DE2804254A1

DE2804254A1 - Tragfluegel mit klappe

Info

Publication number: DE2804254A1
Application number: DE19782804254
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dipl Ing Bretting; Ernst Gegenhuber; Burkhart Dipl Ing Grob
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-02-01
Filing date: 1978-02-01
Publication date: 1979-08-02
Also published as: JPS54113197A; US4247065A; CH634787A5; IT1110907B; DE2804254C2; GB2013593B; JPS6335480B2; FR2416165A1; FR2416165B1; GB2013593A; IT7919289A0

Description

Patentanwalt

394 MEMMiNGEN,

Dipl.-Ing. HELMUT PFISTER Buxc«h_e,s„a_Be 9

Telefon (08331} 3183

Pc^he-Jl.kanto München Nr. 134339
Bankkonto: Bayerische Vereinsbank Memmingen

- r

■■ 1 0

Herrn Dipl.-Ing. ETH Burkhart Grob, Wendelsteinstr. 8, 8023 Großhesselohe

Tragflügel mit Klappe

Die Erfindung betrifft einen Tragflügel mit einer in einem Lager gehaltenen beweglichen Klappe.

Die Klappen am Ende eines Tragflügels, also das Querruder oder die Wölbungsklappe sind im allgemeinen mittels eines Gelenkes am Tragflügel gehalten, das es erlaubt, die Klappe nach oben und unten auszuschlagen.

-=~ 2 —

Für das Auftragsverhältnis gilt dia Gebührenordnung dar Oautschan Patentanwaltskammar. Erfüllungsort und Gerichtsstand Mcmmingen.

Bei der Klappenbetatigung entsteht an der Übergangsstelle zwischen dem Tragflügel und der Klappe ein Knick in der Profilkontur, der unerwünscht ist, da er die Umströmung stört. Zwischen der Klappe und dem Tragflügel ist weiter ein Schlitz vorzusehen, um die Klappenbetätigung mit möglichst wenig Reibungskräften zu ermöglichen. Durch den Schlitz zwischen dem Tragflügel und der Klappe entstehen vagabundierende Strömungen die die Flügelkräfte nachteilig beeinflussen.

Es ist schon versucht worden, eine Klappe durch elastisch verformbare Elemente mit dem Tragflügel zu verbinden. Auf diese Weise wird ein Spalt zwischen dem Tragflügel und der Klappe vermieden und auch die Flügelkontur wird etwas verbessert. Die Ergebnisse mit dieser elastisch verformbaren Lagerung der Klappe am Tragflügel befriedigen jedoch nicht. Es ist nämlich zu beachten, daß bei Segelflugzeugen, bei denen derartige Verbesserungen in erster Linie angewandt werden sollen, die leichte Betätigung der Klappe eine wesentliche Bedingung ist. Zusätzliche Kräfte, die vom Piloten aufzubringen wären, dürfen durch eine Verbesserung der Klappenlagerung bzw. Klappenausbildung nicht entstehen. Insbesondere gilt dies für das Querruder. Weiter ist zu beachten, daß das benützte Material die gleiche Lebensdauer aufweisen muß, wie die Gelenkanordnung bisheriger Konstruktionen.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Tragflügel mit einer in einem Lager gehaltenen beweglichen Klappe zu schaffen, bei der einerseits ein Spalt zwischen Tragflügel und Klappe vermieden wird und andererseits wenigstens auf einer Tragflügelseite ein Knick in der Profilkontur bei der Betätigung der Klappe vermieden wird und wobei die Anordnung derart ge-

- 3 909831/0487

28Q4254

troffen ist, daß αϊ-- .-l^pn-enbetätigung nicht größere Kräfte erfordert, als bei dar herkömmlichen Klappenlagerung.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Außenhaut auf einer Seite des Flügels von der Tragfläche bis zur- Klappe spaltlos durchgehend ausgebildet ist, wobei die Außenhaut in einem Übergangsabschnitt als dünne, biegbare Membran gestaltet ist und daß als Lager- Kurven führungen dienen, die bei Betätigung der- Klappe die Einspar.nscelle der Membran an der Klappe auf einer wenigstens annähernden Spiralbahn um die Einspannstelle der Membran an der Tragfläche führen.

Die Erfindung geht von folgender Überlegung aus.

Wenn zwischen der Tragfläche und der Klappe eine Membran angeordnet wird, ist es notwendig, die Membran an den beiden Einspannstellen so zu führen, daß keine Druckkräfte und nach Möglichkeit auch keine Zugkräfte auftreten. Auf die Membran wirkende Druckkräfte würden zu einer unerwünschten Auswölbung führen, deren Lage und Ausbildung schwer kontrollierbar ist und die zudem zu einer vorzeitigen Beschädigung der Membran bzw. der Einspannstellen führen müßte . Auch Zugkräfte wären aus ähnlichen Gründen nachteilig. Insbesondere würden aber Zug- oder Druckkräfte zu einem zusätzlichen Widerstand bei der Klappenbetätigung führen, was nicht angängig erscheint. Es ist gefunden worden, daß bei der Führung der Einspannstelle der Membran an der Klappe auf einer geeigneten Spiralbahn es möglich ist, diese unerwünschten Zug- oder Druckkräfte von der Membran fernzuhalten, so daß auf die Membran im wesentlichen nur Biegemomente einwirken, die die Membran im Sinne eines Kreisbogens oder einer kreisbogenähnlichen Kontur, z.B. einer Parabel verformen.

909831/0487

.O

4254

-Jr -

Ferner wurde gefunden, daß geringfügige Abweichungen von der idealen Bahn der Einspannstelle der Membran an der Klappe in gewissen Grenzen iiugelaasen werden können und daß dennoch hinreichend brauchbare Ergebnisse erhalten werden. Dadurch wird es möglich, für die Kurvenführungen hinreichend einfache Konturen zu finden, die sich in der Praxis auch verwirklichen lassen.

Die vorerwähnten Bedingungen für die Bahn der Einspannstelle der Membran an der Klappe führen nun dazu, daß die Membran durch die beiden Einspannstellen ausreichend exakt gehalten und geführt wird. Die Membran kann daher vergleichsweise dünn sein, was wiederum dazu führt, daß auch die Verformungskräfte, die zur Verbiegung der Membran notwendig sind, klein sind. Sie fallen bei der Klappenbetätigung nicht nennenswert ins Gewicht.

Die erfindungsgemässen Vorschläge vermeiden den Spalt zwischen Klappe und Tragflügel im wesentlichen nur an einer Flügelseite, vorzugsweise auf der Flügeloberseite, an der die Membran angeordnet ist. Damit sind aber unkontrollierbare Luftströmungen ausgeschlossen. Der geringfügige Knick an der Flügelunterseite, der bei der Klappenbetätigung noch entsteht, ist in seinen Auswirkungen stark herabgemindert.

Es ist gefunden worden, daß hervorragende Verhältnisse dann erhalten werden, wenn die Kurvenführungen einen Drehmittelpunkt oder einen Drehpol aufweisen, der etwa in der Membran und etwa in der Mitte zwischen den beiden Einspannstellen an der Klappe und an der Tragfläche angeordnet ist. Diese Lage des Drehmittelpunktes od. dgl. gilt für die Mittelstellung der Klappe. Durch die Kurvenführungen wird es ermöglicht, den theoretischen Drehmittelpunkt auch außerhalb der Profilkontur anzuordnen, ohne daß an der entsprechenden Stelle Bauteile vorhanden sind, die wieder nachteilige Einflüsse- attf cUe Flu-QeLU WS-Körnung hätten.

909831/0487

280425A

Anstelle eines Drehmittelpunkts, der relativ unbeweglich bezüglich der Tragfläche oder der Klappe anzunehmen ist, kann auch ein wandernder Drehpol vorgesehen sein, der je nach der Klappenauslenkung seine Lage verändert, um üie nach der Hauptüberlegung der Erfindung geforderte Spiralbahn der Einspannstelle der Membran an der Klappe möglichst gut zu verwirklichen.

Es ist jedoch gefunden worden, daß sehr gute Ergebnisse erhalten werden, hierin die Kurvenführungen die Kontur von Kreisbögen besitzen. Da der Drehmittelpunkt etwa zwischen den Einspannstellen angeordnet ist, wird sich in guter Annäherung die gewünschte Spiralbahn für die Einspannstelle der Membran an der Klappe ergeben.

In die Kurvenführungen greifen vorzugsweise jeweils zwei Führungskörper ein, wobei es günstig ist, die Kurvenführungen als im wesentlichen U-förmige Kanäle auszubilden, in die Kugellager mit balligem Außenring als Führungskörper eingreifen. Die ballige Außenkontur hat dabei den Vorteil, daß auch bei Verwindungen der Tragfläche die Leichtgängigkeit der Klappe erhalten bleibt.

Die Erfindung kann ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand auch dadurch verwirklicht werden, daß die Kurvenführungen aus zwei Abschnitten mit je einem Führungskörper bestehen. Die Bahn des einen Führungskörpers wird dann von dem einen Abschnitt der Kurvenführung bestimmt und die Bahn des anderen Führungskörpers vom anderen Abschnitt. Durch dieses Mittel lassen sich die erforderlichen Wanderungen des Momentanpols leicht verwirklichen, zumal darauf zu achten ist, daß die Forderung nach einer spiraligen Bahn der Einspannstelle bei Klappenausschlägei nach beiden Seiten zu erfüllen ist.

Insbesondere können hierbei die beiden Abschnitte jeweils für sich die Konturen von Kreisbögen besitzen, so daß deren Herstellung beispielsweise als Drehteile vereinfacht wird.

Es ist klar, daß durch seitliche Versetzung in Spannweitenrichtung der Kurvenführungsabschnitte mit den zugehörigen Führungskörpern eine Vielzahl von Bahnen gestaltet v/erden können. Es ist jedoch gefunden worden, daß es genügt, wenn die beiden Abschnitte in der gleichen Vertikalebene angeordnet sind, was den Vorteil bietet, daß zusätzliche Verwindungskrafte vermieden werden.

Im allgemeinen ist es zu bevorzugen, die Pührungskörper an der Tragfläche und' die Kurvenführungen an der Klappe zu befestigen, wenn grundsätzlich auch die umgekehrte Bauweise möglich ist.

Für die Montage ergibt sich eine wesentliche Erleichterung dann, wenn eine Einrichtung zur gegenseitigen Fixierung der Kurvenführungen und der Führungskörper vorgesehen ist* Die Außenhaut der Tragfläche, der Klappe und die Membran können dann in einem einzigen Arbeitsgang gefertigt werden, wie bei einem Flügelteil ohne bewegliche Klappen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Tragflügel

in erfindungsgemässer Ausbildung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der

wesentlichen Teile des Tragflügels nach der Fig. 1 ,

-T-909831/Q487

Fig. Fig.	5 und 6
Pig.	7
Fig.	8

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Einzelheit

der Erfindung,

Fig. 4 eine Darstellung der Fig.2 entsprechend

der Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

das Ausführungsbeispiel nach der Fig. mit nach oben bzw. nach unten ausgelenkter Klappe,

ein Diagramm und

ein weiteres, abgewandeltes Ausführungsbe: spiel der Erfindung.

Der Tragflügel 11 ist im wesentlichen aus Kunststoff gefertigt und insbesondere besteht die Außenhaut 1 aus faserverstärktem Kunststoff. Die Erfindung ist in erster Linie bei solchen aus Kunststoff aufgebauten Tragflügeln anwendbar, da sich die Außenhaut in gleicher Weise auch zur Bildung der Membran 2 benützen läßt. Grundsätzlich kann die Erfindung jedoch auch bei anderen Werkstoffen angewandt werden und die Membran 2 könnte auch eine Metallmembran sein.

Im Bereich des Tragflügels ist die Außenhaut 1, wie an sich bekannt, mit einer Versteifung 17 üblicher Gestalt versehen und auch im Bereich der Klappe 5 besitzt die Außenhaut 3 eine Verstärkung bzw. Versteifung 18.

Die Außenhaut 1 und 3 bzw. die Membran 2 wird vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsgang angebracht, wodurch die Einspannstellen 9 und 10 entstehen.

909831/0487

Wenn auf die Membran 2 möglichst keine Zug- oder Druckkräfte wirken sollen und wenn die Verformung dieser Membran 2 möglichst gleichförmig sein soll, um Überbeanspruchungen des Werkstoffes zu vermeiden und auch das Auftreten übermässiger Reaktionskräfte auszuschließen, dann sollte die Membran 2 z.B.die Form eines Kreisbogens oder einer Parabel besitzen.In der Darstellung; der Fig. 2 besitzt dieser Kreisbogen einen vergleichweisen großen Radius,entsprechend der üblichen Wölbung des Profils des Tragflügels 11. Wenn aber die Klappe 5 angehoben wird, wird die Form der Membran 2 über eine Gerade in einem Kreisbogen mit obenliegendem Mittelpunkt übergehen und im Idealfall wird sich die Einspannstelle 9 auf einer Spiralbahn bewegen.

Die Fig. 7 verdeutlicht die Form der Spiralbahn S, auf der sich die Einspannstelle 9 um die Einspannstelle 10 bewegt. Für die Bahn der Einspannstelle 9 gelten die Koordinaten

χ = r. sino6

y = r. (1- COS06·)

wobei r der sich verändernde Radius der Membran 2 und der Auslenkwinkel der Klappe ist.

Die Spiralbahn S kann bei üblicher Auslenkung der Klappe in sehr weitgehender Annäherung als Kreisbahn um den Mittelpunkt 2 angesehen werden, wobei der Mittelpunkt 28 die Strecke zwischen den Einspannstellen 9 und 10 etwa im Verhältnis 3'· 1 unterteilt. Die Winkelstellung der Klappe 5 entspricht dagegen mehr einer Schwenkbewegung der Klappe 5 um den Drehpunkt oder Drehpol 12, der etwa in der Mitte zwischen den Einspannstellen und 10 angeordnet ist.

Durch einen einfachen nicht wandernden Drehpunkt 12 ergeben sich geringfügige Abweichungen von der Kreisbogenform der Membran Da jedoch die Maximalausschläge der Klappe begrenzt sind, können diese geringfügigen Abweichungen toleriert werden, da sich dadurch die getriebemässigen Voraussetzungen für die Klappen-

909831/0487

lagerung wesentlich vereinfachen. Wie insbesondere im Zusammenhang reit der Fig. 8 noch näher erläutert werden wird, ist es durch verhältnismässig einfache Mittel durchaus möglich, die ideale Spiralform vollständig oder doch sehr nahegehend zu verwirklichen.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bewegt sich die Klappe 5 immer um diesen Mittelpunkt 12 oder mit anderen Worten, die Kurvenführung 6 besitzt die Kontur eines Kreisbogens ζ urMittelpunkt 12.

Die Kurvenführung 6, die durch ein Drehteil geschaffen ist, bei dem die nicht benötigten Teile nachträglich abgeschnitten v/erden, ist an einer Rippe 22 der Klappe 5 befestigt, die in der Fig. 3 dargestellt ist. Die Kurvenführung

besitzt einen U-förmigen Kanal 15,· in dem die Führungskörper 13 und Ik eingreifen. Die Führungskörper I3 und 14 sind im wesentlichen durch Kugellager gebildet, deren Außenkontur eine ballige Form besitzt, um bei einer Verbindung des Tragflügels oder der Klappe Klemmerscheinungen su vermeiden. Die Führungskörper 13 und Ik sind an einem Arm 20 gehalten, dessen Flansch 21 an einem geeigneten Bauteil 23 der Tragfläche befestigt ist.

Der Arm 20 besitzt eine Fixierbohrung 2k, die in der Mittelstellung ( Fig. 2 ) mit der Bohrung l6 der Kurvenführung 6 übereinstimmt. Ein durchgesteckter Bolzen beseitigt die Beweglichkeit der Klappe, so daß für die Aufbringung der Außenhaut aus den Teilen 1 und 3 mit der Membran 2 ein starrer Flügel erhalten wird. Nach der Montage wird der Bolzen wieder beseitigt.

Im Sinne der Drehbewegung um den Drehpunkt 12 ist die Außenhaut 25 an der Klappenunterseite geformt, die mit dem lippenartigen Ende 26 der Außenhaut 27 der Tragflügelunterseite zusammenwirkt. Eine Dichtheit ist an dieser Stelle von geringerer Bedeutung. Die bogenförmige Außenhaut 25 glättet die Kontur.

-10-

909831/0487

--KJ -

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4_S5 und 6 unterscheidet sich von demjenigen nach den Pig. I₉ 2 und 3 dadurch, daß anstelle der einzigen Kurvenführung 6 zwei getrennte Kurvenführungen 7 und 8 vorgesehen sind, Durch diese beiden getrennten Kurvenführungen wird es möglich, eine Lageveränderung des Drehpoles 12 zu erreichen, um die Bahn der Einspannstelle 9 möglichst optimal der eingangs erwähnten Spiralbahn S anzupassen. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4,5 und 6 ist die Lageveränderung des Drehpols 12 so gering, daß sie in den Zeichnungen nicht erkennbar ist.

Die Fig. 5 zeigt die Klappe 5 in der nach oben ausgelenkten Stellung, während in der Fig. 6 die Klappe 5 nach unten ausgelenkt ist. In beiden Fällen verbindet die im wesentlichen kreisbogenförmig verformte Membran 2 ohne Knick die Außenhaut 1 an der Tragfläche mit der Außenhaut 3 an der Klappe. Die Membran 2 ist jeweils sicher von den Einspannstellen geführt und auch bei dünnem Membran werden sich unter dem Einfluß der auf die Außenhaut und die Membran wirkenden Kräfte keine unkontrollierten Verformungen der Membran ergeben.

In der Fig. 8 ist schematisch dargestellt, wie der für die Klappenbewegung bzw. die Bewegung der Einspannstelle 9 wesentliche Drehpol seine Lage je nach der Auslenkung der Klappe 5 verändern kann. Die beiden Kurvenführungen 7 und 8 besitzen bei diesem Ausführungsbeispiel zwar im wesentlichen die gleiche Länge der Radien 29 bzw. 31. Die Kurvenführungen sind jedoch derart mit der entsprechenden Rippe der Klappe 5 verbunden, daß sich eine merkliche Distanz zwischen den Zentren 30 und dieser Kurvenführungen ergibt. Dadurch ändert der Momentanpol der Drehbewegung der Klappe 5 fortlaufend mit der Auslenkung seine jeweilige Lage und es ist leicht möglich, die Spiralbahn zu verwirklichen. Die in die Kurvenführungen 7 und 8 eingreifenden Führungskörper sind in gleicher Weise mit dem Tragflügel verbunden, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen.

909831/0*1?

e e r s e

ife

Claims

Patentansprüche

■
Tragflügel mit einer in einem Lager gehaltenen beweglichen Klappe, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Außenhaut (1, 2, 3) auf einer Seite des Flügels (11)von der Tragfläche4) bis zur Klappe (5) spaltlos durchgehend ausgebildet ist, wobei die Außenhaut (1, 2, 3) in einem Übergangsabschnitt als dünne, biegbare Membran (2) gestaltet ist und daß als Lager Kurvenführungen (6, 7, 8) dienen, die bei Betätigung der Klappe(5)die Einspannstelle (9) der Membran an der Klappe auf einer wenigstens annähernden Spiralbahn um die Einspannstelle (10) der Membran an der Tragfläche führen.

2. Tragflügel mit Klappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) auf der Flügeloberseite angeordnet ist.

INGPECTED

909831/0487

Für das Auftragsverhältnis gilt die Gebührenordnung der Deutschen Patenlanwaltskammer. Erfüllungsort und Gerichtsstand Memmingen.

Tragflügel mit Klappe nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen ( 6,7,8 ) einen Drehmittelpunkt oder einen Drehpol ( 12 ) aufweisen, der etwa in der Membran und etwa in der Mitte zwischen den beiden Einspannstellen (9,10 ) an der Klappe und an der Tragfläche angeordnet ist.

4. Tragflügel mit Klappe nach ein era oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen ( 6,7,8 ) die Kontur von Kreisbögen besitzen.

5- Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kurvenfilhrungen jeweils zwei Führungskörper ( 13,14 ) eingreifen.

6. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen im wesentlichen U-förmige Kanäle (15) bilden, in die Kugellager mit balligem Außenring als Führungskörper (13,14) eingreifen.

7. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen (7,8) aus zwei Abschnitten mit je einem Führungskörper bestehen.

909831/0487 _ ₃ _

8. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Abschnitte der Kurvenführungen (7,8) die Kontur von Kreisbögen besitzen.

9. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte der Kurvenführungen in der gleichen Vertikalebene angeordnet sind.

10. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen ( 6,7,8) an der Klappe (5) und die Führungskörper (13,14) an der Tragfläche (Ά) befestigt sind.

11. Tragflügel mit Klappe nach einem oder.mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (l6,2'4)zur gegenseitigen Fixierung der Kurvenführungen und der Führungskörper vorgesehen ist.

909B3 1/0Ä87