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Die Erfindung betrifft ein Steuerflächenbauteil nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Auftriebshilfevorrichtung, ein Luftfahrzeug sowie ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines solchen Steuerflächenbauteils.
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Die Arbeiten, die zu dieser Erfindung geführt haben, wurden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 604013 im Zuge des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union (RP7/2013) gefördert.
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Bei modernen Luftfahrzeugen aller Art, vornehmlich jedoch bei Flugzeugen, ist die Vermeidung von Lärmbelästigung ein zusehends wichtiger Faktor. Nicht nur der Anstieg des globalen Flugverkehrs, auch gesteigerte Anforderungen an den Lärmschutz aufgrund von Bauvorschriften für Flughäfen und sonstigen Umweltauflagen rücken immer mehr in den Vordergrund.
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Bekannteste Schallquelle an einem Flugzeug sind die Triebwerke, für die in zahlreichen Veröffentlichungen unterschiedliche Schallschutzkonzepte vorgestellt werden.
WO 2012/ 110 267 A1 befasst sich beispielsweise mit sogenannten CROR-Triebwerken und dem durch Propellerschlag verursachten Lärm. Aus
DE 10 2011 056 826 A1 ,
DE 10 2007 019 762 A1 ,
US 7 124 856 B2 und
US 3 481 427 A sind unterschiedliche Schallschutzvorrichtungen bekannt. Diese basieren zum Teil auf einer Umlenkung und teils auf einer Absorption der Schallwellen. Typische passive Schallabsorber und passive Schallschutz-Auskleidungen, so genannte Liner, sind etwa aus
DE 10 2013 109 492 A1 und
DE 600 05 917 T2 bekannt.
DE 10 2009 005 163 A1 schlägt einen aktiven Absorber für Triebwerke vor. Diese Ideen haben gemeinsam, dass bereits erzeugter Lärm reduziert werden soll.
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Demgegenüber sind auch Vorrichtungen bekannt, die bereits das Entstehen von Lärm verhindern. Ein eingangs genanntes Steuerflächenbauteil ist beispielsweise aus
US 2014/ 0 209 737 A1 oder aus
US 2015 / 0 259 060 A1 bekannt.
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US 5 618 363 A offenbart ein Herstellungsverfahren für ein poröses Material. Dabei werden Polycarbonatfasern durch ein Kabel aus Kohlenstofffasern gewebt, das mit einem Epoxidharz vorimprägniert wurde. Eine zweite Schicht aus vorimprägnierten Kohlenstofffasern wird über die gewebte Schicht gelegt und das Epoxidharz wird ausgehärtet, um die Fasern miteinander zu verbinden. Sodann wird eine keramische Aufschlämmung aufgetragen und dringt durch die zweite Faserschicht und einen Teil der gewebten Faserschicht bis zu einer kontrollierten Tiefe ein, bevor sie getrocknet wird und eine Maske bildet. Anschließend wird ein thermoplastisches Pulver auf den unmaskierten Bereich der gewebten Faserschicht aufgetragen und gesintert. Schließlich werden die Maske und die Polycarbonatfasern chemisch entfernt, um ein poröses Material zu erhalten, das aus einer gesinterten thermoplastischen Schicht besteht, die mit Kohlenstofffasern verstärkt ist, durch die sich Kanäle ziehen.
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US 2016 / 0 017 999 A1 offenbart eine Dichtung, die zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche komprimiert platziert wird. Die Dichtung hat ein zellulares Metallskelett, das in einen viskoelastischen, biegsamen, verformbaren, klebrigen Polymerkörper eingebettet ist. Das Skelett besteht aus mehreren Strängen, die miteinander verbunden sind und mehrere miteinander verbundene Zellen oder Poren bilden. Das Skelett besteht, bevor es in den klebrigen Polymerkörper eingekapselt wird, typischerweise zu 75% oder mehr aus Hohlräumen.
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GB 423 565 A offenbart eine Anordnung, bei der in jedem Flügel eines Flugzeugs ein Spoilerdurchgang derart angeordnet ist, dass die Öffnung in der Oberseite des Flügels vor der Öffnung in der Unterseite liegt. Es sind Verschlusselemente vorgesehen, die normalerweise den Luftstrom durch die Spoilerdurchgänge verhindern. Von den Verschlusselementen kann jeweils eines nach Belieben betätigt werden, um einen Luftstrom von der Unterseite zur Oberseite des Flügels zu ermöglichen und damit eine Seitensteuerung zu bewirken.
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US 2005 / 0 151 026 A1 offenbart eine Gondel mit laminarer Strömung für ein Flugzeugtriebwerk. Die Gondel hat ein inneres Element, das zusammen mit einem äußeren aerodynamischen Element der Gondel eine Kammer bildet. Das äußere Element der Gondel hat einen porösen Bereich, der einen Flüssigkeitsstrom in die Kammer ermöglicht. Ein Kanal verbindet die Kammer mit einer Öffnung in dem äu-ßeren Element. Im Betrieb ist der statische Druck so verteilt, dass die Grenzschicht der Flüssigkeit durch den porösen Bereich und durch den Kanal zur Öffnung strömt.
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US 2016 / 0 251 074 A1 offenbart ein System zum Betreiben eines Klappenfeldes an einem Luftfahrzeug. Das Klappenfeld ist zwischen einer festen Struktur und einer Hinterkantenklappe an einem Flügel des Luftfahrzeugs angeordnet. Das Klappenfeld kann durch eine Baugruppe betätigt werden, indem die Baugruppe das Klappenfeld und die Hinterkantenklappe gleichzeitig in einer einzigen koordinierten Bewegung bewegt.
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Die Erfindung ist im Rahmen einer aktuellen Forschung entstanden, deren Gegenstand der von den Steuerflächen des Flugzeugs erzeugte Strömungslärm ist, der insbesondere während des Landeanflugs bei gedrosselten Triebwerken auftreten kann und für einen Großteil der in Bodennähe verursachten Lärmbelästigung in der unmittelbaren Umgebung von Flughäfen beiträgt. Mit der Erfindung lässt sich diese Art von Lärmentwicklung verringern beziehungsweise vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Luftfahrzeuge hinsichtlich der von ihnen verursachten Lärmbelastung zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Schaumkörper ausgebildet ist, im an dem Auftriebskörper-Endbereich montierten Zustand eine Mehrzahl von Strömungspfaden bereitzustellen, welche die Auftriebskörper-Saugseite und die Auftriebskörper-Druckseite zum Ausgleichen eines zwischen der Auftriebskörper-Saugseite und der Auftriebskörper-Druckseite herrschenden Druckunterschiedes fluidverbinden, wobei der Auftriebskörper-Endbereich einen zum Aufnehmen des Schaumkörpers ausgebildeten Freibereich umfasst, der durch einen Oberflächenbereich des Auftriebskörpers begrenzt ist, wobei der Freibereich in Längsrichtung nach hinten betrachtet an der im Längsquerschnitt dicksten Stelle des Auftriebskörpers beginnt.
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Die Erfindung schafft ein Steuerflächenbauteil zum Verringern eines durch das Umströmen des Steuerflächenbauteils erzeugten Lärmpegels für eine Auftriebshilfevorrichtung eines Flügels eines Luftfahrzeugs, mit einem zum Erzeugen von Auftrieb ausgebildeten Auftriebskörper, der einen Auftriebskörper-Endbereich, eine Auftriebskörper-Saugseite und eine Auftriebskörper-Druckseite umfasst, und mit einem angrenzend an dem Auftriebskörper-Endbereich montierbaren, getrennt von dem Auftriebskörper als einstückiges Element ausgebildeten und freiliegenden Poröskörper, insbesondere Schaumkörper, der ferner ausgebildet ist, im montierten Zustand eine Mehrzahl von Strömungspfaden bereitzustellen, welche die Auftriebskörper-Saugseite und die Auftriebskörper-Druckseite zum Ausgleichen eines zwischen der Auftriebskörper-Saugseite und der Auftriebskörper-Druckseite herrschenden Druckunterschiedes fluidverbinden.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Auftriebskörper-Endbereich einen zum Aufnehmen des Schaumkörpers ausgebildeten Freibereich umfasst, der durch einen Oberflächenbereich, insbesondere geschlossenen Außenoberflächenbereich, des Auftriebskörpers begrenzt ist.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Freibereich in Längsrichtung nach hinten betrachtet an der im Längsquerschnitt dicksten Stelle des Auftriebskörpers beginnt.
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Es ist bevorzugt, dass das Steuerflächenbauteil ein Klappenbauteil ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper eine freiliegende Porenstruktur aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper eine offenzellige Porenstruktur aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper eine omnidirektionale Porenstruktur aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper einen Leichtmetallschaum und/oder Aluminium enthält. Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper einen, insbesondere UV-beständigen, Kunststoffschaum enthält.
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Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper mit dem in Querrichtung am äußersten befindlichen Außenoberflächenbereich des Auftriebskörpers bündig montierbar ist. Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper mit der Auftriebskörper-Saugseite und/oder der Auftriebskörper-Druckseite bündig montierbar ist. Der Begriff „bündig“ ist hier so zu verstehen, dass der Schaumkörper als aerodynamisch glatt angesehen werden kann. Mit anderen Worten ist der Schaumkörper beziehungsweise der Übergang von dem Schaumkörper auf ein anderes (benachbartes) Teil auch dann „bündig“, wenn die laminare Strömung durch den Schaumkörper beziehungsweise den Übergang von dem Schaumkörper nicht wesentlich beeinflusst wird.
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Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper über die Begrenzungsebene in Querrichtung nach außen hinausragt.
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Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper-Endbereich einen zum Aufnehmen des Schaumkörpers ausgebildeten Freibereich umfasst, der durch einen geschlossenen Außenoberflächenbereich des Auftriebskörpers begrenzt ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Freibereich in Normalrichtung nach oben durch die in Querrichtung nach außen verlängert gedachte Kante der Auftriebskörper-Saugseite begrenzt ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Freibereich in Normalrichtung nach unten durch die in Querrichtung nach außen verlängert gedachte Kante der Auftriebskörper-Druckseite oder der Profilsehne des Auftriebskörpers begrenzt ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Freibereich in Längsrichtung nach hinten betrachtet an einer im Längsquerschnitt dünneren Stelle des Auftriebskörpers endet.
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Es ist bevorzugt, dass der Freibereich in Querrichtung, insbesondere nach innen, begrenzt ist. Es ist bevorzugt, dass der Freibereich in Längsrichtung begrenzt ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Freibereich an höchstens drei oder höchstens vier Seiten durch den Oberflächenbereich, insbesondere geschlossenen Außenoberflächenbereich, begrenzt ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Freibereich an der Vorderseite, der Innenseite, der Hinterseite und/oder der Außenseite durch den Oberflächenbereich, insbesondere geschlossenen Außenoberflächenbereich, begrenzt ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper eine Auftriebskörper-Außenseite aufweist, durch deren in Längsrichtung nach hinten verlängert gedachte Kante der Freiraum begrenzt ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper einen Vorderkantenbereich umfasst, der in Längsrichtung betrachtet an den Schaumkörper angrenzt.
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Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper einen Vorderkantenbereich umfasst, der in Querrichtung dieselbe Breite wie der Schaumkörper aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass in Längsrichtung betrachtet der Vorderkantenbereich eine Länge zwischen 20 % und 40%, insbesondere zwischen 25% und 35 %, der Profilsehnenlänge aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper einen Hinterkantenbereich umfasst, der in Längsrichtung betrachtet an den Schaumkörper angrenzt.
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Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper einen Hinterkantenbereich umfasst, der in Querrichtung dieselbe Breite wie der Schaumkörper aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass in Längsrichtung betrachtet der Hinterkantenbereich eine Länge zwischen 0 % und 20%, insbesondere zwischen 5 % und 15 %, der Profilsehnenlänge aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass das Verhältnis der Breite des Schaumkörpers in Querrichtung zu der maximalen Dicke des Auftriebskörpers in Normalrichtung größer oder gleich 0,6 beträgt und vorzugsweise weniger als 1 beträgt.
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Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper eine Porendichte zwischen 20 ppi und 40 ppi, insbesondere 25 ppi bis 35 ppi, vorzugsweise 30 ppi aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper und der Schaumkörper jeweils Montagemittel umfassen, die ausgebildet sind, den Schaumkörper an dem Auftriebskörper lösbar zu montieren.
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Es ist bevorzugt, dass das Befestigungsmittel des Schaumkörpers eine Montageplatte umfasst, insbesondere aus Leichtmetall und/oder Aluminium. Es ist bevorzugt, dass der Schaumkörper eine Durchführung für einen Befestiger aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass das Befestigungsmittel des Auftriebskörpers eine Ausnehmung für eine Montageplatte umfasst. Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper eine Öffnung zum Festlegen eines Befestigers aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Auftriebskörper und der Schaumkörper jeweils Positionierungsmittel umfassen, die ausgebildet sind, zum Positionieren des Schaumkörpers in dem Freibereich zusammenzuwirken. Es ist bevorzugt, dass die Positionierungsmittel eine Durchführung für einen Befestiger bilden.
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Die Erfindung schafft ferner eine Auftriebshilfevorrichtung zum Montieren an einem Flügel eines Luftfahrzeugs, mit einem bevorzugten Steuerflächenbauteil und mit einer Bewegungseinrichtung, die zum Bewegen des Steuerflächenbauteils von einer Ruhestellung in eine Betriebsstellung ausgebildet ist, wobei das Steuerflächenbauteil mittels der Bewegungseinrichtung an dem Luftfahrzeug, insbesondere dem Flügel, montierbar ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Auftriebshilfevorrichtung eine Klappenvorrichtung ist.
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Ferner schafft die Erfindung ein Luftfahrzeug mit einem Flügel, der eine bevorzugte Auftriebshilfevorrichtung aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Flügel ein Tragflügel ist.
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Die Erfindung schafft ferner ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Steuerflächenbauteils zum Verringern eines durch das Umströmen des Steuerflächenbauteils erzeugten Lärmpegels mit den Schritten:
- - Bereitstellen eines zum Erzeugen von Auftrieb ausgebildeten Auftriebskörpers, der einen Auftriebskörper-Außenendbereich, eine Auftriebskörper-Saugseite und eine Auftriebskörper-Druckseite umfasst; und
- - Montieren eines getrennt von dem Auftriebskörper als einstückiges Element ausgebildeten und freiliegenden Schaumkörpers angrenzend an dem Auftriebskörper-Endbereich, wobei der Schaumkörper ausgebildet ist, im an dem Auftriebskörper-Endbereich montierten Zustand eine Mehrzahl von Strömungspfaden bereitzustellen, welche die Auftriebskörper-Saugseite und die Auftriebskörper-Druckseite zum Ausgleichen eines zwischen der Auftriebskörper-Saugseite und der Auftriebskörper-Druckseite herrschenden Druckunterschiedes fluidverbinden, wobei der Auftriebskörper-Endbereich einen zum Aufnehmen des Schaumkörpers ausgebildeten Freibereich umfasst, der durch einen Oberflächenbereich des Auftriebskörpers begrenzt ist, wobei der Freibereich in Längsrichtung nach hinten betrachtet an der im Längsquerschnitt dicksten Stelle des Auftriebskörpers beginnt.
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Vorzugsweise umfasst das Herstellungsverfahren einen Schritt durch den ein zuvor beschriebener bevorzugter Freiraum erzeugt wird.
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Vorzugsweise umfasst das Herstellungsverfahren einen Schritt durch den der Schaumkörper mittels Urformen, insbesondere Gießen oder Lasersintern, erzeugt wird. Vorzugsweise wird der Schaumkörper durch Gießen mittels einer verlorenen Form erzeugt. Insbesondere wird ein Modellschaumkörper zum Bilden der verlorenen Form verwendet, wobei der Modellschaumkörper während des Gießens verschwindet.
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Positions- und Richtungsangaben werden nachfolgend bezüglich der Flugrichtung eines Luftfahrzeugs im gewöhnlichen Flugbetrieb verwendet. Die „Längsrichtung“ verläuft im Wesentlichen parallel zu der Flugrichtung. Positionen und Richtungen parallel bezüglich der Längsrichtung werden mit den Begriffen „vorne“, „hinten“ oder „längs“ angegeben. Die „Querrichtung“ verläuft horizontal und im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsrichtung. Positionen und Richtungen parallel bezüglich der Querrichtung werden mit den Begriffen „innen“, „außen“ oder „quer“ angegeben. Dabei bedeutet „innen“ näher an der Längsachse befindlich und „au-ßen“ weiter entfernt von der Längsachse. Die „Normalrichtung“ verläuft im Wesentlichen rechtwinklig sowohl zu der Längsrichtung als auch zu der Querrichtung. Positionen und Richtungen parallel bezüglich der Normalrichtung werden mit den Begriffen „oben“, „unten“ oder „senkrecht“ angegeben.
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Mit einem bevorzugten Steuerflächenbauteil kann die Schallabstrahlung verringert werden. Durch Verwirbelungen und andere aerodynamische Effekte entstehende Schallquellen werden dadurch gemindert, dass der Schaumkörper einen allzu starken Drucksprung zwischen Saugseite und Druckseite des Auftriebskörpers mildert oder beseitigt. Zur Lärmerzeugung können mehrere Effekte beitragen. Die Kanten des Steuerflächenbauteils werden im Flugbetrieb von Luft umströmt. Dabei können an unterschiedlichen Stellen des Steuerflächenbauteils Wirbel (Vortices) entstehen. Die Wechselwirkung der Wirbel mit dem Steuerflächenbauteil erzeugt bereits einen Teil der Schallabstrahlung. Als ein weiterer Erzeugungsmechanismus wird das Zusammenlaufen verschiedener Wirbel an einem hinteren Randbereich des Steuerflächenbauteils vermutet. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass insbesondere eine Anordnung eines Poröskörpers beziehungsweise Schaumkörpers an einem Endbereich des Steuerflächenbauteils die Schallabstrahlung besonders verringern kann. Die Anordnung an dem Endbereich, an dem die Wirbel entstehen, ist bevorzugt. Die Aerodynamik des Steuerflächenbauteils wird dadurch nicht wesentlich beeinträchtigt. Insbesondere ist das Steuerflächenbauteil aerodynamisch glatt ausgebildet und führt somit keine zusätzlichen Verwirbelungen in die Strömung ein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Luftfahrzeugs;
- 2 eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steuerflächenbauteils zur Erläuterung der Schallentwicklung;
- 3 eine vergrößerte Teilansicht des Steuerflächenbauteils aus 2;
- 4 eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steuerflächenbauteils;
- 5 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steuerflächenbauteils; und
- 6 einen Längsquerschnitt durch das Steuerflächenbauteil aus 5.
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, die eine Draufsicht eines Luftfahrzeugs 10 zeigt. Das Luftfahrzeug 10 ist beispielsweise ein Flugzeug und umfasst eine Mehrzahl von Steuerflächen 12, wie zum Beispiel einen Vorflügel 14, eine Störklappe 16, eine Landeklappe 18, ein Querruder 20, ein Höhenruder 22 und ein Seitenruder 24. Der Vorflügel 14, die Störklappe 16 und die Landeklappe 18 sind Beispiele für ein Klappenelement 19.
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Ferner umfasst das Luftfahrzeug 10 eine Mehrzahl von Tragflächen 26, die den dynamischen Auftrieb für das Luftfahrzeug 10 erzeugen. Ein Beispiel für eine Tragfläche 26 ist ein Tragflügel 28. An dem Tragflügel 28 können mehrere der Steuerflächen 12 vorgesehen sein. Insbesondere umfasst der Tragflügel 28 die Landeklappe 18.
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Die Steuerfläche 12 ist durch ein Steuerflächenbauteil 100 gebildet. Das Steuerflächenbauteil 100 wird nachfolgend anhand von 2 bis 4 näher beschrieben. Das Steuerflächenbauteil 100 bildet in diesem Beispiel die Landeklappe 18, kann aber auch eine andere der Steuerflächen 12 bilden.
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Das Steuerflächenbauteil 100 ist aerodynamisch glatt ausgebildet und weist eine Steuerflächenbauteil-Vorderkante 102, eine Steuerflächenbauteil-Hinterkante 104, eine obere Steuerflächenbauteil-Querkante 106 und eine untere Steuerflächenbauteil-Querkante 108 auf. Die Steuerflächenbauteil-Vorderkante 102, die Steuerflächenbauteil-Hinterkante 104 und die obere Steuerflächenbauteil-Querkante 106 begrenzen eine Steuerflächenbauteil-Oberseitenfläche 110. Die Steuerflächenbauteil-Vorderkante 102, die Steuerflächenbauteil-Hinterkante 104 und die untere Steuerflächenbauteil-Querkante 108 begrenzen eine Steuerflächenbauteil-Unterseitenfläche 112. Die obere Steuerflächenbauteil-Querkante 106 und die untere Steuerflächenbauteil-Querkante 108 begrenzen eine Steuerflächenbauteil-Querseitenfläche 114. Die Steuerflächenbauteil-Oberseitenfläche 110, die Steuerflächenbauteil-Unterseitenfläche 112 und die Steuerflächenbauteil-Querseitenfläche 114 bilden wenigstens einen Teil einer Steuerflächenbauteil-Oberfläche 116.
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Die Steuerflächenbauteil-Vorderkante 102 und die Steuerflächenbauteil-Hinterkante 104 sind längs beabstandet und erstrecken sich im Wesentlichen quer zu der Fluidströmungsrichtung im Flugbetrieb. Die Steuerflächenbauteil-Querkanten 106, 108 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu der Fluidströmungsrichtung im Flugbetrieb.
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Wie in den 2 und 3 näher dargestellt, entsteht an der oberen Steuerflächenbauteil-Querkante 106 eine obere Wirbellinie 30, entlang der sich eine Mehrzahl von oberen Wirbeln 32 im Wesentlichen entlang der Steuerflächenbauteil-Oberseitenfläche 110 bewegen. Ebenso entsteht eine untere Wirbellinie 34, entlang der sich untere Wirbel 36 bewegen. Die unteren Wirbel 36 bewegen sich im Wesentlichen entlang der Steuerflächenbauteil-Querseitenfläche 114 und in Richtung nach oben auf die obere Steuerflächenbauteil-Querkante 106 zu. An einem Wirbeltrennungsbereich 38 teilen sich die unteren Wirbel 36 in einen kleinen unteren Wirbel 40 und einen großen unteren Wirbel 42. Der kleine untere Wirbel 40 bewegt sich im Wesentlichen weiter entlang der Steuerflächenbauteil-Querseitenfläche 114 in Richtung auf die Steuerflächenbauteil-Hinterkante 104.
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Der große untere Wirbel 42 bewegt sich über die obere Steuerflächenbauteil-Querkante 106 hinweg zu einem Wirbelvereinigungsbereich 44, an dem die obere Wirbellinie 30 und die untere Wirbellinie 34 zusammentreffen und sich der obere Wirbel 32 mit dem großen unteren Wirbel 42 zu einem Vereinigungswirbel 46 vereinigt. Der Vereinigungswirbel 46 bewegt sich entlang einer Vereinigungswirbellinie 48 in Richtung zu der Steuerflächenbauteil-Hinterkante 104 im Wesentlichen entlang der Steuerflächenbauteil-Oberseitenfläche 110. In einem Wirbelwechselwirkungsbereich 50 können der kleine untere Wirbel 40, der Vereinigungswirbel 46 und die Steuerflächenbauteil-Hinterkante 104 derart wechselwirken, dass eine Schallemission stattfindet.
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Wie aus 4 ersichtlich, umfasst das Steuerflächenbauteil 100 ferner einen Auftriebskörper 118, der einen Auftriebskörper-Endbereich 120, eine Auftriebskörper-Saugseite 122 und eine Auftriebskörper-Druckseite 124 aufweist. Der Auftriebskörper-Endbereich 120 wird durch eine obere Auftriebskörper-Querkante 126 und eine untere Auftriebskörper-Querkante 128 in Querrichtung nach außen begrenzt. In Querrichtung nach innen weist der Auftriebskörper-Endbereich 120 keine feste Grenze auf. Für die Zwecke dieser Beschreibung wird jedoch angenommen, dass der Auftriebskörper-Endbereich 120 in Querrichtung nach innen dort endet, wo keine nennenswerten Wirbel beziehungsweise keine turbulente Strömung mehr auftreten, wenn sich keine Anbauten an dem Auftriebskörper 118 befinden. Mit anderen Worten endet der Auftriebskörper-Endbereich 120 dort, wo die Fluidströmung um den Auftriebskörper 118 im Wesentlichen wieder laminar beziehungsweise nicht-turbulent ist, wenn an dem Auftriebskörper 118 keine weiteren Elemente angebaut sind.
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Die Auftriebskörper-Saugseite 122 fällt mit der Steuerflächenbauteil-Oberseitenfläche 110 zusammen. Die Auftriebskörper-Druckseite 124 fällt mit der Steuerflächenbauteil-Unterseitenfläche 112 zusammen. Auf der Auftriebskörper-Saugseite 122 ist der (dynamische) Druck geringer als auf der Auftriebskörper-Druckseite 124. Der geschlossene Auftriebskörper 118 führt zu einem vergleichsweise sprunghaften Übergang zwischen dem Auftriebskörper-Saugseitendruck und dem Auftriebskörper-Druckseitendruck.
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Um den Übergang weniger sprunghaft auszubilden, umfasst das Steuerflächenbauteil 100 ferner einen Schaumkörper 130. Der Schaumkörper 130 ist an dem Auftriebskörper-Endbereich 120 montierbar. Der Schaumkörper 130 ist ferner getrennt von dem Auftriebskörper 118 als einstückiges Element ausgebildet. Der Schaumkörper 130 ist freiliegend, d. h. erweist keine physisch glatte Oberfläche, jedoch eine aerodynamisch glatte Oberfläche auf. Anders ausgedrückt weist der Schaumkörper 130 eine Porenstruktur 132 auf, die sich in direktem Kontakt mit der Umgebung des Schaumkörpers 130 befindet. Die Porenstruktur 132 ist ferner offenzellig ausgebildet. Die Porenstruktur 132 umfasst eine Mehrzahl von Strömungspfaden 134 (auch Fluidkanäle genannt), durch die Fluid strömen kann. Im an den Auftriebskörper-Endbereich 120 montierten Zustand kann das Umgebungsfluid von der Auftriebskörper-Druckseite 124 über die Mehrzahl von Strömungspfaden 134 zu der Auftriebskörper-Saugseite 122 gegen einen Widerstand strömen. Dadurch kann ein zwischen der Auftriebskörper-Saugseite 122 und der Auftriebskörper-Druckseite 124 herrschender Druckunterschied derart ausgeglichen werden, dass der Übergang zwischen Auftriebskörper-Saugseitendruck und der Auftriebskörper-Druckseitendruck weniger sprunghaft ausgestaltet ist. Ferner kann zur weiteren Verbesserung die Porenstruktur 132 omnidirektional ausgebildet sein. Damit kann eine Richtungsabhängigkeit der Druckausgleichsfunktion des Schaumkörpers verringert werden. Insgesamt kann die Lärmunterdrückung somit noch weiter gesteigert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Porenstruktur 132 zwischen 25 Poren pro Zoll (pores per inch, ppi) und 35 ppi aufweist.
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Nachfolgend wird anhand 5 und 6 ein Verfahren zum Herstellen beziehungsweise Nachrüsten (Retrofitting) eines Steuerflächenbauteils 136 beschrieben. Das Steuerflächenbauteil 136 wird lediglich insoweit beschrieben, als es sich von dem Steuerflächenbauteil 100 unterscheidet.
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Das Steuerflächenbauteil 136 umfasst einen Auftriebskörper 138 mit einem Auftriebskörper-Endbereich 140, einer Auftriebskörper-Saugseite 142 und einer Auftriebskörper-Druckseite 144. Der Auftriebskörper 138 ist beispielsweise in Stringer-Rippen-Bauweise mit einer selbsttragenden Außenhaut 139 ausgeführt, welche unter anderem die Auftriebskörper-Saugseite 142 und die Auftriebskörper-Druckseite 144 bildet. In dem Auftriebskörper-Endbereich 140 wird ein Freibereich 146 erzeugt, indem die Auftriebskörper-Saugseite 142 und die Auftriebskörper-Druckseite 144 teilweise entfernt wird. Insbesondere werden die Auftriebskörper-Saugseite 142 und die Auftriebskörper-Druckseite 144 bis zu der in Querrichtung von außen betrachtet ersten Rippe 148 des Auftriebskörpers 138 entfernt. Bevorzugt werden die Auftriebskörper-Saugseite 142 und die Auftriebskörper-Druckseite 144 derart entfernt, dass die Stringer 150 unverändert bleiben. Beispielsweise die erste Rippe 148 wird mit Befestigungsmitteln 152 versehen. Weiter werden die beim Erzeugen des Freibereichs 146 miterzeugten Zugänge in das Innere des Auftriebskörpers 138 geschlossen. Zusätzlich kann der Auftriebskörper-Endbereich 140 mit Positionierungsmitteln 153 versehen werden, die insbesondere einen Durchgang für weitere Befestigungsmittel bilden können.
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Anschließend kann ein Schaumkörper 154 an dem Auftriebskörper 138 befestigt werden. Der Schaumkörper 154 ist ähnlich zu dem Schaumkörper 130 gestaltet, insbesondere hinsichtlich seiner Porenstruktur 156. Der Schaumkörper 154 ist dem Freibereich 146 derart angepasst, dass das Steuerflächenbauteil 136 nach wie vor als insgesamt aerodynamisch glatt anzusehen ist. Ferner weist der Schaumkörper 154 Befestigungsmittel 158 und insbesondere zusätzlich Positionierungsmittel 159 auf. Die Befestigungsmittel 158 können beispielsweise als an dem Schaumkörper 154 angebrachte oder einheitlich damit ausgebildete Montageplatte 160 gestaltet sein. Die Positionierungsmittel 159 sind bevorzugt an dem Schaumkörper 154 selbst und/oder den Befestigungsmitteln 158 vorgesehen. Somit kann der Schaumkörper 154 ohne großen Aufwand in der ihm zugedachten Position angeordnet, insbesondere in Querrichtung von außen nach innen in den Freibereich 146 eingeschoben, und befestigt werden.
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Ein Vorderkantenbereich 162 und ein Hinterkantenbereich 164 des Auftriebskörpers 138 begrenzen bevorzugt den Freibereich 146 in Längsrichtung. Die Länge x des Vorderkantenbereichs 162 beträgt zwischen 20 % und 40 % der Gesamtlänge L der Profilsehne des Auftriebskörpers 138. Die Länge y des Hinterkantenbereichs 164 des Auftriebskörpers 138 beträgt zwischen 0 % und 20 % der Gesamtlänge L der Profilsehne des Auftriebskörpers.
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Ferner ist der Freibereich 146 derart erzeugt, dass er an der an der dicksten Stelle, welche die Höchst-Dicke h aufweist, des Auftriebskörpers 138 beginnt und sich in Längsrichtung zu dem Hinterkantenbereich 164 erstreckt. Die Ausdehnung beziehungsweise Breite L des Schaumkörpers 154 ist vorteilhaft zwischen 60 % und 100 % der Höchst-Dicke h gewählt.
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Umströmte Seitenkanten der Landeklappen - insbesondere beim A320 - sorgen speziell im Landeanflug, wenn das Triebwerk stark gedrosselt und das Fahrwerk noch nicht ausgefahren ist - für signifikanten Strömungslärm am Boden und tragen somit unmittelbar zur Lärmbelästigung in der Umgebung von Flughäfen bei.
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Die Verwirbelungen und aerodynamischen Effekte, die an der Klappenseitenkante zur Geräuschentstehung führen, werden durch den Einsatz eines porösen Materials reduziert und die Schallabstrahlung somit gemindert.
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Durch den Einsatz der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele - insbesondere den Retrofit der bestehenden A320 Flotten bei den Airlines - kann die Lärmbelastung in einer bestimmten Phase des Landeanfluges noch weiter reduziert werden. Dabei ist entscheidend, dass dieser Retrofit ohne größere, die Statik der Klappenkonstruktion beeinträchtigende Eingriffe vorgenommen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Luftfahrzeug
- 12
- Steuerfläche
- 14
- Vorflügel
- 16
- Störklappe
- 18
- Landeklappe
- 19
- Klappenelement
- 20
- Querruder
- 22
- Höhenruder
- 24
- Seitenruder
- 26
- Tragfläche
- 28
- Tragflügel
- 30
- obere Wirbellinie
- 32
- oberer Wirbel
- 34
- untere Wirbellinie
- 36
- unterer Wirbel
- 38
- Wirbeltrennungsbereich
- 40
- kleiner unterer Wirbel
- 42
- großer unterer Wirbel
- 44
- Wirbelvereinigungsbereich
- 46
- Vereinigungswirbel
- 48
- Vereinigungswirbellinie
- 50
- Wirbelwechselwirkungsbereich
- 100
- Steuerflächenbauteil
- 102
- Steuerflächenbauteil-Vorderkante
- 104
- Steuerflächenbauteil-Hinterkante
- 106
- obere Steuerflächenbauteil-Querkante
- 108
- untere Steuerflächenbauteil-Querkante
- 110
- Steuerflächenbauteil-Oberseitenfläche
- 112
- Steuerflächenbauteil-Unterseitenfläche
- 114
- Steuerflächenbauteil-Querseitenfläche
- 116
- Steuerflächenbauteil-Oberfläche
- 118
- Auftriebskörper
- 120
- Auftriebskörper-Endbereich
- 122
- Auftriebskörper-Saugseite
- 124
- Auftriebskörper-Druckseite
- 126
- obere Auftriebskörper-Querkante
- 128
- untere Auftriebskörper-Querkante
- 130
- Schaumkörper
- 132
- Porenstruktur
- 134
- Strömungspfad
- 136
- Steuerflächenbauteil
- 138
- Auftriebskörper
- 139
- Außenhaut
- 140
- Auftriebskörper-Endbereich
- 142
- Auftriebskörper-Saugseite
- 144
- Auftriebskörper-Druckseite
- 146
- Freibereich
- 148
- erste Rippe
- 150
- Stringer
- 152
- Befestigungsmitteln
- 153
- Positionierungsmitteln
- 154
- Schaumkörper
- 156
- Porenstruktur
- 158
- Befestigungsmittel
- 159
- Positionierungsmittel
- 160
- Montageplatte
- 162
- Vorderkantenbereich
- 164
- Hinterkantenbereich
