DE3008761C2 - Einrichtung zur automatischen Verstellung von Tragflügelwölbklappen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Die Wölbklappc ist ein einfaches MnIeI. um die Profilwölbung eines Tragflügels variabel zu gestalten. I lierdurch läßt sich, z. B. zur Verringerung der Landegeschwindigkeit, der Höchsiauftricbsbeiwert eines Flügelprofils steigern. Der große Vorteil von Wölbklappen liegt aber auch darin, daß so der Widerstandsbeiwert ^r> des Flügelprofils auch bei höheren Auftriebsbeiwerten klein gehalten werden kann. Dieser Effekt zeigt sich besonders deutlich bei den modernen Laminarprofilen. Fs lassen sich somit durch die Verwendung von Wölbklappcn die Fluglcistungcc eines Flugzeuges erheblich to steigern. Die Problematik bei der Verwendung von Wölbklappen liegt in der Forderung, für diese einen geeigneten Ausschlagwinkel zum entsprechenden Flug-/ustand /u erhalten. Der Ausschlagwinkel ergibt sich .iiis dcsn Auftricbsbeiwert des Tragflügelproflls und π sollte diesem direkt proportional sein. Der Auftricbsbeiwert ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Fluggeschwindigkeit, sowie direkt proportional einem mit dem Fluggewicht überlagerten !.astvielfachen, welches seine Ursachen in Flugmanövern und Böenbelastungen 2i) des Flugzeuges hat.

Die geläufigste Methode. Wöibkiappen zu regein, ist deren Verstellung durch den Piloten nach einem von Instrumenten angezeigten Fluggeschwindigkcitsbercich, oder gegebenenfalls, angezeigten Lastvielfachcn 2^r, mittels Beschleunigungsmesser. Diese Methode hat allerdings den Nachteil, daß sie für den Piloten eine zusätzliche Arbeitsbelastung darstellt. Dies läßt sich aber nur durch Anwendung einer automatischen Wölbkiappenregclung vermeiden.

to Hs sind bereits einige Anordnungen bekannt, die sich der modernen Mikroelektronik bedienen und mittels Sensoren geeignete Flugparameicr erfassen, diese elektronisch verarbeiten und daraufhin mittels Servoantrieben die Wölbklappe verstellen. Derartige Anordnungen ti sind /.B. für Segel- und Leichtflugzeuge nur bedingt anwendbar, da solche Systeme recht kompliziert und leuer sind.

Hine sehr einfache und in einem modernen Motorkunstflugzeug /ur Anwendung gelang; Wölbklappen-■tn regelung ist die starre Koppelung der Wöibkiappen mit der I löhenrudersicucrung. Aus dieser Koppelung ergeben sich jedoch, bei Verzicht auf eine Scrvounierstüt-/ung. hei höheren Geschwindigkeiten große Steuerkräfle für den Piloten, da die l.uftkräfte. abgesehen vom ■n Höhenruder, vor allem ;iuf die Wöibkiappen wirken. Außerdem ergeben sich Probleme bei der Wahl der richtigen Abstimmung /wischen Höhenruder- und WölbklappenwinkcL wenn, abgesehen von der Fluggeschwindigkeit, auch Manöverlasicn mit berücksichtigt so werden sollen.

F.ine weitere einfache mechanische Lösung /ur selbsttätigen Verstellung von Tragflügclwölbklappen ist die Hinrichtung nach DIi-PS b 39 329. Hierbei wird die Wölbklappe über Luftkräfie. die gegen eine Feder wir- y> ken, automatisch verstellt. Durch geeignete Abstimmung der Federkräfte ist es möglich, die Wölbklappe in Abhängigkeit vom Staudruck zu verstellen. Mit einer derartigen Hinrichtung ist allerdings die Erfassung des Last vielfachen /ur Verstellimg vonTragfliigclwölbklapiiii pen niehl erreichbar.

Hs ist die Anfgiibe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung iler im Oberbegriff des Anspruches 1 bezeichneten ArI zu schaffen, welche auf technisch einfache Weise eine automatische Wölbklappenverstelliing in Abhängigkeil von Fluggeschwindigkeit und von den Manöverlasten ermöglicht, ohne ti.ill dabei fur den Piloten eine zusätzliche Arbeitsbelastung und erhöhte I lamlslciiei kiäfle entstehen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Dabei wird von der folgenden Überlegung ausgegangen: i

Das Flügelprofil isi so beschaffen, daß es im stationären Geradausflug steis einen bestimmten Wölbklappenausschlag aufweist, der sich aus dem Gleichgewicht /wischen dem Gewicia der Masse einerseits und den dagegen auf die Wölbklappcn wirkenden Luftkräften ergibt. Mit zunehmender Fluggeschwindigkeit wachsen die Luftkräfte und verringern den Wölbkrappcnausschlag. da die Gewichtskraft der Masse gleich bleibt.

Bei Manövern mit positivem Lastviclfachen, also beispielsweise dem A.bfangen, vergrößern sich die Kräfte t^r> an der Masse und vergrößern damit den Wölbklappenausschlag in gewünschter Weise entgegen den l.uftkräflen. In jedem Fall erfolgt die Klappenversiellung selbsttätig, so daß der Pilot dafür keine Steuerkräfte aufbringen muß und auch in seiner Aufmerksamkeil nicht beansprucht wird. Es läßt sich zeigen, daß das ganze System so abgestimmt werden kann, daß der Wölbklappenausschlag sich in weitgehend optimaler Weise an die durch Fluggeschwindigkeit und Manöverlastcn gekennzeichneten Flugzustände anpaßt. .'·">

Es sei bemerkt, daß das System im gesamten Bereich der Flugpolare richtig wirki, d. h. auch im Sturzflug und im Rückenflug, wie weiter unten noch dargelegt wird.

Nach einem Merkmal der Erfindung kann die Verbindungseinrichtung durch ein die Wölbklappe mit der Masse verbindendes mechanisches Hebelgcstange o. dgl. gebildet sein. Diese Bauweise ist sehr einfach und billig.

Um ein Schwingen des Systems und damit ein Haltern der Wölbklappcn auszuschließen, ist erfindungsge- r> maß eine am Hebelgcstange angreifende Bewegungsdämpfungseinrichtung vorgesehen. Diese kann beispielsweise ein marktüblicher hydraulischer Dämpfungszylinder sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen. 4» daß die Masse und/oder die Übersetzung des Hebelgcstänges und/oder die Dämpfung der Dämpfungseinrichlung veränderbar sind, um das ganze System einfach an unterschiedliche Flugbedingungen anpassen zu können.

Außerdem ist in weiterer Ausgestaltung der l-rfin- 4^r> dung eine Einrichtung zur direkten Verstellung und Arretierung der Wölbklappen durch den Piloten vorgesehen, so daß das System jederzeit bei Bedarf (/.. B. der Landung) überstcuerbar is».

F.in Alisführungsbeispiel der Erfindung ist in der ίο Zeichnung dargestellt und irr· folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung einen Tragflügel einfs Segelflugzeuges mit symmetrischem Profil und einer Wölbklappc. v>

Am Rumpf 2 ist ein Tragflügel 4 in Miitekleckeianordnung bcfestigl. Der Tragflügel 4 ist mil einer Wölbklappc 6 versehen, welche in einem bestimmten Bereich nach oben und nach unten ausgeschlagen werden kann (siehe Pfeil 7). Die Wölbklappe 6 ist über eine Verbin= wi dungseinrichtung mil einer Masse 10 verbunden. Diese Verbindungscinrichtung ist durch ein einfaches mechanisches Hebelgcstange 8 gebildet und iimfaßl im einzelnen einen mit der Wölbklappc 6 fest verbundenen Antricbshebcl 12. eine damit gelenkig verbundene Stoß- n^:> stange 14, sowie einen daran angelenkten Traghebel 16. an welchem die Masse 10 befestigt ist. DciTraghebcl 16 ist als Winkelhebel ausgebildet und ist im Rumpf 2 so gelagert, daß er in einer zur Symmetrieebene des Flugzeuges im wesentlichen parallelen Ebene schwenkbar ist.

Wie in der Zeichnung angedeutet ist. kann die Masse 10 verändert, d. h etwa durch größere oder kleinere Massen ersetzt werden. Außerdem ist sie verschiebbar* auf dem freien Arm des Traghebels 16 befestigt, so daß das durch die Masse verursachte Drehmoment leicht variiert werden kann. Der Anlenkpunki 18 der Sioßstange 14 am Traghebel 16 kann ebenfalls veränderlich sein, so daß die Übersetzungsverhältnisse der Verbindungseinrichiung unterschiedliche Werte annehmen können.

F.ine Bewegungsdämpfungseinrichtung 20, im vorliegenden Beispiel als hydraulischer Dämpfungszylinder 22 ausgebildet, verhindert ein Schwingen des aus der Masse 10. der Verbindungseinrichtung sowie der durch Liiftkräfic belasteten Wölbklappe 6 besiehenden Systems. Auch d<:r Dampfungszylinder 22 kann in an sich bekannter Weise auf unterschiedliche D'-.npfungswerte eingestellt werden. Eine weitere Eigenschaft der Dämpfungseinrichtung 20 besieht darin, daß durch sie der Ausschlag der Wölbklappen 6 zeitlich hinter der den Ausschlag verursachenden Kraft nacheilt und so dämpfend auf dk Bahnschwingung des Flugzeuges wirkt.

Außerdem soll ein allzu spontanes Reagieren der Wölbklappe 6 /.. B. bei kurzen Böen oder ruckartigen Flugmanövern vermieden werden. Zwei Anschläge 24, 26 begrenzen den Weg des Traghebels 16 und damit den Ausschlag der Wölbklappe 6 auf vorgegebene Höchstwerte.

An der Wölbklappe 6 greift ein weiterer Antriebshebel 28 an. welcher gelenkig mit einer Stoßstange 30 verbunden ist. Diese Stoßstange 30 kann beispielsweise über den Handgriff 32 vom Piloten verschoben und über eine Rasleinrichtung 34, 36 in jeder beliebigen Zwischenlage arretiert werden, um — beispielsweise bei der Landung — die Wölbklappen 6 auf maximalen Ausschlag festzuhalten.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende:

Im Stand am Boden wirken keine Lrftkräfte; der Ausschlag //der Wölbklappc 6 wird nur von der Wasse 10 bestimmt und nur vom unteren Anschlag 26 begrenzt. Mil zunehmender Fahri im stationären Flug wachsen die auf die Wölbklappc 6 wirkenden Lufikräfte und verkleinern den Ausschlag der Wölbklappe 6, so daß bei zunehmender Geschwindigkeit und damit bei kleinerem Anstellwinkel die Wölbung des Profils kleiner wird

Führt das Flugzeug, ein Flugmanöver aus. z. B. ein Abfangmanöver, dann wird die Masse 10 nach unten beschleunigt und bringt proportional zum LastvielfachcT ei·· den Ausschlag der Wölbklappc 6 vergrößerndes Moment auf.

Bei .Sturzflug, d. h. uci c.\ = 0 wirkt auch auf die Masse 10 keine Beschleunigung in Richtung ihrer Bewegungsmöglichkeit, so daß hier im allgemeinen Fall der Wölbklappcnaussc/ilag gleich null wird.

Im Rückenflug wirken Massenkraft und Luftkräfte jeweils in der anderen Riehtung, so duß sich auch in diesem Fliig/usiand die erwünschte Regelcharaktcristik ergibt. Auf diese Weise eignet sich die Einrichtung insbesondere auch für Kunstflugzeuge, da sie ermöglicht, alle Kunstflugfiguren mit positiven und negativen Lastvielfachen mil optimalem Flügelprofil zu fliegen.

lis besieht auch die Möglichkeit, die Wölbklappen 6 so zu profilieren, daß sich bei hohen Fluggeschwindigkeiten im stationären Geradausflug ein negativer Wölb-

klappcnausnchlag ergibt, da beispielsweise gewölbte Gruiidprofile hiermil den geringsten l.iiliwklerMatul aufweisen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur automatischen Verstellung von schwenkbar gelagerten Tragflügelwölbklappcn in Abhängigkeit von wenigstens einem den Flugzustand kennzeichnenden Parameter, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wölbklappc (6) über eine Verbindungseinrichtung mit einer im Flugzeug etwa in Richtung der Hochachsc beweglich gelagerten Masse (10) derart gekoppelt ist. daß eine Abwärtsbewegung der Masse (10) einen Ausschlug der Wölbklappe (6) nach unten, eine Abwärtsbewegung einen Ausschlag nach oben bewirkt.

2. Einrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungscinrichtung durch ein die Wölbklappe (6) mit der Masse (10) verbundenes mechanisches Hebelgestängc (8) gebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daja das Hebclgestänge (8) aus einem etwa in einer vertikalen Langsebenc des Flugzeuges schwenkbar gelagerten Traghebel (16) besteht, an dessen freiem Ende die Masse (10) angeordnet ist, und daß der Traghebel (16) über Hebel (12) und Stoßstangen (14) mit der Wölbklappe (6) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Hcbclgcstänge (8) angreifende Bewcgungsdämpfungscinriehtung (20) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ^J.ie Masse (10) und/ oder die Übersetzung des Hebclgcsiängcs (8) und/ oder die Dämpfung der Dämpfvtgseinrichiung (20) veränderbar sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder % dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinriehtung (20) durch einen hydraulischen Dänipfungs/.ylinder (22) gebildet wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis h. dadurch gekennzeichnet, daß Anschlüge (24, 26) zur Begrenzung des Wölbklappcnausschlagcs vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß eine Hinrichtung (28 bis 36) in beliebiger Stellung vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Nullausschlag der Wölbklappe (6) bei einem symmetrischen Grundprofil dem Lastfall η = 0 zugeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullausschlag der Wölbklappe (6) bei einem niehisymmeirischcn Grundprofil dem Lastfall η = I bei einer bestimmten, vorgegebenen Geschwindigkeit zugeordnet ist und dem Lastfall /J = O mit einer vom Nullausschlag verschiedenen, z. B. negativen Stellung zugeordnet ist.