DE102012111690A1

DE102012111690A1 - Formvariabler aerodynamischer Verkleidungskörper für einen Klappen-Verstellmechanismus eines Luftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012111690A1
Application number: DE102012111690.3A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Friedel; Karsten Schröder
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-05
Also published as: US20140151510A1; US10035580B2

Abstract

Es wird ein aerodynamischer Verkleidungskörper (1) für ein Luftfahrzeug (23), ein entsprechendes Luftfahrzeug (23) und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für einen aerodynamischen Verkleidungskörper (1) vorgestellt. Der Verkleidungskörper (1) ist ausgeführt, einen Klappen-Verstellmechanismus (3) aufzunehmen. Ferner ist der Verkleidungskörper (1) ausgeführt, in einem vorgegebenen Abstand von einem Triebwerk (5) des Luftfahrzeugs (23), welches einen je nach Flugphase variablen Ausstoß (7) erzeugt, angeordnet zu werden. Des Weiteren ist der Verkleidungskörper ausgeführt in seiner Form derart verändert zu werden, dass der Verkleidungskörper (1) sich permanent außerhalb des Ausstoßes (7) des Triebwerks (5) befindet. Das heißt der Verkleidungskörper ist derart formvariabel, dass er sich in jeder beliebigen Flugphase des Luftfahrzeugs außerhalb des Triebwerkausstoßes befindet.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Struktur und Kinematik von aerodynamischen Systemen für Luftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung einen formvariablen aerodynamischen Verkleidungskörper für einen Klappen-Verstellmechanismus, ein Flugzeug mit einem aerodynamischen Verkleidungskörper und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für einen aerodynamischen Verkleidungskörper.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hochauftriebselemente wie z.B. Hinterkantenklappen oder Landeklappen können an Flugzeugflügeln vorgesehen sein. Sie können in Start- und Landephasen des Flugzeugs ausgefahren werden, um den Auftrieb zu vergrößern. Während des Reisefluges, auch als cruising fligh bezeichnet, können die Hochauftriebselemente eingefahren werden, um den Strömungswiderstand zu verringern. Beispielsweise sind derartige Hochauftriebselemente aus DE 10 2010 032 224 A1 und aus WO 2012 013 332 A2 bekannt.
Der Verstellmechanismus für die Hochauftriebselemente kann in Verkleidungen z.B. an der Unterseite der Flugzeugflügel vorgesehen sein. Die Verkleidung sollte dabei bestimmten Vorgaben entsprechen, um eine optimale Aerodynamik zu gewährleisten.
Sind am Flugzeug z.B. besonders große Triebwerke vorgesehen bzw. befinden sich diese nahe an den Verkleidungen der Verstellmechanismen, so können die Verkleidungen in den Triebwerksausstoß gelangen. Dies kann zu Vibrationen und einer zusätzlichen Belastung der Verkleidungen führen.
Es sind ferner Verkleidungen bekannt, die kleiner bzw. kürzer als üblich ausgeführt sind, um die Vibrationen und die zusätzliche Belastung zu vermeiden. Eine derartige Ausgestaltung der Verkleidungen kann jedoch zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes führen, da die Dimensionen der Verkleidung in diesem Fall von den aerodynamischen Vorgaben abweichen. Alternativ können die Verkleidungen mit Verstärkungselementen versehen werden, um der zusätzlichen Belastung standzuhalten. Diese führen jedoch zu einer unerwünschten Gewichtserhöhung. Ferner können die Schwingungen bzw. Vibrationen der Verkleidungen dadurch verringert werden, dass zusätzliche Gewichte an den Verkleidungen angebracht sind, die zu einer Änderung der Resonanzfrequenz der Verkleidungen führen,
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es kann daher ein Bedarf an einem aerodynamischen Verkleidungskörper, einem Flugzeug mit einem aerodynamischen Verkleidungskörper und einem entsprechenden Herstellungsverfahren für einen aerodynamischen Verkleidungskörper bestehen, die es insbesondere ermöglichen die Belastung der Verkleidungen zu verringern ohne dabei den Strömungswiderstand zu erhöhen.
Diese Aufgabe kann durch den Gegenstand der Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein aerodynamischer Verkleidungskörper für ein Luftfahrzeug vorgestellt. Der aerodynamische Verkleidungskörper ist ausgeführt, einen Klappen-Verstellmechanismus aufzunehmen. Ferner ist der Verkleidungskörper ausgeführt, in einem vorgegebenen Abstand von einem Triebwerk des Luftfahrzeugs, welches einen je nach Flugphase variablen Ausstoß erzeugt, angeordnet zu werden. Der Verkleidungskörper ist dabei ausgeführt, in seiner Form derart verändert zu werden, dass der Verkleidungskörper sich in jeder Flugphase des Luftfahrzeugs, außerhalb des Ausstoßes des Triebwerks befindet.
Anders ausgedrückt basiert die Idee der vorliegenden Erfindung darauf, einen Verkleidungskörper bereitzustellen, der derart formvariabel ist, dass er sich permanent, d.h. in jeder beliebigen Flugphase des Luftfahrzeugs außerhalb des Ausstoßes des Triebwerks befindet und gleichzeitig die aerodynamischen Anforderungen hinsichtlich der Dimensionierung zumindest im Reiseflug erfüllt. Beispielsweise kann hierzu bei Bedarf ein Teil des Verkleidungskörpers in einen anderen Teil des Verkleidungskörpers teleskopartig eingefahren und aus diesem ausgefahren werden. Alternativ kann ein Teil des Verkleidungskörpers, derart gegen den Rest des Verkleidungskörpers geneigt bzw. verkippt werden, bis sich dieser Teil außerhalb der Reichweite des Triebwerksausstoßes befindet. Dass der Verkleidungskörper sich außerhalb des Ausstoßes des Triebwerks befindet bedeutet dabei, dass der Abstand zwischen allen Bereichen des Verkleidungskörpers und dem Ausstoß ausreichend groß ist, um Vibrationen zu verhindern.
Auf diese Weise kann der Verkleidungskörper je nach Flugsituation bzw. Flugmanöver an die variable Reichweite des Triebwerkausstoßes angepasst werden. Beispielsweise könnte der Verkleidungskörper bei Start- und Landephasen eingefahren bzw. verkürzt werden, so dass keine zusätzlichen Belastungen und keine Vibrationen am Verkleidungskörper durch den Triebwerkausstoß entstehen. Somit kann auf zusätzliche Verstärkungen am Verkleidungskörper verzichtet und damit Gewicht und Materialkosten eingespart werden. Zusätzlich kann hierdurch eine thermische Belastung des Verkleidungskörpers verringert bzw. vermieden werden.
Ferner kann der Verkleidungskörper in Reiseflugphasen ausgefahren bzw. auf eine aerodynamisch günstige Länge verlängert werden. Hierdurch kann der Strömungswiderstand und damit auch der Energie- bzw. der Brennstoffverbrauch des Luftfahrzeugs verringert werden.
Zusammenfassend kann bei bekannten Verkleidungskörpern ein Ausfahren von Klappen z.B. in Start- und Landephasen des Luftfahrzeugs dazu führen, dass sich der Verkleidungskörper z.B. nach unten bewegt und dadurch dem Triebwerksstrahl näher kommt. Das führt zu unerwünschten Vibrationen. Eine generelle Verkürzung des Verkleidungskörpers führt dagegen zu einem höheren Widerstand. Dies kann vor allem im Cruise, d.h. im Reiseflug, nachteilhaft sein.
Der erfindungsgemäße Verkleidungskörper ermöglicht es vorzugsweise, dass beim Ausfahren der Klappen der Verkleidungskörper eingefahren wird und dass beim Einfahren der Klappen der Verkleidungskörper ausgefahren wird. Die inverse bzw. gegenläufige Bewegung der Klappen und des Verkleidungskörpers kann z.B. durch eine mechanische Kopplung realisiert sein. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Antriebselemente für die Formveränderung des Verkleidungskörpers verzichtet werden.
Der aerodynamische Verkleidungskörper kann an einem Luftfahrzeug, insbesondere an einem Flugzeug vorgesehen sein. Beispielsweise kann der aerodynamische Verkleidungskörper Teil eines Flugzeugflügels, insbesondere eines Hauptflügels sein. Der aerodynamische Verkleidungskörper kann ferner z.B. an einer Unterseite eines Flugzeugflügels angeordnet sein. Insbesondere kann der aerodynamische Verkleidungskörper an bereits hergestellten Luftfahrzeugen nachgerüstet werden. Dabei kann der Verkleidungskörper zusammen mit dem Triebwerk ein aerodynamisches System bilden.
Der Verkleidungskörper kann auch als „Flap Support Fairing“ (FSF) oder als „Flap Track Fairing“ (FTF) bezeichnet werden. Insbesondere erfüllen die Abmessungen des Verkleidungskörpers im ausgefahrenen Zustand ein vorgegebenes Breite-zu-Länge-Verhältnis, so dass der Verkleidungskörper einen möglichst geringen Strömungswiderstand bewirkt. Der Verkleidungskörper ist dabei insgesamt aerodynamisch vorteilhaft geformt.
Im Verkleidungskörper kann ein Klappen-Verstellmechanismus angeordnet sein. Der Klappen-Verstellmechanismus kann einen Antrieb und einen Aktuator zum Verstellen von Klappen, wie z.B. Hinterkantenklappen, Hochauftriebsklappen, Landeklappen und Steuerklappen, sein.
Der Verkleidungskörper kann den Klappen-Verstellmechanismus komplett oder teilweise umschließen. Ferner kann im Verkleidungskörper ein Hohlraum vorgesehen sein, in den ein Teil des Verkleidungskörpers eingezogen werden kann. Die Formveränderung des Verkleidungskörpers kann während des Fluges stattfinden.
Das Triebwerk kann z.B. ebenfalls an einer Unterseite eines Flugzeugflügels vorgesehen sein und eine Gasturbine, einen Verdichter, ein Getriebe und ggf. einen Kolbenmotor aufweisen. Dabei erzeugt das Triebwerk im Betrieb einen Ausstoß, auch als Triebwerkausstoß bzw. „engine efflux“ bezeichnet.
Das Triebwerk kann in einem vorgegebenen Abstand zum Verkleidungskörper angeordnet sein. Die Reichweite und Richtung des Ausstoßes des Triebwerks können jedoch je nach Flugphase des Luftfahrzeugs variieren. Ferner kann der Verkleidungskörper z.B. beim Ausfahren der Landeklappen, auf den Triebwerksstrahl zubewegt werden, so dass sich der Abstand zwischen dem Triebwerkstrahl und dem Verkleidungskörper in bestimmten Flugphasen verringern kann. In diesen Flugphasen wird die Form des Verkleidungskörpers derart verändert, dass der Verkleidungskörper trotz der Abstandsänderung und trotz eines Triebwerkausstoßes mit großer Dimension sich permanent außerhalb des Triebwerkausstoßes befindet. Permanent kann dabei bei jedem beliebigen Flugmanöver bzw. in jeder beliebigen Flugphase bedeuten.
Außerhalb des Triebwerkausstoßes bedeutet dabei, ausreichend weit vom Triebwerkausstoß entfernt, um Vibrationen zu verhindern. Insbesondere kann dies bedeuten, dass die in allen Bereichen des Verkleidungskörpers messbare durch das Triebwerk verursachte Übergeschwindigkeit bei maximal 10%, insbesondere bei maximal 5% und vorzugsweise bei maximal 1% der direkt am Triebwerkausgang messbaren Übergeschwindigkeit beträgt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Formveränderung des Verkleidungskörpers mit einem Einfahren und/oder Ausfahren einer Klappe des Luftfahrzeugs invers mechanisch gekoppelt.
Die Klappen können dabei z.B. Hochauftriebselemente wie Hinterkantenklappen oder Landeklappen sein. Invers bedeutet dabei, dass die Bewegungen der Klappe und des Verkleidungskörpers gegenläufig sind. Wird die Klappe ausgefahren, so wird gleichzeitig der Verkleidungskörper eingefahren, d.h. in den eingefahrenen Zustand überführt. Wird die Klappe dagegen eingefahren, so wird der Verkleidungskörper gleichzeitig in den ausgefahrenen Zustand überführt. Dies wird mittels einer mechanischen Kopplung umgesetzt. Z.B. kann der Klappen-Verstellmechanismus diese mechanische Kopplung realisieren. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Antriebselemente verzichtet werden.
Dabei kann beim Ausfahren der Klappe ein hinteres Bauelement des Verkleidungskörpers in einen vorderen Teil eingefahren werden und auf diese Weise aus der Reichweite des Triebwerkstrahls gebracht werden. Alternativ kann das hintere Bauelement beim Ausfahren der Klappe nach oben abgewinkelt werden, um auf diese Weise aus der Reichweite des Triebwerkstrahls gebracht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht die Formveränderung des Verkleidungskörpers einer Längenveränderung bzw. Komprimierung in Bezug auf die Flugrichtung. Die Länge des Verkleidungskörpers kann dabei parallel zu einer Flugrichtung bzw. zu einer Längsachse des Luftfahrzeugs gemessen werden.
Insbesondere kann die Formveränderung einer Verkürzung des Verkleidungskörpers bei niedriger Fluggeschwindigkeit z.B. bei Startphasen und Landephasen entsprechen. Ferner kann die Formveränderung einer Verlängerung des Verkleidungskörpers bei hohen Fluggeschwindigkeiten z.B. in Reiseflugphasen entsprechen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Verkleidungskörper ein vorderes Bauelement und ein hinteres Bauelement auf. Die Formänderung des Verkleidungskörpers wird dabei durch ein Verstellen des hinteren Bauelements in Bezug auf das vordere Bauelement bewirkt. Ein Verstellen kann dabei eine Änderung der Position und/oder der Orientierung des hinteren Bauelements in Bezug auf das vordere Bauelement umfassen.
Das vordere Bauelement kann als Fore-Element und das hintere Bauelement als Aft-Element bezeichnet werden. Die Form- bzw. Längenveränderung kann z.B. durch einziehen des hinteren Bauelements in das vordere Bauelement des Verkleidungskörpers bewirkt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Form- bzw. Längenveränderung durch eine Winkeländerung des Verkleidungskörpers bewirkt werden. Hierbei kann z.B. das vordere Bauelement gegen das hintere Bauelement des Verkleidungskörpers verkippt bzw. geneigt werden, so dass die Längsachsen dieser Bauelemente einen Winkel miteinander einschließen, der sich von 180° unterscheidet. Durch die Winkeländerung ändert sich auch die Gesamtlänge des Verkleidungskörpers in einer Projektion parallel zur Flugrichtung.
Zusätzlich kann der Verkleidungskörper in drei Bereiche unterteilt sein, so dass zwischen dem vorderen und hinteren Bauelement ein weiteres mittleres Bauelement vorgesehen ist. Dabei können alle Bauelemente gegeneinander verkippt werden. Wird z.B. beim Ausfahren von Landeklappen das mittlere Bauelement gegen das vordere Bauelement verkippt, so kann das hintere Bauelement in den Triebwerkausstoß gelangen. Allerdings kann das hintere Bauelement nun in die entgegengesetzte Richtung gedreht bzw. gekippt werden, so dass das hintere Bauelement sich auch bei ausgefahrenen Landeklappen außerhalb des Triebwerkausstoßes befindet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das vordere Bauelement des Verkleidungskörpers ausgeführt, das hintere Bauelement zumindest teilweise aufzunehmen. D.h. das hintere Bauelement kann in einen Hohlraum des vorderen Bauelements geschoben werden.
Hierzu kann der Verkleidungskörper z.B. konisch ausgeführt sein bzw. sich vom vorderen Bauelement zum hinteren Bauelement verjüngen. Ferner kann das vordere Bauelement mit einem entsprechenden Hohlraum versehen sein. D.h. der Klappen-Verstellmechanismus im Inneren des Verkleidungskörpers nimmt lediglich einen Teil des Raums innerhalb des Verkleidungskörpers ein. Insbesondere kann das hintere Bauelement teleskopartig in das vordere Bauelement geführt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der aerodynamische Verkleidungskörper ein Schienenelement auf. Das vordere Bauelement ist dabei mittels des Schienenelements mit dem hinteren Bauelement verbunden. Ferner ist das hintere Bauelement ausgeführt, in einer linearen Bewegung entlang des Schienenelements in das vordere Bauelement bewegt zu werden.
Das Schienenelement kann z.B. als Führungsschiene bzw. als Teleskopschiene ausgeführt sein. Ferner kann das Schienenelement z.B. auf der Innenseite des vorderen Bauelements und auf der Innen- oder auf der Außenseite des Innenelements angeordnet bzw. fixiert sein. Dank der Ausgestaltung des Verkleidungskörpers mit einem Schienenelement kann eine einfache technische Konstruktion und Umsetzung gewährleistet werden. Die Bewegung der Bauelemente des Verkleidungskörpers in einer linearen Bewegung in Bezug aufeinander kann im Vergleich zu komplexen Bewegungsabläufen zu einem geringen Verschleiß und damit zu einer Verringerung eines Wartungsaufwandes führen.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Hebelelement am vorderen und/oder hinteren Bauelement des Verkleidungskörpers vorgesehen sein. Mit Hilfe des Hebelelements kann das hintere Bauelement gegen das vordere Bauelement verkippt oder in das vordere Bauelement geschwenkt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Verkleidungskörper ausgeführt, während einer Start- und/oder einer Landephase des Luftfahrzeugs einen eingefahrenen Zustand einzunehmen. Ferner ist der Verkleidungskörper ausgeführt, während einer Reiseflugphase des Luftfahrzeugs einen ausgefahrenen Zustand einzunehmen. Eine Gesamtlänge des Verkleidungskörpers entlang der Flugrichtung bzw. in einer Projektion auf die Längsachse des Luftfahrzeugs ist im eingefahrenen Zustand kleiner ist als im ausgefahrenen Zustand.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Verkleidungskörper derart dimensioniert, dass eine Breite des Verkleidungskörpers 1 bis 20% und insbesondere 5 bis 12% der Länge des Verkleidungskörpers im ausgefahrenen Zustand beträgt.
Die Breite des Verkleidungskörpers entspricht dabei einer Abmessung des Verkleidungskörpers, senkrecht zur Flugrichtung. Die Breite kann z.B. durch die Dimensionen des Klappen-Verstellmechanismus festgelegt sein. Die Länge des Verkleidungskörpers entspricht dabei einer Abmessung des Verkleidungskörpers parallel zur Flugrichtung bzw. parallel zur Längsachse des Luftfahrzeugs.
Durch eine derartige Dimensionierung des Verkleidungskörpers können die aerodynamischen Eigenschaften des Verkleidungskörpers optimiert werden. Insbesondere kann ein Strömungswiderstand auf diese Weise minimiert werden. Das Verhältnis von Breite zu Länge kann dabei zwischen 1 zu 8,3 und 1 zu 20 liegen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Formveränderung des Verkleidungskörpers durch den Klappen-Verstellmechanismus bewirkt bzw. realisiert. D.h. zusätzlich zur eigentlichen Funktion des Klappen-Verstellmechanismus, nämlich dem Bewegen von Klappen des Luftfahrzeugs, ist der Klappen-Verstellmechanismus ferner ausgeführt den Verkleidungskörper in seiner Form zu verändern. Beispielsweise kann der Klappen-Verstellmechanismus ausgeführt sein, die Landeklappen auszufahren und das hintere Bauelement in das vordere Bauelement einzuführen bzw. das hintere Bauelement gegen das vordere Bauelement zu verkippen. Dies kann gleichzeitig oder sequentiell stattfinden. Hierbei kann der Klappen-Verstellmechanismus funktional mit dem Verkleidungskörper verbunden sein.
Auf diese Weise kann z.B. die Verkürzung des Verkleidungskörpers an ein Ausfahren von Landeklappen gekoppelt sein. Hierbei kann auf den Einbau von zusätzlichen Aktuatoren und Antrieben verzichtet werden.
Alternativ kann ein separater Mechanismus mit einem Antrieb und/oder einem Aktuator für die Formveränderung des Verkleidungskörpers vorgesehen sein. Dadurch kann die Formveränderung des Verkleidungskörpers unabhängig von anderen Komponenten des Luftfahrzeugs stattfinden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Flugzeug vorgestellt. Das Flugzeug weist einen Tragflügel, ein Triebwerk und einen oben beschriebenen aerodynamischen Verkleidungskörper auf. Das Triebwerk erzeugt dabei einen je nach Flugphase variablen Ausstoß. Der aerodynamische Verkleidungskörper ist am Tragflügel des Flugzeugs angeordnet. Vorzugsweise weist das Flugzeug an jedem Tragflügel mindestens ein Triebwerk und mindestens einen Verkleidungskörper auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Luftfahrzeug ferner eine Klappe auf, die ausgeführt ist, ein- und ausgefahren zu werden. Der Verkleidungskörper ist dabei derart mit der Klappe gekoppelt, dass dieser beim Ausfahren der Klappe in einen eingefahrenen Zustand überführt wird. Ferner ist der Verkleidungskörper derart mit der Klappe gekoppelt, dass dieser beim Einfahren der Klappe in einen ausgefahrenen Zustand überführt wird.
Die Kopplung kann dabei mechanisch realisiert sein. Beispielsweise können sowohl die Klappe als auch der Verkleidungskörper mittels des im Verkleidungskörper angeordneten Klappen-Verstellmechanismus angetrieben werden. Hierdurch kann auf zusätzliche Antriebsmechanismen und Antriebssysteme für den Verkleidungskörper verzichtet werden. Die Kopplung kann dabei derart ausgeführt sein, dass die Bewegung der Klappen und die Formveränderung des Verkleidungskörpers gegenläufig stattfinden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines oben beschriebenen aerodynamischen Systems vorgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Anordnen eines Verkleidungskörpers an einem Klappen-Verstellmechanismus eines Luftfahrzeugs in einem vorgegebenen Abstand von einem Triebwerk, welches einen je nach Flugphase variablen Ausstoß erzeugt; Ausgestalten des Verkleidungskörpers derart, dass dieser in seiner Form, insbesondere während des Fluges, derart veränderbar ist, dass der Verkleidungskörper sich permanent, d.h. in jeder Flugsituation, außerhalb des Ausstoßes des Triebwerks befindet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1A zeigt einen Querschnitt durch einen Verkleidungskörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im ausgefahrenen Zustand
1B zeigt einen Querschnitt durch einen Verkleidungskörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im eingefahrenen Zustand
2A zeigt einen Querschnitt durch einen Verkleidungskörper gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im ausgefahrenen Zustand
2B zeigt einen Querschnitt durch einen Verkleidungskörper gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im eingefahrenen Zustand
3 zeigt eine Seitenansicht eines Luftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
4 zeigt eine Draufsicht auf ein Luftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind gleiche oder identische Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 und 2 sind aerodynamische Verkleidungskörper 1 dargestellt. Die Verkleidungskörper 1 sind jeweils ausgeführt, einen Klappen-Verstellmechanismus 3 aufzunehmen. Der Klappen-Verstellmechanismus 3 kann dabei zum ein- und ausfahren von Hochauftriebselementen eines Luftfahrzeugs 23, wie z.B. Hinterkantenklappen 29, Vorderkantenklappen 27 bzw. Landeklappen ausgeführt sein. Das entsprechende Luftfahrzeug 23 mit den Hochauftriebselementen 27, 29 ist in 3 und 4 gezeigt.
Die Verkleidungskörper 1 können dabei an der Unterseite eines Flügels 25 des Luftfahrzeugs 23 angeordnet sein. Ferner kann ein Triebwerk 5 des Luftfahrzeugs 23 ebenfalls an einer Unterseite des Flügels 25 des Luftfahrzeugs 23 vorgesehen sein. Insbesondere können die Verkleidungskörper 1 in einem vorgegebenen Abstand zum Triebwerk 5 angeordnet sein.
Das Triebwerk 5 erzeugt einen Ausstoß 7. Dies ist in 3 angedeutet. Je nach Flugmanöver und Flugphase können sich die Dimensionen, insbesondere Richtung und Reichweite, des Triebwerkausstoßes 7 verändern. Ferner kann sich die Position des Verkleidungskörpers 1 in Bezug auf das Triebwerk 5 z.B. beim Ausfahren von Landeklappen verändern. Beispielswiese kann sich der Verkleidungskörper 1 beim Ausfahren der Klappen 27, 29 nach unten bewegen und dadurch dem Triebwerkausstoß 7 näher kommen. Diese Faktoren können bei herkömmlichen Verkleidungen dazu führen, dass diese in den Triebwerkausstoß gelangen und dadurch in Vibration versetzt werden bzw. zusätzlichen Belastungen ausgesetzt sind.
Die in 1 und 2 gezeigten Verkleidungskörper 1 sind dagegen derart ausgeführt, dass sie in jeder beliebigen Flugsituation durch Formveränderungen der Verkleidungskörper 1 außerhalb des Triebwerkausstoßes 1 liegen. Wie in 1B gezeigt kann hierbei ein Teil des Verkleidungskörpers 1 teleskopartig in einen weiteren Teil des Verkleidungskörpers 1 gefahren werden. Ferner kann wie in 2B gezeigt ein Teil des Verkleidungskörpers 1, so gegen den Rest des Verkleidungskörpers 1 geneigt bzw. verkippt werden, dass sich die Gesamtlänge des Verkleidungskörpers 1 verringert und dieser somit außerhalb der Reichweite des Triebwerkausstoßes 7 befindet. Insbesondere kann der Verkleidungskörper 1 derart mit den in 4 gezeigten Klappen 27, 29 gekoppelt sein, dass die Formveränderung des Verkleidungskörpers 1 mechanisch an ein Ein- bzw. Ausfahren der Klappen 27, 29 gekoppelt ist.
In 1A und 2A ist der Verkleidungskörper 1 in einem ausgefahrenen Zustand 19 und in 1B und 2B in einem eingefahrenen Zustand 21 dargestellt. Im eingefahrenen Zustand 21 ist die Gesamtlänge des Verkleidungskörpers in Bezug auf die Flugrichtung 9 bzw. auf die Längsachse des Luftfahrzeugs 23 kleiner als im ausgefahrenen Zustand 19.
Wie in 1B und 2B dargestellt kann der Verkleidungskörper 1 z.B. bei Start- und Landephasen eingefahren bzw. verkürzt werden, so dass keine zusätzlichen Belastungen und keine Vibrationen am Verkleidungskörper 1 durch den Triebwerkausstoß 7 entstehen. Hierdurch kann im Gegensatz zu bekannten Verkleidungen auf zusätzliche Verstärkungen verzichtet werden.
In Reiseflugphasen des Luftfahrzeugs 23 kann der Verkleidungskörper 1 ausgefahren bzw. auf eine aerodynamisch günstige Länge verlängert werden. Dieser ausgefahrene Zustand 19 ist in 1A und 2A dargestellt. Durch die aerodynamisch günstige Dimensionierung kann der Strömungswiderstand und damit auch der Energie- bzw. der Brennstoffverbrauch des Luftfahrzeugs 23 verringert werden. Insbesondere kann der Verkleidungskörper 1 im ausgefahrenen Zustand 19 so dimensioniert sein, dass die Breite des Verkleidungskörpers 5% bis 12% der Länge beträgt. Die Breite kann dabei senkrecht zur Flugrichtung 9 und die Länge parallel zur Flugrichtung 9 ermittelt werden.
Die Überführung des Verkleidungskörpers 1 aus dem in 1A und 2A gezeigten ausgefahrenen Zustand 19 in den in 1B und 2B gezeigten eingefahrenen Zustand 21 kann mechanisch an ein Ausfahren der Klappen 27, 29 gekoppelt sein. Ferner kann die Überführung des Verkleidungskörpers 1 aus dem in 1B und 2B gezeigten eingefahrenen Zustand 21 in den in 1A und 2A gezeigten ausgefahrenen Zustand 19 mechanisch an ein Einfahren der Klappen 27, 29 gekoppelt sein. Dabei kann die Bewegung des Verkleidungskörpers 1 gegenläufig bzw. invers zur Bewegung der Klappen 27, 29 ablaufen. Ferner kann die Formveränderung des Verkleidungskörpers 1 z.B. durch den Klappen-Verstellmechanismus 3 mechanisch an das Ein- und Ausfahren der Klappen 27, 29 gekoppelt sein.
Der in 1 gezeigte Verkleidungskörper 1 ist aus zwei Teilen, einem vorderen Bauelement 11 und einem hinteren Bauelement 15, aufgebaut. Der Klappen-Verstellmechanismus 3 ist dabei im vorderen Bauelement 11 angeordnet. Ferner ist im vorderen Bauelement 11 ein Hohlraum zur Aufnahme des hinteren Bauelements 15 vorhanden. Die Bauelemente 11, 15 sind dabei konisch ausgeführt, so dass sie teleskopartig ineinander geschoben werden können.
Zwischen dem vorderen Bauelement 11 und dem hinteren Bauelement 15 ist ein Schienenelement 17 angeordnet. Das Schienenelement 17 ist als Teleskopschiene bzw. als Führungsschiene ausgeführt und führt das hintere Bauelement 15 in einer linearen Bewegung in das vordere Bauelement 11. Dabei kann das vordere Bauelement 11 das hintere Bauelement 15 vollständig oder nur teilweise aufnehmen.
Im Ausführungsbeispiel in 1 wird das hintere Bauelement 15 mittels des Klappen-Verstellmechanismus 3 in das vordere Bauelement 11 bewegt. Hierzu ist der Klappen-Verstellmechanismus 3 mit dem vorderen Bauelement 11 und/oder mit dem hinteren Bauelement 15 funktional verbunden. Auf diese Weise kann der Klappen-Verstellmechanismus 3 sowohl die Klappen 27, 29 positionieren als auch die Form des Verkleidungskörpers 1 variieren, so dass keine zusätzlichen Komponenten nötig sind.
Der Klappen-Verstellmechanismus 3 kann dabei wie in 1 gezeigt in einem bewegbaren Bereich des Verkleidungskörpers 1 bzw. in einem Bereich in dem sich das hintere Bauelement 15 und das vordere Bauelement 11 überlappen angeordnet sein. Alternativ kann der Klappen-Verstellmechanismus 3 wie in 2 gezeigt in einem nicht bewegbaren stationären Bereich des Verkleidungskörpers 1 angeordnet. In 2 wird der Verkleidungskörper 1 im Unterschied zu 1 nicht durch den Klappen-Verstellmechanismus 3, sondern durch einen separaten Verkleidungskörperantrieb 37 in seiner Form verändert. Durch den zusätzlichen Verkleidungskörperantrieb 37 kann der Verkleidungskörper 1 unabhängig von anderen Komponenten des Luftfahrzeugs 23 in seiner Form an die Flugsituation angepasst werden.
Ferner besteht der Verkleidungskörper 1 im Unterschied zu 1 aus drei Bauelementen 11, 13, 15. Zusätzlich zu dem vorderen Bauelement 11 und dem hinteren Bauelement 15 ist ein mittleres Bauelement 13 vorgesehen. Das mittlere Bauelement 13 ist zwischen dem vorderen Bauelement 11 und dem hinteren Bauelement 15 angeordnet. Dabei können alle Bauelemente 11, 13, 15 gegeneinander geneigt bzw. verkippt werden. Des Weiteren unterscheidet sich das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel von dem in 1 gezeigten dadurch, dass der Verkleidungskörper 1 durch eine Winkeländerung zwischen den einzelnen Bauelementen 11, 13 und 15 in seiner Form verändert wird.
Alternativ kann ein aus drei Bauelementen 11, 13, 15 bestehender Verkleidungskörper 1 eine Kombination der in 1 und 2 gezeigten Mechanismen aufweisen. Beispielsweise könnte ein mittleres Bauelement 13 gegen ein vorderes Bauelement 11 verkippbar sein. Gleichzeitig kann ein hinteres Bauelement 15 in einer linearen Bewegung z.B. entlang einer Schiene, in das mittlere Bauelement 13 einführbar sein.
In 3 und 4 ist das Luftfahrzeug 23 als Flugzeug ausgeführt. 3 zeigt dabei eine Seitenansicht und 4 eine Draufsicht auf das Flugzeug. Das Flugzeug weist zwei Flugzeugflügel, insbesondere zwei Tragflügel 25 auf. An den Tragflügeln 25 sind jeweils Triebwerke 5 angeordnet, die wie in 3 angedeutet einen Triebwerkausstoß 7 erzeugen. Ferner sind an den Tragflügeln 25 jeweils Verkleidungskörper 1 vorgesehen, die einen in 3 und 4 nicht gezeigten Klappen-Verstellmechanismus 3 einhüllen. Der Klappen-Verstellmechanismus 3 kann die in 4 gezeigten Vorderkantenklappen 27 und Hinterkantenklappen 29 entsprechend den aktuellen Flugmanövern und Flugsituationen positionieren.
Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „aufweisend“ oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
Bezugszeichenliste

1: Verkleidungskörper
3: Klappen-Verstellmechanismus
5: Triebwerk
7: Triebwerkausstoß
9: Flugrichtung / Längsachse des Luftfahrzeugs
11: vorderes Bauelement
13: mittleres Bauelement
15: hinteres Bauelement
17: Schienenelement
19: ausgefahrener Zustand
21: eingefahrener Zustand
23: Luftfahrzeug
25: Tragflügel
27: Vorderkantenklappe
29: Hinterkantenklappe
37: Verkleidungskörperantrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010032224 A1 [0002]
WO 2012013332 A2 [0002]

Claims

Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) für ein Luftfahrzeug (23), wobei der Verkleidungskörper (1) ausgeführt ist, einen Klappen-Verstellmechanismus (3) aufzunehmen; wobei der Verkleidungskörper (1) ausgeführt ist, in einem vorgegebenen Abstand von einem Triebwerk (5) des Luftfahrzeugs (23), welches einen je nach Flugphase variablen Ausstoß (7) erzeugt, angeordnet zu werden; wobei der Verkleidungskörper (1) ausgeführt ist, in seiner Form derart verändert zu werden, dass der Verkleidungskörper (1) sich in jeder Flugphase des Luftfahrzeugs (23) außerhalb des Ausstoßes (7) des Triebwerks (5) befindet.
Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Formveränderung des Verkleidungskörpers (1) mit einem Einfahren und/oder Ausfahren von Klappen (27, 29) des Luftfahrzeugs (23) invers mechanisch gekoppelt ist.
Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Formveränderung einer Längenveränderung in Bezug auf eine Flugrichtung (9) des Luftfahrzeugs (23) entspricht.
Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verkleidungskörper (1) ein vorderes Bauelement (11) und ein hinteres Bauelement (15) aufweist; wobei die Formänderung des Verkleidungskörpers (1) durch ein Verstellen des hinteren Bauelements (15) in Bezug auf das vordere Bauelement (11) bewirkt wird.
Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) gemäß Anspruch 4, wobei das vordere Bauelement (11) ausgeführt ist, das hintere Bauelement (15) aufzunehmen.
Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) gemäß einem der Ansprüche 4 und 5, ferner aufweisend ein Schienenelement (17); wobei das vordere Bauelement (11) mittels des Schienenelements (17) mit dem hinteren Bauelement (15) verbunden ist; wobei das hintere Bauelement (15) ausgeführt ist, in einer linearen Bewegung entlang des Schienenelements (17) in das vordere Bauelement (11) bewegt zu werden.
Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verkleidungskörper (1) ausgeführt ist, während einer Start- und/oder einer Landephase des Luftfahrzeugs (23) einen eingefahrenen Zustand (21) einzunehmen; wobei der Verkleidungskörper (1) ausgeführt ist, während einer Reiseflugphase des Luftfahrzeugs (23) einen ausgefahrenen Zustand (19) einzunehmen; wobei eine Gesamtlänge des Verkleidungskörpers (1) entlang der Flugrichtung (9) im eingefahrenen Zustand (21) kleiner ist als im ausgefahrenen Zustand (21).
Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) gemäß Anspruch 7, wobei der Verkleidungskörper (1) derart dimensioniert ist, dass eine Breite des Verkleidungskörpers (1) 5 bis 12% der Länge des Verkleidungskörpers (1) im ausgefahrenen Zustand (19) beträgt.
Aerodynamischer Verkleidungskörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Formveränderung des Verkleidungskörpers (1) durch den Klappen-Verstellmechanismus (3) bewirkt wird.
Flugzeug (23), das Flugzeug aufweisend, einen Tragflügel (25); ein Triebwerk (5), welches einen je nach Flugphase variablen Ausstoß (7) erzeugt; einen aerodynamischen Verkleidungskörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; wobei das Triebwerk (5) und der Verkleidungskörper (1) am Tragflügel (25) des Flugzeugs (23) angeordnet sind.
Flugzeug (23) gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend eine Klappe (27, 29), die ausgeführt ist, ein- und ausgefahren zu werden; wobei der Verkleidungskörper (1) derart mit der Klappe (27, 29) gekoppelt ist, dass dieser beim Ausfahren der Klappe (27, 29) in einen eingefahrenen Zustand (21) überführt wird; und wobei der Verkleidungskörper (1) derart mit der Klappe (27, 29) gekoppelt ist, dass dieser beim Einfahren der Klappe (27, 29) in einen ausgefahrenen Zustand (19) überführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines aerodynamischen Verkleidungskörpers (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das Verfahren aufweisend die folgenden Schritte Anordnen eines Verkleidungskörpers (1) an einem Klappen-Verstellmechanismus (3) eines Luftfahrzeugs (23) in einem vorgegebenen Abstand von einem Triebwerk (5), welches einen je nach Flugphase variablen Ausstoß (7) erzeugt; Ausgestalten des Verkleidungskörpers (1) derart, dass dieser in seiner Form derart veränderbar ist, dass der Verkleidungskörper (1) sich permanent außerhalb des Ausstoßes (7) des Triebwerks (5) befindet.