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Strahlgetriebenes Flugzeug mit Einrichtungen zur Ausblasung von Gasen
Die Erfindung betrifft ein strahlgetriebenes Flugzeug mit Einrichtungen zur Ausblasung
von Gasen am Tragflügel. Derartige Einrichtungen dienen in der Regel zur Beeinflussung
der Grenzschicht oder der Zirkulation der Flügel strömung zum Zwecke der Auftriebsverbesserung.
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Es ist bereits ein Flügel bekannt, bei dem der hintere Profilsektor
um eine Achse derart schwenkbar ist, daß ein Teil dieses Sektors auf der Profiloberseite,
ein anderer Teil auf der Profilunterseite übersteht. Gleichzeitig wird zwischen
dem Flügel und dem aufgeklappten Profilsektor ein Schlitz geöffnet, welcher die
Profiloberseite mit der Profilunterseite verbindet. In diesen Schlitz wird aus dem
Flügelinneren By-pass-Luft ausgeblasen, welche mit Hilfe des Ejektor-Effektes Umgebungsluft
ansaugt und sich mit dieser vermischt. Auf diese Weise wird eine Hubkraft erzeugt,
welche den Flügel STOL- oder VTOL-Eigenschaften geben soll. (The Augmentor-Wing
by D.C. Whittley. The De Havilland Aircraft of Canada, Ltd. ICAS Congress 1964).
Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die erzielbare Hubstrahlfläche nur
gering und die Hubkraft dadurch begrenzt ist. Außerdem greift die Hubkraft in der
Nähe der Flügelhinterkante an, was zu einer starken Zunahme des positiven Nickmomentes
führen muß, welches durch eine zusätzliche Ausblasung am Flugzeugbug oder -heck
kompensiert werden muß. Als weiterer Nachteil wird angesehen, daß eine Beeinflussung
der Grenzschicht und der Zirkulation des eigentlichen Flügels wegen der Anordnung
dieser Einrichtung in der Nähe der Klügelhinterkante nur begrenzt möglich ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flugzeug der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei welchem die Ausblaseeinrichtung gleichzeitig zur
Erzeugung eines für VTOL-Eigenschaften
tusreichenden Hubschubes
sowie zu einer wirkungsvollen Beeinflutung der Flügeluaströmung geeignet ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Tragflügel
ganz oder teilweise in mehrere im wesentlichen in Spannweitenrichtung sich erstreckende
Längskästen unterteilt ist, welche jeweils u. Längsachsen drehbar gelagert sind,
wobei jeder der Längskästen wenigstens mit einem ebenfalls in Längsrichtung verlaufenden
Ausblaseschlitz oder dgl. versehen ist, dessen Mündung in der Grenswand zu dem in
Profilti-fenrichtuFg folgenden Längskasten angeordnet iet. Die Ausblaseschlitze
sind dabei erfindungsgemäß jeweils an innerhalb der Längekästen verlaufende Gasleitungen
angeschlossen.
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In Normallage liegen die Längekästen alle aneinander an und bilden
ein geschlossenes, lückenloses aerodynamisches Profil.
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Die Ausblaseschlltse sind dabei i allgemeinen von dem jeweils benachbarten
Längekasten abgedeckt und können nicht wirksam werden. Der Flügel wirkt in dieser
Stellung der Längskästen wie ein normaler, bekannter Tragflügel. Wenn die Längekästen
um ihre Achsen gedreht werden, öffnen sich zwischen ihnen jeweils Ejektorkanäle,
welche die Flügeloberseite mit der Flügel unterseite werbinden. Gleichzeitig werden
die Ausblaseschlitze freigelegt. Die aus den Ausblaseschlitzen strömenden Druckgase
durchfließen die Ejektorkanäle von oben nach unten, und saugen dabei Umgebungsluft
an. Dadurch wird der Hub schub beträchtlich erhöht, wobei gleichzeitig Druck und
Geschwindigkeit dieser Gase durch die Vermischung mit Umgebungsluft vermindert werden.
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Die Folge davon ist ein geringerer Strahllärm sowie eine geringere
Bodeneronion. Da die Ejektorkanäle den gesamten Flügel oder einen wesentlichen Bereich
des Flügeln überdecken, läßt sich mit Hilfe dieser Einrichtung eine sehr große Hubstrahlfläche
erzielen, so daß auch entsprechende Hubkräfte erzeugt werden können. Durch die Stellung
der Längskästen kann außerdem die Richtung der Hubstrahlen beeinflußt werden, so
daß auf diese Weise eine Steuerung des Flugzeuges möglich ist.
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Die Einrichtung gibt auch die Möglichkeit, die beim Vorwärtsflug sich
einstellende Flügelumströmung positiv zu beeinflussen.
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Auch hierbei ergibt sich wiederum als erhbblicher Vorteil, daß im
wesentlichen die gesamte Flügelfäche von den Ausblaseöffnungen erfaßt wird, so daß
die Flügelströmung in jeder Fliigelregion beeinflußbar ist.
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Bei einem Merkmal der Erfindung weisen außer dem Nasen- und Endkasten
die Längskästen etwa die Form einer Raute auf, die in Normallage ein lückenloses
Profil formen. Diese Rauten, die aus aerodynamischen Griinden natürlich abgerundet
sein sollen, stellen ihrerseits wieder strömungsgünstige Profile dar, welche verhältnismäßig
geringe Strömungsverluste ergeben.
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Nach einem weiteren Nerkmal der Erfindung sind die Langskästen gleichsinnig
und gleichmäßig oder gleichsinnig gestaffelt verstellbar. Eine gleichmäßige Verstellung
wird vorwiegend dann angewendet, wenn der Tragflügel reinen llubschub erzeugen soll.
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Bei einer gestaffelten Verstellung nehmen die Verdrehwinkel der Längskästen
beispielsweise von vorne nach hinten gleichmäßig zu. Diese Stellung der Längskästen
wird vorwiegend bei einem Übergang von der VTOL-Phase zur aerodynamiscli getragenen
Phase Verwendung finden.
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Erfindungsgemäß sollen die Gaszufuhr zu den einzelnen Ausblaseschlitzen
bzw. die Winkellage der Längskästen getrennt regelbar sein, so daß beispielsweise
zum Zwecke einer Steuerung des Flugzeuges die Schub- bzw. Auftriebskräfte der Flügel
unsymmetrisch geregelt werden können.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Ausblaseschlitz des die Flügelhinterkante bildenden Längskastens auf dessen Oberseite
angeordnet ist. Dieser Ausblaseschlitz bewirkt dabei in an sich bekannter Weise
eine Verbesserung der Flügelumströmung im Bereich der Flügelhinterkante.
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Ein Ausführungsbetopiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Flugzeug mit einem in
mehrere Längskästen aufgeteilten Tragflügel in einer Seitenansicht,wobei der Tragflügel
im Wurzelbereich geschnitten ist; Fig. 2 ein Flugzeug gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht;
Fig. 3 einen Tragflügel des Flugzeuges gemäß Fig. 1 in STOL-Stellung; Fig. 4 einen
Tragflügel gemäß Fig. 3 in Langsamflugstellung.
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Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Flugzeug 1 weist in konventioneller
Weise einen Rumpf 2, einen Tragflügel 3 sowie ein Leitwerk 4 auf. Im Rumpf sind
zwei nebeneinander liegende Strahltriebwerke 5 angeordnet, welche ihre Schubgase
wahlweise durch Schubdüsen 6 nach hinten ausstoßen können oder über Abzweigungen
7, 8 den beiden Tragflügelhälften 9, 10 zuleiten können. Zwischen den Abzweigungen
7, 8 besteht eine Verbindungoleitung 11, welche es ermöglicht, Leistungsunterschiede
der beiden Triebwerke auszugleichen und die beiden Flügelhälften in jedem Fall symmetrisch
zu beaufschlagen.
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Jede der Tragflügelhälften 9, 10 besteht jeweils aus mehreren Längskästen
12, die um ihre etwa in Spannweitenrichtung verlaufenden Längsachsen 13 drehbar
im stumpf gelagert sind. Randbögen 14, 15 fixieren die Längskästen 12 relativ zueinander.
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Die Längskästen 12 sind mit innerhalb angeordneten Gasleitungen 16
versehen, welche jeweils über Anschlußstücke 17 an die Abzweigung 7, 8 angeschlossen
sind.
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Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, ist jeder Längskasten 12 mit einem
Ausblaseschlitz 18 ausgestattet, welcher sich etwa über die gesamte Länge des Längskastens
zieht. Dieser Ausblaseschlitz 18 steht mit der Gasleitung 16 in Verbindung und wird
über diese mit Heißgas aus den Triebwerken 5 versorgt. Bei der in Fig. 3 dargestellten
Stellung wird eine große Heißgasmenge über die
Ausbiaseschlitze
Schräg nach unten und hinten ausgeblasen, wobei durch den sich zwischen den Längskästen
einstellenden Ejektoreffekt Umgebungsluft angesaugt wird. Diese Umgebungsluft vermischt
sich mit dem Heißgas und ergibt so einen verhältnismäßig geschlossenen, nach abwärts
gerichteten Schubstrahl von gegenüber der reinen lleißgasmenge größerer Masse, geringerer
Temperatur und geringerer Geschwindigkeit. Insgesamt ergibt sich ein Schub.gewinn
sowie ein weniger aggressiver Schubstrahl, so daß die Bodenerosion sowie die Lärmbelästigung
verringert werden.
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Fig. 4 zeigt eine Flügeleinstellung, bei der die Längskästen 12 von
der Flügelvorderkante zur Flügelhinterkante zunehmend verdreht werden. Diese Einstellung
ist beispielsweise für extremen Langsamflug vorgesehen, bei dem bereits eine Flügelanströmung
von vorne vorliegt. Der aus den einzelnen Ausblaseschlitzen 18 ausgeblasene Heißgasstrom
kann entsprechend der Einstellung der Längskästen unterschiedlich sein, so daß beispielsweise
im Bereich der Flügelvorderkante mehr eine Beeinflussung der Flügelgrenzschicht
bzw. der Zirkulation stattfindet, während im Bereich der Flügelhinterkante eine
echte Schlbsteigerung mittels Ejektoreffekt bewirkt wird.
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Es sind auch noch weitere Flügeleinstellungen möglich, bei denen beispielsweise
aus allen Ausblaseschlitzen 18 nur eine für eine Grenzschichtbeeinflussung ausreichende
geringe EIe ißgnsmenge ausgeblasen wird.
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Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung läßt sich also allgemein ein
Flügel verwirklichen, welcher dem Flugzeug VTOL- und STOL-Eigenschaften verleiht,
welcher extrem hohe Auftriebsbeiwerte ermöglicht, und welcher außerdem eine für
den Schnellflug gün -stige Profilform annehmen kann. Es ist weiterhin daran gedacht,
mit Hilfe der gesteuerten Ausblasung auch den mit Superzirkulation bezeichneten
Strömungszustand einzuleiten und aufrecht zu erhalten.
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Durch eine unsymmetrische Regelung der Flügel einstellung sowie der
Heißgasausblasung ist es außerdem möglich, das Flugzeug um sämtliche Achsen zu steuern.
Zur Erzielung eines Gier-Steuermomentes werden beispielsweise die beiden Flügelhälften
unterschiedlich eingestellt, so daß sich auf einer Flugzellgseite eine größere nach
hinten gerichtete Schubkouponente ergibt als auf der anderen Flugzeugseite. Das
Rollmoment wird durch unterschiedlichen Heißgasdurchlaß in den beiden Flügelhälften
erzeugt. Um ein Nickmoment aufzubringen, wird beispielsweise der lleißgasdurchsatz
im Bereich der Flügelhinterkante gegenüber dem Heißgasdurchnatz in der Flügelvorderkante
erhöht bzw. erniedrigt. Für die Starttransition werden beide Flügelhälften beispielsweise
gleicbsnäßig von der in Fig. 3 dargestellten Stellung in die in Fig. 1 gezeigte
Flügeleinstellung verdreht, wobei gleichzeitig der lleigasanteil, welcher aus den
Flügeln ausgeblasen wird, verringert und der Heißgasanteil in der Schubdüse 6 erhöht
wird.
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Zur Steuerung des Heißgasflusses können in an sich bekannter Weise
in den Abzweigungen 7, 8 oder in den Verbindungsstücken 17 Ventile vorgesehen sein,
die der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht näher dargestellt werden. Ein weiteres
Ventil ist in der Verbindungsleitung 11 vorgesehen, so daß beispielsweise bei Ausfall
eines Triebwerkes eine symetrische Beaufschlagung der beiden Flügelhälften gewährleistet
werden kann.
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Der die Flügelhinterkante bildende Längskasten 19 weist einen Ausblasschlitz
20 auf, welcher auf der Oberseite dieses Längskastens mündet. Der Längskasten 19
kann in an sich bekannter Weise bei geringer Anstellung als auftriebserhöhende Klappe,
bei starker Anstellung jedoch als Bremsklappe wirken, wobei die den Ausblaseschlitz
20 verlassenden Heißgase zur fleeinflussung der Klappengrenzschicbt dienen.