DE102009060326A1

DE102009060326A1 - Hochauftriebssystem für ein Flugzeug

Info

Publication number: DE102009060326A1
Application number: DE102009060326A
Authority: DE
Inventors: Burkhard 28816 Gölling
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-30
Also published as: WO2011076425A3; EP2516260A2; US8690107B2; CA2784859A1; EP2516260B1; US20130009015A1; WO2011076425A2; CN102781776A; CN102781776B

Abstract

Hochauftriebssystem mit einem Hauptflügel und Stellklappen sowie Lagervorrichtungen für die Lagerung der Stellklappen und Verstellvorrichtungen für die Verstellung der Stellklappen, wobei die jeweilige Lagervorrichtung und/oder Verstellvorrichtung zumindest teilweise mit einer Verkleidung versehen sind, aufweisend eine Strömungsbeeinflussungsvorrichtung zur Beeinflussung der Umströmung des Hochauftriebssystems mit wenigstens einer Einlassleitung mit zumindest einem Einlass, welcher sich an oder unterhalb der Unterseite des Hochauftriebssystems befindet, wobei weiter wenigstens eine Auslassleitung für Luft vorgesehen ist, welche in fluidkommunizierender Verbindung mit der Einlassleitung steht, und zumindest einen Auslass aufweist, welcher sich an der Oberseite im Bereich wenigstens einer Stellklappe des Hochauftriebssystems befindet

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochauftriebssystem mit einem Hauptflügel und Stellklappen sowie Lagervorrichtungen für die Lagerung der Stellklappen und Verstellvorrichtungen für die Verstellung der Stellklappen sowie einer Strömungsbeeinflussungvorrichtung zur Beeinflussung der Umströmung des Hochauftriebssystems.
Derartige Hochauftriebssysteme mit Strömungsbeeinflussungsvorrichtungen sind bekannt und werden in ihrer einfachsten Form als Spalt zwischen einer Stellklappe des Hochauftriebssystems und dem Hauptflügel realisiert. Durch diesen Spalt kann in bestimmten Flugsituationen eine definierte Luftmenge von der Unterseite des Hochauftriebssystems auf die Oberseite des Hochauftriebsystems, insbesondere der Stellklappe gelangen. Bei besonderen Flugsituationen, beispielsweise im Langsamflug während des Lande- oder Startvorganges, kann ein Abreißen der Strömung auf der Stellklappe in solchen Flugsituationen vermieden oder verringert werden. Problematisch bei den bekannten Hochauftriebssystemen ist, dass die Zufuhr von Luft auf die Oberseite des Hochauftriebssystems über den Spalt relativ ungenau und vor allem ungesteuert erfolgt. Sie ist abhängig von der aktuellen Flugsituation und beispielsweise Böen. Darüber hinaus ergibt sich die Spaltgeometrie im Zusammenhang mit der notwendigen aerodynamischen Geometrie des gesamten Hochauftriebssystems in unterschiedlichen Flugsituationen. Beispielsweise entsteht der Spalt durch das Ausfahren einer Hinterkantenklappe als sogenannte Landeklappe. Im eingefahrenen Zustand ist demnach kein Spalt vorhanden und es ist demnach auch nicht möglich, die Strömung oberhalb des Hochauftriebssystems mit einem Luftstrom von der Unterseite des Hochauftriebssystems zu versorgen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Probleme bekannter Systeme zu lösen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Hochauftriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Hochauftriebssystem weist einen Hauptflügel und Stellklappen sowie Lagervorrichtungen für die Lagerung der Stellklappen und Verstellvorrichtungen für die Verstellung der Stellklappen auf, wobei die jeweilige Lagervorrichtung und/oder Verstellvorrichtung zumindest teilweise mit einer Verkleidung versehen sind. Weiter ist eine Strömungsbeeinflussungsvorrichtung zur Beeinflussung der Umströmung des Hochauftriebssystems vorgesehen, welche wenigstens eine Einlassleitung mit zumindest einem Einlass, welcher sich an oder unterhalb der Unterseite des Hochauftrittssystems befindet und weiter wenigstens eine Auslassleitung für Luft aufweist, welche in fluidkommunizierender Verbindung mit der Einlassleitung steht und zumindest einen Auslass aufweist. Dieser Auslass befindet sich an der Oberseite des Hochauftriebsystems im Bereich wenigstens einer Stellklappe des Hochauftriebssystems. Dabei ist unter dem Begriff ”Bereich” sowohl die Fläche der jeweiligen Stellklappe selbst an der Oberseite des Hochauftriebssystems, als auch ein Bereich um diese Fläche der Stellklappe herum zu verstehen. Der Bereich kann dabei bis zu 60% der Ausprägung der entsprechenden Stellklappe in Klappentiefenrichtung auf dem benachbarten Teil des Hochauftriebssystems, insbesondere auf dem Hauptflügel ausmachen. Damit ist eine Beeinflussung der Strömung nicht nur auf der jeweiligen Stellklappe, sondern bereits im in Flugrichtung gesehen vor dieser Stellklappe gelegenen Bereich möglich. Damit kann auch bei einer verzögerten Auswirkung der Strömungsbeeinflussung, im Hinblick auf die Flugrichtung, diese auf der Stellklappe, also im Vereich der Strömungsablösung, durchgeführt werden. Weiter ist für den Einlass eine Einlassschließvorrichtung vorgesehen und diese Einlassschließvorrichtung ist mit der Verstellvorrichtung für die Verstellung wenigstens einer Stellklappe mittels einer Kopplung zwangsgekoppelt.
Dabei kann die Einlassschließvorrichtung unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen. Beispielsweise ist das Vorsehen einer Blende oder einer Klappe möglich. Auch die Ausgestaltung als Rosettenverschluss ist denkbar. Neben rein mechanischen Ausführungsformen sind auch deformierbare Materialen, insbesondere hinsichtlich Deformationen im elastischen Bereich, denkbar um die Einlassschließvorrichtung zu bilden. Auch die Kopplung kann unterschiedlich ausgebildet sein. So ist beispielsweise eine rein mechanische Kopplung genauso möglich, wie eine Kopplung über elektronische und/oder elektromechanische Bauelemente. Die Kopplung ist vorzugsweise dezentral ausgebildet, dass bedeutet in das System der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung integriert. Auf diese Weise entsteht ein kompaktes System geringer Komplexität. Neben der Komplexitätseinsparung kann auf diese Weise auch auf zusätzlich Verkabelung durch die Anbindung an weitere Regelkreise oder sogar mechanische Kinematiken oder Aktuatoren verzichtet werden. Ein solches System ist darüber hinaus sehr robust, also mit einer geringen Fehleranfälligkeit ausgestattet.
Somit ist es mit einer erfindungsgemäßen Kopplung möglich, dass die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung exakt die zur jeweiligen Konfiguration der Stellklappe passende Wirkungsweise durchführt. So kann während dem Ausfahren der Stellklappe beispielsweise in die Position für den Startvorgang des Flugzeuges parallel und kontinuierlich auch die Einlassschließvorrichtung geöffnet werden um für die Situation bei fertig für den Start konfigurierter Stellklappe zeitgleich auch die korrekte Wirkungsweise der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung zu erhalten. Die Kopplung bildet also den logischen Zusammenhang zwischen der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung und der Stellklappe nach. Diese Nachbildung kann sowohl mittels mechanisch wirkender Aktuatoren oder mittels elektrischer und/oder elektronischer Wirkung ausgeführt sein. So kann eine Kombination aus Sensoren, Signalleitungen und Elektromotoren zum Beispiel diesen logischen Zusammenhang herstellen.
Unter dem Begriff „Oberseite des Hochauftriebssystems” ist dabei der Bereich des Hochauftriebssystems zu verstehen, welcher bestimmungsgemäß, also zum Beispiel im Reiseflug, mit dem Saugbereich, bzw. dem Unterdruckbereich im Kontakt steht. Die „Unterseite des Hochauftriebssystem” ist demnach zu verstehen als im bestimmungsgemäßen Kontakt mit dem Druckbereich.
Bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem kann es von Vorteil sein, wenn die Zwangskopplung zwischen Einlassschließvorrichtung und Verstellvorrichtung eine mechanische Kopplung aufweist. Die mechanische Zwangskopplung kann beispielsweise über die Verwendung einer Hebelkinematik erfolgen, Auch die Verwendung von Gelenkstangen oder Seilzügen ist möglich. Insbesondere für translatorische Bewegungen entlang einer Geraden kann auch eine Kopplung mittels eines Teleskopmechanismus erfolgen. Die mechanische Kopplung kann auch dadurch erfolgen, dass der Einlass der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung sich von einer den Einlass abdeckenden Einlassschließvorrichtung weg bewegt. So kann beispielsweise die Einlassschließvorrichtung ein fester, also unbeweglicher Bestandteil der Verkleidung sein, während der Einlass sich gemeinsam mit der Einlassleitung von der Einlassschließvorrichtung weg bewegen kann und sich der Einlass damit öffnet. Auch diese Ausführung fällt im Sinne der vorliegenden Erfindung unter den Begriff der kinematischen Kopplung.
Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem die Zwangskopplung zwischen Einlassschließvorrichtung und Verstellvorrichtung eine elektronisch angesteuerte Kopplung aufweist. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass auch eine Kombination verschiedener Kopplungssysteme möglich ist. So sind beispielsweise mechanische Komponenten der Zwangskopplung auch mittels Elektronik zum Beispiel kleiner Elektromotoren ansteuerbar.
Eine elektronische Kopplung kann beispielsweise mittels Schiebewiderständen zur Bestimmung der Position der Stellklappe oder allgemein über eine Sensorik oder einen Positionsgeber erzeugt werden. Alternativ kann die Kopplung auch mittels einer Information aus der Flugsteuerung angesteuert werden. Dabei wird das Stellsignal der Flugsteuerung an die Stellklappe über eine Signalleitung an die Kopplung gesendet, um parallel zur Stellklappe auch die Einlassschließvorrichtung zu regeln. Eine dritte Möglichkeit ist es, die vorhandene Sensorik der Stellklappe, welche mit der Flugsteuerung kommuniziert, als Ansteuerung für die Einlassschließvorrichtung zu verwenden.
Weiter kann es einen Vorteil haben, wenn bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem die Einlassschließvorrichtung quantitativ verschiedene Schließstellungen einnehmen kann, welche Schließstellungen unterschiedlichen Strömungsdurchsätze durch die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung bewirken. Der aktive Öffnungsquerschnitt des Einlasses ist dabei mittels der quantitativen Verstellung der Einlassschließvorrichtung einstellbar. Mit anderen Worten kann die Einlassschließvorrichtung zwischen den Positionen „Geöffnet” und „Geschlossen” definierte einzelne oder aber auch beliebig viele Zwischenstellungen einnehmen. Auch ein kontinuierlicher Öffnungsvorgang ist möglich. Dabei kann bei großen Strömungsgeschwindigkeiten eine mechanische Rasterung sinnvoll sein um die Luftlast auf der Einlassschließvorrichtung, also dem Deckel, abzustützen und ein ungewolltes weiteres Öffnen oder Schließen der Einlassschließvorrichtung zu verhindern. Orte für den Einlass können neben der Verkleidung auch die Vorderkante des Hauptflügels oder auch die Unterseite des Hochauftriebsystems sein.
Bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem können vorteilhafter Weise weiter Sensoren vorgesehen sind, welche den Zustand der Einlassschließvorrichtung detektieren. Dabei können diese Sensoren an die Einlassschließvorrichtung direkt gekoppelt sein und beispielsweise den Öffnungswinkel einer Verschlussklappe überwachen. Auf diese Weise wird eine Art innerer Regelkreis gebildet, welcher beispielsweise den Massenstrom, den Volumenstrom oder den Druck des eingelassenen Volumenstroms in der Einlassleitung sowie auch die Geschwindigkeit des eingelassenen Volumenstroms oder die Temperatur zur Regelung der Einlassschließvorrichtung verwendet.
Auch ist es möglich einen Regelkreis vorzusehen, welcher seine Sollwerte aus der Position der Stellklappe bezieht und hinsichtlich des für die jeweilige Position notwendigen Luftstroms auf der Stellklappe die Einlassschließvorrichtung nachregelt. Auf diese Weise ist nicht nur die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung, sondern auch die Regelung derselben dezentral und sogar passiv ausführbar.
Als äußerer Regelkreis sind auch Sensoren möglich, welche sich auf der Oberseite des Hochauftriebsystems befinden. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Sensor direkt den erzielten Strömungszustand beschreibt und ebenfalls als Eingangssignal für die Regelung der Einlassschließvorrichtung verwendet.
Weiter kann es bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem vorteilhaft sein, die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung zumindest teilweise innerhalb der Verkleidung anzuordnen. Der zumindest eine Auslass der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung ist dabei der Hauptflügeltiefenrichtung des Hochauftriebssystems zugewandt. Auf diese Weise können zwei wesentliche Vorteile erzielt werden. Einerseits kann durch die Anordnung der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung innerhalb der Verkleidung, welche üblicherweise auch als „Fairing” bezeichnet wird, die unerwünschte Einflussnahme auf die Strömung an der Unterseite des Hochauftriebssystems verringert bzw. vollständig vermieden werden. Die aerodynamisch optimierte Außenkontur der Verkleidung dient somit neben der Aerodynamik der Umströmung der Unterseite des Hochauftriebssystems auch der Aufnahme zumindest eines Teils der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung. Um den für die Strömungsbeeinflussung notwendigen Luftvolumenstrom zu erzielen, wird über den Einlass der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung Luft von außerhalb des Hochauftriebssystems in diese Strömungsbeeinflussungsvorrichtung eingebracht.
Ein zweiter großer Vorteil eines solchen Systems ist die passive Ausgestaltbarkeit. Diese wird erzielt durch die Zuwendung des Einlasses der Hauptflügeltiefenrichtung des Hochauftriebssystems. Dabei ist unter der Hauptflügeltiefenrichtung „zugewandten” Einlass zu verstehen, dass die Einlassöffnung zumindest einen Teil ihres Querschnitts in Richtung der Hauptflügeltiefenrichtung öffnet. Ausgeschlossen sind damit Konstruktionen, welche Öffnungsquerschnitte des Einlasses aufweisen, die parallel zur Hauptflügeltiefenrichtung liegen. Auf diese Weise kann die an der Unterseite des erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems strömende Luft ungehindert in zumindest den zugewandten Teil des Querschnitts des Einlasses eindringen und in die Einlassleitung der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung gelangen. Die Beaufschlagung der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung mit Druckluft erfolgt somit automatisch oder sozusagen passiv durch die Bewegung des gesamten Hochauftriebssystems, beispielsweise mit einem Luftfahrzeug. Die Beeinflussung der Strömung an der Unterseite des Hochauftriebssystems wird dabei auf ein Minimum reduziert, da nur die notwendige Luftmenge durch die minimale Öffnung des Einlasses aus dieser Unterseitenströmung entnommen wird, während die restliche Strömung aerodynamisch optimiert entlang die Verkleidung unterhalb des Hochauftriebssystems verläuft. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist somit ein passives System gebildet, welches konstruktiv einfach zu gestalten und gleichzeitig mit wenigen aerodynamischen Nachteilen auf die Unterseitenströmung des Hochauftriebssystems ausgestattet ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem zumindest ein Einlass als Öffnung in der Verkleidung ausgebildet ist. Die weitere Verschmelzung von Einlassleitung, Einlass und Verkleidung ist aus aerodynamischen Gesichtspunkten noch besser. Die Bildung des Einlasses direkt in der Verkleidung ermöglicht somit ein nahtloses Übergehen zwischen der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung innerhalb der Verkleidung und dieser Verkleidung selbst. Das bedeutet, dass kein Element der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung aus der Verkleidung hervorragt, sondern vielmehr die Einlassleitung bündig mit ihrem Einlass an der Verkleidung selbst abschließt. Dabei kann der Einlass unterschiedlichste geometrische Formen aufweisen. Neben einfachen runden oder elliptischen Querschnitten, welche bei unterschiedlichen Neigungswinkeln zur Hauptflügeltiefenrichtung sinnvoll sein können, um den effektiven Strömungsquerschnitt, welcher für die Luftmenge zur Beeinflussung der Strömung notwendig ist, zu erzielen, können auch komplexe Geometrien oder sogar Verschneidungen vorteilhaft sein, welche durch einen bündigen Abschluss mit der Verkleidung des Hochauftriebssystems sozusagen automatisch entstehen. Dabei ist beim Vorsehen von mehr als einem Einlass für die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung vorteilhafterweise eine symmetrische Anordnung der Einlässe und damit eine vorteilhafterweise gerade Zahl von Einlässen der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung, wie zum Beispiel zwei, vier oder sechs, vorgesehen.
Bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem kann die Einlassschließvorrichtung auf unterschiedlichste Weise ausgestaltet sein. So ist es beispielsweise möglich, dass diese Einlassschließvorrichtung rein mechanisch oder piezoelektrisch erfolgt. Auch elastische Materialien oder elektrisch angesteuerte elastische Materialien können zur Ausgestaltung der Einlassschließvorrichtung verwendet werden. Auch sogenannte smarte elastische Materialien, welche beispielsweise ab einem bestimmten Gegendruck wie ein Überdruckventil öffnen, können für den Einsatz sinnvoll sein. Dabei ist zu beachten, dass für die Funktionalität der vorliegenden Erfindung sowohl eine aktive Ansteuerung der Einlassschließvorrichtung, wie auch eine passive, sozusagen automatische Ausgestaltung dieser Einlassschließvorrichtungen sinnvoll sein kann. Insbesondere bei möglichst geringem Aufwand und der Notwendigkeit der Gewichtsreduzierung kann die passive Ausgestaltung der Einlassschließvorrichtung von großem Vorteil sein. Bei der Notwendigkeit aktiver Beeinflussung in unterschiedlichsten Flugsituationen kann es jedoch auch von Vorteil sein, wenn die Einlassschließvorrichtung aktiv, beispielsweise in Form von mechanisch steuerbaren Klappen erfolgen kann. Sowohl für aktive, als auch für passive Systeme oder auch Mischungen aus beiden Varianten, sind weiter Sensoren vorteilhaft, welche die aktuelle Strömungssituation des Hochauftriebssystems, insbesondere in den Bereichen, welche durch die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung beeinflusst werden soll, kontrollieren und überwachen. Diese Sensoren können einerseits direkt über die zentrale Steuerlogik des Hochauftriebssystems oder eines damit ausgestatteten Flugzeugs verarbeitet werden, jedoch auch dezentral, also im Strömungsauftriebssystem selbst zur Steuerung der Einlassschließvorrichtungen verwendet werden.
Weiter kann bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem auch eine Auslassschließvorrichtung für wenigstens einen Auslass vorgesehen sein. Auch die Auslassschließvorrichtung kann, wie bereits zur Einlassschließvorrichtung detailliert ausgeführt, in identischer Weise konstruktiv ausgeführt sein. Eine zusätzliche Möglichkeit auf Seiten der Auslassvorrichtung ist die automatische Öffnung ab einem bestimmten Innendruck. Sozusagen kann auf diese Weise ein Überdruckventil verwendet werden, welches den Auslass von Luft aus dem Auslass der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung über die Auslassschließvorrichtung in passiver Weise steuert.
Bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem kann die Zwangskopplung derart ausgeführt sein, dass der Status der jeweiligen Schließvorrichtung von der Stellposition der Stellklappe bestimmt wird. Diese Korrelation kann sowohl aktiv, als auch passiv erfolgen. Bei einer aktiven Korrelation können Sensoren elektrischer oder auch mechanischer Art vorhanden sein, welche die aktuelle Lage der Stellklappe erkennen. Auch das Erkennen der Lage der Stellklappe durch den Aktuator der Verstellvorrichtung selbst ist denkbar. In Abhängigkeit der Lage der Stellklappe wird anschließend aktiv die Einlassschließvorrichtung und/oder die Auslassschließvorrichtung geöffnet oder geschlossen, so dass beispielsweise im Langsamflug im Start- oder Landevorgang bei ausgefahrener Stellklappe sowohl die Einlassschließvorrichtung, als auch die Auslassschließvorrichtung öffnet und die Strömung beeinflusst wird. Auch eine passive Ansteuerung ist denkbar. So kann eine kinematische Kopplung, beispielsweise mittels eines Getriebes zwischen der Verstellvorrichtung für die Verstellung der Stellklappen und der Einlassschließvorrichtung und/oder der Auslassschließvorrichtung vorgesehen sein. Ein solches Getriebe, welches direkt mit der Verstellung der Stellklappe angetrieben wird, kann beispielsweise über eine weitere Folgemechanik die Einlassschließvorrichtung und/oder die Auslassschließvorrichtung öffnen bzw. schließen.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem der Öffnungsgrad der jeweiligen Schließvorrichtung von der Stellposition der Stellklappe des Hochauftriebssystems abhängt. Das bedeutet, dass die jeweilige Schließvorrichlung sogar quantitativ Öffnen und Schließen kann. Also sind unterschiedliche Luftströme über den Öffnungsgrad der Einlassschließvorrichtung und der Auslassschließvorrichtung durch die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung einstellbar. Je nach Grad der Notwendigkeit für die Strömungsbeeinflussung, welcher wiederum vom Grad der Verstellung der Stellklappen abhängig sein kann, kann somit über den Grad der Öffnung der Einlassschließvorrichtung und der Auslassschließvorrichtung der Grad der Beeinflussung eingestellt werden. Aber das grundsätzliche, also nicht-quantitative, öffnen der Schließvorrichtungen kann von der Stellposition der Stellklappe abhängig sein. So können in Flugsituationen in welchen die Stellklappe in einer Ruheposition ist, beispielsweise im Reiseflug, die Einlässe geschlossen sein um eine Treibstoffsparende Aerodynamik an der Verkleidung zu erzielen, während die Öffnung der Schließvorrichtungen nur in Flugsituationen bei aktivierter, also beispielsweise ausgefahrener Stellklappe, erfolgt.
Bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem kann weiter wenigstens eine Einlassleitung und/oder wenigstens eine Auslassleitung mit einem Steuerventil oder einer Pumpe zur Beeinflussung des Volumenstroms innerhalb der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung vorgesehen sein. insbesondere bei der Verwendung der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung in besonderen Flugsituationen kann eine Pumpe oder ein Steuerventil die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung noch weiter optimieren. Beispielsweise kann eine Pumpe dazu verwendet werden zusätzliche Luft anzusaugen in besonders langsamen Flugsituationen, beispielsweise im Landevorgang, wenn die für die Strömungsbeeinflussung notwendige Luftmenge nicht ausreichend über den Einlass der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung bei der langsamen Flugsituation gewährleistet werden kann. Somit wird auch in langsamen Flugsituationen ein hoher Druck und damit ein hoher Volumendurchsatz durch die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung möglich. Eine solche Pumpe dient jedoch nur der Unterstützung der Strömungsbeeinflussung und kann daher relativ kompakt und leistungsarm ausgestaltet sein. Die Hauptlast der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung, also die größte Menge an Luft wird weiterhin passiv durch die Strömungsgeschwindigkeit an der Unterseite des Hochauftriebsystems erzeugt. Im Gegensatz oder Parallel zur Verwendung einer Pumpe kann auch ein Steuerventil verwendet werden, welches in Flugsituationen, welche bei voller Öffnung der Einlassschließvorrichtung und Auslassschließvorrichtung einen zu großen Luftstrom ergeben würden, welcher die Strömung zu stark beeinflussen würde. Ein solches Steuerventil kann dann einen Durchmesserbereich der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung verringern, so dass der maximale Luftvolumenstrom ebenfalls verringert wird. Bei der Verwendung einer Pumpe und/oder eines Steuerventils kann beispielsweise auf das Vorsehen von Schließvorrichtungen für die Einlass- und Auslassleitung verzichtet werden, sofern diese beiden Elemente in eine vollständige Schließvorrichtung bringbar sind.
Ein erfindungsgemäßes Hochauftriebssystem kann weiter mit einem Strömungsvariator zur gezielten Variation des Luftstroms der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung ausgestattet sein. Ein solcher Strömungsvariator zielt insbesondere auf die Variation der Strömung über die Zeit ab. In einer definierten Flugsituation kann mittels des Strömungsvariators beispielsweise eine Frequenz unterschiedlicher Luftvolumenströme erzeugt werden. Insbesondere ist damit ein pulsiertes Ausblasen der in der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung vorhandenen Luftmenge möglich. Das pulsierte Ausblasen an der Oberseite des Hochauftriebssystems hat dabei einen besonders positiven Effekt auf die dortige Strömung, insbesondere auf ein Verringern oder Verhindern der Ablösung der Strömung an diesen Bereichen oder sogar ein Weideranlegen der Strömung in diesem Bereich. Dabei kann der Strömungsvariator an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung vorgesehen sein. So ist ein Vorsehen direkt am Einlass oder am Auslass genauso möglich wie die Anordnung des Strömungsvariators innerhalb der Einlassleitung oder der Auslassleitung. Auch die Verwendung eines Strömungsvariators für eine Vielzahl von Einlass- und Auslassleitungen als gemeinsamer Strömungsvariator ist denkbar.
Auch kann die Auslassleitung eine Y-Weiche aufweisen, wobei in einem Weichenarm der Strömungsvariator sitzt und im zweiten Weichenarm eine freie Strömung erfolgen kann. Bei einer solchen Ausgestaltung kann somit über den freien Weichenarm eine definierte Grundluftmenge eingestellt sein, während über den zweiten Weichenarm und Strömungsvariator diese Grundluftmenge mit einer variablen Luftmenge überlagert wird. Mit anderen Worten schwankt in einem solchen Fall die Luftmenge am Auslass der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung nicht zwischen null und einem definierten Wert, sondern zwischen einem Minimum (freier Weichenarm) und einem Maximalwert (gepulster Weichenarm).
Ein erfindungsgemäßer Strömungsvariator kann beispielsweise als passiv arbeitendes Ventil oder als aktiv arbeitende Pumpe ausgebildet sein. Ein passiv arbeitendes Ventil kann sozusagen als mechanischer Schwingkreis ausgeführt sein, welcher ein definiertes an eine Frequenz angepasstes Öffnen und Schließen des Ventils ermöglicht. Bei unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten können damit unterschiedliche Schließfrequenzen des Strömungsvariators und damit unterschiedliche Pulsfrequenzen der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung erzielt werden. Auch die aktive Ausgestaltung als Pumpe, welche mit einer frequenzgesteuerten Drehzahl, insbesondere unterschiedlichen Drehzahlen läuft, kann hier eingesetzt werden. Der Strömungsvariator kann dabei bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem beispielsweise im Bereich des wenigstens einen Auslasses oder der Auslassleitung angeordnet sein. Die Nähe des Strömungsvariators zum Auslass hat den Vorteil, dass die Geschwindigkeit, mit welcher Änderungen an der Pulsfrequenz des Strömungsvariators die tatsächliche Strömung an der Oberseite des Hochauftriebssystems erreichen und damit diese beeinflussen sehr hoch ist und damit eine sehr kurze Regelzeit entsteht. Damit kann die Strömung an der Oberseite des Hochauftriebsystems effektiv, sehr schnell und sehr genau mittels der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung beeinflusst und vor allem optimiert werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem kann weiter eine Ansteuerungsvorrichtung für den Empfang von Flugzustandsdaten und der Erzeugung von Steuersignalen vorgesehen sein, mittels welcher die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung in bestimmten Flugsituationen regelbar ist. Unter dem Begriff „Regeln” der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung ist dabei die strömungstechnische Wirksamkeit der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung zu verstehen. Dabei kann beispielsweise eine Aktivierung durch das Öffnen einer Einlassschließvorrichtung und/oder einer Auslassschließvorrichtung der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung erfolgen. Die Flugzustandsdaten sind dabei insbesondere auf die Fluggeschwindigkeit, aber auch auf Zustandsdaten des Hochauftriebssystems selbst bezogen. Solche Flugzustandsdaten des Hochauftriebssystems können beispielsweise durch Lastsensoren oder Strömungssensoren am Hochauftriebssystem, insbesondere an den Stellklappen selbst oder im Bereich um die Stellklappen gesammelt werden.
Um eine möglichst effiziente Konstruktion zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem zwischen der wenigstens einen Einlassleitung und der wenigstens einen Auslassleitung eine Verteilerleitung vorgesehen ist. Diese Verteilerleitung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn mit wenigen Einlassleitungen eine Vielzahl von Auslassleitungen bedient werden soll. So kann eine relativ große Einlassleitung mit entsprechend großen Einlässen auf die unter dem Hochauftriebssystem vorhandenen Verkleidungen konzentriert werden, während über die Verteilerleitung eine Vielzahl von Auslassleitungen und damit eine Vielzahl von Auslässen auf der Oberseite des Hochauftriebssystems bedient werden können. insbesondere sind dabei eine Vielzahl von Auslässen über die gesamte zu beeinflussende Fläche des Hochauftriebssystems verteilt. Die Verteilung kann dabei sowohl in Tiefenrichtung, als auch in Spannweitenrichtung des Hauptflügels oder der jeweiligen Stellklappe erfolgen. Die Verteilerleitung kann zusätzlich als Ort für die Aufnahme zentraler Strömungsvariatoren und/oder Pumpen und/oder Steuerventilen vorgesehen sein. Auf diese Weise kann mittels eines zentralen Elementes zur Strömungsbeeinflussung innerhalb der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung weiter Kosten und Gewicht gespart werden.
Für Situationen, in welchen der Luftvolumenstrom innerhalb der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung den Bedarf zur Strömungsbeeinflussung übersteigt, kann es sinnvoll sein, bei einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem die wenigstens eine Einlassleitung in fluidkommunizierenden Kontakt mit weiteren Systemen des Flugzeuges zu bringen. Beispielsweise ist ein fluidkommunizierender Kontakt mit der Klimaanlage und der Hydraulik oder Pneumatik vorteilhaft. Auf diese Weise kann auf sonst für diese Systeme notwendige Pumpen oder zusätzliche Einlässe verzichtet werden oder solche Pumpen kompakter sowie leistungsärmer und damit kostengünstiger und gewichtssparender ausgelegt werden.
Bei der fluidkommunizierenden Verbindung mit der Klimaanlage ist insbesondere bei schnellen Flughöhenveränderungen eine effiziente Anpassung des Kabinendrucks möglich. Durch die passive Bereitstellung von großen Volumenströmen an Druckluft und die fluidkommunizierende Verbindung der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung mit der Druckkabinenregelung kann eine große Luftmenge zur Druckerhöhung in der Druckkabine relativ schnell und ohne zusätzliche Kompressoren oder Leistungsentnahme am Triebwerk zur Verfügung gestellt werden. In gleichem Maße gilt dies auch in umgekehrter Richtung, nämlich die relativ schnelle Absaugung bzw. das relativ schnelle Ablassen von Druck aus der Druckkabine über die Vielzahl von Auslässen der Auslassleitungen der Druckbeeinflussungsvorrichtung. Die fluidkommunizierende Verbindung ist somit in beide Richtungen zu verstehen, nämlich zur Druckerhöhung von den Einlässen in die Kabine und zur Druckerniedrigung von der Kabine zu den Auslässen.
Insbesondere bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems mit einer Strömungsbeeinflussungsvorrichtung, welche die verstellbaren Stellklappen beeinflussen soll, kann es vorteilhaft sein, wenn die Leitungen, insbesondere die Einlassleitung, die Auslassleitung oder die Verteilerleitung, zumindest teilweise in ihrer axialen Ausprägung veränderbar sind. Beispielsweise kann damit beim Verschieben der Stellklappen, insbesondere der Hinterkantenklappe, vom Hauptflügel weg die fluidkommunizierende Verbindung innerhalb der Einlassleitung trotz einer Axialverschiebung beibehalten werden. Eine mögliche Ausführungsform für die axiale Veränderbarkeit ist die Konstruktion als Teleskopleitung, welche mit ineinander verschieblichen Teleskopelementen ausgestattet ist. Auch die Ausführung als Faltenschlauch zur Überbrückung axialer Längenveränderungen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Flugzeug mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem. Ein solches Flugzeug kann aufgrund der Verwendung eines erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems einerseits gewichtsreduzierter gebaut werden und darüber hinaus auch in schwierigen Flugsituationen wie Start und Landung eine verbesserte Aerodynamik aufweisen. Diese verbesserte Aerodynamik kann neben der Einsparung von Treibstoff auch zu weiteren Optimierungen wie langsameren stabilen Fluggeschwindigkeiten und damit verkürzten Lande- und Startvorgängen führen. Diese Optimierung zielt vor allem auf die Verringerung von Lärmemissionen hin.
Die vorliegende Erfindung wird näher beschrieben anhand der Ausführungsbeispiele und der folgenden Figuren. Dabei zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hochauftriebssystem,
5a Eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochauftriebsystems
5b Die Seitenansicht aus 5a mit geöffneter Einlassschließvorrichtung
6 eine schematische Darstellung einer Strömungsbeeinflussungsvorrichtung.
Um für die folgende Beschreibung der Ausführungsformen die jeweiligen Richtungen in Abhängigkeit von dem Hochauftriebssystem zu erläutern, werden die einzelnen Richtungen wie folgt definiert:
Für die Stellklappen (110) ist eine Klappentiefen-Richtung K-KT bzw. generell Tiefenrichtung, eine Spannweiten-Richtung K-SW bzw. generell Spannweitenrichtung und eine Klappendicken-Richtung K-KD bzw. generell Dickenrichtung definiert. Für den Hauptflügel sind dementsprechend eine Hauptflügeltiefen-Richtung H-KT bzw. generell Tiefenrichtung, eine Hauptflügelspannweiten-Richtung H-SW bzw. generell Spannweitenrichtung und eine Hauptflügeldicken-Richtung H-KD bzw. generell Dickenrichtung definiert. Die jeweiligen Richtungen finden sich in den 1, 2, 3 und 4 wieder.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hochauftriebssystems 100. Das Hochauftriebssystem 100 weist dabei einen Hauptflügel 112, einen Spoiler 114 sowie eine Hinterkantenklappe 116 auf. Die Hinterkantenklappe 116 und der Spoiler 114 sind beides Stellklappen 110. In 1 ist die Hinterkantenklappe 116 im ausgefahrenen Zustand gezeigt. Dieser ausgefahrene Zustand wird beispielsweise im Start- oder Landevorgang eingestellt, um die Auftriebsfläche des Hochauftriebssystems sowie die Profilwölbung des Hochauftriebssystems 100 zu vergrößern.
Die Hinterkantenklappe 116 ist an einer Lagervorrichtung 130 gelagert, welche wiederum mit einer Verkleidung 118 versehen ist. Diese Verkleidung dient unter anderem dazu eine definierte Umströmung der Unterseite 104 des Hochauftriebssystems 100 zu erzielen. Innerhalb dieser Verkleidung 118 liegt die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10. Dabei verläuft die Einlassleitung 20 der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 innerhalb der Verkleidung 118. Nach einem Knick nach oben verlässt die Einlassleitung 20 die Verkleidung 118 und erstreckt sich bis zur Hinterkantenklappe 116. Innerhalb der Kontur der Hinterkantenklappe 116 ist eine Y-Weiche vorgesehen, welche die Einlassleitung 20 mit einer Verteilerleitung 40 verbindet. Anschließend an die Verteilerleitung 40 ist die Auslassleitung 30.
Sowohl die Einlassleitung 20, als auch die Auslassleitung 30 weisen eine Öffnung auf, nämlich den Einlass 22 und den Auslass 32. Der Auslass 32 ist dabei auf der Oberseite der Hinterkantenklappe 116 angeordnet, so dass durch die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 strömende Luft an der Oberseite der Hinterkantenklappe 16 abgegeben werden kann. An dieser Stelle der Hinterkantenklappe 16 neigt die Strömung an der Oberseite des Hochauftriebssystems 100 dazu, abzureißen. Durch die zusätzliche Unterstützung der Strömung mit der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 über den Auslass 32 kann das Ablösen der Strömung an der Hinterkantenklappe 16 vermieden oder zumindest verzögert werden oder sogar ein Wiederanlegen der Strömung in diesem Bereich erzielt werden.
In 1 ist der Einlass 22 der Einlassleitung 20 der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 auf der der Strömungsrichtung zugewandten Seite der Verkleidung 118 vorgesehen. Die Einlassleitung liegt somit zwar schräg zur Strömungsrichtung, weist jedoch einen wirksamen Querschnitt entgegen der Strömungsrichtung auf und ist damit der Tiefenrichtung des Hauptflügels zugewendet. Das bedeutet, dass der Einlass 22 entgegen der Strömungsrichtung ragt und damit in der Lage ist, Luft aus der Strömung an der Unterseite 104 des Hochauftriebssystems 100 einzusammeln und in die Einlassleitung 20 zu führen.
Sowohl der Einlass 22, als auch der Auslass 32 sind dabei mit Schließvorrichtungen 24 und 34 versehen. Die Einlassschließvorrichtung 24 wie auch die Auslassschließvorrichtung 34 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als mechanische Klappen ausgeführt, welche den Einlass 22, bzw. den Auslass 32 freigeben und verschließen können. Dabei ist bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß 1 die Öffnungsrichtung der jeweiligen Schließvorrichtung 24 und 34 in Strömungsrichtung ausgerichtet. Das bedeutet, dass ein an der Überdruckseite der Schließvorrichtung 24 und 34 entstehender Überdruck, nämlich an der Außenseite der Verkleidung 118 sowie an der Innenseite der Auslassschließvorrichtung 34, die jeweilige Schließvorrichtung 24 und 34 zum Öffnen bewegt. Dabei sind jedoch beide Schließvorrichtungen 24 und 34 aktiv ansteuerbar, um die jeweilige Schließvorrichtung 24 und 34 unabhängig von er Umströmungssituation an der jeweiligen Schließvorrichtung in einem geschlossenen oder offenen Zustand zu halten.
Die Verwendung von mechanischen Öffnungsklappen wie in 1 für die Schließvorrichtungen 24 und 34 hat den weiteren Vorteil, dass auf diese Weise eine quantitative Einlasssteuerung erfolgen kann. So ist über die definierte Öffnungsstellung der Einlassschließvorrichtung 24 der strömungswirksame Querschnitt des Einlasses 22 vergrößerbar bzw. verringerbar und damit die eingelassene Luftvolumenmenge zu steuern.
In der Einlassleitung 20 sitzt bei dem Ausführungsbeispiel in 1 weiter eine Pumpe 70, welche auch in langsamen Flugsituationen den für die Strömungsbeeinflussung notwendigen Überdruck in der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 vorhalten kann. In einer langsamen Flugsituation ist die Pumpe 70 in der Lage, auf ihrer Saugseite einen Unterdruck zu erzeugen, welcher eine Luftmenge in die Einlassleitung 20 saugt, die größer ist als jene, welche durch die reine Fluggeschwindigkeit durch den Einlass 22 hereinströmen würde. Auf der Druckseite der Pumpe 70 wird diese vergrößerte Luftmenge in Richtung der Verteilerleitung 40 und Auslassleitung 30 geschoben.
In der Einlassleitung 20 ist weite eine Weiche vorgesehen, wobei ein Weichenarm als freier Weichenarm in die Verteilerleitung 40 mündet und ein zweiter Weichenarm als Aufnahme für einen Strömungsvariator 50 dient und anschließend ebenfalls in die Verteilerleitung 40 mündet. Selbstverständlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Anordnung des Strömungsvariators 50 und der Weiche nach der Verteilerleitung 40 denkbar. Durch den freien Weichenarm kann konstant eine definierte Luftmenge, nämlich über den Strömungsquerschnitt des freien Weichenarms definiert, in die Verteilerleitung und über die Auslassleitung 30 und den Auslass 32 auf die Oberseite der Hinterkantenklappe 116 strömen. Diese Grundströmung wird überlagert durch den Strömungsvariator 50, welcher in pulsierender Weise eine zusätzliche Luftmenge in die Verteilerleitung 40 und die Auslassleitung 30 lässt, so dass aus dem Auslass 32 eine pulsierende Strömung zwischen einem Minimum und einem Maximum an Luftstrom austritt.
Weiter ist als Linie die Kopplung 140 dargestellt, welche die Position der Verstellvorrichtung 120 nutzt um die Einlassschließvorrichtung 24 zu steuern.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochauftriebssystems 100. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist hier in 2 die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 nicht für die Hinterkantenklappe 116 sondern für die Stellklappe 110 am Hauptflügel 112, nämlich dem Spoiler 114 vorgesehen. Dabei ist die Einlassleitung 20 der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 wieder innerhalb der Verkleidung 118 angeordnet und verlässt diese nach oben in Richtung des Hauptflügels 112 an dessen Bereich in der Nähe des Spoilers 114. Dort tritt sie in die Verkleidung des Hauptflügels 112 und des Spoilers 114 ein und mündet in die Auslassleitung 30. In der Auslassleitung 30 ist ein Strömungsvariator 50 angeordnet, welcher einen pulsierenden Strom an Luft in die Auslassleitung 30 entlässt und damit eine pulsierende Beeinflussung über den Auslass 32 auf dem Spoiler 114 ermöglicht.
Sowohl Einlass 22, als auch Auslass 32 der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 sind wieder mit Schließvorrichtungen 24 und 34 versehen. Die Einlassschließvorrichtung 24 ist in 2 nunmehr im geschlossenem Zustand dargestellt. In dieser Situation ist die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung somit strömungstechnisch inaktiv, also nicht wirksam. Vielmehr ist die Strömung an der Unterseite 104 des Hochauftriebssystems 100 unbeeinflusst und gleitet an der Verkleidung 118 ab.
Im Inneren der Einlassleitung 20 ist ein Steuerventil 60 zur Drosselung des Luftstromes in der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung vorgesehen. So kann bei voll geöffneter Einlassschließvorrichtung 24 die Luftmenge innerhalb der Einlassleitung 22 weiter variiert werden. Für den Fall, dass, beispielsweise bei Reiseflugsituationen oder schnellen Flugmanövern eine hohe Luftmenge in die Einlassleitung 20 über den Einlass 22 gelangt, welche jedoch für die gewünschte Beeinflussung der Regelung zur groß ist, kann diese über das Steuerventil 60 gedrosselt werden. Somit gelangt über den weiteren Verlauf der Einlassleitung 20 nur eine definierte Luftmenge zum Strömungsvariator 50, welcher seine Strömungsbeeinflussungsvariationsarbeit leisten kann und eine definierte und pulsierte Strömung über den Auslass 32 auf der Oberseite des Spoilers 114 erzeugt. Weiter ist als Linie die Kopplung 140 dargestellt, welche die Position der Verstellvorrichtung 120 nutzt um die Einlassschließvorrichtung 24 zu steuern.
3 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 2. So sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Auslässe 32 nicht nur auf dem Spoiler 114 sondern auch auf dem Hauptflügel 112 vorgesehen. Zwei Auslässe 32 sind dabei an der Oberseite des Hauptflügels 112 und einer an der Oberseite des Spoilers 114 vorgesehen. Die beiden Auslässe 32 an der Oberseite des Hauptflügels 112 liegen also im Bereich des Spoilers 114, als einer Stellklappe. Auf diese Weise ist eine noch effektivere Strömungsbeeinflussung mit einer Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 möglich. Die Strömung an der Oberseite 102 des Hochauftriebssystems 100 wird damit an mehreren Stellen beeinflusst und kann somit im Bereich des Spoilers 114 bereits voll beeinflusst sein und damit die durch die Beeinflussung zu erzielende Wirkung voll entfalten. Eine bereits vor dem Spoiler 114 abgelöste Strömung kann auf diese Weise zumindest teilweise wiederangelegt werden und erreicht den Spoiler 114 damit in wiederangelegtem Zustand. Auf diese Weise kann der Spoiler 114 seine aerodynamische Wirkung entfalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist der Strömungsvariator 50 in der Einlassleitung 20 vorgesehen. Dabei liegt der Strömungsvariator 50 noch vor der Verteilerleitung 40 und damit auch vor den Auslassleitungen 30. Damit kann ein einziger Strömungsvariator 50 für eine Vielzahl von Auslassleitungen 30 und Auslässen 32 verwendet werden. Dies hat zur Folge, dass deutlich Gewicht reduziert werden kann. Auch die Kosten für den Strömungsvariator 50 fallen für eine Vielzahl von Auslassleitungen 30 und Auslässe 32 nur einmal an.
Zusätzlich ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wieder eine Pumpe 70 in der Einlassleitung 20 vorgesehen, welche beispielsweise in langsamen Flugsituationen einen Saugunterdruck im Bereich des Einlasses 22 erzeugen kann, um auch in solchen Flugsituationen eine ausreichende Luftmenge zur Versorgung der Strömung an der Oberseite 102 des Hochauftriebssystems 100 sicherzustellen. Weiter ist als Linie die Kopplung 140 dargestellt, welche die Position der Verstellvorrichtung 120 nutzt um die Einlassschließvorrichtung 24 zu steuern.
4 zeigt eine Draufsicht auf ein Hochauftriebssystem 100. Auf dieser Draufsicht sind mehrere Anordnungsmöglichkeiten von Auslässen 32 gezeigt. Dabei sind Auslässe 32 auf sämtlichen Stellklappen 110, wie auch auf dem Hauptflügel 112 selbst vorgesehen. An der Vorderkante des Hauptflügels 112 ist eine Vorderkantenklappe 117 mit Auslässen 32 einer Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 vorgesehen. An der Hinterkante des Hauptflügels 112 ist eine Hinterkantenklappe 116 vorgesehen, welche ebenfalls Auslässe 32 für die Strömungsbeeinflussung auf der Oberseite 102 dem Hochauftriebssystems 100 aufweist. Auf einem Spoiler 114 sind ebenfalls Auslässe 32 vorgesehen. Auch im Bereich vor dem Spoiler, hier in Hauptflügeltiefenrichtung mehr als dreifacher Ausprägung des Spoilers 114 sind Auslässe 32 auf dem Hauptflügel 112 selbst vorgesehen. Diese beeinflussen die Strömung auf der Oberseite 102 bereits, bevor diese den Spoiler 114 und die Hinterkantenklappe 116 erreicht. Somit ist es möglich, die Strömung bereits beim Erreichen der jeweiligen Stellklappe 110 beeinflusst zu haben, so dass das Vermeiden oder Verzögern der Ablösung der Strömung oder sogar deren Wiederanlegen noch effizienter erzielt werden kann. Dabei kann bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sowohl eine separates Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 für jede Stellklappe 110, als auch gemeinsame Strömungsbeeinflussungsvorrichtungen 10 für zwei oder mehrere Stellklappen 110 vorgesehen sein.
In den beiden 5a und 5b sind zwei Situationen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dem hier dargestellten Hochauftriebssystem 100 ist die Stellklappe 110, hier die Hinterkantenklappe 116 mit einer nicht näher dargestellten Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 versehen. Diese Strömungsbeeinflusungsvorrichtung 10 besitzt einen Einlass 22 für die Einlassleitung 20, wobei der Einlass 22 als Einlassschließvorrichtung 224 einen Teil der Verkleidung 118 nutzt. Demnach herrscht eine räumliche Trennung zwischen einlass 22 und Einlassschließvorrichtung 24 vor. Bei dieser Ausführungsform des Hochauftriebssystems 100 ist weiter zu bemerken, das Öffnen und Schließen der Einlassschließvorrichtung über die Bewegung des Einlasses 22 und nicht über die Bewegung der Einlassschließvorrichtung 24 erfolgt. Es herrscht sozusagen eine kinematische Umkehr vor.
Zur weiteren Erläuterung soll nachfolgend kurz die Funktionsweise der in 5a und 5b dargestellten Ausführungsform beschrieben werden. 5a zeigt die Hinterkantenklappe 116 in einer Position in welcher der Einlass 22 der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 von der Verkleidung 118, welche hier als Einlassschließvorrichtung fungiert, abgedeckt und damit verschlossen ist. Wird nun die Hinterkantenklappe 116 in Klappentiefenrichtung K-KT weiter von der Hinterkante des Hauptflügel 112 weg verfahren, bewegt sich die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 gemeinsam mit der Hinterkantenklappe 116 mit. Auf diese Weise verlässt die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 und damit auch der Einlass 22 die Verkleidung 118, welcher her als Einlassschließvorrichtung wirkt. Abschließend erreicht die Hinterkantenklappe 116 die in 5b dargestellte Position, in welcher der Einlass 22 vollständig von der Verkleidung 118 frei liegt und damit Luft aus der Unterströmung des Hochauftriebsystems 100 in die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung 10 geführt werden kann.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Strömungsbeeinflussungsvorrichtung, wobei eine deutlich effizientere Konstruktionsweise gewählt wurde. So sind zwei symmetrische Einlassleitungen 20 vorgesehen, welche in einer ersten Verteilungsleitung 40 ineinander münden. Strömungsrichtungstechnisch gesehen im Anschluss befindet sich ein zentraler gemeinsamer Strömungsvariator 50, welcher die Strömung aus den Einlassleitungen 20 variieren, insbesondere pulsieren kann. Im Anschluss ist eine weitere Verteilerleitung 40 vorgesehen, über welche die variierte, insbesondere die pulsierende Strömung auf drei oder sogar mehr Auslassleitungen 30 verteilt wird. Dieses Ausführungsbeispiel weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. So ist über die symmetrische Anordnung mit großem Querschnitt von zwei Einlassleitungen 20 eine definierte Luftmenge in das System einbringbar. Weiter ist über das Vorsehen von einer ersten und einer zweiten Verteilerleitung 14 ein einziger Strömungsvariator 50 ausreichend. Dies spart nicht nur im Hinblick auf das Gesamtgewicht des Systems, sondern darüber hinaus auch hinsichtlich der Komplexität. So ist hier nur ein einziger Strömungsvariator 50 anzusteuern und zu regeln. Über die zweite Verteilerleitung 40 kann in diesem Ausführungsbeispiel nach 6 insgesamt vier, jedoch in anderen Ausführungsbeispielen wie beispielsweise in 4 auch deutlich mehr, also eine Vielzahl von Auslassleitungen 30 bedient werden, so dass die in 4 dargestellte Vielzahl von Auslässen 32 mit einer relativ geringen Anzahl von Einlassleitungen 20 bedient werden kann. Zusammengefasst kann mit einem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem 100 die Einlässe 22 mit den entsprechenden Einlassleitungen 20 über die Erfordernisse der Aerodynamik und der benötigten Luftmenge konstruiert werden, während die Auslassleitungen 30 und die entsprechenden Auslässe 32 in Abhängigkeit von den Strömungsablösesituationen auf der Oberseite 102 des Hochauftriebssystems 100 verteilt sein. Komplexe, schwere und teuere Elemente, wie beispielsweise der Strömungsvariator 50, Pumpen 70 oder Steuerventile 60 können durch den Einsatz von Verteilerleitungen 40 durch Mehrfachnutzung auf ein Minimum reduziert werden.
Bezugszeichenliste

10: Strömungsbeeinflussungsvorrichtung
20: Einlassleitung
22: Einlass
24: Einlassschließvorrichtung
30: Auslassleitung
32: Auslass
34: Auslassschließvorrichtung
40: Verteilerleitung
50: Strömungsvariator
60: Steuerventil
70: Pumpe
80: Lastsensor
90: Strömungssensor
100: Hochauftriebssystem
102: Oberseite des Hochauftriebssystems
104: Unterseite des Hochauftriebssystems
110: Stellklappe des Hochauftriebssystems
112: Hauptflügel
114: Spoiler
116: Hinterkantenklappe
117: Vorderkantenklappe
118: Verkleidung
120: Verstellvorrichtung
130: Lagervorrichtung
140: Kopplung
H-KT: Hauptflügel Tiefenrichtung
H-KD: Hauptflügel Dickenrichtung
H-SW: Hauptflügel Spannweitenrichtung
K-KT: Stellklappen Tiefenrichtung
K-KT: Stellklappen Dickenrichtung

Claims

Hochauftriebssystem (100) mit einem Hauptflügel (112) und Stellklappen (110) sowie Lagervorrichtungen (130) für die Lagerung der Stellklappen (110) und Verstellvorrichtungen (120) für die Verstellung der Stellklappen (110), wobei die jeweilige Lagervorrichtung (130) und/oder Verstellvorrichtung (120) zumindest teilweise mit einer Verkleidung (118) versehen sind, aufweisend eine Strömungsbeeinflussungsvorrichtung (10) zur Beeinflussung der Umströmung des Hochauftriebssystems (100) mit wenigstens einer Einlassleitung (20) mit zumindest einem Einlass (22), welcher sich an oder unterhalb der Unterseite (104) des Hochauftriebssystems (100) befindet, wobei weiter wenigstens eine Auslassleitung (30) für Luft vorgesehen ist, welche in fluidkommunizierender Verbindung mit der Einlassleitung (20) steht, und zumindest einen Auslass (32) aufweist, welcher sich an der Oberseite (102) im Bereich wenigstens einer Stellklappe (110) des Hochauftriebssystems (100) befindet und wobei für den Einlass (22) eine Einlassschließvorrichtung (24) vorgesehen ist und diese Einlassschließvorrichtung (24) mit der Verstellvorrichtung (120) für die Verstellung wenigstens einer Stellklappe (110) mittels einer Kopplung (140) zwangsgekoppelt ist.
Hochauftriebssystem (100) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangskopplung zwischen Einlassschließvorrichtung (24) und Verstellvorrichtung (120) eine mechanische Kopplung (140) aufweist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangskopplung zwischen Einlassschließvorrichtung (24) und Verstellvorrichtung (120) eine elektronisch angesteuerte Kopplung (140) aufweist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassschließvorrichtung (24) quantitativ verschiedene Schließstellungen einnehmen kann, welche Schließstellungen unterschiedlichen Strömungsdurchsätze durch die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung bewirken.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren vorgesehen sind, welche den Zustand der Einlassschließvorrichtung detektieren.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung (10) zumindest teilweise innerhalb der Verkleidung (118) angeordnet ist und der zumindest eine Einlass (22) der Hauptflügeltiefenrichtung (H-KT) des Hochauftriebsystems (100) zugewandt ist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslassschließvorrichtung (34) für wenigstens einen Auslass (32) vorgesehen ist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Einlassleitung (20) und/oder der wenigstens einen Auslassleitung (30) ein Steuerventil (60) oder eine Pumpe (70) zur Beeinflussung des Volumenstroms innerhalb der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung (10) vorgesehen ist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsvariator (50) zur gezielten Variation des Luftstroms der Strömungsbeeinflussungsvorrichtung (10) vorgesehen ist.
Hochauftriebssystem (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsvariator (50) als passiv arbeitendes Ventil oder als Pumpe ausgebildet ist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsvariator (50) im Bereich des wenigstens einen Auslasses (32) oder der Auslassleitung (30) angeordnet ist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerungsvorrichtung für den Empfang von Flugzustandsdaten und die Erzeugung von Steuersignalen vorgesehen ist, mittels welcher die Strömungsbeeinflussungsvorrichtung (10) in bestimmten Flugsituationen regelbar ist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wenigstens einen Einlassleitung (20) und der wenigstens einen Auslassleitung (30) eine Verteilerleitung (40) vorgesehen ist.
Hochauftriebssystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Einlassleitung (20) in fluidkommunizierenden Kontakt bringbar ist mit weiteren Systemen eines Flugzeuges.
Strömungsbeeinflussungsvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (20, 30, 40) zumindest teilweise in ihrer axialen Ausprägung veränderbar sind.
Flugzeug aufweisend zumindest ein Hochauftriebssystem (100) mit den Merkmalen eines der vorangegangenen Ansprüche.