DE4443744A1 - Tragfläche für Flugzeug und Tragflügelboot - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tragfläche für ein Flugzeug und ein Tragflügelboot. Im allgemeinen besteht das Profil einer Tragfläche aus einer Kombination aus Dickenform und einer Wölbung; die vorliegende Erfindung nutzt eine neue Dickenform, so daß der Einfluß des Strömungsabrisses redu­ ziert und die Wirksamkeit der Tragfläche erhöht wird. Bei einem Tragflügelboot reduzieren sich die Erosionsschäden, die durch die Erscheinung der Kavitation verursacht werden, und der Wirkungsgrad wird erhöht.

Wenn eine Tragfläche durch ein Fluid, wie Wasser oder Luft, vorgeschoben wird, werden die Strömungsgeschwindigkeiten an der Ober- und der Unterseite der Tragfläche unterschiedlich. Diese unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten erzeugen einen Druckunterschied gemäß dem Lehrsatz von Bernoulli.

Wenn eine Tragfläche als Vorrichtung zur Erzeugung einer Hub­ kraft eingesetzt werden soll, muß die Hubkraft der Unterseite größer sein als die Hubkraft der Oberseite. Das heißt, daß die Strömungsgeschwindigkeit relativ zur Oberseite der Trag­ fläche größer sein muß als die Strömungsgeschwindigkeit rela­ tiv zur Unterseite der Tragfläche.

Wenn eine Tragfläche eine möglichst große Hubkraft erzeugen soll, muß der Druck um die Tragfläche so sein, daß der Druck auf die Oberseite relativ zum Druck auf die Unterseite so gering wie möglich ist. Im Falle eines Tragflügelboots ent­ stehen wegen der Verdampfung des Wasser aufgrund des niedri­ gen Drucks Hohlräume. Wenn diese Hohlräume nach dem Gleiten über die ganze Tragfläche zusammenbrechen, entsteht nur Lärm, es kommt jedoch nicht zu größeren Erosionsschäden. Wenn je­ doch die Hohlräume schon vor dem Gleiten über die ganze Trag­ fläche zusammenbrechen, kommt es aufgrund der Stoßbelastung zu Erosionsschäden.

Wenn auf den Tragflächen eines Tragflügelboots zuviele Hohl­ räume ausgebildet werden, treten nicht nur Erosionsschäden auf, sondern es wird auch der Wirkungsgrad der Tragfläche wesentlich vermindert. Daher muß die Bildung von Hohlräumen soweit wie möglich verhindert werden.

Unter den zur Zeit eingesetzten Tragflächenformen gibt es die in den USA entwickelten Formen der Serie NACA, die in den Niederlanden entwickelten Formen der B-Serie und die in Japan entwickelte MAU-Serie. In keiner von ihnen kann jedoch die die Tragflächenform verändert werden, und daher kann auch die Druckverteilung um die Tragfläche herum nicht eingestellt werden.

Dementsprechend lassen sich Strömungsabriß und Kavitations­ phänomena nicht steuern, und wenn sich Strömungsabriß und Kavitationsphänomena als zu groß herausstellen sollten, wird die Konstruktion durch Umbau der Tragfläche modifiziert. Das hat nicht nur die Vergeudung von Zeit und Geld zu Folge, sondern verursacht auch Unannehmlichkeiten.

Die vorliegende Erfindung soll die oben beschriebenen Nach­ teile der herkömmlichen Techniken überwinden.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tragfläche bereitzustellen, deren Form unter den gegebenen Umständen optimal konstruiert ist, so daß der Druck um die Tragfläche geeignet verteilt wird und Strömungsabriß und Kavitationsphänomena steuerbar werden, wodurch eine hoch wirksame Tragfläche geschaffen wird.

Die oben genannte Aufgabe und weitere Vorteile der vorliegen­ den Erfindung werden verständlicher durch die detaillierte Beschreibung der erfindungsgemäßen, bevorzugten Ausführungs­ form und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:

Fig. 1 das Verhältnis zwischen der Form und der mathe­ matischen Formel für die Tragflächenform zeigt;

Fig. 2 zeigt die Veränderung der Form versus Form-Indizes für Vorder- und Hinterteil der Tragfläche;

Fig. 3 ist ein Vergleich der erfindungsgemäßen Form mit den herkömmlichen Formen der NACA 00 und NACA 66; und

Fig. 4 ist ein Vergleich der Form der erfindungsgemäßen Tragfläche mit der Form der NACA 66.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen und die mathematischen Formeln beschrieben.

Bei der Tragfläche eines Tragflügelboots und eines Flugzeugs können die maximale Dicke an der Sehnenposition a, der Form­ index n des Vorderteils und der Formindex p des Hinterteils frei bestimmt werden. Daher können die Sehnenposition der maximalen Dicke und die Formen von Vorder- und Hinterteil je nach den gegebenen Umständen optimal eingestellt werden.

Bei der Konstruktion der optimalen Tragfläche ist die Koordinate y in Richtung der Dicke der Sehne wie folgt:

wobei

b = die halbe maximale Dicke
c = die Sehnenlänge
x = die Sehnenrichtung
y = die halbe Dicke der Austrittskante.

Erfindungsgemäß werden die Position a der maximalen Dicke sowie die Formindizes n und p des Vorder- und des Hinterteils so gewählt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, daß die Position der maximalen Dicke sowie die Formen des Vorder- und des Hinterteils der Tragflächenform optimal eingestellt sind, wodurch die optimale Tragflächenform konstruiert wird.

Bei gleicher Position der maximalen Dicke wird die Variation der Tragflächenform versus die Formindizes von Vorder- und Hinterteil in Fig. 2 dargestellt. Fig. 3 zeigt hingegen einen Vergleich der erfindungsgemäßen Tragflächenform (die auf Grundlage der erfindungsgemäßen Form-Formel konstruiert wurde) mit den zur Zeit weltweit eingesetzten Formen der Serien NACA-00 und NACA-66.

Die Überlegenheit der erfindungsgemäß konstruierten Trag­ fläche wurde in einem Modelltest und einer realen Anwendung nachgewiesen. Fig. 4 stellt die Ergebnisse des Modelltests dar, bei dem die erfindungsgemäße Tragflächenform und die Form der herkömmlichen Serie NACA66-009 beim HSVA (Hamburger Modellschiff-Becken), dem Deutschen Schiffsforschungszentrum, auf ihre Tragflächenleistung getestet wurden.

Erfindungsgemäß kann, wie oben beschrieben, unter denselben Bedingungen eine viel größere Hubkraft erzeugt werden. Die auf den erfindungsgemäßen mathematischen Formeln basierende Tragflächenform wurde weltweit erstmals durch den Erfinder durch hohen Forschungseinsatz über viele Jahre entwickelt. Die erfindungsgemäße Tragflächenform kann nicht nur in Trag­ flügelbooten und Flugzeugen sinnvoll eingesetzt werden, sondern sie wertet auch die hiesige Technologie auf diesem Gebiet auf.

Claims (1)

1. Eine Tragfläche eines Tragflügelboots und eines Flug­ zeugs, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Position a auftretende maximale Dicke, ein Formindex n des Vorderteils und ein Formindex p des Hinterteils frei bestimmt werden können und daher die Position der maximalen Dicke sowie die Formen von Vorder- und Hinterteil unter gegebenen Umständen optimal eingestellt werden können, wobei die optimale Trag­ flächenform auf der Grundlage einer y-Koordinate konstruiert wird, die wie folgt definiert ist: