DE3416719A1

DE3416719A1 - Einrichtung zur automatisch regelbaren entlastung von flugzeugtragflaechen

Info

Publication number: DE3416719A1
Application number: DE19843416719
Authority: DE
Inventors: Fred Dipl.-Ing. Toulouse Krafka
Original assignee: Deutsche Aerospace AG; Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1984-05-07
Filing date: 1984-05-07
Publication date: 1985-11-07
Also published as: FR2563804A1; GB2159109B; FR2563804B1; GB2159109A; US4651955A; DE3416719C2; GB8510889D0

Description

. Ό'

Deutsche Airbus GmbH 3-O5-19S4

Arabellastr. 30 Ka/th

8000 München 8l

Einrichtung zur automatisch regelbaren Entlastung von Flugzeugtragflächen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatisch regelbaren Entlastung von Flugzeugtragflächen, die zwischen der Flugzeugtragflächenstruktur und den Steuerflächen und/oder Spoiler und Klappen für deren Betätigung angeordnet ist.

Diese Einrichtung ist für den Einsät/ an Flugzeugtragflächen vorgesehen, um für diese eine Abminderung der Böen- und Manöverbelastung zu erreichen.

Aus der DE-OS 32 41 456 ist eine Einrichtung der vorgenannten Gattung bekannt geworden, die von der Unterseite zur Oberseite des Außenflügels führende spaltartige Strömungskanäle aufweist, die mittels einer sich bei einer Aufwärtsböe öffnenden Klappe im Normalfa Π verschlossen sind.

Der Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß einerseits durch die ausschließliche Anordnung der Einrichtung im Außenbereich des Flügels nur vorrangig die Struktur des Außenflügels entlastet werden kann, aber andererseits in diesem Bereich die Grundfestigkeit der Struktur durch die große Durchbrechungen darstellende Kanäle gemindert ist. Neben der

Wirksamkeit der Einrichtung nur bei Aufwärtsböen, ist diese außerdem mit dem hohen Widerstand sowie mit der Geräuschentwicklung und die damit verbundene Flattergefahr des in Flugrichtung weisenden Düseneinganges bei hohen Fluggeschwindigkeiten vielfältig

problembehaftet. Eine Funktionsabstimmung der Einrichtung auf das jeweilige Fluggewicht ist nicht vorgesehen .

Ferner ist in der der DE-OS 33 10 510 eine Flatter-15

bremse bei Flugzeugen beschrieben, die aus ein- und ausfahrbaren Spoilerklappen und Wirbelgeneratoren besteht, welche mittels am Flügel verteilte Sensoren gesteuert und damit zur Wirkung gebracht werden.

Bei dieser Einrichtung sind zur Erfassung aerodynamischer Grenzbereiche in nachteiligerweise Weise eine Vielzahl von Sensoren notwendig, die mittels Kommandosignale den Antrieb für die Betätigung der vorgehe nannten aerodynamischen Hilfsmittel steuern. Eine Störung oder Unterbrechung dieser Kommandokette tätigt diese Einrichtung funktionslos oder löst Fehlfunktionen aus, die das Flugzeug im Fluge gefährden können. Des weiteren werden die Faktoren des Fluggewichtes und der Machzahl des Flugzeuges in die Steuerung der aerodynamischen Hilfsmittel nicht miteinbez ο ge η .

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung vorzuschlagen, die in Abhängigkeit vom jeweiligen Fluggewicht und der Machzahl des Flugzeuges die Steuerflä-

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chen und/oder die Spoiler und Klappen nach deren direkter Erfassung der Belastungzustände automatisch ansteuert und daß dabei dort die Böen- und Manöverlasten vermindert werden, wo sie entlang der Spannweite der flugzeugtragfläche entstehen und daß gleichfalls die Flattergeschwindigkeit örtlich oder ganzflächig erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird in zuverlässiger Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 13 enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht der Einrichtung in ausgefahrenem Zustand in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Ansicht der Einrichtung im ausgefahrenen Zustand entsprechend Fig. 1 mit weiterbildenden Merkmaien.

im allgemeinen werden die Antriebe für die an Flugzeugtragflächen angeordneten Steuerflächen, Spoiler und Klappen bezüglich der aufzubringenden Betätigungskräfte derart ausgelegt, daß sie für die Betätigung der unter der zu erwartenden Höchstbelastung stehende Flächen ausreichend sind, wobei sich diese Höchstbelastung zumeist aus Manöverlasten und Böenlasten, die überlagert sein können, zusammensetzt. Eine sichere Grenzlast unter dem Höchstbelastungen!-

veau ist machzahlabhängig entsprechend dem jeweiligen Fluggewicht und der resultierenden Flächenbelastung als augenblicklich zulässige Schwel last, z.B. durch und im Flugregler vorbestimmbar. Durch den Verbrauch von Kraftstoff oder durch Geschwindigkeitsänderungen tritt im Fluge eine laufende Änderung der Größenordnung dieser Schwellast auf.

Die über der Grenzlastgröße liegende Zusatzbelastung kann nach Überschreiten der jeweiligen Schwellast dadurch abgemindert werden oder auf das Grundlastniveau reduziert werden, daß die Steuerflächen, Spoiler oder Klappen den Luftkräften augenblicklich nachgeben und auswehen. Die Größe des Auswehausschlages der Fläche, der auf die Schwellast etwa abgrenzbar variabel sein muß, bestimmt den Grad der I.astabm i nderung. Die Rückführung der ausgewehten Flächen in Ausgangsstellung erfolgt im Gegensatz zum Entlastungsausschlag langsam, d.h. innerhalb eines Zeitraumes von 0,5 bis 10 Sekunden. Da diese vorgenannte Zusatzbelastung dort entlang der Flügelspannweite abgemindert werden soll wo sie örtlich entsteht, sind mehrere, vorzugsweise eine Vielzahl von steuerbaren Flächen an der Flugzeugtragfläche anzuordnen, die jeweils mit einer Entlastungseinrichtung versehen sind

Die Einrichtung 1, die nach der Fig. 1 an einem Stellantrieb 12 zwischen der Flugzeugtragfläche la und den Steuerflächen und/oder Spoiler und Klappen

12a angebracht ist, besteht aus einem geschlossenen 35

Dämpfungskreis 2, der einen Arbeitszylinder 3 mit einem Kolben 3a an einer Kolbenstange 4 aufweist.

Bei f3etätigung der Kolbenstange 4 mittels der Belastung der Steuerflächen 12 etc. fördert diese mittels des Kolbens 3a Öl durch eine Versorgungsleitung 24 nach Öffnen eines Ein- bzw. Auslaßventils 9· Ein Rückschlagventil 8 schließt beim Vorlauf des Kolbens 3a infolge des Innendruckes eine Versorgungsleitung 25 3 welche mit einem Ein- bzw. Auslaßventil 10 versehen ist.

Am lastfernen Ende 5 der in eine Kammer 15 führenden Kolbenstange 4₅ ist- ein Gcradschubkurbe 1 antrieb 7 angeordnet, d<>r sich an der Tragflächenstruktur ό der Flugzeugtragfläche la abstützt. Die Kammer 15 kann flüssigkeitsgefüllt und zur zusätzlichen Dämpfung und Rückführung des Geradschubkurbelantriebes 7 mit flexiblen Gasdruckgefäßen 14 versehen sein und sie ist mit einem weiteren Einbzw. Auslaßventil 13 ausgestattet, das an einem Druckspeicher Io angeschlossen ist.

Die Ein- bzw. Auslaßventile 9, 10 und I3 sowie der Druckspeicher 16 sind bezüglich ihrer Öffnungsbzw. Schließkräfte bzw. des Druckes in Abhängigkeit vom jeweiligen Fluggewicht und der Machzahl des Flugzeuges mittels eines Flugreglers 11 in be-

kannter Weise automatisch steuerbar oder manuell

einstellbar. Das weitere Ein- bzw. Auslaßventil 13 wird dabei derartig gesteuert, daß es in einem Zeitraum von 2 bis 10 Sekunden von der Auslaßposition in die geschlossene Position zurückkehrt. 35

Der Geradschubkurbelantrieb 7 ist ähnlich nach Art

einer Nürnberger Schere in einfacher oder wahlweise in - nicht gezeigter - doppelter, spiegelbildlich symmetrischer Form ausgebildet. Die an den Drehgelenken l8a federbelasteten Scherenelemente 19, 19a, 20, 20a sind zur Erzeugung eines Hebelarines für die Einleitung der wegverkürzenden Schiebebewegung in Richtung Scherenbewegung in einer nach außen weisenden, geknickten Form ausgeführt und an der Verbindung zur Kolbenstange 4_; d.h. am Kraftein 1 eitungscnde 2 1 mit einem Kurbe 1 ge 1 enk 22 ver.seheu.

Der Geradschubkurbel antrieb 7 kann an seinen kolbenstangenfernen Ende 17 an einem Abstütze 1 ement. l8 befestigt sein, das mittels des Flugreglers 11 I_n Abhängigkeit vom jeweiligen Fluggewicht· und der Machzahl des Flugzeuges motorisch oder auch manuell in achsialer Richtung zur Kolbenstange 4 verschiebbar ist.

Die Fig. 2 zeigt in Weiterbildung der Einrichtung 1, daß einem geschlossenen Dämpfungskreis 39 neben dem Arbeitszylinder 3 ein an gemeinsame Versorgungsleitungen 24, 25 angeschlossener Verdrängungszylinder 20 mit einem weiteren Kolben 27 in einer

" weiteren Kolbenstange 28 sowie ein .Steuerschieber 29 zugeordnet sind. Die weitere Kolbenstange 28 ist an einem Ende 30 mit einem zu einem Hebel 31 und zu dem Steuerschieber 29 führenden Gestänge und am anderen Ende 33 mit dem federbelasteten Ge-

radschubkurbe 1.antrieb 7 verbunden. Im Bereich des Verdrängungszylinders 26 ist ein bekannter beauf-

schlagbarer Dämpfungszylinder 34 mit einem weiteren Kolben 35 und ein querschnittveränderndes Federventil 30 angeordnet.

Die Fig. 2 zeigt den Arbeitszylinder 3 und den Steuerschieber 29 in ausgefahrener Stellung ohne Lastabminderungsausschlag. Bei Einwirkung einer Kraft am Lastanschlußauge 40 wird ein Druck im Arbeitszylinder 3 aufgebaut, der sich über die Versorgungsleitung 24 bis zum weiteren Kolben 27 fortpflanzt und dort eine entsprechende Kraft, erzeugt. Die Kraft am weiteren Kolben 27 setzt sich über die weitere Kolbenstange 28 und den federvorgespannten Geradschubkurbelantrieb 7 am Zylindergehäuse 41 ab. Bei wachsender äußerer Krafteinwirkung am Lastanschlußauge 40 wird schließlich eine Schwel last erreicht, bei welcher der in seinen Scherenelementen 19? 19a, 20, 20a federvorgespannte Geradschubkurbelantrieb 7 plötzlich nachgibt, und der weitere Kolben 27 Zylindervolumen für ein Nachströmen von Hydraulikflüssigkeit freigibt. Der Arbeitszylinder 3 weicht seiner Last aus und zieht si cli proportional dem Weg des weiteren Kolbens 27 zusammen. Gleichzeitig wird das an der weiteren Kolbenstange 28, dem Steuerschieber 29 und dem He-

bei 31 gelenkig angeschlossene Gestänge 32 im Sinne einer Vergrößerung des Ausweichweges des Arbeitszylinders 3 selbsttätig aktiviert, indem der Steuerschieber 29 den Zufluß über die Versorgungsleitung 2 5 öffnet.
35

Bei dem beschriebenen Ausweichvorgang wird der Hebel 31 festgehalten.

Nachdem die Bewegung des weiteren Kolbens 27 zum Stillstand gekommen ist, setzt der Arbeitszylinder 3 seine Verschiebung nur noch so lange fort, bis er selbst über das Gestänge 32 den Steuerschieber 29 schließt.

Der Rückste1 1 Vorgang in die Ausgangsstellung erfolgt analog, wobei, vorausgesetzt wird, daß sich die von außen wirkende Last am Lastanschiußauge nach einiger Zeit auf die Grund last zurückgebildet hat, und der Hebel 31 in seiner ursprünglichen Lage festgehalten bleibt.

Die vorgespannte Feder 42 am Geradschubkurbe1 antrieb 7 leitet eine Rückverschiebung der weiteren ^ Kolbenstange 2 k ein, die über die Steuerkopp1ung am Gestänge 32 verstärkt wird.

Die Blockierung der Lastabminderung erfolgt über eine Magnetspule 38, welche am verstellbaren Ab-

*^Ό stützelement Ib befestigt ist. Die weitere Kolbenstange 28 bewegt, sich im Kern der Magnetspule 38 und kann jederzeit, zumindest in ihrer Ausgangsstellung, durch ein induziertes Magnetfeld auf Kommando festgehalten werden.

Hinsichtlich der Variation der Schwellast besteht mit Hilfe des verschiebbaren Abstützelementes 18 die Möglichkeit, die Ausgangsstellung der weiteren Kolbenstange 28 zu ändern. Ii ine geänderte Ausgangsste1 lung ändert die Geometrie des Geradschub-

kurbelantriebes 7 und damit die an der weiteren Kolbenstange 28 abgesetzte Vorlast.

Über eine RUckmeldungsverbindung 37 vom Hebel 31 zum Stellmotor 43 des Abstützelementes lS kann zusätzlich zu der Eingriffsmöglichkeit des Piloten oder des Flugreglers 11 eine Schwellastvariation vorgenommen werden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere dar-

in, daß die Einrichtung für die Abminderung der Böen- und Manöverbelastung sowie für die Erhöhung der Flattergeschwindigkeit einerseits mit elektro-hydraulischen Mitteln, aber auch vorrangig auf hydraulischem Weg der Aufgabenstellung in einfacher Weise gerecht

wird. Die Erfassung der aus der Böenbelastung entstehende Zusatzlast, an deren unteren Schwelle zur Grundlast die zulässige Schwellast liegt, erfolgt auf mechanische Weise, nämlich von der Steuerfläche etc.

direkt auf die Einrichtung bzw. auf das Arbeitsmedi-25

um, ohne daß schadenanfällige mechanische oder elektronische Geräte eingesetzt werden müssen.

Die zulässige Schwellast ist sowohl am Boden wie im Fluge laufend auf das jeweilige Fluggewicht und der Machzahl des Flugzeuges automatisch oder manuell abstimmbar und somit sind über die Flächenbelastung die für die augenblicklich erforderliche Belastungsabminderung notwendige Steuerkraftgrößen jederzeit präzise einstellbar. Diese Zusatzbelastung wird außerdem durch die mehrfache oder vielzählige Zuordnung dieser

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5 Einrichtung an ebensovielen Steuerflächen etc. entlang der Flügelspannweite jeweils dort abgebaut, wo sie örtlich entsteht, womit bezüglich der statischen und dynamischen Belastungen ein leichteres Gewicht und eine LebensdauerverLängerung für die Tragf1ächen-10 struktur erreicht wird.

- Leerseite

Claims

Deutsche Airbus GmbH 3-05- 1 ^l)84

Arabellastr. 30 Ka/th

8OOO München 8l

Einrichtung zur automatisch regelbaren Entlastung von Flugzeugtragflächen

Patentansprüche

1. Einrichtung zur automatisch regelbaren Entlastung von Flugzeugtragflächen, die zwischen der Flugzeugtragflächenstruktur und den Steuerflächen und/ oder Spoiler und Klappen für deren Betätigung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Einrichtung (I)₃ die einzeln odei in Γ01 m «; i-

ner Vielzahl von Einrichtungen längs der F lüge I Spannweite jeweils den Steuerflächen und/oder Spoiler und Klappen (12a) zugeordnet ist, aus einem Dämpfungskreis (2) besteht, der einen Arbeitszylinder (3) "'it. 25

einem Kolben (3a) und mit einer Kolbenstange (4) aufweist, die am lastfernen Ende (5) mit einem sich an der TragfLächenstruktur (6) abstützenden federbelasteten Geradschubkurbelantrieb (7) verbunden ist und daß der Arbeitszylinder (3) mit einem Rücksch1agven-

til (8) und mit Ein- bzw. Auslaßventile (9, 10) versehen ist und letztere mittels eines Flugreglers (11) in Abhängigkeit vom jeweiligen Fluggewicht und der Machzahl des Fluggerätes bezüglich der Öffnungsbzw. Schließkräfte automatisch steuerbar sind.

ρ- 2. Einrichtung nach Anspruch ], dadurch g e k ο η η ζ e i c h η e t , daß die Einrichtung (1) an einen von dieser entkoppelbaren hydraulischen oder elektrischen Stellantrieb (12) für die Betätigung der Steuerflächen (12a) etc. angeordnet ist.

3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- bzw. Auslaßventil (10) derart gesteuert ist, daß es im Zeitraum von 0,5 bis 10 Sekunden von der Auslaßposition in die geschlossene Position zurückkehrt . 5

4· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k ο η η ζ e i c h η e t , daß der Geradschubkurbelantrieb (7) in einer mit einem weiteren Ein- bzw. Auslaßventil (13) sowie mit flexiblen Gasdruckgefäßen

(14) versehenen f1üssigkeitsfü11 baren Kammer (15) angeordnet ist, wobei das weitere Ein- bzw. Auslaßventil (13) mittels des Flugreglers (11) in Abhängigkeit vom jeweiligen Fluggewicht und der Machzahl bezüglich der Öffnungs- bzw. Schließkräfte automatisch

steuerbar i st.

5· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e Ii η ζ e i c h η e t , daß das weitere Ein- bzw.

Auslaßventil (13) a» einen Druckspeicher (16) ange-30

schlossen ist, dessen Druckkraft mittels des Flugreglers (11), in Abhängigkeit vom jeweiligen Fluggewicht und der Machzahl des Fluggerätes automatisch steuerbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungs- bzw. Schließkräfte der Ein- bzw. Auslaßventile (9, 10) und die des weiteren Ein- und Auslaßventils (13) sowie die Druckkraft des Druckspeichers (10) manuell einstellbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4> dadurch gekennzeichnet , daß der Geradsehubkurbelantrieb (7) mit seinem kolbenfernen I-.nde (17) an einem Abstützelement (18) befestigt ist, das mittels des Flugreglers (11) in Abhängigkeit vom jeweiligen Fluggewicht und der Machzahl des Fluggerätes motorisch oder manueLl achsial zur Kolbenstange (4) verschiebbar ist.

δ. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geradschubkurbe1 antrieb (7) ähnlich nach Art einer unter Krafteinwirkung wegverkürzenden Nürnberger Schere; ausgebildet ist, wobei die federbelasteten Scherene1emonte (19₅ 19a, 20, 20a) für die Einleitung der Schiebebewegung in einer nach außen weisenden geknickten Form ausgeführt und an dem Kraftein Leitungsende (21) mit einem Kurbelgelenkelement (22) verbunden sind.

9· Einrichtung nach einem oder mehrere der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß dem Dämpfungskreis (2) neben dem Arbeitszylinder (3) ein an gemeinsamen Vorsorgungs1eitungen

of- (24, 25) angeschlossener Verdrängungszylinder (26) mit einem weiteren Kolben (27) und einer weiteren Kolbenstange (28) sowie ein Steuerschieber (29) züge-

ordnet sind, wobei die weitere Kolbenstange (28) an einem Ende (30) mit einem zu einem ilebel (31) und zu dem Steuerschieber (29) führenden Gestänge (32) und am anderen Ende (33) mit dem federbelasteten Geradschubkurbel antr ieb (7) verbunden ist. 10

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der Verdrängungszylinder (20) mechanisch mit einem Dämpfungszylinder' (34^ verbunden ist, der einen weiteren KoIb(Mi (3 5) und ein quer· sehn i t tvcräiiderndcs Federventil (30) aufweist.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Kraf t/Wegcharakter ist. ik des Geradschubkurbelantriebes (7) mittels des durch einen Stellmotor (43) oder manuell verschiebbaren Abstützelementes (l8) dadurch einstellbar ist, daß über eine zwischen dem Hebel (31) und dem Abstütze 1ement (l8) angeordnete Verbindung (37) Bewegungskommandos führbar sind.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η zeichnet, daß an dem Abstütze lenient (l8) eine radiale Magnetspule (38) derart angeordnet ist, daß in deren zentrischen Ausnehmung die weitere Kolbenstange (28) bewegbar und mittels des induzierten Magnetfeldes arretierbar ist.

13· Einrichtung nach einem oder mehreren der vor-5

hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Übersetzungsverhältnis am Gestänge (32) zwischen dem Steuerschieber (29) und dem Hebel (31) mittels des Flugreglers in Abhängigkeit vom ,jeweiligen Fluggewicht automatisch steuerbar oder manuell verstellbar ist.