DE202016000269U1 - Wing with integrated engine gondolas - Google Patents
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Abstract
Tragflügel, mit auf jeder Flugzeugseite mindestens einer Einströmöffnung 8 entlang seiner Vorderkante und mindestens einer Ausströmöffnung 28 entlang seiner Hinterkante dadurch gekennzeichnet, dass sich im Inneren des Tragflügels der Einströmöffnung 8 und der Ausströmöffnung 28 zugeordnete Gebläseeinheiten 10 befinden die nebeneinander angeordnet sind.Wing, with on each side of the aircraft at least one inflow opening 8 along its leading edge and at least one outflow opening 28 along its trailing edge characterized in that in the interior of the wing of the inflow opening 8 and the outflow opening 28 associated blower units 10 are arranged side by side.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Flugzeug-Tragflügel mit integrierten Triebwerken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an aircraft wing with integrated engines according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
An einem Flugzeug befindet sich ein Tragflügel zur Erzeugung von Auftrieb sowie, im Allgemeinen bei mehrmotorigen Flugzeugen, daran befestigte Triebwerke zum Erzeugen von Vortrieb.On an aircraft there is an airfoil for generating lift and engines for generating propulsion attached thereto, generally in multi-engine airplanes.
Die Triebwerke sind nach dem Stand der Technik Mantelstromtriebwerke mit einem Bläser und einem Kerntriebwerk, die in Triebwerksgondeln über Pylone am Tragflügel befestigt sind. Die Triebwerksgondeln bewirken dabei eine relativ konstante Anströmgeschwindigkeit zum Bläser innerhalb der Gondel, unabhängig von der Fluggeschwindigkeit. Dies ermöglicht eine starre Anbindung der Schaufelblätter an die Bläsernabe sowie eine höhere Fluggeschwindigkeit im Gegensatz zu freien Propellern.The engines are the prior art turbofan engines with a fan and a core engine, which are mounted in engine gondolas on pylons on the wing. The engine nacelles cause a relatively constant flow velocity to the fan inside the nacelle, regardless of the airspeed. This allows a rigid connection of the blades to the fan hub and a higher airspeed in contrast to free propellers.
Zur Unterstützung der Radbremsen zur Verzögerung des Flugzeugs bei der Landung nach dem Aufsetzen sind an den Triebwerksgondeln Klappensysteme eingebaut, welche der Umlenkung der Triebwerks-Blasstrahle entgegen der Flug- bzw. Rollrichtung dienen um damit Bremsschub zu erzeugen.In order to support the wheel brakes for deceleration of the aircraft during landing after touchdown flap systems are installed on the engine nacelles, which serve the deflection of the engine blower jet against the direction of flight or rolling in order to generate braking thrust.
Der Tragflügel beinhaltet im Allgemeinen ein vorderes und hinteres Klappensystem, welches zur Erhöhung des Auftriebs beim Start und bei der Landung dient. In einer ersten Raste wird die Auftriebserhöhung hauptsächlich durch die Vergrößerung der Tragflügelfläche und im kleineren durch Verwölbung bewirkt, was durch Schwenken und Ausfahren des vorderen Klappensystems nach vorne unten und durch Ausfahren des hinteren Klappensystems nach hinten und geringfügiges Schwenken nach unten erreicht wird.The wing generally includes a front and rear flap system which serves to increase lift during takeoff and landing. In a first detent, lift enhancement is primarily caused by enlargement of the airfoil surface and in the minor by warping, which is achieved by pivoting and extending the front flap system forward and downwards, and extending the rear flap system rearward and slightly downward pivoting.
In weiteren Rasten wird das hintere Klappensystem durch weiteres axiales Ausfahren in Kombination mit einer Schwenk- und Drehbewegung der Klappensegmente verstellt. Beide Maßnahmen bewirken eine weitere Erhöhung der Fläche und der Wölbung des Tragflügels, was mit einer weiteren Auftriebserhöhung einhergeht. Um eine Strömungsablösung im Bereich des hinteren Klappensystems zu vermeiden, werden dabei durch das axiale Verfahren Verbindungsspalte zwischen den Klappenelementen geöffnet, die ein Überströmen von Luft von der Unterseite auf die Oberseite der Klappenelemente ermöglichen. Durch den dort herrschenden hohen Druckunterschied und der daraus folgenden hohen Strömungsgeschwindigkeit der überströmenden Luft wird die Strömung auf den Oberseiten der Klappenelemente stabilisiert und so am Ablösen gehindert.In other notches, the rear flap system is adjusted by further axial extension in combination with a pivoting and rotating movement of the flap segments. Both measures cause a further increase in the area and the curvature of the wing, which is associated with a further lift increase. In order to avoid flow separation in the region of the rear flap system, connecting gaps between the flap elements are opened by the axial method, which allow an overflow of air from the bottom to the top of the flap elements. Due to the high pressure difference prevailing there and the consequent high flow velocity of the overflowing air, the flow is stabilized on the upper sides of the flap elements and thus prevented from detaching.
Die Erhöhung der Wölbung und das Überströmen der Luft durch die Verbindungsspalte führen jedoch auch zu einer starken Erhöhung des Strömungswiderstandes des Tragflügels, so dass diese höheren Rasten-Stellungen nur bei der Landung und nicht für den Start Verwendung finden. Ebenfalls zu Unterstützung der Radbremsen bei der Landung nach dem Aufsetzen werden Bremsklappen senkrecht nach oben ausgeschwenkt. Die Bremsklappen bewirken dabei nicht nur einen bremsenden Aufstau der Luft vor der Klappe, sondern eröffnen auch einen sehr großen Verbindungskanal von der Unterseite auf die Oberseite der Tragfläche, welcher den Zusammenbruch des kompletten Auftriebs bewirkt. Dadurch erhöht sich der Anpressdruck des Fahrwerks auf die Landebahn, wodurch die Wirksamkeit der Radbremsen gesteigert wird.However, the increase of the curvature and the overflow of air through the connecting gaps also lead to a large increase in the flow resistance of the wing, so that these higher detent positions are used only on landing and not for takeoff. Also, to assist the wheel brakes on landing after touchdown, the airbrakes are swung vertically upwards. The brakes cause not only a braking backlog of air in front of the flap, but also open a very large connection channel from the bottom to the top of the wing, which causes the collapse of the entire lift. This increases the contact pressure of the landing gear on the runway, whereby the effectiveness of the wheel brakes is increased.
Um möglichst wenig Treibstoff zur Erzeugung des notwendigen Vortriebs zu verbrauchen müssen die Bläser der Mantelstromtriebwerke bei der Auslegung des Flugzeugs möglichst groß bemessen sein um einen möglichst großen Luftmassenstrom zu erfassen, welcher in Flugrichtung nach hinten beschleunigt wird.To consume as little fuel to produce the necessary propulsion the fans of the turbofan engines must be sized as large as possible in the design of the aircraft to capture the largest possible air mass flow, which is accelerated in the direction of flight to the rear.
Die Vergrößerung der Bläser hat zwingend eine Vergrößerung der Durchmesser der Triebwerksgondeln zur Folge, welche die Bläser umfassen müssen. Dadurch ergibt sich eine erhöhte von der Strömung benetzte Oberfläche der Gondel, welche einen erhöhten Reibungswiderstand zur Folge hat und damit die Treibstoffeinsparung aus der Durchmesservergrößerung teilweise kompensiert.The enlargement of the wind instruments inevitably entails an increase in the diameter of the engine nacelles, which must include the winds. This results in an increased wetted by the flow surface of the nacelle, which has an increased frictional resistance result and thus partially compensates for the fuel savings from the increase in diameter.
Der Effekt einer nahezu konstanten Anströmgeschwindigkeit zum Bläser in einer Triebwerksgondel beruht zum großen Teil auf dem kritischen Druckverhältnis, welcher dieser aufbaut um am hinteren Ende der Triebwerksgondel die verdichtete Luft mit Schallgeschwindigkeit aus der Schubdüse auszublasen. Dadurch ist die Strömung im Inneren der Gondel nahezu von den Umgebungsbedingungen abgekoppelt, was die bereits beschriebenen Vorteile hat. Wird jedoch der Durchmesser des Bläsers vergrößert, muss sein Druckverhältnis gesenkt werden um den Schub konstant zu halten. Damit wir an der Schubdüse nicht mehr mit Schallgeschwindigkeit ausgeströmt wodurch die Entkoppelung von Innen nach Außen verloren geht. Die führt zu Fehlanströmungen am Bläser. Um dies auszugleichen muss entweder eine Blattverstellung am Bläser oder eine variable Schubdüse vorgesehen werden. Beide Maßnahmen führen zu einer weiteren Erhöhung der Triebwerksmasse beziehungsweise der Gondelmasse was wiederum zu einer Erhöhung des Treibstoffverbrauches führt.The effect of a nearly constant flow velocity to the fan in an engine nacelle is due in large part to the critical pressure ratio which it builds up to blow out the compressed air at the speed of sound from the exhaust nozzle at the rear end of the engine nacelle. As a result, the flow inside the nacelle is almost decoupled from the ambient conditions, which has the advantages already described. However, if the diameter of the fan is increased, its pressure ratio must be lowered to keep the thrust constant. So that we no longer emanate at the speed of sound at the speed of the exhaust nozzle, whereby the decoupling from inside to outside is lost. This leads to Fehlanströmungen the fan. To compensate for this, either a blade adjustment on the fan or a variable exhaust nozzle must be provided. Both measures lead to a further increase in the engine mass or the nacelle mass, which in turn leads to an increase in fuel consumption.
Weiter ergibt sich ein Installationsproblem der Gondel am Tragflügel. Da bei Flugzeugen die Triebwerksgondeln niemals den Boden berühren dürfen, auch nicht bei einer misslungenen Landung mit extremer Schräglage, dürfen diese nicht über eine gedachte Linie zwischen Fahrwerk und Tragflügel-Spitzen herausragen. Wird der Gondeldurchmesser vergrößert, muss bei gleicher Spannweite des Tragflügels das Fahrwerk erhöht werden um diese Bedingung zu erfüllen. Ein erhöhtes Fahrwerk ist, sofern es noch ohne zusätzliche Ausbuchtungen am Rumpf installiert werden kann, zumindest schwerer als ein kürzeres und trägt damit ebenfalls zu einer Erhöhung des Treibstoffverbrauches bei. Next results in an installation problem of the nacelle on the wing. Since the aircraft nacelles must never touch the ground on aircraft, even in the case of a failed landing with extreme inclination, they must not project beyond an imaginary line between the landing gear and the wing tips. If the nacelle diameter is increased, the chassis must be increased for the same span of the wing to meet this condition. An elevated chassis is, if it can be installed without additional bulges on the hull, at least heavier than a shorter and thus also contributes to an increase in fuel consumption.
Als weitere Problematik von weiter vergrößerten Triebwerksgondeln ist das Verhalten des Flugzeugs für den Fall des Ausfalls eines Gondelantriebes zu nennen. Dabei erhöht sich der Strömungswiderstand der ausgefallenen Gondel drastisch und in etwa proportional zur deren Querschnittsfläche.Another problem of further enlarged engine gondolas is the behavior of the aircraft in the event of failure of a nacelle drive to call. In this case, the flow resistance of the failed gondola increases drastically and approximately in proportion to their cross-sectional area.
Für den Triebwerksausfall beim Start muss damit für größere Gondeln ein immer größerer Schubüberschuß an den verbleibenden Triebwerken vorgehalten werden um noch eine geringe Steigfähigkeit zu garantieren. Die Triebwerke weichen damit immer weiter von einer optimalen Abstimmung für den normalen Flug ab was wieder einen Mehrverbrauch von Treibstoff zur Folge hat.For the engine failure at the start of larger gondolas so an ever greater excess thrust on the remaining engines must be held in order to guarantee even a low gradeability. The engines thus deviate further and further from optimal tuning for normal flight, which in turn results in more fuel consumption.
Zusätzlich steigt das Giermoment überproportional, da durch die Erhöhung des Gondeldurchmessers zusammen mit der Fahrwerksproblematik auch der Abstand der Triebwerksgondel zur Rumpfmitte erhöht werden muss. Zur Kompensation muss das Seitenleitwerk vergrößert werden was eine weitere Gewichtserhöhung zur Folge hat und damit den Treibstoffverbrauch vergrößert.In addition, the yaw moment increases disproportionately, since the increase of the nacelle diameter together with the chassis problem also the distance of the engine nacelle to the center of the hull must be increased. For compensation, the fin has to be increased, which results in a further increase in weight and thus increases the fuel consumption.
Beide Effekte wirken sich besonders stark bei Flugzeugen mit nur zwei Triebwerken aus.Both effects have a particularly strong impact on aircraft with only two engines.
Es ist damit offensichtlich, dass mit dem Konzept von installierten Triebwerksgondeln der Treibstoffverbrauch nur bis an eine gewisse Grenze verringert werden kann, da dem Vorteil eines vergrößerten erfassten Luftmassenstroms immer stärker Treibstoff verbrauchende Nachteile entgegenwirken.It is thus obvious that, with the concept of installed engine nacelles, the fuel consumption can only be reduced to a certain limit, since the advantage of an increased mass air flow detected is increasingly counteracting fuel-consuming disadvantages.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Gegenstand dieser Erfindung ist eine weitere Treibstoffeinsparung durch Vergrößerung des Luftmassenstromes zur Schuberzeugung, unter Erhaltung aller Funktionsmerkmale eines aktuellen Tragflügels mit Triebwerksgondeln unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile.Object of this invention is a further fuel savings by increasing the air mass flow to thrust generation, while preserving all the features of a current wing with engine gondolas while avoiding the disadvantages indicated.
Dazu werden die Triebwerksgondeln nicht mehr über Pylone an der Tragfläche befestigt, sondern in diese integriert. Die so entstandene Triebwerksgondel-Tragflügel-Kombination wird im Folgenden als Gondelflügel bezeichnet.For this purpose, the engine nacelles are no longer attached to the wing via pylons, but integrated into them. The resulting engine nacelle-wing combination is hereinafter referred to as nacelle wings.
Für diesen werden mehrere vom Durchmesser kleine Gebläseeinheiten nebeneinander entlang der Tragflügelerstreckung im Inneren des Gondelflügels im Bereich der größten Profildicke angeordnet. An der Vorderseite des Gondelflügels befindet sich eine Einströmöffnung entlang seiner Erstreckung, durch welche Luft in den Gondelflügel einströmen und zu den Gebläseeinheiten gelangen kann. An der Hinterseite des Gondelflügels befindet sich eine entsprechend Ausströmöffnung aus der die Luft von den Gebläseeinheiten kommend wieder aus dem Gondelflügel ausströmt.For this, a plurality of small diameter fan units are arranged side by side along the airfoil extension in the interior of the nacelle in the area of the largest profile thickness. At the front of the nacelle wing there is an inflow opening along its extension, through which air can flow into the nacelle wing and reach the blower units. At the rear of the nacelle wing there is a corresponding outflow opening from which the air coming from the blower units flows out of the nacelle wing again.
Die Querschnittsfläche der trapezförmigen Einströmöffnung entspricht ungefähr der Summe der kreisförmigen Querschnittsflächen der zugeordneten Gebläserotoren der Gebläseeinheiten. Die Querschnittsfläche der Ausströmöffnung ist etwas kleiner und wirkt als Düse.The cross-sectional area of the trapezoidal inflow port is approximately equal to the sum of the circular cross-sectional areas of the associated fan motors of the fan units. The cross-sectional area of the discharge opening is slightly smaller and acts as a nozzle.
Um ein Rückströmen der Luft zwischen den kreisrunden Gebläserotorflächen und den im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitten des Gondelflügelinneren zu verhindern sind Leitflächen in den freibleibenden Zwickeln eingebaut um diese zu verschließen.In order to prevent a backflow of the air between the circular fan rotor surfaces and the substantially trapezoidal cross-sections of the gondola interior, baffles are incorporated in the remaining free gussets to close them.
Die vorderen Leitflächen sind dabei so geformt, dass sie den trapezförmigen vorderen Strömungskanal gleichmäßig in die kreisförmigen Formen der Gebläserotoren überführen und dabei die Strömung beschleunigen. Die hinteren Leitflächen sind umgekehrt geformt und überführen den kreisförmigen Strömungskanal wieder in die rechteckige Form, wobei die Strömung dabei verzögert wird. Die vorderen und hinteren Leitflächen bilden zusammen mit einem Gebläserotor eine Gebläseeinheit.The front fins are shaped so that they evenly transform the trapezoidal front flow channel in the circular shapes of the fan motors and thereby accelerate the flow. The rear baffles are reversely shaped and return the circular flow channel to the rectangular shape, thereby retarding the flow. The front and rear vanes together with a blower motor form a blower unit.
Die von der Strömung benetzte Oberfläche dieser Konfiguration ist unter Beibehaltung der axialen Länge dabei gleich oder kleiner als die einer frei installierten Triebwerksgondel, sofern das Verhältnis von Höhe zu Breite der Einlauföffnung gleich oder größer als ca. 1/8 ist. Dies ist dadurch zu erklären, da bei der Integration der Triebwerksgondel in den Tragflügel hinein die Außenfläche der Gondel sowie die des Pylons entfällt.The wetted by the flow surface of this configuration while maintaining the axial length is equal to or less than that of a freely installed engine nacelle, provided that the ratio of height to width of the inlet opening is equal to or greater than about 1/8. This can be explained by the fact that with the integration of the engine nacelle into the wing, the outer surface of the nacelle as well as that of the pylon is omitted.
Damit wird eine Erhöhung des Reibwiderstandes durch den im Prinzip ungünstigen trapezförmigen Strömungsquerschnitt vermieden.Thus, an increase in the frictional resistance is avoided by the in principle unfavorable trapezoidal flow cross-section.
Wie schon erläutert ist bei einer Erhöhung des Bläser-Luftmassenstromes und Absenkung des Bläser-Druckverhältnisses zur Verringerung des Treibstoffverbrauches entweder eine Blattverstellung am Gebläserotor oder eine variable Schubdüse notwendig. Wenn im Gondelflügel aus Kosten- und Gewichtsgründen Gebläserotoren mit starren Rotorblättern verwendet werden sollen, welche mit einem geringen Druckverhältnis und hohen Massenströmen betrieben werden, ist eine variable Schubdüse notwendig. Durch die lineare Anordnung der Gebläserotoren entlang der Erstreckung des Tragflügels wird diese besonders einfach durch eine über mehrere Gebläseeinheiten durchlaufende Düsenklappe am Ende des unteren Teils des Gondelflügels aufgebaut. Um mit einer Düsenklappe alle Gebläseeinheiten abstimmen zu können ist diese dabei so weit zurückgesetzt, dass die einzelnen Blasstrahlen der Gebläseeinheiten vor dieser schon wieder zu einem einzigen gemeinsamen Blasstrahl zusammengeführt sind.As already explained is an increase in the fan air mass flow and lowering the fan pressure ratio to reduce fuel consumption either a blade adjustment on the fan rotor or a variable exhaust nozzle necessary. If, for reasons of cost and weight, blower motors with rigid rotor blades are to be used in the nacelle, which are operated with a low pressure ratio and high mass flows, a variable exhaust nozzle is necessary. Due to the linear arrangement of the fan motors along the extension of the wing, this is particularly easy to set up by a nozzle flap passing through several fan units at the end of the lower part of the nacelle wing. In order to be able to tune all blower units with a nozzle flap, this is set back so far that the individual blow jets of the blower units before this are again combined to form a single common blow jet.
Zur Erhaltung des Auftriebs am Gondelflügel muss die Düsenströmung immer parallel zur Strömung auf der Oberseite des Gondelflügels abströmen. Um dies bei unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten der Düsenklappe sicher zu stellen endet diese etwas vor dem Ende der Hinterkante des oberen Teils des Gondelflügels. Der so nach hinten überstehende obere Teil muss so groß bemessen sein, dass er eine ausreichende ausrichtende Wirkung auf den Düsenstrahl hat.To maintain buoyancy on the nacelle, the nozzle flow must always flow parallel to the flow on the top of the nacelle wing. To ensure this at different opening cross sections of the nozzle flap, this ends slightly before the end of the trailing edge of the upper part of the nacelle wing. The upper part projecting backwards must be dimensioned so that it has a sufficient directing effect on the jet.
Optional kann die Einströmöffnung ebenfalls durch eine Diffusorklappe vorne am unteren Teil des Gondelflügels nach demselben Prinzip wie die Düsenklappe variabel gestaltet werden. Dies ermöglicht eine weitere verbesserte Anpassung der Strömung im Gondelflügel, wodurch Verluste verringert werden und damit Treibstoff eingespart werden kann.Optionally, the inlet opening can also be made variable by a diffuser flap at the front of the lower part of the nacelle wing according to the same principle as the nozzle flap. This allows a further improved adaptation of the flow in the nacelle, whereby losses can be reduced and thus fuel can be saved.
Das bei Flugzeugen nach dem Stand der Technik bekannte vordere und hintere Klappensystem wird beim Gondelflügel übernommen und nur geringfügig verändert. Eine Veränderung betrifft die bekannten Krügerklappen sofern diese für das vordere Klappensystem angewendet werden. Solche Klappen können beim Gondelflügel wegen der Einströmöffnung nicht angewendet werden. Es ist aber möglich Klappen oder Vorflügel von der Oberseite nach vorne unten zu schwenken und somit dieselbe Funktion zu erhalten.The known in aircraft of the prior art front and rear flap system is taken on the nacelle wings and changed only slightly. A change affects the known Krügerklappen if they are used for the front flap system. Such flaps can not be applied to the nacelle due to the inlet opening. But it is possible to swing flaps or slats from the top to the bottom front and thus to obtain the same function.
Das hintere Klappensystem ist vom Aufbau unverändert muss jedoch stabiler aufgebaut werden, da es bei ausgefahrenen Klappen in die Umlenkung des Schubstrahles nach unten zur weiteren Steigerung des Auftriebs eingebunden ist, was bei separat aufgehängten Triebwerksgondeln nicht der Fall ist. Dies ist ein weiterer Vorteil für die Treibstoffeinsparung, da durch die Auftriebserhöhung die Tragflügelfläche verkleinert werden kann und dies im Streckenflug eine Reduzierung des Strömungswiderstandes bewirkt.The rear flap system is unchanged from the structure, however, must be built more stable, since it is integrated with extended flaps in the deflection of the thrust jet down to further increase the buoyancy, which is not the case with separately suspended engine nacelles. This is a further advantage for the fuel savings, since the wing increase can be reduced by increasing the lift and this causes a reduction of the flow resistance in the cross-country flight.
Die Schubumkehr zur Unterstützung der Radbremsen bei der Landung ist im Gondelflügel wie in einer freien Gondel als Kaskaden- oder Klappen-Schubumkehrer möglich. Beim Gondelflügel befinden sich die Ausströmöffnungen des umgelenkten Luftstrahls auf der Unterseite. Die Ausblasung wird dabei so gestaltet, dass sich einzelne unterbrochene Blasstrahlen nach vorne ausbilden um einen Druckaufbau unter dem Gondelflügel und damit das Entstehen eines Auftriebs zu vermeiden.The thrust reverser to assist the wheel brakes on landing is possible in the nacelle wing as in a free nacelle as a cascade or flap thrust reverser. The nacelle wings are the outflow openings of the deflected air jet on the bottom. The blow-out is designed in such a way that individual interrupted blast jets form to the front in order to avoid pressure build-up under the nacelle wing and thus avoid the emergence of buoyancy.
Im Inneren des Gondelflügels werden dabei Verschlussklappen in den Strömungskanal der einzelnen Gebläse eingeschwenkt, welche die Verbindung zur Düse versperren und im unteren Teil des Gondelflügels den Bereich der Ausströmöffnungen freigeben. Je nach Bauart wird bei einer Strömungsumlenkung durch eine Kaskade außen am Gondelflügel unten ein Schubumkehrdeckel nach hinten weggefahren oder bei einer Umlenkung durch Klappen eine solche ausgeschwenkt.In the interior of the nacelle shutter flaps are pivoted into the flow channel of the individual fans, which block the connection to the nozzle and release the area of the outflow in the lower part of the nacelle. Depending on the design of a flow reversal by a cascade outside of the nacelle wing down a thrust reverser cover is moved backwards or swung at a deflection by flaps such.
Der obere Teil des Gondelflügels ist als Torsionskasten aufgebaut um diesem die notwendige Steifigkeit gegen Verwindung zu verleihen. Der untere Teil des Gondelflügels dient mechanisch hauptsächlich der Übertragung von Zugkräften, welche durch Auskreuzungen übertragen werden. Das Konzept des Gondelflügels ist damit durch die größere Profildicke, im Vergleich zu bekannten Tragflügeln, erheblich steifer und damit auch leichter, wodurch sich ein weiterer Vorteil bezüglich Treibstoffeinsparung ergibt.The upper part of the nacelle wing is constructed as a torsion box to give it the necessary rigidity against twisting. The lower part of the nacelle wing mechanically serves mainly to transmit tensile forces transmitted by outcrossings. The concept of the nacelle wing is so by the larger profile thickness, compared to known wings, significantly stiffer and thus lighter, resulting in another advantage in terms of fuel economy.
Offensichtlich ist auch, dass im Vergleich zu einer installierten Triebwerksgondel erheblich an Bauhöhe gespart wird, was das Problem der Fahrwerksanpassung für die schräge Landung vermeidet.It is also obvious that in comparison to an installed engine nacelle considerable height is saved, which avoids the problem of adjusting the landing gear for the inclined landing.
Die Gebläserotoren der nebeneinander angeordneten Gebläseeinheiten werden einzeln bevorzugt durch Hochleistungs-Elektromotoren angetrieben, welche über ein mehrfach redundantes Hybridsystem aus gasturbinenbetriebenen Generatoren und Hochleistungsbatterien oder nur über solche Batterien ihre elektrische Leistung beziehen.The fan motors of the juxtaposed blower units are individually preferably driven by high-performance electric motors, which draw their electric power via a multi-redundant hybrid system of gas turbine-powered generators and high-performance batteries or only on such batteries.
Die Elektromotoren sind in Motorgondeln eingebaut, welche bevorzugt an den Auskreuzungen zwischen dem oberen und unteren Teil des Gondelflügels befestigt sind. Die Motorgondeln sind strömungsgünstig ausgeformt. Die Streben der Auskreuzungen sind im Bereich des Strömungskanals der Gebläseeinheit tragflügelartig ausgebildet und stellen neben ihrer mechanischen Funktion zusätzlich ein Leitgitter für die drallbehaftete Strömung aus den Gebläserotoren dar. Zwischen den Auskreuzungen können noch weitere Strömungsprofile zur Verbesserung der Leitgitterfunktion angeordnet werden. Durch das Leitgitter wird der Drall der Strömung nach den Gebläserotoren in Druck und/oder axiale Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt und dient daher der Erhöhung des Wirkungsgrades der Gebläseeinheit.The electric motors are installed in motor nacelles, which are preferably attached to the outcrossings between the upper and lower part of the nacelle wing. The motor gondolas are aerodynamically shaped. The struts of the outcrossings are designed like a wing in the area of the flow channel of the blower unit and, in addition to their mechanical function, additionally constitute a guide grid for the swirling flow from the blower motors. Between the outcrossings can be arranged even more flow profiles to improve the Leitgitterfunktion. Through the guide grid, the swirl of the flow is converted to the fan motors in pressure and / or axial flow velocity and therefore serves to increase the efficiency of the blower unit.
Durch die große Anzahl von Gebläserotoren mit separaten Antrieben steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit einer Gebläseeinheit im Gesamtantriebssystem. Dies ist ein allgemeines Problem von mehrmotorigen Flugzeugen, welches durch die Auslegung des Gesamtantriebssystems für den Ausfall einer oder mehrerer Komponenten gelöst wird.The large number of fan motors with separate drives increases the probability of failure of a fan unit in the overall drive system. This is a common problem of multi-engine aircraft, which is solved by the design of the overall drive system for the failure of one or more components.
Für den Gondelflügel in der bisher beschriebenen Form wäre dieser Fehlerfall besonders kritisch, da durch das Zusammenführen der Blasstrahlen der einzelnen Gebläseeinheiten vor der gemeinsamen Düse der Ausfall einer einzelnen Gebläseeinheit Einfluss auch auf die noch funktionsfähigen Einheiten hätte. Zur Lösung des Problems werden dazu die Verschlussklappen des Schubumkehrers nicht durchlaufend, sondern separat für jede einzelne Gebläseeinheit schließbar gestaltet. Weiter enden die hinteren Leitflächen jeder Gebläseeinheit so, dass diese zusammen mit einem geschlossenen Verschlussklappenpaar einen abgeschlossenen Raum, ohne eine Verbindung zur gemeinsamen Schubdüse, bilden.For the nacelle in the form described so far, this error would be particularly critical, since the merging of the jets of individual blower units in front of the common nozzle of the failure of a single blower unit would also influence the still functioning units. To solve the problem to the shutter flaps of the thrust reverser are not continuous, but designed separately closable for each individual fan unit. Further, the rear vanes of each blower unit terminate to form a closed space with no connection to the common exhaust nozzle, together with a pair of closed flaps.
Fällt nun eine Gebläseeinheit aus, kann diese durch das Schließen des zugehörigen Verschlussklappenpaares aus dem Verbund der restlichen Einheiten herausgenommen werden. Dadurch wird eine Rückströmung innerhalb des Gondelflügels von hinten nach vorne durch die ausgefallenen Gebläseeinheit hindurch vermieden und der Einfluss des Ausfalls auf die noch funktionierenden Gebläseeinheiten begrenzt.If now a blower unit fails, this can be removed by closing the associated flap pair from the composite of the remaining units. This avoids backflow within the nacelle from back to front through the failed blower unit and limits the impact of the failure on the still functioning blower units.
Die durch den Ausfall ungünstig veränderte Durchströmung des Gondelflügels wird dann durch Anpassen der Düsenfläche über die Düsenklappe sowie der Einlaufklappe so eingestellt, dass sich wieder möglichst optimale Strömungsverhältnisse an den noch verbliebenen Gebläseeinheiten einstellen.The unfavorably changed by the failure flow through the nacelle is then adjusted by adjusting the nozzle surface on the nozzle flap and the inlet flap so that again set the best possible flow conditions on the remaining fan units.
Diese Vorgehensweise lässt sich über mehrfach Ausfälle bis zum kompletten Ausfall aller Gebläseeinheiten fortführen. Auch für diesen Extremfall muss sichergestellt sein, dass der Gondelflügel genügend Auftrieb, zumindest für einen steilen Gleitflug zu einem Notlandegebiet, liefert. So kann durch Ausfahren der hinteren und vorderen Klappensysteme zusammen mit dem Schließen der Düsen- und Einlaufklappen eine Profilgeometrie und Tragflügelfläche erzeugt werden, welche diese Noteigenschaften gewährleistet.This procedure can be continued over multiple failures until complete failure of all fan units. Even for this extreme case, it must be ensured that the nacelle wing provides enough lift, at least for a steep glide flight to an emergency landing area. Thus, by extending the rear and front flap systems together with the closing of the nozzle and inlet flaps, a profile geometry and airfoil surface can be produced which ensures these note characteristics.
Durch die Möglichkeit der Anpassung der Flügelgeometrie bei einem Ausfall einer Gebläseeinheit entsteht dabei im Gegensatz zu einer installierten Gondel kaum ein zusätzlicher Gondelwiderstand, der mit zusätzlich installierter Triebwerksleistung kompensiert werden müsste. Dies gilt ebenfalls für das deshalb auch nicht auftretende zusätzliche Giermoment, was eine Anpassung des Seitenleitwerks vermeidet.Due to the possibility of adapting the blade geometry in the event of a fan unit failure, in contrast to an installed nacelle, there is hardly any additional gondola resistance which would have to be compensated for with additionally installed engine power. This also applies to the therefore also not occurring additional yaw moment, which avoids an adaptation of the vertical stabilizer.
Deshalb und unter Berücksichtigung der hohen Anzahl an redundanten Gebläseeinheiten muss beim Gondelflügel nur ein sehr geringer Schubüberschuß für einen Fehlerfall vorgehalten werden, was es ermöglicht das System sehr nahe am Optimum für den normalen Flugfall auszulegen, was Treibstoff spart.Therefore, and taking into account the high number of redundant blower units, only a very small overshoot must be kept available for a fault in the nacelle, which makes it possible to design the system very close to the optimum for the normal flight case, which saves fuel.
Für den Flug im Geschwindigkeitsbereich knapp unter der Schallgeschwindigkeit ist eine Pfeilung des Tragflügels zur Reduzierung des Widerstandes günstig. Diese Pfeilung kann auch beim Gondelflügel realisiert werden, wobei dafür die Gebläseeinheiten treppenförmig entlang der dann schrägen Tragfügelerstreckung angeordnet werden. Die Einlauf- und Düsenklappen verlaufen unverändert parallel der Vorder- beziehungsweise der Hinterkante des Gondelflügels, welche ihrerseits nicht parallel sondern wie allgemein üblich von der Tragflächenwurzel spitzwinkelig Richtung Tragflügelenden verlaufen können.For the flight in the speed range just below the speed of sound, a sweep of the wing to reduce the resistance is favorable. This sweep can also be realized in the nacelle wing, for which purpose the fan units are arranged in a staircase along the then sloping support foot extension. The inlet and nozzle flaps continue unchanged parallel to the front and the rear edge of the nacelle wing, which in turn can not run parallel but as usual from the wing root acute angle direction wing ends.
Zusätzlich zu dem generell lärmreduzierenden Effekt eines erhöhten Luftmassenstroms zur Schuberzeugung, sind die lärmerzeugenden Gebläserotoren im Inneren des Gondelflügels, wegen der relativ langen Strömungskanäle, sehr gut von der Umgebung abgeschirmt. Mit Einbau von lärmdämpfenden Oberflächenelementen in diesem Bereich und unter Verwendung von lärmgekapselten Triebwerken für die Generatoren und besonders im reinen Batteriebetrieb des Flugzeugs ist mit extrem geringen Lärmemissionen auf dem Niveau von Segelflugzeugen zu rechnen. Ein 24-Stunden Flugbetrieb auch in lärmsensiblen Regionen erscheint daher möglich.In addition to the generally noise-reducing effect of increased air mass flow for thrust generation, the noise-generating fan motors inside the nacelle wing, because of the relatively long flow channels, very well shielded from the environment. With the incorporation of noise abatement surface elements in this area and the use of noise-encapsulated engines for the generators and especially in the pure battery operation of the aircraft is expected to extremely low noise emissions at the level of gliders. A 24-hour flight operation, even in noise-sensitive regions, therefore seems possible.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea using an exemplary embodiment with reference to the drawings. Show it:
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability
In
Auf der rechten Seite ist die Verdoppelung der Eintrittsfläche
Jeweils beidseitig abgeschlossen sind die Gebläsegruppen
Die Linien
In
In
Am Untergurt
Im Bereich der hinteren Leitflächen
Die Klappenstellung der Klappen am Obergurt
Die Klappenstellungen der Einlaufklappe
Entsprechend der sich ändernden Parameter werden diese kontinuierlich geändert um das Gesamtsystem immer im Optimum zu betreiben.According to the changing parameters, these are continuously changed in order to always operate the complete system optimally.
Ebenfalls zeitgleich wird wie im Stand der Technik bekannt die Bremsklappe
Wegen der einen ausgefallenen und geschlossenen Gebläseeinheit
Ebenfalls wir die Querschnittsfläche der Einströmöffnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- TriebwerksgondelEngine nacelle
- 22
- Fahrwerk in LandekonfigurationLanding gear in landing configuration
- 2a2a
- Fahrwerk in FlugkonfigurationLanding gear in flight configuration
- LL
- Linie „schräge Landung”Line "sloping landing"
- L1L1
- Linie „schräge Landung”Line "sloping landing"
- L2L2
- Linie „schräge Landung”Line "sloping landing"
- L3L3
- Linie „schräge Landung”Line "sloping landing"
- 33
- TragflügelspitzeHydrofoil tip
- 44
- Eintrittsflächeentry surface
- 55
- Gondelflügelgondola wings
- 66
- Gebläsegruppeblower
- 77
- Gebläsegruppeblower
- 88th
- Einströmöffnunginflow
- 99
- Einströmöffnunginflow
- 1010
- Gebläseeinheitblower unit
- 1111
- Hebelkastenlever box
- 11m11m
- mittlerer Hebelkastenmiddle lever box
- 1212
- Fahrwerklanding gear
- 12a12a
- Fahrwerk in FlugpositionLanding gear in flight position
- 1313
- Flugzeugrumpffuselage
- 1414
- Lufteinlaufair inlet
- 1515
- Landeklappenflaps
- 1616
- Querruderaileron
- 1717
- Auskreuzungoutcrossing
- 1818
- Obergurtupper chord
- 1919
- Untergurtlower chord
- 2020
- Motorgondelnacelle
- 2121
- Gebläserotorfan rotor
- 2222
- Zwickelgore
- 2323
- kreisförmiger Strömungskanalcircular flow channel
- 2424
- vordere Leitflächenfront fins
- 2525
- hintere Leitflächenrear fins
- 2626
- Außenprofilouter profile
- 2727
- Skelettlinieskeleton line
- 2828
- Ausströmöffnung/DüseOrifice / nozzle
- 2929
- Zuströmunginflow
- 3030
- Blasstrahlblowing jet
- 30a30a
- Blasstrahlblowing jet
- 30b30b
- Blasstrahlblowing jet
- UU
- ÜberstandGot over
- 3131
- Düsenklappenozzle flap
- 3232
- Diffusorklappediffuser flap
- 3333
- Vorflügelvane
- 3434
- Kaskaden-UmlenkgitterCascade deflector
- 3535
- Verschlussklappeflap
- 3636
- SchubumkehrdeckelThrust reverser cover
- 3737
- Bremsklappeairbrake
- 3838
- vordere Landeklappefront landing flap
- 3939
- hintere Landklapperear flap
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202016000269.5U DE202016000269U1 (en) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Wing with integrated engine gondolas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202016000269.5U DE202016000269U1 (en) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Wing with integrated engine gondolas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202016000269U1 true DE202016000269U1 (en) | 2016-02-16 |
Family
ID=55445200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202016000269.5U Expired - Lifetime DE202016000269U1 (en) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Wing with integrated engine gondolas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202016000269U1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11492099B2 (en) * | 2019-04-19 | 2022-11-08 | Wright Electric, Inc. | Aircraft nacelle having electric motor and thrust reversing air exhaust flaps |
FR3127477A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-03-31 | Safran | PROPULSION GROUP, AIRCRAFT AND RELATED IMPLEMENTATION |
FR3135706A1 (en) * | 2022-05-19 | 2023-11-24 | Institut Supérieur De L'aéronautique Et De L'espace | POWERTRAIN, AIRCRAFT AND IMPLEMENTATION IN FULL FLIGHT |
DE102023118008B3 (en) | 2023-07-07 | 2024-04-04 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Approach procedures with distributed propulsion |
-
2016
- 2016-01-14 DE DE202016000269.5U patent/DE202016000269U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
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