-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aerodynamikbauteil zur Beeinflussung einer Luftgrenzschicht, welches eine äußere Lage und eine Stützstruktur zur Abstützung der äußeren Lage umfasst. Die äußere Lage ist dabei so angeordnet, dass sich die zu beeinflussende Luftgrenzschicht bei der Verwendung des Aerodynamikbauteils an einer Oberfläche der äußeren Lage des Aerodynamikbauteils ausbildet. Ferner ist die äußere Lage dabei zur Beeinflussung der Luftgrenzschicht mit einer Vielzahl von Luftdurchtrittsöffnungen versehen.
-
Ein solches Aerodynamikbauteil kann beispielsweise an Leitwerken oder Tragflächen eines Flugzeugs verwendet werden. Durch die Möglichkeit der Beeinflussung einer Luftgrenzschicht an dem jeweiligen Aerodynamikbauteil kann eine turbulente Umströmung des Aerodynamikbauteils verhindert werden, so dass eine weitgehend laminare Umströmung erhalten werden kann. Auf diese Weise kann insbesondere der Treibstoffverbrauch des Flugzeugs reduziert werden.
-
Die
DE 44 14 205 A1 offenbart eine Anordnung zur Grenzschichtabsaugung, bei welcher ein Absaugbereich mit einer porösen Trägerschicht vorgesehen ist.
-
Die
GB 2 294 709 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von porösen Materialen.
-
Die
DE 936 618 B offenbart eine Außenhaut für Fahrzeuge mit einer Grenzschichtabsaugung.
-
Die
US 5 806 796 A offenbart ein Laminatmaterial, welches als Flugzeugaußenhaut Anwendung finden kann.
-
Die
US 4 522 360 A offenbart eine Vorrichtung zur Widerstandsreduktion von Flügeln bei Geschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit.
-
Die
EP 1 873 395 A1 offenbart eine Windenergieanlage, welche Flügel mit Fluidaustrittsöffnungen umfasst, wobei durch die Fluidaustrittsöffnungen beispielsweise Druckluft nach außen abgebbar ist.
-
Die
DE 698 01 589 T2 offenbart eine Auftrieberhöhungsvorrichtung einer Flügelvorderkante mit laminarer Strömungskontrolle.
-
Die US 2009 / 0 212 165 A1 offenbart eine Vorrichtung zur passiven Entfernung von abgesaugter Luft zur Steuerung einer laminaren Strömung an einer Flügelvorderkante.
-
Die US 2004 / 0 129 839 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Steuerung einer Strömung unter Verwendung eines veränderbaren Porensystems.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aerodynamikbauteil bereitzustellen, welches eine zuverlässige Beeinflussung einer Luftgrenzschicht über eine große Fläche des Aerodynamikbauteils ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Aerodynamikbauteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch einen Flugkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und eine Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
-
Dadurch, dass zwischen der äußeren Lage und der Stützstruktur eine luftdurchlässige Koppelschicht vorgesehen ist, ist eine Abschattung der Luftdurchtrittsöffnungen in der äußeren Lage durch die Stützstruktur, das heißt eine Abdichtung eines Teils der Luftdurchtrittsöffnungen in der äußeren Lage mittels der Stützstruktur, wirksam verhindert. Auf diese Weise kann somit gewährleistet werden, dass über die gesamte äußere Lage des Aerodynamikbauteils eine zuverlässige Beeinflussung der Luftgrenzschicht, insbesondere eine zuverlässige Absaugung einer Turbulenzschicht, möglich ist.
-
Unter einem „Aerodynamikbauteil“ ist in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen insbesondere ein Strömungsbauteil zu verstehen, welches bei einer Verwendung desselben von einem Fluid umströmt wird, wobei das Fluid insbesondere Luft ist. Das Aerodynamikbauteil ist vorzugsweise an einer Außenseite eines Objekts angeordnet oder bildet selbst eine Außenseite eines Objekts, welches in einem Benutzungszustand von einem Fluid, insbesondere von Luft, umströmt wird.
-
Das Aerodynamikbauteil zur Beeinflussung einer Luftgrenzschicht ist vorzugsweise eine Vorrichtung zur Reduzierung einer turbulenten Strömung, bei welcher vorgesehen ist, dass eine turbulente Luftgrenzschicht abgesaugt werden kann.
-
Unter einer „Luftgrenzschicht“ ist in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen eine Schicht aus Luft zu verstehen, welche in unmittelbarer Nähe des Aerodynamikbauteils angeordnet ist und welche beispielsweise aufgrund der Form des Aerodynamikbauteils und/oder aufgrund von Reibung an dem Aerodynamikbauteil zur Turbulenzbildung neigen kann. Die zu beeinflussende Luftgrenzschicht weist beispielsweise eine Dicke von höchstens ungefähr 4 mm, insbesondere höchstens ungefähr 2 mm, vorzugsweise ungefähr 1 mm, auf.
-
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koppelschicht offenporig ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Koppelschicht besonders einfach von Luft durchströmt werden, so dass eine einfache Beeinflussung der Luftgrenzschicht mittels des Aerodynamikbauteils möglich ist.
-
Günstig kann es sein, wenn die Koppelschicht zumindest abschnittsweise aus einem gesinterten Werkstoff gebildet ist. Auf diese Weise ist die Koppelschicht besonders einfach herstellbar.
-
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die Koppelschicht ein Keramikmaterial, ein metallisches Material und/oder ein Kunststoffmaterial umfasst oder aus einem Keramikmaterial, aus einem Metall oder einer Metalllegierung und/oder aus einem Kunststoff gebildet ist.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Koppelschicht zumindest teilweise aus einem gesinterten Werkstoff gebildet ist.
-
Günstig kann es sein, wenn die Koppelschicht ein Geflecht und/oder ein Gewebe umfasst.
-
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Stützstruktur des Aerodynamikbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist. Auf diese Weise kann die Stützstruktur mit einer besonders geringen Masse hergestellt werden.
-
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Koppelschicht fest mit der Stützstruktur verbunden ist.
-
Ferner kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass die Koppelschicht fest mit der äußeren Lage verbunden ist.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koppelschicht formschlüssig mit der Stützstruktur und/oder mit der äußeren Schicht verbunden ist.
-
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Koppelschicht stoffschlüssig mit der Stützstruktur und/oder mit der äußeren Schicht verbunden ist.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Koppelschicht einerseits und die äußere Schicht und/oder die Stützstruktur andererseits in einem Sinterprozess miteinander verbunden werden.
-
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass zur Verbindung der Koppelschicht mit der äußeren Schicht und/oder der Stützstruktur ein thermoplastisches Material verwendet wird, mittels welchem die, vorzugsweise poröse, Koppelschicht teilweise aufgefüllt wird, um eine feste Verankerung des thermoplastischen Materials und somit der äußeren Schicht und/oder der Stützstruktur an der Koppelschicht zu gewährleisten. Vorzugsweise wird eine Volumenporosität im aufgefüllten Bereich der Koppelschicht höchstens um ungefähr 50%, vorzugsweise um höchstens ungefähr 20%, reduziert, so dass noch immer eine ausreichende Luftdurchlässigkeit der Koppelschicht gewährleistet ist.
-
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koppelschicht einen Abstandshalter zwischen der äußeren Lage und der Stützstruktur bildet, so dass der Raum zwischen der äußeren Lage und der Stützstruktur mit Luft durchströmbar ist. Auf diese Weise kann eine Abdeckung der Luftdurchtrittsöffnungen in der äußeren Lage durch die Stützstruktur wirksam verhindert werden.
-
Es ist dabei vorzugsweise nicht notwendig, dass mittels der als Abstandshalter fungierenden Koppelschicht ein freier Raum zwischen der Stützstruktur und der äußeren Lage gebildet wird, an welchem die Koppelschicht nicht vorgesehen ist.
-
Vielmehr kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Raum zwischen der äußeren Lage und der Stützstruktur vollständig mit der luftdurchlässigen Koppelschicht gefüllt ist und die Koppelschicht somit selbst den Abstandshalter bildet. Die Durchströmbarkeit des Raums zwischen der äußeren Lage und der Stützstruktur mit Luft wird dann durch die luftdurchlässige Koppelschicht gewährleistet.
-
Vorteilhaft ist es, wenn die äußere Lage aus einem resistenten, nicht rostenden Material gebildet ist. Auf diese Weise ist eine Lackierung der äußeren Lage unnötig, so dass das durch ein Lackieren bewirkte, unerwünschte Auffüllen der Luftdurchtrittsöffnungen vermieden werden kann.
-
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die äußere Lage Titan und/oder Edelstahl umfasst. Diese Materialien sind besonders für die Verwendung eines erfindungsgemäßen Aerodynamikbauteils an einem Flugkörper, insbesondere an einem Flugzeug, geeignet.
-
Die äußere Lage weist vorzugsweise eine Vielzahl von Luftdurchtrittsöffnungen auf, welche insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Derartige Luftdurchtrittsöffnungen können besonders einfach hergestellt werden, so dass die Herstellung der äußeren Lage kostengünstig ist.
-
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die Luftdurchtrittsöffnungen Bohrungen oder sonstige zylindrische oder konusförmige Ausnehmungen sind.
-
Insbesondere dann, wenn die Luftdurchtrittsöffnungen im Wesentlichen konusförmig ausgebildet sind, kann vorgesehen sein, dass eine engere Stelle der konusförmigen Ausnehmung jeweils an der im Benutzungszustand des Aerodynamikbauteils äußeren Oberfläche der äußeren Lage angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Zusetzung der Luftdurchtrittsöffnungen mit Verunreinigungen reduziert werden.
-
Die Luftdurchtrittsöffnungen können beispielsweise in einem Ätzverfahren oder in einem Laserschneidverfahren oder durch Bohren hergestellt werden.
-
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die äußere Lage eine Vielzahl von Luftdurchtrittsöffnungen aufweist, welche im Wesentlichen schlitzförmig ausgebildet sind. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die im Wesentlichen schlitzförmig ausgebildeten Luftdurchtrittsöffnungen sich längs oder quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu einer Strömungsrichtung erstrecken, in welcher im Benutzungszustand des Aerodynamikbauteils die Luft an dem Aerodynamikbauteil entlang strömt.
-
Günstig kann es sein, wenn die äußere Lage eine Vielzahl von Luftdurchtrittsöffnungen aufweist, welche im Wesentlichen homogen auf der äußeren Lage verteilt angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine insbesondere homogene Absaugung der Luftgrenzschicht erfolgen, so dass die Luftgrenzschicht zuverlässig über eine große Fläche beeinflusst werden kann.
-
Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Luftdurchtrittsöffnungen gradiert auf der äußeren Lage verteilt angeordnet sind, das heißt, dass die Anzahl der Luftdurchtrittsöffnungen pro Quadratzentimeter nicht überall auf der äußeren Lage konstant ist, sondern in einer Richtung zu- oder abnimmt.
-
Die durch die Vielzahl von Luftdurchtrittsöffnungen gebildete Porosität der äußeren Lage beträgt beispielsweise höchstens ungefähr 5%. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Luftgrenzschicht durch die Luftdurchtrittsöffnungen in der äußeren Lage nicht negativ beeinflusst wird.
-
Vorzugsweise beträgt die durch die Vielzahl von Luftdurchtrittsöffnungen gebildete Porosität der äußeren Lage höchstens ungefähr 1%. Insbesondere beträgt die Porosität der äußeren Lage ungefähr 0,8%.
-
Grundsätzlich kann ein Verhältnis der durchschnittlichen Ausdehnung der Luftdurchtrittsöffnungen in einer parallel zur Oberfläche der äußeren Lage verlaufenden Richtung zu der Dicke der äußeren Lage höchstens ungefähr 1 betragen, das heißt, dass beispielsweise bei zylindrischen Luftdurchtrittsöffnungen ein durchschnittlicher Durchmesser derselben höchstens ungefähr der Dicke der äußeren Lage entspricht.
-
Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass ein Verhältnis der durchschnittlichen Ausdehnung der Luftdurchtrittsöffnungen in einer parallel zur Oberfläche der äußeren Lage verlaufenden Richtung zu der Dicke der äußeren Lage höchstens ungefähr 0,1, insbesondere 0,01, bevorzugt höchstens ungefähr 0,001, beträgt. Auf diese Weise kann eine besonders dicke äußere Lage verwendet werden, so dass eine hohe mechanische Stabilität der äußeren Lage und somit des Aerodynamikbauteils gewährleistet ist.
-
Das Aerodynamikbauteil kann beispielsweise als ein Höhenleitwerk, als ein Seitenleitwerk oder als eine Trägfläche eines Flugkörpers, insbesondere eines Flugzeugs, ausgebildet sein.
-
Ferner kann das Aerodynamikbauteil jedoch auch am Rumpf des Flugkörpers, insbesondere des Flugzeugs, angeordnet sein oder einen Bestandteil desselben bilden.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aerodynamikbauteil als ein Rotorblatt eines Hubschraubers ausgebildet ist.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Aerodynamikbauteil als ein Bauteil, insbesondere als ein Rotorblatt, einer Windenergieanlage ausgebildet ist.
-
Das erfindungsgemäße Aerodynamikbauteil eignet sich insbesondere zur Verwendung in oder an einem Flugkörper, welcher mindestens ein erfindungsgemäßes Aerodynamikbauteil umfasst.
-
Der Flugkörper kann insbesondere als ein Flugzeug oder als ein Hubschrauber ausgebildet sein.
-
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn das mindestens eine Aerodynamikbauteil in den Flugkörper integriert ist.
-
Der erfindungsgemäße Flugkörper weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Aerodynamikbauteil beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
-
Ferner können das erfindungsgemäße Aerodynamikbauteil und/oder der erfindungsgemäße Flugkörper die nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen.
-
Das Aerodynamikbauteil ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Beeinflussung der Luftgrenzschicht mittels der Luftdurchtrittsöffnungen in der äußeren Lage über mindestens ungefähr 5%, insbesondere mindestens ungefähr 20%, vorzugsweise mindestens ungefähr 50%, der Erstreckung des Aerodynamikbauteils in der Strömungsrichtung möglich ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Beeinflussung der Luftgrenzschicht über die gesamte Ausdehnung des Aerodynamikbauteils in der Strömungsrichtung möglich ist.
-
Vorteilhaft kann es jedoch auch sein, wenn eine Beeinflussung der Luftgrenzschicht mittels der Luftdurchtrittsöffnungen in der äußeren Lage über höchstens ungefähr 50%, insbesondere höchstens ungefähr 30%, der Erstreckung des Aerodynamikbauteils in der Strömungsrichtung möglich ist.
-
Die äußere Lage des Aerodynamikbauteils ist vorzugsweise nur in demjenigen Bereich mit Luftdurchtrittsöffnungen versehen, in welchem eine Beeinflussung der Luftgrenzschicht möglich sein soll.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Aerodynamikbauteils ist vorzugsweise eine ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 3 mm dicke turbulente Luftgrenzschicht absaugbar.
-
Eine Lochgröße der Luftdurchtrittsöffnungen in der äußeren Lage ist im Vergleich zur Dicke der abgesaugten Schicht vorzugsweise gering. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Lochgröße der Luftdurchtrittsöffnungen höchstens ungefähr 100 µm, insbesondere höchstens ungefähr 50 µm, beträgt. Ein Abstand zwischen den Luftdurchtrittsöffnungen beträgt vorzugsweise höchstens ungefähr 1 mm, insbesondere höchstens ungefähr 500 µm.
-
Die Anzahl der Luftdurchtrittsöffnungen in der äußeren Lage beträgt beispielsweise mindestens ungefähr eine Million Luftdurchtrittsöffnungen pro Quadratmeter, insbesondere mindestens ungefähr zwei Millionen Luftdurchtrittsöffnungen pro Quadratmeter, vorzugsweise mindestens ungefähr vier Millionen Luftdurchtrittsöffnungen pro Quadratmeter.
-
Weitere vorteilhafte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
-
In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines als Seitenleitwerk ausgebildeten Aerodynamikbauteils eines Flugzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnitts durch das Aerodynamikbauteil aus 1 längs der Linie 2-2, wobei eine äußere Lage des Aerodynamikbauteils direkt an einer Stützstruktur des Aerodynamikbauteils angeordnet ist;
- 3 eine der 2 entsprechende Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Aerodynamikbauteils, wobei zwischen der äußeren Lage des Aerodynamikbauteils und der Stützstruktur des Aerodynamikbauteils eine Koppelschicht vorgesehen ist;
- 4 eine nicht maßstabsgetreue vergrößerte Darstellung des Bereichs IV in 3;
- 5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die äußere Lage des Aerodynamikbauteils aus 3;
- 6 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Luftdurchtrittsöffnung einer äußeren Lage des Aerodynamikbauteils in einer schematischen Schnittdarstellung; und
- 7 eine der 5 entsprechende schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der äußeren Lage des Aerodynamikbauteils mit schlitzförmigen Luftdurchtrittsöffnungen.
-
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Ein in 1 dargestelltes, als Ganzes mit 100 bezeichnetes Aerodynamikbauteil ist beispielsweise als ein Seitenleitwerk 102 ausgebildet und als ein solches Bestandteil eines beispielsweise als Flugzeug 104 ausgebildeten Flugkörpers 106.
-
Wie 1 zu entnehmen ist, wird das Aerodynamikbauteil 100 im Betrieb desselben im montierten Zustand an dem Flugzeug 104 mit Luft in einer Strömungsrichtung 108 angeströmt und anschließend umströmt.
-
Aufgrund der Form des Aerodynamikbauteils 100 und der Reibung der Luft an einer Oberfläche 110 des Aerodynamikbauteils 100 entsteht an der Oberfläche 110 des Aerodynamikbauteils 100 eine turbulente Luftgrenzschicht 112 (siehe 2), welche mittels des Aerodynamikbauteils 100 beeinflusst, insbesondere zumindest teilweise abgesaugt, werden kann.
-
Wie 2 zu entnehmen ist, umfasst das Aerodynamikbauteil 100 hierzu eine äußere Lage 114, welche mit (noch zu beschreibenden) Luftdurchtrittsöffnungen 116 versehen und an einer Stützstruktur 118 angeordnet ist. Die Stützstruktur 118 gewährleistet die mechanische Stabilität der äußeren Lage 114 und darüber hinaus auch des gesamten Aerodynamikbauteils 100.
-
Durch die Luftdurchtrittsöffnungen 116 in der äußeren Lage 114 des Aerodynamikbauteils 100 kann die turbulente Luftgrenzschicht 112 in einen Innenraum 120 des Aerodynamikbauteils 100 hineingesaugt werden, so dass die Turbulenz in der unmittelbaren Umgebung des Aerodynamikbauteils 100 reduziert wird und somit eine zumindest näherungsweise laminare Umströmung des Aerodynamikbauteils 100 im Betrieb des Flugzeugs 104 erhalten werden kann.
-
Das Aerodynamikbauteil 100 umfasst eine (nicht dargestellte) Pumpe, mittels welcher die Luftgrenzschicht 112 in den Innenraum 120 des Aerodynamikbauteils 100 gesaugt werden kann.
-
Wie 2 zu entnehmen ist, ist durch den Aufbau der Stützstruktur 118 an dem Aerodynamikbauteil 100 eine Mehrzahl von Absaugkammern 122 gebildet, welche einen zentralen Absaugkanal 124 umgeben. Der zentrale Absaugkanal 124 ist an die (nicht dargestellte) Pumpe angeschlossen.
-
Dadurch, dass gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform des Aerodynamikbauteils 100 die äußere Lage 114 direkt an der Stützstruktur 118 angeordnet ist, sind in der äußeren Lage 114 angeordnete Luftdurchtrittsöffnungen 116 in den Bereichen, an denen die Stützstruktur 118 direkt an die äußere Lage 114 angrenzt, von der Stützstruktur 118 überdeckt, so dass in diesen Bereichen eine Absaugung der Luftgrenzschicht 112 nicht möglich ist.
-
Dies beeinträchtigt die Möglichkeit einer homogenen Absaugung der Luftgrenzschicht 112.
-
Eine in 3 dargestellte Weiterbildung der Ausführungsform aus 2 umfasst daher eine Koppelschicht 126, welche zwischen der äußeren Lage 114 und der Stützstruktur 118 angeordnet ist. Die Koppelschicht 126 dient dabei als Abstandshalter zwischen der äußeren Lage 114 und der Stützstruktur 118 und ist selbst fluiddurchlässig ausgebildet, so dass die im Bereich der Stützstruktur 118 angeordneten Luftdurchtrittsöffnungen 116 in der äußeren Lage 114 nicht abgedeckt werden und ebenfalls zur Absaugung der Luftgrenzschicht 112 verwendet werden können. Hierdurch ist eine homogene Absaugung der Luftgrenzschicht 112 gewährleistet.
-
Ferner ist bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des Aerodynamikbauteils 100 vorgesehen, dass die Absaugkammern 122 jeweils mittels eines Drosselventils 128 mit dem zentralen Absaugkanal 124 in Fluidverbindung stehen.
-
Mittels der Drosselventile 128 kann eingestellt, vorzugsweise geregelt, werden, welche Druckdifferenz zwischen der jeweiligen Absaugkammer 122 und dem zentralen Absaugkanal 124 herrschen soll, so dass die Absaugung der Luftgrenzschicht 112 durch die Koppelschicht 126 und die äußere Lage 114 mittels der Drosselventile 128 gezielt beeinflusst werden kann.
-
Durch die separate Einstellmöglichkeit der Drosselventile 128 kann eine variable/angepasste Absaugung der Luftgrenzschicht 112 auch ohne die Verwendung mehrerer separater Pumpen ermöglicht werden.
-
Wie insbesondere der in 4 gezeigten vergrößerten Darstellung des Bereichs IV aus 3 zu entnehmen ist, bewirkt die Anordnung der Stützstruktur 118 im Bereich der äußeren Lage 114 eine Überdeckung der Luftdurchtrittsöffnungen 116 in der äußeren Lage 114 des Aerodynamikbauteils 100.
-
Die schematische Darstellung in 4 ist dabei nicht maßstabsgetreu. Vielmehr würde in einem tatsächlichen, maßstabsgetreuen Beispiel eine deutlich größere Anzahl an Luftdurchtrittsöffnungen 116 von der Stützstruktur 118 überdeckt werden.
-
Wie 4 zu entnehmen ist, ermöglicht jedoch die Koppelschicht 126 zwischen der äußeren Lage 114 und der Stützstruktur 118, dass die durch die Luftdurchtrittsöffnungen 116 strömende Luft der turbulenten Luftgrenzschicht 112 auch im Bereich der Stützstruktur 118 mehreren Strömungswegen 130 bis in die Absaugkammern 122 folgen kann, so dass die Absaugung der turbulenten Luftgrenzschicht 112 durch die Stützstruktur 118 nicht behindert wird.
-
Wie 5 zu entnehmen ist, sind die Luftdurchtrittsöffnungen 116 zylindrische Bohrungen und vorzugsweise im Wesentlichen homogen verteilt angeordnet, wobei ein mittlerer Abstand der Luftdurchtrittsöffnungen 116 voneinander beispielsweise ungefähr 500 µm beträgt.
-
Eine in 6 dargestellte alternative Ausführungsform der Luftdurchtrittsöffnungen 116 sieht vor, dass die Luftdurchtrittsöffnungen 116 nicht zylindrisch, sondern konusförmig ausgebildet sind.
-
Die Luftdurchtrittsöffnungen 116 verjüngen sich dabei vorzugsweise ausgehend von der der Koppelschicht 126 zugewandten Seite der äußeren Lage 114, so dass ein weites Ende 132 der Luftdurchtrittsöffnungen 116 der Koppelschicht 126 zugewandt ist. Ein engeres Ende 134 der Luftdurchtrittsöffnungen 116 ist dann der Luftgrenzschicht 112 zugewandt.
-
Die Ausgestaltung der Luftdurchtrittsöffnungen 116 als konusförmige Luftdurchtrittsöffnungen 116 kann den Vorteil bieten, dass Verunreinigungen 136, welche zu einem Zusetzen der Luftdurchtrittsöffnungen 116 und somit zu einer Beeinträchtigung der Luftabsaugung mittels des Aerodynamikbauteils 100 führen können, nicht so einfach an den Luftdurchtrittsöffnungen 116 anhaften können.
-
Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Luftdurchtrittsöffnungen 116 gemäß 7 kann vorgesehen sein, dass die Luftdurchtrittsöffnungen 116 schlitzförmig ausgebildet sind. Die schlitzförmigen Luftdurchtrittsöffnungen 116 erstrecken sich dabei vorzugsweise quer, insbesondere senkrecht, zu der Strömungsrichtung 108, in welcher die Luft an dem Aerodynamikbauteil 100 im Benutzungszustand desselben vorbeiströmt.
-
Sowohl die konusförmigen Luftdurchtrittsöffnungen 116 gemäß 6 als auch die schlitzförmigen Luftdurchtrittsöffnungen 116 gemäß 7 können alternativ zu den zylinderförmigen Luftdurchtrittsöffnungen 116 gemäß 4 und 5 verwendet werden, so dass bezüglich des weiteren Aufbaus der äußeren Lage 114 und des übrigen Aerodynamikbauteils 100 auf die Ausführungen zu den 1 bis 5 Bezug genommen wird.
-
Das vorstehend beschriebene Aerodynamikbauteil 100 gemäß den 1 bis 5 (mit Koppelschicht 126) funktioniert wie folgt:
-
Ein mit dem Aerodynamikbauteil 100 versehenes Flugzeug 104 wird im Reiseflug aufgrund der hohen Geschwindigkeit von ungefähr 900 km/h bis ungefähr 1000 km/h größtenteils turbulent mit Luft umströmt. Diese turbulente Umströmung erhöht den Luftwiderstand und führt zu einem hohen Treibstoffbedarf.
-
Mittels des Aerodynamikbauteils 100 kann die turbulente Umströmung reduziert, insbesondere ganz vermieden, werden.
-
Hierzu wird mittels des Aerodynamikbauteils 100 eine beispielsweise ungefähr 1 mm dicke Luftgrenzschicht 112 an der Oberfläche 110 des Aerodynamikbauteils 100 in den Innenraum 120 des Aerodynamikbauteils 100 hineingesaugt. Dies bewirkt, dass die Luftgrenzschicht 112 nicht zur Bildung größerer Turbulenzen beitragen kann und sich eine im Wesentlichen laminare Strömung um das Aerodynamikbauteil 100 einstellt.
-
Eine besonders zuverlässige Absaugung der Luftgrenzschicht 112 über eine große Fläche der Oberfläche 110 des Aerodynamikbauteils 100 ist insbesondere dann möglich, wenn die äußere Lage 114, welche die Luftdurchtrittsöffnungen 116 zur Absaugung der Luftgrenzschicht 112 aufweist, nicht direkt an der Stützstruktur 118 angeordnet ist, sondern mittels der Koppelschicht 126 auf Abstand von der Stützstruktur 118 gehalten wird. Da die Koppelschicht 126 luftdurchlässig, insbesondere offenporig, ausgebildet ist, behindert die Stützstruktur 118 die Absaugung der Luftgrenzschicht 112 dann nicht oder zumindest nur unwesentlich.
-
Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, können durch die Verwendung der Koppelschicht 126 auch diejenigen Luftdurchtrittsöffnungen 116 in der äußeren Lage 114 zur Absaugung der Luftgrenzschicht 112 verwendet werden, die ansonsten bei einer direkten Anordnung der äußeren Lage 114 an der Stützstruktur 118 von der Stützstruktur 118 verdeckt wären.
-
Dadurch, dass zwischen der äußeren Lage 114 und der Stützstruktur 118 mittels der Koppelschicht 126 ein fluiddurchlässiger Raum gebildet ist, ist eine im Wesentlichen homogene und damit zuverlässige Beeinflussung der Luftgrenzschicht 112 mittels des Aerodynamikbauteils 100 gewährleistet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Aerodynamikbauteil
- 102
- Seitenleitwerk
- 104
- Flugzeug
- 106
- Flugkörper
- 108
- Strömungsrichtung
- 110
- Oberfläche
- 112
- Luftgrenzschicht
- 114
- äußere Lage; äußere Schicht
- 116
- Luftdurchtrittsöffnungen
- 118
- Stützstruktur
- 120
- Innenraum
- 122
- Absaugkammer
- 124
- zentraler Absaugkanal
- 126
- Koppelschicht
- 128
- Drosselventil
- 130
- Strömungsweg
- 132
- weiteres Ende
- 134
- engeres Ende
- 136
- Verunreinigung
