DE2035445A1

DE2035445A1 - Verfahren zur Widerstandsverminderung für senkrecht startende und landende Flugzeuge

Info

Publication number: DE2035445A1
Application number: DE19702035445
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof.Dr.-Ing. 2862 Worpswede Riccius
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker GmbH, 2800 Bremen
Priority date: 1970-07-17
Filing date: 1970-07-17
Publication date: 1972-01-27
Also published as: US3801048A; GB1333494A

Description

Vereinigte Flugtechnische Kerke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Verfahren zur Widerstandsverminderung für senkrecht startende

und landende Flugzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hiderstandsverrainderung für ein senkrecht startendes und landendes Flugzeug, das mit einer Triebwerksanlage zur Erzeugung von Vertikalschub und einer Absauge- oder Ausblaseanlage zur Beeinflussung der Grenzschichtströmung an der Flugzeugoberfläche ausgerüstet ist.

Vergleicht man senkrecht startende und landende Flugzeuge mit horizontal (konventionell) startenden Flugzeugen, so ergeben sich bei gleichen Einsatzbedingungen für beide Flugzeugtypen höhere Betriebskosten für den Senkrechtstarter. Dieser Nach teil des senkrecht startenden Flugzeuges ergibt sich hauptsächlich aus seinem höheren Gewicht, das durch die zusätzliche Triebwerksanlage zur Erzeugung von Vertikalschub bedingt ist, die im übrigen während des Ilorizontalfluges außer Betrieb gesetzt ist. Dieser zusätzliche Raum— und Gewichtsaufwand für
den Senkrechtstarter hat zur Folge, daß sich bei gleichem Abf lu^gowtoht gegenüber dem Horizontalstar tor - gleiche Reich-, weite und Fluggeschwindigkeit vorausgesetzt'— eine geringere NutzLir.t ergibt b/.w. bei gleicher Nutzlast ein größeres Ah
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Daraus resultieren in beiden Fällen höhere Betriebskosten, be~ dingt durch eine größere bespülte Flugzeugoberfläche, damit größeren aerodynamischen Widerstand und damit höheren Treibstoff verbrauch.

Es sind Flugzeuge bekannt, die durch Absaugen oder Ausblasen die Grenzschichtströmung am Tragflügel derart beeinflussen, daß eine Vii derstandsverrainderung und eine gleichzeitige Auftriebserhohung erreicht wird. Beim Ausblasen befinden sich an der Oberseite des Tragflügels, meist hinter der Profilnase und kurz vor den Hinterkantenklappen, in Längsrichtung des Tragflügels verlaufende Schlitze, durch die Druckluft ausgeblasen wird. Die erforderlichen Druckluftmengen wurden dabei bisher hinter den Verdichterstufen von Strahltriebwerken entnommen oder von speziell dafür vorgesehenen Kompressoren geliefert.

Beim Absaugeverfahren ist ein großer Teil der Tragflügeloberflache perforiert, so daß an diesen Öffnungen in der Behäutung die Grenzschichtströmung beschleunigt und nach innen in den Tragflügel abgesaugt werden kann. Der erforderliche Unter™ druck wird durch eine eigens für das Absaugen installierte Absaugepumpe geliefert.

Bei beiden Verfahren - Ausblasen und Absaugen — wird versucht, einerseits an den kritischen Stellen ein Umschlagen der laminaren in die turbulente Strömung zu verhindern und andererseits a.n bevorzugten Stellen ein Ablösen der Strömung zu-vermeiden, um somit eine Widerstandsvertai-rulerung zu erreichen. KLne ähnliche Anordnung nLrd Ln der OS 1 531.422 vorgeschlagen» HirrboL handelt er, /sich allörd» n_t7.« um eine Gi-enzschich tbeein-C I i. .,.^rjiin .< an Runpf ile;j I¹'Iu ρ f. \-\ ' ■« s, Die Enr.ffu ■ ". j-i':·: .'·'·. Li-Leb die— ,ti .\b sau ^e-- b'v., \\isl)lii«;er i- "3 t ■; y.ul! -.ϊμϊ·ϊ·;. ■: ιΛ:^<\^ y Z>;eihrei -.-- .-ί i i :-l'-τ·ι-Κ£:ϊι, die far lie Vo₁-tri ^; f.sf-r.-.-u"-in« i'orfc- —-h;-,! .=·. i^d,

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Für den Fall, daß, zum Betrieb einer Ausblaseanlage dem für die Schuberzeugung bestimmten Strahltriebwerk Verdichterluft entnommen wird, ergibt sieh eine nicht unwesentliche Verminderung der Triebwerksleistung und eine Verschlechterung des Wirkungsgrades. Für die andere Lösung von zusätzlichen Aggregaten zu» Ausblasen bzw. Absaugen bedingen die Kompressoren bzw* Puttpen eine nachteilige Gewichtserhöhung des Flugzeuges, die ihrerseits den infolge der Widerstandsverminderung durch Grenzschichtbeeinflussung erreichten Gewinn herabsetzt.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von senkrecht startenden und landenden Flugzeugen, insbesondere durch Verminderung des aerodynamischen Widerstandes«

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Energie zum Betrieb der Absauge- oder Ausblaseanlage während des aerodynamisch getragenen Fluges von der zur Erzeugung von Ver— tikalschub bestimmten Triebwerksanlage geliefert und deren verbleibender Schub durch Strahlumlenkung zum Vortrieb des Flugzeuges herangezogen wird.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Hubtriebwerksbzw. Hubgebläseanlage des Flugzeuges, die normalerweise während des Reisefluges außer Betrieb gesetzt ist und dadurch als wi— derstandserhöhender Ballast im Flugzeug mitgefiihrt wird, der Energieerzeugung zur Grenzschichtkontrolle dient. Es kann aufgrund der Erfindung eine Energieerzeugüngsanlage, die bisher während des Reisefluges nicht genutzt wurde, für einen Zweck eingesetzt" werden, der zugleich einer Widerstandseinsparung dient, die Betriebskosten senkt und damit die Wirtschaftlichkeit des Senkrechtstarters gegenüber dem Horizontalstarter entscheidend verbessert.

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Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt sieh besonders dann vorteilhaft aus, wenn man im Vergleich mit konventionell startenden Flugzeugen neben gleicher Fluggeschwindigkeit und gleicher Nutzlast große Reichweiten zugrunde legt. Dann nämlich erweist sich die erfindungsgemäße Widerstandsverminderung als Gewinn infolge eines geringeren Treibstoffbedarfes.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung in den Figg. 1 und 2 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben»

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäß ausgeführte Absaugeanlage für ein senkrecht startendes und landendes Flugzeug mit Hubtriebwerken.

Im Flugzeugrumpf ist das Hubtriebwerk 11 eingebaut, das sich seine erforderliche Luftmenge durch den Einlauf 12 ansaugt und die Austrittsgase durch die Strahlumlenkvorrichtung 13 im aerodynamisch gestützten Flug waagerecht austreten läßt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Strömung nur am Tragflügel abgesaugt; sie kann jedoch ebenfalls durch eine solche Anlage an der Rumpfoberfläche abgesaugt werden. Der Tragflügel 17 ist in seiner Außenhaut perforiert: es sind zahlreiche Öffnungen 18 vorgesehen, die in Verbindung mit den Absaugeleitungen l6 stehen. Die Energie für den Betrieb der Absaügeanlage liefert dabei das Hubtriebwerk 11, dem hinter seinen Verdichterstufen Druckluft entnommen wird, die ihrerseits durch die Strahlpumpe 14 in die Absaugeleitung 16 austritt und somit durch Ejektorwirkung den erforderlichen unterdruck zum Absaugen liefert. Bei Nachtbetrieb der 'Absaugeanlage - als© im Senkrechtflug während der Schwebephase - werden die Absaugeleitungen l6 durch das Absperrventil 15 vom Hubtriebwerk getrennt«

Beim aerodynamisch getragenen Flug dagegen ist das Absperrventil 15 geöffnet, und die Grenzschichtströmung am Tragflügel wird durch die Öffnungen l8 in den Tragflügel abgesaugt, wobei die Luft durch die Leitungen 16 zur Strahlpumpe 14 strömt und dahinter ins Freie austritt. Der verbleibende Schub des Hubtriebwerks wird dabei durch die Strahluralenkvorrichtung 13 zum Vortrieb des Flugzeuges herangezogen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt? es zeigt im Prinzip die gleiche Lösung wie in Fig. 1 mit dem Unterschied, daß hier über dem Tragflügel ausgeblasen wird.

Das im Flugzeugrumpf installierte Hubtriebwerk 21, zu dem die Luft durch den Einlauf 22 eintritt und durch die Strahlumlenkvorrichtung 23 wieder austritt, liefert die erforderliche Druckluft für die Grenzschichtkontrolle. Der Tragflügel 27 weist an seiner Saugseite — einmal unmittelbar hinter der Profilnase und zum anderen kurz vor den Hinterkantenklappen - Schlitze 28 auf, die in Längsrichtung parallel zur Vorder— bzw. Hinterkante des Tragflügels verlaufen. Diese Schlitze 28 sind mit der Zuleitung 26 verbunden, die ihrerseits durch das Absperrventil 25 gegebenenfalls von der Druckluftsamraelringleitung 24 des Hubtriebwerks 21·getrennt werden kann.

In beiden dargestellten erfindungsgemäßen Lösungen,Fig. 1 bzw. Fig. 2, ist eine Anlage zur Grenzschichtkontrolle am Tragflügel vorgesehen, bei der die zum Betrieb erforderliche Energie vom Hubtriebwerk geliefert wird, dessen Vertikalschub während>des Horizontalfluges nicht erforderlieh ist. Es sei darauf hingewiesen, daß statt der Hubtriebwerke für den Betrieb einer Absaugeoder Ausblaseanlage ebenso Hubgebläse erfolgreich eingesetzt werden können. Ebenso läßt sich die Grenzschichtkontrolle auf analoge Weise an geeigneten Stellen der Rumpfoberfläche durchführen, womit eine weitere Widerstandsverminderung des Flugzeuges erreicht würde.

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Claims

Γ ^\ Patentanspruch

Verfahren zur Widerstandsverminderung für ein senkrecht startendes und landendes Flugzeug mit einer Triebwerksanlage zur Erzeugung von Vertikalschub, dadurch gekennzeichnet , daß die zur Erzeugung von Vertikalschub bestimmte Triebwerksanlage während des aerodynamisch getragenen Fluges

a) zur Erzeugung der Energie zum Betrieb einer an sich bekannten Absauge- oder Ausblaseanlage zur Beeinflussung der Grenzschichtströmung an der Flugzeugoberfläche verwendet und

b) durch Strahlumlenkung des Restschubes zur zusätzlichen Vortriebserzeugung herangezogen wird.

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