DE2737016A1 - Verfahren zur erzeugung einer tragflaechenschubkraft und tragflaeche zur auftriebssteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Flugzeug und insbesondere eine Tragfläche eines Flugzeugs.

Speziell betrifft die Erfindung die Vergrößerung der Auftriebskraft einer Tragfläche durch Leiten eines Druckluft- oder Druckgasstroms über die Oberfläche einer Tragfläche sowie ein Verfahren zum wahlweisen Richten eines solchen Stroms entweder nach rückwärts zwecks Erzeugung einer Schubkraft und Auftriebserhöhung oder nach vorn zwecks Erzeugung einer Bremskraft und zwecks Beseitigung der aerodynamischen Auftriebskraft des Tragflügels. Ein kurz startendes oder landendes Flugzeug (STOL) erfordert beim Starten eine Tragfläche, die eine sehr effektive Auftriebskraft erzeugt und bei relativ geringer Eigengeschwindigkeit betreibbar ist. Umgekehrt ist es beim Landen erwünscht, dass die Tragfläche unwirksam ist, um mehr Gewicht des Flugzeugs auf das Fahrgestell zu übertragen und damit den Wirkungsgrad der Bremsen zu erhöhen.

Auch wenn eine Turbine als Energiequelle verwendet wird, erzeugen die Triebwerke im Stillstand eine wesentliche Schubkraft. Entsprechend ist es nicht ungewöhnlich, Rollgeschwindigkeiten im Dauerzustand vorzufinden, die größer als die Sicherheitsgeschwindigkeiten sind, wenn die Bremsen während des Rollens nicht fortlaufend benutzt werden. Ein solches fortlaufendes Benutzen der Flugzeugbremsen zur Steuerung der Rollgeschwindigkeit ist nicht nur unangenehm, sondern hat einen großen Verschleiß der Bremsen und eine Verringerung der Bremsleistungsfähigkeit zur Folge, wenn die Bremsen während des Rollens überhitzt werden.

Bei einem besonders gebräuchlichen, kurz startenden oder landenden Flugzeug (STOL) bekannter Art wird die Leistungsfähigkeit und Schubkraft der Tragfläche durch Blasen eines Luftstroms über die Tragfläche von einem sich über die Spannweite erstreckenden Luftraum durch einen nach rückwärts gewandten Schlitz erreicht. Dieser Luftstrom wird vorzugsweise von Umleitungsluft von einem Turbotriebwerk gebildet. Obgleich dieser Weg besonders effektiv bei der Erhöhung der Auftriebskraft ist, fährt entsprechend bei geringer Start- und Fluggeschwindigkeit die obenerwähnte Leerlaufschubkraft des Triebwerkes fort, die Auftriebskraft zu vergrößern und den Bremswirkungsgrad während des Rollens beim Landen zu verringern. Der kulminierende Effekt dieser Leerlaufschubkraft bringt höhere Rollgeschwindigkeiten als erwünscht mit sich und verringert damit den Wirkungsgrad der Bremse. Ein anderer Nachteil bei einem kurz startenden oder landenden Flugzeug (STOL) liegt bei Betrieb mit geringer Geschwindigkeit in der Verringerung des Wirkungsgrades der herkömmlichen Steuerflächen bei geringer Luftgeschwindigkeit und dem begleitenden verhältnismäßig großem Angriffswinkel der Tragfläche.

Die Erfindung sorgt für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Freisetzen von Druckgas durch eine direkt steuerbare Öffnung, die im Tragflügelaufbau derart vorgesehen ist, dass Gas oder Luft verwendet werden kann, um entweder die aerodynamische Auftriebskraft am Tragflächenaufbau bei Erzeugung der

Schubkraft zu steigern oder um die Auftriebskraft bei Erzeugung der umgekehrten Schubkraft zu verringern. Die Vorrichtung weist einen Tragflächenaufbau mit einem inneren Luftraum zum Führen von Druckgas oder Druckluft über die Spannweite durch den Tragflügel auf. Die sich über die Spannweite erstreckende Öffnung ist auf einer oberen, vorderen Fläche der Haupttragfläche gebildet und mit dem Luftraum verbunden. Ein Schieber oder eine Klappe ist gelenkig längs einer sich über die Spannweite erstreckenden Achse des Aufbaus gelagert und an der Öffnung angeordnet und wird von einer benachbarten Einrichtung betätigt. Die Klappe ist derart angeordnet, dass der Ausfluß der Luft oder des Gases aus der Öffnung nach vorne und/oder nach rückwärts gesteuert wird. Unabhängige Außenteile der Klappe sind getrennt durch Steuerungen des Flugzeugs beweglich, um für eine Schlingsteuerung zu sorgen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnungen. In letzteren sind:

Fig. 1 eine Ansicht eines Querschnitts des Tragflächenaufbaus, die die Auftriebserhöhung gemäß der Erfindung illustriert,

Fig. 2 eine Ansicht eines Querschnitts des Tragflächenaufbaus wobei die Anordnung einer Betätigungseinrichtung gezeigt ist,

Fig. 3 eine Ansicht eines Querschnitts des Tragflächenaufbaus mit einer Konfiguration für die umgekehrte Schubkraft und

Fig. 4 eine vereinfachte Grundrißansicht, teilweise im Querschnitt, eines Flugzeugs mit einer Roll- oder Schlingensteuerung gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung sind gleiche Bauteile in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Eine Tragfläche 10 mit einem Vorderkantenteil 12 und einer oberen Fläche 15 weist eine im allgemeinen glatte Außenfläche auf, die nur durch eine sich über die Spannweite erstreckende, in der oberen Fläche der Tragfläche 10 befindlichen Öffnung 14 unterbrochen ist. Die Öffnung 14 wird von einer rückwärtigen Kante 17 des Vorderkantenelementes 12 an der vorderen Lage und eine vordere Kante 18 der oberen Fläche 15 gebildet. Eine Luftkammer 20, die in erster Linie in dem Vorderkantenelement 12 ausgebildet ist, kanalisiert Druckluft oder Druckgas über die Spannweite durch die Tragfläche und lässt diese schließlich durch die Öffnung 14 austreten. Luft oder Gas kann entweder durch den Betrieb des Triebwerkes oder durch eine andere Zusatzeinrichtung unter Druck gesetzt werden. Die Öffnung 14 ist vorzugsweise ungefähr 0,2 bis 0,33 mal die Sehne der Tragfläche 10 von der vorderen Kante des Aufbaus angeordnet.

Bei der bevorzugten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist die Tragfläche 10 typischerweise ein Vorderkantenelement 12 und eine obere Fläche 15 auf, jedoch können Konstruktionsdetails ohne merkbare Wirkung auf die Leistungsfähigkeit verändert werden. Für eine entscheidende Güte der Tragfläche 10 ist die Öffnung 14 im allgemeinen wie gezeigt angeordnet und mit einem Luftraum 20 oder einem ähnlichen Kanal für Druckluft oder das Druckgas verbunden. Schwenkflügel 33 können verwendet werden, um die Strömung wirkungsvoll von einer Richtung in Spannweite zu einer sehnenförmigen Richtung abzulenken.

Die Strömungsrichtung der aus der Luftkammer 20 durch die Öffnung 14 tretenden Druckluft wird durch die bewegliche Klappe 21 gesteuert, die an einer sich längs der Spannweite erstreckenden Drehachse 24 im Abstand von und im wesentlichen parallel zur Kante 17 des Vorderkantenelementes 12 in einer solchen Weise angeordnet ist, dass die Klappe 21 in horizontaler Lage als eine rückwärtige Verlängerung der oberen Fläche des Vorderkantenelementes 12 dient. Die Klappe 21 ist mit einer Betätigungseinrichtung 28 ausgerüstet, die eine Drehung um den Bolzen 24 ermöglicht, der vorzugsweise in der Tragfläche 10 angeordnet ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Eine Welle 26 ist an der Klappe 21 in einer Stellung im Abstand von der Drehachse 24 angeordnet. Die Klappe 21 ist innerhalb von Grenzen um die Drehachse 24 beweglich, wobei die Grenzen die horizontale Ausrichtung mit dem Vorderkantenelement 12 gemäß Fig. 1 und die Anlage der Kante der Klappe 21 an der oberen Fläche gemäß Fig. 3 sind.

Bei einer horizontalen Ausrichtung der Klappe 21 mit dem Vorderkantenelement 12 erstreckt sich die obere Fläche des Vorderkantenelementes 12 nach rückwärts, wobei sichergestellt wird, dass die aus der Kammer 20 tretende Druckluft oder das Druckgas nach rückwärts in Berührung mit der oberen Fläche 15 geführt wird. Aus Fig. 1 geht die bevorzugte Anordnung der

Klappe 21 hervor, bei der die rückwärtige Kante der Klappe 21 die obere Fläche 15 der Tragfläche 10 horizontal überlappt. Bei dieser Betriebsart weist die Tragfläche 10 beträchtlich bedeutende Verbesserungen hinsichtlich der aerodynamischen Auftriebskraft über eine Grundform einer Tragfläche auf Grund der über die obere Fläche 15 bewegten Druckluft auf. Da Druckluft oder Druckgas der Tragfläche 10 über äußere Einrichtungen zugeführt wird, besteht kein direktes Verhältnis zwischen der Luftgeschwindigkeit des Flugzeuges und der Luft, die zur Verbesserung der aerodynamischen Auftriebskraft verwendet wird. Hierdurch ist eine vollkommene Verwendung der Anordnung zur Auftriebserhöhung bei Bedingungen eines langsamen Fluges möglich, in welchem Fall es am nützlichsten ist. Ferner verlässt die für die Erhöhung der Auftriebskraft verwendete Luft oder das verwendete Gas die Tragfläche 10 in einer im allgemeinen zur Bewegungsrichtung der Tragfläche entgegengesetzten Richtung, wobei ein Teil der Energie dem Vortrieb entgegengesetzt wird.

Eine Betätigungseinrichtung für die Klappe 21 ist in Fig. 2 gezeigt und weist eine Welle 26 auf, die an der Klappe 21 vor dem Drehzapfen 24 befestigt und mit einem Motor 28 derart verbunden ist, dass die dem Motor 28 zugeführte Energie ein axiales Ausfahren oder Einfahren der Welle 26 bewirkt. Dies ist ein Verfahren der Betätigungsklappe 21, um die Luftströmung richtungsgemäß durch die Öffnung 14 zu ändern, es können jedoch Mechanismen anderer Ausführungsform verwendet werden, um für eine ähnliche Betätigung der Klappe zu sorgen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Klappe 21 um den Drehzapfen 24 gedreht worden, bis die rückwärtige Kante der Klappe 21 mit der oberen Fläche 15 in Anlage ist. Bei dieser Konfiguration wird Luft oder Gas von der Öffnung freigesetzt und tritt in Richtung nach oben und vorne aus. Die Druckluft oder das Druckgas weist in diesem Fall eine entgegengesetzte Wirkung zu dem in Fig. 1 illustrierten Betrieb auf. Die Komponenten der Kraft der freigesetzten Luft oder des Gases wirken bremsend auf die normale Vorwärtsbewegung. Wenn die Klappe 21 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung gedreht ist, fällt die gesamte Antriebsvergrößerung auf der oberen Fläche 15 der Haupttragfläche 10 weg und die normale, durch die Vorwärtsbewegung der Tragfläche 10 erzeugte aerodynamische Auftriebskraft wird infolge der Unterbrechung des Luftstroms durch die Vorwärtsströmung des Druckgases oder der Druckluft beseitigt.

Kombinierte Wirkungen dieser Kräfte ermöglichen einem mit der erfindungsgemäßen Tragfläche 10 ausgerüsteten Flugzeug einen größeren Grad der Steuerung bei Betriebsvorgänge auf der Erde mit hoher Geschwindigkeit, insbesondere beim Landen. Die Druckluft oder das Druckgas, die bzw. das durch die Klappe 21 nach vorn gelenkt wird, übt eine umgekehrte Schubkraft zur Unterstützung der Abbremsung des Flugzeugs aus, während gleichzeitig eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt wird, um die Bremsung der Räder effektiver zu gestalten. Die Verringerung der Auftriebskraft an der oberen Fläche 15 der Haupttragfläche 10 wirkt auch auf die gesamte nach unten gerichtete Kraft ein, die auf das Flugzeug einwirkt. Die Erfindung sorgt alternativ für eine Gestaltung zur Vergrößerung der Auftriebskraft, wie aus Fig. 1 hervorgeht, und für eine Gestaltung, die eine Verzögerung durch eine umgekehrte Schubkraft bewirkt, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Maßgebend für den entscheidenden Unterschied zwischen dem Zustand der Auftriebsvergrößerung und der Betriebsart der umgekehrten Schubkraft ist die Stellung der drehbar angelenkten Klappe 21, während alle anderen Komponenten der Anordnung, eingeschlossen der Einrichtung zum Unterdrucksetzen und Leiten der Luft oder des Gases ohne Rücksicht auf die gewählte Konfiguration unverändert bleiben. Wenn die Klappe 21 in der bevorzugten Weise zentrisch angelenkt ist, bleibt der Öffnungsbereich im wesentlichen konstant, da wenn die Klappe 21 die Öffnungsgröße an einer Kante ändert, die entgegengesetzte Kante der Klappe 21 die Öffnung derart ändert, dass ein gleicher Betrag, aber im entgegengesetzten Sinn gebildet wird.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform die Druckluft oder das Druckgas von einem Triebwerk 30 geliefert und tritt als Umgehungsluft des Triebwerkkanals 32 aus, während Abgase am Auslaß 34 abgelassen werden. Betriebsluft oder -gas kann durch ein System unter Druck gesetzt werden das nicht unmittelbar mit dem Betrieb des Triebwerkes in Verbindung steht, wie z.B. durch ein Gebläse.

Bei einer anderen wichtigen, in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist eine zweite Klappe 21 an einem Außenbordteil der Tragfläche 10 vorgesehen. Die Klappe 21' wird in ähnlicher

Weise wie die Klappe 21 betätigt, jedoch in Abhängigkeit von einer Flugüberwachungsbewegung. Die Klappe 21' kann folglich stoßfrei in eine ausgewählte Stellung an einer Tragfläche 10 unabhängig von der anderen Tragfläche 10 bewegt werden. Wenn die Klappe 21' an einer gegebenen Tragfläche 10 geöffnet wird, wird lokalisiert die Außenbordauftriebskraft an der Tragfläche 10 vernichtet, um für ein leistungsfähiges Rollmoment selbst bei geringer Flugzeuggeschwindigkeit zu sorgen. Auch die umgekehrte Schubkraft, die durch die Vorwärtsöffnung der Klappe 21' erzeugt wird, sorgt für ein vorteilhaftes Gieren im Flugzeug, im Gegensatz zu dem entgegengesetzten Gieren, wie es z.B. von der Steuerfläche des Querruders erzeugt wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum wahlweisen Erzeugen oder Beseitigen eines Auftriebs und einer Schubkraft an einem Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, dass Druckgase erzeugt, letztere unter Druck über die Spannweite durch eine Tragfläche geleitet, und an einem Auslaß in der vorderen, oberen Fläche der Tragfläche, der sich quer über den Hauptteil der Tragfläche erstreckt, abgelassen werden, dass die abgelassenen Gase wahlweise durch eine im Auslaß in der oberen Fläche der Tragfläche gelenkig gelagerte Klappe strömungsgemäß gerichtet werden, und dass die Klappe bewegt wird, um die Richtung zu bestimmen, in der die Gase abgelassen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe in eine erste Stellung unter Bildung einer nach rückwärts ausgerichteten Öffnung bewegt wird, um die Abgase über die Tragfläche zwecks Erzeugung eines Auftriebs und einer Schubkraft zu lenken, und dass die Klappe darauf unter Bildung einer nach vorn ausgerichteten Öffnung bewegt wird, um die Abgase nach vorn zwecks Beseitigung des Auftriebs und zwecks Erzeugung einer umgekehrten Schubkraft zulenken.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Flächen der nach vorn und nach rückwärts gerichteten Öffnungen bei der Bewegung der Klappe im wesentlichen konstant bleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Klappe unabhängig von dem Rest der Klappe bewegt wird, um die Richtung der Schubkraft und des Auftriebs an einem begrenzten Bereich der Tragfläche zu steuern.

5. Tragfläche eines Flugzeugs mit einem sich über die Spannweite erstreckenden Luftraum, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Druckgasen in dem Luftraum und mit einem langgestreckten Auslaß, der in der oberen Fläche der Tragfläche gebildet ist und mit dem Luftraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass eine langgestreckte Klappe am Auslaß angeordnet und um eine Achse drehbeweglich gelagert ist, die sich parallel zur Länge des Auslasses erstreckt, dass die Klappe sich im wesentlichen quer zu der Tragfläche erstreckt und an einem Vorderkantenteil angeordnet ist, und dass Einrichtungen zum Bewegen der Klappe um die Achse derart vorgesehen sind, dass wahlweise rückwärts oder vorwärts orientierte Öffnungen zwischen der Klappe und dem Auslaß gebildet sind, wobei durch wahlweise Anordnung der Klappe die Druckgase in dem Luftraum entweder nach rückwärts über die Tragfläche zur Vergrößerung der Auftriebskraft und zur Erzeugung einer Schubkraft oder alternativ nach vorwärts über die Tragfläche zur Beseitigung des Auftriebs und zur Erzeugung einer umgekehrten Schubkraft an dem Vorderkantenteil der Tragfläche lenkbar sind.

6. Tragfläche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in

Stellung, in der die größte nach rückwärts gerichtete Öffnung zwischen dem Auslaß und der Kante der Klappe gebildet und die gesamte vordere Öffnung geschlossen sind, die Klappe mit der vorderen, oberen Kante der Tragfläche in Ausrichtung ist und eine Verlängerung letzterer bildet, und dass die rückwärtige Oberfläche der Tragfläche im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Vorderkantenteils eine verringerte Querschnittsfläche aufweist, wobei die nach rückwärts gerichtete Öffnung von einer Kante der Klappe und der rückwärtigen, oberen Fläche der Tragfläche gebildet ist.

7. Tragfläche nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bewegen der Klappe eine Einrichtung zur Erzeugung einer translagorischen Bewegung aufweist, und dass ein Gelenk zwischen die Einrichtung zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung und die Klappe geschaltet ist, wobei das Gelenk mit der Klappe an einer Stelle verbunden ist, die von der Gelenkachse der Klappe im Abstand angeordnet ist.

8. Tragfläche nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet dass die Klappe über die Spannweite in innenbordmäßige und außenbordmäßige Abschnitte unterteilt ist, wobei der Außenbordabschnitt relativ zum Innenbordabschnitt unabhängig beweglich ist, und dass eine zweite Einrichtung vorgesehen ist, um den Außenbordabschnitt unabhängig zu bewegen, wobei der Außenbordabschnitt der Klappe unabhängig von dem Außenabschnitt bewegbar ist und wobei der Außenbordabschnitt der

Klappe zwecks Erzeugung eines Wälzmomentes während des Fluges unabhängig bewegbar ist.

9. Tragfläche nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung der Druckgase den Auspuff der Energiequelle des Flugzeuges einschließt, und dass Kanaleinrichtungen vorgesehen sind, die die Luftkammer mit mindestens einem Teil des Auspuffs der Energiequelle verbinden.

10. Tragfläche nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle eine Turbine ist, die eine Abteilung zur Erzeugung eines Umgehungsluftstroms aufweist, und dass die Kanaleinrichtungen mit dem Auslaß des Umgehungsluftstroms der Turbine verbunden sind.