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Die Erfindung betrifft eine Wirbelgeneratoranordnung an der Triebwerksgondel eines Flugzeugs.
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In Hinblick auf die Leistungsfähigkeit eines Flugzeugs, insbesondere eines Verkehrs- oder Transportflugzeugs mit großem Abfluggewicht, ist der maximal erreichbare Auftrieb in der Start- und Landephase von besonderer Bedeutung. Dieser ist abhängig von Größe und Geometrie des Tragflügels und begrenzt durch die bei zunehmendem Anstellwinkel des Flugzeugs beginnende Strömungsablösung an der Oberseite des Flügelprofils. Zur Erhöhung des maximal erreichbaren Auftriebs sind am Tragflügel üblicherweise an dessen Vorderseite Vorflügel oder Nasenklappen und an dessen Rückseite Hinterkantenklappen als Hochauftriebshilfen vorgesehen. Durch eine vorteilhafte Gestaltung dieser Auftriebselemente ist es möglich, den Beginn der Strömungsablösung am Flügel zu wesentlich größeren Anstellwinkeln zu verschieben.
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Eine weitere wirkungsvolle Maßnahme, um den maximal erreichbaren Auftrieb zu noch größeren Anstellwinkeln zu verschieben, ist es, durch geeignet ausgebildete Wirbelgeneratoren an der Oberseite des Tragflügels Wirbelfelder zu erzeugen, die mit zunehmendem Anstellwinkel des Flugzeugs an Stärke zunehmen. Ein geeigneter Platz zur Anbringung solcher Wirbelgeneratoren ist an der Triebwerksgondel von am Tragflügel angeordneten Triebwerken. Solche Wirbelgeneratoren, die als ”Gondel-Strakes”, ”Chines” oder ”Nacelle-Strakes” bekannt sind, erzeugen bei optimaler Anordnung und großen Anstellwinkeln einen kräftigen Wirbel, der über den Flügel strömt und dort oder auf einem vorgelagerten Vorflügel die Strömungsablösung zu größeren Anstellwinkeln hin verzögert. Somit kann ein höherer Anstellwinkel und dadurch ein größerer Maximalauftrieb erzielt werden. Die besagten Wirbelgeneratoren sind typischerweise durch Flossen gebildet, die sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Triebwerksgondel erstrecken und so angeordnet sind, dass mit zunehmend größerem Anstellwinkel des Flugzeugs ein zunehmend stärkeres Wirbelfeld erzeugt wird, während im Reiseflug bei geringem Anstellwinkel des Flugzeugs im Wesentlichen kein Wirbelfeld erzeugt wird und ein durch die Wirbelgeneratoren verursachter zusätzlicher Strömungswiderstand möglichst gering ist.
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Bisher ist es lediglich bekannt, entweder an der dem Rumpf zugewandten Seite des Triebwerks bzw. der Triebwerksgondel einen einzigen Wirbelgenerator vorzusehen (A320, A340, B777, B737) oder an jeder Seite des Triebwerks bzw. der Triebwerksgondel je einen einzelnen Wirbelgenerator vorzusehen (DC10, A321, A319, A318).
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Die
US 3 744 745 A zeigt eine Wirbelgeneratoranordnung an einer Triebwerksgondel, bei der mittels paarweise angebrachter Wirbelgeneratoren ein Wirbelfeld erzeugt wird, das aus zwei Wirbeln besteht, die ein Abwindfeld induzieren und dieses auch seitlich begrenzen.
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Die
US 4 540 143 A zeigt verschiedene Anordnungen von Wirbelgeneratoren, die ebenfalls einen Wirbel erzeugen, der ein von einer Triebwerksgondel ausgehendes Turbulenzfeld zur Rumpfseite hin begrenzt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Wirbelgeneratoranordnung zu schaffen, die eine verbesserte und sich über einen größeren Flügelbereich erstreckende Wirkung aufweist.
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Die Aufgabe wird durch eine Wirbelgeneratoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wirbelgeneratoranordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Verkehrsflugzeugs mit einer an der jeweiligen Triebwerksgondel vorgesehenen Wirbelgeneratoranordnung nach dem heutigen Stand der Technik;
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2 in einer vergrößerten, perspektivischen Ansicht eine Draufsicht auf die Wirbelgeneratoranordnung des in 1 gezeigten Flugzeugs gemäß dem Stand der Technik; und
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3 eine perspektivische Ansicht des Tragflügels eines Flugzeugs mit daran angeordneten Triebwerken, vom Rumpf des Flugzeugs zum Flügelspitzenende hin gesehen, wobei an den Triebwerksgondeln jeweilige Wirbelgeneratoranordnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sind.
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In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht schräg von vorn ein Flugzeug aus der Airbus Baureihe A318 zu sehen, bei dem an den Triebwerksgondeln Wirbelgeneratoren nach dem Stand der Technik vorgesehen sind. Das Flugzeug verfügt über einen Tragflügel 1, welcher in üblicher Weise positiv, d. h. nach hinten gepfeilt ist. An der Vorderkante des Tragflügels 1 sind jeweilige Vorflügel 7 als auftriebserhöhende Elemente vorgesehen. Am Tragflügel 1 sind die Triebwerke des Flugzeugs beherbergende Triebswerksgondeln 2 angeordnet, welche unterhalb und typischerweise zu einem wesentlichen Teil vor der Flügelvorderkante befindlich sind. Die Triebwerksgondeln 2 sind über jeweilige Triebwerkspylone 13 strukturell an den Tragflügel 1 angeschlossen.
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An jeder Seite des Triebwerks, oder genauer gesagt, an der äußeren Oberfläche einer jeden Triebwerksgondel 2, ist jeweils ein einzelner Wirbelgenerator vorgesehen, nämlich ein Wirbelgenerator 3 an der dem Flugzeugrumpf zugewandten Innenseite der Triebwerksgondel 2 und ein weiterer Wirbelgenerator 6 an der vom Flugzeugrumpf abgewandten Außenseite der Triebwerksgondel 2.
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Wie die ausschnittsweise perspektivische Draufsicht in 2 von der Flügelspitze her in Richtung Rumpf gesehen zeigt, sind die Wirbelgeneratoren 3, 6 dazu vorgesehen, bei großen Anstellwinkeln des Flugzeugs, also im wesentlichen in der Startphase und in der Landephase, ein Wirbelfeld zu erzeugen, welches über den Tragflügel 1 und auch über den an der Flügelvorderkante vorgesehenen Vorflügel 7 strömt. Dieses Wirbelfeld besteht aus zwei Wirbeln 11, 12, die ein Abwindgebiet 10 induzieren, an welchem eine durch die Wirbeltätigkeit verursachte verstärkte Vermischung der Flügelgrenzschicht mit der Umgebungsströmung stattfindet.
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Die in 2 dargestellten Wirbelbahnen 11, 12 und das induzierte Abwindgebiet 10 sind eine vereinfachte, modellhafte Vorstellung, die tatsächlichen Strömungsverhältnisse dürften noch komplizierter sein. Ersichtlich jedoch ist, dass das durch die Wirbel 11, 12 induzierte Abwindgebiet 10 auf einen bezüglich der Spannweitenrichtung sehr engen Bereich in direkter Nähe des Pylons 13 begrenzt wirksam ist.
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In 3 ist eine Wirbelgeneratoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die sich an den Triebwerksgondeln 2 von zwei an jeder Flugzeugseite am Tragflügel 1 vorgesehenen Triebwerken 16, 17 eines vierstrahligen Verkehrsflugzeugs befinden.
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Der in 3 vom Flugzeugrumpf zur Flügelspitze hin sichtbare, an der Backbordseite des Flugzeugs befindliche Tragflügel 1 trägt an jeweiligen Pylonen 13 die besagten Triebwerksgondeln 2. Wie ersichtlich ist, sind die Triebwerksgondeln 2 des inneren bzw. äußeren Triebwerks 16 bzw. 17 bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel unter dem Tragflügel 1 und wesentlich vor der Flügelvorderkante 14 desselben angeordnet.
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An der inneren, also dem Flugzeugrumpf zugewandten Seite der Triebwerksgondeln 2 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweilige Wirbelgeneratoranordnungen vorgesehen, die aus mehreren Wirbelgeneratoren 3, 4, 5 bestehen, welche in einem gegenseitigen Abstand zueinander befindlich sind.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Wirbelgeneratoranordnungen an der besagten inneren Seite der Triebwerksgondel 2 des inneren Triebwerks 16 jeweils drei Wirbelgeneratoren 3, 4, 5, die, wie durch die Doppelpfeile dargestellt, relativ zueinander in Umfangsrichtung und/oder in Längsrichtung der Triebwerksgondel 2 beabstandet sind.
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Nahe dem Triebwerkspylon 13 und damit nahe der Mitte der Triebwerksgondel 2 ist ein erster Wirbelgenerator 3 vorgesehen, welcher eine erste Wirbelbahn 21 in Form eines über den Flügel 1 mit Vorflügel 7 strömenden Wirbels erzeugt. In Umfangrichtung der Triebwerksgondel 2 von dem ersten Wirbelgenerator 3 nach unten beabstandet, ist ein zweiter Wirbelgenerator 4 vorgesehen, welcher eine ähnliche Wirbelbahn 22 erzeugt, die bezüglich der Spannweitenrichtung des Tragflügels 1 jedoch deutlich nach innen, also zur Flugzeuglängsachse hin versetzt ist. Die beiden Wirbelgeneratoren 3, 4 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem deutlichen Abstand vom vorderen Ende 9 der Triebwerksgondel 2 nach hinten versetzt angeordnet, wie 3 zeigt.
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Weiter ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ein dritter Wirbelgenerator 5 vorgesehen, der bezüglich des Umfangs der Triebwerksgondel 2 zwischen dem ersten Wirbelgenerator 3 und dem zweiten Wirbelgenerator 4 und außerdem vor diesen, also näher zum vorderen Ende 9 der Triebwerksgondel 2 hin versetzt angeordnet ist. Dieser dritte Wirbelgenerator 5 erzeugt eine weitere Wirbelbahn 23, die ihrerseits bezüglich der Spannweitenrichtung des Tragflügels 1 zwischen der Wirbelbahn 21 des ersten Wirbelgenerators 3 und der Wirbelbahn 22 des zweiten Wirbelgenerators 4 befindlich ist.
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Allein durch die Anordnung der drei an der inneren Seite des inneren Triebwerks 16 vorgesehenen Wirbelgeneratoren 3, 4, 5 wird somit ein Strömungsfeld bestehend aus den drei in 3 gezeigten Wirbelbahnen 21, 22, 23 erzeugt, welches in Spannweitenrichtung des Tragflügels 1 über einen Bereich ausgedehnt ist, welcher wesentlich größer ist als der Bereich, über den sich die Wirbelbahn 11 des inneren Wirbelgenerators 3 bei der in 2 gezeigten herkömmlichen Anordnung erstreckt.
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An der Triebswerksgondel 2 des äußeren Triebwerks 17 ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine ähnliche Wirbelgeneratoranordnung bestehend aus entsprechenden Wirbelgeneratoren 3, 4, 5 vorgesehen. Diese erzeugen ähnliche Strömungsfelder wie die Wirbelgeneratoren 3, 4, 5 an der Triebwerksgondel 2 des inneren Triebwerks 16, welche aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit jedoch nicht eigens dargestellt sind.
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An der äußeren, also vom Flugzeugrumpf abgewandten, in 3 nicht sichtbaren Seite der Triebwerksgondeln 2 des inneren und/oder äußeren Triebwerks 16 bzw. 17 können jeweils ein oder ebenfalls mehrere Wirbelgeneratoren vorgesehen sein. Diese erzeugen ihrerseits Wirbelbahnen ähnlich den in 3 gezeigten Wirbelbahnen 21, 22, 23, bei ihrer Anordnung können die aufgrund der Flügelpfeilung anderen geometrischen Verhältnisse an der Außenseite der Triebwerksgondel 2 verglichen mit der Innenseite berücksichtigt werden. Die Wirbelgeneratoren können aber auch an beiden Seiten der Triebwerksgondel 2 symmetrisch angeordnet sein.
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Bei einem Flugzeug, welches an jeder Seite zwei Triebwerke 16, 17 aufweist, so wie bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, können jeweils an der Innenseite jeder Triebwerksgondel 2 sowohl des inneren Triebwerks 16 wie auch des äußeren Triebwerks 17 im wesentlichen gleiche Wirbelgeneratoranordnungen vorgesehen sein, wie es in 3 gezeigt ist, ggf. kann jedoch die Anordnung an der Triebwerksgondel 2 des äußeren Triebwerks 17 von der am inneren Triebwerk 16 abweichen, wenn sich dies aus der am jeweiligen Ort geltenden Geometrie von Tragflügel 1 und/oder Triebswerksgondel 2 ergibt.
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Gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können
- – an beiden Seiten der Triebwerksgondel 2 jeweils mehrere Wirbelgeneratoren vorgesehen sein;
- – an einer Seite der Triebwerksgondel 2 mehrere Wirbelgeneratoren und an der anderen Seite nur höchstens ein Wirbelgenerator vorgesehen sein.
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Bei Wirbelgeneratoranordnungen, bei denen nur an einer Seite der Triebwerksgondel 2 mehrere Wirbelgeneratoren vorgesehen sind, können diese mehreren Wirbelgeneratoren
- – an der Innenseite der Triebwerksgondel 2; oder
- – an der Außenseite der Triebwerksgondel 2 vorgesehen sein.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Wirbelgeneratoranordnung drei Wirbelgeneratoren 3, 4, 5, abweichend davon können jedoch auch nur zwei Wirbelgeneratoren vorgesehen sein, beispielsweise
- – zwei Wirbelgeneratoren an der Position 3 und 4; oder
- – zwei Wirbelgeneratoren an der Position 3 und 5; oder auch
- – zwei Wirbelgeneratoren an der Position 4 und 5.
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Es sind jedoch selbstverständlich auch andere als die drei in 3 gezeigten Positionen 3, 4, 5 möglich, die lediglich zum Zwecke des Beispiels dargestellt wurden, es ist auch möglich, eine größere Anzahl als drei Wirbelgeneratoren in einer Anordnung an einer Seite oder an beiden Seiten des Triebwerkspylons 2 vorzusehen. Eine geeignete Wahl läßt sich auf der Grundlage der beim jeweiligen Flugzeug gegebenen geometrischen Verhältnisse ermitteln.
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Wenn an der jeweils anderen Seite nur ein einzelner Wirbelgenerator vorgesehen ist, so kann dieser beispielsweise wie der einzelne Wirbelgenerator 3 oder 6 bei der in 2 gezeigten herkömmlichen Anordnung vorgesehen sein.
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Die Wirbelgeneratoren 3, 4, 5, 6 können insbesondere durch Flossen gebildet sein, die sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Triebwerksgondel 2 erstrecken und die so angeordnet sind, dass mit zunehmend größerem Anstellwinkel des Flugzeugs ein zunehmend stärkeres Wirbelfeld erzeugt wird. Die die Wirbelgeneratoren 3, 4, 5, 6 bildenden Flossen sind mit ihrer Fläche im wesentlichen radial zur Triebwerksgondel 2 angeordnet.
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Die Wirbelgeneratoren der erfindungsgemäßen Anordnung können bei der Neukonstruktion eines Flugzeugs konzipiert werden, oder ein bestehendes Flugzeug kann damit in vorteilhafter Weise nachgerüstet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tragflügel
- 2
- Triebwerksgondel
- 3, 4, 5
- Wirbelgenerator
- 6
- Wirbelgenerator
- 7
- Vorflügel
- 8
- Hinterkantenklappe
- 9
- vorderes Ende der Triebwerksgondel
- 10
- induziertes Abwindgebiet
- 11
- Wirbelbahn
- 12
- Wirbelbahn
- 13
- Pylon
- 14
- Flügelvorderkante
- 16
- inneres Triebwerk
- 17
- äußeres Triebwerk
- 21
- Wirbelbahn
- 22
- Wirbelbahn
- 23
- Wirbelbahn
