes eines Mehrdeckereffektes entgegensteht. Ein erfindungs-gemässes Flügelgitter mit konstanten Gitterparametern hat diese Nachteile nicht und kann als Ganzes Änderungen des Anstellwinkels gegenüber der An-strömung v nachgeführt werden, ohne dass die Gitterparameter verändert werden müssten und ist, weil nicht überlappend, ohne Nachführung für einen grösseren Bereich des Anstellwinkels wirksam. Die ferner erwähnten gitterartig aufgelösten Flügel mit The solution to the problem according to the invention goes a significant step further than the utilization of the wing end vortex of the wing by the known individually adapted winglets and avoids the incomplete use of a multi-decker effect by the proposed spreading wings and overlapping wing grilles. For this purpose, the effect of replacing a partial span of the wing with a wing grille is used, which fully takes over the circulation around the wing profile at the point where the wing merges into the attached wing grille. The upper limit is the circulation around the wing profile without wing end vortex, which is replaced by the wing end vortex of the wing grille. The individual wings must therefore have the same or a larger angle of attack with respect to the chord at the end of the main part, because the same specific drive per unit length of span b must be achieved as on the main part. Such attached and adjusted wing grilles release at their free end as wing end vortices only the energy corresponding to the sum of the effects of the individual wings of the wing grille. Firstly, the entire circulation taken over is released further outside at the end of the wing grille and secondly, a lower locally induced resistance is generated over the span of the wing grille by distributing the buoyancy to the winglets. The spreading wing mentioned in the prior art is an arrangement which is not very suitable for the solution of the problem according to the invention, because in order to achieve a maximum multi-decker effect, the spreading requires an adjustment of the profiles and pitch angles of the splitting wing for a given degree of spreading, the length of the wing grille overlapping regions and these adjustments are only effective for a small range of the angle of attack of the flow to the main wing. In addition, especially in the area of the spreading wing ends, the lattice division is maximally large, which prevents the use of the effect according to the invention of a multi-decker effect. A wing grille according to the invention with constant grating parameters does not have these disadvantages and as a whole changes the angle of attack relative to the incoming flow v can be tracked without the grid parameters having to be changed and, because it does not overlap, is without tracking for a larger range of the angle of attack effective. The further mentioned wings with grid-like resolution
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varierender Länge der Einzelflügel lassen den erfin-dungsgemässen Mehrdeckereffekt für einen Teil der Spannweite nicht zu, umsomehr als beim entsprechenden Vorschlag noch vorgesehen ist, Flügelchen bei der Steuerung individuell zu bewegen. Die weiter erwähnte Luftwaffel, eine Gesamtragfläche aus vielen Einzelflügeln, verändert bei ihrer Verstellung die verteilte Wirbelableitung und die überlappenden Flügelchen führen zu einem engen Bereich des für eine Einstellung jeweils nutzbaren Anstellwinkels der Anordnung, dazu wird durch den Ersatz des ganzen Flügels das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Flügel mit kleinem Seitenverhältnis und trotzdem kleiner Gleitzahl zu ermöglichen, nicht realisiert. Die gleichen Mängel zur erfindungsgemässen Lösung weist auch das erwähnte überlappende Flügelgitter über der ganzen Spannweite auf. Varying lengths of the individual wings do not allow the multi-decker effect according to the invention for part of the wingspan, all the more so than is provided in the corresponding proposal to individually move wings in the control. The air waffle mentioned above, a total wing area made up of many individual wings, changes the distributed vortex derivative when it is adjusted, and the overlapping wings lead to a narrow range of the setting angle of the arrangement which can be used for adjustment, and the replacement of the entire wing makes this the aim of the present invention to enable a wing with a small aspect ratio and yet a small number of glides, was not realized. The above-mentioned overlapping wing grille over the entire span also has the same defects as the solution according to the invention.
Zur erfindungsgemässen Lösung des Problems wird das Ende eines konventionellen Flügelhauptteiles mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ergänzt. To solve the problem according to the invention, the end of a conventional main wing part is supplemented with the characterizing features of patent claim 1.
Zum besseren Verständnis werden nachfolgend Ausführungen beschrieben, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird: For a better understanding, explanations are described below, reference being made to the following figures:
Fig. 1 zeigt die klassische Kräfteaufteilung in Auftrieb und Widerstand am angeströmten Flügelprofil zur Definition der Gleitzahl. Fig. 1 shows the classic distribution of forces in lift and drag on the airfoil to define the glide ratio.
Fig. 2 zeigt das Grundschema eines Flügels mit einem an den konventionellen Hauptteil als tragender Abschnitt angefügten Flügelgitter gleichen spezifischen Auftriebs pro Längeneinheit der Spannweite an der Anfügesteile zum Hauptteil. Fig. 2 shows the basic diagram of a wing with a wing grid attached to the conventional main part as a supporting section, the same specific lift per unit length of the span on the attachment parts to the main part.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung mit Abdeckklappen Fig. 3 shows an embodiment with cover flaps
Fig. 4 zeigt ein Flügelgitter, das aus dem Hauptprofil ausfahrbar ist. Fig. 4 shows a wing grille which can be extended from the main profile.
Fig. 5 zeigt eine Anwendung bei einem Segelboot am Hauptsegel Fig. 5 shows an application in a sailboat on the main sail
Fig. 6 zeigt eine Anwendung bei einem Flugzeug 6 shows an application in an aircraft
Fig. 7 zeigt eine Pfeilung des Flügelgitters zur Strömungsrichtung wie sie hohe Unterschallgeschwindigkeiten erfordern. Fig. 7 shows an arrow of the wing grille to the direction of flow as they require high subsonic speeds.
Fig. 8 zeigt die Struktur der Wirbelableitung am Flügelabschnitt mit Flügelgitter Fig. 8 shows the structure of the vortex derivative at the wing section with wing grille
Fig. 9 zeigt die Bezeichnungen der Gitterparameter eines Flügelgitters in einer senkrechten Schnittdarstellung 9 shows the names of the lattice parameters of a wing lattice in a vertical sectional view
Die Fig. 1 zeigt die Anströmung v eines Flügelprofils mit endlicher Spannweite, wobei ein Auftrieb A und ein Widerstand W entstehen. Das Verhältnis dieser Kräfte gibt die Gleitzahl nach der Formel Fig. 1 shows the flow v of a wing profile with a finite span, whereby a buoyancy A and a resistance W arise. The ratio of these forces gives the sliding number according to the formula
Gleitzahl = tg(a) = W/A wo: W = Wi + Wr Wi = induzierter Widerstand Wr = Reibungswiderstand Glide ratio = tg (a) = W / A where: W = Wi + Wr Wi = induced resistance Wr = frictional resistance
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um den Anteil Wi, den durch Umströmung der Flügelenden verursachten induzierten Widerstand zu verringern. The invention relates to a device for reducing the proportion Wi, the induced resistance caused by the flow around the wing tips.
Auf der Fig. 2 sehen wir einen Flügel mit einem Hauptteil 1, der an der Symmetrieebene in der Mitte beginnt. An den Hauptteil ist ein Teilabschnitt der totalen tragenden Flügelspannweite b mit einem In Fig. 2 we see a wing with a main part 1, which begins at the plane of symmetry in the middle. At the main part is a section of the total load-bearing wing span b with a
Flügelgitter bestehend aus Flügelchen 2 ähnlicher Ausrichtung angefügt. Die Flügelchen 2 sind mit konstanten Gitterparametern über die Profilsehne t angeordnet. Wing grille consisting of wing 2 similar orientation added. The wings 2 are arranged with constant lattice parameters over the chord t.
Die erfindungsgemässe Wirkung wird dann erzielt, wenn die Zirkulation in den Profilschnitten S und S' von gleicher Grösse und ähnlicher Drehaxe ist und die Flügelchen ein regelmässiges Flügelgitter bilden. Die Anfügestelle des Flügelgitters kann wie gezeigt mit einer Trennwand 3 versehen sein. The effect according to the invention is achieved when the circulation in the profile sections S and S 'is of the same size and with a similar axis of rotation and the wings form a regular wing grille. The attachment point of the wing grille can be provided with a partition 3 as shown.
Auf der Fig. 3 sehen wir, dass die äusseren Enden der Flügelchen 2 auch in einem Halterahmen 4 gehalten werden können. Wahlweise können Klappen 5 vorgesehen werden, welche den Rahmen abdecken oder weggeschoben sind, um die Flügelchen der Strömung auszusetzen. Auf dieser Figur ist nur die obere, weggeschobene Klappe sichtbar, die andere befindet sich an der Unterseite des Hauptteils und ist nicht sichtbar oder in anspruchsloseren Ausführungen weggelassen. In Fig. 3 we see that the outer ends of the wing 2 can also be held in a holding frame 4. Flaps 5 can optionally be provided, which cover the frame or are pushed away in order to expose the vanes to the flow. In this figure, only the upper flap pushed away is visible, the other one is located on the underside of the main part and is not visible or omitted in more undemanding designs.
In der Fig. 4 sehen wir ausfahrbare Flügelgitter, die an einer Platte 6 befestigt sind und als ganze Gruppe bewegt werden. In Fig. 4 we see extendable wing grilles which are attached to a plate 6 and are moved as a whole group.
In Fig. 5 sehen wir die Verlängerung der Oberkante des Hauptsegels 1 am Mast 7 mit Flügelgitter bei einem Segelboot 8. 5 we see the extension of the upper edge of the main sail 1 on the mast 7 with wing grille in a sailboat 8.
In Fig. 6 sehen wir eine Ausführung mit Halterahmen 4 der Flügelchen 2 mit Trennwand 3, als Gruppe 6 aus dem Hauptteil ausfahrbar bei einem Flugzeug mit Dreieckflügel. In Fig. 6 we see an embodiment with a holding frame 4 of the wing 2 with partition 3, as a group 6 extendable from the main part of an airplane with a triangular wing.
In Fig. 7 sehen wir die Anwendung der Flügelgitter für einen gepfeilten Flügel 1, wie er für hohe Unterschallgeschwindigkeiten verwendet wird. Das Gesetz zur Pfeilung gilt auch für die Flügelchen 2. Dieses Gesetz (z.B. die Prandtl-ß-Quadrat-Regel) beinhaltet, dass für gleiche Anstellwinkel und relative Profildicken von Hauptflügel und Flügelgitter die geometrische Pfeilung für eine vorgegebene höchste Betriebsgeschwindigkeit gleich gross wird wie als Beispiel gezeichnet. Vom Hauptflügel abweichende Verhältnisse beim Flügelgitter ergeben geometrisch verschiedene Werte der Pfeilung für die gleiche höchste Betriebsgeschwindigkeit, die der Auslegung zugrunde gelegt wird. In Fig. 7 we see the use of the wing grille for a swept wing 1, as used for high subsonic speeds. The law on sweeping also applies to wing 2. This law (eg the Prandtl-ß-square rule) includes that for the same angle of attack and relative profile thicknesses of main wing and wing grille, the geometric sweep for a given highest operating speed is the same as as Example drawn. Conditions in the wing grille deviating from the main wing result in geometrically different values of the sweep for the same highest operating speed, which is the basis of the design.
In Fig. 8 sehen wir die prinzipielle Struktur der Abwinde am Abschnitt des Flügels gebildet durch ein Flügelgitter mit Flügelchen 2 in regelmässiger Anordnung. Dabei übernehmen die entlang dem Ende des Hauptteiles angeordneten Flügelchen die über die Profilsehne des Hauptteiles erzeugte Zirkulation abschnittweise und geben sie an ihren Enden an den resultierenden Flügelendwirbel ab. In Fig. 8 we see the basic structure of the downwind at the section of the wing formed by a wing grille with wing 2 in a regular arrangement. The wings arranged along the end of the main part take over the circulation generated in sections via the chord of the main part and deliver them at their ends to the resulting wing vertebrae.
Fig. 9 sehen wir die Bezeichnungen der Gitterparameter eines Flügelgitters. Die Überlappung ist das Verhältnis von Profilsehne c der Flügelchen 2 zur Gitterteilung g. Nicht überlappend heisst, dass die Länge der Profilsehne kleiner ist als die Gitterteilung unabhängig von der Staffelungsrichtung 0. Die Staffelungsrichtung des Flügelgitters zur Anströmrichtung v kann prinzipiell beliebig gewählt werden, ausschlaggebend für die Wirkung ist der Anstellwinkel ß bezogen auf die Profilsehnen der Flügelchen, die Staffelung quer zur Anströmrichtung v und die Verteilung der Flügelchen entlang der Profilsehne des Hauptteiles. 9 we see the names of the lattice parameters of a wing lattice. The overlap is the ratio of the chord c of the wing 2 to the grating g. Not overlapping means that the length of the chord is smaller than the grid division regardless of the staggering direction 0. In principle, the staggering direction of the wing grille to the flow direction v can be chosen arbitrarily, the decisive factor for the effect is the staggering angle ß with respect to the chord of the winglets, the staggering transverse to the flow direction v and the distribution of the wings along the chord of the main part.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6578798B1 (en) | 2002-04-08 | 2003-06-17 | Faruk Dizdarevic | Airlifting surface division |
RU2494918C1 (en) * | 2012-10-08 | 2013-10-10 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Aircraft wing |
-
1993
- 1993-04-05 CH CH1032/93A patent/CH684588A5/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6578798B1 (en) | 2002-04-08 | 2003-06-17 | Faruk Dizdarevic | Airlifting surface division |
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PL | Patent ceased |