DE1556395A1 - Flugzeugfluegel mit selbsttaetig veraenderlicher Woelbung - Google Patents

Description

• Flugzeußflügel mit selbsttätig veränderlicher Wölbung Anwendungegebiet: Die Erfindung betrifft Flugzeugflügel mit.selbsttätig veränderlicher Wölbu.ngg insbesondere Tragflügel. Meistens wird die-Wölbungeänderung durch von Hand verstellte Wölbklappen verwirklicht (Motorflugzeug Fieseler Storchp Segelflugzeuge BS-1 und andere). Aber auch die aeroynamisch noch hochwertigere, allerdingß baulich schwierigere knickfreie Wölbungeänderung mit Hilfe el aatischer'Materialien wurde schon mit-Verstellung von Hand realisiert - (Segelflugzeug HKS-l'im Jahre -1956)-. Für die Anwendung der Erfindung besteht derzeit ganz besonders im Segelflug ein Bedürfnis.
• Zweck:. Flügelprofile»mit starker Wölbung haben den Vorteil guter Langsamflugeigenschafteng hoher-Auftriebsbeiwerte und damit guter Steigleistungen und im Gleitflug des Segelflugzeuges geringer Sinkgeschwindigkeitg sie besit-zen jedoch den Nachteil schlechter Schnellflugleistungen.- Flügelprofile mit geringer Wölbung haben den Vorteil guter Schnellflugleistungen infolge ihres geringen Widerstandes, sie haben jedoch den Nachteil schlechter langsamflugeigenächaften und schlechter-Steig- und Sinkgeschwindigkeitswerte. Um die Vorteile beider Profilarten zu verbinden und die Nachteile auszuschalten, werden Flügel mit elastisch veränderlicher Wölbung oder mit Wölbklappen gebaut.-Von großer Bedeutung ist dabei die genaue Einstel-' lung des Wölbklappenwinkels oder des Wölbungegrades, da zu jeder Geschwindigkeit n ur ein eng begrenzter optimaler Wölbklappenwinkel oder Wölbungegrad gehört. Besondere Schwierigkeiten treten dabei vor allem-im Segelflug aÜfg weil das Segelflugzeug beständig seine Fluggeschwindigkeit nach der Anzeige des sogenannten nMe-Gready-# itingesu oder eines nSollfahrtgebers" wechseln muß) um Auf- und Abwinde optimal zu durchfliegene Aber-auch. bei willkürlichen Geschwindigkeite'n -beispielsweise de,s,]U4e&#-eitfluges's.ollen beste Leistungen sichergestellt werden. Zweck der Erfindung ist es daher, die Einstellung der Flüge#wÖlbung In Abhängigkeit von der Geschwin-' digkeit zu automatisieren. Stand der Technik: Ein Erfinder schlägt vorg eine Profiländerung durch aufblasbare Luftsäcke eintreten zu lassen. Die Luftsäcke füllen oder entleeren sich, sobald der Anstellwinkel des Flügels sich ändert.-Es is t auch eine Erfindung bekannt, nach welcher der Luftstrom und im Flügel eingebaute Federn gegeneinanderwirken, so daß je nach Richtung und Stärke des auftreffenden Luftstromes die Profildicke und -wölbung sich ändern.
• Diese beiden Erfindungen haben.den Nachteil, daß die sich einsteilende Profilände'rung keineswegs dem optimalen Wert entspricht, sondern sich sogar ungünstig einstell t. Darüberhinaus kann die Genauigkeit eines bestimmten, vermessenen und für die Konstruktion vorgesehenen Flügelprofiles, die heute au f 1/10 mm genau gefordert wird, nicht auch nur annähernd eingehaten werden. Vor allem aber reagieren diese Erfindungen in empfindlicher und sehr schädlicher Weise auf Anstellwinkeländerungen des Flügels, die in der Luftturbulenz ständig auftreten und sich auf das Profil nicht auswirken dürfen. Schließlich ist die erforderliche Festigkeit oder Dauerhaftigkeit der Bauweise- mit diesen bekannten Vorschlägen nicht zu erreichen. Bei bestimmten Anstellwinkeln sind Platter-Erscheinungen unvermeidbar.
• Deshalb konnte bisher nur die Verstellung von Hand über entsprechende Gestänge tatsächlich praktisch angewandt werden. Bei Großflugzeugen werden auch von Hand geschaltete Hilfskräfteg zum Beispiel Servo-Elektromotoren eingesetzt.
• Für andere-Steuer und Ruder des Flugzeuges werden bereits mannigfache selbsttätige Regelungen und selbsttätige Steuerungen verwendet, die aber für die Wölbungeänderung nicht anwendbar sind, weil diese Steuerungen dafür angelegt sind, entweder Pluglage, Höhe, Fluggeschwindigkeit 9 Richtung oder die Ansteuerung eines vorbestimmten Zieles beizubehaltßn. So werden insbesondere Kreiselgeräte verwendet, welche selbsttätig Kurs, Höhe und Lage des Flugzeuges steuer-n.-Auch-'-,Kompaß-Steuerungen und Steuerung nach Lichi-Impulsen sind bekannt. JUr andere.Zwecke-verwendet man Funk-leitstrahlen, auf welchen daa."Flugzeug,automgtisch geführt wird. Weiterhin ist bekannt, von Hand gesetzte Steuerausachläge zu einem späteren Zeitpunkt selbsttätig ausführen zu lassen.
• Keines dieser Systeme entspricht demjenigeng dem die Erfindung zugrunde liegt. Alle sind a:uah-komplizie:üter und kostspieliger. Vor von der Wölbungsänderung verschiebt. Der Wölbungsfühler (9) ist hier als Scheibe ausgebildet. Darauf befinden sich drei elektrische Kontaktbereiche für di.e Schaltung eines Elektromotorsg und zwar ein Bereich für Vorwärtslauf ( +- ) des Elektromotorst ein Bereich für Abschaltung 0 ) des Elektromotors und ein Bereich für Rückwärtslauf ( des Elektromotors. Fig. 3 zeigt das elektrische Schaltbild'mit Geschwindigkeitsfühler (8), Wölbtingsfühler (9), - Elektromotor (12) und Akkus (25). Der Wölbungsfühler (9) wird in seiner Stellung zum Geschwindigkeitsfühler (8) so einjustiert, daß der Geschwindigkeitsfühler (8) den Kontaktbereich Null ( 0 ) berührt, wenn optimale Wölbung und tatsächliche Wölbung des Flügelprofiles übereinstimmen. Ändert sich die Geschwindigkeit des Flugzeuges, so verschiebt sich der Geschwindigkeitsfühler (8) und schließt entweder den Plus-Stromkreis ( + ) oder den Minus-Stromkreis Der blektromotor läuft daher vorwärts oder rückwärts an und ändert die Wölbung bis der Kontaktbereich Null ( 0 ) des Wölbungsfühlers (9) wieder erreicht ist und der Elektromotor (12) dadurch wieder abgeschaltet wird. Man kann schlicht ausdrücken: Der Geschwindigkeitsfühler (8) nimmt den Null-Kontaktbereich ( 0 des Wölbungsfühlers (9) beständig mit sich. Jede Geschwindigkeitsänderung verursacht somit eine Wölbungsänderung. Falls die Änderung der Wölbung infolge der Profil-Oharakteristil; des Flugzeuges nicht genau linear oder parallel im Verhältnis zur Geschwindigkeitsänderung verlaufen soll, kann die Bewegung des Geschwindigkeitsfühlers (8) durch Federnp pneumatische oder hydraulische Dämpfungselemente oder durch die Art zwischengeschalteter Übersetzungen beeinflußt werden, so daß er bei jeder Geschwindigkeit die optimale Wölbung herstellt. Auch können durch solche Dämpfungselemente turbulenzbedingte Staudruckschwankungen, die Fahrtschwankung en lediglich vortäuscheng ausgeklammert werden.
• Eine andere.Ausführung der Erfindung besteht darin, die elektrischen Kontakte nicht me-chanischy sondern transistorisch oder elektronisch herzustellen. Der Wölbungsfühler (9) kann auch als Drehscheibe ausgeführt werden oder als ein drehbarer, mit elektrischen Feldern versehener Zylinder, Würfel od-e r anderer Körper. belanglos für das Wesen der Erfindung ist auch, ob die Geschwindigkeitsmessung 'mit Hilfe des Staudruckes (aus einem-Prandtl-Rohr), des Soges (aus einem Venturi-Rohr), elektronisch oder durch Radar erfolgt. In Ausnahmefällen kann es wünschenswert erscheinen, eine bestimmte Wölbung unabhängig von der Geschwindigkeit zu fixieren, das heißt die "Automatie" abzuschalten, beispielsweise, um für die Landung eine feste große Wölbung einzustellen, weil hoher Widerstand in diesem Fall erwünscht ist, und wenn die sonstigen Landehilfen (Bremaklappeng Slipv Bremsschirm) nicht ausreichen. Zu diesem Zweck wird entweder der Geschwindigkeitsfühler (8) gewaltsam in die betreffende Steilung gebracht und dort fixiert, oder der Geschwindigkeitsfühler (8) wird vorübergehend in seinem Kontakt zum Wölbungefühler (9) unterbrochen und statt dessen ein entsprechender anderer Kontaktkreie eingeschaltet. In der Führerkabine wäre für diese Ausführung ein Schalter auf "Automatielt oder "Laridung'm vorzusehen. Andere fixierte Stellungen sind in gleicher Weise möglich. Auch eine Verschieb#,ng des Wölbungsfühlers (9) erhöht oder erniedrigt die Wölbung um einen gewünschten Betrag. Statt der Verschiebung ues Wölbungefühlers (9) kann auch ein mit Kontaktflächen besetzter Würfel oder Zylinder verwendet werden, nach dessen Drehung jeweils ein anderes Kontaktsystem in Funktion tritt. Fig. 11 zeigt einen derartigen'Zylinder. Erzielbare Vorteile: 1. Einfachere Handhabung: Flugzeuge mit Wölbklappen oder elastischer Wölbungeänderung sind bisher wesentlich schwieriger zu fliegen als Flugzeuge mit fester Flügelwölbung. Zu den zahlreichen Aufgaben, die die Aufmerksamkeit des Piloten beanspruchen, kommt die ständige Wölbungeänderung bei jedem Geachwindigkeitawechsel hinzu. Damit verbunden ist eine andauernde Gedankenarbeit, insbesondere beim Segelflugzeug, weil dieses seine Fluggeschwindigkeit praktisch ständig ändert, um Auf- und Abwinde optimal zu durchfliegen. Der Pilot hat dabei erst einmal die Variometer-Anzeige zu kontrollieren. Je nach Stärke des durchflogenen Auf- oder Abwindes liest er nun an seinem "No-Cready-Ring" oder "Sollfahrtgeber" die günstigste Fluggeachwindigkeit ab und muß das Flugzeug nach dem Fahrtmeseer auf die erforderliche Fluggeschwindigkeit bringen. Nach einer Tabelle oder Skala stellt er nun etändig die Flügelwölbung auf den für die Geschwindigkeit erforderlichen Grad um. Ein Teil dieser bisherigen Gedankenarbeit entfällt dukeh die Erfindung. Der Pilot braucht sich um die Wölbungeänderung nicht mehr zu kümmerng sondern verändert die Geschwindigkeit lediglich mit dem Steuerknüppel bzw. der Trimmung.
• Abgesehen von der hohen Aufmerksamkeitsbeanspruchung ist aber bisher auch die linke Hand des Piloten für die Bedienung der Wölbungsänderung "gebunden". Da die rechte Hand für den Steuerknüppel benötigt wird, fallen der Linken Hand eine Reihe von Aufgaben zu: Landkarten- und Orientierungearbeiteng Verproviantierung, Bedienung der Sauerstoffanlage, des Funke, der fotografischen Kontrollaufriahmen. Außerdem sind eine Reihe von weiteren Hebeln auf die linke Hand des Piloten angewiesen: die Hebel für Trimmung, Bremsklappen, Bremaschirm und Schleppkupplung. Diese Arbeiten und Betätigungen konnten bisher nur mit großen Schwierigkeiten und unvollkommen erledigt werden. Durch die Erfindung wird die linke Hand des Piloten entlastet.
• 2. Platzersparnis: .In den Flugzeugführerkabinen herrscht immer großer Platzmangel. Der Bedienungehebel für die Wölbungsänderung und die Gästänge verbrau`chen dabei erheblichen Raum. Bei einigen Mustern behindert der Wölbklappen-Bedienungshebel sogar einen Fallschirm-Notabsprung. Hebel und'Steuergestänge innerhalb der Führerkabine entfallen durch die Erfindung, 3. Leistungsateigerung: Praktisch ist auch der beste Pilot durch die Schwierigkeiten der jetzigen Handhabung überfordert und fliegt zumindest zeitweise nicht mit der optimalen Flügelwölbung. Besonders im Segelflug wirkt sich dies als Leistungseinbuße stark aus. Volle Automatisierung nach der Erfindung bringt einen Gewinn einmal daherg daß jetzt jederzeit tatsa-#chlich die optimale Flügelwölbung eingehalten wird. Zum anderen können die Konstrukteure jetzt widerstandsärmereg leistungsstärkere Profile verwenden, die bisher nicht ohne Nachteile eingebaut werden konnten, weil diese Profile bei einer bestimmten Wölbung (Wölbklappenstellung) nur einen sehr engen günstigen Geschwindigkeitsspielraum zulassen.

Claims (2)

1. Patentansprüche Ll.) Flugzeugflügel mit selbsttätig veränderlicher Wölbung,. dadurch gekennzeichnet, daß ein geschwindigkeitemessendes Element die Wölbung (den Wölbklappenwinkel) nach optimaler Flugleistung oder optimalen Flugeigenschaften regelt.
2. 2. Flugzeugflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geschwindigkeitsfühler (8) zur Schaltung von Stromkreisen benutzt wird. 3. Flugzeugflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Wölbung abhängiger Wölbungefühler (9) zur.Schaltung von Stromkreisen benutzt wird. 4. Flugzeugflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetg daß mechanische, pneumatische oder-hydraulische Dämpfungselemente verwendet werden, um die Bewegung des Geschwindigkeitsfühlers (8) oder die Bewegung des Wölbungsfühlers (9) zu beeinflussen und zu verändern oder die Ansprech-Empfindlichkeit zu dämpfen. 5. Flugzeugflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetg daß der Wölbungsfühler (9) als mit Kontaktfeldern besetzte Scheibe oder Würfel, Zylinder oder anderer Körper ausgebildet und verschiebbar oder drehbar angeordnet werden kann, wobei nach einer Drehung jeweils ein anderes Kontaktsystem in Funktion treten -kann. 6. Flugzeugflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfskräfte Elektromotoren und/oder pneumatische und/oder hydraulische Steuerkraftgeber eingesetzt werden, oder daß ein Blektromotor eine Pumpe antreibt, welche ihrerseits pneumatische oder hydraulische Steuerkräfte erzeugt. 7. Flugzeugflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Langsamflug ein Spalt (18) zwischen Flügel und Wölbklappe selbsttätig geöffnet, im Schnellflug selbsttätig geschlossen wird, beispielsweise durch trapezartige Wölbklappen-Aufhängung (22), durch Lagerung des Wölbklappen-Drehpunktes (26) nahe der Flügelunterseite oder durch vor- oder rückverschobene Abdichter (24). 8. Flugzeugflügel nach.Anspruch 1, dadurch gekenrizeichnetg daß eine federnde Kante (23) vorgesehen wirdg um den Wölbklappenspalt über einen größeren Winkelbereich zu verschließen oder gute aerodynamische Übergänge zu erzielen. 9. Flugzeugflügel nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnetg daß außer der selbsttätigen Wölbungsänderung in der Filotenkabine auch ein Schalter auf eine oder mehrere fixierte Wölbungestellungen vorgesehen werden kann, beispielsweise ein elektrischer Schalter auf "Start Automatie - Landung" oder auf "Automatie - Landung",