DE2730032A1 - AIRPLANE CONFIGURATION - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C5/00—Stabilising surfaces
-
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Description
7722-24 X Bremen, d. 1. Juli 19777722-24 X Bremen, d. July 1, 1977
Vereinigte Flugtechnische Herke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter HaftungUnited Aviation Technology Herke-Fokker Company with limited liability
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flugzeugkonfiguration, insbesondere für im sub-, trans- und supersonischen Bereich operierende Kampfflugzeuge ·The invention relates to an aircraft configuration, in particular for combat aircraft operating in the sub-, trans- and supersonic area
Die Konfigurationen moderner Kampfflugzeuge werden bestimmt durch die Leietungsanforderungen bzw. die Missionen, die diese Flugzeuge zu erfüllen haben· Die Gestaltung des Flügels mit einem bestimmten Auftriebs-, Widerstands- und Momentenverhalten bildet hierbei ein wesentliches Mittel zur Lösung der gestellten Aufgabe. Alternativ stehen eich hier grundsätzlich zwei Flügeltypen gegenüber, und zwar einerseits der Deltaflügel, gekennzeichnet durch eine kleine Streokung The configurations of modern combat aircraft are determined by the Line requirements or the missions that these aircraft perform have to meet the design of the wing with a certain lift, Resistance and torque behavior are essential here Means for solving the task at hand. As an alternative, there are basically two types of wing opposite, on the one hand the delta wing, characterized by a small spread
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und eine große Vorderkantenpfeilung und der Trapezflügel, der durch eine relativ große Streckung und eine weniger starke Vorderkanten— pfeilung gekennzeichnet ist. Hierbei ist unter der Vorderkantenpfeilung der Winkel /• zu verstehen, der aus der Vorderkante des Flügels und aus einer Linie parallel zur Querachse des Flugzeuges in der X-Y-Ebeiie gebildet wird. Unter Streckung bzw. Streckungeverhältnis wird der Quotient aus den Quadrat der Spannweite zur Flügelfläche j\ «· b /F verstanden. Zur weiteren Unterscheidung dieser beiden Flügeltypen Trapez und Delta muß die Zuspitzung eingeführt werden, die sich als das Verhältnis von Süßerer zu innerer Flügeltiefe λ - la /I1 ergibt. Beim theoretischen Deltaflügel ist diese Zuspitzung gleich null, beim Trapezflügel dagegen nimmt sie endliche Werte an. Trapez- und Deltaflügel unterscheiden sich neben diesen und anderen Merkmalen durch eine unterschiedliche -Strömung beim stark angestellten Flügelt so läßt der Trapezflügel nur relativ geringe Anstellwinkel bis zum Abreißen der Strömung zu, während der Deltaflügel größere Anstellwinkel infolge einer kontrollierten Strömungeablösung an seiner stark gepfeilten Vorderkante mit einer stabilisierten Wirbelströmung zuläßt. Um diesen Vorteil des Deltaflügels auch auf den Trapezflügel auszudehnen, hat man dem Trapezflügel geringer Vorderkantenpfeilung einen kleinen Deltaflügel, einen sogenannten Strake vorgeschaltet. Dieser Strake erzeugt im Bereich großer Anstellwinkel ein eigenes stabiles Wirbelsyotem,das sich dem Strömungssystem des Trapezflügels überlagert und soait u.a. zu einem verbesserten Auftriebsverhalten beiträgt. Derartige FlUgelkonfigurationen gekennzeichnet di.rch die Kombination eines Trapezflügels mit einem Strake sind durch die Kampfflugzeuge F 16 und YF 17 bekannt geworden.and a large leading edge sweep and the trapezoidal wing, which is characterized by a relatively large extension and a less pronounced leading edge sweep. Here, the leading edge arrowhead is to be understood as the angle / • which is formed from the leading edge of the wing and a line parallel to the transverse axis of the aircraft in the XY plane. The aspect ratio or aspect ratio is understood to be the quotient of the square of the wingspan to the wing area j \ «· b / F. To further differentiate between these two wing types, trapezoid and delta, the tapering must be introduced, which results from the ratio of sweeter to inner wing depth λ - l a / I 1 . In the case of the theoretical delta wing, this taper is equal to zero, whereas in the case of the trapezoidal wing it assumes finite values. Trapezoidal and delta wings differ in addition to these and other features through a different flow in the strongly inclined wing, so the trapezoidal wing allows only relatively small angles of attack until the flow breaks, while the delta wing allows larger angles of attack due to a controlled flow detachment on its strongly swept leading edge allows a stabilized vortex flow. In order to extend this advantage of the delta wing to the trapezoidal wing, a small delta wing, a so-called strake, has been connected in front of the trapezoidal wing with a low leading edge sweep. This strake generates its own stable vortex syotem in the area of large angles of attack, which overlaps the flow system of the trapezoidal wing and thus contributes to improved lift behavior, among other things. Such wing configurations, characterized by the combination of a trapezoidal wing with a strake, have become known from the F 16 and YF 17 combat aircraft.
Der Nachteil dieser bekannten Konfiguration besteht darin, daß sie bestimmte Forderungen, wie geringes FlUge!strukturgewicht, guteThe disadvantage of this known configuration is that it certain requirements, such as low structural weight, good
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Schnellflugeigenschaften (geringer Widerstand bei kleinen Auftriebsbeiwerten), geringe Böenempfindlichkeit im Tiefflug (geringe Änderungen des Auftriebsbeiwertes über dem Anstellwinkel) und gute Hochauftriebseigenschaften nur unbefriedigend lösen kann.High-speed flight characteristics (low drag with small lift coefficients), low gust sensitivity in low flight (small changes in the lift coefficient over the angle of attack) and good high lift properties can only solve unsatisfactorily.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flugzeugkonfiguration, insbesondere für Hochleistungskampfflugzeuge zu schaffen, die die erwähnten Kachteile der bekannten Konfigurationen vermeidet. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, zwei sich nach bisherigem Kenntnisstand ausschließende Forderungen (Schnellflugleistungen und Manöverflugleistungen) in einem Flugzeug zu verwirklichen.The object of the invention is to provide an aircraft configuration, in particular for high-performance fighter aircraft, which avoids the mentioned tile parts of the known configurations. In particular It is the object of the invention to meet two mutually exclusive requirements (high-speed flight performance and maneuvering performance) in an aircraft.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäß in der Kombination eines Deltaflügels nit einen Strake, insbesondere jedoch in den Merkmalen der Ansprüche 1-4· Durch die Kombination dieser beiden Merkmale werden nicht nur die Vorteile beider Merkmale, also des Strake und des Deltaflügels beibehalten, sondern darüber hinaus auch noch verstärkt. Zusammengefaßt bedeutet dies, daß die erfindungsgemäße Kombination gegenüber bekannten Konfigurationen eine beträchtliche Verbesserung des Hochauftriebsverhaltens erzielt· Eine Verträglichkeit der beiden Wirbelsysteme von Strake einerseits und Deltaflügel andererseits wurde bisher nicht für möglich gehalten, weshalb der Strake lediglich nit einen Trapezflügel kombiniert wurde. Entgegen diesen technischen Vorurteil ergänzen eich jeoch die beiden Wirbelsysteme des Strake und des Haupt- bzw. Deltaflügels in vorteilhafter Weiset bei geringen Anstellwinkeln ist zunächst der Vorderkantenwirbel des Hauptflügels wirksam, während bei größeren Anstellwinkeln der Strakewirbel zu "ziehen" beginnt. Während bei derartig hohen Anstellwinkeln in Bereich zwischen 20 und 30° der Außenbereich des Deltaflügels keinen Auftrieb mehr erzeugt, verhindert der stark ausgeprägte stabilisierte StrakewirbelAccording to the invention, the solution to this problem lies in the combination of a delta wing with a strake, but in particular in the features of claims 1-4 · By combining these two Features will not only retain the advantages of both features, i.e. the strake and the delta wing, but beyond also reinforced. In summary, this means that the combination according to the invention compared to known configurations considerable improvement of the high-lift behavior achieved A compatibility of the two Strake vertebral systems on the one hand and delta wing on the other hand was previously not considered possible, which is why the strake is only combined with a trapezoidal wing became. Contrary to this technical prejudice, eich complement however, the two vortex systems of the strake and the main or delta wing is advantageous at low angles of attack initially the leading edge vortex of the main wing is effective, while at larger angles of attack the strake vortex begins to "pull". While at such high angles of attack in the range between 20 and 30 °, the outer area of the delta wing no longer has any lift produced, prevents the strong stabilized strake vortex
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in inneren FlUgelbereich, daß eich dieses Totwassergebißb vom A;'.·=·» eenbe reich weiter ine Innere des Flügels ausbreitet und da.c.it ein Auftriebsverainderung herbeiführt. Letzteres ist bsispiolrr^eira beim Deltaflügel ohne Strake der Fall. Neben diesen sirönungsteehnisehen Vorteilen, die sich im wesentlichen in einem Auftriebs^c— winn (verbesserten Manöverflugleistungen) niederschlagen, blei per; die spezifischen Merkmale des reinen Deltaflügels (ohne Strake) erhalten* gute Schnellflugeigenschaften bedingt durch einen geringen Null wi der stand und einen geringen induzierten Widerstand br.i kleinen C. — Werten, geringe Böenerapfindlichkoil, eine geringe r·.-·- lative Flügeldicke, eine große Flügelwurzeltiefe und damit verbunden ein geringes Flügelstrukturgewicht sowie günstige Einbaumögl:i.ch— keit für Hinterkantenklappen.in the inner wing area that this dead water bit is calibrated from the A; '. · = · » eenbe richly spreads further inside the wing and da.c.it a change in lift brings about. The latter is bsispiolrr ^ eira the case with the delta wing without strake. Next to this sironation ceremony Advantages, which are essentially in a lift ^ c- knock down profit (improved maneuvering flight performance), lead per; the specific features of the pure delta wing (without strake) get * good high-speed flight characteristics due to a low Zero resistance and a low induced resistance br.i small C. values, low gusts sensible coil, a low r · .- · - lative wing thickness, a large wing root depth and associated with it a low wing structure weight as well as inexpensive installation options: i.ch— for trailing edge flaps.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung stellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. Show it:
Die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Konfiguration sind in Figur 2 erkennbar} das Tragwerk 1 besteht aus dem DeltaflUgt-1 Z und dem diesem vorgeschalteten Strake 3· Die Vorderkantenpfeilims des Deltaflügels 2 ist als Kinkel Tv zwischen der Vorderkante 4 und einer zur Längsachse 6 des Flugzeuges senkrechten Esaugslirio. angegeben· Zur Bestimmung des Streckungsverhältnisses ./A sind weiterhin die Spannweite b sowie die Fläche F_ das Dsltaflü^ols 2 i-.v.^cgeben· Diese Dreiecksfläche Fn wird gebildet durch die beiden Vtidarkanten 4 und die Hinterkante des Deltaflügels ?. bzw. ihre gestricheltThe essential features of the configuration according to the invention can be seen in Figure 2} the structure 1 consists of the DeltaflUgt-1 Z and the strake 3 upstream of it Esaugslirio. specified · To determine the aspect ratio ./A, the span b and the area F_ das Dsltaflü ^ ols 2 i-.v. ^ c give · This triangular area F n is formed by the two Vtidar edges 4 and the trailing edge of the delta wing? or their dashed lines
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gezeichneten Verlängerungen. Der Strake 3 weist mit seiner Vorder—
kante 5 eine wesentlich stärkere Pfeilung als der Deltaflügel 2 mit seiner Vorderkante 4 auf| ferner besitzt der Strake 3 ein geringeres
Streckungsverhältnis als der Deltaflügel 2. Die Fläche des Strake F4, wird gebildet durch die beiden Teilflächen, die
ihrerseits durch die Vorderkante 5» die Verlängerung der Vorderkante
U und die Verschneidungslinie 8 zwischen Strake 3 und Flugzeugrumpf
6 gebildet wird. Im übrigen besitzt dieses erfindungsgemäß konfigurierte Flugzeug zwei Triebwerke 9 und 10 sowie das Doppeleeitenleitwerk
11 und das Höhenleitwerk 12. Weitere Einzelheiten des erfindungageraäßen Kampfflugzeuges sind den Figuren 1 und
zu entnehmen! dabei zeigt insbesondere die perspektivische Darstellung
in Figur 3f daß der Strake 3 mit dem Deltaflügel 2 eine
flächenmäßige Einheit bildet. Dieses Ausführungsbeicpiel stellt eine
Drachenkonfiguration dar — das erfindungsgemäße Tragwerk 1, bestehend
aus Strake 3 und Deltaflügel 2, ist jedoch auch mit denselben Vorteilen für andere Konfigurationen anwendbar.drawn extensions. The front edge 5 of the strake 3 has a significantly stronger sweep than the delta wing 2 with its front edge 4 Furthermore, the strake 3 has a lower aspect ratio than the delta wing 2. The surface of the strake F 4 is formed by the two partial surfaces, the
in turn, the extension of the leading edge U and the intersection line 8 between strake 3 and aircraft fuselage 6 is formed by the leading edge 5 ». In addition, this aircraft configured according to the invention has two engines 9 and 10 as well as the double vertical stabilizer 11 and the horizontal stabilizer 12. Further details of the fighter aircraft according to the invention can be found in FIGS. it particularly shows the perspective representation in Figure 3 that the strake f 3 forms an areal unit with the delta wing. 2 This exemplary embodiment represents a kite configuration - the structure 1 according to the invention, consisting of strake 3 and delta wing 2, can, however, also be used with the same advantages for other configurations.
Abschließend läßt sich sagen, daß die erfindungsgemäße Konfiguration
ein technisches Vorurteil der Fachwelt beseitigt hat, das einen Strake an einem Deltaflügel für nicht gewinnbringend hielt, weil sich
die beiden verschiedenen Wirbelsysteme von Strake und Delta eher
ungünstig als günstig beeinflussen würden. In Windkanalraessungen mit dem erfindungsgemäßen Modell konnte jedoch nachgewiesen werden,
daß diese Delta—Strake—Konfiguration erhebliche, überraschende Vorteile bringt. So ergibt sich in erster Linie eine Steigerung des
maximalen Auftriebsbeiwertes, verbunden :ait höheren ausfliegbaren Anstellwinkeln
und einem unkritischen Uberziehverhalten·
Beide Wirbelcysteae, einerseits an der Vorderkante 5 des Strake
und andererseits an der Vorderkante U des Deltaflügels 2 erzeugt,In conclusion, it can be said that the configuration according to the invention has eliminated a technical prejudice among experts who did not consider a strake on a delta wing to be profitable because the two different vortex systems of strake and delta would influence each other unfavorably rather than favorably. In wind tunnel measurements with the model according to the invention, however, it could be demonstrated that this delta strake configuration brings considerable, surprising advantages. This primarily results in an increase in the maximum lift coefficient, combined with a higher deflectable angle of attack and an uncritical stall behavior.
Both vertebral cysteae, produced on the one hand on the leading edge 5 of the strake and on the other hand on the leading edge U of the delta wing 2,
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sind also nicht nur nebeneinander funktionsfähig, sondern unterstützen sich auch gegenseitig in ihrer Wirkung. Insofern kann hier von einer echten funktioneilen Verschmelzung der Merkmale dc*; Strake und des Deltaflügels 2 gesprochen werden, die zu einen nicht erwarteten Ergebnis, nämlich zu einer Leistungssteigerung dieces Kampfflugzeuges fuhrt* Darüber hinaus werden die spezifischen Eigenschaften des Deltaflügels erhalten und somit wieder voll nutzbar.are therefore not only functional side by side, but also support them each other in their effect. In this respect, here from a real functional amalgamation of the features dc *; Strake and the delta wing 2 are spoken that were not expected to one Result, namely leads to an increase in the performance of this fighter aircraft * In addition, the specific properties of the delta wing and thus fully usable again.
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