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Es sind Flugzeugtragflügel mit Hinterkantenklappen bekannt, die in
abwärts geschwenkter Stellung einen Diffusorspalt längs der Spannweite bilden, in
den ein Druckgas geleitet wird. Die bekannten Einrichtungen sind so getroffen, daß
zur Auftriebserhöhung im wesentlichen nur Zusatzluft von der Unterseite der Tragflügel
in den Diffusorspalt gesaugt wird, was zur Folge hat, daß ein unerwünschtes starkes,
kopflastiges Moment entsteht und die Erhöhung des Auftriebs zu gering ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Hinterkantenklappen
derart auszubilden, daß sie in abwärts geschwenkter Stellung die Luftströmung über
die Oberseite des Tragflügels stärker erhöhen als über dessen Unterseite, damit
das kopflastige Moment durch ein schwanzlastiges Moment am Tragflügel ausgeglichen
wird und zugleich eine erhebliche Erhöhung des Auftriebs eintritt.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Tragflügel der eingangs
genannten Art darin, daß die obere Düsenwand aus zwei hintereinanderliegenden, um
die gleiche Achse schwenkbaren Klappen besteht, von denen die vordere zur Auftriebserhöhung
nach oben geöffnet wird, während die hintere zugleich mit der die untere Düsenwand
bildenden Klappe in bekannter Weise nach unten verschwenkt wird.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung besitzt die Nase der vorderen
Klappe ein nach vorn spitz auslaufendes Profil, so daß sie in der Nichtoffenstellung
eine glatte Fortsetzung der Oberseite des Tragflügels bildet.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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In der Zeichnung ist das Wesen der Erfindung beispielsweise und schematisch
veranschaulicht, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Stahltriebwerk
und einen Tragflügel, F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil eines zweimotorigen
Flugzeugs, F i g. 3 bis 5 schematische Darstellungen des Tragflächenaufbaus für
drei verschiedene Arten von-Flugzuständen, F i g. 6 bis 8 Bewegungsrichtungsdiagramme
für die in F i g. 3 bis 5 dargestellten verschiedenen Arten von Flugzuständen, F
i g. 9 bis 11 die ventilgesteuerte Verteilung der abgezweigten Triebwerksluft und
der heißen Gase zur horizontalen Hauptschubdüse, zum Flügeldüsensystem und zur Zusatzhubdüse
für das Erzielen der drei Flugzustände entsprechend den F i g. 3 bis 5 und 6 bis
B.
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Aus F i g. 1 ergibt sich, daß ein als Vortrieb- und Hubtriebwerk ausgebildetes
Mantelstromtriebwerk 10 verwendet wird, das eine Verdichterluftentnahme aus einer
Sammelleitung 11 (A) mit Kaltluftauslässen 12
und einer Ventilanordnung
besitzt, die bei 13 (V) in F i g. 9 bis 11 angegeben ist, um die Verdichterluft
regelbar durch das Triebwerk und das Hauptstrahlrohr 14 oder durch die Auslässe
12 zu leiten. Ferner ist bei einem solchen Triebwerk eine Heißgassarnmelleitung
15 (G) und eine Ventilanordnung 16 (V), die in F i g. 9 bis 11 angegeben ist, zum
regelbaren Leiten heißer Gase in das Hauptstrahlrohr 14 und/oder in ein Senkrechtstartventil
16 sowie ein Blasrohr 17 für diese Gase, wie F i g. 9 bis 11 zeigen, vorgesehen.
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Der Tragflächenaufbau besitzt einen starren Vorderbau 18, der von
einer Hinterkantenklappe 19 durch einen Spalt 20 getrennt ist, der sich vollständig
durch den Tragflügel erstreckt und im Reiseflug, d. h. bei hoher Geschwindigkeit,
durch eine obere und eine untere Klappe 21 bzw. 22 geschlossen werden kann.
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Völlig innerhalb des Tragflächenaufbaus und innerhalb des Spalts 20
befindet sich mindestens eine Coanda-Schlitz-Düse 23, welche bogenförmig konvergiert
und einen Schlitz längs der Spannweite bildet, der dazu dient, aus ihm austretende
Luft in einer nach unten gerichteten Bahn 24 innerhalb des Spalts und unter die
Tragflügelunterseite 25 zu leiten. Bei einem Flugzeug mit mehreren Triebwerken ist
eine zweite Düse 26 vom Coanda-Schlitz-Typ parallel zur ersten Düse 23 angeordnet,
welche Luft in einer Bahn 25 sehr nahe der und/oder mit der Austrittsbahn 24 austreten
läßt. Das Backbordtriebwerk 10 a steht mit seinen Verbindungskanälen 12 a mit einer
inneren Düsenanordnung 23 a des Backbord-Tragflügels 18 a bzw. mit einer sich längs
der Spannweite erstreckenden Schlitzdüse 26 b des Steuerbord-Tragflügels 18 b in
Verbindung. In gleicher Weise stehen Kanäle 12 b des Steuerbord-Triebwerks 10 b
mit den jeweiligen Steuerbord- und Backbordschlitzdüsen 23 b und 26 a des Tragflügelaufbaus
des zweimotorigen Flugzeugs 27 in Verbindung.
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Daher wird beim Ausfallen des einen Triebwerks nur eine einzige Schlitzstrahldüse
in jedem Tragflügel unwirksam, während eine weitere Schlitzstrahldüse in jedem Flügel
voll durch das noch arbeitende Triebwerk gespeist wird.
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Die inneren, sich längs der Spannweite erstreckenden Düsen 23 und
26 werden für einen Zwischenflugzustand verwendet, um einen zusätzlichen Schub und
Auftrieb zu erzeugen.
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In F i g. 3, 6 und 9 ist eine Reiseflugbedingung mit hoher Geschwindigkeit
dargestellt, bei welcher der resultierende Auftrieb 28 von den aerodynamischen Eigenschaften
des Flügelprofils 29 erzeugt wird und mit Bezug auf die gewünschte Lage des Druckmittelpunktes
richtig liegt. In F i g. 6 stellen die Pfeile 30
und 31 die maximalen Anstellwinkel
gegenüber der Horizontalen dar, um die gewünschte Luftströmung über das Flügelprofil
zur Beibehaltung des Auftriebs aufrechtzuerhalten. Das Steuerdiagramm in F i g.
9 zeigt die Verwendung der überschußgebläseluft 11 über das Ventil 13 und der heißen
Gase aus der Sammelleitung 15 für das horizontale Strahlschubrohr 14.
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Der Flugzustand, -wie er in F i g. 3 dargestellt ist, ist in jeder
Beziehung herkömmlich, so daß keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Form
des Tragflügelprofils oder des Flugzeugs für eine solche Flugbedingung auferlegt
werden müssen, mit Ausnahme derjenigen, die normalerweise für den jeweiligen Flugzeugtyp
und dessen notwendige Leistungseigenschaften erforderlich sind.
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F i g. 4, 7 und 10 zeigen einen anderen Flugzustand unter Anwendung
der Erfindung, wobei F i g. 7 den Bereich von Anstellwinkeln angibt, die in diesem
Flugzustand möglich sind. Diese Art Flugbewegung wird dadurch erreicht, daß zusätzlicher
Auftrieb von zwei Quellen erzeugt wird. Der eine ist ein erhöhter Auftrieb, der
aus der Wirkung des Trag flügelprofils infolge der erhöhten Luftströmung über das
Tragflügelprofil zusätzlich zu dem entsteht, der sich aus der Wirkung der Vorwärtsgeschwindigkeit
allein ergibt. Der andere ist ein nach unten gerichteter
Strahlschub
aus einem Spalt 20 zwischen dem festen vorderen Tragflächenaufbau und einer Hinterkantenklappe,
die so angeordnet ist, daß ein Strahlstrom innerhalb des Tragflügels durch die obere
und die untere Flügeloberflächenluft in einem Ummantelungskanal verstärkt wird,
der durch die obere und die untere Klappe gebildet wird, welche zum Öffnen des Spalts
ausgeschwenkt sind und die Luft nach unten diffusorartig in einer richtbaren Weise
leiten, um auf diese Weise die Umlenkung der oberen und unteren Flügeloberflächenluft
zu bewirken, so daß erhöhte Mengen solcher Luft durch den erwähnten Diffusor angesaugt
werden. Die verstärkte Luftströmung über die Tragflügeloberfläche hat das Bestreben,
dessen normalen Auftrieb zu verstärken und eine schwanzlastige Auftriebskraft bzw.
ein schwanzlastiges Moment zu erzeugen, welche das Kippmoment ausgleicht, das sonst
durch die rückwärtige Lage der nach unten gerichteten Schubstrahlkraft des Diffusors
entstehen würde.
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Im besonderen hat das Tragflügelprofil 18 nach F i g. 4 mit einer
oberen und einer unteren Fläche 29 bzw. 25 innerhalb des Tragflächenaufbaus einen
Luftstrahlstrom 34 aus einem sich längs der Spannweite erstreckenden Coanda-Schlitz,
wie zu F i g. 1 beschrieben, erzeugt, wobei Luft aus der Quelle 11 entnommen und
durch das Ventil 13 über die Leitungen 12 und die Schlitzdüsen 23, 26 sowie über
die Leitung 12 zur Bildung eines sogenannten Zwischenstrahls gerichtet wird. Dieser
Strahlstrom 34 wird durch eine obere Klappe 21 ummantelt, die nach oben verschwenkt
ist, so daß eine Eintrittsöffnung 35 besteht, deren Querschnittsfläche groß im Vergleich
zur Unterseiteneintrittsöffnung 36 ist, welche durch ein Abwärtsverschwenken der
unteren Klappe 22 gebildet wird, welche in ihrer im wesentlichen parallelen Lage
zur Klappe 21 und zur hinteren Klappe 19 eine Ummantelung und Diffusoranordnung
37 bildet. Die Oberseitenöffnung 35 ist vorzugsweise gekennzeichnet durch
einen sich nach oben und vorne erstreckenden Lippenteil 38, der einen vorstehenden
Hutzenteil der entsprechenden Klappe bildet, - wodurch große Luftmengen aufgefangen
und in den Spalt 20 geleitet werden können. Es ist jedoch vorgesehen, daß
das Überstehen der oberen Klappe nach oben hauptsächlich für ein Tragflügelprofil
von großem Seitenverhältnis verwendet werden soll und daß die erwähnte Klappe 21
in vielen Anwendungsfällen nur eine verhältnismäßig große Öffnung 35 zu bilden braucht,
um einen Abwärts-Zwischenstrahlschub, wie beschrieben, zu bilden.
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Bei der Anordnung nach F i g. 4 können jedoch die Klappe 21 und die
Hinterklappe 19 als gesondert beweglich und gemeinsam in der Weise regelbar betrachtet
werden, daß das Einziehen erforderlicher Mengen der Oberseiten- und Unterseitenluft
des Tragflügelprofils erzielt wird und der resultierende abwärts gerichtete, sogenannte
Zwischenschub bei 39 in der gewünschten Abwärtsrichtung wirksam diffusorartig geleitet
wird. Die verstärkte Luftströmung über die Tragflügeloberfläche erzeugt einen Auftrieb
40 an der Nase, welcher der Verlagerung des Druckmittelpunktes aus seiner normalen
Lage entgegenwirkt, der aus dem Zwischenschub 39 erhalten wird. Wie sich aus F i
g. 10 ergibt, nimmt die Hauptdüse, die mit HJ bezeichnet ist und in F i g.
1. durch die Bezugsziffer 14 gekennzeichnet ist, alle heißen Gase aus dem Strahltriebwerk
bei dieser Flugart auf. Es ist jedoch besonders zu erwähnen, daß nur diejenige Menge
heißer Gase zur Ausnutzung in der- horizontalen Düse erforderlich ist, die notwendig
ist, um das Flugzeug in der gewünschten Vorwärtsgeschwindigkeit zu halten, obwohl
es den Anschein hat, daß der Betrag der Vorwärtsbewegung je nach dem Tragflügelprofil
und der Luftströmungsmenge, die durch die Ausnutzung des Zwischenstrahls erzeugt
werden kann, möglicherweise bis zu einem gewissen Grade vernachlässigbar sein kann.
Es gibt jedoch Umstände, bei welchen es wünschenswert sein kann, eine Schubumlenkung
des Hauptstrahls vorzunehmen, beispielsweise bei der Gegenschubbremsung der Vorwärtsbewegung
durch nicht gezeigte Hauptstrahl-Umlenkflächen. Besonders bei einem Flugzeug mit
einem großen Seitenverhältnis ist es zweckmäßig, daß die heißen Gase im wesentlichen
voll im Hauptstrom verwendet werden, obwohl hierin keine Beschränkung der vorgeschlagenen
Verwendung des beschriebenen Zwischenstrahlsystems gesehen werden soll.
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Bei Flugzeugen mit kleinem Seitenverhältnis, beispielsweise bei Jagdflugzeugen,
welche gewöhnlich durch eine hohe Landegeschwindigkeit gekennzeichnet sind, kann
es zweckmäßig sein, eine Vorwärtsstrahlschub-Bremswirkung sowohl aus dem Hauptstrahl
als auch aus dem Zwischenstrahl des Tragflächenaufbaus vorzusehen. Unter solchen
Bedingungen kann das Fortdauern der Strömung der Grenzflächenluft über die Tragflügelprofile
nicht sichergestellt werden, und jeder Faktor des herkömmlichen Auftriebs kann verschwinden,
besonders wenn es erforderlich ist, das Flugzeug schwebend zu halten oder es rückwärts
zu bewegen. Ferner kann es unter Startbedingungen zweckmäßig sein, um das Flugzeug
unmittelbar senkrecht ohne ausreichende Vorwärtsbewegung steigen zu lassen, einen
wirksamen Auftrieb auf Grund der Luftströmung über die Tragflügelflächen zu entwickeln.
Diese Bedingungen sind in F i g. 5, 8 und 11 angegeben, bei welchen der den normalen
aerodynamischen Auftrieb kennzeichnende Pfeil 28 innerhalb eines Kreises
42 dargestellt ist, um anzuzeigen, daß er voll von der Vorwärtsbewegung abhängt
und daher vernachlässigbar ist. Außerdem zeigt der Pfeil 40, der innerhalb eines
gestrichelten Kreises 43 wiedergegeben ist, an, daß dieser Auftriebsfaktor vorhanden
sein kann oder nicht. Die Stabilität wird daher durch die Ausnutzung eines Auftriebsfaktors
44 erreicht, der aus dem Abwärtsblasschub 45 (F i g. 1) aus der vertikalen Strahldüsenanordnung
46 erhalten wird, die durch den Kanal 17 mit der Sammelleitung 15 und der Ventilanordnung
16 in Verbindung steht, so daß die heißen Gase aus dem Hauptstrahlrohr nach vorne
und unten gerichtet werden, um einen Abwärtsstrahl zu erzielen. Wie ersichtlich,
ergibt die Regelung der unteren Klappe 22 und der Hinterklappe 19 eine Diffusoranordnung
für den Zwischenstrahl, welche den Abwärtsstrahl 39 gegebenenfalls in eine Vorwärtsrichtung
umlenkt, so daß die Bewegungsrichtung des Flugzeugs bei dieser Betriebsart durch
eine nach oben gerichtete Pfeilgruppe 47 und eine nach unten gerichtete Pfeilgruppe
48 mit einem Richtungsbereich dargestellt ist, der eng um die Vertikale liegt. Wie
aus F i g. 11 ersichtlich ist, leiten die Ventile 13 und 16 die kalten und heißen
Gase zum Zwischenstrahl und zum vertikalen Strahl, so daß der horizontale Strahl
keine Vorwärtsschubkomponente entwickeln kann. Obwohl die Anwendung dieser dritten
Betriebsart
nicht erforderlich zu sein braucht, ist zu bemerken,
daß diese mit der vorangehend beschriebenen Zwischenstrahlarbeitsweise ohne weiteres
vereinbar ist, da bei dem in F i g. 5, 8 und 11 dargestellten Betrieb der Zwischenstrahldiffusor
so bewegt werden kann, daß eine geringe Vorwärtsschubkomponente erzielt wird, welche
bei einer vernachlässigbaren Vorwärtsgeschwindigkeit eine positive Auftriebswirkung
an der Stelle der Pfeile 28 und 40 entwickelt, wobei ein Teil der heißen Gase durch
die Ventile weich in den horizontalen Strahl geleitet werden kann, wodurch der Betrieb
nach F i g. 4 rasch erreicht werden kann, ohne daß in irgendeiner Weise die Stabilität
beeinträchtigt wird, da ein kurzzeitiger Verlust der Stabilität oder Trimmung aus
irgendeinem Grunde durch eine verstärkte Ausnutzung des Vertikalstrahls oder eine
verstärkte Vorwärtsbewegung durch eine verstärkte Ausnutzung des horizontalen Strahls
beseitigt werden kann. Im letzteren Falle löst sich der Betrieb rasch zu dem in
F i g. 4 gezeigten auf, bei welchem die heißen Gase voll im horizontalen Strahl
ausgenutzt werden. Der Betrieb kann natürlich von dem in F i g. 4 gezeigten rasch
auf den normalen Betrieb nach F i g. 3 für die übliche hohe Fluggeschwindigkeit
umgeschaltet werden, wobei die Zusatzluft dem horizontalen Hauptstrahl zugeführt
wird. Durch die Erfindung wird daher die Stabilität während der drei beschriebenen
Flugarten und während des Obergangs von einer Flugart zur anderen in der Weise aufrechterhalten,
daß die durchzuführenden Steuerfunktionen in einem solchen Grade in Wechselbeziehung
zueinander stehen, daß sie sich in vereinbarer Weise beträchtlich überschneiden.
So kann sich der in F i g. 4 dargestellte Betriebsbereich beträchtlich in den in
F i g. 3 und in den in F i g. 5 dargestellten Betriebsbereich erstrekken. Ferner
können sich die in F i g. 3 und 5 dargestellten Betriebsarten beträchtlich in den
Bereich des Betriebs nach F i g. 4 erstrecken. Aus dem Vorangehenden ergibt sich,
daß bei der erfindungsgemäßen Ausbildung die Erzeugung von Auftrieb im wesentlichen
unabhängig von der Vorwärtsgeschwindigkeit erzielt wird. Zwischen dem starren Teil
oder vorderen Teil des Tragflächenabschnitts und dem Klappenteil ist ein sich in
der Richtung der Spannweite erstreckender Spalt vorgesehen, durch den große Luftmengen
von der Oberseite angesaugt werden, wodurch die Luftströmung über die Oberseite
im wesentlichen unabhängig von der Vorwärtsgeschwindigkeit verstärkt wird. Durch
diese verstärkte Luftströmung wird eine Auftriebskomponente erzeugt. Außerdem arbeitet
der durch die angesaugte Luft verstärkte Strahlstrom innerhalb des Spalts wirksam
als Strömungspumpe für große Luftmengen.