DE2904956A1

DE2904956A1 - Aerodynamisches hochleistungsprofil fuer luftfahrzeugtragfluegel

Info

Publication number: DE2904956A1
Application number: DE19792904956
Authority: DE
Inventors: Michel Lazareff; Yves Francois Philippe; Genevieve Marie Ga Vinas-Espin
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1978-02-02
Filing date: 1979-02-02
Publication date: 1979-08-23
Also published as: GB2016397A; NL186754B; NL186754C; US4240598A; GB2016397B; DE2904956C2; NL7900752A

Description

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Aerodynamisches Hochleistungsprofil für Luftfahrzeugtragflügel

Die Erfindung betrifft in der Luftfahrt zu verwendende Tragflächen, und insbesondere ein aerodynamisches Hochleistungsflügelprofil, das bei mit feststehenden Flügeln ausgerüsteten Leichtflugzeugen verwendet werden kann, die beispielshalber zum Kunstflug benutzt werden.

Es ist bekannt, daß die Definition eines Flügels die Wahl und Anpassung eines Profils voraussetzt, das sich nach den Entwurfsrichtlinien durch einen Kompromiß mehrerer aerodynamischer Parameter ergibt. So ist es z.B_o für ein Leichtflugzeug oder ein Flugzeug zu Trainingszwecken, das zeitweise zur Durchführung von Schleifenflügen wie Loopings, Hollen, Abfangen nach dem Sturzflug und dgl. bestimmt ist, unerläßlich, daß die Flügel so entworfen sind, daß sie für die bestmögliche Durchführung dieser Figuren aber auch im Normalflug wie im Rückenflug die erforderlichen aerodynamischen Kräfte entwickeln.

Darüber hinaus ist es stets von Vorteil, daß der Vortriebwiderstand in der Luft gering ist und daß ganz besonders sine Zunahme mit dem Gleitwinkel in annehmbaren Grenzen bleibt.

TJm diese Ziele zu erreichen, und zwar insbesondere bei einer speziel für den Kunstflug geschaffenen Flugausbildung eines Leichtflugzeuges, ist es demnach erforderlich, gleichzeitig einen erhöhten Auftrieb im Normalflug wie im Rückenflug vorzuweisen, so daß beide Auftriebe nahe beieinanderliegen, um nicht die Möglichkeiten des Rückenfluges einzuengen.

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Darüber hinaus soll der Vortrieb- oder Vorschubwiderstand so gering wie möglich gehalten werden, und dies insbesondere bei erhöhten Anstellwinkeln, so daß bei der Durchführung von engen Plugmanövern so wenig wie möglich an Geschwindigkeit vorloren geht.

Es ist bekannt, daß das aerodynamische Auftriebsvermögen eines Tragflügels von dessen relativer Stellung und Gestaltung seiner oberen Tragfläche gegenüber der unteren Tragfläche so-wie insbesondere vom Strömungsverlauf der für die obere Fläche gewählten Wölbung oder Krümmung abhängt.

Im Unterschallbereich und als allgemeine Regel gilt, daß eine richtig gewähltesteigerung der Wölbung der Flügeloberseite eine sich aus dem Profil ergebende Auftriebserhöhung zur Folge hat.

Bs trifft jedoch auch zu, daß eine Erhöhung des Auftriebs begleitet ist von einer Widerstandszunahme, wodurch der Gewinn an Auf-trieb wieder zunichte gemacht werden kann. Demnach ist es also für die ins Auge gefaßten Flugbedingungen erforderlich einen Kompromiß zwischen dem Auftriebsbeiwert und dem minimalen Widerstandsbeiwert einzugehen, d.h. eine gewisse Verteilung und Entwicklung der Formen zuzulassen, die die Profilkontur ausmachen.

Es sind aerodynamische Profile mit starker Wölbung bekannt, die vollkommen geeignet sind für den Normalflug eines Leichtflugzeuges, wobei ein höchstmöglicher Auftriebsbeiwert gegenüber einem minimalen Widerstansbeiwert erzielt wird.

Dennoch weisen die Profile, deren Saugseite und Druckseite gegenüber einer mittleren Wölbungslinie symmetrisch liegen,

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die zur Saugseite konvex verläuft, zwischen dem maximalen Auftriebsbeiwert und dem minimalen Auftriebsbeiwert einen bedeutende Abweichung auf, durch die ein Rückflug des Flugzeugs nicht begünstigt wird.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird manchmal ein Profil verwendet, dessen Saug— und Druckseite symmetrisch beidseitig einer mittleren geradlinigen Linie angeordnet sind. Bei einem derartigen bikonvexen und symmetrischen Profil ergibt sich zwar ein maximaler Auftriebsbeiwert, der für den normalen Flug und den Rückflug im wesentlichen identisch ist und der jedoch im allgemeinen unter dem durch das vorgehend beschriebene bikonvexe und unsymmetrische Profil gegebenen maximalen Auftriebsbeiwert liegt. Es ist gewiss möglich, innerhalb eines bestimmten Dickenabmessungsbereich die Dicke zum bikonvexen unsymmetrischen Profil herauszusetzen und somit einen größeren Auftriebsbeiwert zu erhalten, dies jedoch stets zuungunsten des Widerstands.

Darüber hinaus ergeben bestimmte moderne Profile mit großem Radius der Profilnase und gemäßigten Wölbungen der Saug- und Druckseite ein günstiges Verhältnis zwischen maximalem Auftrieb und minimalem Wiederstand. Derartige Profile besitzen auch für kleine Anstellwinkel einen Funktionsbereich, in dem die Auftriebsbeiwerte im wesentlichen den gleichen Widerstandsbeiwert behalten, wodurch für eine gegebene Antriebsart ein Anstieg der Steiggeschwindigkeit begünstigt wird. Jedoch weisen diese Profile einen sehr bedeutenden Abstand zwischen den Beiwerten maximalen und minimalen Auftriebs auf und erlauben keinen reinen Auftriebsabfall, wie dies oft im Kuastflug verlangt wird.

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Hit dem Profil nach der Erfindung wied das Ziel verfolgt, diese Nachteile zu beseitigen, indem gleichzeitig ein Profil mit starker Wölbung und ein bikonvexes symmetrisches Profil vorgeschlagen wird»

Durch die Erfindung wird insbesondere verwendungsfähiger Auftriebsbereiche zwischen maximalen und minimalen Auftrieb erzielt. Dieser Bereich ist allen bekannten Profilen weit überlegen.

Die maximalen und minimalen Auftriebsbeiwerte liegen mit einem mäßigen Vorteil auf der positiven Seite höher. Die Polare oder Kurve des Auftriebsbeiwerts in Abhängigkeit des Widerstansbeiwerts verhält sich fast bis zum Auftriebsabfall paragolisch, der schroff und für positive und negative Anstellwinkel ähnlich ist, dies jedoch mit einer in beiden Fällen begrenzten Amplitude.

Die gewissermaßen nicht vorhandene Hysteresis zwischen den Steig- und Sinkanstellwinkeln des Profils ermöglicht ohne Strömungsverzögerung eine Auftriebswiederaufnahme, was bei der Durchführung der Manöver eine große Sicherheit darstellt.

Die mit dem Anstellwinkel langsam erfolgende Zunahme des Widerstansbeiwerts und die erhöhten Werte des Auftriebsbeiwerts erlauben bei großer Steilheit eine Feinheit der Manöver, wobei ausgezeichnete Leitungen beim Steigflug und eine begrenzte Verschlechterung der letzteren bei Turbulenz gewährleistet sind.

Darüber hinaus wird durch die Linearität der Momentenkurve zwischen dem Auftriebsabfall mit positiven und negativen Anstellwinkeln eine Zentrieung mit minimaler statischer Toleranz erreicht und die zugeordnete Manövrierfähigkeit gewährleistet.

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Desweiteren liegt der Momentenbeiwert bei Auftrieb Null sehr niedrig.

Alle diese Ergebnisse, die aufgrund des Verständnisses der Beschaffenheit und des Verhaltens der Grenzschicht gewonnen wurden, haben es möglich gemacht, nach einer vollständigen experimentellen Untersuchung ein besonderes Profil zu bestimmen, dessen geometrische Charakteristiken sich innerhalb festgelegter Grenzen entwickeln können.

Somit konnte aufgrund seiner aerodynamischen Eigenschaften ein Profil geschaffen werden, das neben der Verwendung als Spezialtragflü für Kunstflug durchführende Plugzeuge, für Leichtflugzeuge sowie für Trainingsflugzeuge auch als Drehflügel für Hubschrauber verwendet werden kann. Vor allem weist ein mit dem erfindungsgemäßen Profil ausgebildeter Tragflügel ein sehr vorgeschobenes Haupfcmoment (mattre-couple) und eine auf dem stromab vom Hauptmoment gelegenen größten Teil der tragenden Flächen bei Null oder im wesentlichen bei Null liegende Wölbung auf.

Um die oben angeführten Ergebnisse zu erzielen, weist das aerodynamische Profil des erfindungsgemäßen Tragflügels eine nicht konkav ausgebildete Saug- und Druckseite auf, die beiderseits einer durch die Profilsehne laufende Bezugsachse unsymmetrisch angeordnet sind und die längs der Sehne nach vorne durch eine Vorderkante und nach hinten durch eine Hinterkante begrenzt sind und deren jeweilige Dicken ausgehend von der Sehne gemessen werden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Saug- und Druckseite jeweils einerseits einen ersten konvexen Bereich variabler Wölbung zwischen der Vorderkante und ihren den maximalen Dicken der Saug- und Druckseite entsprechenden Punkten zur teilweisen oder vollständigen Strömungsgeschwindigkeitsanlas-

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sung und der Druckabsenkung des Strömungsmittels und andererseits einen zweiten Bereich aufweist, der zwischen diesen den maximalen Dicken der Saug- und Druckseite entsprechenden Punkten und der Hinterkante angeordnet und in eine erste mit mäßig variabler Wölbung konvex ausgebildeten Zone, die unmittelbar hinter den maximalen Dicken der Saug- und Druckseite entsprechenden Punkten liegt und die Verzögerung und schnelle Druckwiederfrerstellung des Strömungsmittels gewährleistet, und in eine zweite Zone unterteilt ist, die auf die erste folgt und sich bis zur Hinterkante erstreckt, wobei diese zweite Zone eine Wölbung Null oder im wesentlichen bei Null liegende Wölbung hat und sich über mindestens 50 bis höchstens 96% der Sehnenlänge erstreckt und sie der Verzögerung schwächer folgt und die Druckwiederherstellung des Strömungsmittels mit einem Druckgradienten gewährleistet, der die in Strömungsrichtung abnimmt , und daß die maximalen Dicken ausgehend von der Vorderkante in einem Abstand liegt, der höchstens 22% der Sehnenlänge entspricht, und das Verhältnis zwischen der maximalen Dicke der Druckseite und der maximalen Dicke der Saugseite zumindest bei 0,25 oder höchstens bei 1 liegt. Vorzugsweise befindet sich die Orthogonalprojektion auf die Sehne vom maximalen Dickepunkt der Druckseite näher zur Vorderkante als die entsprechende Orthogonalprojektion des maximalen Dickepunkts der Saugseite.

Aufgrund des Profils nach der Erfindung kann man somit Tragflügel oder -flächen gewinnen, die eine Abweichung zwischen den Maximal- und Mimimalwerten des Auftriebsbeiwerts von zumindest dem algebraischen Wert 3 zeigen. Hierfür ist es insbesondere wichtig, daß kein Teil der Druckseite konkav wird, d.h., die Druckseite muß im zweiten Bereich stets konvex oder eben

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und niemals konkav ausgebildet sein.

Vorzugsweise liegt die maximale Dicke der Saugseite
ausgehend von der Vorderkante in einer zumindest 12%
bis höchstens 20% der Sehnenlänge entsprechenden Entfernung , wogegen die maximale Dicke der Druckseite ausgehend von der Vorderkante in einer 3»75% und höchstens
der Sehnenlänge entsprechenden Entfernung liegt.

Der erste konvexe Bereich mit variabler Wölbung der Druckseite und Saugseite sowie die erste Zone gemäßigt variabler Wölbung jeder der beiden Bereiche der Druck- und Saugseite stromab von den maximalen Dicken der Druck- bzw. der Saugseite sind annähernd durch die analytischen pseudoelliptschen Beziehungen und für eine Höhe des Hauptmoments definiert, der zwischen 8 und 22% der Sehnenlänge liegt.

Darüber hinaus erstreckt sich die erste Zone mäßiger Wölbung der Saugseite auf einer Länge von mindestens 4-0% und
höchstens 150% der Länge des ihm vorangehenden Bereichs
mit variabler Wölbung längs der Profilsehne. Demgegenüber
verläuft der erste Zone mäßiger Wölbung der Druckseite auf einer Länge von mindestens 6% und höchstens 140% der Länge des ihm vorangehenden Bereichs mit variabler Wölbung längs der Profilsehne ο

Die Hinterkante des Profils ist zweckmäßig mit einem Sockel versehen,, der vorzugsweise symmetrisch auf jeder Seite der Sehne angeordnet ist und dessen Dicke zumindest 0,2% und
höchstens 1% der Sehnenlänge entspricht»

Die Erfindung wird anhand der nächstfolgenden Beschreibung

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einer in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten, die Erfindung jedoch nicht begrenzenden Ausführungsform näher erläutert, Hierbei zeigen:

Pig. 1 .eine allgemeine schematische Darstellung eines Profils nach der Erfindung mitsamt seinen geometrischen Bestimmungsangaben;

Fig. 2 und 3 die aerodynamischen Vorteile, die sich aus dem erfindungsgemäßen Profil ergeben, und

Fig. 4 und 5 die auf experimentellem TCege gewonnenen Ergebnisse.

Das Tragflügelprofil nach der Erfindung gemäß Fig. 1 ist allgemein durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet, und kann nach einem orthogonalen Achsensystem OX und OY geometrisch definiert werden, wobei die Achsen OX und OY auch als Bezugsachsen für die sekundären Systeme O¹X¹, O¹Y' und 0" X"_r 0"Y" dienen.

Das Profil 1 weist eine konvexe Saugseite 2 und eine konvexe Druckseite 3 auf, die beiderseits der Bezugsachse OX unsymmetrisch angeordnet sind und von der geometrischen Sehne 4 der Länge & des Profils durchlaufen werden und auf der Sehne nach vorne durch die Vorderkante oder Nase im Punkt 0 und nach hinten durch die Hinterkante 5 begrenzt sind.

Die Saugseite 2 und die Druckseite 3 umfassen einerseits einen ersten konvexen Bereich mit variabler Wölbung, der durch das Bezugszeichen 6 bzw. 7 gekennzeichnet ist und zwischen der Vorderkante oder Nase 0 und den entsprechenden maximalen Dicken Y^ bzw. Y₂ der Saug- und der Druckseite

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liegen, und andererseits einen zweiten Bereich 8, 10 bzw. 9, 11, der zwischen den maximalen Dicken X^ und Y₂ und der Hinterkante 5 liegt.

Die maximalen Dicken der Saugseite Y_x, und Druckseite Y₂ trennen somit die vorderen Bereiche von den hinteren Bereichen des Profils und sind auf der Sehne durch die Abszissen Χ/, und X~ festgelegt. Die Koordinatenmomente X^, Y^ und Xp, Y₂ bestimmen den äußersten Punkt A der Saugseite 2 bzw den äußersten Punkt Έ der Druckseite 3· summe Y_Q der maximalen Ordinate Y* und der minimalen Ordinate Y₂ stellt in absolutem Wert den Wert der Höhe des Hauptmoments dar.

Die Abszissen X* und X_p entsprechen höchstens 20% bzw 18% der Länge _f der Sehne 4. Diese sehr nahe an der Vorderkante O liegende Stellung der maximalen Dicken Y^ und Yp der Saug—bzw. Druckseite ist dennoch derart, daß die Abszisse Χ,, zumindest 12% und höchstens 20% der länge -^ der Sehne 4 entspricht, während die Abszisse X₂ zumindest 3,75% und höchstens 18% der Sehnenlänge entspricht. Demgemäß übersteigt die Differenz der Abszissen X,, und X₂ nicht 16,25% der Länge £_ der Sehne, wobei die Abszissen vorzugsweise so liegen, daß X^X₂, obgleich man X₁ * X₂ oder auch X^ < X₂ haben könnte. Die ersten Bereiche 6 und 7 mit variabler Wölbung stellen im wesentlichen sowohl bei positiven als auch negativen Anstellwinkeln des Profils im An?-strömungsverlauf die Geschwindigkeitserteilung (An-strömung) und die Druckabsenkung (Unterdruck) die Oberfläche dieser Bereiche anströmenden Strömungsmittels sicher. Nach dieser Geschwindigkeitsanlassung und der Erzeugung eines Unterdrucks, durch die eine Auftriebskraft entsteht, erfährt das

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Strömungsmittel eine Verzögerung und eine schnelle Druckwiederherstellung in den unmittelbar vom Hauptmoment stromab gelegenen Zonen. Die ersten Zonen, die das Bezugszeichen 8 für die Saugseite 2 und 9 für die Druckseite 3 tragen, verlaufen längs der Profilsehne auf einer Länge & bzw ^₂ ^mi^ zumindest 40% und höchstens 150% der Länge X,, des Bereichs mit variabler Wölbung 6 für die Zone 8 bzw.. mit zumindest 6% und höchstens 140% der Länge X₂ des Bereichs mit variabler Wölbung 7 für die Zone 9.

Um stromab von diesen ersten Zonen 8 und 9 die Verzögerung und Druckwiederherstellung des Strömungsmittels mit einem Druckgradienten schwächer weiterzuführen, der in Strömungsrichtung abnimmt, setzt sich das Profil durch zweite Zonen 10 bzw. 11 fort, deren Wölbung Null ist oder nahe bei Hull liegt.

Diese zweiten Zonen verlaufen bis zur Hinterkante 5 und umfassen Zwischenzonen der Länge £ , bzw. -^ ^ , die eine Yiölbung von uneingeschränkt Hull .haben, wobei die Längen & -z bzw. ^u zumindest 50% und höchstens 96% der Länge -£ der Sehne 4 entsprechen.

Somit kann durch die gekoppelten Wirkungen der ersten und zweiten Bereiche eine große Strömungsstabilisierung nahe der Profiloberfläche erzielt werden, und dies bis zum Anstellwinkel, bei denen sich Auftriebverluat einstellt.

Hieraus ergeben sich im wesentlichen für die Tragflügel mit dem erfindungsgemäßen Profil erhöhte maximale und minimale Auftriebsbeiwerte, die nahe beianander liegen können.

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Diese Ergebnisse gehen zum Teil auf die Stellung der Saugseite gegenüber der Druckseite und insbesondere auf das als Absolutwert angegebene Verhältnis zwischen der minimalen Ordinate Y₂ ^{un<i der} maximalen Ordinate Y^ des Hauptmoments, das zumindest bei 0,25 liegt und höchstens gleich 1 ist, sowie auf die Tatsache zurück, daß die Druck seite an keiner Stelle konkav ausgebildet ist.

Die Figur 2 zeigt für einen nach dem erfindungsgemäßen Profil ausgebildeten Tragflügel die Entwicklung des Auftriebsbeiwerts C₁₇ als Funktion des Anstellwinkels i des Tragflügels im Strömungsverlauf. Die Figur zeigt die relative Abweichung AC„ , die zwischen dem maximalen Beiwert Cg und dem Absolutwert des minimalen Beiwerts G₂ besteht. Diese Abweichung Δ0_Ζ1» ^^{ie 0}^³?⁰*¹ ^^e gestrichelt dargestellte Kurve wiedergegeben ist, und die aus Vereinfachungszwecken das symmetrische Abbild gegenüber der Abszissenachse seitens der negativen Anstellwinkel der Kurve 12 darstellt, kann sehr gering sein. Darüber hinaus kann die Abweichung Δ^σ 2 ^zwi^scnen Cg _max ^un<^ ^-^em ^z mini ' die allgebraisch durch die Beziehung G^₂ ⁼ ^Zmax "^Z mini bestimmt ist, einen nahe bei 3,5 liegenden Wert erreichen.

Die Figur 2 zeigt nach dem Punkt, an dem der Auftriebsbeiwert maximal oder minimal ist einen plötzlichen Auftriebsabfall, wie dies in den Abschnitten der Kurve 12₂ und 12^ dargestellt ist« Dennoch weist dieser Abfall eine begrenzte Amplitude auf, wie dies der Kurvenverlauf 12^ und 12^ wiedergibt j und es ist aufgrund einer fast nicht vorhandenen Hysteresis zwischen den Steig- und Sinkflügen- mit Anstellwinkeln des Profils einem Piloten eines mit den erfindungsgemäßen Tragflügeln ausgerüsteten Flugzeuges möglich, unver-

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züglich eine Strömungswiederaufnahme um das Profil herbeizuführen. Dieses Merkmal ist deshalb von großer Bedeutung, weil dadurch bei der Durchführung der Manöver eine große Sicherheit gewährleistet ist. Hierbei verhält sich das Flugzeug vorrübergehend wie ein zum Kunstfliegen bestimmtes Flugzeug in dem es einen Flug mit steilem Anstellwinkel' ausführt. Beim Flug mit steilem Anstellwinkel können durch die langsame Entwicklung des «Viderstansbeiwerts mit dem Anstellwinkel und den hohen Werten des Auftriebsbeiwerts im stellen Steigflug ausgezeichnete Flugleistungen erzielt werden, da große Feinheit der Manövrierfähigkeit, d.h. ein sehr günstiges Verhältnis von Auftriebsbeiwert zu Widerstandsbeiwert für ein und denselben Anstellwinkel erzielt wird.

Die Figur 5 läßt für ein Profil a nach der Erfindung und für zwei bekannte Profile b und £ , deren Hauptmoment den gleichen Wert haben, einen Vergleich der Polare erkennen, aus dem bestimmte Vorteile eines Profils nach der Erfindung hervorgehen, wobei die Polare die Entwicklung des Auftriebsbeiwerts G„ als Funktion des Widerstandsbeiwerts G_x übersetzen.

Beispielshalber zeigt die Kurve I3, die sich auf ein bikonvexes symmetrisches Profil c bezieht, eine ysmmetrische Entwicklung der Auftriebsbeiwerte für ein und denselben Widerstandsbeiwert; sie zeigt aber auch an, daß der maximale Auftreibsbeiwert C^o eindeutig unter dem maximalen Auftriebsbeiwert Gg _max der Kurve 14- liegt, welche ein Profil a nach der Erfindung betrifft. Die Kurve 15 für ein nicht symmetrisches Profil b , beispielshalber nach NAGA 23000, zeigt, daß der maximale Auftriebswert G~>i über dem maximalen

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Beiwert G₂₂ ^des bikonvexen symmetrischen Profils liegt, jedoch dennoch unter den noch günstigen Auftriebsbeiwert des Profils a fällt.

Darüber hinaus besteht zwischen dem maximalen und minimalen Auftrieb des Profils b ein Abstand, der von großer Bedeutung sein kann, da das Verhältnis von größtem zu kleinstem Wert die Größe -1,8 erreichen kann.

Die Polare des Profils a besitzt in jedem beiderseits ihres Schnittpunkts mit der Achse der Widerstandsbeiwerte O^ eine Beziehung C„/G_x, die einen sehr hohen Wert hat, wodurch eine Verbesserung bestimmter Leistungen möglich ist. Diese bemerkenswerten Ergebnisse, die durch zahlreiche Untersuchungen in Windkanälen gewonnen und bestätigt wurden, haben die Bedeutung bestimmter geometrischer Beziehungen sowie die Rolle des Hauptmoments erkennen lassen, daß eine sehr vorgeschobene Stellung einnimmt; sie haben aber auch zur Bestimmung der Form eines Profils geführt, bei dem der Wert Tq des Hauptmoments sich von 8% bis 22% der Länge &_ der Sehne entwickeln kann.

Die ersten Bereiche 6 und 7 mit variabler Wölbung sowie die ersten Zonen 8 und 9 mit mäßig variabler Wölbung können in der Tat annähernd durch die analytischen Beziehungen definiert werden, wobei man ausgehend von den Fußpunkten O¹ und 0" der maximalen Saug- und Druckseitendicke auf der Sehne 4- die Ordinaten Y des Profils als Funktion der in Betracht kommenden Abszisse X im orthogonalen Achsensystem O¹I¹, O¹X' und O¹¹X", O¹¹X" erhält und O¹X¹ und 0"X" OX überlagert sind und O¹Y¹ und O¹¹Y" parallel zu OY liegen.

Die vereinfachten Beziehungen sind pseudoelliptisch und geben die Formen im Hinblick auf die gesuchten Ergebnisse

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mit einer Annäherung wieder, die den herkömmlichen Fer-.tigungstoleranzen vergleichbar ist.

Somit wird für eine Sehne der Länge ™ ^eiⁿ einerseits längs der Sehne durch die Abszissen X^ und ^ und andererseits durch die maximale und minimale Ordinate Y^ bzw. Yp begrenztes Hauptmoment die Form des ersten Bereichs 6 mit variabler Wölbung der Stauseite 2 (durch den Bogen OA (Fig. 1) dagestellt vorteilhaft in dem System O¹X, O¹Y' durch folgende Beziehung bestimmen:

wobei |X| den Absolutbetrag der Variablen X darstellt mit

(2) 1,84m ^ 2,1
und

(3) 0,12 χ ^ < X₁ 4 0,2 χ 4.

Gleichmaßen wird die Form der ersten Bereiche 7 mit variabler Wölbung der Druckseite J, die durch den Bogen OF dargestellt ist, günstig bestimmt im System O¹¹X", OHT'¹ durch die Beziehung:

wobei X den Absolutbetrag der Variablen X darstellt,

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1,8 < η < 2 0,0375 x £ <

0,18 χ ^.

In den Gleichungen (1) und (4) werden die Werte der Parameter Xp und Γ2 _auSg_enenc[ _von folgender Beziehung ermittelt:

Hierbei stellt Y₂ dar,

Hauptmoments) Y_pj den Absolutbetrag der maximalen Ordinate

und mit

(8) 0,25 < |Y₂| / I₁

0,08 χ f<X₀<0,22x &

Die erste Zone mit mäßig variabler Wölbung 8 der Saugseite 2 (Fig. 1), die auf den ersten Bereich 6 auf einer Länge der Sehne -^ von zumindest 40% bei höchstens 150% der den ersten Saugseitenbereich begrenzenden Länge der Sehne X^ folgt und die durch den Bogen AB wiedergegeben ist, wird im System X¹X¹, O¹Y' durch folgende Gleichung vorteilhaft definiert:

(10)

mit "— -^

(11) 1,4 < ρ < 1,5

wobei die Prarmeter X₁ und Y₁durch die Gleichungen (3)

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(7), (8) und (9) bestimmt sind.

Desgleichen wird die erste Zone mit mäßig variabler Wölbung 9 der Druckseite 3, die dem ersten Bereich. 7 auf einer zumindest 6% und höchstens 14-0% der den ersten Druckseitenbereich begrenzenden und durch den Bogen FE dargestellten Sehnenlänge X~ entsprechenden Sehnenlänge ^₂ folgt, im system O¹¹X", 0"Y" vorteilhaft durch folgende Gleichung bestimmt:

1,5 X₂

wobei die Parameter n, X₂ und X₂durch die Gleichungen (5)» (6), (7), (8) und (9) festgelegt sind.

Die zweiten Zonen der zweiten Bereiche des Profils, die das Bezugszeichen 10 für die Saugseite 2 und 11 für die Druckseite 3 (Fig· Ό tragen und miteinander an den Punkten B und E mit jeder vorhergehenden ersten Zone verbunden sind, erstrecken sich bis zu den Punkten G und D der Hinterkante.

Die Zone 10, die durch die Punkte Bund G begrenzt ist, und die durch die Punkte E und D begrenzte Zone 11 weisen zumindest in ihren Zwischenabschnitten eine Wölbung Null auf einer Länge ^ bzw. ·£ ^ auf, die zumindest 507* und höchstens 96^ der Länge & der Sehne ausmacht.

Dennoch könnten die Zonen 10 und 11 eine sehr leichte konvexe Gesamtwölbung aufweisen, ohne daß sich dabei die von der Erfindung angezielten Ergebnisse wesentlich verändert wurden.

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Die Profi!hinterkante 5 weist einen durch die Punkte G und D begrenzten Sockel auf und ist vorzugsweise symmetrisch beiderseits der Sehne 4 angeordnet. Die Dicke d des Sockels entspricht zumindest 0,2% und höchstens 1% der Profilsehnenlänge & .

Die Figuren 4 und 5 zeigen die mit einem das erfindungsgemäße Profil aufweisenden (Tragflügel erzielten Ergebnisse für eine identische Luftströmungsgeschwindigkeit.

Die Figur 4 stellt den Verlauf des Auftriebsbeiwerts C₂ bei positiven und negativen Anstellwinkeln i des Profils dar und läßt für eine Testgeschwindigkeit von 55 Ws den großen Auftriebsbereich des Profils erkennen. Nach Fig. 4 verläuft die Neigung der Kurve G„ steil und sehr stetig, was somit ein ausgezeichnetes Verhalten der Grenzschicht anzeigt. Darüber hinaus erreicht O₇ __„ den Wert 1,94 und der jeweilige Auftriebsabfall verläuft schroff jedoch mit begrenzter Amplitude. Dieses letztere Merkmal ist übrigens beispielshalber Je nach der Form der Flügelfläche, deren Turbulenzbildung oder von der für das Leitwert angenommenen Stellung veränderlich.

Für den Cgmax ^von ^»94 liegt das ^^ssaxi ^bei ~ ¹»⁶⁰' ^{was eine} Gesamtamplitude für den Auftriebsbereich von : 1,94-(-1,60) * 3»54- ergibt. Zum Vergleich ergibt ein klassisches Profil des Typs 23012 unter den gleichen Testbedingungen eine Amplitude der Größenordnung 2,46.

Die Figur 4 zeigt darüber hinaus die Symmetrie des Auftriebsabfalls mit positiven bzw. negativen Anstellwinkeln sowie den praktischen Wegfall der Hysteresis zwischen den

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zunehmenden und abnehmenden Testanstellwinkel, was sich in eine Fähigkeit der Druckwiederherstellung ohne Strömungsverzögerung um das Profil umsetzt. Dieses Merkmal ist für alle Anwendungen des Profils von großer Bedeutung, denn dadurch ist insbesondere eine sehr günstige kontrolle im Plug möglich.

Die Figur 5 zeigt die Schwankungen des Auftriebsbeiwerts C„ in Abhängigkeit vom Kippmomentbeiwert Om für eine Geschwindigkeit von 55m/s. Sie zeigt, daß die Linearität des Kippmomentbeiwerts zwischen den Auftriebsabfällen eine Zentrierung mit minimalem statischen Toleranzbereich ermöglicht. Der Momentenbeiwert Om mit Auftrieb Mull ist übrigens sehr gering, und die für eine Testgeschwindigkeit von 55 m/s erzielten Ergebnisse bestätigen die Symmetrie und Stabilität des Auftriebsabfalls sowie das fast völlige Ausbleiben der Hysteresis bei. der Rückkehr in den Normalf lugbereich.

Durch die Erfindung kann somit für ein Geschwindigkeitsbereich, der bis zum Auftriebsabfall den tatsächlichen Elugbereich von Leichtflugzeugen abdeckt, ein Tragflügelprofil bestimmt werden, das eine große Betriebsbreite aufweist und eine zwischen den maximalen und minimalen Auftriebsbeiwerten möglicherweise nur geringe Abweichung besitzt.

Aufgrund dieser Tatsache findet die Erfindung vielfältige Anwendung für Leichtflugzeuge, die zum Kunstfliegen verwendet werden, aber auch für Fahrten- und Trainigsflugzeuge. Obgleich die Erfindung vorgehend näher im Hinblick auf einen festen Tragflügel beschrieben wurde, gilt als selbstverständlich, daß die Erfindung auch zur Herstellung von Drehflügeln, insbesondere für Hubschrauber oder dergleichen angewendet werden kann.

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eerse

it

Claims

Meissner & Meissner ^

PATENTANWALTSBÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPLING. H.-J. PRESTING (BLN)

HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den

₂. _{Februar 1979}

ÜOGIZTÜ NATIONALE INDÜSTEIELLE■
ASRC3F.-1.TIAL3, Paris 16, Frankreich

Patentansprüche ·

1. Aerodynamisches Tragflügelprofil mit einer nicht konkav ausgebildeten Saug- und Druckseite, die beiderseits einer durch die Profilsebene laufende Bezugsachse unsymmetrisch sind und die längs der Sehne nach vorne durch eine Vorderkante und nach hinten durch eine Hinterkante begrenzt sind und deren jeweilige Dicken ausgehend von der Sehne gemessen werden, d a d u r c h gekennzeichne t, daß die Saug-(2) und Druckseite (J) jeweils einer-seits einen ersten konvexen Bereich (6) variabler Wölbung zwischen der Vorderkante (O) und ihren den maximalen Dicken (Y^, ,X₂) ^^er Saug- und Druckseite entsprechenden Punkten zur teilweisen oder vollständigen Strömungsgeschwindigkeitsanlassung und der Druckabsenkung des Strömungsmittels und andererseits einen Bereich (8,10,9,11) aufweist, der zwischen diesen den maximalen Dicken der <Jaug- und Druckseite ent-

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••hu-

Il ι Ί 37

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sprechenden Punkten und der Hinterkante (5) angeordnet und in eine erste mit mäßig variabler »ί/olbung konvex ausgebildeten Zone, die unmittelbar hinter den maximalen Dicken der Saug- und Druckseite entsprechenden Punkten liegt und die Verzögerung und schnelle Druckwiederherstellung des Strömungsmittels gewährleistet, und in eine zweite Zone unterteilt ist, die auf die erste folgt und sich bis zur Hinterkante erstreckt, wobei diese zweite Zone eine Wölbung Null oder im wesentlichen bei Null liegend, hat und sich über mindestens 5Q& bis höchstens 96% der Sehnenlänge (£) erstreckt und sie der Verzögerung schwächer folgt und die Druckwiederherstellung des Strömungsmittels mit einem Druckgradienten gewährleistet, der in Strömungsrichtung ab- - nimmt, und daß die maximalen Dicken ausgehend von der Vorderkante in einem Abstand liegt, der höchstens 22/6 der Sehnenlilnge entspricht, und das Verhältnis zwischen der maximalen Dicke der Druckseite und der maximalen Dicke der Saugseite zumindest bei 0,25 oder höchstens bei 1 liegt.

2. Aerodynamisches Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die orthogonale Projektion auf die öehne des maximalen Dickepunkts der Druckseite näher an der Nase oder Vorderkante liegt wie die entsprechende orthogonale Projektion des maximalen Dickepunkts der Saugseite.

3. Aerodynamisches Profil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, deß die maximale Dicke der oaugseite von der Vorderkante ausgehend in einer Entfernung liegt, die zumindest 12.'0 und höchstens 20/ό der oehnenlfinge entspricht.

3 ΓΓΐ ■". ' Π R 9

BAD ORIGINAL

4. Aerodynamisches Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die maximale Dicke
der Druckseite von der Vorderkante ausgehend in einer Entfernung liegt, die zumindest 3,75% und höchstens 18% der Sehnenlänge entspricht.

5. Aerodynamisches Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des ersten Bereichs mit variabler wölbung, das zwischen der Vorderkante und der maximalen -^icke der Saugseite und der Druckseite angeordnet ist, für eine Sehne der Länge _c und in einem orthogonalen Achsensystem bestimmt wird, dessen Nullpunkt mit dem jeweiligen lußpunkt der maximalen Dicke auf der Sehne zusammenfällt und dessen Abszissenachse mit der Sehne des Profils zusammenfällt, und zwar einerseits für die Saugseite durch die Beziehung:

ix!

Y I

= 1

und andererseits für die Druckseite durch die Beziehung:

wobei jxlden Absolutbetrag der Abszisse mit

1,8 < mi 2,1
1,8 < η < 2

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BAD ORIGINAL

darstellt und X^ und X^ die jeweiligen Abstände von der Vorderkante zu den Nullpunkten des orthogonalen _ Achsensystems sind und den Bedingungen

0,12 χ & 0,0375 x^

4s 0,2 χ & 4 0,18 χ £

unterworfen sind, während die maximalen Dicken Y,, bzw { Yp i der Saug- bzw. Druckseite, deren Summe durch den Wert Y dargestellt ist, bestimmt werden durch die Beziehungen

0,25

/Y.

Y₀ < 0,22 χ 5.

0,08 χ &

I Yp I ^der Absolutbetrag der Minimalordinate der Druckseite

Aerodynamisches Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß die Form der ersten Zone mit mäßig variabler Wölbung, die unmittelbar hinter der maximalen Dicke der Saug- oder Druckseite liegt, für eine Sehne der Länge & und in einem orthogonalen Achsensystem bestimmt wird, dessen Nullpunkt mit dem jeweiligen Fußpunkt der maximalen ^icke auf der Sehne zusammenfällt und dessen Abszissenachse mit der Sehne des Profils zusammenfällt, und zwar einerseits für die Saugseite durch die Beziehung:

und andererseits für die Druckseite durch die Beziehung:

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1,4

' Y ^η

P < 1,5 η < 2

wobei X., und X« die jeweiligen Abstände von .der Vorderkante zu den Nullpunkten der orthogonalen Achsensystem sind und den Bedingungen

0,12 χ £ ^ f

0,2 χ f

0,0375 ac £ < X₂ < 0,18 ac ^

unterworfen sind, während die maximalen Dicken Y₁ bzw. |Υ der Saug- "bzw. Druckseite, deren Summe durch den Wert Y_Q dargestellt ist, bestimmt werden durch die Beziehungen/

0,25 < Y₂ /Y₁ 4 1 0,08 χ £ < Y_n < 0,22 χ £-

^L0

wobei Iy₂I der Absolutbetrag der Minimalordinate der Druckseite isto

Aerodynamisches Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß die Zone mäßig variabler Wölbung der Saugseite auf den ersten Bereich mit variabler Wölbung folgt, der ihr auf der Sehnenlänge mit zumindest 40$ und höchstens 150^ der Sehnenlänge vorangestellt ist, die den ersten Bereich mit variabler Wölbung begrenzt.

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8. Aerodynamisches Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone mit mäßig variabler Wölbung der Druckseite auf den ersten Bereich mit variabler Wölbung folgt, der ihr auf der Sehnenlänge mit zumindest 6$ und höchstens 140$ der Sehnenlänge vorangstellt ist, die den ersten Bereich mit variabler Wölbung begrenzt.

9. Aerodynamisches Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkante des Profils einen Sockel aufweist, dessen Dicke zumindest 0,2$ und höchstens 1$ der Sehnenlänge entspricht.

10. Anwendung eines aerodynamischen Profils nach Anspruch für die Verwirklichung feststehender Tragflügel in einem Luftfahrzeug nach der Art eines Flugzeuges.

11. Anwendung eines aerodynamischen Profils nach Anspruch für die Schaffung eines Drehflügelluftfahrzeuges.

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