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Flugzeugtragfläche mit Strahlantrieb Die Erfindung betrifft Flugzeugtragflächen,
welche nach dem; »Strahlklappen«-Prinzip arbeiten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.