-
Die Erfindung betrifft eine Steuerfläche für ein Luftfahrzeug sowie ein Luftfahrzeug mit mindestens einer solchen Steuerfläche. Insbesondere betrifft die Erfindung eine flexible Steuerfläche sowie ein Luftfahrzeug mit einer solchen flexiblen Steuerfläche.
-
Zur Steuerung von Luftfahrzeugen werden an von Luft überströmten Bauteilen, wie zum Beispiel Tragflächen oder einem Leitwerk, bewegliche Teile angeordnet, um die Strömung der Luft zu beeinflussen. So sind an einer Vorderkante (Anströmkante) und/oder an einer Hinterkante (Strömungsabrisskante) einer Tragfläche oder eines Leitwerks Klappen oder Ruder angeordnet, die je nach Flugsituation die Strömungsrichtung der die Bauteile überströmenden Luft verändern können.
-
Die am Übergang einer feststehenden Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks und solchen Klappen oder Rudern entstehenden Knicke oder gar Öffnungen in der Außenhaut verschlechtern die Aerodynamik des Luftfahrzeugs und erhöhen somit den Kraftstoffverbrauch. Um die Aerodynamik zu verbessern, wurden flexible Steuerflächen vorgeschlagen, die eine dehnbare und/oder biegbare Außenhaut aufweisen. Jedoch sind die Bewegungsmechanismen zur Einstellung einer bestimmten Form dieser flexiblen Steuerflächen recht komplex und somit störanfällig.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerfläche eines Luftfahrzeugs bereitzustellen, die einfach ausgebildet ist und dennoch einen großen Bewegungsraum der Steuerfläche ermöglicht. Ferner ist ein stetiger Übergang zwischen einer beweglichen Haut der Steuerfläche und einer feststehenden Haut einer Tragfläche oder eines Leitwerks zu gewährleisten.
-
Hierzu lehrt die Erfindung eine Steuerfläche eines Luftfahrzeugs, wobei die Steuerfläche ein feststehendes Hautfeld, ein erstes biegeelastisches Hautfeld, und ein zweites biegeelastisches Hautfeld umfasst. Das zweite biegeelastischen Hautfeld ist mit dem ersten biegeelastischen Hautfeld verbunden und ist ferner dazu eingerichtet, dass feststehende Hautfeld zumindest teilweise zu überlappen. Eine Überlappung der beiden Hautfelder bedeutet eine Anordnung der beiden Hautfelder in je einer Ebene, wobei die beiden Ebenen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. In dem Überlappungsbereich des zweiten biegeelastischen Hautfelds und des feststehenden Hautfelds können sich das zweite biegeelastischen Hautfeld und das feststehende Hautfeld zumindest abschnittsweise berühren oder aneinander liegen.
-
Selbstverständlich können das zweite biegeelastischen Hautfeld und das feststehende Hautfeld in dem Überlappungsbereich auch voneinander beabstandet sein. Aus aerodynamischen Gründen ist es sinnvoll, dass das Hautfeld, welches in Strömungsrichtung der die Steuerfläche umströmenden Luft weiter vorne angeordnet ist (stromaufwärs), ein äußeres Hautfeld bildet, während das andere auf einer in Bezug auf die Steuerfläche innen liegenden Seite des äußeren Hautfelds angeordnet ist. Ferner können das zweite biegeelastischen Hautfeld und das feststehende Hautfeld so angeordnet sein, dass ein Rand des äußeren Hautfelds (eine in Strömungsrichtung hinten liegende Abschlusskante des äußeren Hautfelds) im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung liegt.
-
Die Steuerfläche kann ferner eine Aktuatorik umfassen, die dazu eingerichtet ist, das zweite Hautfeld parallel zu dem feststehenden Hautfeld zu verschieben. Mit anderen Worten kann die Größe des Überlappungsbereichs zwischen dem zweiten biegeelastischen Hautfeld und dem feststehenden Hautfeld durch die Aktuatorik verändert werden.
-
Beispielsweise kann die Aktuatorik ein im Wurzelbereich der Steuerfläche angeordnetes feststehendes Bauelement und ein sich relativ zu dem feststehenden Bauelement bewegliches Bauelement aufweisen. Der Wurzelbereich der Steuerfläche ist der Bereich, an dem die Steuerfläche an ein feststehendes Bauteil des Luftfahrzeugs anschließt. Der Wurzelbereich der Steuerfläche ist der Bereich der beiden biegeelastischen Hautfelder, der einem Bereich, an dem das erste biegeelastische Hautfeld mit dem zweiten biegeelastischen Hautfeld verbunden ist, gegenüberliegt.
-
Das erste und zweite biegeelastische Hautfeld bilden somit einen auf einer Seite offenen Körper, wobei zumindest die Aktuatorik in einem Bereich der Öffnung des so gebildeten Körpers angeordnet ist. Das erste und zweite biegeelastische Hautfeld können aus einem durchgängigen Werkstoff hergestellt sein, wobei der Werkstoff sich im Bereich des ersten Hautfelds von der Öffnung weg erstreckt, einen Wendepunkt bildet und im Bereich des zweiten Hautfelds zu Aktuatorik zurück erstreckt. Bei dem Werkstoff kann es sich beispielsweise um einen faserverstärkten Kunststoff oder ein Metall, wie zum Beispiel Aluminium, handeln.
-
In jedem Fall weist die Steuerfläche einen von der Öffnung am weitesten beabstandeten Ort auf. Dieser Ort kann eine Anströmkante (Vorderkante) oder Strömungsabrisskante (hintere Kante) einer Tragfläche oder eines Leitwerks bilden. Mit anderen Worten ist die Steuerfläche an der Anströmkante oder Strömungsabrisskante der Tragfläche oder des Leitwerks angeordnet, wobei das erste und zweite biegeelastische Hautfeld die die Anströmkante bzw. Strömungsabrisskante bildende Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks ist.
-
Aufgrund der Flexibilität der Steuerfläche, d.h. der beiden biegeelastischen Hautfelder, können beide Hautfelder durch die Bewegung des zweiten biegeelastischen Hautfelds gekrümmt werden, beispielsweise wenn die beiden biegeelastischen Hautfelder an einer Stelle miteinander drehfest verbunden sind. Somit lässt sich durch einen einfachen Aufbau der Aktuatorik, d.h. mit wenigen Bauteilen und einem einzelnen Aktuator, eine Steuerfläche bewegen.
-
In einer Ausgestaltung kann das feststehende Bauelement der Aktuatorik eine Zahnstange sein, und das bewegliche Bauelement der Aktuatorik ein von einer Bewegungseinrichtung angetriebenes Zahnrad sein. Diese Form der Aktuatorik ist leicht und kostengünstig, da nur ein bewegliches Bauelement notwendig ist und übliche Komponenten zum Einsatz kommen.
-
In einer weiteren Ausgestaltung kann das feststehende Bauelement der Aktuatorik ein Stator eines elektromagnetischen Aktuators sein, und das bewegliche Bauelement der Aktuatorik ein Läufer des elektromagnetischen Aktuators sein. Beispielsweise kann der elektromagnetische Aktuator als Linearmotor implementiert sein, sodass eine lineare Bewegung des zweiten Hautfelds gegenüber dem feststehenden Hautfeld sehr einfach ermöglicht wird. Selbstverständlich kann auch ein Rotationsmotor oder Stellmotor als elektromagnetische Aktuator eingesetzt werden. Elektromagnetische Aktuatorik bieten eine robuste Aktuatorik für die Steuerfläche.
-
In einer weiteren Ausgestaltung kann das feststehende Bauelement der Aktuatorik ein Zylinder eines pneumatischen oder hydraulischen Aktuators sein, und das bewegliche Bauelement der Aktuatorik ein Kolben des pneumatischen oder hydraulischen Aktuators sein. Ein pneumatischer oder hydraulischer Aktuator benötigt zwar zusätzliche Leitungen sowie eine Fördereinrichtung zur Erzeugung eines pneumatischen oder hydraulischen Drucks. Dafür kann mit einer pneumatischen oder hydraulischen Aktuatorik die Relativbewegung des zweiten biegeelastischen Hautfelds gegenüber dem feststehenden Hautfeld stufenlos oder zumindest sehr feinstufig eingestellt werden. Außerdem kann auch auf eine bereits für andere Zwecke vorhandene Fördereinrichtung, wie sie im Bau von Luftfahrzeugen üblich ist, zurückgegriffen werden.
-
Selbstverständlich können auch Kombinationen dieser Ausgestaltungen der Aktuatorik an einer Steuerfläche eingesetzt werden. Beispielsweise kann mittels Zahnrad und Zahnstange eine grobe Ausrichtung der Steuerfläche vorgenommen werden, während mittels elektromagnetischer oder pneumatischer/hydraulischer Aktuatorik eine Feinjustierung der Steuerfläche vorgenommen wird. In jeder der Ausgestaltungen der Aktuatorik kann diese zusätzlich ein Getriebe umfassen. Durch entsprechende Übersetzung in dem Getriebe kann die Aktuatorik kleiner (kompakter) ausgebildet sein.
-
Alternativ oder zusätzlich kann das feststehende Bauelement der Aktuatorik an dem feststehenden Hautfeld befestigt sein und das bewegliche Bauelement der Aktuatorik an dem zweiten biegeelastischen Hautfeld befestigt sein. Diese Anordnung der Aktuatorik ist insbesondere für die elektromagnetische sowie pneumatische oder hydraulische Aktuatorik sinnvoll, da dieser Typ der Aktuatorik auch ein feststehendes Bauelement umfasst.
-
Alternativ kann das feststehende Bauelement der Aktuatorik an dem zweiten biegeelastischen Hautfeld befestigt sein und das bewegliche Bauelement der Aktuatorik an dem feststehenden Hautfeld befestigt sein. Diese Ausgestaltung ist beispielsweise im Fall einer Zahnstange, die an dem zweiten biegeelastischen Hautfeld angebracht oder integriert ist, vorteilhaft, da der Antrieb für das in die Zahnstange eingreifende Zahnrad an dem feststehenden Hautfeld angeordnet werden kann und dessen Lasten nicht auf das bewegliche biegeelastische Hautfeld einwirken.
-
Ferner kann die Steuerfläche mindestens einen zwischen dem ersten biegeelastischen Hautfeld und dem zweiten biegeelastischen Hautfeld angeordneten Holm umfassen. Der mindestens eine Holm ist in einem Bereich zwischen dem ersten biegeelastischen Hautfeld und dem zweiten biegeelastischen Hautfeld angeordnet.
-
Dabei kann der mindestens eine Holm einen biegeelastischen Holm, der drehfest mit dem ersten biegeelastischen Hautfeld und dem zweiten biegeelastischen Hautfeld verbunden ist umfassen. Der biegeelastische Holm kann in einem Querschnitt der Tragfläche oder des Leitwerks eine gekrümmte Form (beispielsweise annähernd halbkreisförmig) aufweisen, wobei eine Öffnung dieser gekrümmten Form zu dem Wurzelbereich der Steuerfläche zeigt. Der mindestens eine biegeelastische Holm stabilisiert einerseits die durch das erste und zweite biegeelastische Hautfeld gebildete Steuerfläche aufgrund seiner Verbindung beider biegeelastischer Hautfelder. Andererseits erlaubt der mindestens eine biegeelastische Holm weiterhin eine Biegung mindestens eines der biegeelastischen Hautfelder aufgrund der durch die Aktuatorik bewirkten Bewegung des zweiten biegeelastischen Hautfelds relativ zu dem feststehenden Hautfeld.
-
Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Holm einen starren Holm, der über jeweils ein Gelenk mit dem ersten biegeelastischen Hautfeld und dem zweiten biegeelastischen Hautfeld verbunden ist, umfassen. Der starre Holm stabilisiert ebenfalls die beiden biegeelastischen Hautfelder der Steuerfläche und erlaubt ferner durch die Anordnung der Gelenke die Bewegung des zweiten biegeelastischen Hautfelds relativ zu dem feststehenden Hautfeld. Die Gelenke sind an einer Innenseite der beiden sich gegenüberliegenden biegeelastischen Hautfelder angeordnet. Zudem wird der Abstand zwischen dem ersten und zweiten biegeelastischen Hautfeld durch den starren Holm auch während der gegenläufigen Bewegung des zweiten biegeelastischen Hautfelds relativ zu dem feststehenden Hautfeld aufrechterhalten.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuerfläche ferner ein weiteres feststehendes Hautfeld, ein drittes biegeelastisches Hautfeld und ein viertes biegeelastisches Hautfeld umfassen. Dabei kann das vierte biegeelastische Hautfeld dazu eingerichtet sein, das weitere feststehende Hautfeld zumindest teilweise zu überlappen. Das weitere feststehende Hautfeld und das dritte und vierte biegeelastische Hautfeld sind somit in gleicher Weise aufgebaut, wie das zuerst genannte feststehende Hautfeld mit dem ersten und zweiten biegeelastischen Hautfeld. Auch können die zu dem zuerst genannten feststehenden Hautfeld mit dem ersten und zweiten biegeelastischen Hautfeld beschriebenen Ausgestaltungen und Varianten für das weitere feststehende Hautfeld mit dem dritten und vierten biegeelastischen Hautfeld angewandt werden.
-
Ferner können das erste bis vierte biegeelastische Hautfeld an einer gemeinsamen Stelle miteinander verbunden sein. Das erste bis vierte biegeelastische Hautfeld bilden somit eine gemeinsame Steuerfläche, wobei das erste und dritte biegeelastische Hautfeld Außenhäute der Steuerfläche bilden. Das zweite und vierte biegeelastische Hautfeld hingegen sind im Inneren der Steuerfläche angeordnet.
-
Wird nun bei einer derart ausgestalteten Steuerfläche das zweite biegeelastische Hautfeld durch die Aktuatorik bewegt, findet eine Bewegung der gesamten Steuerfläche, bestehend aus erstem bis viertem biegeelastischen Hautfeld statt, da alle Hautfelder an einer gemeinsamen Stelle miteinander verbunden sind. Diese gemeinsame Stelle kann eine Anströmkante oder Strömungsabrisskante bilden. Aufgrund der höheren Anzahl von biegeelastischen Hautfeldern ist eine Auslenkung der gemeinsamen Stelle bei gleicher Bewegungstrecke der Aktuatorik größer als bei der Steuerfläche mit nur zwei biegeelastischen Hautfeldern.
-
Zusätzlich kann die Steuerfläche noch eine weitere Aktuatorik umfassen, die dazu eingerichtet ist, das vierte Hautfeld parallel zu dem weiteren feststehenden Hautfeld zu verschieben. Dabei kann die weitere Aktuatorik ein im Wurzelbereich der Steuerfläche angeordnetes feststehendes Bauelement und ein sich relativ zu dem feststehenden Bauelement bewegliches Bauelement aufweist. Durch die Verwendung der weiteren Aktuatorik kann die Form der Steuerfläche variabler gestaltet werden. Zudem ist auch ein redundante Steuersystem in Form einer redundanten Aktuatorik zur Erhöhung der Betriebssicherheit vorhanden.
-
Alternativ kann die Steuerfläche auch nur ein drittes biegeelastisches Hautfeld und ein viertes biegeelastisches Hautfeld umfassen, wobei das erste bis vierte biegeelastische Hautfeld an einer gemeinsamen Stelle miteinander verbunden sind, und wobei das dritte biegeelastische Hautfeld ein der gemeinsamen Stelle gegenüberliegendes freies Ende aufweist. Mit anderen Worten ist das dritte biegeelastische Hautfeld in einem Wurzelbereich der Steuerfläche frei (ohne Lagerung).
-
Bei dieser Ausgestaltung kann auch auf das (erste) feststehende Hautelement verzichtet werden, da es sich im Inneren der Steuerfläche befindet und somit kein Hautelement notwendig ist. Vielmehr kann ein beliebiges feststehendes Bauteil (auch in der Tragfläche oder dem Leitwerk) verwendet werden, an dem ein Teil der Aktuatorik befestigt ist, um die Bewegung des zweiten biegeelastischen Hautfelds relativ dazu zu bewirken.
-
In jeder der beschriebenen Steuerflächenvarianten kann zwischen dem dritten biegeelastischen Hautfeld und dem vierten biegeelastischen Hautfeld mindestens ein Holm angeordnet sein, der das dritte biegeelastische Hautfeld mit dem vierten biegeelastischen Hautfeld verbindet. Dadurch wird die Stabilität der Komponenten der Steuerfläche erhöht.
-
Bei jeder der Ausgestaltungen der Steuerfläche mit insgesamt vier biegeelastischen Hautfeldern lässt sich eine durchgängige Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks erzielen, die ohne Kanten oder Öffnungen ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten kann jedes der biegeelastischen Hautfelder, das an einer Außenseite der Steuerfläche liegt, bündig und/oder durchgängig mit einem feststehenden Hautfeld ausgebildet sein. Durch die Anordnung einer oder mehrerer Aktuatoren an mindestens einem der innenliegenden biegeelastischen Hautfelder, lässt sich die Auslenkung der Steuerfläche weiterhin auf einfache Weise bewerkstelligen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Luftfahrzeug mindestens eine flexible Steuerfläche in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen und Varianten.
-
Das Luftfahrzeug umfasst ferner eine Tragfläche und/oder ein Leitwerk, wobei das feststehende Bauelement der Aktuatorik an einem unbeweglichen Bauteil der Tragfläche oder des Leitwerks befestigt oder integriert ist. Bei dem unbeweglichen Bauteil der Tragfläche oder des Leitwerks kann es sich um einen in Längsrichtung der Tragfläche oder des Leitwerks angeordneten Holm handeln. Selbstverständlich kann das Grundelement der Aktuatorik auch an einer oder mehreren in Querrichtung der Tragfläche oder des Leitwerks angeordneten Rippen befestigt oder integriert sein.
-
Alternativ oder zusätzlich kann das erste Hautfeld der Steuerfläche bündig mit einer ersten Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks angeordnet sein. Ferner kann das zweite Hautfeld der Steuerfläche bündig mit einer zweiten Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks, die der ersten Außenhaut gegenüberliegt, angeordnet sein. Mit anderen Worten bilden das erste und zweite Hautfeld Abschnitte der beiden Außenhäute der Tragfläche oder des Leitwerks, die sich in einem Querschnitt der Tragfläche oder des Leitwerks gegenüberliegen.
-
Aufgrund der Bewegung des zweiten biegeelastischen Hautfelds relativ zu dem feststehenden Hautfeld kann zwischen der Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks und dem zweiten biegeelastischen Hautfeld ein Abschnitt dehnbarer Außenhaut angeordnet sein. Alternativ kann das erste Hautfeld und/oder das zweite Hautfeld zumindest abschnittsweise ein dehnbares Material umfassen, sodass am Übergang zwischen Hautfeld und übriger Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks keine Öffnung aufgrund der durch die Aktuatorik bewirkten Bewegung der Steuerfläche entsteht.
-
Ferner bilden das erste und zweite Hautfeld eine Anströmkante (Vorderkante) oder Strömungsabrisskante (hintere Kante) der Tragfläche oder des Leitwerks. Mit anderen Worten ist die Steuerfläche an der Anströmkante oder Strömungsabrisskante der Tragfläche oder des Leitwerks angeordnet, wobei das erste und zweite Hautfeld die die Anströmkante bzw. Strömungsabrisskante bildende Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks ist.
-
Alternativ hierzu kann das erste Hautfeld der Steuerfläche bündig mit einer ersten Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks angeordnet sein. Ferner kann das dritte Hautfeld der Steuerfläche bündig mit einer zweiten Außenhaut der Tragfläche oder des Leitwerks, die der ersten Außenhaut gegenüberliegt, angeordnet sein. Mit anderen Worten bilden das erste und dritte Hautfeld Abschnitte der beiden Außenhäute der Tragfläche oder des Leitwerks, die sich in einem Querschnitt der Tragfläche oder des Leitwerks gegenüberliegen.
-
Die hier beschriebenen Anordnungen der Bauteile der Aktuatorik und der Steuerfläche betreffen insbesondere eine Ansicht in einem Querschnitt der Tragfläche oder des Leitwerks. Ferner werden die Hautfelder der Steuerfläche von Luft überströmt, die durch die Hautfelder in ihrer Strömungsrichtung verändert werden sollen. Somit kann eine durch die Aktuatorik hervorgerufene Bewegung des biegeelastischen Hautfelds in der Querschnittsebene verlaufen.
-
Anstatt eines Luftfahrzeugs können die hier beschriebenen Steuerflächen auch an anderen Fahrzeugen, einschließlich Kraftfahrzeugen und Wasserfahrzeugen, angeordnet werden. Aufgrund der Steuerung durch die Aktuatorik lässt sich die Strömung jedes Fluids, welches über die Hautfelder der Steuerfläche strömt, beeinflussen.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
- 1 zeigt schematisch einen beispielhaften Querschnitt einer Tragfläche oder eines Leitwerks;
- 2 zeigt schematisch eine Steuerfläche mit zwei biegeelastischen Hautfeldern im Querschnitt sowie einen vergrößerten Ausschnitt davon, der eine Aktuatorik umfasst;
- 3 zeigt schematisch eine Auslenkung der Steuerfläche aus 2 durch eine Aktuatorik;
- 4 zeigt schematisch eine Steuerfläche, die aus vier biegeelastischen Hautfeldern gebildet ist, sowie einen ausgelenkten Zustand der Steuerfläche;
- 5 zeigt schematisch einen Vergleich zwischen der Auslenkung einer Steuerfläche mit zwei biegeelastischen Hautfeldern und der Auslenkung einer Steuerfläche mit vier biegeelastischen Hautfeldern; und
- 6 zeigt ein Luftfahrzeug mit einer Vielzahl von Steuerflächen.
-
Gemäß der hierin beschriebenen Erfindung sind eine Steuerfläche für ein Luftfahrzeug und ein entsprechendes Luftfahrzeug vorgesehen.
-
1 zeigt schematisch einen beispielhaften Querschnitt einer Tragfläche oder eines Leitwerks eines Luftfahrzeugs oder eines anderen, sich durch ein Fluid bewegenden Fahrzeugs. Eine Steuerfläche 50, 51 umfasst zumindest ein feststehendes Hautfeld 30, ein erstes biegeelastisches Hautfeld 31 sowie ein zweites biegeelastisches Hautfeld 32.
-
Solche Steuerflächen 50, 51 können an einem Luftfahrzeug 100 angeordnet sein, wie es in 7 dargestellt ist. Die biegeelastischen Hautfelder 31, 32 bilden dabei zumindest Abschnitte der Außenhaut einer Tragfläche 101 oder eines Leitwerks 102, 103 des Luftfahrzeugs 100. Dabei können die biegeelastischen Hautfelder 31, 32 Steuerflächen 50 an einer Strömungsabrisskante („trailing edge“) der Tragfläche 101 oder des Leitwerks 102, 103 bilden (siehe auch 1 oben). Ebenso können auch Steuerflächen 51 an einer Anströmkante oder Vorderkante („leading edge“) der Tragfläche 101 oder des Leitwerks 103 (siehe auch 1 unten) in einer der hier beschriebenen Ausgestaltungen gebildet werden.
-
Bei den in 1 dargestellten Steuerflächen 50, 51 verläuft die dargestellte Z-Achse senkrecht zur Zeichnungsebene, wobei die Z-Achse bei Luftfahrzeugen 100 regelmäßig als eine vertikal durch das Luftfahrzeug 100 verlaufende Achse darstellt. Somit sind die dargestellten Steuerflächen 50, 51 der 1 in einem Abschnitt eines vertikal angeordneten Leitwerks 102 angeordnet. Selbstverständlich kann es sich bei den dargestellten Steuerflächen 50, 51 auch um Steuerflächen 50, 51 in einer Tragfläche 101 und/oder einem horizontalen Leitwerk 103 handeln. Dafür müssten lediglich die Bezeichnung der Y-Achse und der Z-Achse ausgetauscht werden (wobei die Y-Achse bei Luftfahrzeugen 100 regelmäßig die quer zur Flugrichtung verlaufende horizontale Richtung darstellt).
-
Um die Strömungsabrisskante oder Anströmkante zu bilden, sind die beiden biegeelastischen Hautfelder 31, 32 miteinander verbunden. Alternativ sind die biegeelastischen Hautfelder 31, 32 aus einem Werkstück gefertigt, welches an der Strömungsabrisskante oder Anströmkante entsprechend umgelenkt oder gebogen ist (einen Wendepunkt aufweist). In 1 ist eine Strömungsabrisskante dargestellt, bei der die biegeelastischen Hautfelder 31, 32 sich in einem spitzen Winkel treffen. Insbesondere an der Anströmkante können die biegeelastischen Hautfelder 31, 32 jedoch eine durchgängige aerodynamisch effiziente Krümmung bilden.
-
Das zweite biegeelastische Hautfeld 32 überlappt zumindest teilweise das feststehende Hautfeld 30. Dabei ist das Hautfeld 30, 32, welches sich in Strömungsrichtung des die Steuerfläche 50, 51 umströmenden Fluids weiter vorne (stromaufwärts) befindet weiter außen angeordnet, sodass kein Spalt zwischen den beiden Hautfeldern 30, 32 gebildet wird, in den das Fluid aufgrund seiner Strömung eindringen kann.
-
Die Steuerfläche 50, 51 umfasst eine Aktuatorik 10, die das zweite biegeelastische Hautfeld 32 parallel zu dem feststehenden Hautfeld 30 verschiebt. Die Aktuatorik 10 ist dabei in dem Überlappungsbereich des zweiten biegeelastischen Hautfelds 32 mit dem feststehenden Hautfeld 30 angeordnet. Beispielsweise kann sich die Aktuatorik 10 sowie der Überlappungsbereich der beiden Hautfelder 30, 32 in einem Wurzelbereich der Steuerfläche 50, 51 befinden. Der Wurzelbereich der Steuerfläche 50, 51 ist der Bereich der Tragfläche 101 oder des Leitwerks 102, 103, der in Bezug auf den übrigen Teil der Tragfläche 101 oder des Leitwerks 102, 103 nur eine geringe Bewegung erfährt oder sogar (noch) feststeht. Der Wurzelbereich der Steuerfläche 50, 51 kann sich an einem feststehendem Holm 104, 105 befinden, an dem das feststehende Hautfeld 30 befestigt ist. Der Holm 104, 105 verläuft im Wesentlichen parallel zu einer Längsrichtung der Tragfläche 101 oder des Leitwerks 102, 103.
-
Auch in einem Bereich zwischen den biegeelastischen Hautfeldern 31, 32 können sich Holme 41 befinden, welche in 1 zur Übersichtlichkeit der Zeichnung nur an der an der Strömungsabrisskante geformten Steuerfläche 50 dargestellt sind. Diese Holme 41 können aus einem biegeelastischen Material hergestellt sein, und an ihren jeweiligen Enden mit dem ersten biegeelastischen Hautfeld 31 bzw. dem zweiten biegeelastische Hautfeld 32 fest verbunden sein. Alternativ können die Holme 41 aus einem starren, schubstabilen Material hergestellt sein und an entsprechenden Gelenken (nicht dargestellt) mit dem jeweiligen biegeelastischen Hautfeld 31 bzw. 32 drehbar verbunden sein. Solche Holme 41 erhöhen die Stabilität der biegeelastischen Hautfelder 31, 32 und somit der Steuerfläche 50, 51.
-
2 zeigt einen schematischen Querschnitt der Steuerfläche 50, also eine Vergrößerung des in 1 umrahmt dargestellten Bereichs. An dem feststehenden Holm 104 ist beidseitig ein feststehendes Hautfeld 30 angeordnet. Auf der in 2 linken Seite geht dieses feststehende Hautfeld 30 in ein biegeelastisches Hautfeld 31 über. Dies kann entweder über einen bündigen Anschluss der beiden Hautfelder 30, 31 gewährleistet werden. Alternativ kann auch das feststehende Hautfeld 30 aus einem biegeelastischen Material gebildet sein und durch entsprechende feststehende Holme 104, 105 unbeweglich sein, während es in dem Bereich der Steuerfläche 50, 51 in der X-Y-Ebene biegbar ist. Ebenfalls alternativ kann sich das für die Hautfelder 30, 31 verwendete Material in einem fließenden Übergang verändern. Beispielsweise kann ein faserverstärkter Kunststoff für beide Hautfelder 30, 31 verwendet werden, dessen Fasern und/oder Kunststoffmaterial sich in einem Abschnitt zwischen dem feststehenden Holm 104 und der Abrisskante (obere Spitze in 2) ändern, um eine höhere Biegeelastizität zu erzielen.
-
Auf der gegenüberliegenden Seite der Steuerfläche 50, 51 befindet sich ebenfalls ein feststehendes Hautfeld 30 und ein zweites biegeelastisches Hautfeld 32. Diese Hautfelder 30, 32 können in gleicher Weise hergestellt werden, wie die Hautfelder 30, 31 auf der gegenüberliegenden Seite der Steuerfläche 50, 51. Zwischen den biegeelastischen Hautfeldern 31, 32 befinden sich die Holme 41. Diese sind in 2 als starre Holme 41 mit elastischer Verbindung zu dem jeweiligen biegeelastischen Hautfeld 31, 32 dargestellt. Mit anderen Worten weisen die Holmen 41 an ihren jeweiligen Enden elastische Anschlüsse 43 auf, an denen sie mit den biegeelastische Hautfeldern 31, 32 verbunden sind.
-
In dem Teil (b) der 2 ist des Weiteren ein vergrößerter Ausschnitt der Aktuatorik 10 sowie eines Überlappungsbereichs des feststehenden Hautfelds 30 mit dem biegeelastisches Hautfeld 32 gezeigt. In diesem Bereich weist die Aktuatorik 10 ein feststehendes Bauelement 12, 14 und ein sich relativ zu dem feststehenden Bauelement 12, 14 bewegliches Bauelement 11, 13 auf.
-
In der dargestellten beispielhaften Ausgestaltung ist an dem feststehenden Hautfeld 30 eine Zahnstange 12 angeordnet, die ebenfalls in Bezug auf die Steuerfläche 50, 51 feststeht. An dem biegeelastischen Hautfeld 32 ist ein Zahnrad 11 dargestellt, welches über eine Bewegungseinrichtung 15 angetrieben werden kann. Das Zahnrad 11 steht in Eingriff mit der Zahnstange 12. Dadurch kann durch Drehen des Zahnrads 11 das biegeelastische Hautfeld 32 parallel zu dem feststehenden Hautfeld 30 in den durch den Doppelpfeil „U“ gekennzeichneten entgegengesetzten Richtungen verschoben werden.
-
Zur Unterstützung der Bewegung des biegeelastischen Hautfelds 32 entlang der Richtung U kann an dem feststehenden Hautfeld 30 eine Schiene 14 angeordnet sein, in der ein Gleiter 13, der mit dem zweiten biegeelastischen Hautfeld 32 gekoppelt ist, gleitet.
-
Alternativ können die Elemente 13 und 14 in der 2 auch einen Stator 14 und Läufer 13 eines elektromagnetischen Aktuators oder einen Zylinder 14 und Kolben 13 eines pneumatischen oder hydraulischen Aktuators darstellen. Diese Aktuatoren können alternativ oder zusätzlich zu der Zahnstange 12 und dem Zahnrad 11 zur Bewegung der Steuerfläche 50, 51 vorgesehen sein.
-
In einer alternativen Ausgestaltung können die Elemente 11 bis 14 auch umgekehrt an dem feststehenden Hautfeld 30 und dem biegeelastisches Hautfeld 32 angebracht sein. Beispielsweise ist es vorteilhaft, feststehende Elemente, wie zum Beispiel die Zahnstange 12, den Stator 14 und den Zylinder 14, an dem feststehenden Hautfeld 30 anzuordnen, während die sich bewegenden Elemente, wie zum Beispiel das Zahnrad 11, den Läufer 13 und Kolben 13, an dem biegeelastischen Hautfeld 32 angebracht sind. Alternativ können auch die jeweils schwereren Elemente der Aktuatorik an dem feststehenden Hautfeld oder dem feststehenden Holm 104, 105 befestigt werden, während die leichteren korrespondierenden Elemente an dem biegeelastischen Hautfeld angebracht sind.
-
Die durch die Aktuatorik 10 hervorgerufene Bewegung des biegeelastischen Hautfelds 32 bewirkt eine Bewegung (Verformung) der Steuerfläche 50, 51, die beispielhaft in 3 dargestellt ist. 3 stellt den Fall dar, dass die Aktuatorik 10 das zweite biegeelastische Hautfeld 32 in Richtung der Strömungsabrisskante bewegt. Dadurch wird die Außenseite der Tragfläche 101 oder des Leitwerks 102, 103 auf der Seite der Aktuatorik 10 länger, wodurch die Strömungsabrisskante gegen den Uhrzeigersinn mit der in 3 dargestellten Bewegungskomponente in Y-Richtung bewegt wird. Die Bewegung der Steuerfläche 50, 51 ist aufgrund des biegeelastischen Materials der Hautfelder 31, 32 und deren Verbindung an der Strömungsabrisskante (bzw. Anströmkante) möglich. Die zwischen den Hautfeldern 31, 32 liegenden Holme 41 bewirken eine Formstabilität des Querschnitts der Steuerfläche 50, 51, d.h. die Holme 41 werden durch die Bewegung des zweiten biegeelastischen Hautfelds 32 in Richtung des ersten biegeelastischen Hautfelds 31 gedrückt, wodurch wiederum das erste biegeelastische Hautfeld 31 über dessen Fläche gegen den Uhrzeigersinn gedrückt wird.
-
Eine durch die Aktuatorik 10 hervorgerufene Bewegung in umgekehrter Richtung bewirkt selbstverständlich eine Verformung der Steuerfläche 50, 51 mit dem Uhrzeigersinn (in 3 nicht dargestellt).
-
4 zeigt schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Steuerfläche 50, 51. Die in 4(a) dargestellte Steuerfläche 50, 51 weist die gleichen Elemente auf, wie die Steuerfläche 50, 51 aus den 2 und 3. Die sich entsprechenden Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen und dem Zusatz „a“ gekennzeichnet. Zusätzlich ist, beispielsweise spiegelbildlich, ein drittes biegeelastisches Hautfeld 31b und ein viertes biegeelastisches Hautfeld 32b vorgesehen. Das dritte und vierte biegeelastische Hautfeld 31b und 32b sind an der dargestellten Strömungsabrisskante miteinander verbunden und sind ferner mit dem ersten und zweiten biegeelastischen Hautfeld 31a und 32a an der dargestellten Strömungsabrisskante miteinander verbunden. Im Fall einer Steuerfläche 51 an einer Anströmkante, sind die vier biegeelastischen Hautfelder 31a, 31b, 32a, 32b selbstverständlich an der Anströmkante miteinander verbunden.
-
In dieser Ausgestaltungsvariante kann die Steuerfläche 50, 51 auch ein weiteres feststehendes Hautfeld 30b umfassen. Die feststehenden Hautfelder 30a und 30b, wie sie in 4 dargestellt sind, sind innenseitig (in Bezug auf die Tragfläche 101 oder des Leitwerks 102, 103 zu deren Mitte hin gerichtet) angeordnet, wobei das zweite biegeelastische Hautfeld 32a und das vierte biegeelastische Hautfeld 32b sich jeweils relativ zu diesen feststehenden Hautfeldern 30a und 30b durch die Aktuatorik 10a und 10b bewegen.
-
In einer alternativen Ausgestaltung bedarf es keiner der innenseitigen feststehenden Hautfelder 30a und 30b, da diese keine Außenhaut der Tragfläche 101 oder des Leitwerks 102, 103 bilden. Stattdessen können feststehende Hautfelder an der jeweiligen Außenseite der Tragfläche 101 oder des Leitwerks 102, 103 angeordnet sein, an die das erste biegeelastische Hautfeld 31a bzw. das dritte biegeelastische Hautfeld 31b bündig anschließen oder darin integriert sind (also eine durchgängige Außenhaut bilden). Die Aktuatorik 10a und/oder 10b können in diesem Fall an einem anderen feststehenden Element, wie zum Beispiel einem festen Holm 104, 105, befestigt sein.
-
In einer ebenfalls alternativen Ausgestaltung ist nur eine der beiden Aktuatoriken 10a und 10b vorgesehen. Beispielsweise wird in 4(b) nur das vierte biegeelastische Hautfeld 32b durch eine entsprechende Aktuatorik 10b in Richtung „U“ bewegt. Dies erzeugt eine Auslenkung der Steuerfläche 50, 51 im Uhrzeigersinn mit der Bewegungskomponente „Y“.
-
In 5 ist schematisch veranschaulicht, dass die von der jeweiligen Aktuatorik 10 zurückzulegende Wegstrecke U1 in Richtung „U“ im Fall der in den 2 und 3 dargestellten Steuerfläche 50, 51 größer ist als die Wegstrecke U2 der in 4 dargestellten Steuerfläche 50, 51, um eine gleiche Auslenkung der Strömungsabrisskante oder Anströmkante in Richtung „Y“ oder innerhalb der X-Y-Ebene zu bewirken. Die Verwendung weiterer biegeelastischer Hautfelder 31a, 31b, 32a, 32b bewirkt eine Verstärkung der Auslenkung in Richtung „Y“ oder innerhalb der X-Y-Ebene bei gleicher Wegstrecke in Richtung „U“ durch die Aktuatorik 10.
-
Abschließend sei insbesondere darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Varianten, Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Varianten, Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele einschränken.
