CZ17662U1 - Soustava pro kontinuální a definovanou změnu geometrie tvaru a zakřivení profilu křídel - Google Patents

Description

Soustava pro kontinuální a definovanou změnu geometrie tvaru a zakřivení profilu křídel

Oblast techniky

Technické řešení se týká soustavy pro kontinuální a definovanou změnu geometrie tvaru a zakřivení profilu křídel, zvláště náběžné a odtokové části křídla, které je třeba měnit za účelem prove5 dění různých manévrů při létání letadel všeho druhu. Jde o zakřivení profilu křídla a změnu jeho geometrie pro zlepšení aerodynamických vlastností letounu v různých letových režimech. Dosavadní stav techniky

Úprava geometrie profilu křídel je klíčovou operací pro umožnění správného létání. Pomocí změny geometrie profilu se upravují křídla pro zvýšení vztlaku při startu a přistání letounu a i během letu ovlivňuje profil křídel letové vlastnosti letounu.

Aerodynamický návrh letounu je kompromisem mezi řadou protichůdných požadavků. Každý letový režim vyžaduje jiné aerodynamické vlastnosti letounu.

Jednou z cest k dosažení adaptability křídla k jednotlivým letovým režimům je použití měnitelného zakřivení profilu křídla, především jeho náběžné a odtokové hrany. V případě křídla s ne15 proměnnou šípovitostí, tedy neměnnou půdorysnou geometrií křídla, je možnost změny tvaru profilu v podstatě jedinou možností.

Známými zařízeními používanými k vytvoření změny profilu křídla na jeho náběžné hraně je použití různých pevných zařízení jako jsou např. nosové klapky (nose flaps), Kruegerova klapka (Krueger flaps), sloty (leasing edge slat) a podobně. Tato zařízení však vytvářejí značnou dis2i) kontinuitu proudění kolem profilu, což má za následek zvýšení aerodynamického odporu křídla.

Podobná situace je i v oblasti odtokové hrany profilu. Křidélka a vztlakové klapky vytváří jako v předchozím případě diskontinuitu proudění kolem profilu se všemi důsledky z toho plynoucími.

Ze spisu FR. 568605 je známo zařízení na úpravu změny profilu křídla, kdy je v kostře křídla uloženo napínací zařízení, které je upevněno na potah křídla a tímto posunuje tak. že když se horní plocha posunuje dopředu, tak se spodní plocha posunuje dozadu. Tímto vzniká v obálce napětí a jelikož je obálka vepředu i vzadu pevně ukotvená na kostru, tak tato obálka zvedá či snižuje přední a zadní část křídla. Tato konstrukce neumožňuje oddělené ovládání náběžné a odtokové hrany a je pro současné konstrukce zcela nevhodná.

Ve spise US 1747637 je představeno zařízení, kdy je přes křídlo vedena konstrukce dvou nos30 ných plátů, na kterých je uspořádán potah křídla. Mezi pláty'je nůžkové ústrojí zkřížených nosičů. Když se úhel mezi nosiči zvětší, zvětší se i vzájemný odstup plátů a tím i objem křídla. Když. se úhel zmenší, pláty se přiblíží a objem křídla a tedy i odpor se zmenší, Takto lze upravovat profil celého křídla, ale bez možnosti variability na jednotlivých místech křídla.

Ve spise US 1203558 je představeno zařízení, kdy je konec křidla opatřen úpravou, která umož35 ňuje konstrukci podobné jemné vrtuli na konci křídla a tímto vrtulovým křidélkem lze měnit profil. To je však upotřebitelné pouze u lehkých letadel, kde stačí pouze jemné změny ke změně chování letadla.

Vc spise US 1567531 je představeno zařízení, kdy je vnitřek křídla rozdělen na segmenty, přičemž zadní segment je pohyblivý. Pákovým mechanismem lze koncový segment odtlačovat lak, že ohýbá potah křídla směrem dolů a tím upravuje profil křídla. Takto lze upravovat profil křídla na náběžné i odtokové hraně, opět bez možnosti variability na jednotlivých místech křídla.

Ve spise US 2022806 je představeno zařízení, kdy je přes křídlo vedena konstrukce dvou nosných plátů, na kterých je uspořádán potah křídla. Mezi pláty je nůžkové ústrojí zkřížených nosičů a zároveň je napříč křídlem na začátku a na konci křídla vedená trubka. Nůžkové ústrojí je právě mezi těmito trubkami a jejich vzájemné odtlačování má za následek změnu profilu křídla. Když se vzdálenost mezi trubkami zvětší, ohne se křídlo a profil se zvětší. Když se vzdálenost mezi trubkami zmenší, křídlo se vyrovná a výraznost profilu se zmenší. Takto lze upravovat profil celého křídla, ale bez možnosti variability na jednotlivých místech křídla.

Ve spise US 3152775 je představeno zařízení, kdy je na konci křídla proveden vychylovací mechanismus, kdy je na výkyvné křidélko upevněn excentricky pákový ovládací mechanismus a takto lze hranou manipulovat! přes konstrukci ze dvou nosných plátů, na kterých je uspořádána obálka křídla. Takto lze upravovat profil celého křídla, ale bez možnosti variability na jednotlivých místech křídla.

Ve spise WO 84/01342 je představeno zařízení pro úpravu profilu na rohu křídla, kdy je v konci uspořádána sestava pohyblivých nosných nástavců různé velikosti podle profilu konce křídla, io Tylo nástavce jsou ovládány jedním pohybem a ohýbají koncem křídla. Takto lze měnit profil křídla i místně, ale jen ve velmi omezeném rozsahu.

Cílem technického řešení je představit soustavu zařízení pro úpravu geometrie tvaru a zakřivení profilu křídel, která by umožňovala úpravu diferencovanou po celé ploše křídel a i po jeho částech a zároveň ji prováděla kontinuálně.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry soustava pro kontinuální a definovanou změnu geometrie tvaru a zakřivení profilu křídel podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z alespoň jednoho zařízení sestávajícího ze zakřivené hřídele, která je na jednom konci uložena pevně ale výkyvné v pouzdru uspořádaném v náběžné a/nebo odtokové hraně křídla, přičemž druhý konce hřídele je uložen v unášecím disku uspořádaném na přivrácené straně náběhové a/nebo odtokové hrany, která přiléhá ke střední části křídla, přičemž disk je opatřen unášečími prvky pro přestavování disku a tím i hřídele po kružnici, přičemž na hřídeli je pevně uspořádaná klec, která je spojena s potahem.

Ve výhodném provedení jsou v klecí volně posuvně uspořádány kolíky v otvorech a na kolících jsou zase volně posuvné uspořádány unašeče spojené s potahy.

Ve výhodném provedení jsou unášeeí prvky provedeny jako čepy a jsou uspořádány na obvodu čelní plochy disku.

V jiném výhodném provedení jsou zařízení v náběžné a/nebo odtokové hraně křídla uspořádána jako spřažená alespoň po dvou. kdy jsou vždy na jednom z čepů uspořádány konce přemísťova30 cích prostředků a na jednom čepu je uspořádáno ovládací táhlo opatřené motorem.

V dalším výhodném provedení jsou přemísťovací prostředky provedeny jako přestavovací táhla,

V jiném výhodném provedení má klec tvar výseče, odpovídající předpokládanému úhlovému natočení zakřivené hřídele pro odlehčení konstrukce zařízení.

V jiném výhodném provedení je klec dělená a na čelních stěnách segmentů, které jsou orientová35 ny k sobě, jsou provedeny otvory, ve kterých jsou uspořádány posuvně kolíky, na kterých jsou suvně uspořádány unašeče spojené s horním a spodním potahem.

V dalším výhodném provedení jsou disky uspořádány ve vedení.

V dalším výhodném provedení je disk odlehčen.

V jiném výhodném provedení mají funkci disku ramena svírající uhel odpovídající předpokláda40 nému úhlovému natočení.

V jiném výhodném provedení je zakřivená hřídel v disku uspořádána posuvně v osovém směru a přenos kroutícího momentu natočení hřídele je zajištěn podélnou drážkou v hřídeli, ve které je usazeno pero spolupůsobící s drážkou v otvoru disku.

V jiném výhodném provedení je u suvného uložení hřídele v disku k zařízení přiřazena alespoň jedna distanční vzpěra ukotvená přes čepy a to na jedné straně v náběžné oblasti profilu a na

CZ 17662 Ul druhé straně v nosníku profilu střední části křídla, přičemž vzpěry jsou opatřeny unášečem pevně spojeným s potahem.

V jiném výhodném provedení je potah zafixován ve fixačních bodech na nosníku profilu střední části křídla, přičemž nábčžná oblast profilu je opatřena odvalovacím válečkem pro snížení sníže5 ní tření mezi náběžnou a/nebo odtokovou hranou a potahem.

Přehled obrázků na výkresech

Soustava bude přiblížena pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje jednotlivá zařízení, ze kterých sestává soustava pro kontinuální a definovanou změnu geometrie tvaru a zakřivení profilu křídel podle technického řešení v základní konfiguraci, obr. 2 představuje pohled zepředu na ío zařízení z obr. 1, obr. 3 představuje soustavu zařízení podle technického řešení v křídle letadla se znázorněným ovládacím ústrojím v základní poloze v pohledu ze středu křídla, obr 4 znázorňuje soustavu zařízení z obr. 3 v pohledu v řezu, obr. 5 znázorňuje soustavu zařízení z obr. 3 a 4 v pohledu shora, obr. 6 znázorňuje soustavu zařízení z obr. 3 v pracovní poloze v pohledu zepředu, obr. 7 přestavuje soustavu z obr. 6 v pohledu v řezu z boku, obr. 8 znázorňuje soustavu zařízení z obr. 6 a 7 v pohledu shora, obr 9 představuje schematické pohledy na pohyb náběžné a odtokové hrany křidla v takovém provedení zařízení, kdy probíhá pohyb nosu po přímce, obr. 10 představuje schematické pohledy na pohyb náběžné a odtokové hrany křídla v takovém provedení zařízení, kdy probíhá pohyb nosu po křivce, obr. 11 představuje jiné provedení zařízení pro soustavu podle technického řešení s tím, že ohnutá hřídel je v disku uspořádaná suvně, obr. 12 znázorňuje :o řez pomocným zařízením pro zajištění definované hloubky křídla při použití zařízení z obr. 11, obr. 13 představuje uspořádání náběžné nebo odtokové hrany při použití souvislého potahu křídla a obr. 14 představuje zařízení pro soustavu podle technického řešení v křídle s vyztuženým potahem.

Příklady provedeni technického řešení

Na obr. 1 je představeno zařízení ze kterých sestává soustava pro kontinuální a definovanou změnu geometrie tvaru a zakřivení profilu křídel podle technického řešení v základní konfiguraci a je zřejmé, že zařízení, které je zde znázorněno bez ostatních částí křídla, sestává ze zakřivené hřídele J, která je na jedné straně zakončená čepem 2 a na druhé straně unášecím diskem 3 pro změnu zakřivení profilu křídla. Na hřídeli f je uspořádaná nosná klec 4. která má povrch 5. Klec

4 je dělená, v tomto případě na dva segmenty, což ovšem není omezující provedení a má četní stěny. Uprostřed klece 4 v rozdělení jsou provedeny vodicí otvory 6. Zde jsou znázorněny jen náznakem jejich pozice, ale budou popsány později. Zároveň je vidět, že unášecí disk 3 je opatřen dvěma čepy 7 pro pohon k otáčení unášecího disku 3, což je lépe vidět na obr. 2 v pohledu na zařízení zepředu. Klec 4 je vyztužena tak, aby povrch 5 jejího zakřivení zůstal zachován při všech statických a dynamických zatíženích. Ve výhodném provedení má klec 4 tvar výseče, odpovídající předpokládanému úhlovému natočení zakřivené hřídele 1, které odlehčí konstrukci zařízení pro řízení tvaru profilu. Je zřejmé, že disk 3 může být provedený jako odlehčený ve tvaru kola a pod.

Na obr. 2 je pohled zepředu na zařízení z obr. I. Je lépe vidět rozmístění čepů 7 na disku 3. Čepy

7 jsou uspořádány na obvodu plochy disku 3.

Obr. 3 představuje již soustavu zařízení podle technického řešení, kde je schematicky zakreslen horní potah 12 a spodní potah J_5 potahu, který je dělený a na nose křídla přerušený a to v klidové poloze. V tomto případě je soustava tvořena dvěma zařízeními. Na obr 4 je totéž uspořádání v pohledu v řezu a na obr. 5 totéž uspořádání při pohledu shora. Na obr. 3 až 5 je kromě potahů JJ,

J_5 navíc vidět, že mezi disky sousedních zařízení je uspořádáno přenašeči táhlo f8 uložené vždy v jednom z čepů 7 disků 3. U jednoho z disků je na druhém čepu uspořádáno ovládací táhlo 8, které je ovládáno motorem j9. Z obr. 4 a 5 je dobře vidét, že disk 3 je uspořádán ve vedení JJ. Navíc je zde vidět uspořádání otvorů 6 zmíněných výše. V těchto otvorech jsou uspořádány posuvné kolíky J4. Na těchto kolících J_4 jsou suvně uspořádány unašeče JJ horního a spodního

5o potahu JJ, JJ, přičemž tyto unašeče JJ jsou pevně spojeny s potahy JJ, JJ, Uchycení potahů je důležité, neboť tím se dosahuje definovaného tvaru profilu a potahy jsou fixovány proti jejích samovolnému pohybu.

Konce unašečů J3 horního a spodního potahu 12, J_5 jsou uloženy v potahu např. v neznázoměných drážkách, aby byla umožněna volnost jejich pohybu tak, aby nedocházelo k namáhání a trhání potahu. Mezi unášečem a ukotvením v potahu může být rovněž pružné spojení umožňující bezproblémový pohyb unašeče od potahu.

Navíc je zde vidět pouzdro JO kulového vedení náběžné hrany, což je v podstatě lišta v nose křídla s tvarovým vyhloubením, se kterou v místě uložení čepu 2 hřídele i spolupůsobí druhé zajišťovací pouzdro JJ_ pro vedení čepu 2 ovládací hřídele 1_.

ío Obr.6 představuje soustavu zařízení podle technického řešení, kde je schematicky zakreslen horní potah 12 a spodní potah J_5 potahu, který je dělený a na nose křídla přerušený a to v mezní možné změny geometrie profilu u náběžné hrany křídla, tedy v situaci, kdy zařízení působí největší změnu zakřivení a geometrie profilu křídla. Na obr. 7 je totéž uspořádání v pohledu v řezu a na obr. 8 totéž uspořádání při pohledu shora.

V důsledku pootočení disků 3 přes táhla 8 a J_8 a odpovídajícího pohybu hřídele 1 došlo k posunu do pracovní polohy zařízení a v tomto případe se jedná o mezní změnu zakřivení a geometrie profilu u náběžné hrany křídla. Ovládací hřídel 1 je ve vertikálním směru prohnutá, což je dobře vidět na obr. 7. Zde je dobře vidět, jak se přesouvají kolíky J4 volně posuvně uložené v otvorech 6 a na kolících J_4 se zase volně posuvně pohybují unašeče J3 potahů _12, 15.

Na obr. 9 a obr, 10 jsou znázorněny možnosti změny zakřivení a geometrie profilů nábcžných i odtokových hran v důsledku činnosti zařízení podle technického řešení. Zde je dobře vidět, že nos náběžné hrany nebo odtokové hrany se může pohybovat následujícím způsobem:

- Pokud je ovládací hřídel i pevně uložená v unášecím disku 3, pak se nos náběžné hrany 20 nebo konec odtokové hrany 21 pohybuje po přímce p. Toto odpovídá uspořádáním podle obr. 1 až 8.

- Pokud se použije uspořádání, kdy je ovládací hřídel 1 suvně uložená v unášecím disku 3.jak je to u provedení na obr. 11, což bude popsáno vzápětí, pak se nos náběžné hrany 20 nebo konec odtokové hrany 2_L pohybuje po křivce k.

Uspořádání podle obr. 10, tedy pohyb nosu po kružnici, je výhodný tehdy, pokud je materiál 30 potahu tuhý, tedy pokud je potah např. z plechu. Naopak uspořádání podle obr. 9. tedy pohyb nosu po přímce, je výhodný tehdy, pokud je materiál potahu tvořen pružným materiálem jako jsou např. polyuretan, copolyster, elastenové tkaniny a pod,

Z provedení zařízení na obr. 11 je zřejmé, jak se tohoto pohybu po křivce k dosáhne. Zde totiž není konec ovládací hřídele i na disku 3 uspořádán pevně, ale pohybuje se v disku suvně v oso35 vém směru hřídele, nicméně krutový přenos je zajištěn podélnou drážkou 24 v hřídeli 1, ve které je usazeno neznázoměné pero. V disku 3 je pak provedena odpovídající drážka. Křivka se tedy vytvoří pokud má hřídel i vůči disku 3 posuvnou volnost, potom se může pohybovat po kružnici. Pokud volnost nemá, pohybuje se po přímce. To je důležité z hlediska potahu. Pokud jde po kružnici, pak je protah potahu malý,

Pokud se použije uspořádání z obr. 11, potom je nutné zajistit konstantní vzdálenost nosu náběžné hrany 20 nebo konce odtokové hrany 2J. od nosníku J_6 střední části křídla. Tohoto je možné dosáhnout pomocí distančních vzpěr 25, které jsou znázorněny na obr. 12. Distanční vzpěry 25 jsou ukotveny přes čepy 26, a to na jedné straně v náběžné oblasti 9 profilu a na druhé straně v nosníku J_6 profilu střední části křídla. Distanční vzpěry 25 jsou opatřeny unášečem 27 pevně spojeným s potahem.

Na obr. 13 je znázorněno provedení se spojitým potahem, tj. neděleným na nose náběžné hrany 20 nebo konci odtokové hrany 2_[ na horní potah ]_2 a spodní potah J_5. V tomto případě je pak třeba zajistit fixaci potahu 29 ve fixačních bodech 30. Náběžná oblast 9 profiluje opatřena odvalovacím válečkem 28, který zajišťuje snížení tření mezi nosem a potahem 29.

-4CZ 17662 Ul

Na obr. 14 je uspořádání s vyztuženým potahem o podélné výztuhy 3U To podstatné zlepšuje pevnostní parametry křídla.

Z obr. 7, 11 a 13 je v detailu dobře znázorněna situace jak se přesouvají kolíky J4 volně posuvně uložené v otvorech 6 a na kolících J_4 se zase volně posuvně pohybují unašeée J_3 částí potahu .[2, s _15.

Průmyslová využitelnost

Průmyslové využití technického řešení je velmi široké a jeho aplikace na letounech přináší následující základní výhody:

- Snížení aerodynamického odporu křídla eliminací diskontinuity obtékání profilu. V důsledku to ío znamená snížení spotřeby paliva vyplývající ze snížených potřebných hodnot výkonu pohonu letounu.

- Zlepšení aerodynamických vlastností křídla pro různé letové režimy vyplývající z možnosti předem definovat pro každé zakřivení profilu jeho tvar a tím i jeho aerodynamické parametry.

- Zvýšení vztlaku křídla nad hodnoty dosažitelné dosud známými prostředky. V důsledku to znaí.s mená radikální zkrácení délky vzletu a přistání letounu (STOL charakteristika). Snížení přistávací rychlosti letounu vede k vyšší bezpečnosti provozu letounu a nižšímu opotřebení podvozku letounu a přistávacích ploch,

- Zvýšení obratnosti letounu prostřednictvím možného odlišení zakřivení a tvaru profilu podél celého rozpětí křídla.

- Spojení funkcí vztlakových klapek a křidélek do jednoho útvaru s možností odlišného zakřivení a tvaru profilu odtokové hrany podél rozpětí křídla.

- Technické řešení lze aplikovat i na ocasní plochy letounu.

- Technické řešení je výhodně použitelné i na ostatních dopravních prostředcích jako jsou čluny, lodě, ponorky a pod.

Claims (13)

1. 25 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Soustava pro kontinuální a definovanou změnu geometrie tvaru a zakřivení profilu křídel, vyznačující se tím, že sestává z alespoň jednoho zařízení sestávajícího ze zakřivené hřídele (1), která je najednom konci uložena pevně ale výkyvné v pouzdru (10) uspořádaném v náběžné (20) a/nebo odtokové (21) hranč křídla, přičemž druhý konec hřídele (1) je uložen v

   30 unášecím disku (3) uspořádaném na přivrácené straně náběžné a/nebo odtokové hrany, která přiléhá ke střední části křídla, přičemž disk (3) je opatřen unášecítni prvky pro přestavovaní disku (3) a tím i hřídele (1) po kružnici, přičemž na hřídeli (1) je pevné uspořádaná klec (4), která je spojena s potahem (12, 15, 29).
2. 2. Soustava podle nároku 1, vyznačující se tím, že zakřivení hřídele (1) definuje

   35 zakřivení profilu křídla.
3. 3. Soustava podle nároku I, vyznačující se tím. že tvar povrchu (5) klece (4) definuje geometrii tvaru profilu křídla.
4. 4. Soustava podle nároku 1, vyznačující se tím. že v kleci (4) jsou volně posuvné uspořádány kolíky (14) v otvorech (6) a na kolících (14) jsou zase volně posuvně uspořádány

   40 unašeée (13) spojené s potahy (12. 15, 29).
5. 5. Soustava podle nároku 1, vyznačující se tím, Že unášecí prvky jsou provedeny jako čepy (7) a jsou uspořádány na obvodu čelní plochy disku (3).
6. 6. Soustava podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zařízení jsou v náběžné adiebo odtokové hraně křídla uspořádána jako spřažena alespoň po dvou, kdy jsou vždy na jed5 nom z čepů (7) uspořádány konce přemísťovacích prostředků a na jednom čepu (7) je uspořádáno ovládací táhlo (8) opatřené motorem (19).
7. 7. Soustava podle nároku 6, vyznačující se tím. že přemísťovací prostředky jsou provedeny jako p ře sta vo vací táhla (18).
8. 8. Soustava podle nároku 1. vyznačující se tím. že klec (4) má tvar výseče, odpolo vídající předpokládanému úhlovému natočení zakřivené hřídele (I) pro odlehčení konstrukce zařízení.
9. 9. Soustava podle nároku 1, vyznačující se tím, že klec (4) je dělená a na čelních stěnách segmentů, které jsou orientovány k sobě, jsou provedeny otvory (6), ve kterých jsou uspořádány posuvně kolíky (14). na kterých jsou suvně uspořádány unašeče (13) spojené s horlí ním a spodním potahem (12, 15,29).
10. 10. Soustava podle nároku 1, vyznačující se tím, že disky (3) jsou uspořádány ve vedení (17).
11. 11. Soustava podle nároku 1, vyznačující se tím, že zakřivená hřídel (1) je v disku (3) uspořádána posuvně v osovém směru a přenos kroutícího momentu na hřídel (1) při otáčení zo disku (3) je zajištěn podélnou drážkou (24) v hřídeli (I). ve které je usazeno pero spolupůsobící s drážkou v otvoru disku (3).
12. 12. Soustava podle nároku 7. vyznačující se tím, že u suvného uložení hřídele (1) v disku (3) je k zařízení přiřazena alespoň jedna distanční vzpěra (25) ukotvená přes čepy (26) a to na jedné straně v náběžné oblasti (9) profilu a na druhé straně v nosníku (16) profilu střední

    25 části křídla, přičemž vzpěry (25) jsou opatřeny unašečem (27) pevně spojeným s potahem (29).
13. 13. Soustava podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t i m , že potah (12, 15, 29) je zafixován ve fixačních bodech (30) na nosníku (16) profilu střední části křídla, přičemž náběžná oblast (9) profilu je opatřena odvalovacím válečkem (28) pro snížení tření mezi náběžnou a/nebo odtokovou hranou (20, 21) a potahem (12, 15, 29).