DE2751361A1

DE2751361A1 - Verfahren zur flugzeugsteuerung durch kontrolle abgeloester fluegelvorderkanten-wirbelstroeme

Info

Publication number: DE2751361A1
Application number: DE19772751361
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Staudacher
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-11-17
Filing date: 1977-11-17
Publication date: 1979-05-23
Also published as: JPS5477999A; IT7829799A0; GB2008046B; DE2751361C2; IT1100244B; FR2409193B1; US4267990A; FR2409193A1; GB2008046A

Description

MESSERSCHMITT-BOLKOW-BLOHM Ottobrunn, 7.11.1977 GESELLSCHAFT 8216

MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG BTOl Frc/gö MÜNCHEN

Verfahren zur Flugzeugsteuerung durch Kontrolle abgelöster Flügelvorderkanten-Wirbels tröroe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Flugzeugsteuerung durch Kontrolle abgelöster Flügelvorderkanten-Wirbelströme mittels beweglicher Vorderkantenklappen.

Die Strömung um schlanke aerodynamische Flächen, wie beispielsweise Delta-, Pfeil- oder Knickflügel oder ogive, gotische etc. Flügelgrundrisse, ist ab einem bestimmten Anstellwinkel behrrscht durch das Auftreten stabiler, konzentrischer Wirbelschichten, die sich ähnlich einer Tütenform über dem Flügel aufrollen und von der Vorderkante der Tragfläche ausgehen. Die Entstehung solcher Wirbelströme ist abhängig von der Pfeilung und der Nasenstruktur der Tragfläche - also der Wölbung etc. sowie des Strakes, welche den Anstellwinkel beeinflussen bzw. seiner Größe nach bestimmen, ab welchem die Strömungscharakteristiken eine nichtlineare Abhängigkeit vom geometrischen Anstellwinkel aufweisen. Dieser Zusatzauftrieb ist also vom geometrischen Anstellwinkel der tragenden Fläche abhängig.

Nun sind schon Flügelausbildungen bekanntgeworden - beispielsweise aus der Deutschen Patentschrift 699 157 - deren Auftriebserzeugung veränderbar ist durch Verstellung in Abhängigkeit von den an der Ober- und Unterseite der Flügelnase auftretenden Luftdrücken, wobei ein zwischen Oberseite und Unter-

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seite bestehender Druckunterschied hervorgerufen durch Überdruck auf der Unterseite und Unterdruck auf der Oberseite des Flügels, auf die Vergrößerung des Anstellwinkels des ganzen Flügels wirkt.

Die verschiedensten Maßnahmen zur Ausnützung von Zusatzauftrieben bzw. zum Erhalt solcher sind bereits vorgeschlagen worden. So beispielsweise durch die Deutsche Offenlegungsschrift 1 5o6 598, wo die Ausbildung der Flügelvorderkante als spezielle Spalt-Wölbungsklappe vorgeschlagen wird, oder durch die Deutsche Offenlegungsschrift 1 917 532, wo in Weiterbildung zwei ausfahrbare Klappenteile spaltbildend ausgeführt sind. Alle diese vorgeschlagenen Lösungen sind mit dem Nachteil behaftet, daß der volle nichtlineare Zusatzauftrieb nicht ausgenützt werden kann, da bei dem notwendig erforderlichen Anstellwinkel die Steuerbarkeit und die Stabilität um die Roll- und die Gierachse sehr schnell und vorzeitig eingebüßt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, den effektiven Anstellwinkel zu entkoppeln und dadurch unabhängig vom Flügel-Anstellwinkel in einem erweiterten Bereich den Zusatzauftrieb zur Steuerung, Stabilisierung und Trimmung eines Flugzeuges heranzuziehen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch differenzierbares Ausschlagen von Flügelvorderkantenklappen aus der Horizontalebene nach unten und oben und/oder konzentriertes Blasen über den Tragflügel parallel zur Tragflügelvorderkante eine Roll-, Längsmomenten- und Seitenkraftsteuerung erzeugt wird, wobei das Ausschlagen der Flügelvorderkantenklappen und das Blasen über den Tragflügel symmetrisch oder unsymmetrisch durchführbar ist.

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Durch diese Maßnahmen ist nun ein Verfahren geschaffen worden, das es erlaubt, den nichtlinearen Auftrieb von dem geometrischen Flügelanstellwinkel zu entkoppeln, ferner eine effektive Rollsteuerung im Gebiet höher Anstellwinkel zu ermöglichen und eine direkte Seitenkraftsteuerung durch differentiell betätigte Vorderkantenklappen und/oder spannweitiges Blasen zu schaffen.

Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben und zeichnerisch erläutert. Weitere Maßnahmen und Vorteile sind in den Ansprüchen und der Beschreibung niedergelegt. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. la - If verschiedene Tragflächenformen mitjangeordneten Vorderkanten-Wölbungsklappen;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der LinieII-Hgemäß Fig. la bis If;

Fig. 3 ein Diagramm der nichtlinearen Auftriebserzeugung;

Fig. 4 ein Diagramm der nichtlinearen Wölbungsklappensteuerung sowie mit spannweitigem Blasen zur Auf triebss teuerung;

Fig. 5 ein Diagramm der Verhältnisse bei verschiedenen Klappenstellungen zur Längssteuerung- und Stabilität;

Fig. 6 ein Diagramm der Verhältnisse bei Rollsteuerung und unsymmetrischer Betätigung;

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Fig. 7 eine Schemaskizze der Verhältnisse bei unsymmetrischem beidseitigen Ausblasen;

Fig. 8 eine Schemaskizze der Verhältnisse bei symmetrischer Betätigung des Blasimpulses aber unterschiedlicher Blasrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf Modifikationen an oder in der Nähe der Tragflügelvorderkanten, wobei deren Form beliebig sein kann. Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei jeder Flügelquerschnittskontur - rund oder spitz - anwenden, ganz gleich ob die Grundrißspur gebogen, gerade, ein- oder mehrfach geknickt ist und Teile oder das Ganze als Vorderkanten-Wölbungsklappen ausgebildet sind.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die integrierten Wölbungsklappen bewegliche Teile aufweisen, die sowohl nach oben, als auch nach unten ausgeschwenkt bzw. ausgefahren werden. Durch diese Maßnahme ist es nun möglich, den effektiven Anstellwinkel vom geometrischen zu entkoppeln. Diese Entkopplung und damit die unabhängige Erzeugung des nichtlinearen Zusatzauftriebes kann auf dreierlei Art erfolgen:

Einmal durch nach oben ausgeschwenkte Nasenklappen, wie beispielsweise sogenannte Krügerklappen oder Wölbungsklappen, zweitens durch konzentriertes Blasen über die Flügeloberseite und parallel zur Vorderkante bzw. der Scharnierleiste der Klappen und drittens durch die Kombination beider vorgenannter Maßnahmen, wobei spannweitiges Blasen zusätzlich zur Stabilisierung des nach der erstgenannten Maßnahme - also

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dem Ausschwenken der Nasenklappen - erzeugten Wirbelsystems herangezogen wird. Hierdurch wird nun in die Stabilität und in die Steuerung einer Flugzeugkonfiguration aktiv eingegriffen, wobei dies nun sowohl symmetrisch, als auch unsymmetrisch erfolgen kann.

Bei symmetrischer Betätigung - d.h. die Backbord- und die Steuerbordseite erhalten gleichsinnige Betätigung der entsprechenden Organe - werden die in den Figuren 4 und 5 erhaltenen Kennlinien bzw. Kennwerte für die Auftriebssteuerung ( Λ C.), die Längssteuerung und Trimmung ( ^CL.) und die Längsstabilität AC,j/AC_A erhalten.

Die einzelnen Kennwerte bei unsymmetrischer Betätigung der Klappen für die Rollsteuerung gehen aus der Fig. 6 hervor, während die Fig. 7 und 8 die Verhältnisse veranschaulichen, wie sie bei einseitigem oder beidseitigem Ausblasen mit unterschiedlichem Blasimpuls bzw. unterschiedlicher Blasrichtung für Roll- und Seitenkraftsteuerung auftreten, wobei nur (Fig.7 und 8) kurvensinnige Seitenkräfte erzeugt werden (Seitenkraft zur Kurvenmitte gerichtet).

Die Seitenkraftsteuerung und die Rollsteuerung kann auf verschiedene Weise bei unsymmetrischer Betätigung erfolgen. Einmal durch differentiellen Ausschlag der Vorderkantenklappe allein, dann durch differentielles oder einseitiges Ausblasen mit unterschiedlichem Blasimpuls und/oder unterschiedlicher Blasrichtung und weiterhin durch eine Kombination von Klappenausschlag und Ausblasen.

Nun gibt es hier aber noch weitere Kombinationsmöglichkeiten und zwar symmetrisches Blasen zusammen mit differentiallern

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Ausschlag der Vorderkantenklappe oder symmetrischer Klappenausschlag mit differentiellem bzw. einseitigem Ausblasen. Gerade bei der Rollsteuerung kommt das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirkungsvoll zur Geltung, denn bisher ging die Wirksamkeit der oft enorm aufwendig konstruierten Rollruder (Querruder, Spoiler etc.) mit steigendem Anstellwinkel sehr rasch verloren.

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Claims

MESSERSCHMITT-BOLKOW-BLOHM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG MÜNCHEN Ottobrunn, 7.11.19778216BTOl Frc/gö Verfahren zur Flugzeugsteuerung durch Kontrolle abgelöster Flügelvorderkanten-Wirbelströme Patentansprüche

1. ι Verfahren zur Flugzeugsteuerung durch Kontrolle abge-■^ -' löst er Flügelvorderkanten-Wirbelströme mittels beweglicher Vorderkantenklappen, dadurch gekennzeichnet , daß durch differenzierbares Ausschlagen von Flügelvorderkantenlclappen aus der Horizontalebene nach oben und unten und/oder konzentriertes Blasen über den Tragflügel parallel zur Tragflügelvorderkante eine Roll-, Längsmomenten- und Seitenkraftsteuerung erzeugt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausschlagen der Flügelvorderkantenklappe!! und das Blasen über den Tragflügel symmetrisch oder unsymmetrisch durchführbar ist.

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