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Flugzeug-Tragflügel Die Erfindung betrifft eine Flugzeug-TragflügelkonstruktionO
Bei den bisherigen Tragflügel-Konstruktionen wird eine Klappe, d.h. ein nach unten
auslenkbarer Hinterkantenab schnitt des Xragflügels, als auftriebserhöhende Vorrichtung
benutzt, welche die Start und Landestrecken eines Flugzeugs verkürzt, ohne seine
Hochgeschwindigkeitsleistung zu beeinträchtigen. Die Wirkung der Klappe, beispielsweise
einer liandeklappe, besteht darin, den Hinterkantenabschnitt des Flügel-Profils
nach unten zu ziehen und auf diese Weise vorübergehend die Wölbung des Tragflügels
zu vergrößern0 InfoLgedessen wird der Anstellwinkel für Null-Auftrieb des 'Uragflügels
selbst klein und wird auch der Höchstauftrieb erhöht0 Obgleich im allgemeinen die
Auftriebs erhöhung bei zunehmendem Winkel, unter welchem die Klappe nach unten ausgelenkt
ist (im folgenden einfach als Klappenwinkel bezeichnet) größer wird, nimmt die Auftriebsgröße
ab, wenn der Klappenwinkel über einen bestimmten Wert hinaus erhöht wird (vergl.
Figo Ia und 1b). Diese Erscheinung ist der Tatsache zuzuschreiben, daß bei Vergrößerung
des Klappenwinkels ein positives Druckgefälle in der Nähe der Klappen-Vorderkante
an der Flügel-Oberseite abrupt erhöht wird, was zu einem Abriß der Luftstrom-Grenzschicht
führt. Mit anderen Worten ist der Luftstrom nicht mehr in der Lage, der konvexen
Krümmung zu folgen. Bei weiterer Vergrößerung des Klappenwinkels wird der Abrißbereich
größer und erstreckt sich hinter den Tragflügel zurück (vergl. Fig, 2a und 2b) e
Infolgedessen
wird die Auftriebserhöhung bei zunehmendem Klappenwinkel geringer, wobei bei einem
über- einem bestimmten Wert liegenden Winkel der Auftrieb abnimmt, Für verschiedene
Arten von Tragflügel- und Klappen-Konfigurationen kann ein den größtmöglichen Auftrieb
liefernder Klappenwinkel bestimmt werden, doch läßt sich dabei kein diesen Höchstwert
übersteigender Auftrieb erzielen; Obgleich sich die vorstehenden Erläuterungen auf
einen Tragflügel mit gerader Klappe beziehen, gilt gleichermaßen auch für einen
Tragflügel mit Spaltklappe, daß die Auftriebserhöhung bei einem'bestimmten Klappenwinkel
zunichte gemacht wird0 Demgegenüber schafft die Erfindung eine aus einem Tragflügel,
einem Spoiler und einer Tragflügel-Klappe bestehende Tragflügel-Konstruktion, deren
Besonderheit darin besteht, daß der Spoiler unter Lagerung am Tragflügel derart
zwischen Tragflügel und Klappe angeordnet ist, daß er zwischen einer oberen Stellung,
in welcher er als Störklappe diewü, und einer unteren Stellung verlagerbar'ist,
in welcher der luftstrom vom Spoiler bei ausgefahrener Klappe auf diese geleitet
wird0 Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Spoiler
bzwo der Störklappe und der eigentlichen Klappe ein Gestängemechanismus vorgesehen,
um den Spoiler automatischtnach unten zu verdrehen, wenn die Klappe nach unten ausgefahren
wird.
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Der Spoiler vermag neben seiner eigentlichen Funktion als Störklappe
den Wert des Klappenwinkels, bis zu welchem der Auftrieb zunimmt, und mithin den
Auftrieb selbst zu erhöhen, da infolge seiner Abwärts-Auslenkung der Luft-Strömungsabriß
in
der Nähe der Klappen-Vorderkante wegen der Vergrößerung des Klappenwinkels verhindert
oder verzögert wird. Wenn zudem der Spoiler zusammen mit der Klappe ausgefahren
wird, ergibt sich der Vorteil, daß der genannte hohe Auftrieb automatisch erzielt
wird.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im
Vergleioh mit dem Stand der Technik anhand der Zeichnungen näher erläutert, Es zeigen:
Fige Ia eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der auftriebserhöhenden
Wirkung einer Tragflügel-Klappe, Figo Ib eine graphische Darstellung zur Veranschaulich;ng
des Verhältnisses zwischen Klappenwinkel und Auftriebserhöhung, Figo 2a und 2b-
schematische Darstellungen des bei ausgefahrener Klappe auftretenden Strömungsabrisses,
Fige 3 eine graphische Darstellung der erfindungsgemäß erzielbaren Auftriebs erhöhung
und des effektiven Klappenwinkels, Figo 4a, 4b und 5a, 5b schematische Darstellungen
des Grundgedankens der Erfindung, Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen Auftriebs erhöhung und dem Verhältnis von FlUgeltiefe zu Klappentiefe,
Fig.
7a einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt zur Veranschaulichung einer
Ausführungsform der Erfindung mit zwischen Tragflügel, Spoiler und Klappe vorgesehenem
Gest,änge, Fig. 7b einen Figo 7a ähnelnden Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung und Fig. 8a, 8b und 8c Querschnitte zur Veranschaulichung der Ausführungsformen
gemäß Figo 7a und 7b in verschiedenen Betriebsstellungen.
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Wie am besten aus den Figo 4a und 4b hervorgeht, kann ein am Hinterkantenabschnitt
eines Tragflügels 1 angelenkter Spoiler 2 zwischen einer gestrichelt eingezeichneten
Stellung, in welcher er als Störklappe vorderhalb einer Tragflügel-, beispielsweise
Lande-Klappe 3 wirkt, und einer in ausgezogenen Linien eingezeichneten Stellung
verschwenkt werden, in welcher er als auftriebs erhöhende Vorrichtung dient. Sigo
4a veranschaulicht einen Spoiler ohne Spalt, während Fig. 4b einen Spoiler mit Spalt
zeigt.
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Fig. 5a veranschaulicht den Fall, in welchem kein erfindungsgemäßer
Spoiler vorgesehen ist, wobei der Luftstrom bei großem Klappenwinkel vom Tragflügel
abreißen würde.
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Wenn dagegen gemäß Fig. 5b ein erfindungsgemäßer Spoiler vorgesehen
ist, welcher die Krümmung vom Tragflügel über den Spoiler zur Klappe abrundet, so
reißt der Luftstrom kaum ab, auch wenn der Klappenwinkel so groß ist wie im Fall
von Fig. 5a.
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Der Auftrieb kann durch allmähliche Ablenkung des Luftstroms von der
Tragflügel-Oberseite zur Klappen-Oberseite erhöht werden, um das positive Druckgefälle
von der Gragflächen-
Oberseite zur Klappen-Oberseite zu mildern
bzwO abzuschwächen und auf diese Weise den Iiuftstrom-Abriß von der Klappe zu verzögern,
bis ein größerer Klappenwinkel erreicht ist0 Als Nebenwirkung wird darüber hinaus
das Tiefenverhältnis von Klappe zu Tragflügel erfindungsgemäß beträchtlich vergrößert;
durch diesen Effekt wird mithin eine zusätzliche Auftriebserhöhung erreicht (vergl.
Sigo 6)o In den Pigc 7a und 7b sind zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
veranschaulicht, die sich durch die Konfiguration der Hinterkantena'bschnitte des
Tragflügels 1 und des Spoilers 2- voneinander unterscheiden0 Gemäß ige 7a und 7b
ist der Spoiler 2 an der Hinterkante des Tragflügels 1 an einem Spoiler-Scharnier
4 angelenkt.
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Hinter dem Spoiler 2 ist eine Klappe 3 mittels eines festen Arms 5
an einer drehbaren Welle 6 befestigt, die im Hauptteil des Tragflügels 1 drehbar
gelagert ist und mit einem Klappen-Stellglied verbunden sein kann, das zur Steuerung
des Klappenwinkels durch Verdrehen der Welle 6 um den gewünschten Winkelbetrag dient,
Der Spoiler 2 und der feste Arm 5 der Klappe 3 sind durch einen aus mehreren auf
Schwenkwellen 11 - 16 gelagerten Lenkern 7 - 10 bestehenden Gestängemechanismus
miteinander verbunden. Der Zwischen-Lenker 9 ist über einen aus mehreren auf Schwenkwellen
20 - 23 gelagerten Lenkern 17 - 19 bestehenden Gestängemechanismus mit einer nicht
dargestellten Steuervorrichtung gekoppelt und die Schwenkwellen 13 und 22 sind starr
am Hauptteil des Tragflügels 1 befestigt, während die Schwenkwelle 16 am Spoiler
befestigt ist0 Sowohl in Fig. 7a als auch in Sigo 7b ist der am einen Ende an der
Klappe 3 und am anderen Ende an der drehbaren Welle 6
befestigte
feste Arm 5 über die Schwenkwelle 11 an einer unmittelbar über der Welle .6 liegenden
Stelle schwenkbar mit dem rechten Ende des geraden Lenkers 7 verbunden, Wenn das
nicht dargestellte Klappen-Stellglied betätigt wird und die aus der Welle 6, dem
festen Arm 5 und der Klappe 3 bestehende Anordnung gemäß den Fig. 7a und 7b im Uhrzeigersinn
um die Achse der Welle 6 verschwenkt, wird daher das linke Ende des geraden Lenkers
7 nach rechts gezogen, welches über die Schwenkwelle 12 schwenkbar mit dem unteren
Ende des lotrechten Arms des L-förmigen Lenkers 8 verbunden ist, der seinerseits
an der Schwenkwelle 13 schwenkbar mit dem Spoiler 2 verbunden isto Das linke Ende
des waagerechten Arms des Eiförmigen Lenkers 8 ist mittels der Sehwenkwelle 14 schwenkbar
mit einem Zwischenpunkt am waagerechten Arm des praktisch L-förmigen Lenkers 9 verbunden,
dessen linkes Ende seines waagerechten Arms wiederum über die Schwenkwelle 15 schwenkbar
mit dem unteren Ende des geraden Lenkers 10 verbunden ist, während das obere Ende
des lotrechten Arms des Lenkers 9 über die Schwenkwelle 20 schwenkbar mit dem unteren
Ende des geraden Lenkers 17 verbunden ist. Infolgedessen ist kein Abschnitt des
praktisch 'L-förmigen Lenkers 9 gegenüber dem Hauptteil des Tragflügels 1 oder dem
Spoiler 2 festgelegt. Das obere Ende des geraden Lenkers 10 ist mittels der am Spoiler
2 befestigten Schwenkachse 16 schwenkbar am Spoiler 2 gelagert, Anderseits ist das
obere Ende des geraden Lenkers 17 über die Schwenkwelle 21 mit dem rechten Ende
des längeren Arms des L-förmigen Lenkers 18 verbunden, der seinerseits über die
Schwenkwelle 22 schwenkbar mit dem Hauptteil des Dragflügels 1 verbunden ist, während
das untere Ende des kürzeren Arms des Eiförmigen Lenkers 18 über eine Schwenkwelle
23 mit dem Lenker 19 verbunden ist, der zur nicht dargestellten Steuervorrichtung
führt, Die vorstehende Beschreibung der
Konstruktion des den Tragflügel
1,, den Spoiler 2 und die Klappe 3 miteinander verbindenden Cestängemechanismus
gilt für beide Ausführungsformen der Erfindung gemäß den Fig. 7a und 7bo Die Pigo
8a, 8b und 8c veranschaulichen die Zustände des dem Tragflügel 1, dem Spoiler 2
und der Klappe 3 der Ausführungsform gemäß Fige 7a zugeordneten Gestängemechanismus
in verschiedenen Betriebsstellungen0 Selbstverständlich ist jedoch die Arbeitsweise
bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7b die gleiche, Gemäß Fig. 8a ist das nicht dargestellte
Klappen-Stellglid nicht betätigt, so daß sich die drehbare Welle 6, der feste Arm
5 und die Klappe 3 in ihren Normalstellungen gegenüber dem Hauptteil des Tragflügels
1 befinden, wie sie in Figo 7a dargestellt sind. Der Lenker 19 ist dagegen durch
Betätigung der nicht dargestellten Steuervorrichtung aus der Position gemäß Figo
7a nach links verzogen worden, so daß sich der Eförmige Lenker 18 wegen der Schwenkverbindung
zwischen den Lenkern 19 und 18 über die Schwenkwelle 23 im Uhrzeigersinn um die
feste Schwenkwelle 22 herum verschwenkt hat. Da die Schwenkwelle 11 und die Schwenkwelle
13 beide dauerhaft am Hauptteil des Tragflügels t befestigt sind, ist die Schwenkwelle
14 ebenfalls ortsfest, Infolgedessen hat die im Uhrzeigersinn gerichtete Bewegung
des längeren Arms des Lenkers 18 um die feste Schwenkwelle 22 ein im Uhrzeigersinn
erfolgendes Verdrehen des L-förmigen Lenkers 9 um die vorübergehend festgelegte
Schwenkwelle 14 mit Hilfe des geraden Lenkers 17 zur Folge. Die Lage der Schwenkwelle
15 wird daher angehoben, so daß der Spoiler 2 entgegen dem UhrzeEgersinn um das
Scharnier 4 verschwenkt wird, bis der gerade Lenker 10 und der längere Arm des Eiförmigen
Lenkers 9 gemäß Fig. 8a praktisch eine Linie miteinander bilden. Auf
diese
Weise kann der Spoiler 2 eine nach oben ausgefahrene Stellung einnehmen, ohne die
Relativstellung der Klappe 3 gegenüber dem Hauptteil des Tragflügels 1 zu verändern,
so daß er seine vorgesehene Aufgabe, als Störklappe erfüllen kann0 In Figo 8b ist
die nicht dargestellte, mit dem Lenker 19 verbundene Steuervorrichtung nicht aus
ihrer Normalstellung gemäß Fig, 7a verlagert worden, sondern ist stattdessen das
nicht dargestellte Klappen-Betätigungsglied betätigt, so daß die aus der drehbaren
Welle 6,'dem festen Arm 5 und der Klappe 3 bestehende Anordnung im Uhrzeigersinn
um die Welle 6 verdreht worden ist0 Folglich wird der gerade Lenker 7 durch die
Schwenkwelle 11 gemäß den Fig. 7a und 8b nach rechts gezogen, so daß sich der L-förmige
Lenker 8 um die gegenüber dem Hauptteil des Tragflügels 1 festgelegte Schwenkwelle
13 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht hat, Dader Lenker 19 und die Schwenkwelle
22 beide gegenüber dem Hauptteil des Tragflügels 1 dauerhaft festgelegt sind, ist
auch die am Ende des längeren Arms des L-förmigen Lenkers 18 vorgesehene Schwenkwelle
21 festgelegt0 Folglich werden durch die entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Bewegung
des waagerechten Arms des L-förmigen Lenkers 8 um die feste Schwenkwelle 22 die
drei Schwenkwellen 14, 20 und 21 nahezu in Flucht bzw. in eine Linie miteinander
gebracht. Somit' kann eine entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Bewegung des L-förmigen
Lenkers 9 um die Schwenkwelle 20 stattfinden, welche sich ebenfalls etwas nach links
bewegt, wie dies aus einem Vergleich von Fig. 8b mit Fig. 7a ersichtlich ist.
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Demzufolge wird der Spoiler 2 mittels der Schwenkwelle 15, des geraden
Lenkers 10 und der Schwenkwelle 16, die am Spoiler 2 befestigt ist, geringfügig
im Uhrzeigersinn um das Scharnier 4 herum verdreht. Auf diese Weise kann der
Spoiler
2 eine nach unten ausgelenkte Stellung einnehmen, wobei der Ausschlagwinkel eine
Punktion des durch das Klappen-Stellglied gesteuerten Klappenwinkels ist, so daß
die durch den Tragflügei 1, den Spoiler 2 und die Klappe 3 festgelegte Krümmung
insgesamt verhältnismäßig stufenlos ist0 Da der Luftstrom über die Oberseite des
Gragflügels 1, wie erwähnt, gleichmäßig längs der Oberseite des Spoilers 2 auf die
Oberseite der Klappe 3 geführt wird, ohne einen Strömungsabriß hervorzurufen, läßt
sich erhöhter Auftrieb erzielen Außerdem ist in diesem Zustand die Klappentiefe
infolge der Abwärts-Auslenkung des Spoilers beträchtlich vergrögert, so daß die
durch das Ausfahren der Klappe erreichte Auftriebs erhöhung weiter vergrößert werden
kann0 Gemäß Fig. 8c wird die Klappe 3 durch das nicht dargestellte Klappen-Stellglied
so betätigt, daß sie praktisch denselben Klappenwinkel einnimmt wie in Figa 8b,
während gleichzeitig auch der Spoiler über den mit der nicht dargestellten Steuervorrichtung
verbundenen Lenker 19 betätigt wird, um die vorgesehene Wirkung des Spoilers entweder
als aerodynamische Bremse oder als Querruder auszunutzen0 Aus einem Vergleich von
Sigo 8c mit Fig. 8a und 8b ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Betätigung des
Gestängemechaw nismus in diesem Fall eine Überlagerung bzwD Kombination der Betätigungsvorgänge
bei den Betriebszuständen gemäß den Fig. 8a und 8b ist. Eine genauere Erläuterung
des Zustands des Gestängemechanismus gemäß Figo 8c dürfte sich daher erübrigen.
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Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß ein Spoiler, der
bisher ausschließlich zur Verringerung des Auftriebs benutzt wurde, als Teil einer
auftriebserhöhenden Vorrichtung eingesetzt werden, wobei außerdem die Funktion des
Spoilers als auftriebserhöhende Vorrichtung automatisch
mittels
eines der Klappe zugeordneten Gestängemechanismus erzielt werden kann0 Obgleich
die Erfindung vorstehend speziell in bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und
beschrieben ist, ist sie selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt0
Während der zwischen Spoiler und Klappe angeordnete Gestängemechanismus bei den
beschriebenen Ausführungsformen aus Lenkern besteht, kann er beispielsweise auch
aus Kettenrädern und Ketten oder Zahnrädern aufgebaut sein, Mithin sind gewisse
Ä:nderungen und Abwandlungen der dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen
möglich, ohne daß der Rahmen und der Grundgedanke der Erfindung verlassen werden.