DE2737016C2

DE2737016C2 - Tragfläche mit aktiver Auftriebssteuerung

Info

Publication number: DE2737016C2
Application number: DE2737016A
Authority: DE
Inventors: Otto E. Boulder Col. Bartoe jun.
Original assignee: BALL BROTHERS RESEARCH CORP BOULDER COL US
Current assignee: BALL BROTHERS RESEARCH CORP BOULDER COL US
Priority date: 1976-08-30
Filing date: 1977-08-15
Publication date: 1983-04-28
Also published as: ES461968A1; US4391424A; DE2737016A1; FR2362753B3; FR2362753A1; GB1551500A

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragfläche für ein Flugzeug zum wahlweisen Erzeugen oder Beseitigen eines Auftriebs und einer Schubkraft mit einem Auslaß für ein Druckgas in dem vorderen, oberen Bereich der Tragfläche, der sich längs der Spannweite der Tragfläche erstreckt, wobei das abgeblasene Druckgas wahlweise durch eine im Druckgasauslaß um eine Achse, die sich parallel zur Spannweitenrichtung erstreckt, drehbeweglich gelagerte Klappe gerichtet wird, und die Klappe zur Bestimmung der Ausströmrichtung in eine erste Stellung unter Bildung einer nach rückwärts ausgerichteten öffnung bewegbar ist, um das Druckgas nach hinten über die Tragfläche zwecks Erzeugung eines Auftriebs und einer Schubkraft zu lenken.

Ein kurz startendes oder landendes Flugzeug 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'65 ungewöhnlich, am Boden Rollgeschwindigkeiten vorzufinden, die größer als die Sicherheitsgeschwindigkeiten sind, wenn die Bremsen während des Rollens nicht

(21) um die Drehachse (24) wahlweise aus der ersten in die zweite Stellung oder umgekehrt.

5. Tragfläche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stellung die Klappe (21) mit der vorderen, oberen Kante (17) eines Vorderkantenelementes (12) der Tragfläche (10) diese verlängernd in Ausrichtung ist, und daß der rückwärtige Teil mit einer oberen Fläche (15) der Tragfläche (10) im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Vorderkantenelementes (12) eine verringerte Querschnittsfläche aufweist, wobei die nach rückwärts gerichtete öffnung (14) von einer Kante der Klappe (21) und der oberen Fläche (15) des rückwärtigen Teils der Tragfläche (10) gebildet ist.

6. Tragfläche nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26, 28) zum Bewegen der Klappe (21) eine Einrichtung (28) zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung aufweist, und daß die zwischen die Einrichtung (28) zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung und die Klappe (21) geschaltete Welle (26) mit der Klappe (21) an einer Stelle verbunden ist, die von der Drehachse (24) der Klappe (21) im Abstand angeordnet ist.

7. Tragfläche nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (21) über die Spannweite in innenbordmäßige und außenbordmäßige Abschnitte unterteilt ist, wobei der Außenbordabschnitt relativ zum Innenbordabschnitt unabhängig beweglich ist, und daß eine weitere Einrichtung zum unabhängigen Bewegen des Außenbordabschnittes der Klappe (21) zwecks Erzeugung eines Rollmomentes während des Fluges vorgesehen ist.

fortlaufend benutzt werden. Ein solches fortlaufendes Benutzen der Flugzeugbremsen zur Steuerung der Rollgeschwindigkeit am Boden 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 einer bekannten Tragfläche der eingangs erwähnten Art für ein strahlgetriebenes Flugzeug (DE-OS 20 54 205) werden unter Druck stehende Gase über die Spannweite der Tragfläche durch diese gelenkt und treten aus der Rückseite durch Düsenschlitze in der Weise aus, daß eine hohe Zirkulationsströmung über der Tragfläche erzielt wird, die beträchtlich den aerodynamischen Auftrieb der Tragfläche vergrößert. Die Leerlaufschubkraft des Triebwerkes setzt bei geringer Start- und Fluggeschwindigkeit die Vergrößerung der Auftriebskraft fort und verringert den Bremswirkungsgrad während des Rollens am Boden. Der kuliminierende 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 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.

Bekannt ist weiterhin (DE-OS 24 26 565), zur

wahlweisen Erzeugung oder Beseitigung eines Auftriebs und einer Schubkraft unter Druck stehende Gase über die Spannweite der Tragfläche des Flugzeuges zu leiten und die Druckgase nach rückwärts durch eine Gruppe verstellbarer Düsenschlitze auszurichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragfläche für ein Flugzeug gemäß der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, daß auf einfache Weise Wirkungen des Auftriebs und einer umgekehrt gerichteten Schubkraft zur wahlweisen Steuerung insbesondere ι ο der Rollgeschwindigkeit am Boden und der Anfluggeschwindigkeit ausnutzbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Klappe in eine zweite Stellung verdrehbar ist, in der sie eine die Abströmung des Druckgases nach vorne oben ermöglichende öffnung freigibt.

Vorteilhafte Weilerbildungen der erfindungsgemäßen Tragfläche für ein Flugzeug ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Möglichkeit, die Druckgase wahlweise nach vorne zu richten, wird nicht nur für eine umgekehrte, horizontal gerichtete Schubkraftkomponente, sondern auch für eine nach unten gerichtete Schubkraftkomponente, d. h. für eine negative Auftriebsreaktion gesorgt, so daß eine geeignete Steuerungsmöglichkeit der Fluggeschwindigkeit und Rollgeschwindigkeit am Boden gegeben ist.

Die erfindungsgemäße Tragfläche für ein Flugzeug wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In letzteren

ist 5(1

Fig. 1 eine Ansicht eines Querschnitts einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragfläche für ein Flugzeug bei Klappenstellung zur Auftriebserhöhun₆';

F i g. 2 eine Ansicht eines Querschnitts der Tragfläche, wobei eine Betätigungseinrichtung für die Klappe gezeigt ist;

F i g. 3 eine Ansicht eines Querschnitts der Tragfläche ähnlich der Fig.2, jedoch mit Klappenstellung zur Erzeugung einer urngekehrten Schubkraft; und

Fig.4 eine vereinfachte Grundrißansicht, teilweise im Querschnitt, eines Flugzeugs mit erfindungsgemäßen Tragflächen.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, weist eine Tragfläche 10 ein Vorderkantenelement 12 und eine obere Fläche 15 mit im allgemeinen glatter Außenfläche -r> auf, die nur durch eine sich über die Spannweite erstreckende, in der oberen Fläche 15 der Tragfläche 10 befindlichen öffnung 14 unterbrochen ist. Die öffnung 14 wird von einer rückwärtigen Kante 17 des Vorderkantenelerrentes 12 an der vorderen Lage und eine vordere Kante 18 der oberen Fläche IS an der hinteren Lage gebildet. Eine Kammer 20, die in erster Linie in dem Vorderkantenelement 12 ausgebildet ist, kanalisiert Druckgas über die Spannweite durch die Tragfläche 10 und läßt diese schließlich durch die Öffnung 14 austreten. Das Gas kann entweder durch den Betrieb des Triebwerkes oder durch eine andere Zusatzeinrichtung unter Druck gesetzt werden. Die Öffnung 14 ist vorzugsweise in einem Abstand von ca. 20% bis 33% der Sehnentiefe von der Vorderkante 12 der Tragfläche 10 auf deren Oberseite angeordnet. Schwenkflügel 33 sind vorgesehen, um die Strömung wirkungsvoll von einer Strömungsrichtung in Spannweite zu einer im wesentlichen zur Flugzeuglängsachse parallelen Richtung abzulenken. t,-,

Die Strömungsrichtung des aus der Kammer 20 durch die öffnung 14 tretenden Druckgases wird durch eine bewegliche Klappe 21 gesteuert, die an einer sich längs der Spannweite erstreckenden Drehachse 24 im Abstand von und 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, wie die Fig.2 und 3 zeigen, mit einer Betätigungseinrichtung 2S ausgerüstet, die eine Drehung um einen Bolzen 24 ermöglicht, der vorzugsweise in der Tragfläche 10 angeordnet ist, wie aus F i g. 2 hervorgeht. Eine Welle 26 ist an der Klappe 21 im Abstand von der Drehachse 24 angeordnet Die Klappe 21 ist in eine erste und eine zweite Stellung um die Drehachse 24 beweglich, wobei sie sich in der ersten Stellung in horizontaler Ausrichtung mit dem Vorderkantenelement 12 unter Bildung einer nach rückwärts ausgerichteten öffnung gemäß F i g. 1 und in der zweiten Stellung mit einer ihrer Kanten in Anlage an der oberen Fläche 15 der Tragfläche 10 gemäß F i g. 3 befindet.

Bei der horizontalen Ausrichtung der Klappe 21 mit dem Vorderkantenelement 12 erstreckt sich die obere Fläche des Vorderkanteneiementes 12 nach rückwärts, wobei sichergestellt wird, daß das aus der Kammer 20 tretende Druckgas nach rückwärts in Berührung mit der oberen Fläche 15 geführt wird. F i g. 1 macht deutlich, daß bei dieser Stellung der Klappe 21 deren rückwärtige Kante den vorderen Bereich der oberen Fläche 15 der Tragfläche 10 horizontal überlappt. Bei dieser Betriebsart ergeben sich für die Tragfläche 10 beträchtliche Verbesserungen hinsichtlich der aerodynamischen Auftriebskraft im Vergleich zur herkömmlichen Grundform einer Tragfläche aufgrund des über die obere Fläche 15 bewegten Druckgases. Da 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. Es läßt sich mit dem Tragflügel insbesondere eine Erhöhung des Auftriebs bei Bedingungen eines langsamen Fluges ermöglichen, in welchem Fall es am nützlichsten ist. Ferner verläßt das für die Erhöhung der Auftriebskraft verwendete Gas die Tragfläche 10 in einer im allgemeinen zur Bewegungsrichtung der Tragfläche 10 entgegengesetzten Richtung, wobei ein Teil der Energie dem Vortrieb entgegengesetzt wird.

Die an der Klappe 21 vor dem Drehzapfen 24 befestigte Welle 26 der Betätigungseinrichtung 28 für die Klappe 21 ist, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, so mit einem Motor der Betätigungseinrichtung 28 verbunden, daß die dem Motor zugeführte Energie ein axiales Ausfahren oder Einfahren der Welle 26 bewirkt. Hierdurch ist die Klappe 21 aus der ersten in die zweite Stellung und umgekehrt bewegbar, wodurch die Druckgasströmung durch die öffnung 14 richtungsmäßig änderbar ist. Fig.3 zeigt die Klappe 21 in ihrer zweiten Stellung, in der sie um den Drehzapfen 24 so weit gedreht ist, bis die rückwärtige Kante der Klappe 21 mit der oberen Fläche 15 in Anlage ist, in welcher Stellung die Klappe 21 eine die Abströmung des Druckgases nach vorne oben ermöglichende Öffnung freigibt. Das Druckgas weist in diesem Fall eine entgegengesetzte Wirkung zu dem in F i g. 1 illustrierten Betrieb auf. Die nach vorne gerichtete Komponente der Kraft des freigesetzten Druckgases wirkt bremsend auf die normale Vorwärtsbewegung. Wenn die Klappe 21 in Hie in F i g. 3 gezeigte Stellung gedreht ist, fällt die gesamte Auftriebsvergrößerung auf der oberen Fläche 15 der Tragfläche 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 beseitigt.

Kombinierte Wirkungen dieser Kräfte ermöglichen ■ einem mit der erfindungsgemäßen Tragfläche 10 ausgerüsteten Flugzeug einen größeren Grad der Steuerung bei Betriebsvorgängen auf der Erde mit hoher Geschwindigkeit, insbesondere nach dem Aufsetzen. Das Druckgas, das durch die Klappe 21 nach vorn m gelenkt wird, übt eine umgekehrte Schubkraft zur Unterstützung der Abbremsung des Flugzeuges aus, während gleichzeitig eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt wird, die den Bodendruck der Räder erhöht und somit die Bremsung der Räder effektiver gestaltet, ι ■> Die Verringerung der Auftriebskraft an der oberen Fläche 15 der Tragfläche 10 beeinflußt auch die gesamte nach unten gerichtete Kraft, die auf das Flugzeug einwirkt. Alternativ werden eine Vergrößerung der Auftriebskraft, wie aus F i g. 1 hervorgeht, und, wie F i g. 3 zeigt, eine Verzögerung durch eine umgekehrte Schubkraft möglich gemacht. Maßgebend für den entscheidenden Unterschied zwischen dem Zustand der Auftriebsvergrößerung und der Betriebsart der umgekehrten Schubkraft ist die Stellung der drehbar ausgelenkten Klappe 21, während alle anderen Komponenten der Anordnung, eingeschlossen der Einrichtung zum Unterdrucksetzen und Leiten des Gases ohne Rücksicht auf die gewählte Konfiguration unverändert bleiben. Wenn die Klappe 21 in der bevorzugten Weise jo 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 F i g. 4 hervorgeht, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform das Druckgas von einem Triebwerk 30 abgegeben und strömt bypaßartig in den Triebwerkkanal 32, während Abgase am Auslaß 34 abgelassen werden. Das Druckgas kann auch durch ein System erzeugt werden, daß nicht unmittelbar mit dem Betrieb des Triebwerkes in Verbindung steht, wie z. B. durch ein Gebläse.

Bei einer anderen wichtigen, in F i g. 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 2V kann folglich stoßfrei in eine ausgewählte Stellung an einer Tragfläche 10 unabhängig von der anderen Tragfläche 10 bewegt werden. Wenn die Klappe 2V an einer gegebenen Tragfläche 10 geöffnet wird, wird lokal die Außenbordauftriebskraft an der Tragfläche 10 vernichtet, um für ein leistungsfähiges Rollmoment selbst bei geringer Flugzeuggeschwindigkeit zu sorgen. Die nach vorne gerichtete Komponente der Schubkraft, die durch die Vorwärtsöffnung der Klappe 21' erzeugt wird, sorgt für ein vorteilhaftes Gieren des Flugzeuges, im Gegensatz zu dem entgegengesetzten Gieren, wie es z. B. von der Steuerfläche des Querruders erzeugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tragfläche für ein Flugzeug zum wahlweisen Erzeugen oder Beseitigen eines Auftriebs und einer Schubkraft mit einem Auslaß für ein Druckgas in dem vorderen, oberen Bereich der Tragfläche, der sich längs der Spannweite der Tragfläche erstreckt, wobei das abgeblasene Druckgas wahlweise durch ι ο eine im Druckgasauslaß um eine Achse, die sich parallel zur Spannweitenrichtung erstreckt, drehbeweglich gelagerte Klappe gerichtet wird, und die Klappe zur Bestimmung der Ausströmrichtung in eine erste Stellung unter Bildung einer nach rückwärts ausgerichteten öffnung bewegbar ist, um das Druckgas nach hinten über die Tragfläche zwecks Erzeugung eines Auftriebs und einer Schubkraft zu lenken, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (21) in eine zweite Stellung verdrehbar ist, in der sie eine die Abströmung des Druckgases nach vorne oben ermöglichende öffnung (14) freigibt.

2. Tragfläche für ein Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Flächen der nach vorn und nach rückwärts gerichteten öffnung (14) bei der Bewegung der Klappe (21) im wesentlichen konstant bleibt.

3. Tragfläche für ein Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Klappe (21) unabhängig von dem Rest der Klappe (21) bewegt wird, um die Richtung der Schubkraft und des Auftriebs an einem begrenzten Bereich der Tragfläche (10) zu steuern.

4. Tragfläche für ein Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26, 28) zum Bewegen der Klappe