DE2756107C2 - Hochwirksames Seitenleitwerk mit variabler Flügelgeometrie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Seitenleitwerk mit variabler Flügelgeometrie für große Anstellwinkel, vorwiegend für Nurflügelflugzeuge, insbesondere für Deltaflugzeuge, wobei das Seitenleitwerk um eine zur Rumpflängsachse parallele Achse in Flügelebene klappbar ist. Eine derartige Konfiguration ist durch die DE-OS 23 48 201 vorbekaniit. In dieser Vorveröifentlichung sind Leitwerke veränderbarer Geometrie beschrieben und dargestellt, wobei rechtwinklig ausgebildete Leitwerksteile um Achsen parallel zur Rumpflängsachse klappbar sind.

Durch die US-Patentschrift 31 04 079 ist ein Raumgleiter bekanngeworden, der von einer Rakete hochgetragen wird — vorzugsweise für die Versorgung von Satelliten — und der nach Beendigung seiner Mission zur Ausgangsbasis zurückkehrt. Dieser Flugkörper ist als Nurflügel-Flugkörper ausgebildet, der am hinteren Ende der Auftriebsfläche beiderseits des Rumpfes um Horizontalachsen schwenkbare Leitwerksteile besitzt. Diese sind beim sogenannten »Huckepack-Flug« eingeklappt; für den selbständigen Flug müssen sie ausgefahren werden. Die obenliegenden Leitwerksteile zusammen mit dem Seitenleitwerk liegen — insbesondere bei großen Anstellwinkeln — noch weitgehend im Schatten des Flügels, vor allem, da eine zusätzliche, die Flügelspitze verlängernde Fläche mit ausgefahren wird, wodurch die Hälfte der Seitenleitwerksflächen nahezu unwirksam wird. Bei der Verwendung als »Gleiter« treten allerdings Probleme der Anstellwinkel nur in geringem Maße auf.

Durch die DE-AS 10 56 482 ist eine Leitwerksanordnung bekanntgeworden, bei der klappbare Tragflächenteile am Flügelende in eine senkrechte Ebene nach unten klappbar sind. Auch ein Klappen solcher Leitwerksanordnungen an den Flügelenden um 45° ist bereits bekannt. Aber auch diese Ausführungsformen gestatten keine extrem großen Anstellwinkel.

Konventionelle Seitenleitwerke werden meist starr auf dem Rücken des Rumpfhecks angebracht. Für den Flug bei hohen Anstellwinkeln ergeben sich hieraus einschneidende Nachteile. So wird z. B. das Seitenleitwerk vom Rumpf und zum Teil vom Flügel und vom Höhenleitwerk abgeschattet und gerät mit zunehmendem Anstellwinkel mehr und mehr in das Nachlauffeld der Flügel-Rumpf-Höhenleitwerks-Konfiguration. Dadurch verschlechtern sich die lokalen Anströmbedingungen des Seitenleitwerks (z. B. verringerter Staudruck), wodurch die Wirksamkeit reduziert und der

ίο effektive Schiebewinkel am Seitenleitwerk kleiner wird als der geometrische. Ferner wird die effektive Pfeilung der Flosse und des Ruders erhöht und die Profilierung des Seitenleitwerks zunehmend ungünstiger (Pr,ofilaufbau senkrecht zur Vorderkante, die allmählich zur Seitenkante wird).

Aus dem Vorhergesagten geht hervor, daß die Stabilitätsbeiträge des obeiiliegenden Seitenleitwerks iin Schiebeflug bei hohem Anstellwinkel mehr und mehr abgebaut werden, wobei auch gleichzeitig die Seitenruderwirksamkeit verlorengeht Dies läßt sich vermeiden, wenn untenliegende Seitenleitwerke verwendet werden, die jedoch bisher aus Gründen der Bodenfreiheit nicht beliebig, d.h. nicht mit ausreichender Streckung und Flächengröße, dimensioniert werden konnten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für ein Nurflügelflugzeug der eingangs genannten Art ein Seitenleitwerk vorzuschlagen, welches auch bei großen und selbst bei extrem großen Anstellwinkeln hochwirksam eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe ist im wesentlichen gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Im Gegensatz zu bisherigen untenliegenden (starren) Seitenleitwerken kann das vorgeschlagene Seitenleitwerk in Größe und Form (Streckung) beliebig — und damit ausreichend — dimensioniert werden. Durch seine Anordnung unterhalb des Flügels ist dieses Seitenleitwerk bei allen positiven Anstellwinkeln frei von Abschirmungen durch andere Flugzeugteile, es wird stets frei angeströmt. Diese Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß durch die Rieht- und Endscheiben-Wirkung des Flügels besonders bei großen Anstellwinkeln der Stabilitätsbeitrag und die Ruderwirksamkeit des Seitenleitwerks vergrößert werden. Sie werden um ein weiteres dadurch vergrößert, daß mit zunehmendem Flügel-Anstellwinkel und damit zwangsläufig abnehmender Machzahl der Pfeilwinkel des Seitenleitwerks abnimmt.
Hierdurch wird erreicht, daß selbst bei extremen

so Anstellwinkeln ausreichende Giermomente und Richtungsstabilität gegeben sind. Durch Klappen der aus den Teilen nach Anspruch 1 bestehenden Einheiten um die vorgegebenen Achsen nach oben und unterschiedliche geometrische Gestaltung von Seitenleitwerken und äußeren Flügelteilen ergibt sich die Möglichkeit, die Flügelgeometrie zu verändern und damit an den Flugzustand anzupassen. Variable Größen sind dabei: Flügel-Fläche, -Streckung, -Zuspitzung, -Pfeilung, -Neutralpunktlage.

Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, wenn die aus Seitenleitwerk und äußerem Flügelteil bestehenden Einheiten innerhalb des Klappbereichs in jeder beliebigen Stellung arretierbar sind. Derartige Zwischenstellungen können Vorteile hinsichtlich eventuell beabsichtigter direkter Seitenkraft- und Auftriebssteiacrungen und des induzierten Flügel-Widerstandes ergeben.
Von weiterem Vorteil bezüglich der Längsstabilität

und der Längstrimmbarkeit, insbesondere bei Nurflügelflugzeugen, kann es sein, wenn die gesamten Einheiten zusätzlich um eine in der Flügelebene liegende, senkrecht zur Rumpfiängsachse angeordnete Achse drehbar und feststellbar sind.

Die Erfindung ist anhand der folgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Nurflügelflugzeug mit verschiedenen Leitwerksstellungen;

F i g. 2 eine Teilfrontansicht gemäß F i g. 1;

F i g. 3 eine Seitenansicht gemäß F i g. 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1,2 und 3 sind die Flügelteile 2 zusammen mit dem jeweiligen Seitenleitwerk 1 über eine horizontal parallel zur Flugzeuglängsachse angeordnete Drehachse 4 klappbar. Durch diese Ausgestaltung sind grundsätzlich drei Flugzeugkonfigurationen möglich, die sogar während des Fluges eingestellt werden können.

Es kann ein Deltaflügler mit zwei nach unten gerichteten Seitenleitwerken 1 für den Einsatz insbesondere im Überschallbereich und beim Fliegen mit großen Anstellwinkeln gebildet werden. Es ist schlecht möglich, mit dieser Konfiguration zu starten und zu landen, aber hierfür läßt sich durch Klappen der starren Flügelspitzen-Seitenleitwerks-Kombination um 90° in die Lage 1', 2' die bisherige Flügelspitze als Seitenleitwerk nach oben ausrichten.

Der Flugkörper läßt sich auch während des Einsatzes in einen Trapez-Nurflügler mit zwei obenliegenden Seitenleitwerken umwandeln.

Eine dritte Konfiguration ergibt sich durch Klappen der Seitenleitwerksanordnung um 45° oder um einen beliebigen anderen Winkel zwischen 0° und 90°. Auch hierbei nehmen die Flügelteile 2 mit dem Leitwerk 1 eine starre V-Stellung ein in Form der Einheit 3.

Zu allen Konfigurationen der F i g. 1,2 und 3 wird das Klappen primär mit Hilfe der an der Flügelspitzen-Seitenleitwerks-Kombination vorhandenen Ruder bzw. Klappen und außerdem durch Drehmotoren herbeigeführt, wobei die Drehmotoren in interferenzmindernden Verdrängungskörpern um die Drehachse 4 integriert sind.

Dieses Ausführungsbeispiel hat den weiteren Vorteil,

ίο daß mit den vorgeschlagenen Maßnahmen eine Verwandelbarkeit von Delta- in Trapezflügler und umgekehrt während des Fluges möglich und damit eine Anpassung an die Flugzustände gegeben ist

Um bei Deltaflüglern auch die Längsstabilität und Längstrimmbarkeit zu verbessern, kann die vorgeschlagene Flügelspitzen-Seitenleitwerks-Kombination noch zusätzlich um eine Achse 5 senkrecht zur Flugzeuglängsachse gedreht werden. Das Seitenleitwerk 1 wird dabei mit in Anströmrichtung gedreht, wodurch sich bei extrem hohen Anstellwinkeln α (Anstellwinkel größer als Seitenleitwerkspfeilwinkel) noch bessere Seitenstabilität und Seitenruderwirksamkeit erreichen lassen.

Durch die Maßnahmen wird ein Seitenleitwerk für alle Anstellwinkel erreicht, das frei von Abschirmungen ist und optimal in der Anströmung liegt Außerdem wird durch die variable Geometrie des Flügelgrundrisses eine Anpassung an den jeweiligen Flugzustand erreicht

Als Deltaflügler mit untenliegenden Seitenleitwerken 1 erhält man bessere Transsonic- und Überschail-Leistungen und die Möglichkeit, auch mit extrem großen Anstellwinkel zu fliegen.

Als Trapezflügler hat diese Konfiguration den Vorteil der besseren Unterschall-Leistungen, insbesondere bei niedrigen Anstellwinkeln und bei Start und Landung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Seitenleitwerk mit variabler Flügelgeometrie für große Anstellwinkel, vorwiegend für Nurflügelflugzeuge, insbesondere für Deltaflugzeuge, wobei das Seitenleitwerk um eine zur Rumpflängsachse parallele Achse in Flügelebene klappbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Flügelteile (2) in einem Winkel (τ) mit einem in Grundstellung vertikal nach unten ausgerichteten Seitenleitwerk (1) verbunden sind, und daß die aus den Teilen (1, 2) bestehenden Einheiten (3) um die Achsen (4) nach oben klappbar ausgebildet sind.

2. Seitenleitwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelteile (2) rechtwinklig mit dem Seitenleitwerk (1) verbunden sind.

3. Seitenleitwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (3) innerhalb des Klappbereichs in jeder beliebigen Stellung arretierbar sind.

4. Seitenleitwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (3) zusätzlich um eine in der Flügelebene liegende, senkrecht zur Rumpflängsachse angeordnete Achse (5) dreh- und feststellbar sind.