DE4008951A1 - Einlauframpe fuer ueber- oder hyperschallflugzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch verschwenkbare Einlaufram­ pe mit kastenförmigen Querschnitt gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Einlauframpen für Überschallflugzeuge sind in verschiedenen Ausführungs­ beispielen bekanntgeworden, wie beispielsweise aus den US-PS 37 17 163 und 44 18 879. In allen diesen Fällen handelt es sich um sogenannte Turbo-Jet- oder RAM-Jet-Einläufe, bei denen mittels einer Rampenplatte oder eines einzelnen Rampenkastens Luft dem Triebwerk zugeführt wird oder - wie bei Hilfstriebwerken - im eingeschwenkten Zustand der Triebwerkseinlauf ver­ schließbar ist. Diese Ausführungsformen sind jedoch für Parallelanordnun­ gen von zwei getrennten und unterschiedlichen Lufteinläufen sowie für die Bedingungen des hohen Überschall- und Hyperschallbereiches nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Lufteinlaufkonzeption der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Einlauframpe sowohl zur Steuerung der Luftzufuhr zum Triebwerkseinlauf als auch zur Grenzschichtluftabführung dient, für alle Einlaufvarianten geeig­ net ist und dabei strömungstechnisch und festigkeitsmäßig für den hohen Überschall- und Hyperschallbetrieb verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin begründet, daß auf­ grund der beweglichen Einzelsegmente der Einlauframpe diese über die ge­ samte Länge stets in eine sehr strömungsgünstige Form verschwenkbar ist und dabei mit großer Genauigkeit der Querschnitt des Lufteinlaufs im kri­ tischen Bereich von dessen Einlauflippe variierbar ist und somit das soge­ nannte, für das Triebwerk schädliche Pumpen und Brummen verhindert werden kann.

Gleichzeitig kann mittels des kastenförmigen oder evtl. runden - jeden­ falls geschlossenen - Querschnittes der Einlauframpe die z. B. an der Rumpfunterseite bei hoher Fluggeschwindigkeit sehr dick ausgebildete Grenzschicht abgeführt werden. Diese Grenzschichtluft, deren Menge durch die schwenkbare Einlaufplatte ebenfalls steuerbar ist, wird dabei in einem parallel zum Triebwerkseinlauf verlaufenden Grenzschichteinlauf geleitet und weiter hinten ausgeblasen, ohne daß durch diese schädliche Grenz­ schicht die Einlaufleistung für das Triebwerk gestört wird. Mit dieser Grenzschichtluft kann dabei auch der Heckbereich des Fluggerätes zur Ver­ ringerung des Heckwiderstandes aufgefüllt werden oder die energiereiche Grenzschichtluft ist in vorteilhafter Weise einem RAM-Jet-Triebwerk zu­ führbar.

Außerdem ist die Einlauframpe insgesamt oder in sich um mehrere Achsrich­ tungen schwenkbar, so daß diese an unterschiedliche Fluggerätekonturen an­ gepaßt werden kann.

Darüber hinaus ist das bei der Einlauframpe aus Gründen der geschlossenen (kastenförmigen oder runden) Bauweise gegebene hohe Torsionsmoment, aber auch das hohe Widerstandsmoment sehr vorteilhaft, um überhaupt die, insbe­ sondere im Einlauflippenbereich, bei Hyperschall auftretenden hohen Kräfte schwingungsfrei aufnehmen zu können. Dies wird erreicht, ohne daß z. B. durch Biegung oder Verwindungen der Hohlkasten-Elemente die Steuergenauig­ keit der Einlauframpe beeinträchtigt wird.

Gleichermaßen kann die Einlauframpe aus Festigkeits- oder Steifigkeits­ gründen innen ausgesteift oder verspannt werden und es sind neben allen hochtemperaturfesten Werkstoffen auch beispielsweise solche aus Faserver­ bund, Keramik sowie deren Derivative anwendbar. In der nachfolgenden Be­ schreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert sowie in den Figuren der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Einlauframpe ohne Flugzeugzelle,

Fig. 2 Einlauframpen im Querschnitt, wobei die Stellung der Einzel-Ram­ pen-Elemente bei verschiedenen Machzahlen dargestellt ist,

Fig. 3a eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Rampen-Hohlkasten-Elementes,

Fig. 3b eine perspektivische Darstellung eines weiteren Rampen-Hohlka­ sten-Elementes.

Wie die Fig. 1 veranschaulicht, handelt es sich bei dem nachfolgend be­ schriebenen Ausführungsbeispiel um eine einem Triebwerkseinlauf 30 zuge­ ordnete Einlauframpe 10. Diese Einlauframpe 10 setzt sich aus mehreren Hohlkasten-Elementen 11, 12, 13 ...13n, die auch von runder Gestalt sein können, zusammen und die in diesem Beispiel vier an der Zahl und nach un­ ten verschwenkbar sind, wobei je nach Fluggerätkonfiguration auch andere Schwenkrichtungen möglich sind.

Diese Hohlkasten-Elemente 11 bis 13n sind gegeneinander beweglich gelagert und in verschiedene Stellungen schwenkbar. Sie münden in den beispielswei­ se auf dem Triebwerkseinlauf 30 angeordneten und sich zu diesem parallel erstreckenden Grenzschichteinlauf 20 und führen diesem die unerwünschte, sich im Fluge an der Außenkontur 50 der nicht dargestellten Zelle des Fluggerätes bildende Grenzschichtluft zu. Diese Grenzschichtluft kann wei­ ter hinten an der Zelle wieder ausgeblasen, mit Vorteil dem Heck oder als energiereiche Luft einem RAM-Jet-Triebwerk zugeführt werden.

Die dem Grenzschichteinlauf 20 zuführbare Grenzschichtluftmenge kann - wie aus der Fig. 2 hervorgeht - mittels einer an dessen Lufteintrittsstirnsei­ te (Hohlkasteneingang) schwenkbar angeordneten Einlaufplatte 14 gesteuert werden. Aus aerodynamischen Gründen und zur Vermeidung einer hohen Bela­ stung wird die Einlaufplatte 14 zum Öffnen, z. B. durch einen hydraulischen Zylinder 18 vorzugsweise nach oben gegen die Außenkontur 50 gezogen. Dies wird in der Fig. 2 bei den beiden M 3,5-Darstellungen gezeigt, wobei die Stellung von Pkt. a nach Pkt. b die Offenstellung aufzeigt.

Andererseits besteht die Hauptaufgabe der verschwenkbaren Einlauframpe 10 gemäß der Fig. 2 darin, bei steigenden Machzahlen (von Unterschall bis et­ wa M 6,8) mittels einer strömungsgünstigen Kontur den Querschnitt des Triebwerkseinlaufs 30 im Bereich der Einlauflippe 19 entsprechend zu ver­ engen. Dies wird trotz der hohen Strömungsbelastung in sehr effizienter Weise mittels der gegenseitig verstellbaren, stets einen sanften Kontur­ verlauf bildenden und in einer der Einlauflippe 19 angepaßten Konturform ausgebildeten Hohlkasten-Elemente 11 bis 13n erreicht, die dadurch präzise den Luftüberschuß verhindern, der sowohl den Betrieb eines Gasturbinen­ triebwerkes als auch den eines RAM-Jet-Triebwerks gefährdet.

Die Hohlkasten-Elemente 11 bis 13n bieten, wie bereits beschrieben, durch ihre Konstruktionsform - wie sie in den Fig. 3a und 3b beispielsweise auf­ gezeigt ist - eine gut ausreichende Festigkeit und Steifigkeit gegenüber den enorm hohen Kräften, die bei der Verengungsarbeit des Triebwerksein­ laufs 30 bei gleichzeitiger Grenzschicht-Abführung über den Grenzschicht­ einlauf 20 bei einer Fluggeschwindigkeit im Hyperschallbereich auftreten. Bei der Verschwenkung der Hohlkasten-Elemente entstehen zwangsläufig zwi­ schen den jeweiligen Elementen Spalten und Schlitze, die zumindest an den Ober- und Unterflächen der Elementen-Übergänge abzudecken sind. Dies kann durch in den jeweiligen Hohlkasten-Innenraum eingreifende Federblech-Ele­ mente 17 geschehen. Um auch die Seitenflächen der Spalten abzudichten, kann dieses Federblech-Element 17 ebenfalls kastenförmig ausgebildet sein. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Hohlkasten-Elemente 11 bis 13n neben den in ihrem Innenraum angeordneten Versteifungen oder Verspannungen 15 an ihrem jeweils in Triebwerkseinlaufrichtung gesehenen Ende mit einem all­ seitig in den Hohlraum des anschließenden Nachbar-Hohlkasten-Elementes oder in den Grenzschichteinlauf 20 vorstehenden und einführbaren Feder­ blechrahmen 17a versehen ist.

Die Hohlkasten-Elemente 11 bis 13n sind und die Einlaufplatte 14 kann über Gelenklager 16c miteinander beweglich verbunden sein. Eine Variante sieht vor, daß die unteren Flächenkanten 16 der Hohlkasten-Elemente 11 bis 13n am einen Ende als Nut 16a und am anderen Ende als Feder 16b ausgebildet sind, die jeweils in eine entgegengesetzt ausgebildete Ausführungsform des Nachbar-Hohlkasten-Elementes eingreifen.

Sowohl die Einlaufplatte 14 als auch die Hohlkasten-Elemente 11 bis 13n sind mittels hydraulischer Zylinder 18 oder Spindeln an der Rumpfzelle aufgehängt und verschwenkbar geführt sowie durch einen Rechner 100 steuer­ bar.

Die Einlauframpe 10 und die zugehörigen Einzelteile können aus allen hoch­ temperaturfesten Werkstoffen sowie aus Faser- und Keramikverbundwerkstof­ fen gefertigt werden.

Claims (9)

1. Hydraulisch verschwenkbare Einlauframpe mit kastenförmigen Quer­ schnitt für eine variable Luftzuführung zu Lufteinläufen an Über- oder Hyperschallflugzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Trieb­ werkseinlauf (30) zugeordnete und dessen Querschnitt verändernde Ein­ lauframpe (10) sich aus zwei oder mehreren gegeneinander beweglich gela­ gerten und verschwenkbaren Hohlkasten-Elementen (11, 12, 13 ... 13n) aus Werkstoffen hoher Temperaturfestigkeit zusammensetzt und daß das erste Hohlkasten-Element (11) mit einer verschwenkbaren Einlaufplatte (14) versehen ist, mittels der die Luftzuführung zu einem sich zum Trieb­ werkseinlauf (30) parallel erstreckenden Grenzschichteinlauf (20) steu­ erbar ist.

2. Einlauframpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum der Hohlkasten-Elemente (11 bis 13n) Versteifungsstreben (15) angeordnet sind.

3. Einlauframpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Flächenendkanten (16) der Hohlkasten-Elemente (11 bis 13n) am einen Ende als Nut (16a) und am anderen Ende als Feder (16b) ausgebildet sind, die jeweils in eine entgegengesetzt ausgebildete Aus­ führungsform des Nachbar-Hohlkasten-Elements eingreifen.

4 Einlauframpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils zwei benachbarte Hohlkasten-Elemente (11 bis 13n) und das Hohlkasten-Element (11) mit der Einlaufplatte (14) durch ein Gelenk­ lager (16c) miteinander beweglich verbunden sind.

5. Einlauframpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hohlkasten-Elemente (11 bis 13n) mit ei­ nem zumindest an ihren inneren Oberkanten befestigten Federblech-Elemen­ ten 17 versehen sind, die in den Hohlraum des benachbarten Hohlkasten- Elementes oder in den Grenzschichteinlauf (20) einführbar sind.

6. Einlauframpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hohlkasten-Elemente (11 bis 13n) an ihrem in Triebwerks-Einlaufrichtung gesehenen Ende mit einem allseitig in den Hohlraum des Nachbar-Hohlkasten-Elementes oder in den Grenzschichtein­ lauf (20) vorstehenden und einführbaren Federblechrahmen (17a) versehen sind.

7. Einlauframpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß jedes Hohlkasten-Element (11 bis 13n) und die Einlaufplatte (14) mittels hydraulischer Zylinder (18) oder Spindeln verschwenkbar geführt wird.

8. Einlauframpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das über der festen Einlauflippe (19) des Triebwerkseinlaufs (30) liegende Hohlkasten-Element (13) in seiner Un­ terflächenform der Einlauflippenform anpaßbar ist.

9. Einlauframpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkung der gesamten Einlaufram­ pe (10) oder deren Einzelelemente (11, 12, 13 ... 13n, 14) für sich, mit­ tels eines Rechners (100) steuerbar ist.