DE19734770A1

DE19734770A1 - Einrichtung zur Verringerung der Randwirbel von endlichen dynamischen Auftriebskörpern durch Erzeugung einer Gegenströmung

Info

Publication number: DE19734770A1
Application number: DE19734770A
Authority: DE
Inventors: Tina Artinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 1999-02-18

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluiddynamischen Auftriebskörper mit mindestens einem freien Ende und mit einem eine Unterdruckseite und eine Überdruckseite aufweisenden Strömungsprofil sowie ein Verfah ren zur Unterdrückung oder zur Verringerung eines Randwirbels an einem freien Ende eines Auftriebskörpers mit einem eine Unterdruck- und Über druckseite aufweisenden Strömungsprofil.

Die Wirkung aero- und hydrodynamischer Auftriebskörper, beispielsweise in Form von Flugzeugtragflächen, Helikopter-Rotoren, Propellern usw., beruht darauf, daß ein geeignetes Profil durch Umströmung auf einer Seite Unterdruck und auf der anderen Seite Überdruck entwickelt. Bei ei ner Tragfläche oder einem Helikopter-Rotorblatt wird der Unterdruck auf der Oberseite der Tragfläche bzw. des Blattes und der Unterdruck auf der Unterseite erzeugt. Hierdurch wird eine quer zur Anströmung wirkende Kraft, die Auftriebskraft, erzeugt.

An den freien Enden solcher Auftriebskörper versuchen sich die Druck unterschiede auszugleichen. Es entsteht um das Körperende herum eine Strömung vom Überdruckbereich zum Unterdruckbereich hin. So bildet sich der sogenannte Randwirbel aus, der zu Wirkungsgradverlusten führt und dessen Energie auch zum Teil in Schall umgewandelt wird.

In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß sich das mit dem Auftriebskörper versehene Fahrzeug üblicherweise in Bewegung befindet, so daß die Strömung vom Überdruckbereich zum Unterdruckbereich die Form einer helixförmigen, sich hinter dem Auftriebskörper erstreckenden, spiralförmigen Strömung annimmt, daher der Name Randwirbel.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik versucht man, die Randwir belverluste durch folgende Maßnahmen zu verringern:

- Vergrößerung des Seitenverhältnisses (d. h. der Streckung = mittlere Tragflächentiefe (bei einem Rotorblatt mittlere Blattiefe): die Spannweite = Lambda)
- Verwendung von Profilen, die im Endbereich weniger Auftrieb erzeugen
- Verringerung des Anstell-/Einstellwinkels im Endbereich, d. h. Verwin dung des Auftriebskörpers
- Anbringung von Endscheiben oder Keulen als Abschlußkörper
- Nachschaltung interferierender kleinerer Auftriebskörper, d. h. sog. Winglets.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Randwirbel mit einfachen Mitteln zu unterdrücken oder zu verringern, und zwar vorzugs weise bei reduziertem Gesamtenergieverbrauch des entsprechenden Fahr zeuges und dabei die fluiddynamischen Eigenschaften wie Strömungsab reißwinkel und Luftwiderstand zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich ein fluiddynamischer Auftriebs körper der eingangs genannten Art durch mindestens eine an oder be nachbart zu seinem freien Ende angeordnete Fluidaustrittsöffnung aus, die eine die Ausbildung eines Randwirbels unterdrückende Fluidströmung erzeugt.

Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß der Auftriebskörper eine oder mehrere sich in seiner Längsrichtung erstreckende Passage bzw. Leitung aufweist, die der Führung des die Fluidaustrittsöffnung speisen den Fluids dient.

Bei einem Luftfahrzeug wird das Fluid üblicherweise aus Luft bestehen, bei einem Wasserfahrzeug dagegen aus Wasser, obwohl bei einem Was serfahrzeug auch die Verwendung von Luft oder Abgas als Fluid in Frage käme. Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Fluidströmung nach der Fluidaustrittsöffnung zu orientieren. Beispielsweise kann man die Fluidströmung nach der Fluidaustrittsöffnung in Längsrichtung des Auf triebskörpers richten. Auf diese Weise wird verhindert, daß Druckfluid von der Überdruckseite des Auftriebskörpers zur Unterdruckseite strömt. Statt dessen baut sich der Überdruck zur Seite ab unterhalb der vorzugsweise flachen, aus der Fluidaustrittsöffnung austretenden Fluidströmung.

Alternativ hierzu kann die Fluidströmung nach der Fluidaustrittsöffnung in einem Winkel zur Längsrichtung des Auftriebskörpers gerichtet sein. Diese Wirkung kann durch die Orientierung der Fluidaustrittsöffnung oder durch einen am freien Ende des Strömungsprofils angeordneten Fluidabweiser erreicht werden. Dabei kann die Strömungsrichtung so ge wählt werden, daß eine zusätzliche Auftriebskraft und/oder Antriebskraft auf den Auftriebskörper ausgeübt wird.

Zur Ausbildung der Fluidströmung kann die Fluidaustrittsöffnung als Dü se ausgebildet sein, wodurch die Strömungseigenschaften des aus der Dü se austretenden Fluidstromes optimal eingestellt bzw. an die Flugbedin gungen angepaßt werden können. Wird die Fluidströmung so gerichtet, daß sie mindestens eine Komponente senkrecht zum Auftriebskörper von dessen Überdruckseite weg aufweist, so bildet sich einerseits eine Art Luftbarriere, die die Erzeugung eines Randwirbels unterdrückt oder ver ringert. Andererseits führt sie zu einem zusätzlichen Auftrieb. Grundsätz lich könnte die Fluidströmung auch in die andere Richtung, d. h. von der Unterdruckseite des Auftriebskörpers weg gerichtet sein, was jedoch nicht so günstig erscheint wie die Ausrichtung des Fluidstromes in der entge gengesetzten Richtung.

Wenn der fluiddynamische Auftriebskörper als Rotor, beispielsweise als Helikopter-Rotorblatt, ausgebildet ist, kann es sich bei dem Fluid um Luft handeln, die in das Rotorblatt an einer dem freien Ende des Rotorblattes entfernten Stelle einströmt, wobei sich diese Stelle vorzugsweise in Rotor kopfnahe befindet. Die Einströmung erfolgt vorzugsweise durch eine oder mehrere auf der Unterdruckseite des Rotorblattes angeordnete(n) Öffnun gen), wodurch der zum Abreißen des Luftstromes führende Anstellwinkel des Rotorblattes vergrößert werden kann, was die aerodynamischen Ei genschaften des Rotorblattes wesentlich verbessert. Dadurch, daß die Luftströmung von der Einströmstelle zur Fluidaustrittsöffnung radial nach außen entlang des Rotorblattes fließt, hat das Rotorblatt die Wirkung ei nes Zentrifugalkompressors. Dadurch kann die erwünschte Strömung ko stengünstig und ohne großen Aufwand zur Verfügung gestellt werden.

Selbst wenn die Erzeugung der erfindungsgemäßen Fluidströmung eine Energiezufuhr erfordert, dürfte die Energieersparnis durch die Unterdrückung des Randwirbels und des hierdurch verursachten Luftwiderstandes überwiegen.

Der Auftriebskörper kann auch als Propellerblatt ausgebildet sein. In die sem Fall fließt das Fluid, vorzugsweise in Form von Luft, im Bereich der Antriebsnabe des Propellerblattes in dieses hinein. Auch hier wirkt das Propellerblatt nach Art eines Zentrifugalkompressors, wodurch die er wünschte Fluidströmung kostengünstig ohne großen Aufwand erzeugt werden kann.

Es kann sich beim Auftriebskörper aber auch um eine Tragfläche eines Flugzeuges oder Flugkörpers handeln, wobei dann die Fluidströmung mittels Stauluft, Triebwerkszapfluft oder Abluft, beispielsweise in Form von auszutauschender Kabinendruckluft oder der Abluft eines Tragflä chenenteisungssystems, oder von einem gesonderten Kompressor erzeugt werden kann.

Die Erfindung ist aber vielseitig verwendbar, so daß der Auftriebskörper beispielsweise auch der Flügel einer Windkraftanlage oder einer Wind mühle sein kann.

Die Verwendung der Erfindung ist nicht beschränkt auf Luftfahrzeuge oder mit Luft arbeitenden Auftriebskörpern, sondern kann auch für Was serfahrzeuge erfolgen, beispielsweise bei den Rollstabilisatoren, die an größeren Wasserfahrzeugen vorhanden sind. Eine andere Anwendungs möglichkeit besteht darin, die Erfindung bei den Auftriebskörpern von Tragflügelbooten zu verwenden. In diesem Fall besteht die Fluidströmung vorzugsweise aus Wasser. Ein Gas von einem Kompressor oder Abgas von den Schiffsmotoren kann aber ebenfalls für die Fluidströmung verwendet werden.

Verfahrensmäßig zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, daß eine Fluidströmung am oder benachbart zum freien Ende des Auf triebskörpers mittels eines zunächst innerhalb des Auftriebskörpers strö menden Fluids erzeugt wird, welche die Ausbildung des Randwirbels un terdrückt bzw. verringert. Bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen fluiddynamischen Auftriebskörpers bzw. des erfindungsgemäßen Verfah rens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, welche zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der Druckverhältnisse bei einem, ein Strömungsprofil aufweisenden Auftriebskörper,

Fig. 2 ein Diagramm in Form einer schematischen vorderen Ansicht ei nes Flugzeuges, um die Entstehung des Randwirbels zu erläutern,

Fig. 3 einen senkrechten Längsschnitt durch das freie Ende eines erfin dungsgemäßen Auftriebskörpers in Form eines Helikopter- Rotorblattes,

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3, jedoch von einer abgewan delten Ausführungsform,

Fig. 5 eine Zeichnung ähnlich Fig. 3, jedoch von einem vollständigen Auftriebskörper in Form eines Helikopter-Rotorblattes,

Fig. 6 eine Zeichnung ähnlich der Fig. 3, jedoch von einem Endabschnitt einer Tragfläche,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Tragfläche der Fig. 6 in Pfeilrichtung VII gesehen,

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Teils des Propellers eines Flugzeuges mit drei Propellerblättern oder -flügeln 10,

Fig. 9 eine Schnittzeichnung durch den Propeller der Fig. 8 nach der Schnittebene IX-IX,

Fig. 10 eine schematische Zeichnung entsprechend Fig. 5, wobei ein Rückschlagventil in der Längspassage des Helikopter-Rotorblattes integriert ist,

Fig. 11 und Fig. 12 Diagramme entsprechend Fig. 1, wobei jedoch die sich ändernden Druckverhältnisse bei verschiedenen Anstellwinkeln des Auftriebs körpers angedeutet sind,

Fig. 13 und Fig. 14 schematische Zeichnungen, die die Ausbildung des Randwirbels bei verschiedenen Anstellwinkeln des Auftriebskörpers entspre chend den Fig. 11 bzw. 12 darstellen,

Fig. 15 eine schematische Draufsicht auf ein Helikopter-Rotorblatt in stark verkürzter Form, mit drei, sich parallel zueinander erstrecken den Längspassagen

Fig. 16 einen schematischen Querschnitt durch das Rotorblatt der Fig. 15 entlang der Schnittebene XVI-XVI,

Fig. 17 einen Querschnitt durch das Helikopter-Rotorblatt der Fig. 15 ent sprechend der Schnittebene XVII-XVII,

Fig. 18 den gleichen Querschnitt wie in Fig. 17, jedoch bei einem deutlich anderen Anstellwinkel und

Fig. 19 eine schematische Zeichnung im wesentlichen entsprechend Fig. 15, jedoch von einer abgewandelten Ausführungsvariante.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Auftriebskörper 10 beliebiger Art, der ein Strömungsprofil 12 aufweist.

Bei Anströmung des Auftriebskörpers 10 in Pfeilrichtung 14, die bei spielsweise bei einem Flugzeug aufgrund einer Vorwärtsbewegung des Auftriebsprofils 10 in Pfeilrichtung 16 erfolgt, oder im Falle einer Wind mühle durch den Wind erfolgt, entsteht auf der Unterseite des Strö mungsprofils 12 ein Überdruckbereich 18 und auf der Oberseite des Strömungsprofils 12 ein Unterdruckbereich 20, weshalb die Unterseite des Strömungsprofils 12 in Fig. 1 die Überdruckseite 19 und die Oberseite die Unterdruckseite 21 genannt wird. Es handelt sich hier um die längst be kannte Wirkung eines Strömungsprofils bei entsprechender Anströmung Pfeilrichtung 14.

Fig. 2 zeigt den Auftriebskörper 10 in Form der Tragfläche eines Flugzeu ges 22, wobei die Tragfläche in diesem Beispiel zwei freie Enden 24 und 26 aufweist.

Die Überdruckseite 19 der Tragfläche ist auch hier mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Die Unterdruckseite ist mit 21 gekennzeichnet.

Aus Fig. 2 ist leicht zu erkennen, daß der Druckunterschied zwischen der Unterdruckseite 20 und der Überdruckseite 18 zu einer über die Tragflä che verteilten, nach oben gerichteten Kraft führt, die durch die Pfeile 28 angedeutet ist und den sogenannten Auftrieb darstellt.

Im Bereich der freien Enden 24 und 26 der Tragfläche strömt Luft von der Überdruckseite der Tragfläche, d. h. von der Unterseite der Tragfläche, zu der Unterdruckseite, d. h. zu der Oberseite, der Tragfläche und bildet die sog. Randwirbel 30, 32. Diese Randwirbel 30, 32 sind unerwünscht, weil sie den Wirkungsgrad der Tragfläche, d. h. des Auftriebskörpers, herabset zen und Geräusche sowie Widerstand erzeugen.

Fig. 3 zeigt den Endschnitt eines Helikopter-Rotorblattes, das auch einen Auftriebskörper 10 darstellt und ebenfalls ein Strömungsprofil 12 auf weist. In dieser Zeichnung, wie auch in den nachfolgenden Zeichnungen, werden die gleichen Bezugszeichen (ggf. mit Zusätzen) für Teile verwendet, die in den Fig. 1 und 2 zu finden sind oder eine entsprechende Wirkung haben.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Endabschnitt des Helikopter-Rotorblattes ist dieses als Hohlprofil ausgebildet und weist demnach eine mittlere Längspassage 34 auf, in welcher ein Fluid in Form von Luft radial nach außen strömt und eine Fluidaustrittsöffnung 46 am Stirnende 26 des Rotorblattes in Form einer radial gerichteten Strömung 36 verläßt. Zu die sem Zweck ist in diesem Beispiel das freie Ende 26 des Rotorblattes als Düse 38 ausgebildet. Die untere Seite des Rotorblattes ist in diesem kon kreten Beispiel radial über der Oberseite des Rotorblattes hinaus verlän gert, was durch die Verlängerung 40 dargestellt ist.

Pfeil 42 zeigt, daß Druckluft zwar von der Überdruckseite des Strömungs profils 12 weg fließt, jedoch gezwungen wird, radial nach außen zu strö men und zwar aufgrund der Luftbarriere, die durch die Fluidströmung 36 erzeugt wird, die sich über zumindest im wesentlichen die gesamte Blat tiefe des Rotorblattes erstreckt. Die Luftströmung 42 kann daher nicht in den Unterdruckbereich oberhalb des Strömungsprofils 12 fließen, wo durch der Randwirbel unterdrückt oder wenigstens verringert wird.

Fig. 4 zeigt eine ähnliche Darstellung zu Fig. 3. In diesem Beispiel wird aber die Oberseite des Strömungsprofils 12 über die Unterseite hinaus verlängert und nach unten gezogen, damit eine Art Abweiser 44 entsteht. Aufgrund dieser Formgebung befindet sich die Fluidaustrittsöffnung auf der Unterseite des Strömungsprofils 12. Die aus dieser Fluidaustrittsöff nung 46 am freien Ende 26 des Auftriebskörpers 10 austretende Fluid strömung 36 wird durch den Abweiser 44 nach unten gelenkt, wie der Pfeil 36 zeigt. Bei dieser Ausführung bildet die entsprechende Luftströmung eine Art senkrechte Luftmauer, die verhindert, daß Luft von der Über druckseite zur Unterdruckseite strömt. Mit anderen Worten, der Randwir bel wird unterdrückt.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die in Pfeilrichtung 36 aus tretende Luft hier eine Auftriebskraft in der entgegengesetzten Richtung erzeugt, was auch den Wirkungsgrad des Rotorblattes erhöht.

Die Energie für die Strömung 36 wird durch die Drehung des Rotorblattes um die Achse der Antriebsnabe (nicht gezeigt) geliefert. Das Helikopter- Rotorblatt wirkt wie ein Zentrifugalkompressor.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 4, jedoch in einem anderen Maßstab, so daß die gesamte Länge des Rotorblattes ersichtlich ist, auch wenn dies in der Zeichnung verkürzt angegeben ist.

Fig. 5 zeigt das Antriebsende 48 des Rotorblattes. Man sieht auch eine schlitzförmige Öffnung 50 in der Oberseite des Rotorblattes. Die Luft für die Luftströmung 36 wird durch die schlitzförmige Öffnung 50 angesaugt. Dies hat den besonderen Vorteil, daß die Luftströmung an der Oberseite des Rotorblattes im Bereich dieser Schlitze 50 auch bei einem steileren Anstellwinkel des Rotorblattes von der Oberseite des Rotorblattes nicht abreißt, so daß der Wirkungsgrad des Rotorblattes und der Auftrieb auch in diesem Bereich verbessert wird. Mit anderen Worten handelt es ich um eine Art Grenzschichtabsaugung. Anstelle einer Öffnung 50 könnten meh rere Öffnungen vorgesehen werden. Diese könnten im Prinzip auch an an deren Stellen entlang des Rotorblattes angeordnet werden. Durch sie kann die Grenzschicht in ihrem Bereich abgesaugt werden und dem Fluidnach schub zugeführt werden.

Fig. 6 zeigt einen Auftriebskörper 10 in Form des Endabschnittes der Tragfläche eines Flugzeuges und ist im Prinzip ähnlich der Fig. 3 Ausfüh rung. Hier wird allerdings die Verlängerung 40 nach oben gebogen, um einen entsprechenden Abweiser 44 für die Luftströmung 36 zu bilden, welche daher wie durch Pfeil 36 gezeigt nach oben strömt. Auch auf diese Weise wird eine Art Luftmauer gebildet, die den Randwirbel verringert. Der Wirkungsgrad dürfte jedoch nicht so günstig sein wie bei der Ausführung der Fig. 3 und Fig 4. Die Anordnung kann jedoch an einem sogenannten Winglet vorteilhaft sein.

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf das freie Ende 26 der Tragfläche 10, wobei ersichtlich ist, daß die Luftströmung in diesem Beispiel, wie auch vor zugsweise bei den anderen Beispielen, eine flache Luftströmung ist, die sich über zumindest im wesentlichen die gesamte Breite, d. h. Tragflä chentiefe, des Auftriebskörpers 10 erstreckt, was durch die Bezugszeichen 36 dargestellt ist.

Fig. 8 zeigt in einer Seitenansicht einen Teil des Propellers 52 eines Flug zeuges mit drei Propellerblättern oder -flügeln 10, die auch als Auftriebs körper betrachtet werden können. Von den drei Propellerblättern ist nur eines vollständig gezeigt. Eines ist aus Platzgründen in abgeschnittenem Zustand gezeigt, und das andere ist nicht zu sehen, weil es sich nicht in der Zeichnungsebene befindet. Es handelt sich bei diesen Propellerblät tern um verstellbare Flügel, was aber nicht zwangsweise der Fall sein muß. Das Prinzip gilt für jede beliebige Anzahl von Propeller-/Rotor blättern auf einer Propeller-/Rotornabe.

Mit dem Pfeil 54 wird angedeutet, daß Luft auf der Unterdruckseite der Propellerblätter in diese hinein fließt. Die Propellerblätter sind hohl aus gebildet und weisen am oberen Ende eine Fluidaustrittsöffnung 46 (Fig. 9) auf, die ähnlich ausgebildet ist wie in der Fig. 5 Ausführung gezeigt. Die aus der Luftaustrittsöffnung 46 austretende Luftströmung 36 strömt von der Überdruckseite des Propellerblattes weg und bildet, wie aus Fig. 9 er sichtlich ist, eine Art Luftmauer, die den Randwirbel unterdrückt bzw. verringert. Der Pfeil 56 der Fig. 9 zeigt die Bewegungsrichtung des Propel lerblattes 10 an. Man merkt, daß die Luftströmung 36 eine Komponente entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung 56 aufweist, wodurch eine zu sätzliche Antriebskraft bzw. ein zusätzliches Drehmoment auf das Propel lerblatt ausgeübt wird.

Zur Verhinderung einer Strömungsumkehr in der Strömungspassage 34, beispielsweise nach Fig. 5, wird diese vorzugsweise mit einem Rück schlagventil 55 versehen, wie in Fig. 10 gezeigt.

Die Bezeichnung Strömungspassage bedeutet im Sinne dieser Erfindung vor allem die sich in Längsrichtung von Propellern, Rotoren, Tragflächen und dergleichen verlaufenden Hohlräume, solche Strömungspassagen können aber auch gegebenenfalls durch den in den entsprechenden Pro pellern, Rotoren, Tragflächen usw. eingesetzten Rohren gebildet sein.

Es ist bekannt, daß sich die Druckverteilung über ein Strömungsprofil 12 mit dem Winkel α unter dem es angeströmt wird, ändert. Beispielsweise zeigen die Fig. 11 und 12, die der Darstellung der Fig. 1 ähnlich sind, die Druckverteilungen bei zwei verschiedenen Anströmwinkeln, wobei Fig. 11 die Situation zeigt, bei der der Anstellwinkel α leicht negativ ist und die Fig. 12 die Lage zeigt, bei der α positiv und groß ist, in diesem Fall ca. 15°.

Aufgrund der sich ändernden Druckverteilung ist es vorteilhaft, mehrere Strömungspassagen 34 im Profil 12 anzuordnen, wie nachfolgend im Zu sammenhang mit den Fig. 15 bis 18 näher beschrieben wird.

So läßt sich erreichen, daß die erfindungsgemäß erzeugte Gegenströmung dort am stärksten ist, wo die größten Druckunterschiede zwischen dem Überdruckbereich 18 und dem Unterdruckbereich 20 auftreten.

Der kräftigste Druckunterschied für den Randwirbel entsteht bei kleinem Winkel α, beispielsweise nach der Fig. 11, relativ weit zurück, wie in Fig. 13 gezeigt, und bei größerem Winkel α relativ weit vorne, wie in Fig. 14 gezeigt.

Durch die Unterteilung des Strömungsprofils in mehrere, sich in Längs richtung des entsprechenden Auftriebskörpers erstreckende und in An stromrichtung hintereinander angeordnete Hohlkörper bzw. Längspassa gen wird die Möglichkeit geschaffen, die erfindungsgemäß erzeugte Fluidströmung an die unterschiedlichen Verhältnisse bei unterschiedli chen Anstellwinkeln anzupassen.

Fig. 15 zeigt in diesem Zusammenhang das Beispiel einer Anordnung mit drei Strömungspassagen 34/1, 34/2 und 34/3, und zwar von der Unter druckseite her, wobei die Anströmung wie bisher in Pfeilrichtung 14 er folgt.

Die Längspassagen 34/1 bis 34/3 erhalten Fluid, in diesem Fall Luft, durch jeweilige regelbare Ventile 60. Die Zulauföffnungen zu den Ventilen 60, die beispielsweise als Rückschlagventile oder ansteuerbare Ventile ausgebildet sein können, befinden sich in diesem Beispiel in einem strö mungstechnisch möglichst unschädlichem Bereich, beispielsweise am Rotorkopfende des entsprechenden Rotorblattes.

Darüber hinaus deutet das Bezugszeichen 61 auf ein Ventil, das Luft von den Schlitzen 50 in die hintere Längspassage 34/3 des Rotorblattes ein strömen läßt. Es kann sich bei dem Ventil 61 um ein Rückschlagventil oder aber um ein ansteuerbares Ventil handeln. In der Ausführungsform gemäß Fig. 15 wird davon ausgegangen, daß der Luftbedarf der hinteren Längspassage 34/3 ausreichend alleine von den Schlitzen 50 abgedeckt werden kann, wobei aber die Möglichkeit besteht, über das entsprechende Ventil 60 die Luftströmung zu erhöhen, falls sie doch nicht ausreicht. Dies ist aber bei der hinteren Längspassage 34/3 zu erwarten, da hier der Luftbedarf insgesamt geringer ist.

Die Möglichkeit besteht aber, das Ventil 61 zur Einführung von Luft in eine oder mehrere der Längspassagen auszunützen, je nachdem, wie sich die praktischen Gegebenheiten gestalten.

Fig. 16 zeigt den senkrechten Schnitt durch in diesem Beispiel die mittlere Längspassage 34/2 der Fig. 15, wobei dieser Schnitt jedoch auch stellver tretend für die anderen Längspassagen 34/1 und 34/3 verstanden werden kann.

Auf der Saugseite 19 jeder Fluidpassage 34/1, 34/2, 34/3 befindet sich mindestens ein Unterdrucksensor 70. Auf der Druckseite 21 jeder Längs passage befindet sich mindestens ein Überdrucksensor 71. Diese Senso ren übertragen ihre Meßwerte an ein Steuergerät 62, das so programmiert ist, daß es durch Verstellen des jeweiligen Ventils 60 bzw. 61 einen opti malen Fluidfluß durch die entsprechende Austrittsöffnung 46/1, 46/2, 46/3 bewirkt.

Um die Strömungsverhältnisse innerhalb des Rotorblattes bei der An steuerung über das Steuergerät zu berücksichtigen, können - falls er wünscht - entsprechende Druck- und Strömungsgeschwindigkeitssensoren (nicht gezeigt) in den jeweiligen Längspassagen 34/1, 34/2, 34/3 vorgese hen sein und an das Steuergerät 62 angeschlossen werden.

Die Wirkung des Steuergerätes 62 wird nachfolgend aufgrund der weiteren Fig. 17 bis 19 nunmehr näher erläutert.

Fig. 17 zeigt im Prinzip das Strömungsprofil 12 mit einem Anstellwinkel wie in Fig. 11 gezeigt. Aufgrund dieses Anstellwinkels ist die Druckdiffe renz 18/1 zu 20/1 mäßig, zwischen 18/2 und 20/2 hoch und zwischen 18/3 und 20/3 relativ niedrig. Das Steuergerät 62 wird also in diesem Fall die Ventile 60/1, 60/2 und 60/3 jeweils soweit öffnen, daß die Längspas sage 34/1 einen mäßigen, Längspassage 34/2 einen hohen und Längs passage 34/3 einen geringen Fluiddurchsatz erfährt.

Bei hohem Anstellwinkel a entsprechend Fig. 12 wandert das Maximum der Druckverteilung nach vorne, wie auch durch Fig. 18 zum Ausdruck gebracht wird. Dementsprechend sind die Druckunterschiede im Bereich der Längspassage 34/1 sehr hoch, im Bereich der Längspassage 34/2 hoch und im Bereich der Längspassage 34/3 niedrig. Das Steuergerät wird jetzt die Ventile 60/1, 60/2 und 60/3 entsprechend dem jeweils be nötigten Fluiddurchsatz umsteuern.

Das System wird umso wirksamer funktionieren, je mehr Fluidpassagen über das Strömungsprofil 12 hinweg angeordnet werden, wobei allerdings auch mit zwei oder drei Längspassagen eine Verbesserung gegenüber le diglich einer Längspassage erreichbar ist und das Vorsehen von mehr als drei Längspassagen zu einem erhöhten Kostenaufwand führt, der u. U. nicht zu rechtfertigen ist.

Das System wird üblicherweise ausgelegt, um im Betriebszustand mit ei nem bestimmten gesamten Luftdurchsatz zu arbeiten. Anstelle dieses ge samten Luftdurchsatzes durch Drosselung der entsprechenden Ventile 60/1, 60/2, 60/3 bzw. 61 zu variieren, wird nach einer möglichen Ab wandlung der Erfindung vorgeschlagen, Fluid oder Luft, die aufgrund der Regelung nicht zur Unterdrückung des Randwirbels benötigt wird, in eine separate Fluidpassage 74 einzuleiten, die am Propeller-, Rotor- oder Trag flächenende entsprechend dem Pfeil 63 so ausströmt, daß es durch Rück stoßwirkung eine zusätzliche Antriebs- bzw. Vortriebskraft erzeugt.

Schließlich ist es eventuell denkbar, die Luftströmung aus dem entspre chenden Auftriebskörper so zu gestalten, daß sie versucht, eine der oben erwähnten, spiralförmigen Strömungen aufgrund des Randwirbels durch eine entgegengesetzt gerichtete Spiralströmung zu unterdrücken, so daß entweder keine oder nur eine wesentlich kleinere, spiralförmige Strömung einsetzt.

Claims

1. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) mit mindestens einem freien Ende (24, 26) und mit einem eine Unterdruckseite (21) und eine Überdruckseite (19) aufweisenden Strömungsprofil (12), gekenn zeichnet durch mindestens eine am oder benachbart zum freien En de angeordnete Fluidaustrittsöffnung (46), die eine die Ausbildung eines Randwirbels (30, 32) unterdrückende Fluidströmung (36) er zeugt.

2. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftriebskörper eine sich in seiner Längs richtung erstreckende Passage (34; 3411, 34/2, 34/3) bzw. Leitung aufweist, die der Führung des die Fluidaustrittsöffnung (46) spei senden Fluids dient.

3. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Fluidströmung (36) nach der Flui daustrittsöffnung (46) in Längsrichtung des Auftriebskörpers (10) gerichtet ist.

4. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidströmung (36) nach der Fluidaustrittsöffnung (46) in einem Winkel zur Längsrichtung des Auftriebskörpers (10) gerichtet ist.

5. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Strömungsprofils (12) ein Fluidabweiser (44) für das aus der Flui daustrittsöffnung (46) strömende Fluid vorgesehen ist.

6. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des aus der Fluidaustrittsöffnung (46) austretenden oder am Abweiser (44) abgelenkten Fluids eine zusätzliche Auftriebs- und/oder An triebskraft auf den Auftriebskörper (10) ausübt.

7. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidaustrittsöff nung (46) als Düse (38) ausgebildet ist.

8. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Düse (38) zumindest im wesentlichen mit der Längsrichtung des Auftriebskörpers (10) aus gerichtet ist.

9. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckseite (19) des Auftriebskörpers (10) im Bereich seines freien Endes (26) und in seiner Längsrichtung über die Unterdruckseite (21) hinaus verlängert ist (40).

10. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsprofil (21) im Bereich des freien Endes (24, 26) des Auftriebskörpers (10) im Sinne der Herabsetzung des Auftriebs in diesem Bereich modifi ziert ist.

11. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Helikopter- Rotorblatt ausgebildet ist.

12. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fluid um Luft handelt, die in das Rotorblatt an einer dem freien Ende des Rotorblattes entfernten Stelle einströmt, wobei sich diese Stelle vorzugsweise in Rotorkopf nähe befindet.

13. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmung des Fluids in das Rotorblatt durch eine oder mehrere auf der Unterdruckseite des Rotorblattes angeordnete(n) Öffnung(en) (50) erfolgt.

14. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (50) bzw. Öffnungen an der Unter druckseite (21) des Rotorblattes schließbar ausgebildet ist bzw. sind, beispielsweise mittels einer federbelasteten Schließplatte oder eines sonstigen Ventilmechanismus, welche bzw. welcher zur Erhöhung des möglichen Anstell-Anströmwinkels (α) zur Grenzschichtabsau gung öffnet, wenn die Strömung, d. h. die Umströmung des Profils (12) abzureißen droht.

15. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Propellerblatt handelt, wobei das Arbeitsfluid in Form von Luft, vorzugsweise im Bereich der Antriebsnabe des Propellerblattes, oder wenn die Strö mung abzureißen droht aus dem Bereich der stärker abrißbedroh ten Grenzschicht, in dieses hinein strömt.

16. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen an der Unter druckseite des Rotorblattes bzw. des Propellerblattes durch Schlitze (50) oder Bohrungen auf der Unterdruckseite (19) ausgebildet sind, die vorzugsweise und ggf. wahlweise zur Grenzschichtabsaugung heranziehbar sind.

17. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere, sich in Längsrich tung des Auftriebskörpers erstreckende Längspassagen (34/1, 34/2, 34/3), die an jeweiligen Fluidaustrittsöffnungen (46/1, 46/2, 46/3) freien Ende des Auftriebskörpers (10) münden.

18. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 17, gekenn zeichnet durch jeweilige Fluidzuführöffnungen für die jeweiligen Längspassagen (34/1, 34/2, 34/3).

19. Fluiddynamische Auftriebskörper nach Anspruch 17 oder 18 ge kennzeichnet durch jeweilige Ventile (60/1, 60/2, 60/3, 61) zur Steuerung der Fluidzufuhr zu den Längspassagen von den Fluidzu führöffnungen (50).

20. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Ventilen (60/1, 60/2, 60/3, 61) Rückschlagventile handelt.

21. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach Anspruch 19, gekenn zeichnet durch ein Steuergerät (62), das zur Steuerung der Ventile (60/1, 60/2, 69/3, 61) an diesen angeschlossen ist, wobei das Steu ergerät (62) Anschlüsse für die den Überdruck (18) auf der Über druckseite (19) des Auftriebskörpers (10) und den Unterdruck (20) auf der Unterdruckseite (21) des Auftriebskörpers (10) messenden Sensoren (70, 71) aufweist, wobei ggf. weitere Sensoren zur Mes sung der Strömungsverhältnisse in den jeweiligen Längspassagen (34/1, 34/2, 34/3), beispielsweise den Durchsatz und/oder den Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit, vorgesehen sind.

22. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im Sinne eines zusätzli chen Auftriebs oder Antriebs gerichtete Fluidaustrittsöffnung (74), durch die überschüssiges Arbeitsfluid, das nicht zur Randwirbel verhinderung gebraucht wird, zuführbar ist.

23. Fluiddynamische Auftriebskörper nach Anspruch 16 und 18, bei dem die Schlitze und/oder Bohrungen (50) zur Grenzschichtabsau gung zusätzlich zu den genannten Fluidöffnungen (59/1, 59/2, 59/3) vorgesehen sind und zur Grenzschichtabsaugung gemeinsam oder einzeln über entsprechende Ventileinrichtungen (61) an die Fluidaustrittsöffnungen(en) (46/1, 46/2, 46/3) anschließbar sind.

24. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf triebskörper (10) die Tragfläche eines Flugzeuges oder Flugkörpers bildet, wobei die Fluidströmung mittels Stauluft, Triebswerkzapfluft oder Abluft, beispielsweise in Form von auszutauchender Kabinen druckluft oder der Abluft eines Tragflächenenteisungssystems, oder von einem gesonderten Kompressor erzeugt wird.

25. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Flügel einer Windkraftanlage oder einer Windmühle handelt.

26. Fluiddynamische Auftriebskörper (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Schiffsauftriebskörper handelt, bei dem das Fluid entweder eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, oder ein Gas, insbesondere Luft oder Motorenabgas, ist.

27. Verfahren zur Unterdrückung oder zur Verringerung eines Randwir bels (30, 32) an einem freien Ende eines Auftriebskörpers (10) mit ei nem eine Unterdruckseite (21) und eine Überdruckseite (19) aufwei senden Strömungsprofil (12), dadurch gekennzeichnet, daß eine Fluidströmung (36) am oder benachbart zum freien Ende des Auf triebskörpers (10) mittels eines zunächst innerhalb des Auftriebs körpers strömenden Fluids erzeugt wird, die die Ausbildung des Randwirbels (30, 32) unterdrückt bzw. verringert.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidströmung (36) beim Austritt aus dem Auftriebskörper (10) in Längsrichtung des Auftriebskörpers quer zur Anströmrichtung ge richtet ist.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidströmung (36) mindestens eine sich in Antriebs- und/oder Auftriebsrichtung des Auftriebskörpers (10) erstreckende Kompo nente aufweist.

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidströmung (36) zumindest eine Komponente senkrecht zur Un terdruckseite (21) und/oder zur Überdruckseite (19) des Strö mungsprofils (12) aufweist bzw. in diese Richtung umgelenkt wird.

31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fluid um Luft han delt, die bei einem Helikopter-Rotorblatt in Rotorkopfnähe in das hohle Rotorblatt hinein gesaugt wird, vorzugsweise durch Zu stromöffnungen (50) in der Unterdruckseite (21) des Rotorblattes.

32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fluid um Luft han delt, die bei einem Propellerblatt in der Nähe der Antriebsnabe in das hohle Propellerblatt hinein gesaugt wird, vorzugsweise durch Zustromöffnungen (50) in der Unterdruckseite (21) des Propeller blattes.

33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fluid um Luft han delt, die entweder als Stauluft erzeugt wird oder von einem Trieb werk oder einem Kompressor abgezapft wird oder in Form von Abluft vorhanden ist, beispielsweise auszutauschende Kabinendruckluft oder die Abluft eines Tragflächenenteisungssystems.

34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Auftriebskörper (10) um einen hydrodynamischen Auftriebskörper handelt, wobei die Fluidströmung (36) entweder durch eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, oder durch ein Gas, vorzugsweise Luft oder Motorenabgas, erzeugt wird.