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Die Erfindung betrifft eine Triebwerksgondel eines Flugzeugs mit einer Wirbelgenerator-Anordnung.
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Im 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 die Außenseite 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.
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Nach der
US 4 540 143 A ist je nach Anwendungsfall an einer oder an beiden Seiten der Triebswerksgondel jeweils zumindest eine Kombination aus einem flossenförmigen Wirbelgenerator mit einem daran übergangslos anschließenden Grenzschicht-Zaun gleichförmiger Höhe vorgesehen. Durch solche Kombinationen von flossenförmigem Wirbelgenerator mit einem Grenzschicht-Zaun wird zum einen die Bildung eines bzw. mehrerer möglichst räumlich begrenzter Wirbel erreicht und zum anderen die Ausbreitung einer durch die vordere obere Kante der Triebswerksgondel auftretende und sich von dort über den Flügel erstreckende Strömungsablösung in Flügel-Spannweitenrichtung begrenzt, indem ein bzw. mehrere möglichst räumlich begrenzte Wirbel gebildet werden.
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Aus der
US 3 744 745 A ist bekannt, auf jeder Seite der Triebwerksgondel jeweils genau einen Wirbelgenerator vorzusehen. Dadurch soll eine Verstärkung des „Downwash”-Strömungsfelds erreicht werden.
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Bei verschiedenen Flugzeugtypen wie die A320, A340, B777, B737 ist bekannt, an der dem Rumpf zugewandten Seite des Triebwerks bzw. der Triebwerksgondel einen einzigen Wirbelgenerator vorzusehen. Auch ist von den Flugzeugtypen DC10, A321, A319, A318 bekannt, an jeder Seite des Triebwerks bzw. der Triebwerksgondel je einen einzelnen Wirbelgenerator vorzusehen. Ein Nachteil der bekannten Anordnung ist es, dass der von dem Wirbelgenerator erzeugte Wirbel aufgrund der räumlichen Charakteristik des Strömungsfeldes nur in einem bezüglich der Spannweitenrichtung sehr begrenzten Bereich, meist in unmittelbarer Nähe des Triebwerk-Pylons wirksam ist.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Wirbelgenerator-Anordnung zu schaffen, die den Auftrieb des Tragflügels insbesondere bei zunehmenden Anstellwinkeln verbessert.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen beschrieben.
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Nach der Erfindung ist eine Triebwerksgondel mit einer Anordnung von Wirbelgeneratoren vorgesehen, die derart gestaltet ist, dass mit dieser die Strömung an der Strömungs-Außenfläche des Gondel-Gehäuses quer zur Strömungs-Richtung in einem möglichst ausgedehnten Bereich verwirbelt wird.
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Nach der Erfindung soll keine Strömungsbeeinflussung auf der Basis von Strömungs-Störungen oder Strömungsablösungen erfolgen, die von der Vorderkante der Triebwerks-Gondel ausgehen, wie dies nach dem Stand der Technik vorgesehen ist. Vielmehr soll mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen die Strömung in einem in Spannweiten-Richtung möglichst ausgedehnten Bereich oberhalb des Tragflügels verwirbelt werden. Dadurch wird erfindungsgemäß die Grenzschicht in einem flächigen Bereich oberhalb des Tragflügels verändert. Überraschenderweise wird durch einen Flügel mit den erfindungsgemäßen Wirbelgeneratoren ein höherer Anstellwinkel und dadurch ein größerer Maximal-Auftrieb des Gesamtflügels erzieh.
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Eine Triebwerksgondel eines Flugzeugs weist ein Gondel-Gehäuse mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehrere flossenförmige Wirbelgeneratoren auf, die an einer der beiden Seiten des Gondel-Gehäuses und derart angeordnet sind, dass das von diesen insgesamt produzierte Wirbelfeld sich bei zunehmendem Anstellwinkel zur Verbesserung des Maximalauftriebs über einen in Spannweiten-Richtung zunehmenden Tragflügel-Bereich erstreckt.
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Unter Triebwerksgondel wird in diesem Zusammenhang eine Triebwerksgondel zur Aufnahme eines Triebwerks verstanden. Diese muss also das Triebwerk nicht aufweisen.
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Mit der ersten und der zweiten Seite sind die beiden in Bezug auf den Triebwerks-Pylon einander gegenüber liegenden Seiten des Gondel-Gehäuses, also jeweils die dem Flugzeug-Rumpf zugewandte und die dem Flugzeug-Rumpf abgewandte Seite gemeint.
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Durch das Vorsehen von flossenförmigen Wirbelgeneratoren wird die das Gondel-Gehäuse umströmende Luft in einem breiten Bereich verwirbelt. Die Flossenform der Wirbelgeneratoren ist dadurch gekennzeichnet, dass die vom Gondel-Gehäuse abstehende Außenkontur des Wirbelgenerators stetig und im gesamten Bereich zwischen Anfangspunkt und Endpunkt der Außenkontur steigend ausgebildet ist.
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Dabei können insbesondere die Wirbelgeneratoren auf der dem Rumpf zugewandten Seite des Gondel-Gehäuses angeordnet sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Triebwerksgondel vorgesehen, bei der an der zweiten der zwei Seiten des Gondel-Gehäuses zumindest ein flossenförmiger Wirbelgenerator angeordnet ist.
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Weiterhin kann nach einer Ausführungsform der Erfindung eine Triebwerksgondel vorgesehen sein, auf deren beiden Seiten des Gondel-Gehäuses mehrere flossenförmige Wirbelgeneratoren angeordnet sind.
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Bei der Anordnung von mehreren Wirbelgeneratoren auf einer Seite des Gondel-Gehäuses ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der vorderste Punkt eines ersten Wirbelgenerators innerhalb eines zwischen zwei Grenzlinien gelegenen Positionierungs-Korridors gelegen ist, wobei
- • die erste Grenzlinie als Anfangspunkt die Umfangsstelle der Triebwerksgondel mit dem Triebwerksgondel-Umfangswinkel phi = 35 Grad und der Triebwerksgondel-Längskoordinate X = L/4 hat,
- • die erste Grenzlinie als Endpunkt die Umfangsstelle der Triebwerksgondel 5 mit dem Triebwerksgondel-Umfangswinkel phi = 25 Grad und der Triebwerksgondel-Längskoordinate X = L·2/3 hat,
- • die zweite Grenzlinie als Anfangspunkt die Umfangsstelle der Triebwerksgondel mit dem Triebwerksgondel-Umfangswinkel phi = 90 Grad und der Triebwerksgondel-Längskoordinate X = L/4 hat,
- • die zweite Grenzlinie als Endpunkt die Umfangsstelle der Triebwerksgondel mit dem Triebwerksgondel-Umfangswinkel phi = 55 Grad und der Triebwerksgondel-Längskoordinate X = L·2/3 hat.
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Der erste Wirbelgenerator kann insbesondere der Wirbelgenerator mit der Position mit dem geringsten Winkel phi, also der jeweils oberste Wirbelgenerator sein.
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Die Grenzlinien sind dabei als entlang des Außenumfangs oder auf der Außenumfangsfläche der Triebwerksgondel verlaufende und kürzeste Linien zwischen jeweils seinem Anfangspunkt und seinem Endpunkt vorgesehen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der zweite Wirbelgenerator um den Triebwerks-Umfangswinkel von phi = 10 bis 30 Grad unterhalb des ersten Wirbelgenerators gelegen ist.
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Bei der Anordnung von zwei oder mehreren Wirbelgeneratoren kann vorgesehen sein, dass jeweils zwei jeweils nebeneinander liegende Wirbelgeneratoren in Längsrichtung überlappend angeordnet sind.
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Die Längsrichtung der Wirbelgeneratoren kann gegenüber der Längsachse der Triebwerksgondel um ein Delta-Theta = 0 bis 10 Grad geneigt sein.
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Jeder Wirbelgenerator hat in seinem Verbindungsbereich oder Verschneidungsbereich mit der Strömungs-Außenfläche des Gondel-Gehäuses eine sich in der Längsrichtung des Wirbelgenerators erstreckende Länge. Die Außenkontur des Wirbelgenerators, die von der Strömungs-Außenfläche absteht, kann so gestaltet sein, dass diese über dem Verbindungsbereich stetig steigend von der Strömungs-Außenfläche des Gondel-Gehäuses aus bis zu einer maximale Höhe am hinteren Ende des jeweiligen Wirbelgenerators verläuft.
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In einem besonderen Anwendungsfall kann die Außenkontur zumindest eines Wirbelgenerators als Gerade gebildet sein.
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Bei allen Ausführungsformen der vorgesehenen Wirbelgeneratoren kann das Verhältnis zwischen der Gesamtlänge LG und der maximalen Höhe HG des Wirbelgenerators zwischen 1,4 und 3,6 betragen. Dabei oder zusätzlich kann die Gesamtlänge LG des Wirbelgenerators bezogen auf die Länge der Triebwerksgondel zwischen 0,1 und 0,15 betragen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Wirbelgenerators kann vorgesehen sein, dass die von der Strömungs-Außenfläche abstehende Außenkontur des Wirbelgenerators in Bezug auf den Verlauf des Verbindungsbereichs in Längsrichtung des Wirbelgenerators durch die Funktion Y = HG • [1 – (LG – X)2/LG2] definiert ist, mit:
- • X als Längskoordinate des Wirbelgenerators mit einer Gesamtlänge LG des Wirbelgenerators,
- • Y als Höhenkoordinate des Wirbelgenerators mit einer maximalen Höhe HG des Wirbelgenerators gegenüber der Strömungs-Außenfläche (A) an der Längskoordinate X = LG,
wobei sich die von der Strömungs-Außenfläche abstehende Außenkontur in einem Bereich von ±10% des sich durch die Funktion ergebenden Y-Wertes gelegen ist.
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Generell können die Wirbelgeneratoren bildenden Flossen mit ihrer Fläche radial zur Triebwerksgondel angeordnet sein.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, die zeigen;
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1 eine perspektivische Ansicht eines Verkehrsflugzeugs mit einer an der jeweiligen Triebwerksgondel vorgesehenen Wirbelgeneratoranordnung nach dem Stand der Technik;
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2 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Flügels mit einer Triebwerksgondel mit einer Wirbelgenerator-Anordnung nach dem Stand der Technik, bei der zusätzlich der nach dem Stand der Technik bewirkte aerodynamische Effekt dargestellt ist;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Tragflügels eines Flugzeugs mit daran angeordneten Triebwerken in der vom Rumpf des Flugzeugs zum Flügelspitzen-Ende verlaufenden Blickrichtung, wobei an den Triebwerksgondeln jeweils Wirbelgenerator-Anordnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sind;
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4 eine perspektivische Ansicht einer Triebwerksgondel mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Anordnung von zwei Wirbel-Generatoren an einer Seite derselben, wobei in dieser Darstellung nur die Wirbelgeneratoren einer ersten Seite des Gondel-Gehäuses dargestellt sind;
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5 eine Seitenansicht der Triebwerksgondel nach der 4 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung von zwei Wirbel-Generatoren;
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6 ein Diagramm zur Beschreibung von geometrischen Bestimmungsmerkmalen der Gestalt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß vorgesehenen Wirbelgenerators.
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In der 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Flugzeug schräg von vorn gesehen dargestellt, an dessen Triebwerksgondeln Wirbelgeneratoren nach dem Stand der Technik vorgesehen sind. Das Flugzeug verfügt über einen Tragflügel 1, an dessen Vorderkante des Tragflügels 1 jeweilige Vorflügel 7 als auftriebserhöhende Elemente vorgesehen. Am Tragflügel 1 sind weiterhin jeweils ein Triebwerk aufnehmende Triebswerksgondeln 2 angeordnet, welche unterhalb der Flügel-Vorderkante angeordnet sind. Die Triebwerksgondeln 2 sind über jeweilige Triebwerkspylone 13 strukturell an den Tragflügel 1 angeschlossen.
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Wie die ausschnittsweise perspektivische Draufsicht in der 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 der 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. Die Wirbelgeneratoren nach dem Stand der Technik sind derart angeordnet und gestattet, dass mit diesen eine Beeinflussung von Strömungsstörungen oder Strömungsablösungen erfolgt, die von der Vorderkante der Triebwerks-Gondel oder von der Verschneidung des Pylons mit dem Flügel ausgelöst werden. Demgemäß sollen nach dem Stand der Technik die von den Wirbelgeneratoren erzeugten Wirbel lokal begrenzt und in einem möglichst engen sich quer zur Strömungsrichtung erstreckenden Bereich wirken.
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Nach der Erfindung (mit einem Blick in die 4) ist auf zumindest einer Seite S1, S2 eines Gondelgehäuses 19 eine Anordnung mehrerer Wirbelgeneratoren vorgesehen, die derart vorgesehen ist, dass mit dieser die Strömung an der Strömungsaußenfläche quer zur Strömungsrichtung in einem möglichst ausgedehnten Bereich flächig verwirbelt wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von mehreren Wirbelgeneratoren an zumindest einer Seite der Triebwerksgondel 20 wird ein entsprechend breiter Bereich oberhalb des Tragflügels verwirbelt. Durch die insgesamt an einer Triebwerksgondel angeordneten Wirbelgeneratoren wird insbesondere eine Verwirbelung der Grenzschicht an der Oberseite des Tragflügels in einem Bereich bewirkt, der quer zur Strömungsrichtung gesehen breiter ist als die Triebwerksgondel. Durch diese Maßnahme werden mit demselben Flügel ein höherer Anstellwinkel und dadurch ein größerer Maximalauftrieb des Gesamtflügels erzielt.
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Gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können
- • an einer Seite der Triebwerksgondel 20 mehrere Wirbelgeneratoren und an der anderen Seite kein Wirbelgenerator oder nur höchstens ein Wirbelgenerator angeordnet sein,
oder alternativ dazu:
- • an beiden Seiten der Triebwerksgondel 20 jeweils mehrere Wirbelgeneratoren angeordnet n sein.
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Bei Wirbelgeneratoranordnungen, bei denen nur an einer Seite der Triebwerksgondel 20 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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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß vorgesehenen Wirbelgenerator-Anordnung ist in der 3 dargestellt, die einen Tragflügel 1 eines vierstrahligen Verkehrsflugzeugs zeigt, an dem zwei Triebwerksgondeln 20 zur Aufnahme jeweils eines Triebwerks angeschlossen sind. Der in der 3 vom Flugzeugrumpf zur Flügelspitze hin sichtbare Tragflügel 1 ist an der Backbordseite des Flugzeugs angeordnet. Die Triebwerksgondeln 2 sind über jeweils einen Pylon 13 an dem Tragflügel 1 angeschlossen. Wie ersichtlich ist, sind die Triebwerksgondeln 2 des inneren bzw. äußeren Triebwerks bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel unter dem Tragflügel 1 und derart angeordnet, dass deren der Strömungsrichtung entgegen gerichteten Vorderseite 30 in der Strömungsrichtung gesehen wesentlich vor der Vorderkante 14 des Tragflügels 1 gelegen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der inneren, also dem Flugzeugrumpf zugewandten Seite der Triebwerksgondeln 20 drei Wirbelgeneratoren 21, 22, 23 angeordnet, welche voneinander in der Längsrichtung RL und der Umfangsrichtung RU der Triebwerksgondel 20 beabstandet sind.
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In diesem Zusammenhang ist die Umfangsrichtung RU der Triebswerksgondel durch den Winkel phi definiert, der um eine Längsachse AG des Gehäuses 19 der Triebwerksgondel 20 verläuft. Dabei kann die Längsachse AG insbesondere als die Verbindungslinie aller Flächenschwerpunkte des Gondel-Gehäuses 19 definiert sein. Auch kann die Längsachse AG identisch mit der Rotationsachse des Triebswerks sein. Der Winkel phi hat den Wert Null an der Stelle einer Hochachse BG des Gehäuses 19. Die Hochachse BG kann insbesondere mit der Hochachse des Flugzeugs oder der Flügel-Dickenrichtung identisch sein. Weiterhin kann die Hochachse BG des Gehäuses 19 insbesondere derart definiert sein, dass diese die Längsachse AG und eine Mittelachse MP des Pylons schneidet. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Hochachse AG in dem jeweils betrachteten Querschnitt des Gehäuses 19 gelegen ist, der die Längsachse AG an der betreffenden Stelle schneidet.
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Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf der ersten oder dem Flugzeugrumpf zugewandten Seite S1 des Gehäuses 19 der Triebwerksgondel 20 nahe dem Triebwerkspylon 13 und damit nahe der Mitte der Triebwerksgondel 20 ein erster Wirbelgenerator 21 vorgesehen, welcher einen ersten Wirbel oder eine erste Wirbelbahn 21a erzeugt, die über den Flügel 1 und gegebenenfalls dessen Vorflügel 7 verläuft. In Umfangrichtung RU der Triebwerksgondel 2 von dem ersten Wirbelgenerator 3 nach unten oder in Umfangsrichtung RU beabstandet, d. h. an einer größeren Winkelstellung phi, ist ein zweiter Wirbelgenerator 22 vorgesehen, welcher eine ähnliche Wirbelbahn 22a erzeugt, die bezüglich der Spannweitenrichtung SW des Tragflügels 1 jedoch deutlich nach innen, also zur Flugzeuglängsachse hin versetzt ist. Die beiden Wirbelgeneratoren 21, 22 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem deutlichen Abstand vom vorderen Ende 9 der Triebwerksgondel 2 nach hinten, also in Strömungsrichtung versetzt angeordnet, wie aus der 3 hervorgeht.
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Weiter ist bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ein dritter Wirbelgenerator 23 vorgesehen, der bezüglich der Umfangsrichtung UR der Triebwerksgondel 20 zwischen dem ersten Wirbelgenerator 21 und dem zweiten Wirbelgenerator 22 und außerdem vor diesen, also näher zum vorderen Ende 9 der Triebwerksgondel 20 hin versetzt angeordnet ist. Dieser dritte Wirbelgenerator 23 erzeugt eine weitere Wirbelbahn 23a, die ihrerseits bezüglich der Spannweitenrichtung SW des Tragflügels 1 zwischen der Wirbelbahn 21a des ersten Wirbelgenerators 21 und der Wirbelbahn 22a des zweiten Wirbelgenerators 22 verläuft.
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Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind weiterhin auf der zweiten oder dem Flugzeugrumpf abgewandten Außenseite S2 des Gehäuses mehrere, also zumindest zwei Wirbelgeneratoren angeordnet.
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Durch die Anordnung der Wirbelgeneratoren und z. B. der drei an der ersten Seite S1 des Gehäuses 19 der inneren Triebwerksgondel 20 vorgesehenen Wirbelgeneratoren 21, 22, 23 zusammen mit den an der zweiten Seite desselben Gehäuses 19 angeordneten Wirbelgeneratoren wird ein Strömungsfeld aus einer Mehrzahl von Wirbelbahnen u. a. mit den drei in der 3 gezeigten Wirbelbahnen 21a, 22a, 23a 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 Wirbelgenerator-Anordnung mit ebenfalls drei Wirbelgeneratoren 21, 22, 23 vorgesehen. Diese erzeugen ähnliche Strömungsfelder wie die Wirbelgeneratoren an der weiter zum Rumpf hin oder innen liegenden Triebwerksgondel 20, welche aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit jedoch nicht eigens dargestellt sind.
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An der äußeren, also vom Flugzeugrumpf abgewandten, in der 3 nicht sichtbaren Seite der inneren und/oder äußeren Triebwerksgondeln 2 sind jeweils mehrere Wirbelgeneratoren vorgesehen. Diese erzeugen ihrerseits Wirbelbahnen ähnlich den in der 3 gezeigten Wirbelbahnen 21, 22, 23. Bei der Anordnung von Wirbelgeneratoren auf der jeweils zweiten Seite S2 des Gondelgehäuses 19 können diese anders als die an der ersten Seite S1 desselben Gondelgehäuse 19 angeordneten Wirbelgeneratoren angeordnet sein. Dabei kann insbesondere das aufgrund der Flügelpfeilung gegenüber der ersten Seite S1 veränderte geometrische Verhältnis an der zweiten Seite S2 des Gondelgehäuses 19 berücksichtigt werden. Die Wirbelgeneratoren einer Seite S1 des Gondelgehäuses 19 können aber auch symmetrisch zu Wirbelgeneratoren (wenn die Anzahl der Wirbelgeneratoren auf den Seien S1, S2 unterschiedlich sind) oder zu den Wirbelgeneratoren an der zweiten Seite S2 desselben Gondelgehäuses 19 und umgekehrt angeordnet sein.
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Wenn die beiden Seiten S1, S2 eines Gondelgehäuses 19 betrachtet werden, kann also auf diesen Seiten S1, S2 die gleiche Anzahl von Wirbelgeneratoren oder eine unterschiedliche Anzahl von Wirbelgeneratoren vorgesehen sein. Auch kann auf diesen Seiten S1, S2, je nach Anwendungsfall, die Anordnung von zwei oder mehr als zwei Wirbelgeneratoren gleich oder unterschiedlich sein.
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Die Erfindung ist anwendbar auf Flugzeuge mit einem oder mehreren Triebwerken bzw. Gondel-Gehäusen auf jeder Seite des Flugzeugs bzw. an jedem Tragflügel 1. Bei einem Flugzeug, welches, wie es mit dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, an jeder Seite zwei Triebwerke bzw. Gondel-Gehäuse 19 aufweist, kann jedes Gondel-Gehäuses 19, also sowohl des inneren Gondel-Gehäuses wie auch des äußeren Gondel-Gehäuses, jeweils an dessen erster Seite S1 im Vergleich zu dessen zweiter Seite S2 in Anordnung und/oder Anzahl gleiche oder ähnliche Wirbelgenerator-Anordnungen vorgesehen sein. Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auf den ersten Seiten S1 des inneren wie auch des äußeren Gondel-Gehäuses 19 dieselbe Anzahl und dieselbe Anordnung von Wirbelgeneratoren 21, 22, 23 vorgesehen. Je nach dem Anwendungsfall kann jedoch die Anordnung an der Triebwerksgondel 2 des äußeren Triebwerks 17 von der am inneren Triebwerk 16 abweichen.
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Es sind jedoch selbstverständlich auch andere als die drei in 3 gezeigten Positionen, die lediglich zum Zwecke des Beispiels dargestellt sind, von Wirbelgeneratoren 21, 22, 23 vorgesehen sei können. Es ist auch möglich, eine größere Anzahl als drei Wirbelgeneratoren in einer Anordnung an einer Seite oder an beiden Seiten des Gondel-Gehäuses 19 vorzusehen. Eine geeignete Wahl lässt sich auf der Grundlage der beim jeweiligen Flugzeug gegebenen geometrischen Verhältnisse und aerodynamischen Gestaltung ermitteln.
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Bei den in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen für Triebwerksgondeln sind jeweils zwei Wirbelgeneratoren auf der ersten Seite S1 angeordnet. Erfindungsgemäße Ausführungsformen für die Anordnung von Wirbelgeneratoren werden an Hand dieser Darstellung beschrieben:
In einem Ausführungsbeispiel kann der vorderste geometrische Punkt eines Wirbelgenerators innerhalb eines zwischen zwei Grenzlinien gelegenen Positionierungs-Korridors K31 platziert sein, wobei
- • die erste Grenzlinie 51 als Anfangspunkt 51a die Umfangsstelle der Triebwerksgondel mit dem Triebwerksgondel-Umfangswinkel phi = 35 Grad und der Triebwerksgondel-Längskoordinate X = L/4 hat,
- • die erste Grenzlinie 51 als Endpunkt 51b die Umfangsstelle der Triebwerksgondel mit dem Triebwerksgondel-Umfangswinkel phi = 25 Grad und der Triebwerksgondel-Längskoordinate X = L·2/3 hat,
- • die zweite Grenzlinie 52 als Anfangspunkt 52a die Umfangsstelle der Triebwerksgondel mit dem Triebwerksgondel-Umfangswinkel phi = 90 Grad und der Triebwerksgondel-Längskoordinate X = L/4 hat,
- • die zweite Grenzlinie 52 als Endpunkt 52b die Umfangsstelle der Triebwerksgondel mit dem Triebwerksgondel-Umfangswinkel phi = 55 Grad und der Triebwerksgondel-Längskoordinate K = L·2/3 hat.
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Die Grenzlinie ist dabei jeweils die am Außenumfang der Triebwerksgondel verlaufende und kürzeste Linie zwischen jeweils seinem Anfangspunkt und seinem Endpunkt. Als Triebwerksgondel-Längskoordinate KL wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine Koordinate verstanden, die entlang der Längsachse AG des Gondelgehäuses verläuft, wobei sich die Längskoordinate KL eines Punktes auf der Außenfläche des Gondelgehäuses durch die durch diesen verlaufende und durch die Längsachse AG definierte Vertikalebene ergibt. Der Anfangspunkt der Längskoordinate KL kann insbesondere der Schnittpunkt der Längsachse AG mit der Fläche sein, in der die Randlinie des vorderen Endes 30a des Gondelgehäuses liegt. Der Anfangspunkt der Längskoordinate KL ist der Schnittpunkt de Eintrittsebene des Gondel-Gehäuses 19 mit der Längsachse AG.
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Dieser Korridor K31 ist für den vordersten geometrischen Punkt P1 (Umfangsrichtungs-Position RU1) des ersten oder in Bezug auf die Umfangsrichtung RU obersten Wirbelgenerators 31 vorgesehen, der also die Position mit dem kleinsten Winkel phi hat. Der zweite Wirbelgenerator 32 ist um den Triebwerks-Umfangswinkel von phi = 10 bis 30 Grad in Umfangsrichtung RU unterhalb des ersten Wirbelgenerators gelegen.
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Bei einer Anordnung von zwei Wirbelgeneratoren auf einer Seite S1, S2 eines Gondelgehäuses ist in einem Ausführungsbeispiel die gesamte Ausdehnung der Kombination oder Anordnung von Wirbelgeneratoren in der Umfangsrichtung RU nicht größer als Delta-PH1 = 30°. Auch sind in einem anderen Ausführungsbeispiel zwei im Umfangsrichtung UR benachbarte Wirbelgeneratoren nicht weiter als Delta-PHI = 30° voneinander entfernt. In diesem Fall kann auch die Längsausdehnung der Kombination durch Überlappung der Wirbelgeneratoren in der Längskoordinate KL begrenzt werden.
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In Bezug auf die Längskoordinate KL können jeweils zwei Wirbelgeneratoren in ihrer Längsrichtung überlappend angeordnet sein. Dies kann insbesondere auf die beiden in der Umfangrichtung RU benachbarten Wirbelgeneratoren zutreffen. Die Überlappung beträgt insbesondere bis zu 50% der Längserstreckung des jeweils vorderen Wirbelgenerators. Auch können jeweils zwei und insbesondere die beiden in der Umfangrichtung RU benachbarten Wirbelgeneratoren in Bezug auf die Längskoordinate KL beabstandet sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Abstand nicht mehr als 50% der Längserstreckung des jeweils vorderen Wirbelgenerators.
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Diese Maßgaben gelten auch für die Anordnung von mehr als zwei Wirbelgeneratoren auf einer Seite S1, S2 des Gondelgehäuses für jeweils zwei Wirbelgeneratoren. Dabei müssen nicht die jeweils in der Längskoordinate KL oder der Umfangsrichtung RU jeweils benachbarten Wirbelgeneratoren in Bezug genommen werden.
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In dem in der 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Wirbelgenerator 32 unterhalb des ersten Wirbelgenerators 31 angebaut, wobei die X-Koordinate seines Nasenpunktes P2 (Umfangsrichtungs-Position RU2) in Längsrichtung des Gondelgehäuses 19 mit dem Ende E des ersten Wirbelgenerators zusammenfällt (±10% der Länge des Wirbelgenerators) und somit bei etwa ½ Gondellänge liegt. Der radiale Winkel des zweiten Generators beträgt hier PHI = 75°.
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Abhängig von der speziellen Flugzeuggeometrie kann der vordere Punkt P des ersten Wirbelgenerators 31 auch weiter stromab in dem Korridor K31 liegen. Dadurch liegt der erste Wirbelgenerator in einem Bereich der Gondel 20, der bei großen Flugzeuganstellwinkeln eine starke Aufwärtsströmung erfährt und somit einem starken lokalen Anstellwinkel ausgesetzt wird. Dies ist bei einer deutlich seitlichen Lage (PHI >= 45°) der Fall, wobei Rücklagen größer 2/3 der Länge L der Triebwerksgondel 20 weniger in Frage kommen.
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Der vorderste Wirbelgenerator soll nicht an einer Stelle gelegen sein, die weniger als ¼ der Länge L der Triebwerksgondel von dem Anfangspunkt der Längskoordinate KL gelegen ist.
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Die Wirbelgeneratoren sind flossenförmig gebildet und weisen einen Verbindungsbereich V auf, mit dem diese strukturell in die Strömungs-Außenfläche A des Gondel-Gehäuses 19 übergehen. Weiterhin haben die Wirbelgeneratoren eine sich in der Längsrichtung des Wirbelgenerators erstreckende Länge LG, die insbesondere durch die Länge des Verbindungsbereichs und deren Schnittlinie mit einer Mittelebene des Wirbelgenerators gegeben ist. Die Längsrichtung des Wirbelgenerators verläuft von der der Strömung zugewandten Seite zu der dieser entgegen gesetzten Seite. Eine Mittelebene des Wirbelgenerators ergibt sich durch die Flächenschwerpunktlinien der Querschnitte des Wirbelgenerators quer zur Strömungsrichtung. Weiterhin weist jeder Wirbelgenerator eine von der Strömungs-Außenfläche A des Gondel-Gehäuses 19 abstehende Außenkontur K auf.
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Erfindungsgemäß verläuft die Außenkontur K eines Ausführungsbeispiel des Wirbelgenerators über dem Verbindungsbereich V stetig steigend von der Strömungs-Außenfläche A des Gondel-Gehäuses aus bis zu einer maximalen Höhe HG am hinteren Ende des jeweiligen Wirbelgenerators verläuft (Linie K2 in der 6).
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Die Außenkontur K eines Wirbelgenerators kann auch als Gerade gebildet sein (Linie K3 in der 6).
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Alternativ kann die Außenkontur K eines Wirbelgenerators kann auch als Viertel-Ellipse gebildet sein (Linie K1 in der 6).
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Weiterhin kann die von der Strömungs-Außenfläche A abstehende Außenkontur K des Wirbelgenerators in Bezug auf den Verlauf des Verbindungsbereichs (V) in Längsrichtung X des Wirbelgenerators durch die Funktion Y = HG·[1 – (LG – X)2/LG2] definiert ist, mit:
- • X als Längskoordinate des Wirbelgenerators mit einer Gesamtlänge LG des Wirbelgenerators,
- • Y als Höhenkoordinate des Wirbelgenerators mit einer maximalen Höhe HG des Wirbelgenerators gegenüber der Strömungs-Außenfläche A an der Längskoordinate X = LG,
wobei sich die von der Strömungs-Außenfläche A abstehende Außenkontur K1 in einem Bereich von ±10% des sich durch die Funktion ergebenden Y-Wertes gelegen ist.
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Jeder der Wirbelgeneratoren an einem Gondelgehäuse 19 kann insbesondere nach einer dieser Ausführungsformen gebildet sein. insbesondere können die Wirbelgeneratoren einer Seite S1, S2 eines Gondel-Gehäuses gleiche Gestalt aufweisen.
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Das Verhältnis ,Länge des Wirbelgenerators/Gondellänge' beträgt typischerweise ca. 10% bis 15%, ist allerdings ebenfalls individuell vom Anwendungsfall abhängig.
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Eine Triebwerksgondel ist unterhalb und vor einem Tragflügel angebaut. Der Durchstoßpunkt der Triebwerksachse durch die Austrittsebene der Fan-Strömung liegt in der Draufsicht etwa an der Vorderkante des Tragflügels (nicht direkt in den Figuren erkennbar).
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Die Längsrichtung der Wirbelgeneratoren gegenüber der Längsachse der Triebwerksgondel kann insbesondere um ein Delta-Theta = 0 bis 10 Grad geneigt sein. Dabei ist die Neigung des Wirbelgenerators derart vorgesehen, dass das hintere Ende des Wirbelgenerators relativ zur Triebwerksachse oberhalb seines Nasenpunkts liegt. Die Längsneigung des Wirbelgenerators ist so gewählt, daß im Reiseflug ein möglichst geringer Luftwiderstand erzielt wird.
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Die an den Wirbelgeneratoren erzeugten Wirbel werden von der Umströmung der Triebwerk-Flügel-Kombination über den Flügel geführt. Dabei entscheiden die absolute Lage des ersten Wirbelgenerators sowie die relativen Lagen weiterer Wirbelgeneratoren zu dem ersten über die gewünschte spannweitige Ausbreitung der ,Wirbelschleppe' und somit über die Wirkung auf den Maximalauftrieb.
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Die Anpassung der Positionierung der Wirbelgeneratoren im Windkanal kann insbesondere durch Messung der Wirbelpositionen über dem Flügel (Nachlaufmessungen) interaktiv durchgeführt werden. Auch Strömungs-Berechnungen können durch Bestimmung des globalen Strömungsfelds und somit der potentiellen Wirbellagen schon vor Windkanalversuchen zur Optimierung benutzt werden.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Wirbelgeneratoren sind in der Gestalt von Flossen gebildet. Diese können sich in Bezug auf die Längsachse des Gondelgehäuses AG parallel zu dieser Längsachse AG oder winklig zu dieser Längsachse AG der Triebwerksgondel 2 erstrecken. Die Gestalt und Lage der einzelnen Wirbelgeneratoren ist so vorgesehen, dass mit zunehmend größerem Anstellwinkel des Flugzeugs ein zunehmend stärkeres Wirbelfeld erzeugt wird. Die Wirbelgeneratoren sind insbesondere als Flossen ausgebildet, wobei deren Längsebene oder Mittelebene oder Symmetrie-Ebene radial oder winklig zur radialen Richtung des Gondelgehäuses in Bezug auf die Längsachse Ag desselben angeordnet sein.
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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. Insbesondere können die Wirbelgeneratoren einstückig oder einteilig mit dem Gondel-Gehäuse 19 oder als auf dem Gondel-Gehäuse anbringbares Teil ausgebildet sein.
