DE1095129B - Flugzeugtragflaeche mit Strahlantrieb - Google Patents

Flugzeugtragflaeche mit Strahlantrieb

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Publication number
DE1095129B
DE1095129B DEP21477A DEP0021477A DE1095129B DE 1095129 B DE1095129 B DE 1095129B DE P21477 A DEP21477 A DE P21477A DE P0021477 A DEP0021477 A DE P0021477A DE 1095129 B DE1095129 B DE 1095129B
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DE
Germany
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wing
jet
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aircraft
wing according
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Application number
DEP21477A
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English (en)
Inventor
Ivor Macaulay Davidson
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Power Jets Research and Development Ltd
Original Assignee
Power Jets Research and Development Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C23/00Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for
    • B64C23/005Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for by other means not covered by groups B64C23/02 - B64C23/08, e.g. by electric charges, magnetic panels, piezoelectric elements, static charges or ultrasounds

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)

Description

  • Flugzeugtragfläche mit Strahlantrieb Die Erfindung betrifft Flugzeugtragflächen, welche nach dem; »Strahlklappen«-Prinzip arbeiten.
  • Erfindungsgemäß münden, die Strahldüsen soweit oberhalb der Tragflächen, daß im Reiseflug die Treibstrahlen ohne Berührung der Tragfläche nach rückwärts strömen, während sie im Langsamflug durch Strahlumlenkmittel auf die Oberseite der Tragfläche gelenkt werden, wo sie sich nach beiden Seiten in Dichtung der Spannweite ausbreiten und die Tragflächenhinterkante als Flächenstrahl verlassen.
  • Die Tragfläche kann eine Hinterkanten-Tragflächenklappe aufweisen, der der Flächenstrahl folgt, wobei die Klappe in eine Stellung schwenkbar ist, in welcher sie den Strahl veranlaßt, in abwärts geneigter Richtung abzuströmen.
  • Die Mittel zum Umlenken des Strahlstroms auf die Tragfläche können, wenn sie nicht wirksam sein sollen, in d'ie Tragfläche einziehbar sein. Der Strahlab.lenker kann auch auf der Strahldüse befestigt sein.
  • Das Triebwerk kann in einer Zelle eingebaut sein, welche sich von der Tragflächenvorderkante nach vorn erstreckt, oder in einer Hülse, welche über der Tragfläche sitzt. Es kann auch eine Mehrzahl von Triebwerken entlang der Tragflächenspannweite so verteilt sein, daß die abgelenkten Strahlströme aneinanderstoßen, um einen gemeinsamen Flächenstrahl zu bilden, welcher sich ohne Unterbrechung entlang dem größeren Teil der Tragflächenspannweite erstreckt.
  • Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Flugzeug, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Tragfläche des Flugzeugs entlang der Linie II-II in Fig. 1, und zwar vor und nach der Ablenkung, Fig.3 einen Schnitt entsprechend dem von Fig.2, wobei der Strahlstrom nach unten abgelenkt dargestellt ist, Fig.4 einen unvollständigen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 und 6 Schnitte durch eine erfindungsgemäße Alternativform entsprechend den Fig. 2 und 3.
  • Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, besteht das Flugzeug aus einem Rumpf 1, einem Paar Tragflächen 2 und einem Schwanzteil, welcher die übliche Stabilisierungsfläche 3 mit Höhensteuern 4 und einer Flosse mit einem Ruder 5 aufweist. Der hintere Teil einer jeden Tragfläche ist als Hinterkanten-Tragflächenklappe 6 ausgebildet.
  • Das Flugzeug wird von sechs Gasturbinen-Strahltriebwerken 7, von welchen je drei an jeder Tragfläche angebracht sind, angetrieben. Die Triebwerke sind mit Abstand voneinander entlang der Vorderkante einer jeden Tragfläche angeordnet. Jedes von ihnen ist in einer Zelle 8 untergebracht, welche über die Tragflächenvorderkante hinausragt und welche, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, vom vorderen Hauptholm 9 der Tragfläche gehalten wird, und zwar von einer Rahmenkonstruktion 10 in herkömmlicher Weise. Jedes Triebwerk weist einen Lufteintritt 11 am vorderen Zellenende und ein gekröpftes Strahlrohr 12 auf, welches durch die Rahmenkonstruktion 10 hindurchtritt und über die obere Fläche der Tragfläche hinausragt. Das Strahlrohr endet in einer nach hinten gerichteten Strahldüse 13 oberhalb der Tragflächen. Jedes Strahlrohr 12 ist, soweit es über die Tragflächenoberfläche hinausragt, mit einer Verkleidung 8 a ausgestattet, wobei sich die Verkleidung, nach vorn verjüngt und mit der Zelle 8, welche das Triebwerk 7 umschließt, verschmilzt oder sich mit dieser vereinigt.
  • Jede Düse 13 ist so angeordnet, daß ihr Strahl 14 bei Nichtumlenkung ohne Berührung der Tragfläche nach rückwärts strömt, wie in Fig.2 dargestellt. Die Düse steht in Abstand von der Tragflächenoberseite und kann in manchen Fällen geringfügig aufwärts gerichtet sein. Wenn die Düse kreisförmig (wie in Fig. 4 veranschaulicht) oder von elliptischer Form ist, kann sie so angeordnet sein, da.ß die Oberseite der Tragfläche genau tangential zum Strahlstrom liegt: Doch ist in jedem Falle die Anordnung derart, daß der Strahlstrom nicht von seiner nach hinten gerichteten Ausstoßrichtung abgelenkt wird. Die Düse kann andere Formen aufweisen, beispielsweise kann sie rechtwinklig sein.
  • Ein Strahlablenker 15 besitzt eine Anzahl von übereinander angeordneten Schaufeln 16, welche sich in Tragflächenspannrichtung erstrecken und zwischen zwei Endhaltern 17 befestigt sind In seiner Ruhestellung sitzt der Strahlablenker in einer Vertiefung oder Aussparung 18 im vorderen Hauptspant, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Ablenker kann in, der Aussparung 18 gleiten und in eine Betriebsstellung vorbewegt werden, wie in Fig. 3 dargestellt, in welcher die Schaufeln 16 im Strahl liegen, und zwar mit ihren konkaven Flächen zur Tragflächenoberseite hin. Wie in Fig.4 veranschaulicht, sind die Schaufeln 16 zwischen den Endhaltern 17 konvex zur Tragflächenoberseite hin gebogen. Der Strahlablenker weist auch Platten 19 und 20 auf, von denen jeweils eine mit der Tragflächenoberseite bündig liegt, um die Aussparung 18 abzuschließen, wenn der Strahlablenker in seiner Ruhe- bzw. seiner Betriebsstellung ist.
  • Jedes Triebwerk kann seinen, eigenen Ablenker haben, jedoch kann in einigen Fällen ein einziger Strahlablenker für alle Triebwerke einer Tragfläche vorhanden sein. Der oder jeder Strahlablenker kann auch aus einer einzigen Schaufel bestehen.
  • Bei Reiseflugbedingungen sind die Strahlablenker in ihre Ruhestellungen in den Tragflächen zurückgezogen, und die Strahlströme fließen dann ohne Berührung der Tragfläche nach rückwärts, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist. Wenn verstärkter Auftrieb notwendig ist, beispielsweise für das Starten und Landen, werden die Strahlablenker in ihre Betriebsstellungen hinausgeschoben. Die Strahlen werden dadurch nach unten gegen die Tragflächenoberseite abgelenkt, wie in Fig. 3 veranschaulicht. Die Strömungen der Strahlen breiten sich seitlich über die Tragflächenspannweite aus, wobei dieses Ausbreiten von der Schaufelbiegung unterstützt wird, so, daß der Strahl von jedem Triebwerk die Tragflächenhinterkante als ein Flächenstrahl verläßt. Die Triebwerke können in einigen Fällen so angeordnet sein, daß die Flächenstrahlen, an der Tragflächenhinterkante aneinanderstoßen, in welchem Falle sie, wie in Fig. 1 zu sehen, sich ohne Unterbrechung über einen beträchtlichen Teil der Tragflächenspannweite erstrecken können. In anderen Fällen jedoch brauchen sich die Strahlen nicht zu berühren, sondern können Lücken zwischen sich lassen, wobei die gesamte Strahlausdehnung in Spannrichtung etwas größer sein kann als im ersten Fall. Beispielsweise kann sie sich im wesentlichen über die volle Spannweite von der Tragflächenwurzel bis zur -spitze erstrecken.
  • Die Tragflächenhinterkantenklappe 6 erstreckt sich wenigstens so weit über die Tragflächenspannweite wie die Flächenstrahlen. Wenn die Treibstrahlen zur Tragflächenoberfläche hin abgelenkt werden, wird die Klappe abgesenkt, wie in Fig. 3 dargestellt, und dient dann dazu, die Flächenstrahlen nach unten abzulenken, wobei die Klappenoberfläche entsprechend geformt ist. Die gesamten Flächenstrahlen folgen der Klappenoberfläche und verlassen die hintere Klappenkante in abwärts geneigter Richtung, um eine Strahlklappe zu bilden, welche mit dem Hauptströmungsfluß über der Tragfläche in solcher Art und Weise zusammenwirkt, daß die aerodynamische Druckverteilung um die Tragfläche herum verändert und ein wesentliches Anwachsen des Auftriebs erwirkt wird, wobei die Größe des Auftriebs von der Klappenstellung abhängt.
  • Die Klappe braucht nur von geringer Tiefe zu sein, um die Ablenkung des Flächenstrahls zu bewirken. Sie kann, wie in der Zeichnung veranschaulicht, eine geringere Tiefe aufweisen, als es im Flugzeugbau sonst üblich ist. Die Tiefe kann geringer als 10 bis 15 0l0 und möglicherweise nur 2 bis 5 % der gesamten Örtlichen Tragflächentiefe sein.
  • Da di-e Strahlströme bei Nichtumlenkung die Tragfläche nicht oder nur gerade berühren, sind die Reibungsverluste bedeutend geringer als bei den Anordnungen der früheren Vorschläge.
  • Der Strahlablenker kann einer beträchtlichen Belastung ausgesetzt sein, wenn er sich in seiner Betriebsstellung befindet, da die Belastung unmittelbar auf den vorderen Hauptspant der Tragfläche übertragen wird.
  • Eine alternative Ausführungsform des in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Strahlablenkers besteht aus einem Bauteil mit einer Fläche, welche, wenn sich der Bauteil in seiner Betriebsstellung befindet, die Unterseite des Strahls berührt und sich nach rückwärts zur Tragfläche hin krümmt. Er kann auch nach beiden Seiten in Richtung der Spannweite zur Tragfläche hin gekrümmt sein. Infolge des Coander-Effekts wird die Strömung veranlaßt, der gekrümmten Fläche abwärts zu folgen, und zwar auch in Richtung der Spannweite. Eine solche Ablenkeinrichtung kann in einer Aussparung im Hauptspant untergebracht sein, aus welcher sie in der gleichen Art und Weise wie der zuvor beschriebene Strahlablenker ausgefahren werden kann.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Alternativform ist jede Zelle 8 so geformt, daß das Triebwerk 7 in ihr mit angehobenem hinterem Ende eingebaut ist, so daß die Strahlrohrkröpfung vermindert ist, während bei einer anderen Ausführungsform das Triebwerk waagerecht in einer Zelle genau über der Vorderkante der Tragfläche so angeordnet ist, daß keine Kröpfung des Strahlrohrs erforderlich ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform, die in den Fig. 5 und. 6 dargestellt ist, sind die Triebwerke in Hülsen 21, welche von Streben 22 über der Tragflächenvorderkante gehalten werden, eingebaut. Auf jeder Strahldüse ist ein Strahlablenker in Form eines schwenkbar gelagerten Verschlusses 23 angebracht. Bei Reiseflugbedingungen liegt der Verschluß außerhalb des Strömungswegs des Strahls 24, welcher dementsprechend die Tragfläche nicht berührt, wie in Fig. 5 gezeigt. Wenn eine Vergrößerung des Auftriebs notwendig ist, wird der Verschluß in die in Fig.6 gezeigte Stellung bewegt, so, daß der Strahl nach unten abgelenkt wird, um auf die Tragfläche zu stoßen und sich seitlich über diese auszubreiten, um einen Flächenstrahl in der beschriebenen Art und Weise zu bilden. Zur gleichen Zeit ist die Hinterkanten-Tragflächenklappe 25 so abgesenkt, daß der Flächenstrahl in abwärts geneigter Richtung als Strahlklappe abströmt. Bei dieser Ausführungsform hat die Klappe etwa herkömmliche Abmessungen, beispielsweise kann sie eine Tiefe von etwa 30 bis 35 % der gesamten Tragflächentiefe aufweisen.
  • Die Ablenkung der Strahlströme zur Tragfläche hin kann alternativ durch Bewegen der Triebwerke und ihrer Strahlrohre bewirkt werden, welche drehbar in den Zellen oder Hülsen gelagert sind, oder sogar durch Bewegen oder Kippen der ganzen Zelle oder Hülse zusammen mit dem darin befindlichen Triebwerk winklig zur Tragfläche.
  • Die Erfindung erstreckt sich auch auf Flugzeuge mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Triebwerken als in den vorstehend beschriebenen Beispielen, einschließlich eines Flugzeugs mit nur zwei Triebwerken, und zwar einem in jeder Tragfläche.
  • Jedes der Strahltriebwerke ist vorzugsweise ein bekanntes Zweistromtriebwerk, daß heißt, esi setzt sich zusammen aus einem Niederdruck- oder Nebenschlußverdichter, einem Hochdruckverdichter, aus einem Verbrennungssystem und aus einem Turbinenaggregat in Antriebsverbindung mit den Verdichtern. Der Niederdruckverdichter ist so angeschlossen, daß er einen Teil seines Ausstoßes zum Hochdruckverdichter und den Rest in einen Kanal liefert, welcher, den Hochdruckverdichter, das Verbrennungssystem und das Turbinenaggregat umgehend, einen Antriebsstrahl bildet. Vorzugsweise hat das Triebwerk ein hohes Nebenanschlußverhältnis, welches in der Größenordnung von 1 : 1 liegt oder größer sein kann. Der Strahlstrom eines solchen Triebwerks ist verhältnismäßig kalt, so daß die Erwärmung der Tragflächenoberfläche gering bleibt. Unter Umständen können andere Typen von Gasturbinen-Strahltriebwerken verwendet werden. In jedem Falle können die Triebwerke Propeller antreiben, welche so angeordnet und bemessen sind', daß die Luftströme von ihnen nach hinten über die Tragfläche abfließen und sich zusammen über die Tragflächenspannweite ausbreiten.

Claims (18)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Flugzeugtragfläche mit einem oder mehreren Strahltriebwerken, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen soweit oberhalb der Tragfläche münden, daß die Treibgase ohne Berührung der Tragfläche nach rückwärts strömen oder für Langsamflug durch Strahlumlenkmittel (16) auf die Oberseite der Tragfläche gelenkt werden können, wo sie sich nach beiden Seiten in Richtung der Spannweite ausbreiten und die Tragflächenhinterkante als Flächenstrahl verlassen.
  2. 2. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1, mit einer Hinterkanten-Tragflächenklappe, dadurch gekennzeichnet, daß diese so angeordnet ist, daß der Flächenstrahl ihrer Oberfläche folgt.
  3. 3. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappentiefe nicht mehr beträgt als etwa 10 bis 15% der Tragflächentiefe.
  4. 4. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkmittel (16) für den Schnellflug in die Tragfläche einziehbar sind.
  5. 5. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkmittel eine oder mehrere Schaufeln aufweisen, welche in der Betriebsstellung quer durch den Strahlstrom verlaufen.
  6. 6. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in Richtung der Spannweite der Tragfläche zu dieser konvex gekrümmt sind.
  7. 7. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkmittel einen Bauteil mit einer Fläche aufweisen, welche bei Strahlumlenkung die Unterseite des Strahlstromes berührt und nach rückwärts zur Tragfläche hin gekrümmt ist. B.
  8. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkmittel auf der Triebwerksstrahldüse befestigt sind.
  9. 9. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkmittel aus einem schwenkbaren Verschluß bestehen, welcher zwischen einer Ruhestellung außerhalb des Strahlstromes und einer Betriebsstellung, in welcher er in der Bahn des Strahlstromes liegt, bewegt zu werden vermag.
  10. 10. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Triebwerk bewegbar ist zwischen einer Stellung, in welcher ein von ihm ausgestoßener Strahlstrom ohne Berührung der Tragflächen abströmt, und einer Stellung, in welcher der Strahlstrom auf die Tragfläche auftrifft.
  11. 11. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Triebwerk in eine Zelle eingebaut ist, welche sich von der Tragflächenvorderkante nach vorn erstreckt.
  12. 12. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Triebwerk mit seiner Strahldüse durch ein gekröpftes Strahlrohr verbunden ist.
  13. 13. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Triebwerk in eine Hülse, weiche über der Tragfläche gehalten wird, eingebaut ist.
  14. 14. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Triebwerken entlang der Tragflächenspannweite so verteilt ist, daß die Flächenstrahlen an der Tragflächenhinterkante einander berühren.
  15. 15. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenstrahlen insgesamt eine größere Breite als die halbe Spannweite der Tragfläche haben.
  16. 16. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenstrahlen sich über die volle Tragflächenspannweite erstrecken.
  17. 17. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Strahltriebwerk ein Gasturbinen-Strahltriebwerk ist.
  18. 18. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Triebwerk von der Nebenschlußbauart ist.
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