DE102005031840B4

DE102005031840B4 - Antriebs- und Führungsvorrichtung für eine an einem Flugzeugtragflügel angeordnete Klappe

Info

Publication number: DE102005031840B4
Application number: DE102005031840A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Holert Ben
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: DE102005031840A1; US20070102589A1; US7861978B2

Abstract

Antriebs- und Führungsvorrichtung für eine an einem Flugzeugtragflügel (22, 51) angeordnete hintere Klappe (28, 28'), bestehend aus einer Sechs-Element-Führungskette mit sieben ein- oder mehrachsigen Drehgelenken, aufweisend: – eine Kurbel (24, 52), – eine erste Koppel (26, 54), – eine zweite Koppel (30, 30'), – eine Pendelstütze (32, 32') und – eine Klappe (28, 28'), wobei die Kurbel (24, 52) an einem Ende über ein erstes Gelenk (14) drehbar mit dem Flugzeugtragflügel (22, 51) verbunden ist und an einem entgegengesetzten Ende über ein zweites Gelenk (15) mit der ersten Koppel (26, 54) verbunden ist, welche über ein drittes Gelenk (17) mit der zweiten Koppel (30, 30') verbunden ist, welche über ein viertes Gelenk (18) drehbar mit dem Flugzeugtragflügel (22, 51) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppel (26, 54) über ein fünftes Gelenk (16) mit einer Klappenkoppel (40, 40') verbunden ist, an der die Klappe (28, 28') fest angebunden ist, und die Pendelstütze (32, 32'), welche ein sechstes Gelenk (19) und ein siebtes Gelenk (20) aufweist, sowohl mit der zweiten Koppel (30, 30') als auch mit der Klappenkoppel (40, 40') verbunden ist, wobei die erste Koppel (26, 54) in einer eingefahrenen Klappenstellung in Flugrichtung vor der zweiten Koppel (30, 30') angeordnet ist, um bei Antreiben der ersten Koppel (26, 54) die zweite Koppel (30, 30') um das vierte Gelenk (18) zu drehen, so dass aus einer eingefahrenen Klappenstellung eine vorwiegend translatorische Bewegung bis zu einer Zwischenposition und anschließend eine vorwiegend rotatorische Bewegung der Klappe (28, 28') resultiert, wobei die Drehrichtung der Kurbel (24, 52) für die Klappe (28, 28') des rechten Flügels von einem Flugzeugrumpf aus betrachtet entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebs- und Führungsvorrichtung für eine an einem Flugzeugtragflügel angeordnete hintere Klappe.
Eine Vielzahl von Antriebs- und Führungsvorrichtungen für an Flugzeugtragflügeln angeordneten Klappen ist bekannt, wobei je nach aerodynamischen und strukturellen Randbedingungen ein geeigneter kinematischer Typ verwendet wird. Eine Zusammenstellung liefert Holert, Carl, „Interdisziplinäre Synthese von Klappenführungsmechanismen, Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress”, Stuttgart 2002, DGLR-JT2002-155.
Dort ist eine Antriebs- und Führungsvorrichtung für eine an einem Flugzeugtragflügel angeordnete Klappe für eine Hinterkanten- oder Landeklappe beschrieben, wie sie in 4 dargestellt ist. Die dort gezeigte Antriebs- und Führungsvorrichtung 100 des rechten Flügels von einem Flugzeugrumpf aus betrachtet besteht aus einer Sechs-Element-Führungskette 102 mit sieben ein- oder mehrachsigen Drehgelenken 104–110 vom kinematischen Typ Watt-I-Kette. Dabei ist eine über eine drehbar mit dem Flugzeugtragflügel 112 verbundene Kurbel 114 gelagerte erste Koppel 116 selbst wiederum mit der Klappe 118 und einer zweiten Koppel 120 drehbar verbunden, die drehbar an dem Flugzeugtragflügel 112 gelagert ist. Dabei ist die zweite Koppel 120 mit der Klappe 118 über eine Pendelstütze 122 verbunden. Der Flugzeugtragflügel 112 weist eine Flügelhinterkantengeometrie 124 und einen daran fest angebundenen Klappenträger 126 auf. Die Landeklappe 118 weist eine Landeklappengeometrie 128 und eine daran fest angebundene Klappenkoppel 130 auf. Der Klappenträger 126 und die Klappenkoppel 130 sind Bestandteile der Führungsvorrichtung 100 und verbinden die Landeklappe 118 mit dem Flugzeugtragflügel 112. Auf dem Klappenträger 126 befindet sich in einem Gelenk 104 eine mittels Rotationsantrieb angetriebene Kurbel 114. Die Kurbel 114 treibt die Führungsvorrichtung 100 an und dreht für das Ausfahren der Klappe 118 im Uhrzeigersinn. Die Kurbel 114 ist drehbar im Gelenk 105 mit der ersten Koppel 116 verbunden, welche ihrerseits in einem Gelenk 106 mit der Klappenkoppel 130 und in einem Gelenk 107 mit der zweiten Koppel 120 verbunden ist. Die zweite Koppel 120 ist über das Gelenk 108 mit dem Klappenträger 126 und in Gelenk 109 mit der Pendelstütze 122 verbunden. Die Pendelstütze 122 ist in einem Gelenk 110 mit der Klappenkoppel 130 verbunden.
Diese Vorrichtung nach dem Stand der Technik hat einen unbefriedigenden Verlauf des Antriebsmoments über dem Ausfahrweg der Klappe. Die Vorrichtung erfordert ein großes Fairing (stromlinienförmige Verkleidung) und hat somit einen großen Widerstand im Reiseflug.
Aus der US 4 448 375 A ist eine Antriebs- und Führungsvorrichtung für eine an einem Flugzeugtragflügel angeordnete Klappe bekannt, bei welcher ein mit der Klappe verbundener und diese tragender Klappenträger an einem Ende über ein Gelenk mit einer am Tragflügel gelagerten Kurbel gekoppelt und an einem weiteren Gelenk über einen Kniehebel an die Trägerstruktur des Tragflügels angehängt ist. Das Zwischengelenk des Kniehebels ist über einen Zwischenlenker an einem weiteren Gelenk der Kurbel angekoppelt. Bei der bekannten Vorrichtung ist der mit der Kurbel gekoppelte Punkt des Klappenträgers lediglich auf einer Kreisbahn verlagerbar, deren Mittelpunkt durch das Lager der Kurbel gebildet ist. Weiterhin ist aus der US 4 447 027 A eine Antriebs- und Führungsvorrichtung für eine an einem Flugzeugtragflügel angeordnete Klappe bekannt, welche eine einfache Viergelenkkette umfasst, die zwei Lenker enthält, die einerseits an einem mit der tragenden Struktur des Flügels gekoppelten Träger und andererseits an einem Klappenträger gelenkig gelagert sind. Bei dieser bewegen sich die beiden Punkte, in denen die beiden Lenker an den Klappenträger angebunden sind, auf jeweiligen Kreisbahnen um die Lager, welche die Fußpunkte der Lenker bilden.
DE 27 55 442 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Lagerung von Rudern und Wölbungsklappen von Flugzeugen mit einem Antriebsmechanismus, dessen Elemente direkt an einer zu bewegenden Klappe angeschlagen sind, die eine überwiegend rotatorische Bewegung ausführt.
Ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Sechs-Element-Führungskette vom kinematischen Typ Watt-I ist es die Aufgabe der Erfindung, einen gleichmäßigeren Verlauf des Antriebsmoments über den Ausfahrweg der Klappe und eine kompaktere Bauweise zu erreichen.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine Reihe von Vorteilen. Sie erfüllt komplexe Führungsaufgaben auch mit mehr als drei Ebenenlagen und großen translatorischen Bewegungen der Klappe bei kleinen Abmessungen und günstigen Antriebslasten. Kleine Abmessungen führen zu kleinen Verkleidungen (Fairings), mit denen Antriebs- und Führungsvorrichtungen unterhalb des Tragflügels abgedeckt werden müssen, und dies wiederum zu einer Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften des Flügels. Mehr als drei Ebenenlagen sind insbesondere bei einer stetigen Klappenverstellung zu erfüllen, die in zukünftige Hochauftriebssysteme für die Variation der Flügelprofilwölbung integriert werden kann.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung im Gegensatz zu vielen anderen Systemen keinen Wagen als Schubgelenk beinhaltet, müssen auch keine an diesem Element auftretenden Klemmfälle unterstellt werden. Da Drehgelenke als klemmfrei gelten können, werden die Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die operationell auftretenden Lasten dimensioniert. Diese Lasten liegen üblicherweise unter dem Niveau von fehlerbedingten Lasten. Dies resultiert wiederum in einem geringen Gewicht einer erfindungsgemäßen Antriebs- und Führungsvorrichtung.
Die Anordnung der Elemente erlaubt es, den mechanischen Antrieb entweder in den Klappenträger zu integrieren oder im Bereich hinter einem Hinterholm des Tragflügels anzuordnen. Die Integration in den Klappenträger bietet den Vorteil einer eindeutigen Lasteinleitung in den Flügel unter Nutzung der ohnehin vorhandenen Trägerstruktur zur Abstützung des Antriebs, ohne dass ein zusätzlicher Träger für den Antrieb benötigt wird. Der knappe Raum hinter dem Hinterholm bleibt frei für die Integration anderer Systeme.
Die Unterbringung des Antriebs in dem Raum hinter dem Hinterholm hat den Vorteil, dass die mechanische Antriebsleistung nicht über Wellen und Getriebe von dem Bereich hinter dem Hinterholm zu dem Klappenträger geleitet werden muss. Der mechanische Antriebsstrang am Hinterholm kann vielmehr nahezu geradlinig am Hinterholm durchlaufen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen
1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung mit rotatorischem Antrieb in eingefahrener Position;
2 den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung aus 1 in ausgefahrener Position;
3 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform mit auf die vordere Koppel wirkendem linearen Antrieb in eingefahrener Position; und
4 den schematischen Aufbau einer Führungsvorrichtung gleichen getriebetechnischen Typs nach dem Stand der Technik.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebs- und Führungsvorrichtung 10 des rechten Flügels von einem Flugzeugrumpf aus betrachtet. Diese besteht aus einer Sechs-Element-Führungskette 12 mit sieben ein- oder mehrachsigen Drehgelenken 14–20 vom kinematischen Typ Watt-I-Kette. Dabei ist eine über eine drehbar mit dem Flugzeugtragflügel 22 verbundene Kurbel 24 gelagerte erste Koppel 26 selbst wiederum mit der Klappe 28 und einer zweiten Koppel 30 drehbar verbunden, die drehbar an dem Flugzeugtragflügel 22 gelagert ist. Dabei ist die zweite Koppel 30 mit der Klappe 28 über eine Pendelstütze 32 verbunden. In der gezeigten 20 eingefahrenen Klappenstellung ist die erste Koppel 26 in Flugrichtung vor der zweiten Koppel 30 angeordnet.
Der Flugzeugtragflügel 22 weist eine Flügelhinterkantengeometrie 34 und einen mit den Lagern 35 daran fest angebundenen Klappenträger 36 auf. Die Landeklappe 28 weist eine Landeklappengeometrie 38 und eine daran fest angebundene Klappenkoppel 40 auf. Der Klappenträger 36 und die Klappenkoppel 40 sind Bestandteile der Führungsvorrichtung 10 und verbinden die Landeklappe 28 mit dem Flugzeugtragflügel 22. Auf dem Klappenträger 36 befindet sich in einem Gelenk 14 eine mittels einem Stellantrieb angetriebene Kurbel 24. Der Stellantrieb ist in diesem Beispiel ein Rotationsantrieb.
Die Kurbel 24 treibt die Führungsvorrichtung 10 an und dreht für das Ausfahren der Klappe 28 entgegen dem Uhrzeigersinn. Damit ist die Kurbel 24 derart angeordnet, dass die Drehrichtung der Kurbel 24 für das Ausfahren der Klappe 28 der Drehrichtung der Kurbel für die hintere Klappe des rechten Flügels 22 entspricht, wobei die Drehrichtung der Kurbel für die hintere Klappe des rechten Flügels von einem Flugzeugrumpf aus betrachtet entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt.
Die Kurbel 24 ist drehbar im Gelenk 15 mit der ersten Koppel 26 verbunden, welche ihrerseits in einem Gelenk 16 mit der Klappenkoppel 40 und in einem Gelenk 17 mit der zweiten Koppel 30 verbunden ist. Die zweite Koppel 30 ist über das Gelenk 18 mit dem Klappenträger 36 und in Gelenk 19 mit der Pendelstütze 32 verbunden. Die Pendelstütze 32 ist in einem Gelenk 20 mit der Klappenkoppel 40 verbunden. Ein Hinterholm 42 ist Bestandteil des Flugzeugtragflügels 22 und trennt die Flügelhinterkantengeometrie 34 von einem Tankraum 44. Die Antriebs- und Führungsvorrichtung 10 wird durch ein Fairing 46 verkleidet.
In einer in 1 dargestellten Reiseflugkonfiguration grenzt die Klappengeometrie 38 an die Kontur 48 der Flügelhinterkantengeometrie 34. Die Antriebs- und Führungsvorrichtung wird in dieser Stellung vollständig von dem Fairing 46 verdeckt.
2 zeigt die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung 10 aus 1 in ausgefahrener Position. Durch Betätigen der Kurbel 24 durch den Stellantrieb entgegen dem Uhrzeigersinn in 1 wird die erste Koppel 26 nach hinten bewegt in die in 2 gezeigte Position. Dabei wird die zweite Koppel 30 von der ersten Koppel 26 in die dargestellte Position gedreht. Dabei wird die Klappe 28 zunächst vorwiegend translatorisch in eine nicht gezeigte Zwischenposition nach hinten bewegt. Anschließend rotiert die Klappe hauptsächlich bis in die in 2 gezeigte voll ausgefahrene Landestellung. Der hintere Teil des Fairings wird dabei durch eine nicht dargestellte Hilfskinematik nach unten geklappt, um der rotierenden Landeklappe den benötigten Raum freizumachen. Die Klappe 28 wird in die in 2 dargestellte Position geführt, indem sie erstens an die erste Koppel 26 angebunden ist und sich zweitens über die Pendelstütze 32 an der zweiten Koppel 30 abstützt.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform mit auf die vordere Koppel wirkendem linearen Antrieb in eingefahrener Position. Gleiche Elemente wie in 1 erhalten gestrichene Bezugszeichen. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebs- und Führungsvorrichtung 50 des rechten Flügels von einem Flugzeugrumpf aus betrachtet. Dabei ist eine über eine drehbar mit dem Flugzeugtragflügel 51 verbundene Kurbel 52, hier eine Pendelstütze, gelagerte erste Koppel 54 selbst wiederum mit der Klappe 28' und einer zweiten Koppel 30' drehbar verbunden, die drehbar an dem Flugzeugtragflügel 51 gelagert ist. Dabei ist die zweite Koppel 30' mit der Klappe 28' über eine Pendelstütze 32' verbunden. Der Flugzeugtragflügel 51 weist eine Flügelhinterkantengeometrie 34' und einen mit den Lagern 35 daran fest angebundenen Klappenträger 56 auf. Die Klappe 28' weist eine Landeklappengeometrie 38' und eine daran fest angebundene Klappenkoppel 40' auf. Der Klappenträger 56 und die Klappenkoppel 40' sind Bestandteile der Führungsvorrichtung 50 und verbinden die Klappe 28' mit dem Flugzeugtragflügel 51. Auf dem Klappenträger 56 ist die Kurbel 52 mit einem Gelenk 58 frei drehbar verbunden. Die Kurbel 52 ist drehbar mit der ersten Koppel 54 verbunden, welche ihrerseits mit der Klappenkoppel 40' und mit der zweiten Koppel 30' verbunden ist. Die zweite Koppel 30' ist mit dem Klappenträger 56 und mit der Pendelstütze 32' drehbar verbunden. Die Pendelstütze 32' ist mit der Klappenkoppel 40' verbunden. Die Antriebs- und Führungsvorrichtung 50 wird durch ein Fairing 46' verkleidet.
An dem Klappenträger 56 ist ein linearer Stellantrieb 60 in einem Gelenk 62 drehbar angebunden. Der lineare Stellantrieb 60 treibt die erste Koppel 54 über ein Drehgelenk 64 und damit die Führungsvorrichtung 50 an.
Die Kurbel 52 dreht für das Ausfahren der Klappe 28' entgegen dem Uhrzeigersinn. Damit ist die Kurbel 52 derart angeordnet, dass die Drehrichtung der Kurbel 52 für das Ausfahren der Klappe 28' der Drehrichtung der Kurbel für die hintere Klappe des rechten Flügels 51 entspricht, wobei die Drehrichtung der Kurbel für die hintere Klappe des rechten Flügels von einem Flugzeugrumpf aus betrachtet entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt.
Alternativ weist die Antriebs- und Führungsvorrichtung einen nicht gezeigten translatorischen Stellantrieb auf, der an die Klappe oder die Kurbel angebunden ist. Die Klappe oder die Kurbel weisen in diesen Fällen ein zusätzliches Gelenk auf.
In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform weist die Antriebs- und Führungsvorrichtung einen rotatorischen Stellantrieb auf, der über eine Pendelstütze an die erste Koppel, die Klappe oder die Kurbel angebunden ist. Die erste Koppel, die Klappe oder die Kurbel weisen in diesen Fällen ein zusätzliches Gelenk auf.
Bezugszeichenliste

10: Antriebs- und Führungsvorrichtung
12: Sechs-Element-Führungskette
14–20: Drehgelenke
22: Flugzeugtragflügel
24: Kurbel
26: erste Koppel
28: Klappe
30: zweite Koppel
32: Pendelstütze
34: Flügelhinterkantengeometrie
35: Lager
36: Klappenträger
38: Landeklappengeometrie
40: Klappenkoppel
42: Hinterholm
44: Tankraum
46: Fairing
48: Kontur
50: Antriebs- und Führungsvorrichtung
51: Flugzeugtragflügel
52: Kurbel
54: Koppel
56: Klappenträger
58: Gelenk
60: linearer Stellantrieb
62: Gelenk
64: Drehgelenk

Claims

Antriebs- und Führungsvorrichtung für eine an einem Flugzeugtragflügel (22, 51) angeordnete hintere Klappe (28, 28'), bestehend aus einer Sechs-Element-Führungskette mit sieben ein- oder mehrachsigen Drehgelenken, aufweisend: – eine Kurbel (24, 52), – eine erste Koppel (26, 54), – eine zweite Koppel (30, 30'), – eine Pendelstütze (32, 32') und – eine Klappe (28, 28'), wobei die Kurbel (24, 52) an einem Ende über ein erstes Gelenk (14) drehbar mit dem Flugzeugtragflügel (22, 51) verbunden ist und an einem entgegengesetzten Ende über ein zweites Gelenk (15) mit der ersten Koppel (26, 54) verbunden ist, welche über ein drittes Gelenk (17) mit der zweiten Koppel (30, 30') verbunden ist, welche über ein viertes Gelenk (18) drehbar mit dem Flugzeugtragflügel (22, 51) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppel (26, 54) über ein fünftes Gelenk (16) mit einer Klappenkoppel (40, 40') verbunden ist, an der die Klappe (28, 28') fest angebunden ist, und die Pendelstütze (32, 32'), welche ein sechstes Gelenk (19) und ein siebtes Gelenk (20) aufweist, sowohl mit der zweiten Koppel (30, 30') als auch mit der Klappenkoppel (40, 40') verbunden ist, wobei die erste Koppel (26, 54) in einer eingefahrenen Klappenstellung in Flugrichtung vor der zweiten Koppel (30, 30') angeordnet ist, um bei Antreiben der ersten Koppel (26, 54) die zweite Koppel (30, 30') um das vierte Gelenk (18) zu drehen, so dass aus einer eingefahrenen Klappenstellung eine vorwiegend translatorische Bewegung bis zu einer Zwischenposition und anschließend eine vorwiegend rotatorische Bewegung der Klappe (28, 28') resultiert, wobei die Drehrichtung der Kurbel (24, 52) für die Klappe (28, 28') des rechten Flügels von einem Flugzeugrumpf aus betrachtet entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt.
Antriebs- und Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kurbel (24, 52) als rotatorischer Stellantrieb ausgestaltet ist.
Antriebs- und Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antriebs- und Führungsvorrichtung einen rotatorischen Stellantrieb aufweist, der über eine Pendelstütze an die erste Koppel, die Klappe (28, 28'), oder die Kurbel (24, 52) angebunden ist.
Antriebs- und Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antriebs- und Führungsvorrichtung einen translatorischen Stellantrieb (60) aufweist, der an die erste Koppel (54), die Klappe (28, 28'), oder die Kurbel (24, 52) angebunden ist.