DE2527467B2 - Überströmter Körper, insbesondere Tragflügel - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen überströmten Körper, insbesondere Tragflügel, mit einer derart aufgelösten Hinterkante, daß die Profiltiefe sich quer zur Strömungsrichtung laufend ändert.

Ein derartiger Tragflügel ist aus der US-PS 14 54 479 bekannt. Dabei ist etwa die zweite sich in Strömungsrichtung erstreckende Hälfte des Tragflügels mit V-förmigen Durchbrechungen versehen, wodurch V-förmige Flügelchen gebildet werden, die den Durchtritt der Luft von der Unterseite des Flügels auf die Oberseite bewirken sollen. Es lag die Vorstellung zugrunde, durch diese Ausbildung den Auftrieb zu vergrößern. Aus diesem Grunde ist auch nicht nur die Hinterkante V-förmig aufgelöst, sondern die gesamte zweite Hälfte des Flügels. Über das akustische Verhalten eines derart ausgebildeten Tragflügels enthält die US-PS 14 54 479 keine Hinweise.

Die Überströmung der Hinterkante eines Flügels oder ähnlicher quer zur Strömungsrichtung ausgedehnter Körper erzeugt Schall. Ursache dafür ist anschaulich gesprochen die unstetige Änderung der Strömungsbedingungen an der Hinterkante, insbesondere der Ausgleich der turbulenten Druckschwankungen am Profil durch die Umströmung der Hinterkante. Es ist bereits bekannt, die Ausbreitung des Strahllärms von Düsentriebwerken bei Flugzeugen nach unten hin dadurch zu verringern, daß eine Kombination von Schlitzdüsen und Landeklappen mit gerader Hinterkante vorgesehen wird. Untersuchungen dazu sind bekannt (G ro se he, F.-R. Zur Schallerzeugung durch einen turbulenten Luftstrahl über einer endlich großen ebenen Platte. Mitt. MPI f. Strömungsforschung und Aerodynamische Versuchsanstalt Göttingen Nr. 45 (1969), S. 1— 129; Powell, A. On the aerodynamic noise of a rigid flat plate moving at zero incidence, JASA 31 (1959), pp. 1649—1653). Diese Untersuchungen ergaben u.a., daß die an der Hinterkante eines turbulent überströmten Körpers erzeugte Schalleistung etwa mit der 5. Potenz der Strömungsgeschwindigkeit zunimmt und daß sich das Maximum des Schallspektrums proportional der Strömungsgeschwindigkeit zu höheren Frequenzen verschiebt Der an der Hinterkante erzeugte Schall beeinträchtigt die Abschirmwirkung der Klappe an sich erheblich. Wenn die Korrelationslänge der turbulenten Schwankungen in der Richtung quer zur Strömung groß ist, erfolgt die Schallabstrahlung an der geraden Hinterkante des Körpers über eine entsprechende Länge kohärent und phasengleich. Der akustische Wirkungsgrad wird hierdurch nachteilig erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Lärm (Schall), der im Bereich der Hinterkante von überströmten Körpern, insbesondere Tragflügeln, abgestrahlt wird, zu mindern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zur Minderung der Schallabstrahlung die Zahnungstiefe der Hinterkante des überströmten Körpers etwa der Größenordnung der Wellenlänge des zu mindernden Schalls entspricht Damit wird die Möglichkeit geschaffen, daß die quer zur Strömung orientierten Wirbel, also Querwirbeln, nicht über ihre ganze Erstreckung gleichzeitig die Hinterkante erreichen, wie dies bei einer geraden Hinterkante der Fall ist, wo der Übergang der quer zur Strömung orientierten Wirbel mehr oder weniger gleichzeitig erfolgt Nach der Erfindung erfolgt der Übergang der Wirbelelemente vielmehr kontinuierlich und vereinzelt Hierdurch wird die Erhöhung des akustischen Wirkungsgrades vermieden und die Schallerzeugung im Bereich der Hinterkante gegenüber dem Fall dfir geraden Hinterkante verringert. Wichtig ist, daß dabei etwa die Größenordnung der Wellenlänge des zu mindernden Schalls bei der Auflösung der Hinterkante eingehalten wird. Die Auflösung der Hinterkante in Abströmrichtung kann gezahnt oder gerillt sein. Die Auflösung in der Tiefe richtet sich nach dem interessierenden Schallfrequenzbereich und liegt in der Größenordnung der Wellenlänge des zu mindernden Schalls, vorzugsweise bei etwa einer halben Schallwellenlänge. Es ist daher unter Umständen zweckmäßig, die Zahnungstiefe entlang der Hinterkante eines Tragflügels entsprechend den sich ändernden Strömungsverhältnissen zu variieren.

Es ist auch die Möglichkeit gegeben, daß die aufgelöste Hinterkante an einer oder mehreren an dem überströmten Körper angelenkten Klappen angeordnet ist. Die Anordnung einer Klappe oder auch von Systemen von Klappen ist im Flugzeugbau an sich bekannt.

Bei der Überströmung des Körpers kann eine Schlitzdüse höhenversetzt zu der Hinterkante angeordnet sein, so daß sich die Strömung mit der Außenluft vermischen kann und dadurch die Druckschwankungen im Hinterkantenbereich vermindert werden. Dieser Versatz ist an sich auch bei der Verwendung von geraden Hinterkanten bekannt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilansicht in perspektivischer Darstellung eines Tragflügels mit aufgelöster Hinterkante,

F i g. 2 eine Teilansicht in perspektivischer Darstellung eines Tragflügels mit angelenkter Klappe mit aufgelöster Hinterkante und

F i g. 3 ein Diagramm des Schallpegels über verschiedene Winkel.

Als überströmter Körper ist in F i g. 1 ein Teil eines Tragflügels 1 dargestellt, der beispielsweise auf seiner Oberseite mit einem Düsentriebwerk 2 versehen ist, dessen Abgasstrahlen in einer Schlitzdüse 3 zur Ausströmung gebracht werden. Die Schlitzdüse 3 bzw. deren Austrittsprofil ist auf der Saugseite des Tragflü-

gels angeordnet und von der Mittelebene des Tragflügels wie auch von der Hinterkante 4 versetzt angeordnet Es versteht sich, daß auch Tragflügelkonstruktionen möglich sind, bei denen das Düsentriebwerk 2 an sich auf der Druckseite des Tragflügels angeordnet ist, bei denen aber durch Öffnungen oder Schlitze die abströmenden Gase letztlich auf die Saugseite geleitet werden.

Wesentlich ist, daß die Hinterkante 4 des Tragflügels 1 in Strömungsrichtung gemäß Pfeil 5 aufgelöst ist. Es kann hier eine Zahnung, eine wellenförmige Ausbildung oder eine sonstige Unterbrechung der Geradlinigkeit vorgesehen sein. Wesentlich ist, eine gerade Hinterkante zu vermeiden, da dort sonst die Turbulenzelemente schlagartig und gleichzeitig mit der umgebenenden Luft in Berührung kommen, was dazu führt, daß der im Hinterkantenbereich entstehende Lärm die Abschirmwirkung des Hinterkantenbereiches an sich beeinträchtigt.

F i g. 2 zeigt, daß die aufgelöste Hinterkante 4 nicht unbedingt im hinteren Bereich des Tragflügels 1 selbst angeordnet sein muß. Es kann vielmehr auch eine Klappe 6 an dem Tragflügel 1 schwenkbar angelenkt sein, die dann ihrerseits die aufgelöste Hinterkante 4 trägt Selbstverständlich sind auch Systeme von mehreren Klappen hintereinander möglich. Wesentlich ist immer, den Querwirbeln bei turbulent überströmten Körpern an der Obergangsstelle zu der umgebenenden Luft eine gewisse Austauschstrecke zur Verfügung zu stellen, um den Übergang kontinuierlich zu gestalten und zu vergleichmäßigen.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Schallpegels über verschiedenen Winkeln φ. Der Winkel φ ist der Winkel zwischen der Strahlachse und der Verbindungslinie des Mittelpunktes der Austrittsdüse und dem Betrachter, also dem Lärmempfänger. Ein auf der Erde stehender Mensch befindet sich also bei Beobachtung eines

ίο fliegenden Flugzeuges im Bereich negativer φ-Winkel. In gestrichelter Linie ist zunächst die Schallabstrahlung an einer Schlitzdüse dargestellt, die keine abschirmende Klappe aufweist, bei der also gleichsam die Schlitzdüse mit der geraden Hinterkante zusammenfällt. In durchgezogener Linienführung und durch Kreise gekennzeichnet, die einzelne Meßpunkte wiedergeben, ist die Schallabstrahlung, die dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 entspricht, also bei Anordnung einer Klappe mit schräggezahnter Hinterkante. Im Vergleich dazu bringt die Anordnung einer Klappe allein, d. h. mil gerader Hinterkante, nicht die erwünschte Wirkung. Es sind zwei Linienführungen dargestellt, und zwar bei einer Klappe gleicher Länge und zum anderen bei einer Klappe gleicher Fläche, jeweils mit gerader Hinterkante und jeweils im Vergleich zu der Klappe mit der Zahnung.

Es ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Ausbildung die Lärmminderung am größten ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überströmter Körper, insbesondere Tragflügel, mit einer derart aufgelösten Hinterkante, daß die Profiltiefe sich quer zur Strömungsrichtung laufend ändert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minderung der Schallabstrahlung die Zahnungstiefe der Hinterkante (4) des überströmten Körpers (Tragflügel 1) etwa der Größenordnung der Wellenlänge des zu mindernden Schalls entspricht ι ο

2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkante (4) gezahnt oder gewellt ist.

3. Körper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgelöste Hinterkante (4) an einer oder mehreren an dem überströmten Körper angelenkten Klappen (6) angeordnet ist

4. Körper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Oberströmung des Körpers (Tragflügel 1) eine Schlitzdüse (3) höhenversetzt zu der Hinterkante (4) angeordnet ist, so daß sich die Strömung mit der Außenluft vermischen kann und dadurch die Druckschwankungen im Hinterkantenbereich vermindert werden.