DE102005016638A1

DE102005016638A1 - Flügelklappen-Mechanismus zur Verstellung einer einem Tragflügel zugeordneten aerodynamischen Flügelklappe

Info

Publication number: DE102005016638A1
Application number: DE102005016638A
Authority: DE
Inventors: Juan Dipl.-Ing. Perez-Sanchez
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-12
Also published as: FR2884222B1; DE102005016638B4; GB2425099B; GB2425099A; US7600718B2; FR2884222A1; GB0607206D0; US20060226296A1

Abstract

Ein Flügelklappen-Mechanismus zur Verstellung einer einem Tragflügel (1) zugeordneten aerodynamischen Flügelklappe (3), insbesondere einer Auftriebsklappe, mittels einer Antriebseinrichtung (10), wobei der Flügelklappen-Mechanismus an zumindest einem von mehreren am Tragflügel (1) befestigten Klappenträgern (5) gelagert ist, wobei der Flügelklappen-Mechanismus zur Lastaufnahme und zur kinematischen Führung der Flügelklappe (3) eine Betätigungseinrichtung (4) aufweist, wobei die Betätigungseinrichtung (4) eine als Kurbelgetriebe ausgebildete Getriebeeinrichtung (12) aufweist, wobei sich die Getriebeeinrichtung (12) mit zwei einander benachbarten Gelenken am Klappenträger (5) abstützt und vorzugsweise als Viergelenkgetriebe ausgebildet ist und wobei die die Betätigungseinrichtung (4) beaufschlagende Antriebseinrichtung (10) mit einem um eine Antriebsachse (13) drehenden Antriebsarm (14) versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelklappe (2) auf einer Klappenstütze (15) angebracht ist, dass die Klappenstütze (15) einen vorderen, zum Tragflügel (1) hinweisenden Klappenstützenabschnitt (16) aufweist, der mit dem Antriebsarm (14) gelenkig verbunden ist, und dass die Klappenstütze (15) einen hinteren, vom Tragflügel (1) nach hinten weisenden Klappenstützenabschnitt (17) aufweist, an welchem, dem vorderen Klappenstützenabschnitt benachbart, ein Gelenk (21) vorgesehen ist, in dem ein Lenkhebel (22) der Getriebeeinrichtung (12) schwenkbar angekoppelt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flügelklappen-Mechanismus zur Verstellung einer einem Tragflügel zugeordneten aerodynamischen Flügelklappe, insbesondere einer Auftriebsklappe, mittels einer Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Auftriebsklappen weisen bei herkömmlichen bekannten Tragflügeln zumindest einen Rollenwagen auf, der mit Rollen versehen ist, die in einer an der Struktur des Tragflügels vorgesehenen C-förmigen Schiene kulissenartig geführt sind. Diese Kulissenführung gibt den Bewegungsweg der Auftriebsklappen vor. Da die Gesamtheit der auf eine Auftriebsklappe wirkenden aerodynamischen Kräfte über die Rollen auf die Schiene abgestützt werden muss, ist es erforderlich, die Schiene äußerst stabil auszulegen, wodurch diese ein hohes Gewicht aufweist. Der Grund dafür liegt darin, dass sehr große Lasten über die Rollen konzentriert einen Schienenflansch auf Biegung beanspruchen, so dass dieser Schienenflansch eine hohe Materialdicke aufweisen muss, um den Belastungen standzuhalten.

Ein gattungsgemäßer Tragflügel ist bereits aus der DE 101 33 920 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Tragflügel werden die Auftriebsklappen durch ein Hebelgetriebe betätigt, wobei ein mit dem Hebelgetriebe verbundener vorderer Bereich der Flügelklappe auf einer Schiene mittels eines Rollwagens geführt wird. Alternativ zur Rollenwagenführung ist eine Kulissenführung vorgesehen. Bei diesem bekannten Tragflügel wird ein Teil der auf die Flügelklappe wirkenden aerodynamischen Lasten über das Hebelgetriebe in die Tragflächenstruktur eingeleitet. Die Flügelklappe ist dabei an ihrem vorderen Bereich mit der Antriebseinrichtung sowie mit der Getriebeeinrichtung gekoppelt. Am hinteren Bereich der Flügelklappe ist ein Führungshebel vorgesehen, mit dem sich die Flügelklappe an einer hinteren Fortsetzung des Klappenträgers abstützt, wozu sich der Klappenträger weit nach hinten erstreckt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Flügelklappen-Mechanismus so auszugestalten, dass eine deutliche Gewichtseinsparung erzielt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Flügelklappen-Mechanismus mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Flügelklappen-Mechanismus mit der starren Klappenstütze, auf der die Flügelklappe angebracht ist und an deren vorderem Ende unmittelbar der Antriebsarm der Antriebseinrichtung gelenkig angekoppelt ist, gestattet es, den im Stand der Technik noch vorgesehenen Führungshebel am hinteren Bereich der Flügelklappe wegzulassen, so dass sich die Flügelklappe in ihrem hinteren Bereich ausschließlich auf der Klappenstütze abstützt und diese ausschließlich über den Antriebsarm der Antriebseinrichtung und den Lenkhebel der Getriebeeinrichtung am Tragflügel abgestützt ist. Hierdurch kann der Klappenträger deutlich kürzer ausgebildet werden, wodurch eine erhebliche Gewichtseinsparung gegenüber dem Stand der Technik erzielt wird.

Auch kann beim erfindungsgemäßen Tragflügel sowohl auf das Vorsehen des schweren Rollenwagens und der schweren Schienen, als auch auf eine Kulissenführung verzichtet werden. Die an der Flügelklappe auftretenden aerodynamischen Lasten werden vom Kurbelgetriebe aufgenommen und über die Drehgelenke des Kurbelgetriebes am Tragflügel abgestützt. Diese Art der Krafteinleitung ist nicht nur verschleißärmer als die bekannte Rollwagen- oder Kulissenführung, sondern lässt sich zudem gewichtssparender als beim Stand der Technik realisieren. Weiterhin kann das Kurbelgetriebe wesentlich schmaler konstruiert werden als die bekannte Kulissenführung mit Rollwagen und Schiene.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Klappenstütze von einem in einem stumpfen Winkel abgewinkelten einteiligen Träger gebildet, der dort, wo der vordere Klappenstützenabschnitt und der hintere Klappenstützenabschnitt im stumpfen Winkel aufeinander treffen, einen Tragabschnitt bildet, der mit dem vorderen, dem Tragflügel zugewandten Abschnitt der Flügelklappe verbunden ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stützt sich der hintere Abschnitt der Flügelklappe auf dem hinteren Bereich des hinteren Klappenstützenabschnitts ab.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tragflügels in zwei Positionen: in der eingefahrenen Klappenposition (1A) und in der ausgefahrenen Klappenposition (1B);
2 eine geschnittene Darstellung der Betätigungseinrichtung ohne das Fairinggehäuse in zwei Positionen: in der eingefahrenen Klappenposition (2A) und in der ausgefahrenen Klappenposition (2B);
3 die Ausführungsform der 1 im Längsschnitt mit Blick auf die Betätigungseinrichtung in zwei Positionen: in der eingefahrenen Klappenposition (3A) und in der ausgefahrenen Klappenposition (3B).
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1A zeigt im Querschnitt einen Flügelklappen-Mechanismus an einem Tragflügel 1, der an seiner in Strömungsrichtung X hinteren Flügelkante (in den Figuren rechts) mit einer Auftriebsklappen-Anordnung 2 versehen ist. Die Auftriebsklappen-Anordnung 2 weist zumindest eine Flügelklappe 3, beispielsweise eine Auftriebsklappe oder Landeklappe, auf. Die Klappe 3 ist mittels zumindest einer weiter unten näher erläuterten Betätigungseinrichtung 4 an einem mit dem Tragflügel 1 verbundenen Klappenträger 5 gelagert.
Am hinteren Ende des Tragflügels 1 unterhalb der Flügelklappe 3 ist zumindest ein Fairinggehäuse 6 vorgesehen, mit welchem die Betätigungseinrichtung 4 aerodynamisch verkleidet ist. Im gezeigten Beispiel ist das Fairinggehäuse 6 in einen ersten, vorderen Fairing-Gehäuseteil 7 und einen zweiten, hinteren Fairing-Gehäuseteil 8 unterteilt. Die beiden Fairing-Gehäuseteile 7, 8 sind um eine Achse A gelenkig schwenkbar miteinander verbunden. Die Achse A verläuft dabei quer zur Strömungsrichtung X.
1B zeigt den Tragflügel der 1A mit nach hinten ausgefahrener und nach unten verschwenkter Klappe 3, wobei die Klappe 3 und der mit ihr verbundene hintere Fairing-Gehäuseteil 8 um die Achse A im Uhrzeigersinn verschwenkt sind. Deutlich zu erkennen ist in 1B, dass der Abstand zwischen dem hinteren Fairing-Gehäuseteil 8 und der Klappe 3 gering ist und nur einen kleinen Spalt 9 bildet. Der Spalt 9 ist, insbesondere aufgrund der zweiteiligen Ausgestaltung des Fairinggehäuses 6 in der Höhe sehr schmal ausgebildet, so dass wenig Luft durch den Spalt 9 hindurchfließen kann, wodurch sowohl die Geräuschbildung reduziert ist, als auch die aerodynamischen Widerstände gegenüber herkömmlichen Klappenanordnungen reduziert sind.
Die 2A und 2B sind den 1A beziehungsweise 1B entsprechende vergrößerte Ansichten bei nicht dargestelltem Fairinggehäuse 6. Hierdurch wird die vom Fairinggehäuse 6 verkleidete Betätigungseinrichtung 4 für die Klappe 3 und somit der gesamte Flügelklappen-Mechanismus sichtbar.
Die Betätigungseinrichtung 4 für die Flügelklappe 3 weist eine an der hinteren Flügelkante des Tragflügels 1 angebrachte Antriebseinrichtung 10 auf. Die Antriebseinrichtung 10 kann beispielsweise von einem Elektro- oder Hydraulikmotor gebildet sein oder kann eine von einem solchen Motor angetriebene Welle sein, die sich entlang zumindest eines Teils der Hinterkante des Tragflügels 1 entspricht. Es können auch mehrere Antriebseinrichtungen zum Antrieb einer Klappe 3 vorgesehen sein. In der Regel sind zum Antrieb einer Klappe 3 zwei oder mehrere Betätigungseinrichtungen 4 vorgesehen, die jeweils von einem Fairinggehäuse 6 verkleidet sind. Bei Klappen von geringer Quererstreckung kann aber ausnahmsweise auch eine einzelne Betätigungseinrichtung 4 vorgesehen sein.
Die Betätigungseinrichtung 4 weist neben der Antriebseinrichtung 10 eine als Kurbelgetriebe ausgebildete Getriebeeinrichtung 12 auf. Die Getriebeeinrichtung 12 besteht aus einer Mehrzahl von miteinander gelenkig verbundenen Hebeln und Lenkern und verbindet die Antriebseinrichtung 10, die Klappe 3 und den vorderen Fairing-Gehäuseteil 7 sowie den hinteren Fairing-Gehäuseteil 8 miteinander und relativ zueinander bewegbar. Ein vorderer Abschnitt der Getriebeeinrichtung 12 ist an einem im hinteren Bereich des Tragflügels 1 vorgesehenen und mit dem Tragflügel 1 fest verbundenen Strukturelement 11 des Klappenträgers 5 gelagert.
Die Antriebseinrichtung 10, die bevorzugterweise als rotatorischer Stellantrieb mit einer Antriebsachse 13 ausgebildet ist, weist einen um die Antriebsachse 13 bewegbaren Antriebsarm 14 auf. Der Antriebsarm 14 ist an seinem freien Ende gelenkig mit dem vorderen Ende einer Klappenstütze 15 verbunden. Die Klappenstütze 15 ist als in einem stumpfen Winkel abgewinkelter einteiliger Träger mit einem zum Tragflügel 1 hin weisenden vorderen Klappenstützenabschnitt 16 und einem vom Tragflügel 1 nach hinten weg weisenden hinteren Klappenstützenabschnitt 17 ausgebildet. Dort wo der vordere Klappenstützenabschnitt 16 und der hintere Klappenstützenabschnitt 17 in stumpfem Winkel aufeinander treffen, ist ein Tragabschnitt 18 ausgebildet, der mittels einer Bolzenbefestigung 19 mit der Flügelklappe 3 in deren vorderem, dem Tragflügel 1 zugewandten Abschnitt verbunden ist und so die Flügelklappe 3 in ihrem vorderen Abschnitt abstützt. Am hinteren freien Ende des hinteren Klappenstützenabschnitts 17 ist eine Stützstrebe 20 vorgesehen, die den hinteren Klappenstützenabschnitt 17 der Klappenstütze 15 mit dem hinteren Bereich der Flügelklappe 3 verbindet und so den hinteren Teil der Flügelklappe 3 auf der Klappenstütze 15 abstützt.
Am hinteren Klappenstützenabschnitt 17 ist, dem Tragabschnitt 18 benachbart, ein erstes Gelenk 21 ausgebildet, mittels welchem ein von der Klappenstütze 15 nach unten – also von der Flügelklappe 3 weggewandt – weisender Lenkhebel 22 gelenkig gelagert ist. Am anderen Ende des einen Schwinglenker bildenden Lenkhebels 22 ist ein zweites Gelenk 23 vorgesehen, durch welches der Lenkhebel 22 gelenkig mit einem ersten Ende einer einen Stützlenker bildenden Strebe 24 verbunden ist. Das andere Ende der Strebe 24 ist durch ein drittes Gelenk 25 am unteren hinteren Endabschnitt des Strukturelements 11 des Klappenträgers 5 schwenkbar gelagert.
Ein Pendellenker 26 ist mit einem ersten Ende in einem vierten Gelenk 27 ebenfalls schwenkbar am Strukturelement 11 des Klappenträgers 5 gelagert, wobei das vierte Gelenk 27 oberhalb des dritten Gelenks 25 und bezüglich des dritten Gelenks 25 weiter hinten gelegen ist. Das zweite Ende des Pendellenkers 26 ist in einem Mittelabschnitt des Lenkhebels 22 an diesem mittels eines fünften Gelenks 28 schwenkbar gelagert.
Der Pendellenker 26, der Abschnitt des Lenkhebels 22 zwischen dem fünften Gelenk 28 und dem zweiten Gelenk 23, die Strebe 24 und das Strukturelement 11 des Klappenträgers 5 zwischen dem dritten Gelenk 25 und dem vierten Gelenk 27 bilden ein Viergelenkgetriebe, das bezüglich der Länge der einzelnen Schenkel des Viergelenkgetriebes zwischen den jeweils benachbarten Gelenken einen asymmetrischen Aufbau aufweist. Die von dem Viergelenkgetriebe und der Klappenstütze 15 gebildete Getriebeeinrichtung 12 sowie die Länge des Antriebsarms 14 sind so dimensioniert, dass das erste Gelenk 21, welches den Lenkhebel 22 mit dem hinteren Klappenstützabschnitt 17 schwenkbar verbindet, bei der Rotation der Antriebseinrichtung 10 um die Achse 13 entsprechend dem entgegen der Uhrzeigerrichtung weisenden Pfeil "u" eine im wesentlichen lineare Bewegung entlang der vom Pfeil "v" dargestellten Richtung vollführt und so ein Geradführungsgetriebe bildet. Entsprechendes gilt für die Schwenkbewegung der Antriebseinrichtung 10 entgegen der Uhrzeigerrichtung, wobei sich das erste Gelenk 21 in Gegenrichtung des Pfeils v im wesentlichen linear bewegt. Auf diese Weise wird die Flügelklappe 3 aus dem in 3A gezeigten eingefahrenen Zustand in die in 3B gezeigte ausgefahrene Position beziehungsweise wieder zurück verfahren.
Die auf die Flügelklappe 3 einwirkenden aerodynamischen Lasten werden im ausgefahrenen Zustand der Flügelklappe 3 über die Klappenstütze 15, den Lenkhebel 22, die Strebe 24 und den Pendellenker 26 sowie über die diese miteinander verbindenden Gelenke in den Klappenträger 5 eingeleitet. Nur ein geringer Teil der im ausgefahrenen Zustand auf die Flügelklappe 3 einwirkenden aerodynamischen Lasten wird dabei über den Antriebsarm 14 und die Antriebseinrichtung 10 am Tragflügel 1 abgestützt.
Die über die Klappe 3 eingeleiteten aerodynamischen Lasten werden dabei über Streben und Gelenkverbindungen am Tragflügel 1 abgestützt, ohne dass der Kraftfluss über Rollenbahnverbindungen oder Kulissenverbindungen geführt werden muss.
In der in den 3A und 3B gezeigten Darstellung entspricht die Betätigungseinrichtung 4 der in den 2A und 2B gezeigten Betätigungseinrichtung, wobei jedoch die Fairing-Gehäuseteile 7 und 8 dargestellt sind. Das hintere Fairing-Gehäuseteil 8 ist über einen hinteren Fairing-Führungslenker 30, der mit einem ersten Ende in einem Gelenk 29 am hinteren freien Ende des hinteren Klappenstützabschnitts 17 mit diesem schwenkbar verbunden ist und der an seinem anderen Ende in einem Gelenk 31 mit der Struktur 35 des hinteren Fairing-Gehäuseteils 8 schwenkbar verbunden ist, mit der Betätigungseinrichtung 4 gekoppelt. Ein vorderer Abschnitt der Struktur 35 des hinteren Fairing-Gehäuseteils 8 greift in den vorderen Fairing-Gehäuseteil 7 ein und ist mit diesem in einem Gelenk 32 um die Achse A schwenkbar verbunden. Der vordere Fairing-Gehäuseteil 7 ist am hinteren unteren Ende des Strukturelements 11 des Klappenträgers 5 in einem weiteren Gelenk 33 um eine Achse A' schwenkbar gelagert. Ein vorderer Fairing-Führungslenker 34, der mit seinen Enden ebenfalls in den Gelenken 32 und 33 gelenkig gelagert ist, stützt die auf den hinteren Fairing-Gehäuseteil 8 einwirkenden Lasten, insbesondere die aerodynamischen Lasten, unmittelbar auf den Klappenträger 5 ab. Die Achsen A, A' und 13 sowie die Schwenkachsen aller genannten Gelenke verlaufen parallel zueinander.
Die Darstellung in 3B zeigt, wie die Koppelung des hinteren Fairing-Gehäuseteils 8 über die Getriebeeinrichtung 12 mit der Klappe 3 und mit der Antriebseinrichtung 10 bewirkt, dass der hintere Fairing-Gehäuseteil 8 mit dem Ausfahren der Klappe 3 nach hinten und unten verschwenkt, wobei der Spalt 9 zwischen der Oberseite des hinteren Fairing-Gehäuseteils 8 und der Unterseite der Klappe 3 minimal gehalten wird.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Es bezeichnen:

1: Tragflügel
2: Auftriebsklappen-Anordnung
3: Flügelklappen
4: Betätigungseinrichtung
5: Klappenträger
6: Fairinggehäuse
7: erster, vorderer Fairing-Gehäuseteil
8: zweiter, hinterer Fairing-Gehäuseteil
9: Spalt
10: Antriebseinrichtung
11: Strukturelement
12: Getriebeeinrichtung
13: Antriebsachse
14: Antriebsarm
15: Klappenstütze
16: vorderer Klappenstützenabschnitt
17: hinterer Klappenstützenabschnitt
18: Tragabschnitt
19: Bolzenbefestigung
21: erstes Gelenk
22: Lenkhebel
23: zweites Gelenk
24: Strebe
25: drittes Gelenk
26: Pendellenker
27: viertes Gelenk
28: fünftes Gelenk
29: Gelenk
30: hinterer Fairing-Führungshebel
31: Gelenk
32: Gelenk
33: Gelenk
34: vordere Fairing-Stützstrebe
35: Struktur
A: Achse
A': Achse
u: Pfeil
v: Pfeil
X: Strömungsrichtung

Claims

Flügelklappen-Mechanismus zur Verstellung einer einem Tragflügel (1) zugeordneten aerodynamischen Flügelklappe (3), insbesondere einer Auftriebsklappe, mittels einer Antriebseinrichtung (10), – wobei der Flügelklappen-Mechanismus an zumindest einem von mehreren am Tragflügel (1) befestigten Klappenträgern (5) gelagert ist, – wobei der Flügelklappen-Mechanismus zur Lastaufnahme und zur kinematischen Führung der Flügelklappe (3) eine Betätigungseinrichtung (4) aufweist, – wobei die Betätigungseinrichtung (4) eine als Kurbelgetriebe ausgebildete Getriebeeinrichtung (12) aufweist, – wobei sich die Getriebeeinrichtung (12) mit zwei einander benachbarten Gelenken am Klappenträger (5) abstützt und vorzugsweise als Viergelenkgetriebe ausgebildet ist und – wobei die die Betätigungseinrichtung (4) beaufschlagende Antriebseinrichtung (10) mit einem um eine Antriebsachse (13) drehenden Antriebsarm (14) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Flügelklappe (2) auf einer Klappenstütze (15) angebracht ist, – dass die Klappenstütze (15) einen vorderen, zum Tragflügel (1) hin weisenden Klappenstützenabschnitt (16) aufweist, der mit dem Antriebsarm (14) gelenkig verbunden ist, und – dass die Klappenstütze (15) einen hinteren, vom Tragflügel (1) nach hinten weisenden Klappenstützenabschnitt (17) aufweist, an welchem, dem vorderen Klappenstützenabschnitt benachbart, ein Gelenk (21) vorgesehen ist, in dem ein Lenkhebel (22) der Getriebeeinrichtung (12) schwenkbar angekoppelt ist.
Flügelklappen-Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Klappenstütze (15) von einem in einem stumpfen Winkel abgewinkelten einteiligen Träger gebildet ist, der dort, wo der vordere Klappenstützenabschnitt (16) und der hintere Klappenstützenabschnitt (17) im stumpfen Winkel aufeinander treffen, einen Tragabschnitt (18) bildet, der mit dem vorderen, dem Tragflügel (1) zugewandten Abschnitt der Flügelklappe (3) verbunden ist.
Flügelklappen-Mechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass sich der hintere Abschnitt der Flügelklappe (3) auf dem hinteren Bereich des hinteren Klappenstützenabschnitts (17) abstützt.