DE102006054428B3 - Boundary layer defecting device for e.g. military missile, has body arranged in front edge area of airfoil, where arms of fuselage rest on upper and lower sides of airfoil and apex of device points towards body of missile - Google Patents
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Abstract
Description
Einführung, Stand der TechnikIntroduction, State of the art
Die Grenzschicht, deren Aufbau und Verteilung über die Oberfläche eines Flugkörpers, hat eine wesentliche Bedeutung im zivilen und militärischen Flugzeug-, Fluglenkkörper und Raketenbau.The Boundary layer, its structure and distribution over the surface of a Missile, has a significant importance in civil and military aircraft, Flight steering body and rocket construction.
An Flugkörpern mit einem Rumpf und mehreren Tragflächen (Flügel oder Leitwerke) wird die Grenzschichtströmung an den gepfeilten Tragflächen von der Grenzschichtströmung am Rumpf beeinflusst. Die Grenzschichtströmung am Rumpf erreicht bis zur Tragflächenwurzel gewöhnlich einen stark turbulenten Charakter, deshalb spricht man von einer „Kontaminierung" der Strömung an der Tragfläche durch den Rumpf.At missiles with a hull and several wings (wings or tail) becomes the boundary layer flow the swept wings of the boundary layer flow influenced on the hull. The boundary layer flow on the fuselage reaches to to the wing root usually a highly turbulent character, therefore one speaks of a "contamination" of the flow through the wing the hull.
Im Flugzeug- und Raketenbau sind alle Hersteller interessiert und bemüht, eine Lösung für die Vermeidung oder Beseitigung der Kontamination der Tragflügel-Grenzschicht durch die turbulente Rumpfgrenzschicht zu finden. Solche Lösungen können „aktiv" oder „passiv" sein. Die aktiven Lösungen benutzen zusätzliche Energiequellen, z.B. für die Absaugung der kontaminierten Grenzschicht oder zweigen von den vorhandenen Energiequellen des Flugkörpers für diese Lösungen Energie ab. Einige passive Lösungen versuchen die Grenzschichtströmung über Transitionssteuerung mittels Kleinwirbelerzeugung durch künstliche Rauhigkeit für bestimmte Druckgradienten zu laminarisieren.in the Aircraft and rocket engineering are all manufacturers interested and eager to get one solution for avoidance or eliminating contamination of the airfoil boundary layer by the turbulent fuselage boundary layer to find. Such solutions can be "active" or "passive". The active ones solutions use additional Energy sources, e.g. For the extraction of the contaminated boundary layer or branches of the Existing energy sources of the missile energy for these solutions. Some passive solutions try the boundary layer flow via transition control by means of small vortex generation by artificial roughness for certain pressure gradients to laminarize.
Bekannt ist auch die Verwendung von Grenzschichtzäunen an den Tragflächen (z.B. Fiat G91 oder Suchoi SU22).Known also the use of boundary layer fences on the wings (e.g. Fiat G91 or Suchoi SU22).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine passive Vorrichtung zu konzipieren, die in der Lage ist, die Grenzschicht an den Tragflächen so zu gestalten, als wäre die kontaminierte Grenzschicht des Rumpfes nicht vorhanden.Of the Invention is based on the object of a passive device Conceive, which is able to the boundary layer on the wings so to shape as if the contaminated boundary layer of the hull does not exist.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.The solution This object is achieved with the characterizing features of the claim 1 fulfilled.
Die Vorderkante der Tragfläche, bzw. des Tragflügels ist für die Generierung und für den Transport der Grenzschichtströmung maßgebend, da sich die kontaminierte Grenzschicht des Rumpfes entlang dieser Vorderkante fortpflanzt. Wird die kontaminierte turbulente Grenzschicht entlang der Vorderkante unterbrochen, so entsteht eine neue laminare Grenzschicht, die durch die Fortpflanzung entlang der Vorderkante die gesamte Grenzschicht über die Tragfläche steuert. Die Lösung gemäß Patentanspruch 1 besteht in einer Vorrichtung an der Vorderkante der Tragfläche.The Leading edge of the wing, or the wing is for the generation and for the transport of the boundary layer flow prevail, since the contaminated Boundary layer of the fuselage propagates along this leading edge. The contaminated turbulent boundary layer along the leading edge interrupted, it creates a new laminar boundary layer, which through the propagation along the leading edge the entire boundary layer over the wing controls. The solution according to claim 1 consists in a device at the front edge of the wing.
Die Lösung besteht darin die kontaminierte Grenzschicht in Strömungsrichtung über die Tragfläche umzuleiten und einen in Spannweitenrichtung weiteren außerhalb liegenden Startpunkt für eine neue, nicht kontaminierte Grenzschicht zu generieren. Diese Umleitung hat so zu erfolgen, dass stromauf und stromab von der Vorrichtung eine möglichst geringe Störung auftreten soll.The solution consists of the contaminated boundary layer in the flow direction over the wing redirect and one spanwise further outside lying starting point for to generate a new, uncontaminated boundary layer. These Redirection has to be done in such a way that upstream and downstream of the Device as small as possible disorder should occur.
Die Vorrichtung besteht aus einem speziell geformten Körper, der mittels verschiedener Flächen zwei Funktionen gleichzeitig erfüllt:
- – die verlustarme Teilung und Umlenkung der vom Rumpf kontaminierten Grenzschicht über die Ober- und Unterseite der Tragfläche,
- – die Erzeugung einer neuen, nicht kontaminierten Grenzschicht und die verlustarme Weiterleitung der neuen, nicht kontaminierten Grenzschicht auf die Vorderkante, bzw. Staulinie der Tragfläche
- b) die Funktionsweise ist passiv, sprich sie arbeitet ohne Energiezufuhr
- c) sie ist klein und leicht und erfordert einen minimalen Aufwand für die Montage im Bereich der Vorderkante der Tragfläche
- d) sie ist praktisch für alle Tragflächen (Flügel, Leitwerke) eines Flugkörpers in Überschallströmung, die vom Rumpf kontaminiert sind anwendbar
- e) sie führt zu geringerem spezifischen Kraftstoffverbrauch, geringerer Lärmentwicklung und geringerer Schadstoffemission.
- The low-loss division and deflection of the fuselage contaminated boundary layer over the top and bottom of the wing,
- - The generation of a new, uncontaminated boundary layer and the low-loss forwarding of the new, uncontaminated boundary layer on the leading edge, or jam line of the wing
- b) the functionality is passive, that is, it works without energy
- c) it is small and light and requires minimal effort for mounting in the area of the leading edge of the wing
- d) it is practically applicable to all wings (wings, tail units) of a missile in supersonic flow that are contaminated by the hull
- e) it leads to lower specific fuel consumption, less noise and lower pollutant emissions.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigenin the The invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment. Show it
Gemäß der Bezugszeichenliste
am Ende dieser Beschreibung sind mit verschiedenen Zahlen die wichtigsten
Bereiche der Vorrichtung in den
Die
Prinzipskizze in
- A) Sie ist am Anfang nahezu tangent
zur Vorderkante
10 , um möglichst stoßfrei die Strömung entlang der Vorderkante abzufangen - B) Sie ist am Ende nahezu tangent zur Freiströmrichtung,
um die umgeleitete Grenzschichtströmung in diese Richtung möglichst
stoßfrei
freizugeben
7 . Unter Umständen kann man eine leicht stärkere Umlenkung vorsehen, da infolge ihrer Trägheit, die Grenzschichtströmung etwas weniger umgelenkt wird
- A) It is almost tangent to the leading edge at the beginning
10 to intercept the flow along the leading edge as smoothly as possible - B) At the end it is almost tangent to the free flow direction in order to release the diverted boundary layer flow in this direction as smoothly as possible
7 , Under certain circumstances, it is possible to provide a slightly stronger deflection, because due to its inertia, the boundary layer flow is deflected a little less
Diese
Eigenschaften erinnern an eine Schaufel im Turbomaschinenbau, die ähnliche
Anforderungen erfüllen
muss. Aufgrund der Dicke der Tragfläche ist die Geometrie der Vorrichtung
nicht so einfach, wie in der Prinzipskizze nur auf der Oberseite
dargestellt. Die optimale Form der Umlenkflanken einer effizienten
Vorrichtung ist durch den Verlauf der Stromlinien im Bereich der
Vorderkante gegeben (s.
- – Ein Ausführungsbeispiel
der Lösung
ist als Zeichnung in
2 und dreidimensional in4 vorgestellt. Maßgebend ist die Geometrie der Vorrichtung, die durch die Gestaltung der Flanken stromauf dafür sorgt, dass die kontaminierte Grenzschicht sanft (ohne Stöße) umgeleitet wird. Als Analogie kann man die Umleitung eines Wasserstrahls im Wasserkraftbau durch die Schaufel einer Pelton Turbine erwähnen, die nahezu stoßfrei arbeitet.
- - An embodiment of the solution is as drawing in
2 and three-dimensional in4 presented. Decisive is the geometry of the device, which ensures by the design of the flanks upstream that the contaminated boundary layer is gently diverted (without shocks). As an analogy, one can mention the diversion of a water jet in hydropower by the blade of a Pelton turbine, which works almost bumpless.
Wenn
man die Tragfläche
und die Vorrichtung durch eine Ebene senkrecht zur Tragfläche, die die
Vorderkante oder Staulinie beinhaltet schneidet, erhält man die
Skizze in
Die
Schneide- oder Stauflanken mit
Die
Höhe der
Vorrichtung bzw. des Querschnitts
Die
Umlenk- oder Umleitflanken
Die
Spitze der Vorrichtung
Die
Hinterflanke der Vorrichtung
Der Übergangsbereich
der Vorrichtung
Die
Tragflächen
haben grundsätzlich
an der Vorderkante einen Krümmungsradius,
der für
die Grenzschichtströmung
und somit auch für
die Gestaltung der Vorrichtung eine wesentliche Rolle spielt. Einerseits
legt er, durch seine Anwesenheit in der Formel für die Reynoldszahl, die Art
der Grenzschichtströmung
mit fest, andererseits muss die Vorrichtung über den Krümmungsradius der Vorderkante
hinaus auf die Ober- und Unterseite der Tragfläche hinaus erstreckt werden,
um eine sanfte (stoßfreie)
Umlenkung der Grenzschicht auf die Tragfläche zu gewährleisten (s.
Werkstoffe:materials:
Die Umlenkvorrichtung kann aus ähnlichen Werkstoffen wie die Tragfläche, Aluminium-, Stahl- oder Titanlegierungen gefertigt werden. Bei geringerer Machzahl kann auch Kunststoff in Frage kommen.The Deflection device can be made of similar materials like the wing, Aluminum, steel or titanium alloys are manufactured. At lesser Mach number can also be considered plastic.
Die Herstellungsverfahren können Gießen, Schmieden, Fresen oder ähnliche sein. Die einzigen Voraussetzungen für den Werkstoff sind die Formbeständigkeit unter den Flugbedingungen und eine Mindestfestigkeit, die für eine zuverlässige Befestigung und Funktionierung der Umlenkvorrichtung benötigt wird.The Manufacturing process can Casting, forging, Fresen or similar be. The only requirements for the material are dimensional stability under the flight conditions and a minimum strength required for reliable fastening and Operation of the deflection is needed.
Montage:Assembly:
Die Umlenkvorrichtung soll möglichst nah an den Rumpf, aber außerhalb dessen Grenzschicht, an der Vorderkante, bzw. Staulinie der Tragfläche fest montiert sein, um die maximalen Vorteile erreichen zu können.The Deflection device should as possible close to the hull, but outside whose boundary layer, fixedly mounted on the leading edge, or jam line of the wing be in order to achieve the maximum benefits.
Die
wichtigsten Bereiche der Vorrichtung sind mit verschiedenen Zahlen
in den
- 11
- Oberseite der Tragflächetop the wing
- 22
- Unterseite der Tragflächebottom the wing
- 33
- Spitze der Vorrichtungtop the device
- 44
- Plateau der Vorrichtungplateau the device
- 55
-
Stau-
oder Schneideflanken, auch als Höhe
in
3 angezeigtJam or cutting flanks, also as height in3 appropriate - 66
- UmlenkflankenUmlenkflanken
- 77
- Hinter- oder LeitflankenBehind- or leading edges
- 88th
- Übergangsbereich zur TragflächeTransition area to the wing
- 99
- Flug- oder WindrichtungFlight- or wind direction
- 1010
- Vorderkante oder Staulinieleading edge or stagnant line
- 1111
- Basis des trapezförmigen QuerschnittsBase of the trapezoidal section
- 1212
- Strömungskomponente entlang der Vorderkante oder Staulinieflow component along the leading edge or jam line
- 1313
- Trapezförmiger Querschnitt der VorrichtungTrapezoidal cross-section the device
- 1414
- Rumpf oder rumpfähnlicher Körperhull or hull-like body
Claims (3)
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