DE19732953C1 - Tragflügel mit Landeklappe - Google Patents
Tragflügel mit LandeklappeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Tragflügel mit mindestens einer die
Hinterkante des Tragflügels bildenden und über einen Bewegungs
mechanismus angelenkten Landeklappe, mit einer Klappennase, einer durch
eine saugseitige Deckhaut und eine druckseitige Deckhaut begrenzte
Klappenhinterkante und einer Betätigungsvorrichtung zur elastischen
Verbiegung der Hinterkante.
Bei der Tragflügelgestaltung von Flugzeugen ist es wünschenswert, die
Geometrie des Tragflügelprofils an die veränderlichen Randbedingungen im
Verlauf einer Flugmission anzupassen.
Bei konventionellen Tragflügeln wird eine Änderung der Tragflügelhinter
kante nur in der Start- und Landephase durchgeführt. Bei einer möglichen
Vorrichtung für eine an einen Tragflügel angeordnete Landeklappe ist, wie
aus DE 41 07 556 C1 bekannt, die Landeklappe drehbar an einem auf einer
Führungsschiene beweglich angeordneten Wagen angelenkt und somit
verschiebbar, während ein angelenkter Hebel die Landeklappe in der
Ausfahrbewegung nach unten schwenkt. In der Start- bzw. Landephase wird
durch das Ausfahren nach hinten und das Wegklappen nach unten die
Flügelfläche vergrößert.
In DE 31 33 961 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Ausfahren und
Schwenken einer Landeklappe offenbart, bei der sich die auf einem Wagen
angeordnete Landeklappe auf einer abgeknickten Führungsschiene bewegt.
Die Möglichkeit zur Modifikation der Flügelhinterkante zur besseren
Ausschöpfung des Strömungspotentials des Flügels von Verkehrsflugzeugen
ist aber auch während des Reiseflugs erwünscht. Aus diesem Grund sind
Anordnungen bekannt, die es ermöglichen die Kontur der
Tragflügelhinterkante im Reiseflug zu verändern.
Bei einer Hinterkante gemäß DE 70 33 75 findet die Bewegungsübertragung
auf die durch eine obere und untere Deckhaut begrenzte Steuerfläche über
einen innerhalb des Profils an einer in Spannweitenrichtung verlaufenden
Achse angelenkten Abtriebshebel und einen damit in Verbindung stehenden
Hebel statt. Durch das Anbringen des Antriebshebels innerhalb der
Steuerfläche ist bei größeren Ausschlägen allerdings kein knickfreies
Verbiegen möglich.
Aus DE 42 43 203 A1 geht ebenfalls eine Hinterkante eines Tragflügels als
bekannt hervor, bei der die elastische Verbiegung durch eine innenliegende,
über eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse angelenkte, Platte
durchgeführt wird.
In US 4 247 066 ist eine Hinterkante offenbart, bei der über im Innern des
Profils in Strömungsrichtung verlaufende Gewindestangen die saugseitige
und druckseitige Deckhaut bei Drehung gegeneinander verschieben und so
eine elastische Verbiegung bewerkstelligen.
Es zeigt sich, daß bei der Mehrheit der bekannten Anordnungen keine
kontinuierliche, knickfreie Verwölbung des Profils möglich ist. Außerdem
liegt der Antrieb zur Veränderung der Hinterkantenkontur innerhalb des
Tragflügels, was zu schlechten Übersetzungsverhältnissen und hohen
Verstellkräften führt. Hinzu kommt, daß die im Innern angebrachten
Verstellvorrichtungen meistens eine hohe Masse besitzen und zu
Wartungszwecken schlecht zugänglich sind. Bewegliche Hinterkanten, die
über Gestänge und Steuerarme angesteuert werden, sind zusätzlich noch
aufwendig zu realisieren und weisen viele Verschleißteile auf.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Hinterkante eines
Tragflügels dahingehend weiterzuentwickeln, daß unter weitgehender
Beibehaltung des Aufbaus nach dem derzeitigen Stand der Technik eine
elastische Verbiegung der Hinterkante mit geringem Kraftaufwand auch in
Grenzbereichen knickfrei nach oben und unten möglich ist und die hierfür
notwendigen Betätigungsvorrichtungen zu Wartungszwecken leicht
zugänglich sind.
Das Problem wird bei einem Tragflügel der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Betätigungsvorrichtung außerhalb
des Profils der Landeklappe liegt, womit eine knickfreie elastische
Verbiegung, d. h. eine Änderung der Wölbung des Tragflügelprofils im
Bereich der Hinterkante erzielt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Hinterkante wird die operationelle Flexibilität
und Flugleistung für die jeweiligen Flugbedingungen erhöht und es können
Treibstoffersparnisse erzielt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungs
gemäßen Anordnung liegt in der Krafteinleitung, die unter Ausnutzung der
Landeklappe als Hebelarm die aufzuwendenden Stellkräfte um ein Vielfaches
vermindert. Außerdem wird durch die Anordnung die Wölbung des Profils in
einem vorgegebenen Bereich beliebig nach oben und unten variiert. Es zeigt
sich ebenfalls, daß die erfindungsgemäße Anordnung durch eine minimale
Änderung der bestehenden Konstruktion realisiert werden kann und nur eine
geringe Anzahl an Betätigungsvorrichtungen bzw. Bewegungseinrichtungen
benotigt werden, die bei Wartungsarbeiten gut zugänglich sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der zur Ausstellung der
Landeklappe benötigte Mechanismus zum Anbringen der Betätigungsvorrichtung
und der Bewegungseinrichtung an den tragenden Bauteilen des
Tragflügels herangezogen. Bei konventionellen Tragflügeln ist, wie aus DE 41 07 556
bekannt, die Landeklappe über einen vorderen Lagerbock
drehbeweglich auf einem Wagen angelenkt, der auf einer an tragenden
Flügelteilen befestigten, in Strömungsrichtung verlaufenden,
Führungsschiene beweglich angeordnet ist, was eine Verschiebung der
Landeklappe möglich macht. Gleichzeitig wird während der linearen
Bewegung über einen angelenkten Hebel der Hinterkantenwinkel verändert.
Größere Tragflügel weisen mehrere Landeklappen auf, wobei jede einzelne
Landeklappe auch über mehrere, in Richtung der Spannweite versetzte,
Führungsschienen und zugehörige Hebel verstellt wird.
Vorzugsweise wird die Betätigungsvorrichtung zwischen dem Ende der
Führungsschiene und der Klappenhinterkante angebracht. Dabei bewirken
sowohl schienenseitige als auch klappenseitige Lager, daß die genannten
Bauteile gegeneinander verdrehbar sind. Vorteilhaft wirkt sich aus, daß bei
diesem Aufbau die Betätigungsvorrichtung, wenn sie arretiert ist, als Hebel
zur Änderung des Hinterkantenwinkels beim Verschieben der Landeklappe
eingesetzt wird. Die elastische Verbiegung der Klappenhinterkante kann
erfolgen, indem die druck- und saugseitige Deckhaut aus elastischem
Material hergestellt sind, zwischen denen in Spannweitenrichtung
verlaufenden Stege die Struktur der Klappenhinterkante verstärken, ohne die
elastische Verbiegung der Hinterkante zu beschränken. Ebenfalls aus
Steifigkeitsgründen soll vorzugsweise die saugseitige Deckhaut der
Klappenhinterkante im Bereich der Klappennase eine größere Stärke
aufweisen als im hinteren Bereich, während die druckseitige Deckhaut eine
homogene Dickenverteilung besitzt. Es können aber auch Umstände
vorliegen, die es notwendig machen andere Aufbauten zu wählen.
Man kann die druckseitige Deckhaut an der Klappennase lagern und die
saugseitige Deckhaut einen Spalt zur Klappennase aufweisen lassen,
bevorzugt ist aber die biegeweiche Klappenhinterkante über die saugseitige
Deckhaut an der biegesteifen Klappennase gelagert und die tangentiale
Verschiebung der drückseitigen Deckhaut wird über einen strömungsgünstig
abgedeckten Spalt zwischen Klappennase und Klappenhinterkante
bewerkstelligt. Insoweit eine von beiden Deckhäuten stärker ausgebildet ist,
soll die Klappenhinterkante an dieser an der Klappennase gelagert sein. Der
Spalt zwischen Klappennase und Klappenhinterkante kann ebenso wie die
Betätigungsvorrichtung in der Ausfahrbewegung der Landeklappe während
der Lande- bzw. Startphase blockiert werden.
Zur Unterstützung der flexiblen Klappenhinterkante ist es vorteilhaft
zwischen dem Verbindungsbereich von Klappennase/Klappenhinterkante und
dem klappenseitigen Lager der Betätigungsvorrichtung eine Bewegungs
einrichtung an der Klappenhinterkante anzubringen. Diese Bewegungse
inrichtung verhindert ein durch die Strömungslasten bedingtes Durchbiegen
der flexiblen Hinterkante zur Saugseite hin und ermöglicht es eine ge
wünschte Biegelinie der Hinterkante zu erzeugen. Damit die Bewegungs
einrichtung die Bewegung der Landeklappe während der Lande- bzw.
Startphase nicht behindert, ist es vorteilhaft, die Bewegungseinrichtung über
ein Gestell an dem für die Linearbewegung der Landeklappe auf der
Führungsschiene verantwortlichen Schlitten anzulenken. Zu diesem Zweck
kann die Bewegungseinrichtung auch in einer neutralen Stellung arretiert
werden.
Bei dem oben erwähnten Bewegungsmechanismus zum Ausfahren der
Landeklappe während der Start- bzw. Landephase wird diese nach hinten
bewegt und über die starre Betätigungsvorrichtung nach unten geklappt,
weshalb die Landeklappe gegenüber dem Schlitten um eine in Spann
weitenrichtung verlaufende Achse drehbar sein muß. Da die Drehbewegung
um die in Spannweitenrichtung verlaufende Achse während des Reiseflugs -
wenn die flexible Hinterkante zum Einsatz kommt - unerwünscht ist, ist diese
Drehung blockierbar. Man könnte die Klappennase mit einem festen und
einem entriegelbaren Bolzen drehbeweglich blockierbar an dem Lagerbock
anbringen und den Lagerbock starr mit dem Schlitten verbinden, aber es ist
vorteilhaft, den Schlitten und den Lagerbock durch einen festen und einen
entriegelbaren Bolzen zu verbinden, während die Klappennase starr an den
Lagerbock angelenkt ist.
Die Blockierung der Drehbewegung der Landeklappe bzw. der tangentialen
Verschiebung der Deckhäute und die Ansteuerung von Bewegungs
einrichtung bzw. Betätigungsvorrichtung werden im Reiseflug und in der
Start- bzw. Landephase über eine Steuereinheit koordiniert. Bei Tragflügeln
mit mehreren Führungsschienen pro Landekappe läßt sich die flexible
Hinterkante spannweitig differenziert anschlagen, indem die Hinterkanten
struktur über benachbarte Betätigungsvorrichtungen unterschiedlich
ausgelenkt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele näher beschrieben, aus denen sich weiter Einzelheiten,
Merkmale und Vorzüge ergeben.
Es zeigt
Fig. 1 einen in Strömungsrichtung verlaufenden Schnitt durch eine an
einem Schlitten angelenkten Landeklappe mit flexibler Hinterkante und der
an einer Führungsschiene angebrachten Betätigungsvorrichtung.
Fig. 2 eine Ausführungsform entsprechend Fig. 1 mit einer an dem
Schlitten angebrachten Bewegungseinrichtung.
Fig. 3 einen in Strömungsrichtung verlaufenden Schnitt durch die
Klappenhinterkante einer Landeklappe mit Aufbau der Haut-Steg-
Kombination.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung handelt es sich um einen Schnitt durch
den Hinterkantenbereich eines Tragflügels 10 für ein Verkehrs- oder
Transportflugzeug, an dem eine teilweise durch einen Spoiler 11 bedeckte
Landeklappe 20 angeordnet ist. Letzterer ist, um die Verstellbarkeit bzw.
Verfahrbarkeit in der Start- bzw. Landephase und im Reiseflug zu gewähr
leisten, ein Antriebs- und Führungssystem zugeordnet, das sich im einzelnen
aus nachfolgenden Komponenten zusammensetzt, die in der Nähe der
seitlichen Endbereiche, zu Verstärkungszwecken aber auch in der Mitte, der
Landeklappen, angeordnet sind: Eine Führungsschiene 30 dient zur
Aufnahme eines in Schienenrichtung verschiebbaren Schlittens 31, an dem
über einen vorderen Lagerbock 32 die Landeklappe 20 angelenkt ist. Dabei
ist im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels die Klappennase 21
mittels zweier fester Bolzen 27 am vorderen Lagerbock 32 angebracht,
während die Verbindung zwischen Schlitten 31 und vorderem Lagerbock 32
über einen ersten entriegelbaren Bolzen 34 und einen ersten festen Bolzen 33
stattfindet, um den die Drehung der Landeklappe um eine in
Spannweitenrichtung verlaufende Achse in der Start- bzw. Landephase
erfolgt. Am hinteren Ende der Führungsschiene 30 ist über ein
schienenseitiges Lager 35 die Betätigungsvorrichtung 29 drehbeweglich
angelenkt. Diese ist im Endbereich der Klappenhinterkante 22 mittels eines
klappenseitigen Lagers 28 drehbeweglich an der Landeklappe 20 befestigt.
Durch die in diesem Beispiel angeführte Anordnung klappt die in neutraler
Stellung arretierte Betätigungsvorrichtung 29 beim nach hinten fahren der
Landeklappe 20 während der Start- bzw. Landephase auf einer Kreisbahn
nach hinten, was die Wölbung des Tragflügels erhöht. Die erfindungsgemäße
Betätigungsvorrichtung 29 ist auch bei anderen geeigneten Mechanismen zur
translatorischen Bewegung und Änderung des Hinterkantenwinkels der
Landeklappe, z. B. Stabkonstruktionen, einsetzbar.
Die Klappenhinterkante 22 ist im Falle des hier dargestellten Beispiels nur
über die saugseitige Deckhaut 23 an der Klappennase 21 starr gelagert. Die
druckseitige Deckhaut 24 weist zur Klappennase 21 einen Bewegungs
freiraum 25 auf, der mittels einer Abdeckung 26 strömungsgünstig verkleidet
ist. In dieser Anordnung werden im flexiblen Einsatz der Landeklappe 20
während des Reiseflugs, wenn die Betätigungsvorrichtung 29 den Abstand
zwischen Führungsschiene 30 und Klappenhinterkante 22 variabel
modifiziert und eine Veränderung der Hinterkantenwölbung herbeiführt - der
Ausschlag nach oben ist strichpunktiert dargestellt - die Spannungen in den
saugseitigen und druckseitigen Deckhäuten 23, 24 minimiert. Die elastische
Verbiegung liegt in einem Bereich von ± (15-20)°, wobei der Scheitelpunkt
des Winkels in einem Abstand von 10% der lokalen Profiltiefe des Flügels
von der hinteren Kante der Landeklappe angetragen wird und zwischen
saugseitiger und druckseitiger Deckhaut 23, 24 liegt.
Fig. 2 zeigt eine modifizierte Konfiguration einer an einen Tragflügel 10
angelenkten und teilweise von einem Spoiler 11 bedeckten Landeklappe, die
sich dahingehend von dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau unterscheidet, daß
eine Bewegungseinrichtung 29a an der Klappenhinterkante 22 zwischen
Klappennase 21 und klappenseitigem Lager 28 der Betätigungsvorrichtung
29 angebracht ist. Um einen störenden Einfluß der Bewegungseinrichtung
29a beim Ausschwenken der Landeklappe 20 während der Start- bzw.
Landephase zu verhindern, ist diese in dem dargestellten Ausführungs
beispiel über einen biegesteifen Träger 36 und den vorderen Lagerbock 32
am Schlitten 31 befestigt und wird mit diesem mitbewegt.
In Fig. 3 ist der Aufbau der flexiblen Klappenhinterkante 22 dargestellt. Eine
druckseitige Deckhaut 24 ist über mehrere in Spannweitenrichtung
verlaufende Stege 24a, deren Längen nach hinten hin abnehmen, mit der
saugseitigen Deckhaut 23, deren Dicke sich im dargestellten Ausführungs
beispiel vom Befestigungsbereich 25a zur Klappennase 21 nach hinten
verringert, verbunden. Eine Veränderung der Anzahl der Stege 24a und der
Querschnittsdimensionierung der Deckhäute und Stege führt zu einer
Variation der Steifigkeit der Klappenhinterkante 22.
Claims (18)
1. Tragflügel (10) mit mindestens einer die Hinterkante des Tragflügels
bildenden und über einen Bewegungsmechanismus angelenkten Landeklappe
(20), mit einer Klappennase (21), einer durch eine saugseitige Deckhaut (23)
und eine druckseitige Deckhaut (24) begrenzte Klappenhinterkante (22) und
einer Betätigungsvorrichtung (29) zur elastischen Verbiegung der Hinterkante,
dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (29) außerhalb des
Profils der Landeklappe liegt.
2. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Klappennase (21) biegesteif und die
Klappenhinterkante (22) biegeweich ausgebildet ist.
3. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenhinterkante (22) als Haut-Steg-
Kombination ausgebildet ist, bei der die saugseitige Deckhaut (23) und die
druckseitige Deckhaut (24) über spannweitig verlaufende Stege (24a)
verbunden sind.
4. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der saugseitigen Deckhaut (23)
und/oder der druckseitigen Deckhaut (24) der Klappenhinterkante in
Strömungsrichtung variabel ausgestaltet ist.
5. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungsbereich von
Klappennase (21) und Klappenhinterkante (22) und dem klappenseitigen
Lager (28) der Betätigungsvorrichtung (29) eine die Bewegung der
Landeklappe (20) mitausführende Bewegungseinrichtung (29a) angebracht
ist.
6. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die saugseitige Deckhaut (23) und/oder
druckseitige Deckhaut (24) der Klappenhinterkante (22) begrenzt tangential
gegenüber der Klappennase (21) verschiebbar ist/sind.
7. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Verschiebung zwischen
Klappennase (21) und saugseitiger Deckhaut (23) und/oder druckseitiger
Deckhaut (24) der Klappenhinterkante (22) durch einen Bewegungsfreiraum
(25) durchgeführt wird.
8. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmöglichkeit zur tangentialen
Verschiebung der saugseitigen Deckhaut (23) und/oder druckseitigen
Deckhaut (24) blockierbar ausgebildet ist.
9. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsmechanismus zum Ausfahren
der Landeklappe (20) als Führungsschiene (30) ausgebildet ist, auf der ein
über einen vorderen Lagerbock (32) mit der Klappennase (21) verbundener
Schlitten (31) nach hinten beweglich ist.
10. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (29) zwischen
Klappenhinterkante (22) und der Führungsschiene (30) angebracht ist.
11. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung (29a) an dem
Lagerbock (32) angelenkt ist.
12. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Landeklappe (20) im Bereich der
Klappennase (21) um eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse
drehbar gelagert ist.
13. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Landeklappe (20) um die in
Spannweitenrichtung verlaufende Achse blockierbar ist.
14. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Achse ein in Spannweitenrichtung
verlaufender, den Schlitten (31) und den vorderen Lagerbock (32) drehbar
verbindender erster fester Bolzen (33) ist und die Klappennase (21) starr mit
dem vorderen Lagerbock (32) verbunden ist.
15. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Achse ein in Spannweitenrichtung
verlaufender, die Klappennase (21) und den vorderen Lagerbock (32) drehbar
verbindender zweiter fester Bolzen ist und der Schlitten (31) starr mit dem
vorderen Lagerbock (32) verbunden ist.
16. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierung der Drehung der
Landeklappe (20) über mindestens einen ersten Verriegelungsbolzen (34)
zwischen dem Schlitten (31) und dem vorderen Lagerbock (32)
bewerkstelligt wird.
17. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierung der Drehung der
Landeklappe (20) über mindestens einen zweiten Verriegelungsbolzen
zwischen der Klappennase (21) und dem vorderen Lagerbock (32)
bewerkstelligt wird.
18. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Dreh- und Linearbewegungen der
Landeklappe und die Blockierung der Deckhautverschiebung über eine
Steuereinheit koordinierbar sind.
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