DE2904956A1 - Aerodynamisches hochleistungsprofil fuer luftfahrzeugtragfluegel - Google Patents
Aerodynamisches hochleistungsprofil fuer luftfahrzeugtragfluegelInfo
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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.Bo 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.
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
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»
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 Yx, 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 YQ der maximalen Ordinate Y* und der minimalen Ordinate
Y2 stellt in absolutem Wert den Wert der Höhe des
Hauptmoments dar.
Die Abszissen X* und Xp 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 Δ0Ζ1» ^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 zwiscnen 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 Gx 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„/Gx, 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
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 auSgenenc[ von folgender Beziehung ermittelt:
Hierbei stellt Y2 dar,
Hauptmoments) Ypj 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 (1)
- Meissner & Meissner ^PATENTANWALTSBÜROBERLIN — MÜNCHENPATENTANWÄLTEDIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPLING. H.-J. PRESTING (BLN)HERBERTSTR. 22, 1000 BERLINIhr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den2. Februar 1979ÜOGIZTÜ NATIONALE INDÜSTEIELLE■
ASRC3F.-1.TIAL3, Paris 16, FrankreichPatentansprüche ·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-909834/0694••hu-Il ι Ί 37BAD ORIGINALsprechenden 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 9BAD ORIGINAL4. 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= 1und andererseits für die Druckseite durch die Beziehung:wobei jxlden Absolutbetrag der Abszisse mit1,8 < mi 2,1
1,8 < η < 2909834/0694BAD ORIGINALdarstellt und X^ und X^ die jeweiligen Abstände von der Vorderkante zu den Nullpunkten des orthogonalen _ Achsensystems sind und den Bedingungen0,12 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 Beziehungen0,25/Y.Y0 < 0,22 χ 5.0,08 χ &I Yp I der Absolutbetrag der Minimalordinate der DruckseiteAerodynamisches 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:909834/0694BAD ORIGINAL1,4' Y ηP < 1,5 η < 2wobei X., und X« die jeweiligen Abstände von .der Vorderkante zu den Nullpunkten der orthogonalen Achsensystem sind und den Bedingungen0,12 χ £ ^ f0,2 χ f0,0375 ac £ < X2 < 0,18 ac ^unterworfen sind, während die maximalen Dicken Y1 bzw. |Υ der Saug- "bzw. Druckseite, deren Summe durch den Wert YQ dargestellt ist, bestimmt werden durch die Beziehungen/0,25 < Y2 /Y1 4 1 0,08 χ £ < Yn < 0,22 χ £-L0wobei Iy2I der Absolutbetrag der Minimalordinate der Druckseite istoAerodynamisches 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.BAD ORIGINAL8. 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.9 0 983 4/0694
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