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Strahlpumpe, insbesondere für die Grenzschichtbeeinflussung von Flugzeugtragflügeln
Die Erfindung betrifft eine Strahlpumpe, insbesondere für die Grenzschichtbeeinflussung
von Flugzeugtragflügeln.
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Bei Flugzeugen, die eine Grenzschichtsteuerung verwenden, um den Auftrieb
und die Steuerkräfte bei geringen Geschwindigkeiten zu vergrößern, ist eine Einrichtung
erforderlich, die eine primäre Luftströmung erzeugt, die selbst als Grenzschichtströmung
verwendet werden oder die zwecks erhöhter Wirkung eine sekundäre Strömung der umgebenden
Luft hervorrufen kann. Für die Erzeugung der primären Strömung werden Gebläse verwendet.
Sie sind jedoch sperrig, rufen Stauungen in der Strömung hervor und sind mechanischen
Mängeln unterworfen. In der Praxis hat sich das Strahlpumpenprinzip als am meisten
zweckmäßig erwiesen. Eine primäre Strömung eines Gases, insbesondere von Luft, die
aus einer entsprechenden Quelle zugeführt wird, wird durch eine Düse eingespritzt
und dazu benützt, die umgebende Luft mitzureißen. Die Mischströmung wird dann über
die entsprechende Steuerfläche oder die Steuerflächen ausgestoßen.
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Eine bekannte Einrichtung besteht aus einem langgestreckten Kanal,
der einen Einlaßabschnitt mit einem in der Längsrichtung verlaufenden Einlaßschlitz
für die Sekundärströmung, einen mittleren Teil, der als Mischrohr ausgebildet ist
und die Strahldüse für die Primärströmung enthält, und einen Auslaßabschnitt mit
ebenfalls in der Längsrichtung verlaufendem Auslaßschlitz für die Mischströmung
aufweist. Da das Mischrohr eine gewisse Länge hat, muß für einen Teil der in den
Einlaßabschnitt eintretenden Luft die Strömungsrichtung umgekehrt werden, damit
die Luft zum Einlaß des Mischrohres gelangen kann, wodurch die Wirksamkeit stark
vermindert wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Strahldüse für die Primärströmung
an dem vom Auslaßabschnitt entfernten Ende des Einlaßabschnittes angeordnet ist,
so daß das Mischrohr im mittleren Teil des Kanals wegfallen kann.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet der Einlaßabschnitt
ein Mischrohr und weist in Strömungsrichtung eine allmählich zunehmende Querschnittsfläche
auf, während der Auslaßabschnitt in Strömungsrichtung eine allmählich abnehmende
Querschnittsfläche aufweist. Außerdem ist gemäß der Erfindung zwischen dem Einlaß-
und dem Auslaßabschnitt ein mittlerer Leitabschnitt vorgesehen, dessen Querschnitt
sich in Strömungsrichtung erweitert.
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In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen teilweise aufgeschnittenen
Flugzeugflügel und veranschaulicht die bekannte Anordnung der Strahlpumpe und des
Kanalsystems; F i g. 2 ist eine Draufsicht auf einen Flugzeugflügel mit der verbesserten
Strahlpumpenanordnung gemäß der Erfindung; F i g. 3 zeigt 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 F i g. 2, F i g. 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig.2;
F i g. 6 zeigt eine Draufsicht auf einen Flügel mit mehreren Kanalsystemen. ' Gemäß
F i g. 1 ist der Flügel 10 mit einer inneren Saugklappe 12, einer mittleren beblasenen
Klappe 14 und einer äußeren Stellungssteuerklappe 16 versehen, die in üblicher Weise
angeordnet sind. Innerhalb des Flügels 10 befindet sich vor den Steuerflächen ein
Kanalsystem 18, das aus einem Einlaßabschnitt 20, einem Mischrohr 22, einem Leitabschnitt
24 und einem Auslaßabschnitt 26 besteht, welche von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze
in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Luft wird in den Einlaßabschnitt 20 durch
einen Einlaßschlitz 28 angesaugt, der sich vor der Saugklappe 14 in der Längsrichtung
erstreckt. Ein Teil des Einlaßschlitzes wird durch eine gekrümmte Leitwand 30 überdeckt,
die das Mischrohr 22 umschließt und die eintretende Luft nach dem
Einlaßende
des Mischrohres ablenkt. Die Strahlpumpendüse 32 ist im Einlaßende des Mischrohres
22 angeordnet und nach der Flügelspitze gerichtet. Das Primärgas wird durch ein
Zuleitungsrohr 24 aus einem Gaserzeuger 36 entsprechender Art der Düse zugeführt.
Aus den Richtungspfeilen der F i g. 1 ist ersichtlich, daß eine plötzliche Umkehrung
der Strömungsrichtung eines Teils der eintretenden Luft erforderlich ist, wenn die
ganze Länge des- Einlaßschlitzes 28 ausgenützt werden soll. Damit das Kanalsystem
in den Flügel paßt, ist das Mischrohr 22 notwendigerweise kurz, woraus sich ein
weiterer Verlust an Wirksamkeit ergibt. Die primäre Gasströmung und die sekundäre
Luftströmung werden nach ihrer Mischung durch einen Auslaßschlitz 38 ausgestoßen,
der sich hinter dem Auslaßabschnitt 26 erstreckt, um die Strömung über die mittlere
Klappe 14 und die Stellungssteuerklappe 16 zu leiten. Bei der Erprobung dieser Anordnung
hat sich gezeigt, daß ihre Wirksamkeit durch die schlechten Strömungseigenschaften
verringert wird.
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Bei der in den F i g. 2 bis 5 dargestellten verbesserten Anordnung
ist der Flügel 40 mit einer inneren Saugklappe 42, einer mittleren beblasenen Klappe
44 und einer äußeren beblasenen Stellungssteuerklappe 46 versehen. Die Befestigungs-
und Betätigungseinrichtungen für diese Steuerflächen sind bekannt. Unmittelbar vor
den Steuerflächen ist der Flügel durch eine hintere Wand 48 abgeschlossen. Vor dieser
Wand ist in der Längsrichtung ein Kanalsystem 50 angeordnet, das aus einem inneren
Mischrohr 52, einem an die Stoßstelle der Klappen 42 und 44 angrenzenden
Leitabschnitt 54 und einem äußeren Verteilerabschnitt 56 besteht, die miteinander
einen kontinuierlichen, ununterbrochenen Kanal bilden. In der hinteren Wand 48 ist
ein mit dem Mischrohr 52 verbundener Einlaß- oder Saugschlitz 58 und ein mit dem
Verteilerabschnitt 56 verbundener Auslaß- oder Blaseschlitz 60 vorgesehen. Diese
Schlitze erstrecken sich in der Längsrichtung und sind im wesentlichen nicht unterbrochen.
Obwohl Unterbrechungen der Schlitze unerwünscht sind, kann es aus Festigkeitsgründen
erforderlich sein, in Abständen schmale Rippen anzuordnen, die aber in der Zeichnung
der Deutlichkeit halber weggelassen sind.
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Am inneren Ende des Mischrohres 52 ist eine nach außen gerichtete
Strahlpumpendüse 62 angeordnet, die mit einem Gaserzeuger 64 verbunden ist, welcher
zweckmäßig im Flugzeugrumpf 66 untergebracht ist. Der Gaserzeuger 64 kann von beliebiger
Art sein, z. B. ein Druckluftbehälter oder ein durch eine beliebige Einrichtung
angetriebener Hilfskompressor. Bei einem durch Strahltriebwerke angetriebenen Flugzeug
kann die zum Gaserzeuger führende Leitung an einer unter hohem Druck stehenden Stelle
abgezweigt werden. Wenn der Flügel und das Kanalsystem dafür geeignet sind, kann
durch die Düse 62 auch Brennstoff eingespritzt und im Mischrohr 52 verbrannt werden.
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Wenn sich die Strahlpumpe in Betrieb befindet, tritt aus der Düse
62 eine Primärströmung mit großer Geschwindigkeit in der Längsrichtung aus und durch
die Mitführungswirkung wird die umgebende Luft als Sekundärströmung durch den Saugschlitz
58 im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Primärströmung angesaugt und mit den
Primärgasen gemischt. Die Querschnittsfläche des Mischrohres 52 nimmt in der Strömungsrichtung
allmählich zu, um die zusätzliche Sekundärluft aufnehmen zu können. Es erscheint
wünschenswert, das Mischrohr oder den Einlaßabschnitt des Kanals so auszubilden,
daß die Sekundärluft über die ganze Länge der Saugklappe 42 im wesentlichen konstant
angesaugt wird. Der Leitabschnitt 54 ist etwas erweitert, um die Expansion der kombinierten
Strömung auf den genauen statischen Druck im Verteilerabschnitt 56 zu ermöglichen,
dessen Ouerschnittsfläche in der Strömungsrichtung allmählich abnimmt, so daß die
Gase über die ganze Länge der mittleren Klappe 44 und der Stellungssteuerklappe
46 im wesentlichen konstant nach hinten herausgedrückt werden.
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Die richtige Veränderung der Ouerschnittsfläche im Kanalsystem ergibt
einen konstanten statischen Druck, ohne daß Verluste durch Druckänderungen auftreten.
Unter gewissen besonderen Bedingungen können jedoch Veränderungen des statischen
Druckes erforderlich sein, um die Strömungseigenschaften steuern zu können, und
der Kanal kann dann entsprechend ausgebildet werden.
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Die Strömung beginnt daher am Wurzelende des Flügels und bewegt sich
in einer gerade hindurchgehenden, unbehinderten Bahn nach außen zur Spitze des Flügels.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildung des Kanals sind zur Steuerung der Strömung
keine inneren Leitwände oder Führungen erforderlich, so daß die Wirbelbildung auf
ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Die in den F i g. 3 bis 5 veranschaulichte genaue
Anordnung der Schlitze in der hinteren Wand 48 ist von der besonderen Form der Klappen
abhängig, um die richtige Strömung der Grenzschicht-Steuerluft über die Flächen
zu erzielen. Der Saugschlitz 58 muß beispielsweise nicht in der hinteren Wand angeordnet
werden, sondern kann sich auch auf der oberen Flügelfläche befinden oder in Form
eines porösen Bereichs ausgebildet werden. Der Blaseschlitz 60 hingegen muß die
Gasströmung genau über die Steuerflächen ausstoßen, um eine Ablösung der Grenzschicht
zu verhindern und um die Wirksamkeit der Flächen zu erhöhen.
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Für besondere Steuerflächenanordnungen oder für Flügel mit sehr großer
Spannweite, bei welchen ein einziger Kanal eine unpraktische Länge aufweisen würde,
kann der Kanal unterteilt werden, wie in F i g. 6 gezeigt ist. Der Flügel 70 enthält
zwei vollständige Kanalsysteme, nämlich ein inneres Kanalsystem 72 und ein äußeres
Kanalsystem 74. Das innere Kanalsystem 72 besteht aus einem Mischrohr 76, einem
Leitabschnitt 78 und einem Verteilerabschnitt 80. Das Mischrohr ist mit einem
an eine Saugklappe 84 angrenzenden Saugschlitz 82 versehen und der Verteilerabschnitt
weist einen Blaseschlitz 86 auf, der die Gase über eine beblasene Klappe
88 ausstößt. Am inneren Ende des Mischrohres 76 ist eine Strahlpumpendüse
90 angeordnet, die durch ein Zuleitungsrohr 92 mit einem Gaserzeuger
94 verbunden ist.
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Das äußere Kanalsystem 74 ist ähnlich ausgebildet und besteht aus
einem Mischrohr 96, einem Leitabschnitt 98 und einem Verteilerabschnitt
100. Angrenzend an eine Saugklappe 104 ist ein Saugschlitz
102 vorgesehen, und ein Blaseschlitz 106 stößt die Gase über eine
beblasene Stellungssteuerklappe 108 aus. Am inneren Ende des Mischrohres 96 ist
eine weitere Strahlpumpendüse 110 angeordnet, die durch ein Zuleitungsrohr
112 mit dem Gaserzeuger 94 verbunden ist.
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Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei der vorstehend beschriebenenAusführungsform.Jedes
Kanalsystem
saugt die umgebende Luft an und stößt die sich ergebende
kombinierte Gasströmung über eine Steuerfläche aus. Obwohl das unterteilte Kanalsystem
nicht so gedrängt ist wie ein einziger Kanal, befindet sich der Gaserzeuger noch
immer an einer entfernten Stelle, und jeder Kanal bewahrt seine volle Strömungswirksamkeit.
Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich die Möglichkeit einer getrennten Steuerung
jeder Steuerfläche, falls dies erforderlich sein sollte.
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Das System ist auf jede aerodynamische Steuerfläche anwendbar, wie
z. B. Höhensteuerklappen, Seitensteuerklappen, Verbundklappen und Mehrzweckflächen,
wie z. B. Höhenruder. Bei entsprechender Ausbildung der Auslaß- oder Blaseschlitze
können die Gase zur unmittelbaren Reaktionssteuerung verwendet werden, da die Verstärkung
der Strömung durch die Strahlpumpenwirkung beträchtlich ist. Die Anordnung des Kanalsystems
ist daher nicht auf einen Flugzeugflügel beschränkt, sondern diese Anordnung ist
nur als ein Beispiel für die praktische Verwendung angeführt.