DE102004024057B3

DE102004024057B3 - Luftfahrzeug mit einem Fluidkanalsystem

Info

Publication number: DE102004024057B3
Application number: DE102004024057A
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: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: US20090008505A1; JP4989463B2; RU2006142769A; DE602005008420D1; ATE402070T1; CN1950253A; JP2007537084A; CA2563571C; EP1744952B1; BRPI0510562A; WO2005113334A1; EP1744952A1; US7988102B2; CA2563571A1; RU2389648C2

Abstract

Luftfahrzeuge mit einem Fluidkanalsystem zum Absaugen der Grenzschicht und/oder Ausblasen von Fluid an gefährdeten Stellen der Außenhaut, wobei das Fluidkanalsystem (26, 19, 18) zur Erzeugung eines für die Grenzschichtabsaugung gewünschten Unterdrucks mittels schaltbarer Ventile (6, 4) an eine von der Kabinenabluft angetriebenen Pumpeinrichtung (3) anschließbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Luftfahrzeug mit einem Fluidkanalsystem zum Absaugen der Grenzschicht und/oder Ausblasen von Fluid an gefährdeten Stellen der Außenhaut.

Es ist bekannt, dass der Strömungswiderstand von Luftfahrzeugen dadurch gesenkt werden kann, dass an Stellen der Außenhaut, die zur Ablösung der Grenzschicht des sie umströmenden Luftstromes neigen, durch Anlegen eines Unterdrucks (Grenzschichtabsaugung) ein Ablösen der Strömung bzw. das Umschlagen einer Laminar- in eine turbulente Strömung vermieden werden kann. Das hierzu benötige Unterdruckreservoir benötigt aber zusätzliche Energie.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Luftfahrzeug der vorgenannten Art so auszubilden, dass das Absaugen und/oder Ausblasen von Fluid energiesparend durchgeführt wird.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Luftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 das Fluidkanalsystem zur Erzeugung eines für die Grenzschichtabsaugung gewünschten Unterdrucks mittels schaltbarer Ventile an eine von der Kabinenabluft angetriebene Pumpeinrichtung anschließbar ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Luftfahrzeugs ist im Hinblick auf Energieeinsparung deshalb besonders vorteilhaft, weil bei Luftfahrzeugen nahezu während des gesamten Flugbetriebs der Innendruck in der Kabine erheblich höher liegen muss als der Umgebungsdruck des Luftfahrzeugs. Der notwendige Luftaustausch in der Kabine erfordert das ständige Einspeisen von frischer Druckluft und das Abführen von verbrauchter Luft. Die bezüglich der Umgebung des Flugzeugs im Reiseflug mit erheblich höherem Druck abströmende verbrauchte Kabinenluft wird also verwendet um eine Pumpeinrichtung anzutreiben, die ihrerseits den gewünschten Unterdruck im Fluidkanalssystem erzeugt, ohne dass hierzu eine zusätzliche Energiequelle erforderlich wäre. Die Pumpeinrichtung kann herkömmlicher Art sein, wie z. B. eine Turbopumpe. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Pumpeinrichtung eine Strahlpumpe, deren Treibstrahl von der Kabinenluft gebildet wird. Eine solche Einrichtung eignet sich für den vorliegenden Anwendungsfall in besonderer Weise, das sie einfach aufgebaut, wartungsunempfindlich und von geringem Gewicht ist.

Durch die Anordnung von schaltbaren Ventilen wird sichergestellt, dass die Grenzschichtabsaugung abschaltbar ist, was zumindest dann angezeigt ist, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Treibstrahl der Kabinenabluft und dem Umgebungsdruck eine nennenswerte Saugleistung nicht mehr ermöglicht, bzw. ein Flugzustand des Luftfahrzeugs gegeben ist, indem eine Grenzschichtabsaugung nicht erwünscht ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Fluidkanalsystem mittels schaltbarer Ventile zur Erzielung eines Überdrucks für das Ausblasen an Druckluft führende Leitungen eines Flugtriebwerks und/oder einer zusätzlichen Kompressionseinrichtung anschließbar ist.

Diese erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil, dass die Funktion des Fluidkanalsystems von einem Saugsystem zur Grenzschichtabsaugung in ein Drucksystem zum Ausblasen umgewandelt wird, was immer dann geschehen kann, wenn z. B. eine Verschmutzung der Durchtrittsöffnungen in der Außenhaut weggeblasen werden soll oder wenn einem Zufrieren dieser Öffnungen begegnet werden soll. Die im Regelfall höhere Temperatur aufweisende Druckluft aus dem Flugtriebwerk bzw. einer geeigneten Hilfskompressions-einrichtung wird dann an die gefährdeten Stellen geführt und ausgeblasen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass eine Steuereinheit oder eine Regeleinheit vorgesehen ist, welche über Steuerleitungen abhängig von Eingangsgrößen, wie Flugzustandsgrößen, Umgebungsparametern (Temperatur T, Druck P) und Betriebsparametern BL des Triebwerks schaltbare Ventile betätigt. Auf diese Weise kann je nach dem Flugzustand, also z. B. Reiseflughöhe, Landeanflug oder Startphase das Fluidkanalsystem so geschaltet werden, dass entweder Überdruck erzeugt wird oder dass das Fluidkanalsystem vollständig abgeschaltet wird, d. h. eine Durchströmung nicht stattfinden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sollen die Durchtrittsquerschnitte der schaltbaren Ventile regelbar sein. Dadurch kann z. B. ein langsamer Druckanstieg in dem Fluidkanalsystem ermöglicht werden, bzw. es kann die Luftmenge, die durch die Öffnungen in der Außenhaut hindurchgeführt wird, ob mit Überdruck nach außen oder mit Unterdruck nach innen, geregelt werden.

Schließlich besteht eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung darin, dass in einer von der Kabine zur Strahlpumpe führenden Abluftleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches ein Einströmen von Luft in die Kabine verhindert. Dieses Rückschlagventil ist vorzugsweise eine Sicherheitseinrichtung, die vermeidet, dass der Druck in der Kabine in unerwünschtem Maß abfällt. Ein solches Abfallen wäre z. B. dann zu besorgen, wenn die Druckluftzufuhr zur Kabine in ihrer Leistung abfallen würde oder gar ganz ausfallen würde. In solchen Fällen bleibt durch die Funktion des Rückschlagventils ein gewünschtes Druckniveau in der Kabine erhalten.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Fluidkanalsystems eines Luftfahrzeugs.
Von einer Flugzeugkabine 1 führt eine Abluftleitung 12, in der ein Rückschlagventil 2 angeordnet ist, zu einer Strahlpumpe 3, welche einen in die Umgebung mündenden Auslasskanal 30 aufweist. Die Pumpleistung der Strahlpumpe 3 ist abhängig von der Druckdifferenz zwischen der Umgebung und der Flugzeugkabine. Diese Druckdifferenz ist auf dem überwiegenden Teil der Betriebszeit des Flugzeugs, nämlich in Reiseflughöhe, beträchtlich. Der Treibstrahl der Strahlpumpe 3 ist mit 10 bezeichnet. Aufgrund des beträchtlichen Druckunterschiedes ist ein überkritischer Betrieb der Strahlpumpe 3 möglich. An die Saugleitung der Strahlpumpe 3 ist ein Fluidkanalsystem 26 angeschlossen. wobei im Bereich der Strahlpumpe 3 im Fluidkanalsystem 26 ein schaltbares Sperrventil 6 vorgesehen ist. Das Sperrventil 6 soll in seinem Querschnitt regelbar sein. Die Betätigung des Sperrventils 6 erfolgt über eine Steuerleitung 16, die ihrerseits von einer Steuereinheit 7 beaufschlagt wird. Das Fluidkanalsystem 26 steht über Verbindungskanäle 19 mit Öffnungen 18 in der Außenhaut 20 des Luftfahrzeugs in Verbindung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Öffnungen 18 im vorderen Bereich der Druckseite eines Flügels des Luftfahrzeugs. Es sind jedoch auch andere Positionen alternativ oder zusätzlich denkbar, an denen entweder zur Grenzschichtabsaugung oder zum Ausblasen von Heißluft entsprechende Öffnungen 18 vorgesehen sind. Die Öffnungen sind vorzugsweise als perforierte Fläche oder als mit Schlitzen versehene Fläche in der Außenhaut ausgebildet.
Das Fluidkanalsystem 26 steht über ein schaltbares Ausblaseventil 4 mit einer Druckluftleitung 8 in Verbindung. Die Druckluftleitung 8 ist ihrerseits über ein schaltbares Zapfluftventil 5 und eine Zapfluftleitung 25 an geeigneter Stelle eines Flugtriebwerks 22 angeschlossen. Das Zapfluftventil 5 wird über eine Steuerleitung 15 von der Steuereinheit 7 beaufschlagt. Weiterhin ist die Druckluftleitung 8 über ein Schutzventil 9, welches als Rückschlagventil ausgebildet ist, alternativ oder zusätzlich mit einer Kompressionseinrichtung 28 verbunden. Die Kompressionseinrichtung 28 kann ein vom Flugtriebwerk angetriebener Kompressor oder ein eigenständiges Druckluftaggregat sein. Eine zusätzliche Anordnung des Kompressors als Druckluftlieferant für das Fluidkanalsystem 26 zusätzlich zur Zapfluftleitung 25 des Flugtriebwerks 22 kann sinnvoll sein, um in bestimmten Triebwerkszuständen, in denen Zapfluft nicht abgezweigt werden soll, dennoch ein gewünschtes Druckniveau im Fluidkanal 26 zu erzeugen.
Die Steuerung der Betätigungsleitungen 14, 15, 16 zu den schaltbaren Ventilen 4, 5, 6 erfolgt in Abhängigkeit von Flugzustandsgrößen, Umgebungsparametern, wie z. B. Temperatur T, und Druck P und Betriebsparametern BL des Flugtriebwerks 22.
Im stationären Reiseflug erzeugt die Strahlpumpe 3 aufgrund des unterschiedlichen Druckniveaus zwischen Kabine 1 und Umgebung den nötigen Saugluftstrom, um damit eine Grenzschichtabsaugung durch die Öffnungen 18 in der Außenhaut 20 des Flugzeugs zu realisieren. Dabei sind das Rückschlagventil 2 und das schaltbare Sperrventil 6 geöffnet, während das Ausblaseventil 4 und ggf. das Zapfluftventil 5 und das als Rückschlagventil ausgebildete Schutzventil 9 geschlossen sind. Im Fall eines Teil- oder Ganzausfalles der Druckluftregelung der Kabine schließt das Rückschlagventil 2 automatisch und verhindert so einen weiteren Druckabfall in der Kabine 1.
Zeigen einzelne Flugzustandsgrößen, Umgebungsparameter oder Betriebsparameter des Triebwerks an, dass die Gefahr besteht, dass die Öffnungen 18 sich zusetzen oder dass Vereisungsgefahr besteht, erfolgt über die Steuereinheit 7 eine Umsteuerung der schaltbaren Ventile und zwar derart, dass das Sperrventil 6 geschlossen wird, während das Ausblaseventil 4 und/oder das Zapfluftventil 5 geöffnet wird. Das Schutzventil 9 öffnet dann automatisch.

1: Flugzeugkabine
2: Rückschlagventil
3: Strahlpumpe
4: Ausblaseventil
5: Zapfluftventil
6: Sperrventil
7: Steuereinheit
8: Druckluftleitung
9: Schutzventil
10: Treibstrahl
12: Abluftleitung
14: Steuerleitungen zu den schaltbaren Ventilen 4, 5, 6
15: Steuerleitungen zu den schaltbaren Ventilen 4, 5, 6
16: Steuerleitungen zu den schaltbaren Ventilen 4, 5, 6
18: Öffnungen in 20
19: Verbindungskanäle
20: Außenhaut des Luftfahrzeuges
22: Flugtriebwerk
25: Zapfluftleitung
26: Fluidkanalsystem
28: Kompressionseinrichtung

Claims

Luftfahrzeug mit einem Fluidkanalsystem zum Absaugen der Grenzschicht und/oder Ausblasen von Fluid an gefährdeten Stellen der Außenhaut, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidkanalsystem (26, 19, 18) zur Erzeugung eines für die Grenzschichtabsaugung gewünschten Unterdrucks mittels schaltbarem Ventil (6) an eine von der Kabinenabluft angetriebenen Pumpeinrichtung (3) anschließbar ist.
Luftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung eine Strahlpumpe (3) ist, deren Treibstrahl (10) von der Kabinenabluft gebildet wird.
Luftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidkanalsystem mittels schaltbarer Ventile (4, 5, 6) zur Erzielung eines Überdrucks für das Ausblasen an Druckluft führende Leitungen (8, 25) eines Flugtriebwerks (22) und/oder einer zusätzlichen Kompressionseinrichtung (28) anschließbar ist.
Luftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft mit einer Warmluft realisiert ist.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (7) oder eine Regeleinheit vorgesehen ist, welche über Steuerleitungen (14, 15, 16) abhängig von Eingangsgrößen, wie Flugzustandsgrößen, Kabinendruck, Umgebungsparametern (Temperatur T, Druck P) und Betriebsparametern BL des Triebwerks (22) die schaltbaren Ventile (4, 5, 6) betätigt.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsquerschnitte der schaltbaren Ventile (4, 5, 6) regelbar sind.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer von der Kabine (1) zur Strahlpumpe (3) führenden Abluftleitung (12) ein Rückschlagventil (2) angeordnet ist, welches ein Einströmen von Luft in die Kabine verhindert.