DE19716164A1 - Vorrichtung zur Abdichtung eines seitlichen Spaltes an Klappen und Rudern umströmter Körper - Google Patents

Description

Werden Klappen und Ruder an umströmten Flächen ausgeschlagen, so entsteht ein Spalt zwischen der Ruderseitenkante und angrenzenden Teilen wie zum Beispiel Flügelende (Randbogen), feststehenden mittlerer Flügelteil, einer weiteren Klappe und/oder Rumpf.

Spaltabdichtungen an Rudern und Klappen wurde seit je her große Aufmerksamkeit gewidmet, da sich erhebliche Leistungsverbesserungen erzielen lassen. Bisher wurde hauptsächlich der Spalt zwischen Rudervorderkante und Flügel (senkrecht zur Strömungsrichtung, parallel zur Ruderlangsachse) mit Erfolg abgedichtet.

Bekannte Lösungsansatze zur Seitenspaltabdichtung sind:

• a) der Seitenspalt zwischen einzelnen Rudern/Klappen sowie zwischen Ruder/Klappen und angrenzenden, feststehenden Teilen wurde versuchsweise mit Seitenscheiben, die senkrecht zur Oberflache der umströmten Flache angeordnet waren, verschlossen.
• b) Ein anderer Ansatz ist, die Klappe (z. B. Querruder) am Flügelende bis ganz außen ohne weitere feststehende Teile vorzusehen.
• c) Klappen an Luftfahrzeugen, die nahe des Rumpfes enden (Wölbklappen), werden gelegentlich bis zum Rumpf fortgeführt, so daß die meist senkrechte Rumpfseitenwand die Funktion der Abdichtung auch bei ausgeschlagener Klappe erfüllt.
• d) Übergang Flügel/Rumpf nach Patent Nr. DE 31 49 629
  

Üblicherweise werden Seitenspalte derzeit nicht abgedichtet. Es kommt deshalb zu erhöhten Strömungswiderständen, verringerten Auftriebsbeiwerten, erhöhter Gerauschbildung, verminderter Ruderwirkung, unerwünschten Momenten und gestörten Strömungsverhaltnissen an den Übergängen zwischen verschieden gewölbten Teilen des umströmten Profils.

Nachteile der vorgenannten Lösungsansatze sind:

• a) Seitenscheiben an Klappen, die senkrecht zur Profiloberflache und parallel zur Strömung angeordnet sind, verhindern weitgehend eine Durchströmung des Seitenspaltes, erzeugen aber auch bei nicht ausgeschlagenen Klappen einen erhöhten Widerstand, da sie auch dann über die Profilkontur hinausstehen. Zudem behindern sie Strömungen, die nicht genau parallel zu ihrer Ausrichtung verlaufen: Solche dreidimensionalen Strömungen kommen in den Bereichen von Flügelenden, in Interferenzzonen zum Rumpf oder anderen Bauteilen sowie am gesamten Profil bei schräger Anströmrichtung und gepfeilten Flügeln vor.
  Hervorstehende Teile wie Endscheiben sind einer erhöhten Gefahr der Beschädigung ausgesetzt. Bei Segelflugzeugen, die häufig in geeigneten Transportbehaltern auf der Straße transportiert werden müssen, stellen sie ein Verpackungsproblem dar.
• b) Bis zum Flügelende verlaufende Klappen (Querruder) befinden sich am äußeren Ende in einem Bereich, dessen Strömung von verschiedenen Vorgängen beeinflußt wird. So kann es insbesondere zu einer Flatteranregung der Klappe durch den Randwirbel des Flügels kommen. Eine ausgeschlagenen Klappe am Rand des Flügels erzeugt zusätzlichen Widerstand durch Verstärkung des Randwirbels. Der induzierte Widerstand wird erhöht. Ruder und Klappen, die bis zum Flügelende reichen, sind einem erhöhten Beschädigungsrisiko ausgesetzt.
• c) Klappen, die bis an den Rumpf oder Triebwerksgondeln heranreichen, können nur durch senkrecht zur Profiloberfläche verlaufende Seitenwände abgedichtet werden. Diese Anordnung ist nur bei bestimmten Luftfahrzeugtypen möglich. Eine ausgeschlagene Klappe, die an eine Rumpfseitenwand grenzt, erzeugt einen erhöhten Interferenzwiderstand, da Druckverläufe ungünstig überlagert werden.
• d) Die Lösung nach Patent Nr. DE 31 49 629, bei der eine Zusatzklappe Anwendung findet, die einen Spalt zwischen Klappe und Rumpf oder einem in entsprechender Position montiertem Bauteil schließt, löst die Abdichtungsaufgabe, ohne bei neutraler Klappenposition einen erhöhten Widerstand zu erzeugen, da die Klappe in dieser Position vollständig innerhalb der Profilkontur liegt. Nicht gelöst ist jedoch die Aufgabe, innerhalb des Bereichs der Zusatzklappe einen stetigen, strömungsgünstigen Profilverlauf zu erreichen. Bei der im Patent DE 31 49 629 genannten Lösung entsteht bei ausgeschlagener Klappe ein doppelt geknickter Profilverlauf mit Knick der Profilsehne in unterschiedliche Richtungen (Fig. 5), der sich negativ auf die Strömungsverhältnisse auswirkt und den Widerstand erhöht. Deshalb ist diese Lösung nur für Klappen geeignet, die nur während eines begrenzten Zeitraums verwendet werden, beispielsweise Klappen, die zum Start und zur Landung von Luftfahrzeugen als Auftriebshilfe eingesetzt werden. Nicht gelöst ist die Abdichtung zwischen zwei beweglichen Klappen und einer strömungsgünstigen Ausformung einer Klappe am Flügelende. Die Anbringung der erforderlichen strömungsparallelen Drehachse am Flügelende ist unter anderem deshalb sehr problematisch, weil die Achse höchstens einseitig gelagert werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Abdichtung des seitlichen Spalts an Klappen und Rudern, auch wenn angrenzende Teile ihrerseits beweglich sind, wie z. B. weitere Klappen. Weitere Aufgaben sind die Abdichtung vorgenannter Spalte mit einem strömungsgünstigen Profilverlauf, sowie die Möglichkeit zur Abdichtung des Spaltes zwischen zwei Rudern oder Klappen unterschiedlicher Tiefe.

In den Zeichnungen sind als Beispiele dienende Ausführungen aufgeführt.

Fig. 1 Übergang zwischen Klappe und feststehenden Profilbereichen.

Fig. 2 Übergang zwischen Klappen unterschiedlicher Tiefe.

Fig. 3 Übergang zwischen gleich tiefen Klappen.

Fig. 4 Lösung mit zwei Zusatzklappen ohne Hauptklappe.

Fig. 5 Lösung nach Patent Nr. DE 31 49 629.

Fig. 6 Lösung nach vorliegendem Patentanspruch.

Fig. 7 Antrieb der Zusatzklappe mittels Bolzen.

Fig. 8 Antrieb und Abdichtung der Zusatzklappe mittels flexibler Lamelle.

In den Fig. 1-8 werden die Einzelteile folgendermaßen benannt:

1 - Zusatzklappe
2 - Hauptklappe
3 - Umströmte Fläche
4 - Drehachse der Zusatzklappe
5 - Drehachse der Hauptklappe
6 - Hinterkante der umströmten Fläche
7 - Verbleibender Spalt
8 - Randbogen
9 - Vorderkante.

Um den seitlichen Spalt an ausgeschlagenen Rudern und Klappen abzudichten, ist eine Zusatzklappe (1) seitlich der Hauptklappe (2) am Flügel (3) vorgesehen Fig. 1. Die Drehachse (4) der Zusatzklappe (1) verläuft vom seitlichen Ende der Drehachse (5) der Hauptklappe (2) zur Hinterkante (6) der umströmten Fläche (3). Die Drehachse (4) der Zusatzklappe (1) verläuft schräg zur Hinterkante (6) der umströmten Fläche (3). Die Zusatzklappe (1) wird zusammen mit der Hauptklappe (2) bewegt. Dabei entsteht je nach Klappenwinkel und Winkel zwischen Flügelhinterkante (6) und Drehachse (4) der Zusatzklappe (1) ein kleiner Spalt (7). Dieser Spalt kann z. B. mit Dichtlippen, die in Haupt- und Zusatzklappe verschieblich gelagert sind, verschlossen werden.

Die vorliegende Erfindung hat gegenüber nicht abgedichteten Seitenspalten folgende Vorteile:

• - Die Erfindung verursacht eine Erhöhung des maximalen Auftriebs und Verringerung des Widerstands vor allem bei ausgeschlagener (aber auch bei nicht ausgeschlagener) Klappe, weil kein wesentlicher Druckausgleich vor der Flügelhinterkante stattfinden kann.
• - Es ergibt sich eine bessere Ruderwirkung.
• - Die Giermomente, die aus Ruderbewegungen (vor allem Querruder) resultieren, sind erheblich geringer.
• - Die Geräuschemission bei ausgeschlagenen Klappen und Rudern wird erheblich vermindert.
• - Es ergibt sich ein stetiger Übergang vom gewölbten zum ungewölbten bzw. zwischen unterschiedlich gewölbten Flügelteilen.
• - Für Fremdkörper besteht keine Möglichkeit die Bewegung der Ruder durch Eindringen in die Spalte zu behindern, da kein Spalt vorhanden ist.
• - Es entstehen keine Zusatzwiderstände, vor allem bei nicht ausgeschlagener Klappe, weil keine zusätzliche umströmte Oberfläche vorhanden ist.
• - Es findet keine Behinderung von Strömungen, die einen Anteil senkrecht zur Hauptströmungsrichtung aufweisen, statt.
• - Es entstehen keine Transportprobleme, da keine Teile aus der Oberfläche herausragen.
• - Es ergibt sich ein stetiger Übergang vom gewölbten zum ungewölbten bzw. zwischen unterschiedlich gewölbten Flügelteilen.
• - Die Ruder befinden sich nicht im Randwirbel des Tragflügels oder Leitwerks. Dadurch findet keine, bzw. eine erheblich geringere Flatteranregung statt. Auch Widerstände und Giermomente werden vermindert.
• - Die Gefahr der Beschädigung der Ruder und Klappen sowie deren Anlenkungen ist bei Klappen geringer, wenn sie nicht bis zum Ende des Flügels oder Leitwerks reichen.
• - Klappen und Ruder, die an Rümpfe, Triebwerksverkleidungen oder ähnliche Teile angrenzen, können ohne zusätzlichen Interferenzwiderstände abgedichtet werden und die Form der angrenzenden Teile ist beliebig.
• - Im Bereich der Zusatzklappe entsteht auch bei ausgeschlagen er Klappe ein nur einfach geknickter Profilverlauf. Die Knickstelle wandert von der Drehachse der Hauptklappe zur Flügelhinterkante und ermöglicht eine sehr harmonische Abnahme der Skelettlinienverwölbung des Profils (Fig. 6).
• - Die Erfindung ermöglicht es, zwei Ruder oder Klappen mit gleicher oder unterschiedlicher Tiefe, die gleich, ungleich oder gegensinnig ausschlagen, spaltfrei zu verbinden (Fig. 2). Zwei Ruder oder Klappen mit gleicher Tiefe können mit geringem Aufwand miteinander spaltfrei verbunden werden, da nur ein Zusatzruder benötigt wird (Fig. 3).
• - Die Erfindung ermöglicht es, eine Klappe spaltfrei bis zum Ende eines Flügels (Fig. 1) oder beidseitig (Fig. 4) auf eine Klappentiefe von null auslaufen zu lassen.

Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen:
Um den seitlichen Spalt an ausgeschlagenen Rudern und Klappen abzudichten, ist eine Zusatzklappe (1) seitlich der Hauptklappe (2) am Flügel (3) vorgesehen Fig. 1. Die Drehachse (4) der Zusatzklappe (1) verläuft vom seitlichen Ende der Drehachse (5) der Hauptklappe (2) zur Hinterkante (6) der umströmten Fläche (3). Die Drehachse (4) der Zusatzklappe (1) verläuft schräg zur Hinterkante (6) der umströmten Fläche (3). Das Zusatzklappe (3) wird zusammen mit der Hauptklappe (2) bewegt. Bei ausgeschlagen er Klappe entsteht je nach Klappenwinkel und Winkel zwischen Flügelhinterkante und Drehachse der Zusatzklappe ein kleiner Spalt (7) zwischen beiden Klappen. Dieser Spalt kann z. B. mit Dichtlippen, die in Haupt- und Zusatzklappe verschieblich gelagert sind (Fig. 8), mit Lamellen, elastischem Material, einer Überlappung beider Klappen o. ä. verschlossen werden. Die Lagerung der Zusatzklappe kann in einer Hohlkehle, mit einem einfachen Scharnier, einem sogenannten Elastic-Flap oder Sonstigen gebräuchlichen Lagerungsarten erfolgen. Aus mechanischen Gründen sollte die Lagerung der Zusatzklappe der der Hauptklappe entsprechen. Die Anlenkung der Zusatzklappe kann durch eine separate Anlenkung oder eine mechanische Kopplung der Zusatzklappe an die Hauptklappe erfolgen. Eine mechanische Kopplung kann durch o. g. Dichtlamellen oder einen oder mehrere Bolzen erfolgen (Fig. 7).

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Abdichtung eines Seitenspaltes an Klappen und Steuerflächen an Flügeln, Leitwerken und anderen umströmten Körpern mittels einer oder mehrerer Zusatzklappen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der Zusatzklappe(n) schräg zur Drehachse der Hauptklappe verläuft, und die Zusatzklappe(n) zusammen mit der Hauptklappe bewegt wird (werden).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hinterkantenklappen die Drehachse der Zusatzklappe von der Drehachse der Hauptklappe zur Hinterkante des umströmten Körpers verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorderkantenklappen die Drehachse der Zusatzklappe von der Drehachse der Hauptklappe zur Vorderkante des umströmten Körpers verläuft.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwischen einzelnen Klappen und/oder Steuerflächen unterschiedlicher Bewegungsrichtung eingesetzt wird.