DE1781305C3 - Tragflügel mit veränderlicher Pfeilung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tragflügel mit veränderlicher Pfeilung, dessen Biegesteifigkeit zur Flügelspitze hin abnimmt. »5

Die Veränderung der Flügelpfeilung ist eine bekannte Maßnahme zur Anpassung eines Flugzeuges an verschiedene, extrem weit auseinanderliegende Fluggeschwindigkeiten. In seiner vorgepfeilten Lage weist der Flügel eine größere Flügelfläche, Streckung sowie eine größere Profildicke auf und ist auf diese Weise für den Langsamflug besonders geeignet. In der rückgepfcilien Lage besitzt der Flügel dagegen die für den schnellen Überschallflug günstigeren Eigenschaften.

Es sind bereits mehrere Flugzeuge mit veränderlieher Flügelpfeilung gebaut und projektiert worden. Die von einem Zurückschwenken verursachte Rückwanderung des Auftriebsmittelpunktes macht eine ausgleichende Trimmung durch das Höhenleitwerk, d. h. eine Vergrößerung des Leitwerksabtriebes, erforderlich, was immer mit einer erheblichen Vergrößerung des Trimmwiderstandes verbunden ist. Außerdem bringt die das Zurückschwenken des Flügels begleitende Ne«- tralpunk !verschiebung eine erhebliche Erhöhung der statischen Längsstabilität mit sich, die so stark werden kann, daß das Flugzeug die erforderliche Manövrierfähigkeit verliert.

Es ist bereits bekannt, die Flügel während des Zurückschwenkens zugleich nach vorne, d. h. also in Flugrichtung zu verschieben und auf diese Weise die Ver-Schiebung des Auftriebsmittelpunktes zu kompensieren (Flight International, 4. April 1968, S. 486, linke Spalte). Eine derartige Anordnung ist jedoch mit einem erheblichen baulichen, gewichtiiichen und steuerungstechnischen Aufwand verbunden, was sich in einer Verminderung der Leistung und der Zuverlässigkeit sowie in einer Erhöhung der Kosten und des Gewichtes schädlich bemerkbar macht.

Es ist auch bei einer Flügelanordnung, welche aus einem festen Innenflügel und einem schwenkbaren Außenflügel besteht, bereits vorgeschlagen worden, die Drehachse des beweglichen Flügelteiles mit einer bestimmten Neigung zur Flügelsehnenebene anzuordnen, derart, daß beim Zurückschwenken des beweglichen Flügelteiles dessen Einstellwinkel verringert wird, so daß der Auftriebsanteil des beweglichen Flügeheiles gegenüber dem des festen Flügelteiles verringert wird, was einer Verschiebung des Auftriebsmittelpunktes

nach vorn entspricht

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen TgRüg^ der eingangs genannten Art zu schaffen, bei den» eine Verminderung bzw. vollständige Vermeidung der Aal· triebsmittelpunktverschiebung ohne jeglichen Eingriff in die Aufhängung bzw. den Antrieb des schwenkbares Flügels erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Tragflügel von der Flügelwurzel aus bis etwa zur halben Spannweite mit Diagonalstringern und in dem sich daran nach außen anschließenden Bereich mit annähernd quer zur Flügellängsachse verlaufenden Rippen ausgestattet ist

Eine andere Lösung der genannten Aufgabe besteht darin, daß der Tragflügel mit Diagonalstringern ausgerüstet ist, wobei sich die Richtung der. Stringer zur Flügellängsachse von etwa ± 45° im Wurzelbereich kontinuierlich bis zu etwa 90° im Flügelspitzenbereich ändert.

Beide genannten Gegenstände dienen /ur Lösung der gleichen Gesamtaufgabe; sie stehen jedoch nicht in Abhängigkeit voneinander.

Durch die Erfindung wird erreicht, dem Tragflügel eine gart bestimmte Biegeweichheit bei gleichzeitiger weitgehender Torsionssteifigkeit zu geben. Die hohe Torsionssteifigkeit bezieht sich vor allem auf die vorgeschwenkte Stellung, welche der Flügel beim Landeanflug sowie in den unteren Fluggeschwindigkeitsbereichen einnimmt. Die bei hohen Anstellwinkeln sowie beim Ausschlag von Hochauftriebsklappen oder Querrudern auftretenden großen Torsionsmomente wurden bei einem nicht torsionssteif ausgeführten Flügel zu unzulässig hohen Verformungen führen, was beispielsweise eine Verminderung der Klappenwirksamkeil oder das gefürchtete Phänomen einer Umkehr der Querruderwirkung zur Folge haben kann.

Im rückgepfeilten Zustand wird demgegenüber durch die Erfindung eine Verringerung des Anstellwinkels mit zunehmender Spannweite erreicht. Sie wird durch eine Durchbiegung des biegeweichen Flügels erzielt. Da die Biegeachse im rückgepfeilten Zustand in einem Winkel — dem Pfeilwinkel - zur aerodynamisch wirksamen Profilrichtung steht, tritt zugleich mit einer Durchbiegung eine Anstellwinkelverringerung sowie eine negative Profilwölbung auf, da die Profilhinterkante stets weiter von der Einspannebene entfernt ist als die Profilnase.

Dadurch ergibt sich zugleich mit dem Zurückschwemken des Flügels eine Änderung der Auftriebsverteilung in Flügelachsenrichtung in dem Sinne, daß der Auftriebsanteil der Flügelspitze im Verhältnis zum Auftriebsanteil der Flügelwurzel verringert wird. Die damit verbundene Wanderung des Auftriebsmittelpunktes nach vorne bewirkt, daß der erforderliche Trirnmausschlag des Höhenruders und der damit verbundene Trimmwiderstand geringer sein kann als bei einer herkömmlichen Anordnung und daß die durch den Abstand des Flugzeugneutralpunktes vom Schwerpunkt bestimmte statische Längsstabilität nicht oder nicht wesentlich gegenüber der vorgeschwenkten Lage erhöht wird. Im vorgeschwenktem Zustand wirkt sich eine Biegung flugmechanisch kaum aus, da die einzelnen Profilschnitte des Flügels lediglich gegeneinander höhenversetzt werden, so daß der Flügel lediglich eine vergrößerte V-Stellung einnimmt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt

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Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen schwenkbaren Flügel,

F i g, 2 in Diagrammform die Auftriebsverteilung des Bügels in verschiedenen Flügellagen sowie für versfdiiedene Biegesteifigkeiten,

Fig.3 in Diagrammfonn die statisch« Stabilität eines Flugzeuges mit variabler Flügelpfeilung bei starrem und bei jjegeweichem FlägeL

F i g. 4 und 5 schematisch zwei Tragflügelstrukturen,

Ein Rumpf 1, von dem wegen des symmetrischen Aufbaus nur der auf «iner Seite der Symmetrielinie 2 gelegene Teil dargestellt ist, weist einen feststehenden Innenflügel 3 auf, in dem der bewegliche Flügelteil 4 schwenkbar gelagert ist

b der vorgeschwenkten Lage steht die Flügelachse 5 annähernd rechtwinklig zur Symmetrieachse 2, und der in Anströmungsrichtung gelegene Flügelschnitt 6, welcher das in dieser Spannweite wirksame aerodynamische Profil darstellt, annähernd rechtwinklig zur Flügelachse 5. In der zurückgepfeilten Lage steht demgegen- ao über das wirksame aerodynamische Profil in einem Winkel zur Tragflügelachse 5. Bei einer Aufwärtsbiegung des rückgepfeilten Flügels wird demnach die Profilhinterkante stärker angehoben als die Profilnase, da sie einen größeren Abstand von der jeweils etwa senk- as recht zur Tragflügelachse stehend angenommenen Einspannebene aufweist als die Rügelnase,

Die Auftriebsverteilung des Flügels bei verschiedenen Lagen sowie bei verschiedenen Biegesteifigkeiten ist in F i g. 2 dargestellt Die Kurve 10 gibt die Auftriebsverteilung, der Punkt 11 die Lage des auf die Flugzeuglängsachse projezierten Auftriebsmittelpunktes bei vorgeschwenktem Flügel an. Bei Annahme eines starren Flügels geht die Auftriebsverteilungskurve 10 wahrend des Zurückschwenkens in die neue Auftriebsverteilungskurve 12 über, wobei der Auftriebsmtttelpunkt in die mit 13 bezeichnete Lage wandert Bei biegeweicher Ausführung des Tragflügels kann eine Auftriebsverteilungskurve etwa der Form 14 erreicht wer den. Wie aus der Abbildung hervorgeht, ist der Flächenschwerpunkt der unter der Kurve 14 liegenden Fläche weiter nach vorne verschoben, was einer Verschiebung des Auftriebsmittelpunktes zu der mit IS be zeichneten Stelle entspricht

F i g. 3 zeigt die Auswirkungen dieser beschriebenen MaOnahmeti auf die statische Längsstabilit&t des Flugzeuges bei verschiedenen Fluggeschwindigkeiten. Die Abszisse stellt die Mach-Zahl dar, während die Ordinate die Lage Xn des Neutralpunktes sowie die Lage Xs des Schwerpunktes beispielsweise bezogen auf die Vorderkante der mittleren aerodynamischen Flügeltiefe L angibt Die zur Abszisse parallele Linie 20 stellt die bei allen Mach-Zahlen unveränderliche Lage des Schwerpunktes dar. Kurve 21 zeigt die Neutralpunktlage für den Fall der vorderen Pfeilstellung des Flügels. Es ist zu erkennen, daß der Abstand des Neutralpunktes vom Schwerpunkt zunächst gleich bleibt und sich von einer bestimmten Mach-Zahl an verringert

Das bedeutet eine zunächst gleichbleibende und später abnehmende statische Längsstabilität des Flugzeuges. Bei einem Zurückschwenken des Flügels ergibt sich für einen starren Tragflügel die Neutralpunktlage aus der Kurve 22. Daraus geht hervor, daß die statische Längsstabilität bei hohen Mach-Zahlen erheblich höher ist als beispielsweise bei niedrigen Mach-Zahlen und nach von.e geschwenkten Flügeln. Die sich daraus ergebende Stabilität ist in der Regel so groß, daß sich das Flugzeug nur noch schwer trimmen bzw. manövrieren läßt Aus den Kurven 23 und 24 ist zu ersehen, daß sich durch biegeweiche Ausführung des Tragflügels eine erhebliche Verminderung der Stabilität erreichen läßt Dabei gibt die Kurve 23 die Neutralpunktlage in einer bestimmten Auslegungsflughöhe, die Kurve 24 dagegen in Seehöhe an.

Der in F i g. 4 dargestellte Tragflügel weist in seinem Außenbereich als Querversteifungen Rippen 40 auf, wobei jedoch zur Erzielung einer gegenüber der Flügelspitze größeren Torsionssteifigkeit im Wurzelbereicn die Rippen durch diagonale Stege 42 ersetzt sind

Eine besonders günstige Ausführungsform ist in F i g. 5 dargestellt, bei der der tragende Verband des Flügels im wesentlichen durch diagonale Stringer 43 gebildet wird, welche im Wurzelbereich in einem Winkel von annähernd 45° zur Flügelachse 44 liegen, während der Winkel sich zur Flügelspitze hin kontinuierlich auf etwa 90° vergrößert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

ί 781 Patentansprüche:

1. Tragflügel mit veränderlicher Pfeilung, dessen Biegesteifigkeit zur RBgelspitze hin abnimmt, da- S durch gekennzeichnet, daß er von der Flügelwurzel aus bis etwa zur halben Spannweite mit Diagonalstringern (42) und in dem sich daran nach außen anschließenden Bereich mit annähernd quer zur FlügeUängsachse verlaufenden Rippen (40) aus- ίο gestattet ist

2. Tragflügel.mit veränderlicher Pfeilung, dessen Biegesteifigkeit zur Flügelspitze hin abnimmt dadurch gekennzeichnet, daß er mit Diagonalstringern (43; ausgerüstet ist, wobei sich die Richtung der Stringer zur Flügellängsachse (44) von etwa ± 45° im Wurzelbereich kontinuierlich bis zu etwa 90° im Flügelspitzenbereich ändert.