-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen profilierten Triebwerkgondelstiel
für einen
Flugzeugflügel.
-
Es
ist bekannt, dass bestimmte Flugzeuge profilierte Stiele umfassen,
die an ihren Flügeln
aufgehängt
sind und in Bezug auf die Unterseite des Flügels vorstehen. Solche Stiele
sind für
die Aufhängung von
Vorrichtungen, wie beispielsweise Motoren, Kraftstoffbehältern usw.,
unter dem Flügel
vorgesehen.
-
Natürlich erzeugen
diese Stiele und die an ihnen aufgehängten Vorrichtungen Störungen in
der aerodynamischen Strömung
am Flügel,
was örtlich durch
einen Auftriebsverlust und eine Erhöhung des Luftwiderstands zum
Ausdruck kommt. Diese nachteiligen aerodynamischen Wirkungen werden
im Übrigen
noch werter dadurch verstärkt,
dass die genannten Stiele insbesondere aus Strukturgründen zum
einen eine relativ große
Breite aufweisen und ihre Hinterkante sich zum anderen in der Nähe der Hinterkante
des Flügels
befindet und eine solche Nähe
der Hinterkanten die Gefahr der Strömungsablösung erhöht.
-
Zur
Beseitigung dieser Nachteile wird bereits seit 1986 am Airbus 320
eine Verkleidung zur Verringerung des örtlichen Verlusts an aerodynamischem Auftrieb,
der durch einen solchen Triebwerkgondelstiel hervorgerufen wird,
verwendet, wobei diese Verkleidung, die zum Beispiel in der Schrift
EP-A-O 432 972 beschrieben wird, in Kontakt mit der Unterseite des
Flügels
angeordnet ist und sich zum einen in der Höhe über einen Teil des Stiels und
zum anderen zum hinteren Teil des Flügels hin erstreckt und sich über dessen
Hinterkante hinaus fortsetzt. Eine solche bekannte Verkleidung hat
die ungefähre
Form eines geraden Parallelepipeds, das hinten in einer Pyramide
mit abgerundeter Spitze endet. Die Oberfläche der Verkleidung, die über die
Hinterkante des Flügels übersteht,
verlängert
deren Saugseite, und die Breite der genannten Verkleidung entspricht
der maximalen Breite des Stiels, sodass die Seitenflächen der
Verkleidung nach hinten den Abschnitt der maximalen Breite des Stiels
verlängern.
-
Bei
einem Flugzeug mittlerer Größe hat diese
bekannte Verkleidung akzeptable Abmessungen. Dagegen ist sie bei
einem Großflugzeug
zwangsläufig
lang und voluminös,
wodurch starke aerodynamische Belastungen erzeugt werden, die während des Flugs
auf die Verkleidung wirken. Das bedeutet, dass sie so versteift
werden muss, dass sich daraus eine nachteilige Masseerhöhung ergibt.
-
Im Übrigen muss
diese Verkleidung selbst beweglich sein, wenn der Flügel bewegliche
Hinterkantenelemente, wie beispielsweise Spaltklappen, umfasst.
In diesem Fall kann sich die Verkleidung bei bestimmten Flugkonfigurationen
zumindest teilweise im Heißluftstrom
eines Triebwerks, dessen Temperatur 700°C erreichen kann, befinden,
sodass sie dann aus hitzebeständigen
Werkstoffen gefertigt und so dimensioniert sein muss, dass sie diesen
hohen Temperaturen standhält.
Daraus ergeben sich Massezwänge
und zusätzliche
Ausführungskosten.
-
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile.
-
Dazu
ist erfindungsgemäß der Triebwerkgondelstiel
für einen
Flugzeugflügel,
dahingehend ausgelegt,
- – dass der genannte Abschnitt
mit maximaler Breite des Stiels vorn am genannten konkaven und zurückgesetzten
hinteren Teil der Unterseite des Flügels angeordnet ist; und
- – dass
die Verkleidung zur Verringerung des örtlichen Verlusts an aerodynamischem
Auftrieb
- – sich
zumindest mit dem größten Teil
ihrer Höhe in
der Höhlung
des hinteren Teils der Unterseite des Flügels befinden kann, und
- – eine
untere Fläche
umfasst, die sich in aerodynamischer Verlängerung der Saugseite des Flügels an
die genannte obere Fläche
annähert,
um dem hinteren vorstehenden Teil der Verkleidung die Form eines
Blatts zu geben, das nach hinten dünner wird und in einer aerodynamischen
Hinterkante endet,
wobei der genannte Flügel eine Unterseite umfasst,
deren hinterer Teil konkav und in Bezug- auf seine vordere Seite zurückgesetzt
ist, wobei der Stiel
- – am
genannten Flügel
aufgehängt
werden kann, indem er in Bezug auf die Unterseite des Flügels vorsteht
und profiliert ist, um zwischen seiner Vorderkante und seiner Hinterkante
einen Abschnitt mit maximaler Breite zu umfassen; und
- – mit
einer Verkleidung zur Verringerung des örtlichen Verlusts an aerodynamischem
Auftrieb versehen ist, die
- – in
Kontakt mit der Unterseite des Flügels angeordnet werden kann
und sich in der Höhe über einen
Teil des Stiels erstreckt;
- – sich
mit Seitenflächen
in aerodynamischer Verlängerung
des Abschnitts mit maximaler Breite des Stiels zum hinteren Teil
des Flügels
hin erstreckt; und
- – sich
hinten am Flügel
mit einem vorstehenden hinteren Teil mit einer Oberfläche in aerodynamischer
Verlängerung
der Saugseite des Flügels über dessen
Hinterkante hinaus erstreckt.
-
So
wird dank der vorliegenden Erfindung eine flache Verkleidung mit
geringen Abmessungen erzielt, die es gestattet, die vorstehend aufgeführten Probleme
der bekannten Verkleidung zu lösen.
Es ist zu beachten, dass es die aerodynamische Hinterkante der Verkleidung
ermöglicht,
die Länge
ihres über die
Hinterkante des Flügels
vorstehenden Teils bei einem aerodynamischen Wirkungsgrad derselben
Größenordnung
beträchtlich
zu verringern. Die Erfahrung hat gezeigt, dass es die vorliegende
Erfindung gestattet, die Höhe
der Verkleidung um etwa 80% und die Länge von deren vorstehendem
Teil im Vergleich zu dieser bekannten Verkleidung um etwa 50% bei
einem im Wesentlichen gleichen aerodynamischen Wirkungsgrad in Bezug
auf die Gefahr der Strömungsablösung an
der Hinterkante des Stiels und Auftriebsverlustprobleme zu reduzieren.
Durch eine solche Verringerung der Abmessungen können also die vorstehend aufgeführten Nachteile
hinsichtlich Masse und Platzbedarf vermieden und bei einer beweglichen
Verkleidung in der Nähe
des Heißluftstroms
eines Triebwerks die Zwänge
bezüglich
Abmessungen und Art der zu verwendenden Werkstoffe verringert werden.
-
Um
die Stärke
der der vorliegenden Erfindung entsprechenden Verkleidung noch weiter
zu begrenzen, ist es von Vorteil, dass ihre Unterfläche konkav
ist.
-
Hinsichtlich
der Hinterkante des hinteren Teils der Verkleidung sieht die vorliegende
Erfindung mehrere Ausführungsarten
vor. Beispielsweise:
- – können die Seitenflächen des
hinteren vorstehenden Teils der Verkleidung genau wie die des Teils
der Verkleidung, der sich gegenüber
der Unterseite befindet, in Verlängerung
des Abschnitts mit maximaler Breite des Stiels zumindest annähernd parallel
zueinander sein. In diesem Fall ist die Hinterkante der Verkleidung
länglich,
zum Beispiel geradlinig, und sie kann zumindest im Wesentlichen
parallel zur örtlichen
Hinterkante des Flügels
sein;
- – können die
Seitenflächen
des hinteren vorstehenden Teils der Verkleidung als eine Variante
im Gegensatz zu denen des Teils der Verkleidung, der sich gegenüber der
Unterseite befindet, nach hinten aufeinander zulaufen. In diesem
Fall können
die Seitenflächen
konvex sein, und sie können
für die
Verkleidung entweder eine relativ lang gestreckte, beispielsweise
geradlinige Hinterkante oder eine zumindest im Wesentlichen punktförmige Hinterkante
bilden.
-
Unabhängig von
der Ausführungsart
der Hinterkante der Verkleidung muss selbstverständlich darauf geachtet werden,
dass die Form von deren vorstehenden hinteren Teil keine Strömungsablösung verursacht,
was den Luftwiderstand erhöhen würde.
-
Um
zu vermeiden, dass der vorstehende hintere Teil der der vorliegenden
Erfindung entsprechenden Verkleidung in die viskosen Wirkungen der Grenzschicht
an der Hinterkante des Flügels
eingeschlossen wird, wodurch der aerodynamische Wirkungsgrad der
Verkleidung beträchtlich
verringert würde,
ist es im Übrigen
wichtig, dass die Stärke
der Verkleidung an der Hinterkante des Flügels größer ist als die Stärke der
Grenzschicht der aerodynamischen Strömung am Flügel.
-
Die
Figuren der beigefügten
Zeichnung erleichtern das Verständnis
dafür,
wie die Erfindung ausgeführt
werden kann. In diesen Figuren werden gleiche Elemente mit identischen
Bezugszahlen bezeichnet.
-
Die 1 und 2 zeigen in Seitenansicht beziehungsweise
Draufsicht ein schematisches Beispiel eines Triebwerkgondelstiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung, der ein Triebwerk unter dem Flügel eines Flugzeugs halten
soll.
-
Die 3 bis 8 sind vergrößerte Querschnittsansichten,
die jeweils den Schnittlinien III-III bis VIII-VIII der 1 entsprechen.
-
9 zeigt in einem größeren Maßstab den oberen
Teil der 1.
-
10 ist eine Teilansicht
der Ausführungsart
des hinteren vorstehenden Teils der durch die 1 bis 9 veranschaulichten
Verkleidung in Perspektive von hinten und von oben gesehen.
-
11 ist eine Teilansicht
der Ausführungsart
der 10 von hinten und
von unten gesehen.
-
12 ist eine Teilansicht
einer Ausführungsvariante
des hinteren Teils der Verkleidung gemäß der vorliegenden Erfindung
von hinten und von oben gesehen.
-
13 ist eine Teilansicht
der Ausführungsvariante
der 12 von hinten und
von unten gesehen.
-
14 ist ein Diagramm, das
die aerodynamische Wirkung der Verkleidung gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
-
In
den 1 und 2 ist ein Teil des Flügels 1 eines
Flugzeugs in der Nähe
eines seiner Triebwerke 2 dargestellt. Dieses Triebwerk 2 ist
mittels eines Triebwerkgondelstiels 3, der in Bezug auf
die Unterseite 4 des Flügels 1 vorsteht,
am Flügel 1 aufgehängt. Wie
in 1 sowie auch in 9 zu sehen ist, umfasst
der Flügel 1 einen
vorderen dicken Teil (auf der Seite der Vorderkante 17)
und einen dünnen
hinteren Teil (auf der Seite der Hinterkante 11), da die Unterseite 4 einen
konkaven, in Bezug auf ihren vorderen Teil 4A zurückgesetzten
hinteren Teil 4R umfasst.
-
Der
Triebwerkgondelstiel 3, der selbst auf bekannte und nicht
dargestellte Weise am Flügel 1 aufgehängt ist,
ist profiliert und umfasst eine Vorderkante 5 und eine
Hinterkante 6 und zwischen diesen einen Abschnitt 7 mit
maximaler Breite. (Die Breite des Stiels 3 ist dessen Abmessung,
die zumindest im Wesentlichen parallel zur Spannwerte des Flügels 1 ist,
das heißt,
rechtwinklig zur Ebene der 1 und 9). Im in den Figuren dargestellten
Beispiel ist der Abschnitt 7 nicht senkrecht, sondern von
oben nach unten stark nach vorn geneigt. Im Übrigen ist der Abschnitt mit
maximaler Breite 7 des Stiels 3 vorn am hinteren
konkaven und zurückgesetzten
Teil 4R der Unterseite 4 des Flügels 1 angeordnet.
-
Außerdem ist
der Triebwerkgondeistiel 3 mit einer Verkleidung 8 (siehe
auch die 4 bis 13) versehen, die den örtlichen
Auftriebsverlust und die örtliche
Zunahme des Luftwiderstands, die durch den Stiel hervorgerufen werden,
verringern soll. Diese Verkleidung 8 ist flach und in Kontakt
mit der Unterseite 4 des Flügels 1 angeordnet,
wobei sie sich nur über
einen geringen Teil der Höhe
des Stiels 3 erstreckt. Genauer befindet sich die Verkleidung 8 zumindest
mit dem größeren Teil
ihrer Höhe
in der Höhlung
des hinteren Teils 4R der Unterseite 4 des Flügels 1.
-
Die
flache Verkleidung 8 erstreckt sich mit den parallelen
Seiten 9 und 10 in Verlängerung
des Abschnitts 7 mit maximaler Breite des Stiels 3 zum hinteren
Teil des Flügels 1 und
setzt sich mit einem vorstehenden hinteren Teil 12, dessen
Oberfläche 13 in
der Verlängerung
der Saugseite 14 des Flügels 1 liegt,
hinten am Flügel 1 über dessen
Hinterkante 11 hinaus fort.
-
Außerdem ist
die Unterfläche 15 der
Verkleidung 8 zumindest in ihrem hinteren Teil konkav und nähert sich
an die Oberfläche 13 an,
um dem vorstehenden hinteren Teil 12 die Form eines nach
hinten dünner
werdenden und in einer Hinterkante 16 endenden Blatts zu
geben.
-
In
der durch die 2 bis 11 veranschaulichten Ausführungsart
der Verkleidung bleiben die Seitenflächen 9 und 10 in
Verlängerung
des Abschnitts 7 selbst im vorstehenden hinteren Teil 12 der
Verkleidung 8 zueinander parallel. Daraus ergibt sich,
dass die diesem hinteren Teil 12 entsprechende Hinterkante 16 im
dargestellten Beispiel länglich
und sogar geradlinig ist. Wie es die 2, 10 und 11 veranschaulichen, ist dann die geradlinige
Hinterkante 16 vorteilhafter Weise parallel zur örtlichen
Hinterkante 11 des Flügels 1.
-
Dagegen
sind die Seitenflächen 9 und 10 in der
Ausführungsvariante
der 12 und 13 zueinander parallel und
liegen in der Verlängerung
des Abschnitts 7 in dem Teil der Verkleidung 8,
der sich in Kontakt mit dem hinteren Teil 4R der Unterseite 4 befindet,
sie laufen jedoch nach hinten im vorstehenden hinteren Teil 12 über die
Hinterkante 11 des Flügels 1 hinaus
aufeinander zu. Im in den 12 und 13 dargestellten Beispiel
sind die Flächen 9 und 10 an
ihrem hinteren zusammenlaufenden Teil konvex, und sie definieren
eine zumindest im Wesentlichen punktförmige Hinterkante 16.
Natürlich
könnten
die zusammenlaufenden hinteren Teile der Flächen 9 und 10 nicht
konvex sein, und die Hinterkante 16, die sie begrenzen,
könnte
länglich
und beispielsweise geradlinig sein.
-
Dank
der vorliegenden Erfindung erhält
man eine besonders flache Verkleidung 8 mit besonders geringem
Platzbedarf. In den 1, 2, 4 bis 10 und 12 sind mit Strich-Punkt-Linie die Konturen
der bekannten Verkleidung PA dargestellt, die für den Flügel 1 bei gleichem
aerodynamischem Wirkungsgrad in Bezug auf die Gefahr der Strömungsablösung an der
Hinterkante des Stiels und Auftriebsverlustproblemen vorgesehen
werden müssten.
-
Im Übrigen sind
in 14 in Abhängigkeit vom
Abstand x entlang der Sehne C des Profils des Flügels 1 ab der Vorderkante 17 in
Richtung Hinterkante 11 die Kurve 18 der Veränderung
des Koeffizienten Kp an der Saugseite 14 und die Kurve 19 der Veränderung
des genannten Koeffizienten Kp an der Unterseite 4 für die Einheit
Mast 3 – Flügel 1,
die mit der vorstehend beschriebenen Verkleidung 8 versehen
ist, dargestellt. Zum Vergleich sind in dieser Figur außerdem dieselben
Kurven 20 und 21 für die Einheit Mast 3 – Flügel 1,
aus der die genannte Verkleidung 8 herausgenommen wurde,
gezeichnet. Es ist leicht zu sehen, dass der Auftrieb der Einheit
dank der Verkleidung 8 der Erfindung im hinteren Teil 4R der
Unterseite in einem Umfang erhöht
wird, der der Summe der in 14 dargestellten
schraffierten Bereiche 22 und 23 entspricht.