DE102004024007A1

DE102004024007A1 - Flugzeugkomponente, insbesondere Flügel

Info

Publication number: DE102004024007A1
Application number: DE102004024007A
Authority: DE
Inventors: Jürgen MEISTER
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: JP4728325B2; WO2005113336A1; CN1950254A; US20070221788A1; BRPI0510705A; EP1755947A1; CA2563572A1; ATE370886T1; EP1755947B1; RU2006142915A; DE102004024007B4; JP2007537086A; US7673832B2; CN100436255C; RU2362708C2; CA2563572C

Abstract

Flugzeugkomponente, insbesondere Flügel, mit einer Perforierung zur Grenzschichtabsaugung. Am Zwischenraum des doppelwandig ausgebildeten Flügels sind durch Schottwände aneinander angrenzend und sich abwechselnd Druckkanäle und Saugkanäle ausgebildet, die mit der Perforation kommunizieren. Mittels einer Steuereinrichtung sind die Druckkanäle an ein Warmluftreservoir und die Saugkanäle an ein Unterdruckreservoir anschließbar und durch ein Kurzschlussventil dem jeweiligen anderen Bereich zuschaltbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine von Umgebungsluft angeströmte Flugzeugkomponente, insbesondere einen Flügel mit einer Perforierung der äußeren Haut zur Grenzschichtabsaugung.

Die Grenzschichtabsaugung von den Oberflächen angeströmter Flugzeugkomponenten dient der Minderung des Strömungswiderstandes und der Erhöhung des erzielbaren Auftriebs durch Vermeidung eines zu frühzeitigen Umschlags einer laminaren in eine turbulente Strömung. Bei ungünstigen Umgebungsbedingungen besteht die Gefahr, dass die der Grenzschichtabsaugung dienende Perforierung in der Außenhaut vereist oder dass durch diese Perforierung in unerwünschtem Maß Wasser in das mit der Perforierung in Verbindung stehende Unterdruckkanalsystem eindringt.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Flugzeugkomponente nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, dass eine Vereisung und damit Verstopfung der Perforierung vermeidbar ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass eine vorbezeichnete Flugzeugkomponente doppelwandig ausgeführt ist und im Zwischenraum zwischen einem inneren und einem äußeren Wandelement Schottwände eingesetzt sind, welche unter Einbeziehung abschnittweiser Bereiche der Wandelemente aneinander angrenzend und sich abwechselnd Druckkanäle und Saugkanäle ausbilden, wobei von den Saugkanälen einbezogene erste Bereiche des äußeren Wandelementes eine wesentlich größere Fläche einnehmen als die von den Druckkanälen einbezogenen zweiten Bereiche und wobei mittels einer Steuereinrichtung die Druckkanäle an ein Warmluftreservoir und die Saugkanäle an ein Unterdruckreservoir anschließbar sind.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Flugzeugkomponente löst die gestellte Aufgabe, indem warme Druckluft, z. B. Zapfluft vom Flugtriebwerk in die Druckkanäle eingespeist wird und durch die Perforation in den zweiten Bereichen des äußeren Wandelements in die Umgebung austritt. Nachdem die zweiten Bereiche eine wesentlich geringere Fläche einnehmen als erste Bereiche des perforierten äußeren Wandelements, welche an die Saugkanäle angeschlossen sind, kann im äußeren Wandelement ausreichend Wärme zugeführt werden, ohne die Grenzschichtabsaugung zu stören.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schottwände durch ein integrales Trapezblech gebildet werden, dessen Grundflächen jeweils abwechselnd am äußeren Wandelement und am inneren Wandelement der Komponente anliegen und Durchbrechungen aufweisen, welche mit der Perforation des äußeren Wandelements kommunizieren. Diese Ausbildung der Schottwände hat vor allem fertigungstechnische Vorteile, da durch ein einziges Bauteil, nämlich das integrale Trapezblech eine Vielzahl von Druckkanälen und Saugkanälen gebildet sowie eine ausreichende Steifigkeit der Konstruktion erzielt wird. Die Festlegung des Trapezbleches im Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Wandelement kann durch im Stand der Technik bekannte Verbindungsmittel, wie Nieten, Löten, Kleben, etc. erfolgen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die offene Seite der Trapezkontur des Trapezbleches um ein mehrfaches länger ist als die geschlossene Grundlinie. Durch diese Gestaltung des Trapezbleches lässt sich in einfacher Weise erreichen, dass die gebildeten Saugkanäle, die die ersten Bereiche des äußeren Wandelements einbeziehen, mit einer wesentlich größeren Fläche der Perforation des äußeren Wandelements kommunizieren, d. h. auf einem wesentlich größeren Teil des äußeren Wandelements die unmittelbare Absaugung der Grenzschicht durch die Saugkanäle erfolgen kann.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sollen in den Zuleitungen zu den Druck- bzw. Saugkanälen steuerbare Ventile vorgesehen sein, mit denen der Unterdruck in den Saugkanälen durch die Steuereinrichtung einstellbar ist. Durch diese Ausbildung kann vermieden werden, dass dann, wenn auf der äußeren Haut, sei es durch Regen oder sei es durch Abschmelzen von Eis in erheblichem Maß Wasser auftritt, dieses durch übergroßen Unterdruck in den Saugkanälen in das Saugleistungsnetz eingesaugt sowie ein Zufrieren der Perforation unterbunden wird. Vorteilhaft kann es sein, wenn die an der Außenhaut auftretende Wassermenge durch geeignete Detektoren erfasst wird und der Steuereinrichtung entsprechende Signale zur Steuerung des Unterdruckes zugeführt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Flugzeugflügel.
Von dem Flügel 1 ist lediglich der Anströmbereich dargestellt. Die Flügelhaut ist doppelwandig mit einem äußeren Wandelement 4 und einem inneren Wandelement 6 ausgeführt. Das äußere Wandelement 4 weist auf seiner Druckseite eine Mikroperforation 3 auf. Die Mikroperforation 3 soll sich, ohne dass das vollständig in die Figur eingezeichnet wurde, über die gesamte Flügelbreite erstrecken. In den Zwischenraum 5 zwischen dem äußeren Wandelement 4 und dem inneren Wandelement 6 ist ein Trapezblech 2 eingesetzt. Die offene Seite 29 der Trapezkontur des Trapezbleches 2 ist um ein mehrfaches länger als die geschlossene Grundlinie 28. Das Trapezblech 2 liegt mit seinen geschlossenen Seiten 28 jeweils an der inneren Oberfläche des äußeren Wandelements 4 und des inneren Wandelements 6 an. Die jeweils am äußeren Wandelement 4 innen anliegenden Bereiche des Trapezbleches 2 sind mit Durchbrechungen versehen, die mit der Mikroperforation 3 im äußeren Wandelement 4 kommunizieren.
Es werden also wechselweise durch das Trapezblech 2 bzw. dessen Schottwände aneinander angrenzend sich zum äußeren Wandelement hin verjüngende Kanäle gebildet, die aufgrund der Durchbrechungen in der Grundlinie des Trapezbleches mit dem Mikroperforation in Verbindung stehen, und sich nach außen erweiternde Kanäle, deren Außenwand unmittelbar das perforierte Wandelement 4 darstellt. Letztere Kanäle sind als Saugkanäle 22 bezeichnet, die mit den Bereichen A der Mikroperforation des äußeren Wandelements 4 in Verbindung stehen. Die sich nach außen zum Wandelement 4 verjüngenden Kanäle sind Druckkanäle 21, die mit dem Bereich B der Mikroperforation über die Durchbrechungen im Trapezblech 2 in Verbindung stehen.
Die Saugkanäle 22 sind über Saugleitungen 12 zusammengefasst und mit einem geeigneten Saugleitungssystem S an ein Unterdruckreservoir U angeschlossen. In dem Saugleitungssystem ist ein Absperrventil 14 vorgesehen. Die Druckkanäle 21 sind über entsprechende Druckleitungen 11 zusammengefasst und über ein Druckleitungssystem P an ein Warmluftreservoir W angeschlossen. In dem Druckleitungssystem P ist ein steuerbares Druckventil 13 vorgesehen, welches über die Steuerleitung 15 von einer Steuereinheit aus betätigbar ist. Schließlich ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel noch eine Kurzschlussleitung zwischen dem Saugleitungssystem S und dem Druckleitungssystem P vorgesehen, indem ein steuerbares Kurzschlussventil 16 liegt, welches über eine Steuerleitung 12 von der Steuereinheit 20 betätigbar ist.
Im stationären Flugzustand, in dem weder Eisbildung noch übermäßiger Wasseranfall aus der Umgebung stattfindet, ist das steuerbare Ventil 13 geschlossen und das Absperrventil 14 geöffnet sowie das Kurzschlussventil 16 wahlweise geöffnet, so dass eine Absaugung der Grenzschicht aus den Bereichen A und gegebenenfalls B über die beiden Saugkanäle 22 und 21 und die beiden Saugleitungen 12 und 11 zum Unterdruckreservoir U hin stattfindet.
Sobald die Gefahr der Vereisung oder des übermäßigen Wasseranfalls auf der Außenseite des Flügels auftritt, wird das steuerbare Druckventil 13 geöffnet und das Absperrventil 14 geschlossen, so dass aus dem Warmluftreservoir P, welches z. B. durch Zapfluft vom Flugtriebwerk gespeist werden kann, warme Luft über die Druckleitung 11 und ggf. 12 in die Druckkanäle 21 und 22 eingeleitet wird, von wo aus sie durch die Mirkoperforation in den Bereichen A und B nach außen abströmt. Das Druckventil 13 soll dabei so steuerbar sein, dass eine nicht zu große Druckluftmenge in die Druckkanäle 21 und 22 eingesteuert wird, um die Grenzschicht an der Außenseite des Flügels nicht zu stören. Die Steuerung der Ventile 13 und 14 kann abgestimmt erfolgen und zusätzlich durch das Kurzschlussventil 16 unterstützt werden.

1: Flügel
2: Schottwand (trapezförmig gekantetes Blech)
3: Mikroperforation
4: äußeres Wandelement (des Flügels)
5: Zwischenraum
6: inneres Wandelement
11: Druckleitung
12: Saugleitung
13: steuerbares Druckventil
14: Absperrventil
15: Steuerleitung
16: Kurzschlussventil
20: Steuereinheit
21: Druckkanäle
22: Saugkanäle
28: Grundlinie vom Trapezblech
29: offene Seite vom Trapezblech

Claims

Von Umgebungsluft angeströmte Flugzeugkomponente, insbesondere Flügel mit einer Perforierung der äußeren Haut zur Grenzschichtabsaugung, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente doppelwandig ausgeführt ist und im Zwischenraum (5) zwischen einem inneren (6) und einem äußeren Wandelement (4) Schottwände (2) eingesetzt sind, welche unter Einbeziehung abschnittweiser Bereiche (A, B) der Wandelemente (4, 6) aneinander angrenzend und sich abwechselnd Druckkanäle (21) und Saugkanäle (22) ausbilden, wobei die von den Saugkanälen (22) einbezogenen ersten Bereiche (A) des äußeren Wandelements (4) eine wesentlich größere Fläche einnehmen als die von den Druckkanälen (21) einbezogenen zweiten Bereiche (B) und wobei mittels einer Steuereinrichtung (20) die Druckkanäle (21) an ein Warmluftreservoir (W) und die Saugkanäle (22) an ein Unterdruckreservoir (U) anschließbar sind.
Von Umgebungsluft angeströmte Flugzeugkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottwände (2) durch ein integrales Trapezblech gebildet werden, dessen Grundflächen jeweils abwechselnd am äußeren Wandelement (4) und am inneren Wandelement (6) der Komponente anliegen und Durchbrechungen aufweisen, welche mit der Perforation des äußeren Wandelements (4) kommunizieren..
Von Umgebungsluft angeströmte Flugzeugkomponente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die offene Seite (29) der Trapezkontur des Trapezbleches um ein mehrfaches länger ist als die geschlossene Grundlinie (28).
Von Umgebungsluft angeströmte Flugzeugkomponente nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zuleitungen (11, 12) zu den Druck- bzw. Saugkanälen (21, 22) steuerbare Ventile (13, 14) vorgesehen sind, mit denen der Unterdruck in den Saugkanälen (22) durch die Steuereinrichtung (20) einstellbar ist.
Von Umgebungsluft angeströmte Flugzeugkomponente nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der steuerbaren Ventile als Druckventil (13) und ein anderes steuerbares Ventil als Absperrventil (14) ausgeführt ist, welche beide der Steuereinheit (20) verbunden sind, mit denen ein wechselseitiges Zuschalten der Druck- und Saugkanäle (21, 22) bedarfsweise realisiert ist.
Von Umgebungsluft angeströmte Flugzeugkomponente nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Druck- und Saugleitung (11, 12) ein weiteres steuerbares Ventil als Kurzschlussventil (16) ausgebildet ist, mit welchem ein wechselseitiges Zuschalten der Bereiche A und B in den Saug- und Druckbetrieb realisiert ist.
Von Umgebungsluft angeströmte Flugzeugkomponente nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Druck- und des Absperrventils (13, 14) abgestimmt ist, die durch das Kurzschlussventil (16) unterstützt ist.