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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung von Klappen von Tragflächen von Luftfahrzeugen, insbesondere von Flugzeugen, wobei die Vorrichtung Klappenantriebe zur Verstellung der Klappen sowie wenigstens eine Antriebswelle aufweist, die mit den Klappenantrieben derart in Verbindung steht, dass diese durch die Antriebswelle angetrieben werden.
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Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus der
EP 1 547 917 A1 bekannt und beispielhaft in
1 dargestellt.
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Mit dem Bezugszeichen 10 sind zwei innere, d. h. zum Rumpf des hier nicht dargestellten Flugzeuges hin angeordnete Klappen eines Hochauftriebssystems der Flugzeugflügel und mit dem Bezugszeichen 20 relativ dazu nach außen hin versetzt angeordnete Klappen dieses Hochauftriebsystems bezeichnet.
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Jede der Klappen 10, 20 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils mit zwei Klappenantrieben 40 versehen bzw. steht mit diesen in Verbindung. Die Klappenantriebe 40 haben die Aufgabe, eine rotatorische Bewegung einer Antriebswelle 30 in eine transatorische Bewegung der Klappen 10, 20 umzuwandeln.
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Der Antrieb für die Verstellung der Klappen 10, 20 erfolgt mittels eines Zentralantriebes 100, der - wie aus 2 ersichtlich - beide Flügel versorgt. Durch diesen Zentralantrieb 100 werden die Antriebswellen 30 angetrieben, die ihrerseits wiederum mit den Klappenantrieben 40 in Verbindung stehen, sodass diese verfahrbar sind.
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Zwischen den Antriebswellen 30, die im hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit den Klappenantrieben 40 der inneren Klappen in Verbindung stehen, und den weiteren Antriebswellen 30' befinden sich jeweils Differentialgetriebe 112, die jeweils mit einem Sekundärantrieb 110 ausgeführt sind.
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Während sich die Drehzahl der Antriebswellen 30 aus einer vorgegebenen Drehzahl des Zentralantriebes 100 bestimmt, wird die Drehzahl der Antriebswellen 30' aus der Drehzahl des Zentralantriebes 100 sowie aus der Drehzahl des mit dem Differentialgetriebe verbundenen Sekundärantriebes 110 bestimmt.
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Durch diese Ausführungsform lassen sich unterschiedliche Klappenpositionen je nach Betrieb des Zentralantriebs 100 sowie der Sekundärantriebe 110 realisieren.
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Dieses bekannte System arbeitet somit mit einem Zentralantrieb sowie weiteren Antriebseinheiten, d. h. Sekundärantrieben, die zwischen den inneren und äußeren Klappen angeordnet sind.
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Eine anderes Hochauftriebssystem für ein Luftfahrzeug ist aus der
DE 10 2011 016 336 A1 bekannt, bei dem die Landeklappen vollelektrisch aus- und einfahren. Hierzu kommt ein vollelektrischer Antrieb zum Einsatz, der einen Elektromotor mit einer internen Redundanz aufweist, so dass der Elektromotor als fehlertoleranter Elektromotor ausgeführt wird. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines im Elektromotor integrierten Kopplungsgetriebe.
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Ferner offenbart die
DE 10 2011 117 706 A1 ein Antriebssystem für Landeklappen und Hochauftriebsklappen eines Luftfahrzeugs mit wenigstens einer Antriebseinheit, welche im Antriebsstrang über wenigstens eine Zentraltransmission mit wenigstens einem Abzweiggetriebe verbunden ist. Zwischen der wenigstens einen Antriebseinheit und dem wenigstens einen Abzweiggetriebe ist ein Drehmomentbegrenzer angeordnet. Zudem ist die Antriebseinheit im Halbflügel und von der Flügelwurzel beabstandet angeordnet. Auf diese Weise lassen sich die maximal auftretenden Drehwellenlasten an den Elementen des Antriebsstrangs vergleichsweise reduzieren.
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Die
WO 2009/135 653 A1 beschreibt wiederum ein fehlertolerantes Stellsystem zur Verstellung der Klappen eines Flugzeugs mit einer Verstell-Kinematik mit feststehender Drehachse, bei dem verschiedene Wartungsarbeiten wie das Abschmieren oder die Getriebeölprüfung für eine Vielzahl von im System integrierter Komponenten vollständig entfallen oder zumindest hinsichtlich ihres Aufwands reduziert werden. Gleichwohl gewährleistet das fehlertolerante Stellsystem eine hohe Funktionssicherheit.
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Die
DE 10 2010 047 512 A1 offenbart ein an einem Tragflügel vorgesehenes Hochauftriebssystem. Der unter Bildung einer Flügelwurzel an einem Flugzeugrumpf befestigte Tragflügel weist eine rechte und eine linke Tragflügelhälfte mit bewegbar gelagerten Hochauftriebsklappen auf, wobei jeweils eine in jeder Tragflügelhälfte in einem der Flügelwurzel nahegelegenen Bereich angeordnete Antriebseinheit vorgesehen ist. An diese schließt sich jeweils eine mit der betreffenden Antriebseinheit mechanisch verbundene Transmissionswelle an, die sich von der Antriebseinheit in Richtung des Endes der betreffenden Tragflügelhälfte hin erstreckt und dazu eingerichtet ist, die in der betreffenden Tragflügelhälfte angeordneten Hochauftriebsklappen mechanisch zu bewegen. Durch derartige Anordnung kann auf Umlenkungsgetriebe von einer zentralen Antriebseinheit zu den einzelnen Tragflügelhälften verzichtet werden.
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Zudem offenbart die
DE 10 2007 021 748 A1 ein Antriebssystem für einen wölbvariablen Flugzeugflügel mit in ihrer Position verstellbaren Vorder- und/oder Hinterklappen mit Antriebswellen, die derart angeordnet sind, dass die Klappen im Betrieb der Antriebswellen eine Positionsänderung erfahren, sowie mit einer oder mehreren Antriebseinheiten, die mit den Antriebswellen zu deren Antrieb in Verbindung stehen. Gleichwohl ist wenigstens eine schaltbare Kupplung vorgesehen, über die die Antriebswellen zweier Klappen eines Flugzeugflügels miteinander koppelbar sind. Dadurch wird trotz eines vergleichsweise einfachen Systemaufbaus zugleich eine hohe Zuverlässigkeit beim Betreiben des Antriebssystems gewährleistet.
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Bei modernen Hochauftriebssystemen für zivil und militärisch genutzte Flugzeuge wird somit eine zentrale, im Rumpf des Flugzeuges angeordnete Antriebseinheit genutzt, die über einen Wellenstrang die Rotation zu den einzelnen Klappenantrieben, d. h. Aktuatoren, überträgt. Wie ausgeführt, wird dort die rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umgesetzt, wodurch sich die Klappen beispielsweise nach außen oder innen bewegen lassen. Kommt es zu einem Ausfall eines Klappenantriebes bzw. Aktuators, wird das komplette Hochauftriebssystem gestoppt.
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Hochauftriebssysteme haben grundsätzlich den Zweck, den Auftrieb in den langsamen Flugphasen, d. h. beim Start und bei der Landung zu erhöhen. Das Ausfahren der Vorder- und Hinterkantenklappen des Flügels führt zu einem erhöhten Auftrieb und Widerstand, sodass sich auch relativ geringe Fluggeschwindigkeiten realisieren lassen. Durch das aus dem Stand der Technik bekannte System gemäß der 1 lässt sich so eine zuverlässige Systemarchitektur realisieren, bei der sowohl eine synchrone Bewegung der Klappen eines Flügels als auch unterschiedliche Bewegungen der Klappen eines Flügels möglich sind. Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht jedoch darin, dass sie einen vergleichsweise komplexen Aufbau aufweist und somit ein relativ hohes Gewicht und hohe Herstellkosten zur Folge hat.
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Die durch die zuvor beschriebenen Hochauftriebssysteme erzielte Hochauftriebsfunktion wird auch als sekundäre Flugsteuerung bezeichnet.
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Bei klassischen Flugsteuerungen, wie sie zuvor beschrieben wurden, wurde von den entsprechenden Verstellvorrichtungen für die Tragflächenklappen lediglich eine Funktion, nämlich die Hochauftriebsfunktion, ausgeführt. Neben dieser Funktion müssen natürlich eine Menge anderer Bauteile andere Funktionen erfüllen. Durch das Vorsehen dieser jeweils den verschiedenen Funktionen zugeordneten Bauteilen wird die Gesamtkonstruktion des Flugzeuges nicht nur komplex aufgebaut. Es hat jedes Bauteil ein Eigengewicht, das in der Summe der Bauteile zu einer beträchtlichen Erhöhung des Gesamtgewichts des Flugzeugs beiträgt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese einerseits einen weniger komplexen Aufbau aufweist und andererseits mehrere Funktionalitäten übernehmen kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine Vorrichtung zur Verstellung von Klappen von Tragflächen von Luftfahrzeugen vorgesehen, bei der die Vorrichtung Klappenantriebe zur Verstellung der Klappen sowie wenigstens eine Antriebswelle aufweist, die mit den Klappenantrieben derart in Verbindung steht, dass diese durch die Antriebswelle antreibbar sind, wobei separat in jeder der Tragflächen eine Antriebseinheit zum Antrieb der Antriebswelle(n) vorgesehen ist. Dabei ist zwischen den Tragflächen eine auf die Antriebswelle(n) einwirkende zentrale Bremse angeordnet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf eine zentrale Antriebseinheit, wie sie in der 1 mit dem Bezugszeichen 100 dargestellt wurde und die üblicherweise im Rumpf des Flugzeuges angeordnet ist, verzichtet. Anstelle dieses Antriebes wird eine zentrale Bremse vorgesehen.
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Die Antriebsquellen zur Verstellung der Klappen der Flügel sind jeweils in den Flügeln und nicht zentral angeordnet. Es werden somit nur die zentralen Antriebseinheiten zur Klappenbetätigung eingesetzt.
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Vom besonderem Vorteil ist es, dass das erfindungsgemäße Landeklappensystem mit einem minimalen Systemaufwand eine Reihe von multifunktionalen Aufgaben übernehmen kann. Neben der eingangs beschriebenen sekundären Flugsteuerung, nämlich dem Erzeugen von Hochauftrieb, kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein Teil der primären Flugsteuerung, nämlich die Querruderfunktion zur Rollsteuerung, übernommen werden. Weiterhin kann durch die Vorrichtung eine Leistungsverbesserung des Flugzeuges durch eine variable Wölbung erzielt werden. Schließlich kann eine Lastminderung der Flügel durch differentielles Betätigen der Landeklappen erfolgen. Somit können durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vier unterschiedliche Grundfunktionen ausgeführt werden. Aufgrund der Übernahme dieser zusätzlichen Funktionen ergibt sich ein Kosten- und Gewichtsvorteil allein dadurch, dass bisher vorzusehende Bauteile dieser weiteren Funktionen, beispielsweise der primären Flugsteuerung, entfallen können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können in jeder Tragfläche wenigstens zwei Klappen vorgesehen sein, von denen jeweils eine innen und eine relativ dazu jeweils außen angeordnet ist, wobei der inneren Klappe ein erster Strang der Antriebswelle und der relativ dazu äußeren Klappe ein zweiter Strang der Antriebswelle zugeordnet ist und wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Strang der Antriebswelle die jeweilige Antriebseinheit angeordnet ist. Der Begriff Antriebseinheit ist hier weit zu fassen und umfasst nicht nur das eigentliche Antriebsmittel, wie beispielsweise einen Motor, sondern auch Elemente, wie beispielsweise ein Differentialgetriebe, das mit den beiden Wellensträngen in Verbindung steht.
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Die Antriebseinheit kann wenigstens ein Differentialgetriebe aufweisen. Je nach Position des Differentialgetriebes ist es möglich, dass die Antriebswellenstränge der einzelnen Klappen synchron betrieben werden, sodass die inneren und äußeren Klappen gleichförmig verstellt werden. Ebenso kann durch das Differentialgetriebe eine unterschiedliche Verstellung der inneren und der relativ dazu äußeren Klappen vorgesehen sein.
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Zum Zwecke des Antriebs der inneren sowie der relativ dazu äußeren Klappen kann somit wenigstens eine Zentralsperre im Differentialgetriebe angeordnet sein. Bei aktivierter Zentralsperre erfolgt eine gleichzeitige und gleichförmige Bewegung der inneren sowie der relativ dazu äußeren Klappe des Flügels.
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Weiterhin ist vorteilhaft jeweils in jeder Tragfläche zusätzlich zur vorgesehenen Zentralbremse eine weitere Bremse vorgesehen, die derart angeordnet ist, dass bei aktivierter Bremse die Verstellung einer Klappe verhindert wird. So kann beispielsweise die äußere Klappe oder auch die innere Klappe durch eine Bremse blockiert werden, sodass durch die dezentrale Antriebseinheit jeweils nur die nicht blockierte Klappe verstellt wird.
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Des Weiteren kann auch eine Kupplung vorgesehen sein, die derart angeordnet ist, dass je nach dem Schaltzustand der Kupplung eine Antriebsverbindung zwischen der Antriebseinheit und/oder den Klappenantrieben bzw. der Antriebseinheit und der jeweiligen Antriebswelle hergestellt oder aufgehoben ist. So kann durch Schalten einer Kupplung beispielsweise die Verbindung zwischen dem Differentialgetriebe und einem Antriebsstrang aufgehoben werden, sodass auch im Betrieb der Antriebseinheit die jeweils abgekoppelte Klappe nicht betätigt wird und nur die andere Klappe bewegt wird.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheiten in einem gemeinsamen Antriebsstrang angeordnet sind, sodass bei Ausfall einer Antriebseinheit die Klappenverstellung durch die andere Antriebseinheit möglich ist. Somit kann das komplette System mit der verbleibenden Antriebseinheit positioniert werden, wodurch sich eine höhere Verfügbarkeit des kompletten Systems ergibt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Klappen Bestandteile eines Hochauftriebssystems eines Flugzeuges bzw. eines Flugzeugflügels sind. Gemäß der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung übernehmen die Klappen aber nicht nur diese Funktion des Hochauftriebsystems, sondern können gleichzeitig die zuvor aufgeführten weiteren Funktionen übernehmen, beispielsweise die Rollfunktion der primären Flugsteuerung.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug mit wenigstens einer Vorrichtung zur Verstellung von Klappen an Tragflächen des Luftfahrzeuges, wobei die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist. Das Luftfahrzeug umfasst Tragflächen, deren Klappen teilweise oder alle durch die erfindungsgemäße Vorrichtung betätigt werden. Vorzugsweise handelt es sich hier um die Klappen eines Hochauftriebssystems, wie Vorderkantenklappen und/oder Hinterkantenklappen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Klappenverstellung gemäß dem Stand der Technik und
- 2: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Klappenverstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 und 2 sind gleiche oder funktionsgleicheTeile mit dem selben Bezugszeichen dargestellt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 zeigt eine Vorrichtung zur Verstellung von inneren Klappen 10 und äußeren Klappen 20 zweier Tragflächen eines Flugzeuges, wobei die Klappen 10, 20 jeweils durch Klappenantriebe 40 bewegbar sind. Diese Klappenantriebe 40 stehen mit Antriebswellen 30, 30` in Verbindung. Werden die Antriebswellen 30, 30' in eine Rotationsbewegung versetzt, führt dies zu einer Umsetzung der Rotationsbewegung in den Klappenantrieben 40 in eine translatorische Bewegung. Diese translatorische Bewegung führt zur Verstellung der Klappen 10, 20.
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Wie aus der 1 hervorgeht, sind die beiden inneren Klappen 10 der beiden Flügel bzw. deren Klappenantriebe 40 durch einen Antriebsstrang miteinander verbunden. Dieser Wellenstrang ist in 2 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. In den beiden Endbereichen des mechanischen Wellenstrangs 50 befinden sich Differentialgetriebe 112, die ihrerseits des Weiteren mit Wellensträngen 50` zum Antrieb der äußeren Klappen verbunden sind. Die Differentialgetriebe 112 befinden sich somit zwischen den Antriebssträngen 50, 50`.
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Wie aus der 2 deutlich wird, ist zentral im Wellenstrang 50 eine zentrale Bremse 60 angeordnet. Im Bereich der Wellenstränge 50` sind in jeder Tragfläche zusätzliche Bremsen 62 und 64 angeordnet.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich nun unterschiedliche Flugzeugfunktionen realisieren.
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Zum einen kann die Rollfunktion über die beiden äußeren Klappen 20 durchgeführt werden. Hierzu wird die zentrale Bremse 60 geschlossen, sodass der mittlere Wellenstrang 50 festgelegt wird. Die Bremsen 62 und 64 werden dagegen geöffnet, sodass hier über die Antriebseinheiten 110 und 112 die Klappen 20 ansteuerbar sind. Dabei werden die Klappen 20 über die Differentialgetriebe der dezentralen Antriebseinheiten 110, 112 so angesteuert, dass sich die angesteuerten Klappen in gegensätzlich Richtung bewegen. Die beiden inneren Klappen 10 werden durch die zentrale Bremse 60 festgehalten.
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Mit derselben Anordnung kann auch die Hochauftriebsfunktion realisiert werden. Hierdurch werden die inneren Klappen 10 und äußeren Klappen 20 sequentiell und gleichsinnig verfahren, dass heißt es wird zuerst das innere Klappenpaar 10 in die vom Piloten gewünschte Landestellung gebracht und dann das äußere Klappenpaar. Diese Abfolge ist notwendig, damit sich durch die in den Antriebseinheiten 110, 112 befindlichen Differentialgetriebe kein unbestimmter Zustand zwischen dem inneren und dem äußeren Klappenpaar 10, 20 ergibt. Für das Flugzeughandling ergibt sich kein Nachteil, da die Verfahrgeschwindigkeiten der Klappen 10 bzw. 20 entsprechend gewählt werden können. Zur Realisierung der Hochauftriebsfunktion werden die beiden schnell aufeinander abfolgenden Sequenzen wie folgt verwirklicht. Während der ersten Sequenz, in welcher die inneren Klappen 10 verfahren werden, ist die zentrale Bremse 60 geöffnet, während die zusätzlichen Bremsen 62 und 64 geschlossen sind, sodass während der ersten Sequenz die äußeren Klappen 20 nicht bewegt werden. In der unmittelbar folgenden zweiten Sequenz ist dann die zentrale Bremse 60 geschlossen, während die zusätzlichen Bremsen 62 und 64 geöffnet sind, sodass über die Antriebseinheiten 110, 112 die äußeren Klappen 20 bewegt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach 2 lassen sich weiterhin die Funktion der variablen Wölbung zur Leistungssteigerung des Flugzeuges und des differentiellen Verstellens der Landeklappen zur Lastminderung der Flügel realisieren. Die Ansteuerung der Klappen erfolgt in ähnlicher Weise wie zuvor dargestellt. Die verfahrenen Klappenwinkel und die Verfahrgeschwindigkeiten sind jedoch entsprechend der Aufgabe kleiner zu wählen.
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Mit der erfindungsgemäßen Systemarchitektur wird mit einer Systemveränderung, die zu einer Gewichtsreduzierung und auch zu einer Kostenreduzierung führt, eine Verbesserung der Zuverlässigkeit erzielt. Das Ersetzen der im Stand der Technik vorhandenen zentralen Antriebseinheit (vergleiche die zentrale Antriebseinheit 100 in 1) durch eine zentrale Bremse 60 stellt eine wesentliche Systemvereinfachung dar.
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Die Antriebseinheiten 110, 112 werden in bekannter Weise entsprechend den Performanceanforderungen der Rollsteuerung sowie der Hochauftriebsfunktion ausgelegt. Dabei kann es notwendig sein, dass hier jeweils zwei unabhängige Motoren vorgesehen werden müssen, um die entsprechende Betriebssicherheit zu garantieren.
