DE4414205A1 - Arrangement for boundary layer suction of aircraft - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Grenzschichtabsaugung für Luftfahrzeuge. Sie gestattet die Absaugung der Grenzschicht innerhalb bestimmter Bereiche auf der Außenhaut eines luftumströmten Flugzeuges, die als Absaugebereiche ausgebildet sind.The invention relates to an arrangement for boundary layer suction for aircraft. she permits the extraction of the boundary layer within certain areas on the outer skin Air-flowed aircraft, which are designed as suction areas.
Eine traditionell bekannte Methode zur Reduktion des Widerstandes von Fluggeräten ist die Absaugung der Grenzschicht an Tragflügelprofilen. Dazu wird über einen bestimmten Bereich der Profiloberfläche eine definierte Luftmenge in den Flügel gesaugt, wodurch eine Stabilisierung der Grenzschicht eintritt und der widerstandsträchtige turbulente Umschlag vermieden oder außerhalb der kritischen Zone geschoben wird. Dabei ist die Profiloberfläche mit einer definierten Porosität auszubilden, ohne daß deren mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden. Sehr frühe Versuche realisierten die Porosität mittels Stoffbespannung auf ein klassisches Gerippe. Gegen wärtig wird diese Porosität mittels eingebrachter Schlitze oder Löcher in die Profiloberfläche erreicht. In den bekannten Anwendungsfällen dieser Methode stellen sich Probleme bezüglich der Gewichtsveränderung, der Feuchtigkeits- oder Wasseraufnahme, der Porenverstopfung durch Verschmutzung der Oberflächenstruktur als Folge der technologischen Beherrschung der Grenz schichtabsaugung inclusive der Erhöhung der Fertigungskosten ein.A traditionally known method for reducing the resistance of aircraft is that Extraction of the boundary layer on wing profiles. For this purpose, the Profile surface sucked a defined amount of air into the wing, thereby stabilizing the Boundary layer occurs and the tough turbulent envelope avoided or outside the critical zone is pushed. The profile surface has a defined porosity train without impairing their mechanical properties. Very early Tests carried out the porosity by means of fabric covering on a classic frame. Against This porosity becomes hard by means of slots or holes made in the profile surface reached. In the known applications of this method, problems arise with regard to Weight change, moisture or water absorption, pore clogging due to Contamination of the surface structure as a result of technological control of the border stratified suction including the increase in manufacturing costs.
In einer Druckschrift ergänzt Schlichting (Schlichting, Hermann: Entwicklung der Grenzschicht theorie in den letzten drei Jahrzehnten; Sonderdruck aus der Zeitschrift für Flugwissenschaften 8 (1960), Heft 4, Seiten 99-100; Verlag Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig) kritisch, daß bei der Grenzschichtbeeinflussung durch Absaugen ein Teil der vorbeistreichenden Flüssigkeit in das Innere der Fluggerätestruktur mit abgesaugt wird.Schlichting (Schlichting, Hermann: Development of the boundary layer theory in the past three decades; Special print from the aviation science journal 8 (1960), No. 4, pages 99-100; Verlag Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig) critical that at the influence of the boundary layer by suction some of the liquid flowing past into the Interior of the aircraft structure is suctioned off.
Es sind weitere Lösungen bekannt, die sich mit der Grenzschichtabsaugung an Flugzeugen befassen.Other solutions are known that deal with boundary layer suction on aircraft deal.
Die DE 33 42 421 stellt ein Verfahren vor, bei dem die Grenzschichtbeeinflussung von umström ten Körpern nach dem Prinzip der Grenzschichtabsaugung und -ausblasung durch in die Körp eroberfläche eingebrachte und sehr klein gewählte Löcher oder Schlitze erfolgt. DE 33 42 421 presents a method in which the boundary layer is influenced by the flow bodies according to the principle of boundary layer suction and blowing through into the body Very small holes or slits are introduced into the surface.
Die DE 12 80 057 benutzt zum Absaugen einer Grenzschicht mehrere Saugöffnungen oder poröse Bauelemente in der Außenhaut eines Flugzeugflügels, die über Kammern im Inneren der Flügel wand mit einer Saugquelle in Verbindung stehen. Es wird eine mit schmalen (Saug-)Schlitzen versehene (obere) Tragflügelaußenwand offenbart, die auf einer Platte mit obenauf zwischenge lagerten porösen Trennschichten anordnet sind. Die Schlitze sind durch Perforationslinien gebildet und durch poröse Bauelemente aus durchlässigem Material schließbar. Unterhalb der Schlitzung liegen linienartige Kammern, die sich in Richtung einer Flügelspannweite erstrecken und die porösen Trennschichten zueinander begrenzen. In die Platte eingebrachte Öffnungen, die sich lotrecht der Schlitzung befinden, sind mit dem Saugsystem verbunden. Die beiden letztgenannten Lösungen mindern nicht die Gefahr einer Eisbildung infolge eintreten der Feuchtigkeits- oder Wassereinschlüsse in- oder unterhalb der Perforation der Fluggerätestruk turoberfläche oder durch Vernetzung des porösen Materiales. Ebenso besteht an diesen kritischen Stellen eine Verstopfungsgefahr durch Schmutzablagerungen. Es besteht eine hohe Oberflächen rauhigkeit im Absaugbereich, wodurch die Widerstandsminderung durch Absaugung der Grenz schicht für die Aufrechterhaltung der Laminarströmung ungünstig beeinflußt wird.DE 12 80 057 uses a plurality of suction openings or porous ones to suction off a boundary layer Components in the outer skin of an aircraft wing, which have chambers inside the wing wall are connected to a suction source. It becomes one with narrow (suction) slots provided (upper) wing outer wall disclosed on a plate with on top of intermediate stored porous separating layers are arranged. The slots are formed by lines of perforations and closable by porous components made of permeable material. Below the slit are line-like chambers that extend in the direction of a wing span and the limit porous separating layers to each other. Openings made in the plate, which are perpendicular to the slot are connected to the suction system. The latter two solutions do not reduce the risk of ice formation as a result the moisture or water inclusions inside or below the perforation of the aircraft structure surface or by crosslinking the porous material. There is also critical of these There is a risk of constipation due to dirt deposits. There is a high surface area roughness in the suction area, which reduces the resistance by suction of the limit layer is adversely affected for the maintenance of the laminar flow.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung zu schaffen, die Absaugbereiche eines Luftfahrzeuges besonders gut gegen Verstopfung und Feuchtig keitseinschlüsse schützt und gleichzeitig deren Oberflächenrauhigkeit herabsetzt.Accordingly, the invention has for its object to a generic arrangement create the suction areas of an aircraft particularly good against clogging and moisture inclusions protects and at the same time reduces their surface roughness.
Diese Aufgabe wird für eine Anordnung zur Grenzschichtabsaugung für Luftfahrzeuge mit einer bestimmten Form von einer durch die Außenhaut des Luftfahrzeuges beschriebenen Geometrie, wobei bestimmte Bereiche der Außenhaut, die oberflächenkonform einer Flugzeugstruktur gehen, als Absaugebereich ausgebildet sind, bei der ein Absaugebereich mit einem Absaugekanalsystem, wenigstem mit einem Absaugekanal, diskret verbunden ist, dadurch gelöst, daßThis task is used for an arrangement for boundary layer extraction for aircraft with a certain form of a geometry described by the outer skin of the aircraft, with certain areas of the outer skin that conform to the surface of an aircraft structure, are designed as a suction area in which a suction area with a suction channel system, least with a suction channel, discretely connected, solved in that
- a) auf eine tragenden Struktur der Fluggerätestruktur im Absaugebereiches eine poröse Trägerschicht aufgebracht ist, die mit dem Absaugekanal diskret verbunden ist unda) on a supporting structure of the aircraft structure in the suction area porous carrier layer is applied, which is discretely connected to the suction channel is and
- b) eine Mikrofasergewebeschicht, die oberflächenkonform der Fluggerätestruktur liegt, fest mit der porösen Trägerschicht verbunden ist.b) a microfiber fabric layer that conforms to the surface of the aircraft structure is firmly connected to the porous support layer.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to 9.
Die Erfindung ist anhand einer Zeichnung dargestellt und in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigtThe invention is illustrated with reference to a drawing and is closer in one embodiment described. It shows
Fig. 1 die erfinderische Anordnung als Querschnittsdarstellung. Fig. 1 shows the inventive arrangement as a cross-sectional view.
An einem Ausführungsbeispiel soll die erfinderische Anordnung zur Grenzschichtabsaugung näher erläutert werden. Nach der Querschnittsdarstellung der Fig. 1 besteht die Anordnung aus einer Fluggerätestruktur 1, auf der innerhalb eines bestimmten Bereiches der Außenhaut eines Flugzeu ges, der als Absaugebereich 5 mit einer Quererstreckung q ausgebildet ist, eine Mikrofasergewe beschicht 2 und eine poröse Trägerschicht 3 angeordnet und in diese eingebettet sind. Der Ab saugebereich 5 ist diskret mit einem Absaugekanal 4 verbunden, wobei letzterer durch den Anschluß eines Absaugekanalsystem realisiert sein kann. Die poröse Trägerschicht 3 ist auf einen tragenden Teil der Fluggerätestruktur 1 im Absaugebereich 5 aufgebracht, wobei sie mit letzterer bevorzugt durch Klebung direkt verbunden wird. Auf ihr ist eine Mikrofasergewebeschicht 2 angeordnet, die oberflächenkonform der Fluggerätestruktur 1 liegt. Sie ist fest mit der porösen Trägerschicht 3 verbunden.The inventive arrangement for boundary layer suction is to be explained in more detail using an exemplary embodiment. After the cross-sectional view of FIG. 1, the assembly consists of a aircraft structure 1 on which a Airplanes ges within a certain range of the outer skin, which is formed as Absaugebereich 5 with a transverse dimension q, a microfiber tissue beschicht 2 and a porous support layer 3 is arranged and in these are embedded. From the suction area 5 is discretely connected to a suction channel 4 , the latter can be realized by connecting a suction channel system. The porous carrier layer 3 is applied to a supporting part of the aircraft structure 1 in the suction area 5 , wherein it is preferably connected directly to the latter by gluing. A microfiber fabric layer 2 is arranged on it, which lies in conformity with the surface of the aircraft structure 1 . It is firmly connected to the porous carrier layer 3 .
Die Mikrofasergewebeschicht 2 besteht aus einem Gewebe, das einen extrem kleinen Faserdurch messer besitzt. Ihre sehr dichte Webart verleiht ihr Eigenschaften, nach denen sie wasserdicht und wasserabweisend - aber gasdurchlässig ist. Die Mikroporosität der Mikrofasergewebeschicht 2 auf der Profiloberfläche der Fluggerätestruktur 1 gestattet eine Durchlässigkeit der Luft. Sie hält aber an der Oberfläche der Fluggerätestruktur 1 die Feuchtigkeit aus ihrer Umgebung zurück bzw. weist dort Wasser ab. Das Absaugen der luftumströmenden Medien, die als Grenzschicht bei spielsweise eine Tragflügelstruktur mit bestimmten Absaugbereichen 5 umgeben, durch diese mikroporöse Gewebeschicht 2 wird mit dem Durchdringen der Luftpartikel bei gleichzeitiger Zurückhaltung der Luftfeuchtigkeit und Schmutzpartikel der Luft erfolgreich eingeleitet. Da man den zurückgehaltenen Feuchtigkeitsanteilen der Grenzschicht, beispielsweise wasserhaltigen Luftpartikeln, ein Eindringen über die poröse Trägerschicht 3 in den nachgeordneten Absaugkanal 4 verwehrt, wird das Risiko der Zerstörung der Schichten 2, 3 durch Eisbildung infolge gefrore ner Wassereinschlüsse in deren Poren, insbesondere denen der mikroporösen Gewebeschicht 2, sehr stark herab gemindert. Der Verstopfung der Poren durch Eiseinlagerungen, die zusätzlich den Absaugprozeß gefährden, wird damit gleichermaßen vorgebeugt. Weil die mikroporöse Gewebe schicht 2 ebenso Schmutzpartikel aus der sie umströmenden Grenzschicht zurückhält, wird keine Verstopfung der Poren der Schichten 2, 3 eintreten. The microfiber fabric layer 2 consists of a fabric that has an extremely small fiber diameter. Its very dense weave gives it properties that make it waterproof and water-repellent - but gas-permeable. The microporosity of the microfiber fabric layer 2 on the profile surface of the aircraft structure 1 allows air to pass through. However, it retains the moisture from its environment on the surface of the aircraft structure 1 or repels water there. The suction of the air-circulating media, which surround a wing structure with certain suction areas 5 as a boundary layer, for example, through this microporous fabric layer 2 is successfully initiated with the penetration of the air particles with simultaneous retention of the air moisture and dirt particles in the air. Since the retained moisture components of the boundary layer, for example water-containing air particles, are prevented from penetrating via the porous carrier layer 3 into the downstream suction channel 4 , the risk of the layers 2 , 3 being destroyed by ice formation as a result of frozen water inclusions in their pores, in particular those of the microporous ones Fabric layer 2 , greatly reduced. The clogging of the pores by ice deposits, which also endanger the suction process, is thus equally prevented. Because the microporous tissue layer 2 also retains dirt particles from the boundary layer flowing around it, the pores of the layers 2 , 3 will not become blocked.
Da eine Unterbrechung der Absaugung der Grenzschicht durch Porenverstopfung kaum wahr scheinlich sein wird, kann die Weiterleitung der abgesaugten Luft diskret in den Absaugkanal 3 oder in ein System von Absaugkanälen mittels einer Absaugquelle erfolgen.Since an interruption of the extraction of the boundary layer due to pore clogging is hardly likely, the extracted air can be conveyed discretely into the extraction duct 3 or into a system of extraction ducts by means of an extraction source.
Es besteht beispielgemäß auch die Möglichkeit, daß man die poröse Trägerschicht 3 (unter Wegfall der ansonsten auf ihr gelagerten Mikrofasergewebeschicht 2) oberflächenkonform und direkt, vorzugsweise verklebt, mit der Fluggerätestruktur 1 verbindet. Sie besteht bei beiden Beispielvarianten aus einem Material, das ein Abstandsgewebe oder ein syntaktischer Schaum mit sehr geringem Harzanteil oder ein faserverstärkter Kunststoff mit extrem geringem Harzanteil oder eine faserverstärkte Keramik mit hohem Porengehalt verkörpert.It consists, for example in accordance with the possibility that (with the elimination of the otherwise mounted on its microfiber fabric layer 2) surface-compliant and directly, preferably glued, connects the porous support layer 3 with the aircraft structure. 1 In both example variants, it consists of a material that embodies a spacer fabric or a syntactic foam with a very low resin content or a fiber-reinforced plastic with an extremely low resin content or a fiber-reinforced ceramic with a high pore content.
Unterhalb der porösen Trägerschicht 3 ist ein Absaugkanal 4 oder sogar ein Netzwerk von Ab saugekanälen 4 diskret mit dieser verbunden, wobei eine Absaugquelle am Kanal 4 oder an den den Kanälen 4 über eine in den tragenden Teil der Fluggerätestruktur 1 eingebrachte Öffnung im Absaugbereich 5 die Luft der Grenzschicht über genannte Schichten 2, 3 absaugt.Below the porous carrier layer 3 , a suction channel 4 or even a network of suction channels 4 is discretely connected to it, a suction source on the channel 4 or on the channels 4 via an opening in the supporting part of the aircraft structure 1 in the suction area 5 the air sucks the boundary layer over said layers 2 , 3 .
Zusätzlich kann optional eine elektrisch betriebene Heizschicht zur Enteisung des Absaugeberei ches 5 unterhalb der porösen Trägerschicht 3 oder zwischen der Mikrofasergewebeschicht 2 und der porösen Trägerschicht 3 angeordnet sein, um die Gefahr der Eisbildung gänzlich auszuschlie ßen.In addition, an electrically operated heating layer for de-icing the suction unit 5 can be arranged below the porous support layer 3 or between the microfiber fabric layer 2 and the porous support layer 3 in order to completely rule out the risk of ice formation.
Da ein nahtlos elektrisch leitfähiger Übergang an der Oberfläche der Flugzeuggerätestruktur 1 ohne Unterbrechung zur Ableitung von elektromagnetische Störungen infolge Überspannungen und Blitzeinwirkungen sehr wichtig und sehr vorteilhaft erscheint, ist in den Aufbau der Anordnung eine leitfähige Schicht unmittelbar integriert. Ansonsten würde sich der Stromflußweg bei der Ableitung derartiger Störungen verlängern und zusätzlich Übergangswiderstände beispielsweise die Ableitung des Blitzstromes an der Strukturoberfläche 1 ungünstig beeinflussen. Diese leitfähige Schicht ist vorzugsweise zwischen der Mikrofasergewebeschicht 2 und der porösen Trägerschicht 3 oder innerhalb der porösen Trägerschicht 3 oder zwischen der porösen Trägerschicht 3 und der Fluggerätestruktur 1 geschichtet. Dabei ist die Heizschicht ober- oder unterhalb der leitfähigen Schicht angeordnet. Zur wirksamen Unterstützung der Ableitung von außerhalb des Flugzeuges (plötzlich) einwirkenden äußeren Überspannungen und Blitzeinwirkungen ist die Mikrofasergewe beschicht 2 und 1 oder die poröse Trägerschicht 3 leitfähig gestaltet. Since a seamless electrically conductive transition on the surface of the aircraft device structure 1 without interruption for the derivation of electromagnetic interference due to overvoltages and lightning effects appears to be very important and very advantageous, a conductive layer is directly integrated in the structure of the arrangement. Otherwise, the current flow path would be longer when such disturbances were derived and, in addition, contact resistances, for example, would adversely affect the derivation of the lightning current on the structure surface 1 . This conductive layer is preferably layered between the microfiber fabric layer 2 and the porous carrier layer 3 or within the porous carrier layer 3 or between the porous carrier layer 3 and the aircraft structure 1 . The heating layer is arranged above or below the conductive layer. The microfiber fabric is coated 2 and 1 or the porous carrier layer 3 is designed to be conductive in order to effectively support the derivation of external overvoltages and lightning effects acting outside the aircraft (suddenly).
Die poröse Trägerschicht 3 stabilisiert die mit ihr direkt und fest verbundene Mikrofasergewebe schicht 2. Sie leitet aerodynamische Kräfte in die darunterliegende Fluggerätestruktur 1 ab und übernimmt die Weiterleitung der abgesaugten Luft der Grenzschicht in das Absaugsystem des Flugzeuges. Im Gegensatz der durch mechanische Bearbeitung (Fräsen von Schlitzen und/oder Elektronenstrahlbohren von Löchern) erreichten Porosität in bestimmten Absaugbereichen eines Flugzeuges wird der Fertigungsaufwand zur Realisierung der beispielgemäßen Anordnung deutlich niedriger liegen. Zusätzlich der Verhinderung des Eindringens von Wasser oder Verschmutzungen in die Absaugestruktur wird das Mikrofasergewebe 2 auf seiner (sichtbaren) Oberfläche leicht zu reinigen sein. Durch die Anordnung des Mikrofasergewebes 2 (oberflächenkonform der Fluggerä testruktur 1) ist die Oberflächenrauhigkeit gegenüber bekannten Gewebearten geringer, so daß die kritische Rauhigkeit der Oberfläche unterschritten wird. Die niedrigere Oberflächenrauhigkeit im Absaugbereich beeinflußt beispielsweise die Widerstandsminderung für die Aufrechterhaltung der Laminarströmung durch Absaugung der Grenzschicht günstig.The porous carrier layer 3 stabilizes the microfiber fabric layer 2 that is directly and firmly connected to it. It transfers aerodynamic forces into the underlying aircraft structure 1 and takes over the forwarding of the extracted air from the boundary layer into the extraction system of the aircraft. In contrast to the porosity achieved in certain suction areas of an aircraft by mechanical processing (milling slots and / or electron beam drilling of holes), the manufacturing effort for realizing the arrangement according to the example will be significantly lower. In addition to preventing water or dirt from entering the suction structure, the (visible) surface of the microfiber fabric 2 will be easy to clean. The arrangement of the microfiber fabric 2 (conforming to the surface of the aircraft structure 1 ) means that the surface roughness is lower than that of known types of fabric, so that the surface rises below the critical roughness. The lower surface roughness in the suction area, for example, has a favorable effect on the reduction in resistance for maintaining the laminar flow by suctioning off the boundary layer.
BezugszeichenlisteReference list
1 Fluggerätestruktur
2 Mikrofasergewebeschicht
3 Trägerschicht, porös
4 Absaugekanal, diskret
5 Absaugebereich
q Quererstreckung 1 aircraft structure
2 microfiber fabric layer
3 carrier layer, porous
4 suction channel, discreet
5 suction area
q transverse extension
Claims (9)
- a) auf eine tragenden Struktur der Fluggerätestruktur (1) im Absaugebereiches (5) eine poröse Trägerschicht (3) aufgebracht ist, die mit dem Absaugekanal (4) diskret verbunden ist und
- b) eine Mikrofasergewebeschicht (2), die oberflächenkonform der Fluggerätestruktur (1) liegt, fest mit der porösen Trägerschicht (3) verbunden ist.
- a) a porous carrier layer ( 3 ) is applied to a supporting structure of the aircraft structure ( 1 ) in the suction area ( 5 ), which is discretely connected to the suction channel ( 4 ) and
- b) a microfiber fabric layer ( 2 ), which is surface-conforming to the aircraft structure ( 1 ), is firmly connected to the porous carrier layer ( 3 ).
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