DE3407137C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lufteinlauf für in Flugzeuge eingebaute Gasturbinentriebwerke, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Der Lufteinlauf eines Flugzeuges hat die Aufgabe, einen möglichst großen Teil der kinetischen Energie der anströmenden Luft unter Abbau ihrer Geschwindigkeit in Druckenergie umzuwandeln. Besonders bei höheren Flugmachzahlen kann dieser Energierückgewinn beachtlich sein. Um diesen zu optimieren, muß die aufgefangene und verdichtete Luft verlustarm und in homogenem Zustand dem Triebwerk in richtig dosierter Menge zugeführt werden, damit Lufteinlauf und Triebwerk aerodynamisch stabil zusammenarbeiten.

Flugzeuge, die in hohen Geschwindigkeitsbereichen, insbesondere im Überschallbereich operieren, sind mit Lufteinläufen ausgerüstet, die zur Aussparung der zellennahen, turbulenten Grenzschicht einen Grenzschichtabweiser bzw. Grenzschichtpflug aufweisen, der einen entsprechenden Abstand, den Grenzschichtspalt, zwischen der Flugzeugzelle und der Innenseite des Lufteinlaufkanals herstellt. Auf diese Weise gelangt nur zellenferne, laminar anströmende Luft in den Einlauf. In konstruktiver Hinsicht ist es dabei üblich, daß sowohl der Grenzschichtabweiser als auch die Luftfanghaube des Einlaufes zellenfest angeordnet sind. Bei Hochleistungs-Flugzeugen, deren Triebwerke bei allen Geschwindigkeiten optimal arbeiten müssen, ist es erforderlich, den Einlaufquerschnitt veränderbar auszuführen, damit bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten (Start, Landung, Bodennähe etc.) genügend, bei hohen Fluggeschwindigkeiten (Überschall) mit entsprechend hohem Staudruck nicht zu viel Stauluft zum jeweiligen Triebwerk gelangt. Zu diesem Zweck sind dann bewegliche Klappen oder Türen am Einlauf vorgesehen.

Hilfstriebwerke, welche beispielsweise im Heck von großen Verkehrsflugzeugen angeordnet sind, arbeiten nur zeitweise und besitzen deshalb eine mit einer Klappe verschließbare, mit der Außenhaut der Flugzeugzelle bündige Luftfangöffnung. Bei dieser Art Lufteinlauf wird fast ausschließlich die Grenzschichtströmung angesaugt, was bei höheren Geschwindigkeiten sehr ungünstig ist. Zur Abhilfe wird in der US-PS 44 18 879 vorgeschlagen, die Verschlußklappe so auszuführen, daß sie bei geöffnetem Einlauf als Luftfanghaube wirkt. Auf diese Weise wird zusätzlich zur Grenzschicht auch laminare Stauluft eingefangen.

Aus der US-PS 41 21 606 ist ein beweglicher Einlauf für einen Marschflugkörper bekannt. Bei Transport, Lagerung und Start ist dieser Einlauf in die Flugkörperkontur integriert, wodurch der Platzbedarf und die Beschädigungsgefahr reduziert werden. Die konstruktive Lösung ist so gewählt, daß der Einlauf um ein Gelenk (21) verschwenkbar ist, und die Luftfanghaube (26) aus einer zusammengefalteten Stellung in eine wirksame Stellung aufblasbar ist. Der Grenzschichtabweiser (50) ist fest mit dem Einlauf verbunden und zusammen mit diesem bezüglich der Flugkörperzelle beweglich.

Somit sind nach dem Stande der Technik nur fest mit der Flugzeugzelle und/oder fest mit dem Einlauf verbundene Grenzschichtabweiser bekannt. Eine zellenfeste Anordnung hat die Nachteile, daß der Grenzschichtabweiser bei geringen Fluggeschwindigkeiten den Luftwiderstand erhöht dund die Einlaufströmung stört, obwohl aufgrund der geringen Dicke und des gerlngen Energiegehaltes der Grenzschicht keine Abweisung erforderlich wäre. Dies kann zu mangelhafter Luftversorgung des jeweiligen Triebwerkes führen. Eine feste Anordnung des Grenzschichtabweisers an der Luftfanghaube des Einlaufes hat den Nachtell, daß der Einlaufquerschnitt nur mittels zusätzlicher Klappen oder Türen veränderbar ist. Da in der Regel sowohl der Grenzschichtabweiser als auch die Luftfanghaube zellenfest angeordnet sind, summieren sich dle erwähnten Nachteile.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei Lufteinläufen mit zellenfesten Luftfanghauben bzw. -öffnungen und mit Grenzschichtabweisern die Lufteinlaufverhältnlsse grundsätzlich zu verbessern, indem einerseits bei hohen Fluggeschwindigkeiten eine wirksame Grenzschichtabweisung sichergestellt wird und indem andererseits bei niedrigen Anströmgeschwindigkeiten (Start, Langsamflug etc.) die nachteiligen Wirkungen der Grenzschichtabweiser auf Luftwiderstand und Einlaufkoeffizienten weitgehend beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung sieht einen bezüglich Flugzeugzelle und Einlauf beweglichen Grenzschichtabweiser vor, welcher in seiner wirksamen Betriebsstellung die Grenzschichtströmung vom Einlauf fernhält und welcher in seiner Ruhestellung praktisch widerstandsfrei mit der Außenhaut der Flugzeugzelle fluchtet und dabei auch die Grenzschichtströmung in den Einlauf leitet.

Nach Anspruch 2 ist bei Hochgeschwindigkeitsflugzeugen der Grenzschichtabweiser am jeweiligen Einlauf so angeordnet, daß er in seiner Betriebsstellung den Einlaufquerschnitt reduziert, in seiner Ruhestellung den Einlaufquerschnitt vollständig freigibt.

Anspruch 3 betrifft nur zeitweilig in Betrieb befindliche Hilfstriebwerke mit verschließbarer Luftfangöffnung. Der Grenzschichtabweiser ist nur bei geöffneter Lufteinlaufklappe in Betriebsstellung, wodurch bei hohen Fluggeschwindigkeiten eine zuverlässige Grenzschichtabweisung sichergestellt ist. Derartige Hilfstriebwerke werden auch am Boden betrieben, wobei der ausgeklappte Grenzschichtabweiser zugegebenermaßen keine nützliche Funktion erfüllt. Durch die stromaufwärtige Anordnung bezüglich der Luftfangöffnung ergibt sich aber auch kein nachteiliger Effekt auf den Einlaufquotienten.

Die klappenförmige Ausführung nach Anspruch 4 ist sowohl bei Haupt- als auch bei Hilfstriebwerken sinnvoll.

Die weiteren Ausführungen nach Anspruch 5 bis 9 beziehen sich ausschließlich auf Hilfstriebwerke.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 bis 7 verstellbare Grenzschichtabweiser vor klappengesteuerten Lufteinläufen für Gasturbinenhilfstriebwerke, wobei die Fig. 1 eine Ansicht einer solchen Anlage von unten darstellt, während

Fig. 2 bis 7 Längsschnitte verschiedener kinematischer Antriebsmöglichkeiten zeigen, und

Fig. 10 bis 13 jeweils ein mit einseitigen, senkrecht angeordneten Schrägstoßdiffusoren als Überschallufteinläufe ausgerüstetes Flugzeug mit verstellbaren Grenzschichtabweisern.

Wie zunächst die Fig. 1 bis 3 zeigen, sind an der Flugzeugzelle 1 über eine gemeinsame Schwenkachse 2 ein vorne befindlicher Grenzschichtabweiser 3 und eine in Strömungsrichtung dahinter liegende Lufteinlaufklappe 4 angeordnet, die eine Luftfangöffnung 5 für ein Gasturbinenhilfstriebwerk (nicht gezeichnet) steuert. Fig. 2 veranschaulicht die Lufteinlaufklappe 4 in Offenstellung und den Grenzschichtabweiser 3 in ausgestellter Position, d.h. in Betriebsstellung, während in Fig. 3 die Lufteinlaufklappe 4 die Luftfangöffnung 5 geschlossen hält und der Grenzschichtabweiser 3 in eine Nische 1 b der Flugzeugzelle 1 eingefahren ist. Der Antrieb erfolgt über einen Servomotor 6, der an der Lufteinlaufklappe 4 angreift. Diese ist mit dem Grenzschichtabweiser 3 über ein Koppelgetriebe, ein Gelenkviereck 7, antriebsmäßig verbunden, das aus einer an der Lufteinlaufklappe 4 angeordneten Kurbel 7 a, einer am Grenzschichtabweiser angelenkten Schwinge 7 b und einer Koppelstange 7 c besteht, die an der Zelle 1 über ein Drehgelenk 7 d gelagert ist.

Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, ist, in Strömungsrichtung betrachtet, am vorderen Ende der Lufteinlaufklappe 14 ein Antriebsnocken 8 fest angeordnet, der beim Öffnen der Luftfangöffnung 5 nach einem kurzen Vorlaufwinkel v der Luftelnlaufklappe 14 den Grenzschichtabweiser 13 antreibt und dabei nach außen stellt, der durch eine Rückholfeder 9 in die Ruhestellung zurückgezogen wird.

In den Fig. 6 und 7 ist eine starre Verbindung zwischen der Lufteinlaufklappe 24 und dem Grenzschichtabweiser 23 mittels einer Lasche 10 gezeigt.

Die Fig. 10 bis 13 zeigen den vorderen Bereich eines Hochgeschwindigkeitsflugzeuges mit zwei Luftfanghauben 15 für Überschall, wobei die Grenzschichtabweiser 43 mit ihren hinteren Enden über eine Schwenkachse 2 an der Flugzeugzelle 1 angelenkt sind. Gemäß den Fig. 10 und 11 befindet sich das Flugzeug im Überschallflug, wobei die Grenzschichtabweiser 43 aus ihrer Zellennische herausgefahren sind und sich im Grenzschichtspalt 16 befinden, wo sie als Grenzschichtpflug fungieren.

Die Fig. 12 und 13 demonstrieren das Flugzeug am Boden bzw. beim Start oder im Fluge mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten. Dabei sind die beiden Grenzschichtabweiser 43 in ihre Nischen 1 b eingeschwenkt und vergrößern auf diese Weise den Lufteinlaufquerschnitt um die Größe ihres eigenen Stirnquerschnitts, wie insbesondere aus Fig. 13 hervorgeht.

Zusammenfassung

Lufteinlauf für in Flugzeuge eingebaute Gasturbinentriebwerke, mit einer zellenfesten Luftfanghaube bzw. Luftfangöffnung sowie mit einem Grenzschichtabweiser.

Der Grenzschichtabweiser ist als ein relativ zur Flugzeugzelle und im wesentlichen quer zur Anströmung bewegliches Bauteil mit einer unwirksamen, mit der Außenhaut der Flugzeugzelle bündigen Ruhestellung und mit einer wirksamen, aus der Außenhaut hervorstehenden Betriebsstellung ausgeführt, wobei in Betriebsstellung die Grenzschichtströmung vom Lufteinlauf ferngehalten wird.

Claims (9)

1. Lufteinlauf für in Flugzeuge eingebaute Gasturbinentriebwerke, mit einer zellenfesten Luftfanghaube bzw. Luftfangöffnung sowie mit einem der Luftfanghaube bzw. -öffnung zugeordneten Grenzschichtabweiser, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschichtabweiser (3, 13, 23, 33, 43) als ein relativ zur Flugzeugzelle (1) und im wesentlichen quer zur Anströmung bewegliches Bauteil mit einer unwirksamen, mit der Außenhaut der Flugzeugzelle (1) bündigen Ruhestellung und mit einer wirksamen, aus der Außenhaut der Flugzeugzelle (1) hervorstehenden Betriebsstellung ausgeführt ist, wobei in Betriebsstellung die Grenzschichtströmung (Grenzschichtspalt 16) vom Lufteinlauf (Luftfanghaube 15, Luftfangöffnung 5) ferngehalten wird.

2. Lufteinlauf nach Anspruch 1 für ein in ein Hochgeschwindigkeitsflugzeug eingebautes Haupttriebwerk, mit einer zellenfesten Luftfanghaube, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschichtabweiser (43) im Einlaufbereich der Luftfanghaube (15) so angeordnet ist, daß er in seiner Ruhestellung, bei Bodenbetrieb und Langsamflug, den Lufteinlaufquerschnitt der Luftfanghaube (15) vollständig freigibt und daß er in seiner Betriebsstellung, bei Hochgeschwindigkeitsflug, den Lufteinlaufquerschnitt der Luftfanghaube (15) verkleinert (Fig. 10 bis 13).

3. Lufteinlauf nach Anspruch 1 für ein nur zeitweilig in Betrieb befindliches Hilfstriebwerk, mit einer zellenfesten Luftfangöffnung, welche bei ausgeschaltetem Hilfstriebwerk mit einer beweglich an der Flugzeugzelle gelagerten Lufteinlaufklappe verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschichtabweiser (3, 13, 23, 33) stromaufwärts der Luftfangöffnung (5) angeordnet ist und sich bei geöffneter Lufteinlaufklappe (4, 14, 24, 34) in seiner Betriebsstellung, bei geschlossener Lufteinlaufklappe (4, 14, 24, 34) in seiner Ruhestellung befindet (Fig. 1 bis 9).

4. Lufteinlauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschichtabweiser (3, 13, 23, 33, 43) klappenförmig ausgebildet und mit seinem hinteren Ende über eine Schwenkachse (2) an der Flugzeugzelle (1) angelenkt ist.

5. Lufteinlauf nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaufklappe (4, 14, 24, 34) mit ihrem vorderen Ende an der Schwenkachse (2) für den Grenzschichtabweiser (3, 13, 23, 33) mitangelenkt ist.

6. Lufteinlauf nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaufklappe (4, 14, 24, 34) und der Grenzschichtabweiser (3, 13, 23, 33) miteinander mechanisch gekoppelt sind.

7. Lufteinlauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaufklappe (4) und der klappenförmige Grenzschichtabweiser (3) durch ein Gelenkviereck (7), dessen Koppelstange (7 c) an der Flugzeugzelle (1) über ein Drehgelenk (7 d) aufgehängt bzw. gefesselt ist, miteinander gekoppelt sind, wobei entweder die Lufteinlaufklappe (4) oder der klappenförmige Grenzschichtabweiser (3) angetrieben ist (Fig. 2, 3).

8. Lufteinlauf nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen fest mit dem hinteren Ende der angetriebenen Lufteinlaufklappe (14) verbundenen Antriebsnocken (8), der bei vorgegebenem größerem Schwenkwinkel der Lufteinlaufklappe (14) gegenüber dem Grenzschichtabweiser (13) so ausgebildet ist, daß er erst nach einem Vorlaufwinkel (v) der Lufteinlaufklappe (14) den Grenzschichtabweiser (13) betätigt, dessen Rückstellung in die Ruhestellung durch eine Rückholfeder (9) erfolgt (Fig. 4, 5).

9. Lufteinlauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaufklappe (24) und der Grenzschichtabweiser (23) bei gleichem Schwenkwinkel durch eine Lasche (10) starr miteinander verbunden sind (Fig. 6, 7).