DE102010064539B3

DE102010064539B3 - Klappbares Winglet

Info

Publication number: DE102010064539B3
Application number: DE102010064539.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wildschek
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2030-01-28

Abstract

Winglet (12) für den Tragflügel (10) eines Luftfahrzeugs, das um eine Klappachse (14) klappbar ist, wobei dieses mittels einer Klappvorrichtung (20) fixierbar ist, die bei Überschreitung einer bestimmten am Winglet (12) angreifenden Seitenlast dieses zum Umklappen um die Klappachse (14) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappvorrichtung (20) mindestens eine Beuleinrichtung (22) umfasst, die bei Überschreitung einer Schwellwertlast ausbeult.

Description

Die Erfindung betrifft ein Winglet für den Tragflügel eines Luftfahrzeugs das um eine Klappachse klappbar ist, wobei dieses mittels einer Klappvorrichtung fixierbar ist, die bei Überschreitung einer bestimmten am Winglet angreifenden Seitenlast dieses zum Umklappen um die Klappachse freigibt. Eine solche Vorrichtung ist aus der US 2005/0 133 672 A1 bekannt.
Es ist bekannt, dass im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Tragflügelprofile, sogenannte Winglets, an den freien Enden der Tragflügel eines Luftfahrzeugs den induzierten Widerstand bei hohen Auftriebswerten reduzieren und dadurch die Handhabung des Luftfahrzeugs und die Stabilität um die Hochachse verbessern. Die Aus- oder Nachrüstung eines Tragflügels mit Winglets führt dabei zu einer Verbesserung der Gleitzahl und somit zu einem reduzierten Spritverbrauch und einer höheren Reichweite der Luftfahrzeuge, insbesondere von Verkehrsflugzeugen.
Bei großen und somit besonders wirksamen Winglets muss dabei die Tragflügelstruktur vor allem im Außenbereich höhere Lasten aufnehmen, die dadurch entstehen, dass das Winglet seitlich angeströmt werden kann, beispielsweise beim Schiebeflug, Manövern oder seitlichen Böen. Eine solche Versteifung der Tragflügel zur Aufnahme der zusätzlichen Lasten durch die Ausrüstung mit Winglets ist insbesondere bei der Nachrüstung aufwendig und teuer und die gewonnene bessere Gleitzahl wird durch ein höheres Strukturgewicht der Versteifung teilweise zunichte gemacht.
Aus der US 2008/0308683 A1 ist ein gattungsgemäßes Winglet bekannt, das in Abhängigkeit unterschiedlicher Temperaturen zwischen unterschiedlichen vertikalen Ausrichtungen schwenkbar ist.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Winglet für den Tragflügel eines Luftfahrzeugs bereitzustellen, das einerseits ausreichend groß dimensioniert werden kann, um den induzierten Widerstand im Tragflügel möglichst effizient zu reduzieren aber andererseits keine baulich aufwändigen aktiven Betätigungsvorrichtungen enthält, trotzdem bei plötzlich auftretenden Seitenlasten keine unzulässigen Kräfte verursacht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Winglet um eine Klappachse klappbar und mittels einer Klappvorrichtung fixierbar, die bei Überschreitung einer bestimmten am Winglet angreifenden Seitenlast das Winglet zum Umklappen um die Klappachse freigibt. Dabei umfasst die Klappvorrichtung mindestens eine Beuleinrichtung, die bei Überschreitung einer Schwellwertlast ausbeult. Die Beuleinrichtung dient dazu, das Winglet zunächst starr fixiert zu halten und Momente vom Winglet in den Tragflügel zu übertragen, die bei Manövern, Schiebeflug, Böen oder Turbulenzen entstehen. Wird eine bestimmte am Winglet angreifende Seitenlast, also ein maximal zulässiges Moment überschritten, (dasjenige Moment, das der Tragflügel zuzüglich Sicherheitsfaktor gerade noch aufnehmen kann), so beult das Beulelement und verkürzt sich dadurch, so dass das Winglet um die Klappachse klappen kann und somit der angreifenden Seitenlast ausweichen kann. Da sich dadurch die Angriffsfläche des Winglets verkleinert und somit die aerodynamische Last auf das Winglet reduziert wird, reduziert sich auch das Moment, das der Tragflügel aufnehmen muss.
Die Erfindung ermöglicht ein Wegklappen des Winglets bei der Überschreitung einer vorgegebenen Seitenlast, wodurch auf diese geringere Kräfte einwirken und somit dessen Fixierung am Tragflügel weniger belastet wird und insgesamt baulich leichter ausgeführt werden kann. Durch das Umklappen des Winglets verkleinert sich die Windangriffsfläche, wodurch das vom Winglet übertragene Moment geringer wird und unterhalb eines zulässigen Maximalwerts gehalten werden kann. Dadurch weicht das Winglet gezielt einer zu hohen Beanspruchung aus. Wenn die am Winglet angreifende Seitenlast anschließend wieder geringer wird, kann sich dieses in die Normalstellung zurückbewegen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Beuleinrichtung mindestens zwei Beulelemente, die sich mit ihren jeweils einen Enden ober- bzw. unterhalb der Klappachse am Winglet mit ihren jeweils anderen Enden am Tragflügel abstützen. Durch zwei derartige Beulelemente beidseits der Klappachse ist das Winglet zunächst starr fixiert. Sofern durch die angreifenden Seitenlasten auf das Winglet ein Moment um die Klappachse in der einen oder anderen Richtung entsteht, ändert sich so lange an diesem Zustand nichts, bis die vom Beulelement aufnehmbare Drucklast überschritten wird, so dass das Beulelement dann schlagartig ausbeult und sich dadurch verkürzt, wodurch das Winglet wegklappen kann.
Vorzugsweise umfassen die Beulelemente eine oder mehrere Platten, bevorzugt aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff. Derartige Elemente eignen sich aufgrund ihrer Elastizität besonders zur Ausbildung als Beulelement.
Vorzugsweise ist die Klappachse parallel zur Luftfahrzeuglängsachse ausgerichtet. Alternativ sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Klappachse gegenüber der Luftfahrzeuglängsachse einen Winkel in vertikaler Ebene einschließt, wobei die Klappachse in Bewegungsrichtung des Luftfahrzeugs ansteigt. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise zwischen 10° Grad und 50°, noch bevorzugter zwischen 20° und 40°. Diese schräge Anordnung der Klappachse gegenüber der Luftfahrzeuglängsachse bewirkt, dass das Winglet beim Umklappen gleichzeitig auch seinen Anstellwinkel gegenüber der seitlich wirkenden aerodynamischen Last verringert, wodurch das in die Tragflügel zu übertragene Moment noch zusätzlich reduziert wird, mithin das Winglet zur Erreichung der gleichen Entlastung weniger weit abklappen muss.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Klappvorrichtung im geklappten Zustand des Winglets auf dieses ein Rückstellmoment ausübt um zu erreichen, dass bei Nachlassen der seitlichen Lasten das Winglet wieder in den ursprünglichen Zustand zurückklappt. Vorzugsweise umfasst die Klappvorrichtung dazu eine Art Arretiereinrichtung, damit das Winglet nach Erreichen des Normalzustandes in diesem erneut verriegelt wird. Bei Verwendung der oben beschriebenen Beuleinrichtung ist dieser Zustand erreicht, wenn die Beulelemente wieder gestreckt sind, also jegliche Ausbeulung beseitigt ist.
Der Klappbereich, um den das Winglet um die Klappachse geklappt werden kann, beträgt vorzugsweise 20° bis 60° in einer Ausführung ohne Wingletklappe, mit einer solchen Wingletklappe entsprechend weniger, insbesondere 5° bis 30°.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.
Dabei zeigt:
1: eine schematische Ansicht eines Tragflügelausschnitts mit angebrachtem Winglet von vorne;
2: eine schematische Schnittansicht des Tragflügels gemäß 1 mit zwei alternativen Ausführungsformen von Wingletklappachsen;
3: eine schematische Darstellung einer Wingletbefestigung mittels einer Beuleinrichtung.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Tragflügelausschnittes 10 mit einem angebrachten Winglet 12 von vorne. Das Winglet 12 ist dabei um eine Klappachse 14 klappbar ausgebildet wobei eine Klappvorrichtung 20 vorgesehen ist, die sich am Tragflügel 10 abstützt und im normalen Zustand das Winglet 12 starr in der in 1 gezeigten Stellung fixiert, hingegen bei einer seitlich angreifenden Last, die durch die Pfeile A und B angedeutet werden, ein seitliches Abklappen des Winglets 12 ermöglicht.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Tragflügels 10 mit einer Seitenansicht des Winglets 12, wobei in dieser Figur zwei unterschiedliche Ausrichtungen der Klappachse dargestellt sind. In einer ersten Ausführung ist die Klappachse 14a in Längsrichtung des nicht dargestellten Luftfahrzeugs, also genau in Bewegungsrichtung ausgerichtet. Mit dem Bezugszeichen 14b ist eine alternative Klappachse dargestellt, die in vertikaler Richtung geneigt ist, so dass ein Teil des Winglets (in der Figur der linke untere Teil) starr bleibt und nur der Bereich oberhalb der Klappachse 14b abklappt.
In 3 ist eine schematische Darstellung einer Wingletbefestigung mittels einer als Beuleinrichtung ausgeführten Klappeinrichtung 20 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile wie in den anderen Figuren. Die Beuleinrichtung umfasst zwei flache Beulelemente 22, die über Rollen 24 geführt sind. Die tragflügelseitigen Enden der beiden Beulelemente 22 können sich an einem Anschlagselement 26 abstützen, das Teil des Tragflügels 10 ist. Die gegenüberliegenden Enden der Beulelemente 22 sind beiderseits der Klappachse 14 an einem Stützteil 28 befestigt, das Bestandteil des Winglets 12 ist. Im Normalzustand – also ohne seitliche Lasten – wäre das in 3 gezeigte Winglet 12 vertikal, in welchem Fall die beiden Beulelemente 22 geradlinig, also unausgebeult, sind und am Anschlagselement 26 anliegen. Auf diese Weise liegt eine starre Verbindung zwischen Winglet 12 und Tragflügel 10 vor, weil jede auf das Winglet 12 seitlich wirkende Last L als Druckkraft über das eine oder andere Beulelement 22 auf das Anschlagselement 26 übertragen wird und somit das Winglet 12 unbeweglich bleibt.
Sofern jedoch eine seitlich angreifende Last L einen Schwellwert überschreitet, der durch die Beullast des auf Druck belasteten Beulelements 22 definiert ist, beult dieses druckbelastete Beulelement 22 (in 3 das untere) seitlich aus und ermöglicht schlagartig eine Beweglichkeit des Winglets 12 um die Klappachse 14. In der 3 ist dementsprechend das Winglet 12 nach rechts geklappt dargestellt. Gleichzeitig wird das zweite, nicht belastete (in 3 oben dargestellte) Beulelement 22 vom Stützteil 28 mitgezogen und hebt vom Anschlagselement 26 ab.

Claims

Winglet (12) für den Tragflügel (10) eines Luftfahrzeugs, das um eine Klappachse (14) klappbar ist, wobei dieses mittels einer Klappvorrichtung (20) fixierbar ist, die bei Überschreitung einer bestimmten am Winglet (12) angreifenden Seitenlast dieses zum Umklappen um die Klappachse (14) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappvorrichtung (20) mindestens eine Beuleinrichtung (22) umfasst, die bei Überschreitung einer Schwellwertlast ausbeult.
Winglet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beuleinrichtung (22) mindestens zwei Beulelemente (22) aufweist, die sich mit ihren jeweils einen Enden ober- bzw. unterhalb der Klappachse (14) am Winglet (12) und mit den jeweils anderen Enden am Tragflügel (10) abstützen.
Winglet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beulelemente (22) aus Platten bestehen.
Winglet nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beulelemente (22) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen.
Winglet nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappachse (14a) parallel zur Luftfahrzeuglängsachse ausgerichtet ist.
Winglet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappachse (14b) gegenüber der Luftfahrzeuglängsachse einen Winkel einschließt, der vorzugsweise zwischen 10° und 50°, vorzugsweise zwischen 20° und 40°, beträgt.
Winglet nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappvorrichtung (20) im geklappten Zustand des Winglets (12) auf dieses ein Rückstellmoment ausübt.