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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterstützen von Standläufen für Flugzeugtriebwerke, zum Beispiel in einer Standlaufeinrichtung, eine Standlaufeinrichtung und die Verwendung einer Vorrichtung zum Unterstützen von Standläufen von Triebwerken für Flugzeuge.
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Der von Flugzeugtriebwerken erzeugte Vorschub wird unter anderem dadurch erzeugt, dass große Mengen Luft durch das Triebwerk strömen, wobei die Luft am sogenannten Triebwerkseinlauf eingesaugt wird.
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Im Flug des Flugzeugs strömt die Luft durch die Relativgeschwindigkeit des Flugzeugs in ruhender Umgebungsluft exakt von vorne auf das Triebwerk zu und tritt somit in axialer Richtung in das Triebwerk ein.
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Beim Testbetrieb von Triebwerken mit stehendem Flugzeug hingegen, den sogenannten Standläufen, werden zwar große Triebwerksleistungen abgerufen. Die Zuströmung ist jedoch senkenförmig in den Triebwerkseinlauf hinein, vergleiche 1. Senkenströmungen fuhren, sofern keine anderweitigen Einflüsse die Zuströmung stören, zu einer allseitigen gleichmäßigen Zuströmung in die Senke hinein, hier also in den Triebwerkseinlauf hinein.
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Wie auch andere Störkörper in Einlaufnähe stellt beispielsweise auch der Boden, auf welchem das Flugzeug während des Standlaufs steht, eine Begrenzungsfläche dar, die zu einer asymmetrischen Triebwerkseinströmung führt.
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Sowohl durch die rotatorische Bewegung der Turbine im inneren des Triebwerks als auch durch Asymmetrien in der äußeren Zuströmung bildet sich im unteren Teil der Triebwerkseinlaufströmung ein Wirbel, welcher in der Regel kurz vor dem Triebwerk am Boden endet.
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Unter Einwirkung von atmosphärischen Winden wird die ansonsten weitgehend gleichmäßige Senkenströmung gestört, und es entstehen ungleichförmige Zuströmungen und lokale Strömungsschwankungen. Der Wirbel kann durch die windbedingte seitliche Zuströmung zeitweise abreißen und muss sich neu bilden.
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Diese Vorgänge wurden bereits erkannt und behandelt.
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Da die oben angeführten Patente jedoch keine Lösung für den Fall bieten, dass die Triebwerkseinlaufströmung durch andere Phänomene, wie z. B. durch Wind bedingte Ablösungen von den Oberkanten der Seitenwände der Standlaufeinrichtung, oder durch Überströmungen des Rumpfes durch seitliche Winde gestört werden wird, ist es Aufgabe der nachfolgend dargestellten Erfindung, auch in diesen Fällen eine Lösung anzubieten
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Nach einem ersten Aspekt der hier vorgestellten Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Vorrichtung zum Unterstützen von Standläufen von Triebwerken für Flugzeuge, zum Stabilisieren einer Einlaufströmung in das Triebwerk und/oder zum Reduzieren von Strömungsablösungen und Druckschwankungen in einem Triebwerkseintritt, wobei die Vorrichtung ein Unterhälften-Umgebungsteil für das Triebwerk aufweisen kann, wobei sich die Vorrichtung dadurch kennzeichnet, dass sie ein Oberhälften-Umgebungsteil für das Triebwerk aufweist.
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Begrifflich sei folgendes erläutert.
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Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Unterstützungsvorrichtung. Verwendet werden solche Unterstützungsvorrichtungen in Stand laufeinrichtungen zum Testen für Triebwerke, beispielsweise im Rahmen von Wartungen oder Reparaturen von Flugzeug-Triebwerken oder im Rahmen der Neuauslieferungen von Flugzeugen.
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Ein „Unterhälften-Umgebungsteil” ist dazu vorgesehen, auf axialer Höhe des Einlaufs in das Triebwerk positioniert zu werden, und zwar in der unteren Hälfte des Triebwerks. Ein Triebwerk verfügt über eine zentrale Längsachse. Der unteren Hälfe des Triebwerks ist sein Umfang dann zuzuordnen, insoweit der Umfang in der absoluten, geodätischen Höhe nicht höher liegt als die Mittelachse des Triebwerks.
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Ein Umgebungsteil der Unterstützungs-Vorrichtung ist so weit der Unterhälfte des Umfangs zuzuordnen, wie eine radiale Verbindung von der Achse des Triebwerks zum Umgebungsteil das Triebwerk in dessen unterer Hälfte schneidet, mit anderen Worten also insoweit wie das Umgebungsteil geödätisch nicht höher liegt als die Mittelachse des Triebwerks.
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Die Erfindung schlägt mit einfachen Worten also nun vor, die obere Hälfte des Triebwerks mit einem Umgebungsteil für den Standlauf zu umgeben.
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Aufwändige Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, das störende seitliche Windströmungen bei Testläufen nicht nur direkt auf das luv-seitige, dem Wind zugewandte Triebwerk einwirken, sondern auch auf die lee-seitigen, also Wind abgewandten Triebwerke beispielsweise auf der windabgewandten Seite des Rumpfes. Dabei entstehen bei der Überströmung des Flugzeugrumpfes Wirbel und Strömungsablösungen, die auf die Einlaufströmung des leeseitigen Triebwerks auftreffen und dort zu Strömungsablösungen und dadurch verursachten Druckschwankungen im Triebwerkseinlauf fuhren können, vergleiche 2.
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Auch wenn Flugzeuge zur Verbesserung der Strömungsbedingungen und zur Reduzierung der Schallemissionen vor Schallschutzwänden oder im Besonderen Standlaufeinrichtungen für die Durchführung der Standläufe aufgestellt werden, können die Triebwerke bei von hinten oder schräg von hinten strömendem Seitenwind von oben mit Wind beaufschlagt werden, da der Wind in Verbindung der Schutzeinrichtung zu einer abwärts gerichteten Strömung im Bereich der Triebwerke führt, vergleiche 3, und aufgrund der Strömungsablösungen und Rezirkulationsströmungen im Inneren der Einrichtung sogar stark schwankend und mit Wirbeln behaftet sein kann.
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Demgegenüber soll der vorgestellte Aspekt der Erfindung eine Sicherheit bieten.
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Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich bei der Zuordnung einer unterstützenden Vorrichtung der hier beschriebenen Gattung um eine ingenieurmäßige Zuordnung handeln soll. Sofern also einige der aus dem Stand der Technik bekannten, halbzylinderschalenförmigen Vorrichtungen beispielsweise nicht 100%ig horizontal aufgestellt worden sein sollten oder beispielsweise um einige Zentimeter zu hoch oder zu nah an das Triebwerk herangefahren worden sein sollten, dann ist es zwar denkbar, dass sich im mathematischen, strengen Sinne ein geringer Anteil des Unterhälften-Umgebungsteils oberhalb der Mittelachse des Triebwerks findet. Aufgrund des Designs der unterstützenden Vorrichtung ist dem Fachmann aber ersichtlich, dass es dennoch vollständig als ein Unterhälften-Umgebungsteil aufgefasst werden muss, wenn es beispielsweise eine liegende-Halbzylinderschalenform aufweist.
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Abzustellen ist also auf das Verständnis des Fachmanns. Der Fachmann versteht die designierte Erstreckung einer hier relevanten unterstützenden Vorrichtung anhand der Form der Vorrichtung.
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Mit anderen Worten ist es zwar fraglos möglich, ein Unterhälften-Umgebungsteil wie beispielsweise aus der
DE 103 37 372 A1 zum Teil oberhalb der Achse des Triebwerks anzuordnen, wie beispielsweise auch in der dortigen
1 und
2 dargestellt. Der Fachmann wird die dortige Offenbarung aber so verstehen, dass nur die untere Hälfte dies Triebwerks sicher umgeben werden soll, die obere Hälfe des Triebwerks jedoch so wenig wie möglich oder jedenfalls im Wesentlichen nicht umgeben werden soll.
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Zudem erkennt der Fachmann im Stand der Technik, dass der Bereich von +/– fast 90° der oberen Hälfte des Triebwerks frei bleiben sollen. Die Anordnung der unterstützenden Vorrichtung um ein Triebwerk wird der Fachmann also jedenfalls dann als ein Oberhälften-Umgebungsteil verstehen, wenn noch maximal 80°, 70°, 60°, 50°, 45°, 40°, 30°, 20°, 10° oder 0°, jeweils plus/minus gemessen von der Vertikalen nach oben oberhalb der Mittelachse des Triebwerks, von der unterstützenden Vorrichtung nicht umgeben werden, also frei bleiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der unterstützenden Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erstrecken sich die Umgebungsteile der Vorrichtung so weit nach oben, dass die Steigung in tangentialer Hinsicht die Vertikale durchläuft.
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Es findet sich gemäß diesem Merkmal zumindest ein Teilabschnitt der Vorrichtung, bei dem eine Projektion eines mittelachsparalellen Streifens die höhere Längsbegrenzungskante des Streifens näher an die Mittelachse heran auf eine Horizontale projektieren lässt als die niedriger liegende Streifenbegrenzungsgrenze.
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Demgegenüber zeigt beispielsweise die unterstützende Vorrichtung aus der
DE 103 37 372 A1 nur einen Verlauf bis hin zur Vertikalen, aber nicht über die Vertikale hinaus sich wieder verengend.
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Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass ein Unterhälften-Umgebungsteil in der unterstützenden Vorrichtung vorhanden sein kann, aber nicht zwingend sein muss. Vielmehr kann es bereits eine Vorrichtung gemäß Stand der für die Technik geben, welche die Unterhälfte des Triebwerks sicher zu umgeben vermag. Die Erfindung kann dann schon dadurch eingesetzt werden, dass eine weitere, eigenständige Vorrichtung eingesetzt wird, die nur die Oberhälfte des Triebwerks umgibt, als in Ergänzung mit der Unterhälften-Umgebungsteil-Vorrichtung dem Stand der Technik in Kombination wirkt.
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Eine leichtere Handhabung ergibt sich natürlich dann, wenn eine Vorrichtung sowohl ein Unterhälften-Umgebungsteil als auch ein Oberhälften-Umgebungsteil aufweist.
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Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie ein, zwei usw. im Regelfall als mindestens-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...”, „mindestens zwei...” usw., sofern sich nicht aus dem Kontext ausdrücklich oder implizit für den Fachmann ergibt, dass etwa dort nur „genau ein...”, „genau zwei...” usw. gemeint sein kann oder soll.
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Wenn also hier beispielsweise „ein” Unterhälften-Umgebungsteil oder „ein” Oberhälften-Umgebungsteil gefordert wird, so ist beides jeweils als mindestens-Angabe zu verstehen. Die unterstützende Vorrichtung kann also beispielsweise mehrere Segmente aufweisen, beispielsweise drei Segmente, vier Segmente oder mehr.
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Wie anhand der bevorzugten Winkelangaben vorstehend schon angedeutet worden ist, beschreibt der erste Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung, die im Bereich des Triebwerkeinlaufs angeordnet das Triebwerk in dessen oberer Hälfte vollständig oder nahezu vollständig umschließen kann.
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Dadurch können alle weitgehend radial auf den Triebwerkseinlauf einwirkenden Windströmungen und Turbulenzen gut beruhigt werden.
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Ein Umgebungsteil kann vollständig oder zum Teil luftströmungsdicht gestaltet sein.
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Bei einer luftströmungsdichten Gestaltung, beispielsweise aus einer metallenen Platte oder einem metallenen Blech oder aus einer anderen Platte oder einem anderen Blech, werden Luftströmungen von der Anordnungsrichtung des luftströmungsdichten Elements praktisch unterbunden.
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Bevorzugt ist ein möglichst großer Teil des einen Umgebungsteils, bevorzugt aber der beiden Umgebungsteile, luftströmungsoffen gestaltet.
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Als luftströmungsoffen soll eine teildurchlässige Fläche verstanden werden. Eine teildurchlässige Fläche hat den Vorteil, dass der gewünschte Strömungscharakter in einem Standlauf, nämlich der Charakter einer Senkenströmung, weitgehend erhalten bleiben kann, also ein gleichmäßiges Luftansaugen aus jeder radialen Richtung erfolgen kann. Dennoch sorgt die teildurchlässige Fläche idealerweise für eine möglichst gute Vergleichsmäßigung und Beruhigung der zuströmenden Luft. Auch wenn diese im Zweifel nicht laminar einströmen wird, so können jedoch bei dem Durchfließen einer teildurchlässigen Fläche bei geeigneter Gestaltung Wirbel in Strömen aufgelöst werden.
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Die Gestaltung einer teildurchlässigen Fläche kann auf die Erfahrungen aus dem Stand der Technik zurückgreifen. So sind beispielsweise Gitterroste bekannt geworden.
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Alternativ oder kumulativ kann der luftströmungsoffene Umgebungsteil ein Lochblech und/oder ein Streckmetall und/oder ein Gewebe aufweisen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Bewegungsteil mechanisch luftströmungsregelbar gestaltet ist.
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Eine luftströmungsregelbare Gestaltung ergibt sich beispielsweise dann, wenn die Öffnung, sei es eine einzelne Öffnung oder sei es eine Vielzahl von kleineren Öffnungen, in ihrer Durchtrittsfläche oder beispielsweise in der Kanalweite verändert werden kann.
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Eine konstruktiv mögliche Ausführungsform sieht zwei Lagen am Umgebungsteil vor, von denen mindestens eine luftdurchströmbar sein soll, wobei die beiden Lagen gegeneinander axial, tangential und/oder entlang einer beliebigen Richtung im Raum, bevorzugt aber spiegelsymmetrisch oder punktsymmetrisch, verschoben oder verdreht werden können.
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So ist beispielsweise denkbar, dass zwei Lochbleche umeinander angeordnet werden, die ein identisches oder unterschiedliches Lochmuster aufweisen. Bei einer koaxialen Anordnung und gleichmäßigen Lochmustern kann die äußere Hülse und die innere Hülse verdreht werden, so dass sich die radial vollständig offenen Durchströmungskanäle verkleinern oder vergrößern oder sich zumindest die lauffähige für die Luft durch die äußere und die innere Hülse hindurch zum Triebwerk verlängern oder verkürzen.
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Wenn ein Umgebungsteil eine Vielzahl nicht-radiale Kanäle aufweist, dann können sich bei geeigneter Gestaltung die Stromlinien der zuströmenden Luft bestmöglich an die Rotationsbewegung der Turbine im Triebwerk anpassen.
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Bevorzugt sind dafür eine Vielzahl nicht-radiale Leitbleche im Umgebungsteil vorgesehen, vor allem sämtlich mit zumindest im Wesentlichen identischem Winkel gegenüber der Radialen.
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Die unterstützende Vorrichtung kann beispielsweise zylindermantelförmig, vieleckmantelförmig, in Form von Vielecksegmenten, in geschlossener Form oder in teiloffener Form erzeugt werden. Die Vorrichtung kann beispielsweise seitlich und axial verschoben werden und auf diese Weise um das Triebwerk herum platziert werden.
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Wenn ein Umgebungsteil segmentiert ist, wobei auch eine Segmentierung in eine Oberhälfte und eine Unterhälfte hierunter fallen soll, so dass das Umgebungsteil öffenbar und um das Umgebungsteil schließbar, dann lassen sich vielfältige Platzierungswege für die Vorrichtung um das Triebwerk herum bzw. vom Triebwerk weg realisieren.
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Es kann ein Antrieb zum Bewegen eines Umgebungsteils in Höhen- und/oder Längsrichtung vorgesehen sein.
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Wenn ein formgebender Träger der Vorrichtung eine Überdruckfluidkammer aufweist, dann lassen sich ebenfalls vielfältige Vorteile erreichen.
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Eine Überdruckfluidkammer kann beispielsweise eine Kammer sein, die mit Luft oder einem anderen Gas mit einem Innendruck aufblasbar ist, der größer ist als der Umgebungsdruck. Dadurch kann die Kammer in ihrer Form stabilisiert werden.
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Auch eine Flüssigkeit kann zum Stabilisieren eingebracht werden.
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Der formgebende Träger kann sogar aus der Überdruckfluidkammer bestehen. So ist beispielsweise denkbar, dass die Überdruckfluidkammer eine Ringform hat oder in mehreren Teilen eine Ringform bildet und dadurch der unterstützenden Vorrichtung eine beispielsweise zylindrische Form aufprägt.
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Wenn der Träger aus der Überdruckfluidkammer besteht, kann die unterstützende Vorrichtung besonders leicht – hinsichtlich ihrer Masse – gefertigt werden. Dies wirkt sich kostenreduzierend auf die für das Bewegen der Vorrichtung erforderlichen Einrichtungen und erleichternd für die Wartung aus.
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Alternativ oder kumulativ kann ein formgebender Träger einen Stab, insbesondere einen metallenen oder fasermaterialenen Stab, aufweisen, der von der Überdruckfluidkammer ummantelt ist.
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Die Ummantelung muss den Stab nicht vollständig umgeben, sondern kann diesen auch nur zum Teil abdecken. Vorteilhaft wird dadurch eine Polsterung der harten formgebenden Trägerstruktur erreicht, sodass beispielsweise eine Kollision auf der unterstützenden Vorrichtung und der Außenhaut des Flugzeugs nicht zu Kratzern oder sogar strukturellen Schäden führt.
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Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Vorschlag des formgebenden Trägers mit Überdruckfluidkammer auch unabhängig von den vorstehenden Erläuterungen vorteilhaft ist und somit einen zweiten unabhängigen Aspekt der Erfindung bildet.
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Wenn eine formgebende Struktur aus oder mit Hilfe von Überdruckfluidkammern bereitgestellt wird, dann wird vorgeschlagen, dass ein Umgebungsteil ein Textil aufweist, insbesondere ein Gewebe, Gelege, Gestrick, Gewirk oder Vlies, um eine teildurchströmbare Fläche zu bilden.
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Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Standlaufeinrichtung zum Unterstützen von Standläufen von Flugzeugtriebwerken, wobei sich die Standlaufeinrichtung dadurch kennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben nach einem der ersten zwei Aspekte der vorliegenden Erfindung zum Unterstützen der Standläufe aufweist.
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Es ist unmittelbar verständlich, dass sich die Vorteile der vorstehend beschrieben Vorrichtung auch auf die gesamte Standlaufeinrichtung erstrecken.
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Konstruktiv ist vorstellbar, dass die Standlaufeinrichtung eine Bodenkammer für die Vorrichtung aufweist, mit einem Antrieb zum Absenken der Vorrichtung in die Bodenkammer und zum Ausheben der Vorrichtung aus der Bodenkammer heraus.
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Bei einer solchen Ausführungsvariante kann die Vorrichtung vollständig oder teilweise mit mehr oder weniger bodengleichen Elementen innerhalb der Bodenvertiefung so verankert sein, dass ein Flugzeug mit seinem Fahrwerk in der Ruheposition der Vorrichtung darüber rollen kann und die Vorrichtung zum Betrieb aus dem Boden herausgefahren und um das Triebwerk herum angeordnet, beispielsweise geklappt, wird.
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Auch unabhängig von einer Bodenkammer ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung aus Segmenten besteht und diese um das Triebwerk zusammengesetzt werden können, damit die Vorrichtung in Ruheposition auf dem Boden stehend außerhalb des Fahrwerkbereichs des Flugzeugs vom Flugzeug mit dessen Rumpf oder zumindest mit dessen Flügeln überrollt werden kann, wobei sich die Vorrichtung zwischen dem Boden und dem Flügel befindet und die Flügel die Vorrichtung bei der Bewegung des Flugzeugs nicht berühren.
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Konstruktiv kann eine solche Vorrichtung beispielsweise eine Einklappbarkeit bis auf maximal 2,0 Meter, maximal 1,5 Meter oder 1,0 Meter über dem Boden haben.
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Wenn eine Bodenkammer vorgesehen ist, dann ist diese bevorzugt so groß ausgelegt, dass die gesamte Vorrichtung in die Bodenkammer hinein verfahrbar ist und die Bodenkammer eine überrollbare Abdeckung aufweist.
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Für ein Umgebungsteil ist bevorzugt ein Translationsantrieb, ein Schwenkantrieb und/oder ein Schienenabtrieb vorgesehen.
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Die Vorrichtung kann mit ihren Umgebungsteilen beispielsweise seitlich und/oder axial verschoben werden und auf diese Weise um das Triebwerk platziert werden; eine weitere alternative oder kumulative Möglichkeit der Bewegung kann darin bestehen, dass die Vorrichtung auf Rollen um eine seitlich angeordnete im Wesentlichen vertikale Achse aus einer Parkposition seitlich des Flugzeugflügels an das Triebwerk in einer Drehbewegung geschwenkt werden kann.
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Zahlreiche weitere, hier nicht konkret genannte Bewegungsmöglichkeiten können ebenfalls realisiert sein.
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Ausdrücklich sei im Übrigen erwähnt, dass auch in der frontalen Zuströmung zum Triebwerk eine durchströmbare Fläche vorgesehen werden kann.
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Gemäß einem vierten und letzten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Ausgabe die Verwendung einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben in einer Standlaufeinrichtung, also zum Anordnen um einen Einlauf eines Triebwerks zum Stabilisieren einer Triebwerks-Einlaufströmung in das Triebwerk hinein bei Triebwerks-Standläufen und/oder zum Reduzieren von Strömungsablösungen und Druckschwankungen in einem Triebwerkseintritt bei Standläufen.
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Bei diesem Verfahren wird also eine unterstützende Vorrichtung nach einem der ersten oder zweiten Aspekte der Erfindung zumindest weitgehend um die obere Hälfte eines Triebwerks herum angeordnet.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dort zeigen
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1 schematisch in einem Längsschnitt ein Triebwerk, welches sich bei einem Standlauf befindet, wobei sich ausgehend von einem Boden unterhalb des Triebwerks ein Wirbel gebildet hat,
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2 schematisch eine seitliche Ansicht einer Standlauf-Einrichtung mit einem Flugzeug und einer Schallschutzwand sowie mit einer dadurch erzeugten, abwärts gerichteten Strömung,
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3 schematisch in räumlicher Ansicht ein Flugzeug mit zwei Triebwerken und verschiedensten Strömungsabbildungen in einer Standlauf-Einrichtung,
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4 schematisch in räumlicher Ansicht eine Standlauf-Einrichtung mit seitlich einschwimmenden Wirbeln,
wobei die 1 bis 4 den Stand der Technik und das zugrunde liegende technische Problem darstellen,
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5 das Triebwerk und die Vorrichtung aus 4 in frontaler Ansicht gemäß Kennzeichnung V-V in 14,
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6 in analoger Ansicht zu 5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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7a eine Standlauf-Einrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer Bodenkammer,
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7b die Einrichtung aus 7a in einem seitlichen Schnitt, mit einem Teil eines Triebwerks in Betriebsposition,
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7c eine Zwischenposition,
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7d die Zwischenposition aus 7c in seitlicher Ansicht analog zu 7b,
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8 eine alternative Standlauf-Einrichtung mit einer Vorrichtung und einer Bodenkammer,
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9 eine weitere mögliche Standlauf-Einrichtung mit Vorrichtung und einer Zuführung von oben,
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10 eine weitere mögliche Standlauf-Einrichtung mit Zuführung der unterstützenden Vorrichtung über eine Rampe von unten,
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11 eine beispielhafte Ausführungsform einer mehrlagigen Hülsenzusammensetzung einer unterstützenden Vorrichtung,
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12 ein Zylinder mit gekanteten Blechen zum Erzeugen einer drallbehafteten Strömung,
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13 eine unterstützende Vorrichtung mit einer Textilstruktur und Luft- oder Flüssigkeits-gefüllten Kammer
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14 schematisch in einem Längsschnitt das Triebwerk aus 1 mit einer unterstützenden Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,
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15 eine Standlauf-Einrichtung mit einer unterstützenden Vorrichtung in einer Parkposition und einer über eine Bahn erreichbaren Arbeitsposition,
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16 eine Standlauf-Einrichtung mit einer unterstützenden Vorrichtung mit einem aufschwenkbaren Seitenteil zum Anfahren der Vorrichtung in die Arbeitsposition,
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17 eine konusförmige unterstützende Vorrichtung sowie
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18 schematisch in einem Querschnitt eine unterstützende Vorrichtung mit einem feststehenden Unterhälften-Umgebungsteil und zwei zu einem geschlossenen Zylinder ausfahrbaren Segmenten eines Oberhälften-Umgebungsteils
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Ein Triebwerkseinlauf 1 (vergleiche 1 bis 6) eines Triebwerks 2 führt im Betrieb einer Standlauf-Einrichtung 3 zu einer Senkenströmung mit in der Praxis oft nicht vermeidbaren Wirbeln 4. Ein besonders üblicher Wirbel 4 im Stand der Technik bildet sich von einem Boden 5 zum Triebwerkseinlauf 1 des Triebwerks 2 aus, weil der Boden 5 die Senkenströmung des Triebwerks 2 mit asymmetrischen Randbedingungen versieht.
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Auch unter dem Einfluss von atmosphärischen Winden wie beispielsweise seitlichen Winden um Begrenzungswände herum oder bei Überströmungen oder bei anderen Seitenwindeinflüssen entstehen jedoch seitliche Winde oder abwärts gerichtete Strömungen 6 oder gerade im Falle von Überströmungen eines Flugzeugrumpfes 7 Strömungsablösungen 8, die ebenfalls zu unerwünschten Druckschwankungen im Triebwerkseinlauf 1 führen können.
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4 zeigt noch einmal, wie bei einer Standlauf-Einrichtung 77 verschiedenste Wirbel auftreten können, wie beispielsweise bei einer seitlichen Windströmung 76 um eine Vorderkante 77 der Standlauf-Einrichtung 75 herum eine Strömungsablösung 78 erfolgen kann.
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Es ergeben sich zylindrische Wirbelstrukturen 79 nach Ablösung von der Vorderkante 77, wobei die zylindrische Wirbelstruktur 79 in Strömungsrichtung mitschwimmt. Gelangt die zylindrische Wirbelstruktur 79 in den Bereich der senkenförmigen Zuströmung zum Triebwerk 80, so kann auch dies zu Strömungsabrissen und Querströmungen am Triebwerkseinlauf führen.
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Um die Triebwerks-Einlaufströmung zu stabilisieren und/oder um Strömungsablösungen und Druckschwankungen im Triebwerkseintritt zu reduzieren, kann nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine zylindermantelfömige Beruhigungsvorrichtung 9 vorgesehen sein. Die Beruhigungsvorrichtung 9 ist kreisrund um eine zentrale Achse 10 aufgebaut. Die Achse 10 der Beruhigungsvorrichtung 9 liegt zum Betrieb der Standlauf-Einrichtung 3 koaxial mit einer Triebwerksachse 11.
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In einer axialen Richtung der Achse 10 der Beruhigungsvorrichtung 9 und der Triebwerksachse 11 ist die Beruhigungsvorrichtung 9 um ein Offset 12 nach vorn versetzt, bildet aber wegen der Länge der Beruhigungsvorrichtung 9, die größer ist als das Offset 12, immer noch einen umgreifenden Bereich 13 aus.
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Die Beruhigungsvorrichtung 9 wird von einem Traggestell (nicht dargestellt) in Position gehalten.
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Die Beruhigungsvorrichtung 9 verfügt axial über zwei freie Stirnenden. Eine Mantelfläche 14 ist aus einem Lochblech oder einem anderen luftdurchströmbaren Material gefertigt.
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In Betrieb der Standlauf-Einrichtung 3 ergibt sich in den Triebwerkseinlauf 1 hinein, der nach wie vor als Strömungssenke dient, eine ungehinderte frontale Zuströmung 15. Radiale Zuströmungen 16 finden nach wie vor statt, werden aber nun hinsichtlich ihrer Turbulenz oder Wirbelbehaftetheit beruhigt und führen dadurch zu geringeren Druckschwankungen im Triebwerkseinlauf 1.
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Die Beruhigungsvorrichtung 9 umgibt das Triebwerk 2 vollständig. Somit weist die Beruhigungsvorrichtung 9 sowohl ein Unterhälften-Umgebungsteil 17 als auch ein Oberhälften-Umgebungsteil 18 auf. Das Oberhälften-Umgebungsteil 18 beginnt auf Höhe der Triebwerksachse 11 und der Achse 10 der Beruhigungsvorrichtung 9.
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Im Oberhälften-Umgebungsteil 18 wird ein virtueller Streifen 19 mit einer unteren Kante 20 und einer oberen Kante 21 so auf eine horizontale Ebene, die durch die Achse 10 der Bewegungsvorrichtung 9 verläuft, projiziert, dass die obere Kante 21 näher an der Achse 10 der Beruhigungsvorrichtung 9 liegt als die untere Kante 20.
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Mit anderen Worten schließt sich die Mantelfläche 14 der Beruhigungsvorrichtung 9 in der oberen Hälfte, somit also im Oberhälften-Umgebungsteil 18, um die Achse 10 herum zu.
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Die zweite Ausführungsform 22 einer Beruhigungsvorrichtung (vergleiche 14, 6) um ein Triebwerk 2 mit Triebwerkseinlauf 1 herum ist beispielsweise polygonal gestaltet, weist also im Querschnitt senkrecht zur Achse einen polygonalen Querschnitt auf.
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In 6 ist die zweite Ausführungsform 22 eine Beruhigungsvorrichtung mit einem Tragegestell 23 gezeichnet, wobei das Tragegestell 23 vom Boden 5 aus hervorgeht, wobei die Vorrichtung vollständig oder teilweise mit mehr oder weniger bodengleichen Elementen innerhalb einer Bodenvertiefung 24 so verankert ist, dass das Flugzeug mit einer Tragfläche 25 in der Ruheposition der Vorrichtung darüber rollen kann und die Vorrichtung um das Triebwerk zusammengeklappt wird. Dazu sind bevorzugt Gelenke 26 (exemplarisch beziffert) an der zweiten Ausführungsform 22 vorgesehen.
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In einer beispielhaften alternativen Standlauf-Einrichtung 27 (7a, 7b, 7c und 7d) ist abermals eine zylindrische Beruhigungsvorrichtung 28 vorgesehen, die zwischen einer Arbeitsposition 29 und einer Parkposition 30 (7a, 7b) über eine vertikal arbeitende Hebe- und Absenkvorrichtung 31, hier in Form eines hydraulischen Zylinders, vertikal verfahrbar ist.
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In der Arbeitsposition 29 ist die Beruhigungsvorrichtung 28 oberhalb eines Bodens 32 verfahren, sodass sie exakt ein Triebwerk 33 umgreifen kann. In der Parkposition 30 hingegen befindet sich die Beruhigungsvorrichtung 28 vollständig unterhalb des Bodens 32.
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Abdeckklappen 34 werden während des Hinauf- und Hinunterfahrens der Hebe- und Absenkvorrichtung 31 geöffnet (vergleiche Zwischenposition in den 7c und 7d).
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Zum Umgreifen des Triebwerks 33 wird die Beruhigungsvorrichtung 28 im Ausführungsbeispiel der 7a, 7b, 7c und 7d zuerst vertikal mittels der Hebe- und Absenkvorrichtung 31 nach oben auf die richtige Höhe verfahren, anschließend axial entlang einer Verschieberichtung 35 auf das Triebwerk 33 zu, bis sich auch hier ein umgreifender Bereich 36 bildet.
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Für das Verfahren der Beruhigungsvorrichtung 28 in die Verschieberichtung 35 ist ein erster Schlitten 37 vorgesehen.
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Bevorzugt ist auch ein zweiter Schlitten vorgesehen, welcher eine horizontale Bewegungsrichtung senkrecht zur Verschieberichtung 35 ermöglicht.
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Zusätzlich kann eine Verschwenkeinrichtung vorgesehen sein, welche die Beruhigungsvorrichtung 28 in die vertikale Achse der Hebe- und Absenkvorrichtung 31 schwenkbar macht.
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Bei einer Bodenschwenkvariante 38 einer Standlauf-Einrichtung wird eine Beruhigungsvorrichtung 39 zwischen einer Arbeitsposition 40 und einer Parkposition 41 mittels eines Antriebs 42, hier beispielsweise ebenfalls hydraulisch, um eine feststehende horizontale Drehachse 43 entlang einer Schwenkbewegung 44 hin- und her geklappt. Eine Abdeckung 45 ist beispielsweise in Längsrichtung oder quer verschiebbar, oder wiederum klappbar öffenbar.
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Eine Beruhigungsvorrichtung 46 (vergleiche 9) kann beispielsweise auch entlang einer Schiene 47 längs verschieblich geführt, dabei um eine vertikale Drehachse 48, die sich mit verschiebt, geschwenkt werden. Um die Mechanik zu entlasten, kann dabei unterhalb der Beruhigungsvorrichtung 46 ein Fahrwerk (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Dies reduziert oder eliminiert etwaige Haltemomente an der Schiene 47 und der Drehachse 48.
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Die Beruhigungsvorrichtung 46 ist bevorzugt an der über das Triebwerk 49 zu fahrenden Stirnseite 50 in Draufsicht schräg ausgeführt, um sich einer Vorderkante 51 eines Flugzeugflügels 52 bestmöglich annähern zu können.
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In einer fahrbaren Bodenversenkvariante 53 einer Standlauf-Einrichtung ist in einer Grube 54 mit schrägem Boden 55 ein Wagen 56 mit einer Beruhigungsvorrichtung 57 unterhalb eines Standlauf-Einrichtungsbodens 58 in einer Parkposition 59 parkbar, der Wagen 56 kann jedoch den schrägen Boden 55 entlang nach oben in eine Arbeitsposition 60 gefahren werden.
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Hierfür sind beispielsweise Schienen (nicht dargestellt) am schrägen Boden 55 der Grube 54 angebracht. Ein Antrieb kann beispielsweise über einen Seilzug oder Kettenzug erfolgen.
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Wie überall sind vorzugsweise Schlitten für kleinere Korrekturen vorgesehen, so beispielsweise ein Längsverschiebungsschlitten oder beispielsweise ein Querverschiebungsschlitten 61.
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Die Grube ist wiederum mit einer Abdeckklappe 62 verschlossen.
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Bei der Beruhigungsvorrichtung 63 in 11 besteht der Zylindermantel 64 aus einer inneren Hülse 65 und einer äußeren Hülse 66.
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Sowohl die innere Hülse 65 als auch die äußere Hülse 66 sind jeweils luftdurchströmbar ausgeführt, beispielsweise als Lochbleche oder Siebe. Sie müssen nicht identisch ausgeführt sein.
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Durch ein Verschieben der beiden Hülsen 65, 66 gegeneinander, sei es längs entlang einer Achse 67, sei es tangential entlang einer Verdrehrichtung 68, verändert sich der Anteil der offenen Querschnittsfläche, das heißt der radial komplett freien Durchtrittsfläche in Relation zur gesamten Zylindermantelfläche. So ist beispielsweise die offene Querschnittsfläche zwischen 15% und 50% einstellbar.
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Es können eine oder mehrere Lagen Lochblech, Streckmetall, Gewebe, gleiche Materialen oder gemischte Materialien und/oder Öffnungen mit gleicher oder verschiedener Durchlässigleicht mit definierten Abständen vorgesehen sein.
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Die gesamte aerodynamisch wirksame freie Fläche kann durch das Verdrehen oder Verschieben der Bleche gegeneinander verändert und auf die Seitenwindgeschwindigkeit angepasst werden.
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Es ist auch möglich, dass eine oder mehrere der Hülsen 65, 66 ein nicht-asymmetrisches offenes Querschnittsflächenprofil aufweisen.
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Die Beruhigungsvorrichtung 69 in 12 ist ein aus gekanteten Blechen 70 (exemplarisch beziffert) zusammengesetzter Zylinder. Die Bleche 70 haben eine Längserstreckung parallel zur Zylinderachse. Die Bleche 70 sind so gekantet und angeordnet, dass sich in radialer Richtung eine freie Fläche von ca. 15% bis 50% ergibt, die Luft aber mit Drall um die Längsachse des Zylinders einströmt.
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Die Beruhigungsvorrichtung 71 in 13 besteht aus einer formgebenden Struktur aus einem ersten Ring 72, einem zweiten Ring 73 und dazwischen längs angeordneten röhrenförmigen Strängen 74 (exemplarisch beziffert).
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Der erste Ring 72, der zweite Ring 73 und/oder die Stränge 74 sind luft- oder flüssigkeitsgefüllt, und zwar mit Überdruck, wobei sich eine radiale Stabilisierung durch die torusförmigen Ringe 72, 73 ergibt, eine Längsstabilität hingegen durch die Stränge 74.
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Der Druck aus der Struktur kann abgelassen werden, damit die Struktur in sich zusammenfällt oder weicher wird.
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Die weiche Oberfläche verhindert eine Beschädigung der Flugzeugoberfläche. Außerdem ist die Struktur mit einem nur sehr geringen Eigengewicht ausgestattet.
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Um die vorgebende Struktur herum ist eine Gewebeumspannung (nicht dargestellt) vorgesehen, die eine luftdurchströmbare Oberfläche bereitstellt, entweder durch den Fadenabstand oder durch makroskopische Löcher oder Schlitze
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Bei einer weiteren Ausführungsform einer Standlauf-Einrichtung 81 (vergleiche 15) kann eine Beruhigungsvorrichtung 82 beispielsweise entlang einer horizontalen Verfahrschiene 83, welche eine gekrümmte Bahn 84 beschreibt, von einer Parkposition 85 in ihre Arbeitsposition 86 verfahren werden.
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Die Beruhigungsvorrichtung 82 kommt bei geeigneter Gestaltung der gekrümmten Bahn 84 ohne klappbare oder anderweitig bewegliche Teile aus.
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Bei der Ausführung in 16 ist ein Seitenteil 87 aufschwenkbar gestaltet, sodass die dortige Beruhigungsvorrichtung 88 vor ihrer Parkposition 89 zu ihrer Arbeitsposition 90 auch entlang einer Geraden 91 verfahren werden kann. Ist die Beruhigungsvorrichtung 88 in ihrer Arbeitsposition 90 angelangt, wird das aufschwenkbare Seitenteil 87 wieder geschlossen und vermeidet so Kollisionen mit dem Triebwerk oder dem Flügel.
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Eine Alternative eines aus dem Weg bewegbaren Seitenteils 92 findet sich in der linken Seite der 16. Dort wird das Seitenteil 92 zum Verschieben der Beruhigungsvorrichtung 88 um die Achse der Beruhigungsvorrichtung 88 gedreht.
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Die konusförmige Beruhigungsvorrichtung 93 in 17 kann einlagig oder mehrlagig ausgeführt sein, ebenfalls wiederum bevorzugt aus Lochblech, Streckmetall oder gemischt.
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Bei einer mehrlagigen Ausführung sind die Metalllagen großer Durchlässigkeit zur Einstellung einer vorgegebenen Gesamtdurchlässigkeit durch Drehen des inneren oder äußeren Konus' gegeneinander verschiebbar.
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Die Vorgaben für die Durchlässigkeit werden vorab in Windkanalversuchen für jede in Frage kommende Windrichtung ermittelt.
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Die offene Querschnittsfläche kann beispielsweise maximal 70% betragen, bevorzugt maximal 60%, vor allem maximal etwa 50%.
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Einlagige Ausführungen werden beispielsweise mit offenen Querschnittsflächen zwischen 15% und 50% erstellt, ebenfalls bevorzugt in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Windkanaluntersuchung.
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Bei der zylindrischen Beruhigungsvorrichtung 94 in 18 ist eine feststehende untere im Wesentlichen halbzylindrische Schale 95 vorgesehen, die für das Triebwerk 86 zwar ein Unterhälften-Umgebungsteil bereitstellt, nicht aber ein Oberhälften-Umgebungsteil. Denn die obere Hälfte des Triebwerks 96 ist zu mehr als plus/minus 80 Grad nicht umgeben.
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Außerdem weitet sich die halbzylindrische Schale 95 nach oben hin immer weiter auf. Es kommt zu keiner Verjüngung der Weite.
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Außen oder innen an der halbzylindrischen Schale 95 befinden sich zwei Viertelschalen 97, 98, die entlang einer tangential Verschwenkrichtung 99 um die feststehende untere halbzylindrische Schale 95 verdreht werden können, sodass die Beruhigungsvorrichtung 94 nach oben hin offen ist.
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Schließt man die beiden Viertelschalen 97, 98 gegeneinander, bis diese an einer Trennstelle 100 aneinander oder fast aneinander gelangen, ist das Triebwerk 96 vollständig umgeben.
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Sowohl die halbzylindrische Schale 95 als auch die beiden Viertelschalen 97, 98 sind dabei aus luftdurchströmbarem Werkstoff gefertigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Triebwerkseinlauf
- 2
- Triebwerk
- 3
- Standlaufeinrichtung
- 4
- Wirbel
- 5
- Boden
- 6
- abwärts gerichtete Strömung
- 7
- Flugzeugrumpf
- 8
- Strömungsablösung
- 9
- Beruhigungsvorrichtung
- 10
- Achse der Beruhigungsvorrichtung
- 11
- Triebwerksachse
- 12
- Offset
- 13
- umgreifender Bereich
- 14
- Mantelfläche
- 15
- frontale Zuströmung
- 16
- radiale Zuströmung
- 17
- Unterhälften-Umgebungsteil
- 18
- Oberhälften-Umgebungsteil
- 19
- Streifen
- 20
- untere Kante
- 21
- obere Kante
- 22
- Zweite Ausführungsform
- 23
- Tragegestell
- 24
- Bodenvertiefung
- 25
- Tragfläche
- 26
- Gelenk
- 27
- alternative Standlaufeinrichtung
- 28
- Beruhigungsvorrichtung
- 29
- Arbeitsposition
- 30
- Parkposition
- 31
- Hebe- und Absenkvorrichtung
- 32
- Boden
- 33
- Triebwerk
- 34
- Abdeckklappe
- 35
- Verschieberichtung
- 36
- umgreifender Bereich
- 37
- erster Schlitten
- 38
- Bodenschwenkvariante
- 39
- Beruhigungsvorrichtung
- 40
- Arbeitsposition
- 41
- Parkposition
- 42
- Antrieb
- 43
- Drehachse
- 44
- Schwenkbewegungsrichtung
- 45
- Abdeckung
- 46
- Beruhigungsvorrichtung
- 47
- Schiene
- 48
- Drehachse
- 49
- Triebwerk
- 50
- Stirnseite
- 51
- Vorderkante
- 52
- Flugzeugflügel
- 53
- fahrbare Bodenversenkvariante
- 54
- Grube
- 55
- schräger Boden
- 56
- Wagen
- 57
- Beruhigungsvorrichtung
- 58
- Standlaufeinrichtungsboden
- 59
- Parkposition
- 60
- Arbeitsposition
- 61
- Querverschiebungsschlitten
- 62
- Abdeckklappe
- 63
- Beruhigungsvorrichtung
- 64
- Zylindermantel
- 65
- innere Hülse
- 66
- äußere Hülse
- 67
- Achsrichtung
- 68
- Verdrehrichtung
- 69
- Beruhigungsvorrichtung
- 70
- Blech
- 71
- Beruhigungsvorrichtung
- 72
- erster Ring
- 73
- zweiter Ring
- 74
- Strang
- 75
- Standlaufeinrichtung
- 76
- seitliche Windströmung
- 77
- Vorderkante
- 78
- Strömungsablösung
- 79
- zylindrische Wirbelstruktur
- 80
- Triebwerk
- 81
- Standlaufeinrichtung
- 82
- Beruhigungsvorrichtung
- 83
- Verfahrschiene
- 84
- gekrümmte Bahn
- 85
- Parkposition
- 86
- Arbeitsposition
- 87
- Seitenteil
- 88
- Beruhigungsvorrichtung
- 89
- Parkposition
- 90
- Arbeitsposition
- 91
- gerade Verfahrbahn
- 92
- Seitenteil
- 93
- konusförmige Beruhigungsvorrichtung
- 94
- Beruhigungsvorrichtung
- 95
- halbzylindrische Schale
- 96
- Triebwerk
- 97
- Viertelschale
- 98
- Viertelschale
- 99
- Verschwenkrichtung
- 100
- Trennstelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19743591 A1 [0009]
- US 5377534 [0009]
- EP 0649788 A1 [0009]
- DE 10337372 A1 [0009, 0022, 0026]
