DE1531441B1

DE1531441B1 - UEberstroemte Wand,insbesondere bei Luftfahrzeugen,mit Schlitzen zur Absaugung der Grenzschicht

Info

Publication number: DE1531441B1
Application number: DE19671531441
Authority: DE
Inventors: Hermann Papst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-07-01
Filing date: 1967-08-24
Publication date: 1971-03-25

Description

Es wurde im Hauptpatent 1268 979 vorgeschlagen, an einer überströmten Wand, insbesondere bei Luftfahrzeugen, mit Schlitzen und unter diesen liegenden Kanälen zur Absaugung der Grenzschicht, diese Schlitze in dünnen schmalen Bändern, vorzugsweise aus Metall, anzuordnen und die Bänder mit den Schlitzen in den mit Abstufungen versehenen Absaugkanälen bündig mit der Oberfläche der überströmten Wand einzusetzen und zu befestigen.
Die Erfindung bezweckt, die Herstellung dieser Bänder und die Formgebung der Schlitze derselben zu erleichtern.
Erfindungsgemäß besteht das eingesetzte Band aus zwei Einzelstreifen, die parallel nebeneinander mit einem zwischen beiden befindlichen schmalen Schlitz angeordnet und durch Verbindungsstücke verbunden sind, welche den Schlitz überbrücken.
Es ist zweckmäßig, wenn die Verbindungsstücke an beiden Einzelstreifen auf der Innenseite befestigt sind. Vorteilhafterweise bestehen die Verbindungsstücke aus angeschweißten Drahtstücken.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform steht die dem Schlitz zugewendete scharfe Kante des in Strömungsrichtung hinteren Einzelstreifens um wenigstens 0,1 mm über die gegenüberliegende Kante des vorderen Einzelstreifens in Normalrichtung zur überströmten Fläche vor. Im allgemeinen ist es günstig, wenn die scharfe Kante des hinteren Einzelstreifens um höchstens 0,3 mm vorsteht.
Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren beschrieben. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren in gleicher..W,-eise bezeichnet.
Es zeigt F i g. 1 im Querkhilitt die Außenhaut eines 'u'mströmten Körpers mit einer schematischen Darstellung der Strömungsverhältnisse, F i g. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, F i g. 3 eine Draufsicht auf die Unterseite des eingesetzten Streifens der F i g. 2 in verkleinertem Maßstab, F i g. 4, 5 und 6 verschiedene mögliche Ausführungsformen der bei der Ausführung nach F i g. 3 verwendeten Verbindungsstücke, F i g. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Außenhaut mit vorstehender scharfer Abschälkante, F i g. 8 einen Schnitt entlang der Linien A-A in F i g. 7.
In F i g. 1 ist ein Querschnitt durch die Außenhaut ,eines umströmten Körpers dargestellt; es könnte beispielsweise die obere Außenhaut eines Flugzeugtragflügels sein. Pfeil 1 bezeichnet die Richtung, in welcher das Flugzeug fliegt. Auf der Oberseite dieser Außenhaut befinden sich Vertiefungen 4, welche quer zur Richtung des Pfeiles 1 verlaufen. Diese Vertiefungen sind durch längliche Streifen 5 abgedeckt, die schmale Längsschlitze 6 aufweisen.
Der oberste Teil der Seitenflanken dieser Vertiefungen ist bearbeitet, beispielsweise durch Schleifen oder Fräsen, so daß Stufen 7 mit ebener Oberseite gebildet werden, auf welche die Streifen 5 aufgesetzt und in an sich bekannter Weise befestigt werden, z. B. durch Kleben. Die Tiefe, bis zu welcher die Seitenflanken der Vertiefungen bearbeitet werden, hängt von der Dicke der eingesetzten Streifen 5 ab; nach dem Einsetzen der Streifen soll deren Oberfläche bündig zur anschließenden Oberfläche der Außenhaut 3 sein.
Die einander zugewendeten Längsseiten der eingesetzten Streifen sind zur Oberfläche dieser Streifen geneigt, so daß ein sich in Richtung von außen nach innen zu erweiternder Schlitz gebildet ist, der an seiner engsten Stelle eine Weite von 0,1 bis 0,i m aufweist. Das durch diese Schlitze eintretende Grenzschichtmedium fließt in den Kanal 10 und wird von dort durch öffnungen 11 und entsprechende weitere Führungsmittel oder Kanäle, die in der Figur nicht dargestellt sind, in an sich bekannter Weise wieder an solcher Stelle auf die Außenseite des umströmten Körpers geführt, wo dies keine störende Wirkung auf die Strömung hat.
Die Schlitze verlaufen vorzugsweise rechtwinklig zur Richtung des strömenden Mediums und können gestaffelt angeordnet sein, um sicherzustellen, daß die zu langsam gewordenen Grenzschichtlamellen über die ganze Breite der Außenhaut entfernt bzw. ins Innere des umströmten Körpers abgeleitet werden.
In der F i g. 1 sind vier übereinanderliegende Teilschichten der Grehizschicht schematisch eingezeichnet und mit 1, l', Y' und 1... bezeichnet. Wenn der umströmte Körper in Richtung des Pfeiles 1 bewegt wird, dann wird die der Oberfläche am nächsten liegende Teilschicht 1 durch den Schlitz 6 in den Kanal 10 eintreten und durch die öffnung 11 abgeführt werden. Hierbei wird der Strömungswiderstand des umströmten Körpers wesentlich verringert. Die scharfe Kante 13 wird die Schicht 1 sozusagen abschälen und dabei zwingen, durch den Schlitz in das Innere des Kanals 10 zu fließen. Nach Absaugung der Teilschicht 1 wird stromabwärts der scharfen Kante 13 die bisher »zweite« Teilschicht l' nunmehr unmittelbar benachbart zur Oberfläche des umströmten Körpers fließen. Wenn diese Teilschicht l' den nächsten Schlitz erreicht - wie im rechten Teil der F i g. 1 dargestellt -, dann wird sie dort durch die scharfe Kante 13 von der übrigen Grenzschicht abgeschält und gezwungen, durch den vor dieser scharfen Kante gelegenen Schlitz in das Innere dds umströmten Körpers einzutreten. Nach Abschälung der Teilschicht l" wird nunmehr die Teilschicht 1... unmittelbar benachbart zur Oberfläche des umströmten Körpers fließen. Der Vorgang des Abschälens der einzelnen Teilschichten kann so durch hintereinander angeordnete Schlitze beliebig oft wiederholt werden.
In F i g. 2 sind die Verbindungsstücke 16 deutlich erkennbar, welche die zwei Einzelstreifen 5» und 5" fest und starr verbinden. Diese Verbindungsstücke überbrücken den Schlitz 6 auf der Innenseite, wie dies auch aus F i g. 3 zu erkennen ist. - - In den F i g. 4, 5 und 6 sind verschiedene Ausführungsformen dieser Verbindungsstücke dargestellt. Insbesondere dann, wenn die Einzelstreifen 5' und 5" aus dünnen Metallstreifen und die Verbindungsstücke 16 aus Metallstücken bestehen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn letztere auf der den Einzelstreifen zugewendeten Seite eine konvexe Oberfläche haben; hierdurch das Anschweißen der Verbindungsstücke mittels Stromstoß erleichtert und außerdem die Strömung der durch die Schlitze eingetretenen Grenzschichtlamelle wenig beeinträchtigt.
Diese Verbindungsstücke 16 erhöhen die Festigkeit der eingesetzten Streifen gegenüber mechanischen Beanspruchungen auf Biegung und Verdrehung; dies ist besonders von Bedeutung, wenn die Schlitze verhältnismäßig lang sind, wenn sie in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und bzw. oder wenn das Material, aus welchem die dünnen Streifen bestehen, leicht deformierbar ist. In speziellen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Streifen und auch die Verbindungsstücke aus Kunststoff herzustellen.
In F i g. 7 ist eine weitere Variante der in F i g. 1 gezeigten Anordnung darg gestelit. Das eingesetzte längliche Band besteht aus einem Einzelstreifen 5' und den damit fest verbundenen Streifen 5"', dessen scharfe Kante 13' um den Betrag c oberhalb der cregenüberliegenden scharfen Kante des Streifens 5' liea,t. Die Form und Anordnung des Streifens 5... ist dabei derart gewählt, daß seine andere (in der Figur rechts befindliche) obere Kante bündig mit der Oberseite der Außenhaut abschließt. Die Erhöhung e der Kante 13' ist vorzugsweise etwa gleich der Weite d der Schlitzöffnung. Durch die Erhöhung der Kante 13' wird die abschälende Wirkung dieser Kante unterstützt und das Einführen der in F i g. 1 mit 1 bezeichneten Teilschicht und deren Einführunin das Innere des Kanals 10 erleichtert. Diese Teilschicht wird kontinuierlich und mit verhältnismäßig geringer Ablenkung in die Schlitze eintreten, wobei die geneigte, dem Schlitz zugewendete Flanke des Streifens 5... die abgeschälte Teilschicht 1 führt und eine Turbulenz im Bereich des Schlitzes verhindert.
F i g. 8 zeigt einen Schnitt entlang den Linien A-A in F lg. 7. Das metallische Verbindungsstück 16 ist an die Einzelstreifen 5' und 5" angeschweißt; letzterer Einzelstreifen lie-t hinter Streifen 5', so daß nur dessen erhöhte scharfe Kante 13' sichtbar ist.
In vielen Fällen, insbesondere bei Anwendung im Flugzeugbau, ist es günstig, wenn der VerteilerkanaI zwischen den flachen Schultern für den Blechstreifen nur eine geringe Tiefe aufweist und die einzelnen Ab- schnitte des Verteilerkanals im Innern des Flügels mit zusätzlichen Kanälen verbunden sind, die wiederum über Verteilungsdrosselstellen mit dem Hau tabsauge p kabel verbunden sind.
Die Erfindung kann sinngemäß auch auf anderen Gebieten Anwendung finden, z. B. bei Kraftfahrzeugen aller Art, Wasserfahrzeugen, Turbinen u. dgl.
Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für die Niederdruckstufen von Dampfturbinen sowie auch bei Gasturbinen und bei Verdichtern. Durch die Anwendung der Erfindung auf diesen Gebieten werden die Beschädigung bzw. der Verschleiß der Schaufeln durch Kavitation erheblich verringert.

Claims

Patentansprüche: 1. überströmte Wand, insbesondere bei Luftfahrzeugen, mit Schlitzen und unter diesen liegenden Kanälen, zur Absaugung der Grenzschicht, bei der die Schlitze in dünnen schmalen Bändern, vorzugsweise aus Metall, angeordnet und die Bänder mit den Schlitzen in den mit Abstufungen versehenen Absaugkanälen bündig mit der Oberfläche der überströmten Wand eingesetzt und befestigt sind, nach Patent 1268 979, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das eingesetzte Band aus zwei Einzelstreifen (5' und 5") besteht, die parallel nebeneinander mit einem zwischen beiden befindlichen schmalen Schlitz angeordnet und durch Verbindungsstücke (16) verbunden sind, welche den Schlitz (6) überbrücken.
2. Überströmte Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (16) an beiden Einzelstreifen (5' und 5") auf der Innenseite befestigt sind. 3. überströmte Wand nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß die Verbindungsstücke (16) aus Drahtstücken bestehen. 4. überströmte Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schlitz zugewendete scharfe Kante (13) des in Strömungsrichtung hinteren Einzelstreifens um wenigstens 0,1 mm über die gegenüberliegende Kante des vorderen Einzelstreifens in Normalrichtung zur überströmten Fläche vorsteht. 5. Überströmte Wand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfe Kante (13) des hinteren Einzelstreifens um höchstens 3 mm vorsteht.