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Einrichtung zur Beeinflussung der Wirbel auf der Oberseite von Tragflügeln.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beeinflussung der Wirbel
auf der Oberseite von Tragflügeln mit gepfeilter Vorderkante, bestehend aus einem
oder mehreren an der Tragflügelvorderkante fest oder beweglich angeordneten, etwa
in der Flügelebene liegenden Vorflügel.
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Eine derartige, sägezahnartig gestaltete FlAgelvorderkante hat die
Aufgabe, den normalerweise an der Oberseite eines gepfeilten FlUgels sich ausbildenden
Wirbel in mehrere kleine Einzelwirbel aufzuteilen. Hierdurch wird das Aufplatzen
des Hauptwirbels hinausgezögert, die Strömung länger anliegend erhalten und dadurch
ein Auftriebseinbruch und eine Momentenwanderung (pitch-up) bei hohen Anstellwinkeln
vermieden sowie der induzierte Widerstand vermindert.
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Es ist bereits eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt,
bei der die Vorflügel Jeweils eine ungepfeilte Vorderkante sowie eine in Flugrichtung
verlaufende Seitenkante aufweisen. Die dadurch hervorgerufenen Einzelwirbel haben
alle Jeweils die gleiche Drehrichtung wie der durch sie ersetzt Hauptwirbei, so
daß noch nicht die optimale Wirkung erreicht wird (US-Patentschrift 2 743 888).
Ein wesentlicher Nachteil mehrerer gleichsinnig rotierender Wirbel ist, daß diese
aufr grund von Interferenzkräften zwischen den Wirbeln eines Paares von der Oberseite
der Tragfläche abgelenkt werden können, Bei einer anderen bekannten Einrichtung
wird die Aufteilung des itauptwirbels
in mehrere Einzelwirbel durch
sogenannte Wirbelteiler erreicht, die z.B. in der Gestalt von Trenngittern an der
Druckseite der Tragfläche an oder in der Nähe der Vorderkanten angeordnet werden
(DAS 1 269 496.). Außerdem bind zusätzlich Wirbelerzeuger vorgesehen, welche jeweils
zwischen einem Paar gleichsinnig rotierender Wirbel einen zusätzlichen, entgegengesetzt
rotierenden Wirbel erzeugen. Dadurch läßt sich eine durch lnterferenzkräfte verursachte
Ablenkung einzelner Wirbel von der Tragflügeloberseite verhindern. Die Verwendung
von sowohl Wirbelteilern als auch zunätzlichen Wirbelerzeugern der gezeigten Art
erhöht jedoch das Baugewicht und vermindert die aerodynamische Güte des Tragflügels
erheblich, da die Wirbelerzeuger zwar einen Widerstand, jedoch keinen Auf trieb
liefern und ihre Energie aus einer Querströmungskomponente des Flügels beziehen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der eine Aufteilung in mehrere Einzelwirbel sowie eine Einschaltung
eines gegensinnig rotierenden Wirbels zwischen ein gleichsinnig rotierendes Wirbelpaar
mit einem möglichst geringen baulichen Aufwand sowie mit einem @ Istmöglichen aerGG
n.ischn Wirkungsgrad erreicht wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorflügel
im ausgefahrenen Zustand Jeweils eine der Pfeilung der Tragflügelvorderkante entgegengesetzt
gepfeilte sowie eine in Flugrichtung verlaufende Seitenkante aufweisen.
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Auf diese Weise wirkt jeder Vorflügel nicht nur als Wirbelteiler,
sondern er dient g gleichzeitig auch der Erzeugung eines Wirbels mit beatimiter,
den Tragflügelwirbeln entgegengesetzter Drehrichtung. Gegeniiber dcn senkrecht zur
Flügel ebene stehenden Wirbelteilern bzw.
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Wirbelerzeugern haben sie zudem den Vorteil, daß sie zugleich eine
Vergrößerung der Tragflügelfläche und damit eine erhöhung des Auftriebes bewirken.
Bei sorgfältiger Ausbildung ist demnach keine Verringerung der aerodynamischer Güte
des Tragflügels zu erwarten.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Vorf@ügel die Grundrissform eines Dreieckes mit einem im ausgefahrenen Zustand zur
Tragflügelvorderkante entgegengesetzt gepfeilten, einem in Flugrichtung verlaufenden
sowie einem mit der Tragflügelvorderkante zusammenfallenden Schenkel haben. Der
von diesem Vorflügel ausgehende Wirbel k@mpensiert dann Jeweils den von dem benachbarten
Tragflügelstück ausgehenden Wirbel.
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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Vorflügel
etwa die Grundrissform eines Trapezes auf, welches zwei parallel zur Tragflügelvorderkante
verlaufende Längskanten sowie eine in Flugrichtung verlaufende und eine entgegengesetzt
zur Tragflügelvorderkante gepfeilte Seitenkante besitzt. in derartiger Vorflüge
entsteht beispielsweite dadurch, daß die Seitenkenten einer herkömmlichen Nasenklapne
in der erfindungsgemäßen Veise ausgebildet werden.
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Da die Beeinf@ussung der Flügelwir@e@ nur beim Flug mit hehem Anstellwinkel
ven Bedeutung ist, ist weiterhin erfindungsgemäß vergesehen,
daß
die Vorflügel aus dem Tragflugelinneren nach außen verschiebbar oder um etwa senkrecht
zur Tragflügelebene gelagerte Achsen aus dem Inneren des Tragflügels ausschwenkbar
sind. Für die Schnellflugphasen können demnach die Vorflügel in das Tragflügelinnere
eingezogen werden.
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Zur Verstärkung der Wirbelbildung ist nach einer Ausgestaltung der
Erfindung vorgesehen, daß die Vorflügel gegenüber der Tragflügelebene um eine zur
Flugrichtung sowie eine zur Flügelvorderkante rechtwinklige Achse angestellt sind.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigens Figur 1 ein Flugzeug mit Deltaflügel sowie einem an der
FlAgelsorderkante angeordneten Vorflügel in Dreieokform; Figur 2 ein Flugzeug mit
einem Deltaflügel sowie mit zur Wirbelbeeinflussung eingerichteten Flügelnasenklappen
oder Vorflügeln; Figur 3 einen dreieckigen Vorflügel gemäß Figur 1 in vergrößterter
Darstellung; Figur 4 eine Ansicht gemäß der Linie IV in Figur 3; Figur 5 einen Schnitt
gemäß der Linie V-V in Figur 3; Figuren 6 und 7 zwei verschiedene Arten, die Vorflügel
einzufahren.
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In Figur 1 ist zur Verdeutlichung der Wirkung der vorbeschriebenen
Einrichtung die linke Tragflügelhälfte 1 mit einem Vorflügel 2,
rechte
Tragflügelhälfte 3 jedoch t>hne Vorflügel dargestellt. Wie schematisch angedeutet
wurde, erzeugt der zwischen dem Flugzeugrumpf 4 sowie dem Vorflügel 2 liegende Abschnitt
5 der Flügelvorderkante am linken Tragflügel einen in Flugrichtung gesehen im Gegenuhrzeigersinn
drehenden Wirbel 6, während die schräge Vorderkante des Vorflügels 2 einen im Uhrzeigersinn
rotierenden Wirbel 7 hervorruft. Der Gewinn dieser Maßnahme ist, wie weiter vorne
bereits beschrieben wunde, zweifach, und begründet sich erstens durch eine Aufteilung
ei.r-#3 großen Wirbels in mehrere kleine und zweitens durch die günstigeren
Interferenzbedingungen zwischen jeweils zwei entgegengesetzt rotierenden, benachbarten
Wirbeln.
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Die zweite Seitenkante 9 des dreieckigen Vorflügels verläuft in Flugrichtung,
so daß dort die Ablösung und Wirbelbildung vermieden wird.
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Ohne Vorflügel der beschriebenen Art entsteht, wie an der rechten
Tragflügelhälfte 3 schematisch gezeigt wird, an der stark gepfeilten Flügelvorderkante
im wesentlichen ein großer Wirbel 8, welcher mit erheblichen Verlusten behaftet
ist. Da sich der Gewinn bis zu einer gewissen Grenze um so mehr vergrößert, Je weiter
die Aufteilung des Eauptwirbels in mehrere Einzelwirbel getrieben wird, ist es zweckmäßig,
entlang der Flügelvorderkante mehrere Vorflügel anzuordnen, wie jedoch nicht näher
dargestellt wurde.
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In Figur 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die
Nasenklappe 20 durch eine entsprechende Formgebung der Kanten 21, 22 als Wirbelteiler
mit den geforderten Eigenschaften wirkt. Die Seitenkante 21 weist einen Pfeilwinkel
auf, weloher die gleiche Größe wie
der Pfeilwinkel des Flügels selbst
hat, jedoch bezüglich der Slugrichtung entgegengesetzt gerichtet ist. Diese Seitenkante
erzeugt einen Wirbel 23, dessen Drehrichtung der des von der Vorderkante des Flügels
selbst ausgehenden Wirbels 24 entgegengesetzt ist.
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Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung noch einmal den Vorflügel
2 aus Figur 1. Die Ebene dieses Vorflügels ist nicht exakt parallel zur Ebene des
Tragflügels, sondern die beiden Ebenen bilden einen Winkel zueinander.
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Wie aus den Figuren 4 und 5 hervorgeht, setzt sich dieser Winkel zusammen
aus einem Winkelα, welcher die Schwenkung des Vorflügels um eine in der Flügelvorderkante
liegende Achse angibt, sowie aus einem Winkel ß , mit dem die Anstellung des Vorflügels
um eine zur Flügelvorderkante senkrechte Achse bezeichnet wird.
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Wie in Figur 5 beispielsweise dargestellt ist, besitzt der Vorflügel
2 eine scharfe Vorderkante, um das Abreißen der Strömung sowie eine Wirbelbildung
zu bewirken.
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In den Figuren 6 und 7 sind zwei verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt,
den Vorflügel 2 in den Tragflügel einzuziehen bzw. einzuschwenken.
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Durch die Ausbildung des Vorflügels 2 als gleichschenkliges Dreieck
ist es möglich, den im Tragflügel erforderlichen Schlitz zum Ausfahren des Vorflügels
so klein wie möglich zu halten. Der Vorflügel ist um eine zur Flügelebene etwa senkrechte
@@@@e 32 schwenkbar, so daß im,
eingefahrenen Zustand die Kante
30, im ausgefahrenen Zustand Jedoch die gleichgroBe Kante 31 den Schlitz abdecken.
In allen Zwischenlagen ist der schlitz groß genug, um eine Schwenkbewegung des Vorflügels
zu ermöglichen,