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Flugzeugflügel mit Schlitzen zum Absaugen und Abblasen der Grenzschicht
Die Erfindung bezieht sich auf einen Flugzeugflügel mit mehreren in Spannweitenrichtung
sich erstreckenden und in dieser Richtung nebeneinanderliegenden Einlaßschlitzen
und mehreren daran anschließenden, ebenfalls in Spannweitenrichtungen sich erstreckenden
und nebeneinanderliegenden Auslaßschlitzen, die mit den Einlaßschlitzen durch einen
Kanal verbunden sind, der parallel zu den Ein- und Auslaßschlitzen liegt und als
Strahlpumpe ausgebildet ist.
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Die bekannten Flügel dieser Art haben den Nachteil ' daß die
Strömung von und zu denjenigen Teilen der Ein- und Auslaßschlitze, die parallel
neben der Strahlpumpe liegen, um 1801 umgelenkt werden muß. Die Folge davon
sind Strömungsverluste und eine ungleichmäßige Verteilung der Strömungsenergie über
die Schlitze in Richtung der Spannweite.
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Nach der Erfindung sind mehrere voneinander getrennte Verbindungskanäle
zwischen Ein- und Auslaßschlitzen vorgesehen, und jeder Verbindungskanal ist als
Strahlpumpe ausgebildet und führt von einem Einlaßschlitz an zumindest einem benachbarten
Ein- oder Auslaßschlitz vorbei zu einem nicht benachbarten Auslaßschlitz.
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Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß keine Umlenkung der Strömung
um 1800 an den Ein- und Ausgängen der Strahlpumpen erforderlich ist und diese
so lang bemessen werden können, wie es die Erzielung eines guten Wirkungsgrades
notwendig macht.
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Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß jeder Kanal an
einer gleichen Anzahl von benachbarten Schlitzen vorbeigeführt ist und daß in Spannweitenrichtung
zu beiden Seiten einer Anzahl von Ein- oder Auslaßschlitzen in solcher Anzahl Aus-
bzw. Einlaßschlitze vorgesehen sein können, daß die Summe der letzteren gleich der
Anzahl der ersteren ist. Ferner können die Strahlpumpen durch eine gemeinsame Leitung
mit einem Gaserzeuger verbunden sein.
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In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines
Flugzeugflügels, welche die Anordnung der Ein- und Auslaßschlitze veranschaulicht,
F i g. 2 eine Draufsicht auf den hinteren Teil eines Flügels, der teilweise
geschnitten ist, um den Verlauf der inneren Kanäle zu veranschaulichen.
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F i g. 3 in größerem Maßstab einen Querschnitt nach der Linie
3-3 der F i g. 2, F i g. 4 einen Querschnitt nach der Linie
4-4 der Fig. 2, F i g. 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der
Fig. 2. Wie F i g. 1"zeigt". setzt sich die hintere Kante da Flügels
10 eines Flugzeuges 12 aus drei in Spannweitenrichtung nebeneinanderliegenden
Steuerflächen zusammen, nämlich aus einer inneren beblasenen Klappe 14, aus einer
mittleren Saugklappe 16 und aus einer äußeren beblasenen Qugrsteuerklappe
18. Bei bestimmten Flugzeugen, wie z. B. bei Deltaflugzeugen, bei Entenflugzeugen
oder bei' schwanzlosen Flugzeugtypen, können die Klappen auch Höhenruder sein.
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Die unmittelbar vor den Klappen liegende rückwärtige Wand 20 des Flügels
weist mehrere in Spannweitenrichtung nebeneinanderliegende Schlitze auf. Vor der
Saugklappe 16 sind vier Einlaßschlitze 22, 24 und 26, 28 angeordnet,
welche in die Kanäle 32, 34 bzw. 36, 38 münden. Der Kanal
32 führt zu einem Auslaßschlitz 42 am inneren Ende der beblasenen Klappe
14, und der Kanal 34 führt zu einem Auslaßschlitz 44 am äußeren Ende der beblasenen
Klappe 14. Die Auslaßschlitze sind so angeordnet, daß die Luft über die Oberseite
der Klappe ausgestoßen wird, wenn diese, wie in F i g. 3 gezeigt ist, nach
unten geschwenkt ist. Die Kanäle 32, 34 laufen auf einem Teil ihrer Länge
parallel nebeneinander. Der Querschnitt der Kanäle kann sich von vom nach hinten
verjürtgen, um sich dem Umriß des Flügels anzupassen. Bei der dargestellten Anordnung
der Kanäle ist nur beispielsweise angegeben, wie das übergreifen mit gestaffelten
Einlaß- und Auslaßschlitzen ausgeführt werden kann. Es können noch verschiedene
andere
Unterteilungen vorgenommen werden, wie z. B. diagonal unterteilte zusammengesetzte
Kanäle, wobei der eine Kanal vor dem anderen verläuft, oder irgendeine ähnliche
Aufteilung, je nach dem verfügbaren Platz und den Erfordernissen einer möglichst
verlustarmen Strömung.
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Von primärer Bedeutung ist der Verlauf jedes Kanals von seinem zugehörigen
Einlaßschlitz an einem benachbarten Ein- oder Auslaßschlitz vorbei zu einem weiter
entfernten Auslaßschlitz, so daß jeder Kanal eine beträchtliche Länge aufweist.
Die besondere Art, wie sich die Kanäle übergreifen, ist von sekundärer Bedeutung.
Auch ist die Anlage nicht auf Paare von Einlässen, Auslässen und Kanälen beschränkt,
sondern jeder Schlitz kann in eine zweckmäßige Anzahl von getrennten Schlitzen und
Kanälen unterteilt sein, wobei jeder Kanal eine beträchtliche Länge aufweist.
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In ähnlicher Weise führt der Kanal 36 vom Einlaßschlitz
26 zu einem Auslaßschlitz 46 am inneren Ende der Quersteuerklappe
18, und der Kanal 38 führt vom Einlaßschlitz 28 zu einem Auslaßschlitz
48 am äußeren Ende der Quersteuerklappe 18. Die Kanäle übergreifen sich in
der oben beschriebenen Weise, und jeder Kanal hat eine beträchtliche Länge. Die
Auslaßschlitze 46 und 48 sind in der Nähe der Oberseite des Flügels angeordnet,
um die Luft auf die Oberseite der Quersteuerklappe 18 auszustoßen.
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Innerhalb jedes Kanals 32, 34, 36, 38 ist angrenzend
an das Einlaßende eine Strahlpumpe angeordnet, die mehrere Düsen 52 aufweist,
welche nach dem Auslaßende des Kanals hin gerichtet sind. Der Abschnitt des Kanals
zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende ist im wesentlichen gerade und bildet
einen Strahlpumpenabschnitt 54. Die übergreifende Anordnung der Kanäle ergibt eine
beträchtliche Länge jedes als Strahlpumpenabschnitt verwendeten Kanals. Alle Strahlpumpen
50 werden durch ein Zuleitungsrohr 56 gespeist, das mit einem Gaserzeuger
58 verbunden ist, welcher. in irgendeinem Teil des Flugzeuges angeordnet
werden kann. Der Gaserzeuger kann von einem Strahltriebwerk abgezweigt oder ein
durch einen Motor angetriebener Kompressor, ein Druckgasbehälter oder sogar ein
Behälter für Brennstoff sein, der in den Kanälen verbrannt wird, wenn keine Temperaturbeschränkungen
vorgesehen sind.
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Im Betrieb erzeugen die Düsen 52 eine primäre Gasströmung in
der Längsrichtung der Kanäle zu den zugehörigen Auslaßschlitzen, wobei der bekannte
Strahlpumpeneffekt bewirkt, daß Sekundärluft durch die Einlaßschlitze 22, 24,
26, 28 angesaugt wird. Bei einer gut wirksamen Strahlpumpe dieser Art ist
das Mitnahmeverhältnis von Sekundärluft zur primären Strömung sehr hoch und kann
etwa 10-1 oder mehr betragen. Die erforderliche primäre Strömung ist daher
im Vergleich zu der sich ergebenden gesamten Auslaßströmung gering. Für eine bestimmte
Leistung nimmt die erforderliche Zahl der Düsen der Strahlpumpe mit zunehmender
Länge des Strahlpumpenabschnitts ab, so daß wenige Düsen (im dargestellten Ausführungsbeispiel
drei Düsen), im Kanal in der Querrichtung verteilt angeordnet, ausreichend sind.
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Wenn die Saugklappe 16 gesenkt ist, um die Einlaßschlitze freizugeben,
wird Luft von der Oberseite des Flügels 10 angesaugt, was bei geringen Geschwindigkeiten
ein Zusammenbrechen des Auftriebs infolge des Abreißens der oberen Luftströmung
verhindert. Die durch die Einlaßschlitze 22, 24 angesaugte Strömung wird durch die
Strahlpumpenwirkung verstärkt und durch die Auslaßschlitze 42, 44 über die Oberseite
der beblasenen Klappe 14 ausgestoßen, welche bei geringer Geschwindigkeit ebenfalls
gesenkt ist. Der Auftrieb des Flügels wird, da-
durch wesentlich verstärkt.
Die durch die Einlaßschlitze 26, 28 angesaugte Luft wird durch die Auslaßschlitze
46, 48 in ähnlicher Weise über die Oberseite der Quersteuerklappe 18 ausgestoßen,
wodurch die Wirkung dieser Klappe wesentlich erhöht wird, sei diese in der angehobenen
oder in der gesenkten Stellung.
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Der Deutlichkeit halber ist in den F i g. 1 und 2 die Luftströmung
durch den einen Kanal jedes Paares durch voll ausgezogene Pfeile und die Luftströmung
durch den anderen Kanal jedes Paares durch die Pfeile mit einer Doppellinie angegeben.
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Innerhalb des Kanalsystems ist die Luftströmung keinen plötzlichen
Richtungsänderungen unterworfen, und die Kanäle können so ausgebildet werden, daß
die Strömungsenergie sich gleichmäßig über die Länge der Ein- und Auslaßschlitze
verteilt.
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Im Gegensatz hierzu kann die Anordnung bekannter Systeme mit der Verbindung
des Einlaßschlitzes 22 mit dem unmittelbar benachbarten Auslaßschlitz 44 verglichen
werden. Die einströmende Luft wird einer plötzlichen Richtungsänderung unterworfen,
und die nutzbare Länge des Strahlpurnpenabschnitts ist zu kurz. Um bei einer solchen
Anordnung die Länge des Strahlpumpenabschnitts zu vergrößern, wäre die Verwendung
von Leitflächen erforderlich, die weitere Strömungsverluste mit sich bringen.
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Die unterteilten, gestaffelten Kanäle nüt sich übergreifenden Abschnitten
ergeben eine maximale Länge des Strahlpumpenabschnitts in einem Minimum an Raum.
Das ganze System kann in einem üblichen Flügel hinter dem hinteren Holm
60 in einem Teil des Flügels angeordnet werden, der verhältnismäßig wenig
beansprucht ist. Die unterteilten Kanäle weisen den weiteren Vorteil auf, daß die
Grenzschichtbeeinflussung in ausgewählten Bereichen örtlich verändert werden kann.
Beispielsweise liegt bei einem Flugzeug mit mehreren Triebwerken der Bereich, unmittelbar
hinter dem Triebwerk in einer turbulenten Luftströmung, und eine Vergrößerung der
Wirksamkeit der Grenzschichtbeeinflussung in diesem Bereich kann die dadurch verursachten
Verluste aufheben. Andere Anwendungen der veränderlichen Strömung sind für den Fachmann
leicht erkennbar. Die Grenzschichtbeeinflussung braucht nur gewünschtenfalls auf
die Klappen Anwendung zu finden, obwohl das Beblasen von Steuerklappen von beträchtlicher
Wichtigkeit ist, da die Wirksamkeit der aerodynamischen Steuerung bei geringen Geschwindigkeiten
infolge der verringerten Luftströmung über die Flächen abnimmt.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung ist in den Zeichnungen schematisch
wiedergegeben. Die Ausbildung der Steuerklappen und der Schlitze kann für verschiedene
Typen von Flugzeugen sehr unterschiedlich sein.