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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formveränderung von aerodynamischen Steuerflächen mittels formvariabler Strukturen. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Formveränderung von aerodynamischen Steuerflächen hierzu.
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Heutige Luftfahrzeuge werden durch verschiedene aerodynamische Steuerflächen in der Luft gesteuert. Dabei handelt es sich um steife Bauteile, die mithilfe von Aktuatoren gegenüber einer Neutrallage bzw. Nulllage verstellt werden. Durch das Verstellen der steifen Steuerflächen werden diese Bauteile durch die das Luftfahrzeug umströmende Luft so angeströmt, dass durch die umströmende Luft eine Kraft auf das steife Bauteil bzw. die steife aerodynamische Steuerfläche ausgeübt wird, um so eine Kraft auf das Luftfahrzeug in eine bestimmte Richtung ausüben zu können. Hierdurch wird es ermöglicht, das Luftfahrzeug zu manövrieren.
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Die Betätigung der aerodynamischen Steuerflächen erfolgt durch verschiedene Typen von Aktuatoren, wie beispielsweise Hydraulikaktuatoren, elektromechanische Aktuatoren und elektrohydrostatische Aktuatoren. Diese erfordern jedoch in der Regel viel Bauraum innerhalb des Luftfahrzeuges und müssen darüber hinaus mehrfach redundant ausgelegt sein, um beim Ausfall eines Systems die Manövrierfähigkeit des Luftfahrzeuges zu jeder Zeit sicherstellen zu können. Des Weiteren tragen diese Aktuatoren zu einem nicht unerheblichen Teil zu dem Gesamtgewicht des Luftfahrzeuges bei, was sich in höheren Treibstoffkosten niederschlägt.
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Für Luftfahrzeuge der nächsten Generation werden jedoch anstelle von klassischen, steifen aerodynamischen Steuerflächen formvariable Strukturen in Betracht gezogen, bei denen die Bauteile, die die jeweilige aerodynamische Steuerfläche bilden, keine starre und fest vorgegebene Bauteilgeometrie haben, sondern ihre Form und Geometrie wie eine Morphingstruktur ändern können. Damit werden die aerodynamischen Steuerflächen nicht mehr mithilfe von Aktuatoren verstellt, beispielsweise in Form einer Drehbewegung bei einem Höhen- oder Seitenruder, sondern die gesamte Bauteilgeometrie der aerodynamischen Steuerfläche wird in geeigneter Weise so verändert, dass aufgrund der Anströmung durch die umgebende Luft eine Kraft auf das Luftfahrzeug aufgebracht werden kann. Das die aerodynamische Steuerfläche bildende Bauteil ist nicht mehr hinsichtlich seiner Form und Geometrie starr und steif, sondern formvariabel und flexibel und kann seine Form und Geometrie verändern. Derartige formvariable Strukturen sind dabei insbesondere ausgebildet, sich aus einer Bauteilebene heraus zu verformen.
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Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung formvariabler Strukturen im Luftfahrtsektor ist die Anforderung an das Material, welches sowohl flexibel (Formveränderung) als auch stabil (Luftlasten) sein muss. Neue Fertigungstechniken und Werkstoffe ermöglichen es, verformbare Strukturen zu erzeugen, die diese Anforderungen erfüllen. Formvariable Strukturen ermöglichen es, die Flügelstruktur während des Fluges anzupassen und auf diese Weise eine Reduzierung des Reibungswiderstandes zu erreichen. Durch die Reduzierung des Widerstandes kann der Verbrauch und somit auch die Betriebskosten des Luftfahrzeuges gesenkt werden. Simulationen haben gezeigt, dass durch formvariable Strukturen in jedem untersuchten Betriebspunkt während einer Flugmission aerodynamische Verbesserungen erzielt werden können.
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Derartige formvariable Strukturen können aus einer Mehrzahl von flexiblen Zellen bestehen, die jeweils einen Hohlraum aufweisen, der mit einem Fluid befüllt werden kann. Durch eine Volumenänderung, in der Regel bewirkt durch ein Bedrucken des Hohlraumes mit dem Fluid, wird die flexible Zelle in ihrer Form verändert. Dadurch wird die gesamte formvariable Struktur ebenfalls in ihrer Form verändert und dabei von einem ersten Formzustand in wenigstens einen zweiten Formzustand überführt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Formzustand können dabei eine Vielzahl von Zwischenzuständen vorgesehen sein. Die Volumenänderung innerhalb des Hohlraumes der flexiblen Zellen bewirkt dabei eine formbezogene Zustandsänderung der jeweiligen Zelle, da durch die Volumenänderung des Fluides in der Zelle ein Druck auf die Zelle von innen heraus ausgeübt wird, wodurch die flexible Zelle bestrebt ist, eine Form anzunehmen, bei der der Hohlraum im Inneren der flexiblen Zelle sein maximales Volumen erreicht bzw. bei der ein neues Kräftegleichgewicht zwischen Struktur und Fluiddruck eingestellt ist.
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Eine weitere große Herausforderung beim Einsatz von formvariablen Strukturen im Luftfahrtsektor besteht in der Systemarchitektur der Aktuatoren zur Ansteuerung der formvariablen Strukturen. Diese müssen redundant ausgelegt sein, den notwendigen Betriebslasten standhalten können und nach Möglichkeit wenig Bauraum und Gewicht benötigen.
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Aus der
US 8 783 625 B2 ist eine formvariable Struktur für eine aerodynamische Steuerfläche eines Luftfahrzeuges bekannt, die über zwei komplementäre Zellen verfügt, die durch Bedrucken mit einem Gas ihre Form verändern können und dabei die formvariable Struktur aus einer Neutralform in eine erste ausgelegte Form oder in eine zweite, komplementäre ausgelegte Form überführen können. Dieses Konzept verwendet dabei Druckluft zur Aktuierung der Zellen, wobei die Erzeugung des notwendigen Druckes durch einen beweglichen Kolben erreicht wird. Mithilfe eines Ventils sowie eines großen Drucktanks können Druckschwankungen ausgeglichen werden. Zusätzlich kann ein Kompressor bzw. Generator verwendet werden.
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Nachteilig hierbei ist, dass zum Ausgleich der Druckschwankungen ein großer Drucktank benötigt wird, der viel Bauraum innerhalb des Luftfahrzeuges erfordert und an einer zentralen Stelle im Luftfahrzeug vorgesehen sein muss. Zusätzlich werden Ventile zur Steuerung des Systems benötigt sowie lange Rohrleitungen, wodurch das Gesamtsystem einen deutlich negativen Effekt auf die Gesamtmasse des Luftfahrzeuges hat. Aufgrund der Bedruckung der flexiblen Zellen mit einem Gas, das eine starke Kompressibilität hat, weist eine solche pneumatische Betätigung eine geringere Stellgenauigkeit auf und kann durch von außen einwirkenden Kräften leicht beeinflusst werden. Es ist zu befürchten, dass unerwünschtes Flattern der Steuerfläche die Folge ist.
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Aus der
EP 2 548 798 A2 ist eine Hinterkante eines Flügels eines Flugobjektes bekannt, bei dem zur Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften des Flügels eine starre und in ihrer Form unveränderbare Steuerfläche mithilfe eines aufblasbaren Druckkörpers verstellt wird.
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Die WO 2008/ 003 330 A1 offenbart eine flexible Hinterkante eines Rotorblattes einer Windkraftanlage. Dabei werden bedruckbare Zellen mit einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, um so die Hinterkante des Rotorblattes zu verformen.
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Die WO 2004/ 108 525 A1 offenbart schließlich eine Formveränderung an einem Rotorblatt, die ausschließlich mechanisch funktioniert. Hierbei wird mittels eines Aktuators mechanisch eine Wand des Rotorblattes manipuliert, wodurch eine Formveränderung stattfindet.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Formveränderung von aerodynamischen Steuerflächen anzugeben, welches leicht und robust ist und darüber hinaus den auftretenden Betriebslasten standhalten kann. Es ist darüber hinaus auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Formveränderung von aerodynamischen Steuerflächen anzugeben, mit der eine präzise Manövrierfähigkeit des Flugobjektes erreicht werden kann.
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Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung zur Formveränderung von aerodynamischen Steuerflächen gemäß Patentanspruch 1 sowie dem korrespondierenden Verfahren gemäß Patentanspruch 7 erfindungsgemäß gelöst. Ein Flugobjekt mit einer derartigen aerodynamischen Steuerfläche gemäß Patentanspruch 6 ist ebenfalls Bestandteil der Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Gemäß Anspruch 1 wird eine Vorrichtung zur Formveränderung von aerodynamischen Steuerflächen vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung mindestens eine formvariable Struktur hat, die mit der zu verformenden aerodynamischen Steuerfläche zur Formveränderung zusammenwirkt. Die formvariable Struktur kann dabei beispielsweise eine Oberfläche aufweisen, die teilweise oder ganz die aerodynamische Steuerfläche bildet. Die formvariable Struktur weist mindestens eine innenliegende, flexible Zelle auf, die wenigstens einen mit einem Fluid gefüllten oder füllbaren Hohlraum derart aufweist, dass durch eine Volumenänderung des Fluides in dem Hohlraum die mindestens eine flexible Zelle ihre Form verändert und dabei die formvariable Struktur ihre Form von einem ersten Formzustand in wenigstens einen zweiten Formzustand wechselt.
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Die formvariable Struktur ist demzufolge derart ausgebildet, das in sich ein geschlossenes Bauteil bildet, welches mithilfe der flexiblen Zellen durch Volumenänderung des Fluides seine Form und Geometrie verändern kann. Es handelt sich bei der formvariablen Struktur demzufolge nicht um ein Bauteil, welches eine starre Bauteilgeometrie hat und hinsichtlich der Form unveränderbar ist.
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Die Vorrichtung weist des Weiteren eine Aktuatoreinrichtung mit mindestens einem Aktuator auf, der zur Ansteuerung der formvariablen Struktur durch Volumenänderung des Fluides in der mindestens einen flexiblen Zelle eingerichtet ist, um die formvariable Struktur von dem ersten Formzustand in den wenigstens zweiten Formzustand zu überführen. Zwischen dem ersten Formzustand und dem wenigstens zweiten Formzustand können eine Vielzahl von formbezogenen Zwischenzuständen sein, die ebenfalls mithilfe der formvariablen Struktur und eines geeigneten Druckes des Fluides eingestellt werden können. Des Weiteren ist es denkbar, dass weitere Formzustände, beispielsweise ein Dritter Formzustand, der komplementär zu dem zweiten Formzustand ist, eingestellt werden können.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Aktuator der Aktuatoreinrichtung zur Ansteuerung der formvariablen Struktur mittels einer Hydraulikflüssigkeit als Fluid ausgebildet ist.
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Durch die Verwendung einer Hydraulikflüssigkeit zum Bewirken einer Volumenänderung in den flexiblen Zellen kann eine höhere Stellgenauigkeit der aerodynamischen Steuerfläche erreicht werden, da die Hydraulikflüssigkeit im Wesentlichen nicht kompressibel ist und es folglich zu keinen Ungenauigkeiten aufgrund unerwünschter Kompression kommt. Zudem haben die auftretenden Luftkräfte, wie beispielsweise Böen, nur einen geringen Einfluss auf die Verformung der Zellen. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Hydraulikflüssigkeit zum Bewirken einer Volumenänderung in den flexiblen Zellen liegt bei der Schmierung der Komponenten.
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Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Hydraulikflüssigkeit besteht darin, dass hohe Stellgeschwindigkeiten erreicht werden können, da bereits kleinste Ansteuerungen sofort zu einer Volumenänderung in den Zellen führt.
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Die Erfinder haben dabei erkannt, dass im Bereich der Luftfahrt für formvariable Strukturen zur Formveränderung von aerodynamischen Steuerflächen eine Hydraulikflüssigkeit als Fluid zur Volumenänderung verwendet werden kann, um die vorteilhaften Effekte zu erzielen, ohne die Flugeigenschaften des Flugobjektes negativ zu beeinflussen. Vielmehr wurde erkannt, dass sich eine Hydraulikflüssigkeit als Fluid für formvariable Strukturen für diesen Anwendungsfall bzw. Anwendungszweck besonders gut eignen.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die formvariable Struktur mindestens eine flexible Zelle einer ersten Zellenart hat, die bei Volumenänderung in ihrem Hohlraum die formvariable Struktur von einem formbezogenen Neutralzustand in einen formbezogenen ersten Endzustand überführt, und mindestens eine flexible Zelle einer zweiten Zellenart hat, die bei Volumenänderung in ihrem Hohlraum die formvariable Struktur von einem formbezogenen Neutralzustand in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen formbezogenen zweiten Endzustand überführt, wobei die Aktuatoreinrichtung mindestens einen ersten Aktuator hat, der mit der mindestens einen Zelle der ersten Zellenart zur Volumenänderung in Wirkverbindung steht, und mindestens einen zweiten Aktuator hat, der mit der mindestens einen Zelle der zweiten Zellenart zur Volumenänderung in Wirkverbindung steht.
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Die flexiblen Zellen der ersten Zellenart weisen dabei bei einer Volumenänderung ein komplementäres Verhalten zu den flexiblen Zellen der zweiten Zellenart auf, sodass für die flexiblen Zellen der ersten Zellenart ein separater erste Aktuator vorgesehen ist und für die flexiblen Zellen der zweiten Zellenart ein entsprechend zweiter separater Aktuator, um so die flexiblen Zellen der ersten Zellenart unabhängig von den flexiblen Zellen der zweiten Zellenart ansteuern zu können. Hierdurch wird es möglich, durch eine Volumenänderung der flexiblen Zellen der ersten Zellenart die formvariable Struktur in einen ersten Endzustand zu überführen und durch eine Volumenänderung der flexiblen Zellen der zweiten Zellenart die formvariable Struktur in eine von dem ersten Endzustand verschiedenen zweiten Endzustand zu überführen. Hierdurch lassen sich beispielsweise Flügelhinterkanten, Höhen- und/oder Seitenleitwerke von Flugzeugen mithilfe einer formvariablen Struktur als aerodynamische Steuerfläche abbilden.
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Zwischen dem Neutralzustand, der in der Regel so definiert ist, dass keine Kräfte auf das Flugobjekt durch die umgebende Luftströmung ausgeübt werden, und dem ersten bzw. zweiten Endzustand der formvariablen Struktur können eine Vielzahl von Zwischenzuständen liegen, die ebenfalls einstellbar sind.
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Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Aktuator und der zweite Aktuator der Aktuatoreinrichtung derart zusammenwirken, dass in den Zellen der ersten Zellenart und in den Zellen der zweiten Zellenart eine komplementäre Volumenänderung durchgeführt wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die aerodynamische Steuerfläche aus der formvariablen Struktur derart gebildet, dass aufgrund der Variabilität der formvariablen Struktur die Form und Geometrie der aerodynamischen Steuerfläche verändert werden kann. Die aerodynamische Steuerfläche ist demzufolge hinsichtlich ihrer Form und Geometrie flexibel und kann mittels der Aktuatoreinrichtung zur Veränderung ihrer Form entsprechend angesteuert werden.
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Die formvariable Struktur kann dabei aus einer Mehrzahl von formverändernden, flexiblen Zellen bestehen oder solche Mehrzahl von Zellen aufweisen, beispielsweise mehr als 2 oder mehr als 3 derartiger Zellen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Aktuator eine mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllte Hydraulikkammer mit einem darin angeordneten Kolben aufweist, der mittels eines Stellgliedes in der Hydraulikkammer bewegbar ist, wobei die Hydraulikkammer an die mindestens eine Zelle über wenigstens eine Rohrleitung angeschlossen ist, sodass durch Bewegen des Kolbens in der Hydraulikkammer mittels des Stellgliedes eine Volumenänderung in der mindestens einen, an den Aktuator angeschlossenen Zelle bewirkt wird.
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Eine derartige Ausführungsform hat den Vorteil, dass die gesamte Vorrichtung als ein lokales System ausgeführt werden kann, wodurch lange Rohrleitungen durch das gesamte Flugobjekt vermieden werden und hierdurch Gewicht eingespart werden kann. Hierdurch wird auch die Wartbarkeit sowie die Integration in bestehende Flugobjekte deutlich vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Stellglied des Aktuators ein Elektromotor ist, der als Linearantrieb oder als Linearmechanismus, bei dem eine Drehbewegung in eine Linearbewegung transformiert wird, ausgebildet ist.
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In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der erste Aktuator und der zweite Aktuator einen gemeinsamen Druckzylinder haben, der durch einen gemeinsamen Kolben in die erste Hydraulikkammer und die zweite Hydraulikkammer, unterteilt wird, sodass der erste Kolben des ersten Aktuators und der zweite Kolben des zweiten Aktuators durch dasselbe Bauelemente realisiert wird. Durch eine Bewegung des Kolbens wird dabei eine Volumenänderung in den Zellen der ersten Zellenart realisiert, die komplementär zu der Volumenänderung in den Zellen der zweiten Zellenart ist.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der erste Aktuator einen ersten Druckzylinder zur Bildung der Hydraulikkammer des ersten Aktuators und der zweite Aktuator einen von dem ersten Druckzylinder separaten zweiten Druckzylinder zur Bildung der Hydraulikkammer des zweiten Aktuators hat. Mithilfe einer Steuereinheit können dann beide Aktuatoren separat und unabhängig voneinander angesteuert werden, um die Volumenänderung in ihren angeschlossenen Zellen bewirken zu können.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die formvariable Struktur eine Sensorik mit mindestens einem Sensor zum Erfassen des Verformungsgrades der formvariablen Struktur und/oder zum Erfassen der Volumenänderung und/oder zum Erfassen eines Fluiddruckes hat, wobei die Aktuatoreinrichtung mittels einer Steuereinheit zur Ansteuerung der formvariablen Struktur in Abhängigkeit von dem erfassten Verformungsgrad und/oder der erfassten Volumenänderung und/oder des erfassten Fluiddruckes eingerichtet ist.
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Hierdurch wird es möglich, die Betriebsparameter der Vorrichtung zu erfassen und eine Regelung dahingehend aufzubauen, dass in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsparametern die Aktuatoren entsprechend angesteuert werden, um die formvariable Struktur wie gewünscht zu verformen.
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Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Flugobjekt gemäß Anspruch 6 mit zumindest einer aerodynamischen Steuerfläche erfindungsgemäß gelöst, wobei das Flugobjekt eine Vorrichtung zur Formveränderung der aerodynamischen Steuerfläche wie vorstehend beschrieben hat.
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Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren zur Formveränderung einer aerodynamischen Steuerfläche gemäß Anspruch 7 erfindungsgemäß gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen mindestens einer mit der aerodynamischen Steuerfläche zur Formveränderung zusammenwirkenden formvariablen Struktur zusammenwirkt, die mindestens eine innenliegende, flexible Zelle hat, die wenigstens einen mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllten Hohlraum derart aufweist, dass durch eine Volumenänderung der Hydraulikflüssigkeit in dem Hohlraum die mindestens eine flexible Zelle ihre Form verändert und dabei die formvariable Struktur ihre Form von einem ersten Formzustand in wenigstens einen zweiten Formzustand wechselt, und
- - Ansteuern der formvariablen Struktur mittels eines Aktuators einer Aktuatoreinrichtung derart, dass durch Volumenänderung der Hydraulikflüssigkeit in der mindestens einen Zelle die formvariable Struktur von dem ersten Formzustand in den zweiten Formzustand überführt wird,
- - wobei eine formvariable Struktur (12) bereitgestellt wird, die mindestens eine flexible Zelle (13) einer ersten Zellenart hat, die bei Volumenänderung in ihrem Hohlraum die formvariable Struktur (12) von einem formbezogenen Neutralzustand in einen formbezogenen ersten Endzustand überführt, und mindestens eine flexible Zelle (14) einer zweiten Zellenart hat, die bei Volumenänderung in ihrem Hohlraum die formvariable Struktur (12) von einem formbezogenen Neutralzustand in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen formbezogenen zweiten Endzustand überführt,
- - wobei mittels eines ersten Aktuators (21) der Aktuatoreinrichtung (20) eine Volumenänderung in der mindestens einen Zelle (13) der ersten Zellenart und/oder mittels eines zweiten Aktuators (22) der Aktuatoreinrichtung (20) eine Volumenänderung in der mindestens einen Zelle (14) der zweiten Zellenart bewirkt wird, und
- - wobei mittels des ersten Aktuators (21) und des zweiten Aktuators (22) in den Zellen (13) der ersten Zellenart und den Zellen (14) der zweiten Zellenart eine komplementäre Volumenänderung bewirkt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Neutralzustand;
- 2 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Betriebszustand.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Formveränderung einer aerodynamischen Steuerfläche 11. Die aerodynamische Steuerfläche 11 hat eine formvariable Struktur 12, die eine mit einem Fluid befüllbare Zelle 13 einer ersten Zellenart und eine hierzu korrespondierende Zelle 14 einer zweiten Zellenart hat. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist aus Übersichtlichkeitsgründen für jede Zellenart nur jeweils eine Zelle dargestellt. Denkbar ist selbstverständlich, dass für jede Zellenart zwei oder mehr als zwei Zellen vorgesehen sind.
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Die Zellen 13 und 14 der der ersten und zweiten Zellenart sind dabei komplementär vorgesehen, sodass durch eine Volumenänderung in einer der Zellen 13, 14 eine entsprechende Formveränderung der aerodynamischen Steuerfläche 11 in die jeweilige Richtung bewirkt wird (siehe 2).
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Die Vorrichtung 10 weist des Weiteren eine Aktuatoreinrichtung 20 auf, die im Ausführungsbeispiel der 1 zwei separate Aktuatoren 21 (erster Aktuator) und 22 (zweiter Aktuator) hat. Beide Aktuatoren 21 und 22 in der 1 sind dabei identisch aufgebaut, sodass die Beschreibung eines Aktuators auch auf die Beschreibung des anderen Aktuators übertragen werden kann.
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Der erste Aktuator 21 weist einen Druckzylinder 30 auf, indem ein beweglich angeordneter Kolben 31 angeordnet ist. Über ein Stellglied 32 kann dabei der Kolben 31 in dem Druckzylinder bewegt werden. Das Stellglied 32 weist dabei einen Elektromotor 33 auf, um den Kolben 31 translatorisch in dem Druckzylinder 30 ansteuern zu können. Gegebenenfalls ist zwischen dem Elektromotor 32 und dem Kolben 31 ein Getriebe 34 des Stellgliedes 32 vorgesehen.
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Über ein Rohrleitungssystem 40 sind die Aktuatoren 21 und 22 der Aktuatoreinrichtung 20 mit der formvariablen Struktur 12 verbunden. Eine erste Rohrleitung 41 verbindet dabei den Druckzylinder 30 des ersten Aktuators 21 mit der Zelle 13 der ersten Zellenart, während eine zweite Rohrleitung 42 den Druckzylinder des zweiten Aktuators 22 mit der Zelle 14 der zweiten Zellenart verbindet.
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In den Druckzylindern der Aktuatoren 21 und 22, dem Rohrleitungssystem 40 sowie in den Zellen 13 und 14 befindet sich eine Hydraulikflüssigkeit, mit der die Formveränderung der aerodynamischen Steuerfläche 11 realisiert werden soll. Durch Ansteuerung der Aktuatoren 21 und 22 mittels einer Steuereinheit 50 wird der jeweilige Elektromotor betätigt, sodass der Kolben innerhalb des Druckzylinders bewegt wird, wodurch ein Druck (im Bereich zwischen einem minimalen und maximalen Druck der Zelle) in der jeweils angeschlossenen Zelle 13 oder 14 mittels der Hydraulikflüssigkeit erzeugt wird. Dieser Druck führt zu einer Formveränderung der Zelle 13, 14, wodurch damit die in Wirkverbindung stehende aerodynamische Steuerfläche verformt wird.
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Ein solcher Fall ist schematisch in 2 gezeigt. Hierbei wurde der erste Aktuator 21 der Aktuatoreinrichtung 20 so angesteuert, dass der Kolben 31 in dem Druckzylinder 30 in Richtung des Anschlusses für die erste Rohrleitung 41 bewegt wird, wodurch Hydraulikflüssigkeit in die Zelle 13 der ersten Zellenart gedrückt wird. Der hierbei entstehende Überdruck bewirkt eine Formveränderung der Zelle 13 der ersten Zellenart, wodurch die aerodynamische Steuerfläche 11 verformt wird. Dabei ist in 1 eine aerodynamische Steuerfläche 11 gezeigt, die in einem Neutralzustand vorliegt, bei dem keine Kräfte aufgrund der umströmenden Luft auf die Steuerfläche 11 wirken. In 2 hingegen ist ein erster Endzustand der aerodynamischen Steuerfläche 11 gezeigt, bei der die Geometrie der Steuerfläche 11 aus dem Neutralzustand heraus verformt wurde. In diesem Fall wirken Kräfte aufgrund der umströmenden Luft auf die Steuerfläche 11, sodass hierdurch das Flugobjekt in der Luft manövriert werden kann. Dabei wird die Oberfläche der Steuerfläche 11 hinsichtlich ihrer Form und Geometrie verändert, wobei die Oberfläche der Steuerfläche 11 in der Regel integral ausgebildet und als ein Bauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden wird.
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Des Weiteren ist jede Zelle 13, 14 mit einem Sensor 51, 52 ausgestattet, um Betriebsparameter der formvariablen Struktur 12 ermitteln zu können. Solche Betriebsparameter können beispielsweise der Druck der Hydraulikflüssigkeit, ein Verformungsgrad und/oder eine Volumenänderung in den Zellen sein. Die Werte dieser so ermittelten Betriebsparameter werden dann an die Steuereinheit 50 übermittelt, sodass in Abhängigkeit davon dann die Aktuatoren 21 und 22 entsprechend angesteuert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- aerodynamische Steuerfläche
- 12
- formvariable Struktur
- 13
- Zelle der ersten Zellenart
- 14
- Zelle der zweiten Zellenart
- 20
- Aktuatoreinrichtung
- 21
- erster Aktuator
- 22
- zweiter Aktuator
- 30
- Druckzylinder
- 31
- Kolben
- 32
- Stellglied
- 33
- Elektromotor
- 34
- Getriebe
- 40
- Rohrleitungssystem
- 41
- erste Rohrleitung
- 42
- zweite Rohrleitung
- 50
- Steuereinheit
- 51
- erster Sensor
- 52
- zweiter Sensor
