DE3013774C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsanordnung für in der Ebene der Querschnittsfläche von Tragflügeln ein- und ausfahr­ bare Flügelklappen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Flügelklappen, die in Form von Vorder- bzw. Hinterkantenklappen als Hochauftriebshilfen dienen, werden im allgemeinen so konzi­ piert, daß sowohl die Klappen selbst als auch die zu ihrer Ansteue­ rung erforderlichen Betätigungsorgane vor allem in der Reisekonfi­ guration einen möglichst geringen Widerstand hervorrufen. Dies gilt besonders für Tragflügel superkritischer Profilierung, da der Widerstand der Verkleidungen der Klappenführungen die Vorteile des superkritischen Profils hinsichtlich eines geringen Wider­ standes teilweise wieder zunichte macht.

So erfordern beispielsweise die als Betätigungsanordnungen bekann­ ten Schienenkinematiken und die neuerdings aus Kostengründen ver­ wendeten sogenannten Parallelogramm-Kinematiken, bei der die Flü­ gelklappen über Drehgelenke mit horizontal angeordneten Drehach­ sen ausgefahren werden, vergleichsweise aufwendige Verkleidungen.

Darüber hinaus ist aus der US-PS 29 73 925 eine Anordnung der ein­ gangs genannten Art bekannt, mit deren Hilfe Vorderkantenklappen aufgrund der auf sie einwirkenden aerodynamischen Kräfte in einer Position vor und unterhalb der Tragflügelvorderkante ausgefahren werden und die im eingefahrenen Zustand von der Klappe ver­ deckt wird. Die Ausfahrbewegung der Flügelklappe erfolgt bei dieser bekannten Betätigungsvorrichtung auf einer Zylinder- bzw. Kegel­ oberfläche.

Wie aus der DE-AS 23 54 420 hervorgeht, ist es bekannt, Be­ tätigungsanordnungen für Klappen von Tragflügeln mit Lenker­ getrieben nach Art einer Nürnberger Schere aufzubauen. Das Lenkergetriebe besteht dabei aus drei Lenkern, welche an einer Hauptklappe und einer damit starr verbundenen Hilfs­ klappe mit Gelenkköpfen angreifen. Mit dieser Betätigungs­ anordnung können die Klappen in der Querschnittsfläche des Tragflügels ausgefahren werden, aber dabei ist nur eine ge­ koppelte Verstellung der Klappen, d. h. eine den Abstand von Haupt- und Hilfsklappe stets konstant haltende Ein- und Aus­ fahrbewegung ohne Fowler-Effekt möglich.

Weiterhin ist es aus der DE-AS 20 47 221 bekannt, Doppelspalt­ klappen, gekoppelt mit einer Stellvorrichtung und einem einfache Drehbewegungen ausführenden Hebelgetriebe, zu verstellen. Da­ zu ist aber ein relativ großer Klappenträger erforderlich, der eine vergleichsweise aufwendige aerodynamische Verklei­ dung verlangt, da die Verstellvorrichtung außerhalb der Quer­ schnittsfläche des Tragflügels liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsanord­ nung so auszubilden, daß diese möglichst ausfallsicher ist und es gestattet, die Flügelklappen definiert ein- und aus­ zufahren, in möglichen Zwischenstellungen zu arretieren, sowie eine Ausfahrbewegung der Flügelklappe zu ermöglichen, welche eine maximale Wirksamkeit der Hochauftriebshilfe sowohl beim Starten als auch beim Landen gewährleistet. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, die erforderliche Verkleidung in der Reisekonfiguration möglichst klein zu halten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Maßnahme erlaubt es, die Flügelklappe über Gelenkköpfe an den Lenkerpaa­ ren zu haltern, wodurch ein Maß an Bewegungsfreiheit für die Flügel­ klappe in bezug auf die Lenkerpaare erreicht wird, das ein Verklemmen bzw. Verkanten der Klappe beim Ein- oder Ausfahren weit­ gehend ausschließt.

Darüber hinaus hat die Tatsache, daß jeder Lenkereinheit ein sepa­ rates Getriebe zugeordnet ist, zur Folge, daß selbst bei Aus­ fall eines der Lenkereinheiten, z. B. infolge Bruch bzw. Verklem­ men, die Flügelklappe nicht nur ihre jeweilige Stellung beibe­ hält, sondern auch weiterhin definiert bewegt werden kann und die erforderlichen Lasten trägt bis zur Beendigung des Fluges.

Durch geeignete Wahl der Neigung der Drehgelenke der Lenkerein­ heiten in Bezug auf die Flügelebene sowie der Anlenkpunkte für die Steuerstange läßt sich dabei eine Ausfahrbewegung der Flügelklap­ pe realisieren, bei der diese zunächst über einen relativ großen Teil des Ausfahrweges in angenähert horizontaler Stellung gehal­ ten wird (sogenannter Fowler-Effekt) und sich erst im letzten Teil des Ausfahrweges eine vergleichsweise große Änderung des Klappen­ anschlagwinkels ergibt. Eine solche Ausfahrcharakteristik macht die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung beispielsweise zur An­ steuerung von Hinterkantenklappen geeignet, die bei Start und Landung unterschiedliche Ausfahrstellungen und Neigungswinkel ein­ nehmen müssen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist, insbesondere im Hinblick auf eine noch größere Funktionssicherheit, vorgesehen, daß sowohl die Lagerung der Flügelklappe auf den jeweiligen Drehach­ sen als auch die Lagerung dieser Achsen in den Gelenkköpfen über Kugelgelenklager erfolgt, die eine dreidimensionale Pendelbewegung um den jeweiligen Lagerpunkt ermöglichen, so daß ein Verkanten der Flügelklappe auf den Lagerbolzen ausgeschlossen ist.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher er­ läutert werden. Und zwar zeigt

Fig. 1 eine Darstellung eines Teils der Betätigungsanordnung in Draufsicht,

Fig. 2 eine seitliche Ansicht der Anordnung nach Fig. 1 im eingefahrenen Zustand,

Fig. 3 die gleiche Anordnung im ausgefahrenen Zustand,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt gemäß V-V in Fig. 4,

Fig. 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 4 durch den zweiten Befestigungspunkt der Flügelklappe,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine Darstellung eines Tragflügels mit der Betätigungsanordnung zur Ansteuerung eines Hinterkantenklappensystems,

Fig. 9 eine Darstellung des Klappenausschlagwinkels η in Abhängigkeit vom relativen Ausfahrweg.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht eines der beiden Lenkerpaare, die zusammen mit den zugehörigen Antrieben die Be­ tätigungsanordnung bilden; der obere Teil der Figur gibt dabei die eingefahrene Position wieder, der untere Teil die vollstän­ dig ausgefahrene.

Das Lenkerpaar 1 wird gebildet durch die symmetrisch zueinan­ der angeordneten Lenkereinheiten 2 und 3, die ihrerseits aus je zwei Stangen 4, 5 bzw. 6, 7 bestehen, die jeweils über Gelenke 8, 9, deren Drehachsen angenähert vertikal zur Zeichenebene lie­ gen, miteinander verbunden sind und zusammen eine Art Nürnberger Schere bilden.

Die inneren, d. h. der Flügelstruktur benachbarten Stangen 4 und 6 sind jeweils mit mechanischen Drehgetrieben 10 bzw. 11 verbunden, die fest an der Flügelstruktur angeordnet sind. Die Drehgetriebe 10, 11 bestehen dabei jeweils aus einem Planetengetriebe, dem antriebsseitig ein Schneckengetriebe vorgeschaltet ist.

An dem der Flügelstruktur angewandten Endbereich der äußeren Stan­ gen 5, 7 ist über einen Gelenkkopf 12 eine Flügelklappe 13 mit einem ihrer beiden Anlenkpunkte gehaltert, wobei der zweite Anlenk­ punkt über eine zur hier beschriebenen identischen Halterung mit der Flügelstruktur verbunden ist. In dem hier dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist die Flügelklappe 13 die Hauptklappe eines Hinterkantenklappensystems, zu dem ferner eine an der Hauptklappe schwenkbar angelenkte Hilfsklappe 14 gehört. Weiter sind an abge­ winkelten Ansätzen der äußeren Stangen 5, 7 über Kugelgelenk­ lager Steuerstangen 15, 16 angelenkt, die mit einem Abstand zu der durch den Gelenkkopf 12 verlaufenden Drehachse A an der Haupt­ klappe 13 angreifen.

Die Fig. 2 und 3 geben eine seitliche Ansicht der Anordnung nach Fig. 1 dar, wobei Fig. 2 den eingefahrenen und Fig. 3 den vollständig ausgefahrenen Zustand der Betätigungsanordnung wieder­ gibt. Diese Figuren zeigen ferner eine der aus jeweils zwei Stan­ gen 17, 18 sowie einem Lenker 19 bestehenden Koppelsteuerungen, die paarweise symmetrisch zueinander, am Gelenkkopf 12 angelenkt sind und andererseits an der Hilfsklappe 14 mit einem Abstand zu deren Schwenkachse B angreifen. Weiterhin ist in den Fig. 2 und 3 die zweiteilige, an der Hauptklappe 13 befestigte Klappenver­ kleidung 20, 21 dargestellt, deren vorderer Teil 20 beim Ausfahren der Klappen abgeklappt werden kann, um die Freigängigkeit der Len­ kereinheiten 2, 3 zu gewährleisten.

In den Fig. 4 und 5 ist der in Fig. 3 gekennzeichnete Bereich des Gelenkkopfes 12 bei ausgefahrenen Klappen im Detail wiedergegeben. Der Gelenkkopf 12 besteht aus zwei symmetrisch zueinander angeord­ neten Laschen 22 und 23, die an ihrem einen Ende über den die Dreh­ achse A der Hauptklappe 13 bildenden Lagerbolzen 24 miteinander ver­ bunden sind und mit ihrem anderen Ende auf den Gelenkbolzen 25 und 26 drehbar gehaltert sind. Die Gelenkbolzen 25, 26, die in den äußeren Stangen 5 und 7 des Lenkerpaares 1 gelagert sind, sind fer­ ner untereinander durch den Steg 27 verbunden. Da der Lagerbolzen 24 in den Laschen 22 und 23 mittels Kugelgelenklagern 28, 29 gela­ gert ist, bilden die Laschen 22 und 23, der Lagerbolzen 24 sowie der Steg 27 zusammen ein in der Zeichenebene der Fig. 5 bewegliches Gelenkviereck. Da ferner auch der Steg 27 auf den Gelenkbolzen 25 und 26 mittels Kugelgelenklagern 30 gehaltert ist, ist auch eine Relativbewegung der beiden Lenkereinheiten 2 und 3 gegeneinander und senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 5 möglich.

Weiterhin erfolgt auch die Lagerung der Hauptklappe 13 auf dem Lagerbolzen 24 mittels eines Kugelgelenklagers 31, das neben der reinen Drehbewegung um die Drehachse A auch Pendelbewegungen der Hauptklappe 13 um beliebige, durch den Mittelpunkt des Kugel­ gelenklagers 31 verlaufende Achsen zuläßt. Schließlich sind auch die Steuerstangen 15 (in Fig. 4 nicht dargestellt) und 16 sphärisch gelagert, so daß auch sie nicht nur reine Drehbewegungen um die Gelenkbolzen 32 und 33 auszuführen vermögen, sondern allseitig beweglich sind.

Im Gegensatz zu dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Gelenk­ kopf 12, der als Loslager ausgebildet ist, stellt der in den Fig. 6 und 7 wiedergegebene zweite Gelenkkopf 34 ein Festlager dar. Zwar ist auch an diesem zweiten Anlenkpunkt der Hauptklappe 13 diese mittels eines Kugelgelenklagers 35 auf dem Lagerbolzen 36 gelagert, der hier die Drehachse A′ bildet, jedoch ist bei diesem Gelenkkopf 34 der Lagerbolzen 36 durch zwei seitliche Ansätze 37, 38 des Steges 39 derartig fixiert, daß Lagerbolzen 36, Ansätze 37 und 38 sowie Steg 39 einen starren Verband bilden, so daß der Gelenk­ kopf 34 im Gegensatz zum Gelenkkopf 12 kein in der Zeichenebene der Fig. 7 bewegliches Gelenkviereck darstellt. Die übrige Anordnung in diesem Anlenkpunkt entspricht derjenigen des in den Fig. 4 und 5 dargestellten Anlenkpunktes.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung handelt es sich um einen Ausschnitt aus einem Tragflügel, in dem schematisch die Verwendung der Betätigungsanordnung zur Ansteuerung eines Hinterkantenklappensystems wiedergegeben ist. Letzteres besteht aus zwei Hauptklappen 13, 13′ sowie zwei an diesen jeweils angelenkten Hilfsklappen 14, 14′, wobei jede dieser beiden Kombinationen aus Haupt- und Hilfsklappe über eine Betätigungsanordnung angesteuert wird, wie sie vorstehend beschrieben ist. Im einzelnen sind dies die Drehgetriebe 10 bis 10′′′ bzw. 11 bis 11′′′, die über Drehwellen 40 sowie Winkelgetriebe 41 mit einer zentralen Antriebseinheit 42 verbunden sind und auf die Lenkerpaare 1 bis 1′′′, über die der Ausfahrvorgang der Klappen realisiert wird, wirken. Dabei ist jeder der beiden Betätigungseinheiten für die beiden Klappenkom­ binationen ein Drehmomentbegrenzer 43, 44 vorgeschaltet. Schließ­ lich ist nach jeder Betätigungseinheit ein mit einer zentralen Asymmetrie-Überwachungseinheit 45 verbundener Asymmetrie-Sensor 46, 47 zugeordnet.

An den der Flügelstruktur abgewandten Enden der Lenkerpaare 1 bis 1′′′ sind über Gelenkköpfe 12, 34 bzw. 12′, 34′ die die Hauptklap­ pen 13 und 13′ gelenkig gehaltert, wobei jeder der Klappen an einem als Loslager (12, 12′) und einem als Festlager (34, 34′) ausgebildeten Gelenkkopf angelenkt ist, wie diese anhand der Fig. 4 bis 7 beschrieben sind. Die Funktionsweise der in den Fig. 1 bis 8 wiedergegebenen Betätigungsanordnung soll anhand von Fig. 9 erläutert werden, die für Hauptklappe und Hilfsklappe jeweils den Klappenwinkel η in Abhängigkeit vom Ausfahrweg angibt, wobei in dieser Darstellung der relative Ausfahrweg, bezogen auf den insge­ samt erzielbaren Ausfahrweg, aufgetragen ist.

Die Ansteuerung des Klappensystems erfolgt über die zentrale An­ triebseinheit 42, die über die Drehwellen 40 und Winkelgetriebe 41 auf die einzelnen Drehgetriebe 10 bis 10′′′ bzw. 11 bis 11′′′ wirkt, die analog zu den in Fig. 1 beschriebenen Drehgetrieben 10 und 11 aufgebaut sind.

Mit Hilfe der Drehgetriebe werden die Lenkerpaare 1 bis 1′′′, deren Aufbau dem Lenkerpaar 1 in Fig. 1 entspricht, synchron gegen­ einander verschwenkt, wodurch die an den Lenkerpaaren 1 bis 1′′′ angeordneten Gelenkköpfe 12, 12′ bzw. 34, 34′ und die an diesen angelenkten Flügelklappen 13, 13′ auf einer Bahnkurve, die in der Ebene der jeweiligen Querschnittsfläche des Flügels liegt, nach rückwärts ausgefahren werden.

Der Verlust dieser Bahnkurve ist durch die Winkel vorgegeben, unter denen jeweils die Achsen der Drehgelenke einer Lenkereinheit 2, 3 gegen­ über der Vertikalen geneigt sind sowie durch Form und Länge der Stangen 4-7, aus denen die Lenkereinheiten 2, 3 bestehen. Während der Aus­ fahrbewegung wird die Neigung der Hauptklappen 13, 13′ in bezug auf das Lenkergestänge dadurch kontinuierlich verändert, daß die Anlenk­ punkte der Steuerstangen 15, 16 an den jeweiligen Lenkereinheiten 2, 3 auf einer Kreisbahn nach außen wandern. Bei dem hier behandelten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung sind der Winkel α, unter dem die die Anlenkpunkte der Steuerstan­ gen 15, 16 bildenden Ansätze der äußeren Stangen 5, 7 der Lenker­ einheiten 2, 3 angeordnet sind und die Länge der Steuerstangen 15, 16 so gewählt, daß die Hauptklappe 13 während des Ausfahrvorgangs zu­ nächst entgegen dem Uhrzeigersinn, d. h. nach oben verschwenkt wird. Erst bei größerem Ausfahrweg erfolgt dann eine Schwenkbewegung in entgegengesetzter Richtung. Da sich aufgrund der Bewegung der Ge­ lenkköpfe 12, 34 entlang der Bahnkurve bei festgehaltener Klappe von An­ fang an eine Kippbewegung der Hauptklappe 13, 13′ im Uhrzeigersinn ergeben würde, ergibt sich als resultierende Bewegung der Hauptklappe der in Fig. 9 dargestellte Bewegungsablauf.

Aus dieser Darstellung geht hervor, daß sich über einen relativ großen Bereich des Ausfahrweges die Neigung der Hauptklappe 13, 13′ nur geringfügig ändert, d. h. diese zunächst in angenähert waagerechter Stellung ausgefahren wird. Wie die Fig. 9 weiterhin zeigt, ist fer­ ner auch das Koppelgestänge zur Steuerung des Neigungswinkels der Hilfsklappe 14, 14′ so ausgelegt, daß auch diese zunächst annähernd waage­ recht ausgefahren wird. Dieser Bereich des Ausfahrweges, bei dem eine Vergrößerung der Auftriebsfläche bei gleichzeitig nur geringfügiger Widerstandserhöhung erzielt wird, ist insbesondere für die Start­ phase von Bedeutung.

Erst bei größerem Ausfahrweg ändert sich auch der Neigungswinkel beider Klappen 13, 14 stärker, bis der Endausschlag erreicht ist, indem Auftriebsfläche und Widerstand ihren Maximalwert erreicht haben, entsprechend der Landekonfiguration.

Während des Aus- und Einfahrvorgangs können die Lenkerpaare 1 bis 1′′′ in jeder beliebigen Zwischenstellung durch Abschalten der Antriebs­ vorrichtung arretiert werden.

Durch die Verwendung von Kugelgelenklagern 28-31 an den entsprechenden Lagerpunkten ist sichergestellt, daß die Flügelklappen auch dann reibungslos aus- und eingefahren werden, wenn sie, z. B. aufgrund angreifender Windkräfte, geringfügig geneigte Stellungen in bezug auf ihre theoretischen Drehachsen einnehmen und deshalb die Gefahr eines Verkantens bzw. Festklemmens bestünde.

Insbesondere gilt dies für den Fall, daß eine der vier jeweils pro Flügelklappe vorgesehenen Lenkereinheiten 2, 3 durch Bruch ausfällt. Auch in diesem Fall kann die Klappe 13, 13′ über die drei noch verbleibenden Einheiten 2, 3 weiterhin definiert ein- und ausgefahren werden.

Claims (3)

1. Betätigungsanordnung für in der Ebene der Querschnittsflä­ che von Tragflügeln ausfahrbare Flügelklappen mit zwei symmetrisch zuein­ ander an der Flügelstruktur angelenkten und um angenähert vertikale Achsen verschwenkbaren Lenkerpaaren, die jeweils durch zwei nach Art einer Nürn­ berger Schere arbeitende und über ein separates Getriebe mit einer Abtriebs­ einheit verbundene Lenkereinheiten gebildet sind, an deren äußeren Enden die Flügelklappen über Gelenkköpfe und Steuerstangen um zur Ausfahrebene senkrechte Drehachsen schwenkbar angelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelklappen jeweils aus einer Haupt- und einer Hilfsklappe (13, 13′, 14, 14′) bestehen, daß die Steuerstangen (15, 16) einerseits unter ei­ nem Abstand zur Drehachse (A, A′) von der Hauptklappe (13, 13′) und ande­ rerseits an abgewinkelten Ansätzen der äußeren Stangen (5, 7) der Lenkein­ heiten (1-1′′′) angreifen, wobei der Winkel (α) zwischen den Ansätzen der äußeren Stangen (5, 7) und den Stangen (5, 7) und die Länge der Steuerstan­ gen (15, 16) so gewählt sind, daß die Hauptklappe (13, 13′) während des Ausfahrvorganges zunächst nach oben verschwenkt wird, und daß an jedem Ge­ lenkkopf (12, 12′, 34, 34′) zwei Koppelsteuerungen (17, 18, 19) zum Ver­ stellen der an den Hauptklappen (13, 13′) angelenkten Hilfsklappen (14, 14′) vorgesehen sind, wobei jede Koppelsteuerung aus einem an der Hauptklappe (13, 13′) angeordneten Lenker (19) sowie zwei am Lenker (19) und am Ge­ lenkkopf (12, 34, 12′, 34′) bzw. an der Hilfsklappe (14, 14′) angelenkten Stangen (17, 18) besteht.

2. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerung der Hauptklappe (13, 13′) auf den die jeweilige Dreh­ achse (A, A′) bildenden Lagerbolzen (24, 36) der Gelenkköpfe (12, 12′, 34, 34′) über Kugelgelenklager 31 erfolgt, und daß die Lagerbolzen (24, 36) in den Gelenkköpfen (12, 12′, 34, 34′) zumindest teilweise mittels Kugel­ gelenklagern (28, 29) gehaltert sind.

3. Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerstangen (15, 16) mittels Kugelgelenk­ lagern gehaltert sind.