CH699847B1 - Integrierter Landeklappenmechanismus für Verkehrsflugzeuge. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen integrierten Landeklappenmechanismus, der so ausgelegt ist, dass im eingefahrenen Zustand sämtliche Teile des Mechanismus innerhalb des aerodynamischen Flügelprofils (6) zu liegen kommen. Verkleidungen von Landeklappenmechanismen sind verantwortlich für einen beträchtlichen Teil des schädlichen Widerstands, und dieser ist besonders hoch bei hohen Geschwindigkeiten im Reiseflug, einer Flugphase, welche keinerlei Betätigung der Landeklappen verlangt. Die Vermeidung dieses Verkleidungswiderstandes könnte daher zu einer Verbesserung der Betriebskosten eines Flugzeugs beitragen sowie dessen Nutzlastkapazität erhöhen dank reduziertem Widerstand und damit eingespartem Treibstoff. Die Grundlage des Mechanismus ist ein ausfahrbarer Schieber (1), der an einem Ende hinter dem hinteren Flügelholm (2) mit der Hauptflügelstruktur verbunden ist, und am anderen Ende über ein Gelenk (4) mit der Landeklappe (3). Der ausfahrbare Schieber rotiert (17) gleichzeitig nach unten. Über eine bestimmte Anordnung von Stangen und Führungsschienen ist es möglich, diesen Schieber und damit auch die Landeklappe genau nach Spezifikation zu steuern.

Description

  [0001]    Die Erfindung betrifft einen Landeklappenmechanismus gemäss Patentanspruch 1, der so ausgelegt ist, dass im eingefahrenen Zustand sämtliche Teile des Mechanismus innerhalb des aerodynamischen Flügelprofils zu liegen kommen.

  

[0002]    Verkleidungen von Landeklappenmechanismen sind ein vertrauter Anblick bei jedem modernen Verkehrsflugzeug. Neuere Entwicklungen haben massgeblich dazu beigetragen, den Widerstand dieser Verkleidungen durch anspruchsvolles aerodynamisches Design zu verringern. Ein beträchtlicher schädlicher Widerstand bleibt jedoch immer bestehen, und dieser ist besonders hoch bei hohen Geschwindigkeiten im Reiseflug, einer Flugphase, welche keinerlei Betätigung der Landeklappen verlangt. Die Verkleidungen sind daher verantwortlich für einen Teil des schädlichen Widerstands und unnötigen Treibstoffverbrauch. Die Vermeidung dieses Verkleidungswiderstandes könnte daher zu einer Verbesserung der Betriebskosten eines Flugzeugs beitragen sowie dessen Nutzlastkapazität dank eingespartem Treibstoff erhöhen.

  

[0003]    Die auf Landeklappen wirkenden Lasten im eingefahrenen Zustand sind minimal im Vergleich zu einer Endanflugskonfiguration, bei der steife, feste und daher voluminöse Klappenaufhängungen und -mechanismen nötig sind. Während des Reisefluges würden "schwächere" und kleinere Mechanismen und Aufhängungen ausreichen.

  

[0004]    Die Grundlage des Mechanismus ist ein ausfahrbarer Schieber wie in Fig. 1 dargestellt und im weiteren Hauptschieber genannt, der an einem Ende hinter dem hinteren Flügelholm mit der Hauptflügelstruktur verbunden ist (5), und am anderen Ende über ein Gelenk (4) mit der Landeklappe (3). In der Regel ist dies ein Kugelgelenk aufgrund der dreidimensionalen Ausfahrcharakteristik der Landeklappen bei gepfeilten Flügeln. Der ausfahrbare Hauptschieber (1) rotiert um das Gelenk (5) nach unten. Der Hauptschieber (1) besteht aus einem ausschliesslich rotierenden Teil (7) und aus einem ausfahrbaren Teil (18).

  

[0005]    Die Steuerung der Abwärtsbewegung (17) des Hauptschiebers (1) wird über einen Teilmechanismus wie in Fig. 2 gezeigt sichergestellt. Ein weiterer Aufhängpunkt (12), welcher starr mit dem hinteren Flügelholm (2) verbunden ist, wird hierzu benötigt. Dieser Punkt ist über zwei gelenkig verbundene Stangen (11 und 8) mit dem Hauptschieber (1) über ein weiteres Gelenk (9) verbunden. Dieses Gelenk (9) ist mit dem ausschliesslich rotierenden Teil (7) des Hauptschiebers (1) verbunden und nicht etwa mit dem ausfahrbaren Teil (18). Jegliche Bewegung des Gelenks (10) führt zu einer Rotation der Stange (11) um den Punkt (12) und damit zu einer Rotation (17) des Hauptschiebers (1) um den Punkt (5).

  

[0006]    Das Gelenk (10) ist über eine weitere Stange (13) gelenkig mit einem Schiebeelement (15) verbunden, welches immer parallel zum ausschliesslich rotierenden Teil (7) des Hauptschiebers (1) bleibt. Eine Parallelverschiebung (16) dieses Schiebeelements führt damit zu einer Bewegung des Gelenks (10) und dadurch zu einer Rotation (17) des Hauptschiebers (1).

  

[0007]    Im unteren Teil von Fig. 2ist der Mechanismus im vollständig ausgefahrenen Zustand gezeigt: die Gelenke 9, 10 und 12 liegen auf einer Linie, ein durch Klappenlasten entstehendes Moment wird somit direkt vom Punkt (9) in den Punkt (12) geleitet, das heisst die Stange (13) sowie das Schiebeelement (15) sind entlastet und haben nur noch eine unterstützende Wirkung insofern, dass sie einen Kollaps der unter Druckbelastung stehenden Doppelstangen-Verbindung zwischen den Gelenken (9) und (12) verhindern. Die beiden Elemente (13) und (15) werden anteilsmässig nach und nach mehr belastet, je weiter die Landeklappe eingefahren wird. Gleichzeitig nehmen aber auch die aerodynamischen Lasten auf die Landeklappe erheblich ab, so dass die Belastung dieser beiden Elemente nicht untolerierbar gross wird.

  

[0008]    Da Fälle denkbar sind, bei denen auch im eingefahrenen Zustand die auf den hinteren, freien Teil der Klappe verbleibende Druckkraft deren Eigengewicht aufhebt oder übersteigt, muss die Betätigung des Mechanismus (bzw. die Rotation (17) des Hauptschiebers (1)) jederzeit sichergestellt sein. Um eine Blockierung nach unten im eingefahrenen Zustand zu verhindern, dürfen die Gelenke 14, 10 und 9 nie auf einer Linie liegen (siehe dazu auch Fig. 2 oben). So kann stets eine Querkomponente wirken, welche den Hauptschieber (1) und damit die Klappe (3) auch entgegen allfälliger Lasten nach unten bewegt.

  

[0009]    Da der aerodynamische Druckpunkt bei ca. 30% Profilsehentiefe hinter der Eintrittskante (28) eines Flügelprofils liegt, ist das Hauptgelenk (4) zwischen Klappe und ausfahrbarem Teil (18) des Hauptschiebers (1) auch ca. bei 30% der Klappentiefe (Distanz zwischen Eintrittskante (28) und Austrittskante (40)) angebracht, damit die Hauptlast der Klappe so direkt auf den Hauptschieber (1) übertragen wird. Es wird mindestens ein weiterer gelenkiger Aufhängepunkt (29) benötigt, dieser wird aber dadurch so weit als möglich entlastet, indem das auf die Klappe (3) wirkende Moment so auf ein Minimum reduziert wird.

  

[0010]    Letzteres wird durch eine Stange (30), wie in Fig. 4 gezeigt, aufgenommen; um die Last möglichst klein zu halten (d.h. um einen möglichst grossen Hebelarm zu erhalten), ist diese Stange möglichst weit vorne an der Klappe (3) an einem gelenkigen Aufhängepunkt (29) angebracht. Dieses Konzept ermöglicht auch die Einstellung eines bestimmten Klappenwinkels durch eine Rotation (34): da die Stange mit einem zum ausfahrbaren Teil (18) des Hauptschiebers (1) parallelen weiteren Nebenschieber (32) gelenkig verbunden ist, bewirkt eine Parallelbewegung (33) dieses Nebenschiebers (32) eine Rotation (34) der Klappe (3) um deren Hauptgelenk (4).

   Allerdings muss darauf geachtet werden, dass im eingefahrenen Zustand die Mittelpunkte der Gelenke 31, 29 und 4 nicht auf einer Linie liegen, da sonst keine Querkomponente der Schiebkraft wirken kann, welche die eigentliche Rotationsbewegung (34) der Klappe (3) verursacht.

  

[0011]    Die Ausfahrbewegungen des Hauptschiebers (1) und des Nebenschiebers (32) nach hinten (entgegen der Flugrichtung) werden durch den in Fig. 3 gezeigten Mechanismus durchgeführt. Fig. 3zeigt den Mechanismus von oben, in diesem Beispiel am linken Flügel eines Flugzeugs mit nach hinten gepfeilten Flügeln. Der hintere Flügelholm (23) ist mit einer Spindel verbunden, welche ein Element (27) betätigt, das in einer Parallelbewegung (24) zum Holm (23) bewegt wird.

  

[0012]    Dieses Element (27) ist mit einem Bolzen/Gelenk (20) verbunden, welcher entlang einer Führungsschiene (22) läuft. Diese Führungsschiene (22) kann linear oder aber auch beliebig geformt sein. Dieser Bolzen (20) ist ausserdem mit einer Stange (19) verbunden, über welche schliesslich der ausfahrbare Teil (18) des Hauptschiebers (1) nach hinten ausgefahren wird (Bewegung 26). Eine Rotation der Spindel führt daher zu einer Parallelbewegung (24) und damit zu einer Ausfahrbewegung (26) des ausfahrbaren Teils (18) des Hauptschiebers (1).

  

[0013]    Da der Hauptschieber (1) um eine Achse rotiert wird, welche senkrecht zur Flugrichtung ist (und somit bei gepfeilten Flügeln nicht parallel zur Spindelachse ist), muss das Gelenk (25) ein Kugelgelenk sein. Aus demselben Grund sollte die Führungsschiene (22) mit der Struktur des ausschliesslich rotierenden Teils (7) des Hauptschiebers (1) verbunden sein und nicht etwa mit der Hauptflügelstruktur.

  

[0014]    Dasselbe gilt für die zweite Führungsschiene (37), entlang der ein weiterer Bolzen (36) läuft. Dieser ist über eine Stange mit dem Bolzen (20) verbunden. Eine weitere Stange (38) verbindet den Bolzen (36) über ein Gelenk (39) mit dem Nebenschieber (32), welcher für die Einstellung des Klappenwinkels durch eine Rotation (34), wie in Fig. 4gezeigt, verantwortlich ist. Die Führungsschiene (37) hat eine mathematisch genau definierte Form, was eine genaue Einstellung des Klappenwinkels für jede Ausfahrposition der Klappe ermöglicht. Die Parallelbewegung (24) durch die Spindel führt damit also gleichzeitig einerseits zu einer bestimmten Ausfahrbewegung (26) des ausfahrbaren Teils (18) des Hauptschiebers (1) und andererseits zu einer genau definierten Ausfahrbewegung (33) des Nebenschiebers (32), welcher den Klappenwinkel einstellt.

  

[0015]    Die Bewegung (6) desjenigen Schiebers (15), welcher die Abwärtsrotation (17) des Hauptschiebers (1) kontrolliert, kann separat gesteuert werden. Es ist jedoch technisch machbar, diese Bewegung (16) über einen weiteren Mechanismus mit der Ausfahrbewegung (26) des ausfahrbaren Teils (18) des Hauptschiebers (1) zu koppeln. Dadurch würde die gesamte Ausfahrbewegung der Landeklappe über die Rotation einer einzigen Spindel kontrolliert.

  

[0016]    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen mit folgenden Figuren:
<tb>Fig. 1: <sep>Seitenansichten des Hauptschiebers (1), dessen Einzelteilen (7, 18) sowie dessen Rotation (17) und Ausfahrbewegung


  <tb>Fig. 2: <sep>Seitenansichten der Steuerung der Abwärtsbewegung des Hauptschiebers (1)


  <tb>Fig. 3: <sep>Ansicht von oben der Steuerung Ausfahrbewegungen (26 bzw. 33) des ausfahrbaren Teils (18) des Hauptschiebers (1) und des Nebenschiebers (32)


  <tb>Fig. 4: <sep>Seitenansichten der Steuerung des Klappenwinkels durch Rotation (34)

Claims (10)

1. Landeklappenmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass die Landeklappe (3) über ein Schiebeelement (1) an der Hauptflügelstruktur (2) befestigt ist, derart, dass das Schiebeelement (1) auf der einen Seite mit der Landeklappe (3) verbunden ist und auf der anderen Seite mit der Hauptflügelstruktur (2) verbunden ist.

2. Landeklappenmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Elemente des Landeklappenmechanismus so in die gesamte Flügelstruktur integriert sind, dass sie im eingefahrenen Zustand vollständig in das aerodynamische Flügelprofil (6) eingefügt sind.

3. Landeklappenmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige Teil (7) des Schiebeelements (1), welcher direkt mit der Hauptflügelstruktur verbunden ist, um diejenige Achse rotiert werden kann, welche ungefähr parallel zur Flugzeugquerachse liegt.

4. Landeklappenmechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ausschliesslich rotierende Teil des Schiebeelements (7) mit mindestens einem Verbindungselement (8) über ein Gelenk (9) verbunden ist und dieses über ein weiteres Gelenk (10) mit mindestens einem weiteren Verbindungselement (11) verbunden ist, welches wiederum über ein Gelenk (12) mit der Hauptflügelstruktur (2) verbunden ist, derart, dass ein Winkel anders als 180[deg.] zwischen diesen beiden Verbindungselementen (8, 11) zu einer Rotationsbewegung des Schiebelements führt.

5. Landeklappenmechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungselemente (8, 11) im Bereich ihres gemeinsamen Gelenks (9) mit einem weiteren Verbindungselement (13) verbunden sind sowie letzteres Verbindungselement (13) wiederum über ein weiteres Gelenk (14) mit einem Schieber (15) verbunden ist, derart, dass eine zum rotierenden Teil des Schiebeelements ungefähr parallele Bewegung (16) dieses Schiebers (15) zu einer Änderung des Winkels zwischen den ersten beiden Verbindungselementen (8, 11) und damit zu einer Rotation (17) des Schiebeelementes (7 bzw. 1) führt.

6. Landeklappenmechanismus nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Richtung der ungefähren Flugzeuglängsachse verschiebbarer Teil (18) des Schiebeelements (1) im Bereich des gemeinsamen Gelenks der Landeklappe mit mindestens einem Verbindungselement (19) verbunden ist, und dieses auf dessen gegenüberliegenden Seite in einem Gelenkelement (20) mit mindestens einem weiteren Verbindungselement (21) verbunden ist, wobei das letztere Gelenkelement (20) sich entlang einem Führungselement (22) bewegt, derart, dass eine zum hinteren Flügelholm (23) ungefähr parallele Bewegung (24) des gegenüberliegenden Endes (25) des letzteren Verbindungselements (21) zu einer Bewegung (26) des in Richtung der ungefähren Flugzeuglängsachse verschiebbaren Teils (18) des Schiebeelements (1) führt.

7. Landeklappenmechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gegenüberliegende Ende (25) des zweiten Verbindungselements (21) mit einem weiteren Element (27) verbunden ist, derart, dass eine zum hinteren Flügelholm (23) ungefähr parallele Bewegung dieses Elements (27) zu einer Bewegung des gesamten Mechanismus führt.

8. Landeklappenmechanismus nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Landeklappe (3) im Bereich zwischen deren Eintrittskante (28) und eines gemeinsamen Gelenks (4) mit dem Schiebeelement (1 bzw. 18) über ein weiteres Gelenk (29) mit einem Verbindungselement (30) verbunden ist sowie letzteres Verbindungselement (30) über ein anderes Gelenk (31) mit einem zum Schiebeelement (1 bzw. 18) ungefähr parallel beweglichen Element (32) verbunden ist, derart, dass eine zum Schiebeelement (1 bzw. 18) ungefähr parallele Bewegung (33) zu einer Rotation (34) der Landeklappe (3) um die Achse des gemeinsamen Gelenks (4) führt.

9. Landeklappenmechanismus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungselemente (19, 21) im Bereich ihres gemeinsamen Gelenkelements (20) mit einem weiteren Verbindungselement (35) verbunden sind, welches über mindestens ein weiteres Gelenkelement (36), welches sich entlang einem Führungselement (37) bewegt, mit mindestens einem weiteren Verbindungselement (38) verbunden ist, das wiederum über ein Gelenk (39) mit dem zum Schiebeelement (1 bzw. 18) ungefähr parallel beweglichen Element (32) verbunden ist.

10. Landeklappenmechanismus nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Gelenk (4) der Landeklappe (3) und des Schiebeelements (1 bzw. 18) bei ungefähr einem Drittel der Distanz zwischen Eintritts- (28) und Austrittskante (40) der Landeklappe (3) hinter der Eintrittskante (28) der Landeklappe (3) zu liegen kommt.