DE4229659C1 - Einrichtung zur Erzeugung von ausgedehnten, unregelmäßigen Ultraschallfeldern bei Flugkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung von ausgedehnten, unregelmäßigen und unsymmetrischen Ultraschall­ feldern gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Ultraschall wird beim heutigen Stand der Technik in der verschie­ densten Weise eingesetzt, angefangen von dem durch die Fleder­ mäuse bekannten Echolotverfahren zur Orientierung in der Dunkelheit bis hin zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und Krebsfrüherken­ nung. Weiterhin sind sogenannte GALTON-Pfeifen bekanntgeworden, die beispielsweise von Hundehaltern zur Zurückrufung ihrer Hunde verwendet werden. Alle diese bekannten Einrichtungen gehen von einer stationären - also gegenüber dem Übertragungsmedium Luft nicht bewegten Ultraschallgeber - Anblasung aus.

Durch die US-PS 4 741 498 ist eine Anordnung zur Erzeugung von Ultraschall zur Beeinflussung der Umströmung von Flugzeug- und Flugkörperoberflächen durch aktive Generatoren bekannt, wobei diese Generatoren an exponierten Stellen des Flugkörpers angebracht sind. Solche Einrichtungen erfordern jedoch zusätzliche, oft auf­ wendige Einbaumaßnahmen für ihre Generierung bzw. Versorgung.

Wesentlich weniger bekannt ist es, daß auch mit hohen Geschwindigkeiten gegenüber einem ruhenden Medium bewegte Teile mit passiv arbeitenden Einrichtungen zur Erzeugung von Ultraschallfeldern angeregt werden können. Dies mag darauf beruhen, daß derartig erzeugte Ultraschallfelder eine sehr komplexe Struktur besitzen. Der Anmelderin ist es unbekannt, daß beim derzeitigen Stand der Technik solchermaßen erzeugte Ultraschallfelder technisch genutzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl zur Radartarnung von Flugkörpern als auch zu deren Grenzschichtbeeinflussung und zur Beeinflus­ sung von turbulenten Abgasströmen und Brennkammern einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine vereinfachte perspektivische Teildarstellung eines Hubschrauber-Rotorblat­ tes mit Anordnung dreier verschiedener Ausführungsbeispiele von Ultra­ schallgebern.

In der neuen Militärtechnik werden Radarwellen genutzt mit Wellenlängen im Millimeterbereich und deshalb wurden zum Teil sehr aufwendige Einrichtun­ gen zur Tarnung gegen Radar und Laserentfernungsmessung konzipiert. Es ist bisher nicht erkannt worden, daß mit speziell ausgelegten und entsprechend angeordneten Ultraschallgebern 10-10c Ultraschallwellenlängen erzeugt werden können, die in derselben Größenordnung wie die Radarwellen liegen und durch die Komplexität des Ultraschallfeldes diese diffus zerstreuen. Am Beispiel eines Hubschraubers soll so eine Radartarnung erläutert werden.

Laufende Rotoren von Hubschraubern erzeugen über Blattzahl und Drehge­ schwindigkeit sehr charakteristische Radarsignaturen. Um eine Radartarnung zu erhalten, wird die Formgebung entsprechend gestaltet und Oberflächenbe­ schichtungen mit radarabsorbierenden Materialien (RAM) aufgebracht. Abgesehen von dem wirtschaftlichen Material- und Herstellungsaufwand behindern solche Maßnahmen auch die statischen, aerodynamischen und gewichtsmäßigen Verhältnisse des Flugkörpers. Dies alles wird nun dadurch beseitigt, daß Ultraschallgeber 10 an voneinander entfernt liegenden exponierten Stellen des Flugkörpers oder eines beweglichen Teils - wie der Rotor des Hubschraubers - angebracht und wie nachstehend noch erläutert entsprechend ausgelegt sind, daß Ultraschallwellenlängen erzeugt werden, die im Bereich der aerodynamischen Grenzschichtdicken liegen und unregel­ mäßige, unsymmetrische Ultraschallfelder erzeugen, die die Radarwellen­ fronten zerstreuen und so eine optimale nahezu aufwandslose Radartarnung gewährleisten.

Bei Hubschraubern tritt generell das Problem der Randwirbelbildung auf. Der induzierte Widerstand - aerodynamischer Randwiderstand - wird durch die Entstehung eines sogenannten "Wirbelzopfes" verursacht. Diesen durch spezielle Formgebung zu verringern, ist ein der für solche Flugkörpertypen wesentliches aerodynamisches Problem. Oft werden eckige, breite Rotor­ blattspitzen ausgeführt, die einen großen induzierten Widerstand erzeugen, weil sich die Randwirbelbildung umsomehr auswirkt, je länger die äußere Flügelkante ist. Deshalb werden auch oft Randscheiben und -körper angeord­ net, die die Randwirbelbildung verringern und binden und ein Ausbreiten der Wirbelung auf die tragende Fläche verhindern und so den Auftriebsver­ lust reduzieren. Ecken stellen aber auch für die Radarsignatur wichtige Elemente dar, weil sie geeignete Stellen zur Abstrahlung der über das Rotorblatt wandernden Radarwellen sind. Werden nun jedoch Ultraschallgeber - die im vorliegenden Fall passive Geber sind - an der Rotorblattspitze angeordnet, so tritt sowohl eine gewollte positive Beeinflussung der Randwirbelbildung als auch eine diffuse Zerstreuung der abgestrahlten Radarwellen auf.

Für den Einbau von Ultraschallgebern an den Rotorblattspitzen werden queranströmbare Lippenpfeifen 10a, sogenannte Lochsirenen 10b oder Loch­ pfeifen 10c vorgeschlagen. Hierzu empfiehlt es sich die Pfeifen an der Rotorblattspitze anzuordnen, da hier die höchste Anströmgeschwindigkeit erreicht wird und auch die Oberwellen der Pfeifen angeregt werden können. Aufgrund der passiven Anregung der Pfeifen und Sirenen durch die an­ strömende Luft bei der Rotation des Rotorblatte R entfallen jegliche Energieeinrichtungen für diese Schallgeber. Da das Schallfeld an der äußersten Peripherie des Flugkörpers bzw. des hier beschriebenen Hub­ schraubers erzeugt wird, wird um dieses "Radarortungsobjekt" herum ein auf Radarwellen diffus wirkender, räumlich sehr ausgedehnter Schutzschirm gelegt.

Ein oder mehrere Ultraschallgeber 10-10c an der Rotorblattspitze ange­ bracht wirken direkt im Bereich der Randwirbel und prägen diesem ebenfalls ein hochfrequentes Schallmuster auf, wodurch auch die Radarwellendiffusion verstärkt wird. Die Ultraschallfelder der mit dem mehrblättrigen Hub­ schrauberrotor bewegten Ultraschallgeber besitzen eine hochkomplexe nichtsymmetrische Struktur als Voraussetzung für die vorbeschriebene diffuse Zerstreuung der Radarwellen.

Als Ausführungsbeispiele für an sich bekannte Ultraschallgeber sind - wie vorstehend bereits erwähnt - Lippenpfeifen 10a, Lochsirenen 10b und Lochpfeifen 10c einsetzbar. Die Lippenpfeife 10a setzt sich bekanntlich aus einem Resonanzloch mit einer Lippe zusammen und ist am äußersten Rand der Rotorblattspitze eingebracht.

Einseitig geschlossene Pfeifen nach GALTON oder HARTMANN weisen Resonator­ hohlräume im Millimeterbereich in Form von offenen runden Löchern auf, wobei Lochtiefe (wenige mm) und Lochdurchmesser entsprechend der gewünsch­ ten Eigenfrequenz bzw. deren Oberschwingung ausgeführt sind und mit Frequenzen über 100 kHz Wellenlängen im Bereich der aerodynamischen Grenzschichtdicke erreichen und deshalb optimal zur Grenzschichtbeeinflus­ sung einsetzbar sind. Dies gilt natürlich auch für alle angeströmten Flächen wie Flügel, Klappen und Ruder, wobei unter Umständen mit rillen­ förmigen Ultraschallgebern, die quer zur Anströmrichtung angebracht sind, an den Anbringstellen ein vordefinierter Strömungsabriß bzw. entsprechende Turbulenz erzeugt werden kann, wodurch eine Auftriebssteuerung zu er­ reichen ist.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird mit nur kleinem konstruktiven Aufwand und ohne daß bisherige Tarnmaßnahmen zu verändern sind, eine Verstärkung des Tarneffekts erreicht. Am besten wird dies erreicht in größerem Abstand von der Hubschrauberzelle, beispielsweise wie hier vorgeschlagen an den Rotorblattspitzen. Die beste Streuwirkung des Ultra­ schallfeldes wird erhalten, wenn die Wellenlängen des Ultraschallfeldes und der Radarwellen die gleiche Größenordnung besitzen. Für die Radarwel­ len tritt dann die MIE-Streuung auf mit Polarisation.

Wie schon angedeutet, lassen sich turbulente Abgasströme von Brennkammern durch Ultraschallgeräte in der Turbulenz und damit zur Steuerung von Abgasgeräuschen beeinflussen. Dies beruht auf der Tatsache, daß Ultra­ schallfelder zu einer Glättung der Turbulenzen im Hörbereich führen, wobei diese Felder eine nur geringere Reichweite besitzen als jene im Hörbe­ reich. Weiterhin wird durch Beaufschlagung der Brennstoff- und/oder Luftzuführung mit Ultraschallfeldern eine Veränderung des Verbrennungsvor­ gangs erreicht. Dieser Effekt ist nun zur Steuerung verwendbar, beispiels­ weise zur Leistungsoptimierung oder der Schadstoffemission der Brennkammer.

Es wurde vorstehend bereits angesprochen, daß Ultraschallgeber, die an Flügel- oder Rotorblattspitzen angeordnet sind, die Randwirbelbildung vermindern. Bekanntlich spielt es in der Aerodynamik eine bedeutende Rolle für die Auftriebs- und Widerstandsauslegung an welcher Stelle z. B. eines Flügels die Strömung vom laminaren in den turbulenten Zustand übergeht. Ultraschallgeber an solchen Stellen angebracht, zeigen sich als geeignete Einrichtungen wirtschaftlich den Strömungsabriß durch Energiezufuhr an der Geberanbringstelle hervorzurufen.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Erzeugung ausgedehnter, unregelmäßiger und unsymmetrischer Ultraschallfelder zur Beeinflussung der Um­ strömung von Flugkörpern durch Ultraschallgeber an voneinander entfernt liegenden exponierten Stellen oder beweglichen Teilen des Flugkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß passive Ultraschallgeber (10) am Flugkörper so angebracht und ausgelegt sind, daß Ultraschallwellenlängen im Bereich aero­ dynamischer Grenzschichtdicken und Ultraschallfelder erzeugt werden, die nicht nur die aerodynamische Grenzschicht verändern, sondern auch die Radarwellenfronten zerstreuen und außerdem den Abbrand sowie das Emissionsverhalten von Brennkammern und Abgas­ strömen beeinflussen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ultraschallgeber (10a) als quer ange­ strömte Lippenpfeife (Resonanzloch mit Lippe) ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ultraschallgeber (10b) als Lochsirene (Fähnchen mit Lochreihe in Anströmrichtung) ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ultraschallgeber (10c) als Lochpfeife (offenes Resonanzloch mit senkrechter Anströmrichtung) ausgebil­ det ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber (10 bis 10c) jeweils an einem Ort der äußersten Peripherie des Flugkörpers angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallge­ ber (10 bis 10c) im Bereich der Spitze eines Hubschrauber-Rotor­ blattes (R) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallge­ ber (10 bis 10c) als einseitig geschlossene Pfeife nach GALTON oder HARTMANN ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallge­ ber (10) rillenförmig ausgebildet ist und diese Rillen quer zur Anströmrichtung in allen angeströmten Flächen angeordnet sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallge­ ber (10) an den Stellen des Flugkörpers angebracht sind, an denen die Strömung vom laminaren in den turbulenten Zustand übergeht.