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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen profilierten Aufhängungsmast
für Flugzeugflügel.
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Es
ist bekannt, dass bestimmte Flugzeuge profilierte Masten umfassen,
die an ihren Flügeln
aufgehängt
sind und in Bezug auf die Unterseite des Flügels vorstehen. Solche Masten
sind für
die Aufhängung
von Vorrichtungen, wie beispielsweise Motoren, Waffen, Kraftstoffbehältern usw.
unter dem Flügel vorgesehen.
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Natürlich erzeugen
diese Masten 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 weiter dadurch verstärkt,
dass die genannten Masten 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.
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Zur
Beseitigung dieser Nachteile wird bereits seit 1986 am Airbus A320
eine Verkleidung zur Verringerung des örtlichen Verlusts an aerodynamischem
Auftrieb, der durch einen solchen Aufhängungsmast hervorgerufen wird,
verwendet. Eine Verkleidung desselben Typs, die zum Beispiel in
der Schrift EP-A-0 432 972 beschrieben wird, ist in Kontakt mit
der Unterseite des Flügels
angeordnet und erstreckt sich zum einen in der Höhe über einen Teil des Masts und
zum anderen zum hinteren Teil des Flügels hin und setzt sich dabei über dessen
Hinterkante hinaus fort. 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 Masts, sodass die Seitenflächen der
Verkleidung den Abschnitt der maximalen Breite des Masts nach hinten
verlängern.
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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.
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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 und der akustischen Ermüdung standhält. Daraus ergeben sich Massezwänge und
zusätzliche Ausführungskosten.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile.
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Dazu
ist erfindungsgemäß der Aufhängungsmast
für einen
Flugzeugflügel,
dahingehend bemerkenswert,
- – dass der genannte Abschnitt
mit maximaler Breite des Masts 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 befindet,
- – sich
zum hinteren Teil des Flügels
hin erstreckt und sich seitlich ab dem genannten Aufhängungsmast
wie ein Fächer
ausbaucht, wo sie bis zur Hinterkante des Flügels eine Breite besitzt, die ungefähr gleich
der maximalen Breite des Masts ist, wobei sie an der Hinterkante
eine Breite hat, die mindestens doppelt so groß ist wie die genannte maximale
Breite, 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, die in Bezug auf die Hinterkante des Flügels vorsteht
und sich entlang dieser Kante über
eine Länge
erstreckt, die der Breite der Verkleidung an der Hinterkante des
Flügels
entspricht,
wobei der genannte Flügel eine Unterseite umfasst, deren
hinterer Teil konkav und in Bezug auf seinen vorderen Teil zurückgesetzt
ist, wobei der genannte Mast - – am genannten
Flügel
aufgehängt
ist und 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 ist und sich
in der Höhe über einen
Teil des Masts erstreckt; und
- – sich
zum hinteren Teil des Flügels
hin erstreckt und sich mit einem vorstehenden hinteren Teil mit einer
Oberfläche
in aerodynamischer Verlängerung
der Saugseite des Flügels
zum hinteren Teil des Flügels über dessen
Hinterkante hinaus fortsetzt.
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So
wird dank der vorliegenden Erfindung eine flache Verkleidung mit
geringen Höhenabmessungen,
aber mit einer auseinandergefalteten Form an der Hinterkante des
Flügels
erzielt, die es gestattet, die vorstehend aufgeführten Probleme der bekannten
Verkleidung zu lösen.
Eine solche flache auseinandergefaltete Form ermöglicht es nicht nur, die Probleme
des nahen Beeinanderliegens der Hinterkanten des Flügels und
des Aufhängungsmasts
zu lösen,
sondern auch die örtliche
Luftzirkulation durch Begünstigung
der Verteilung der Geschwindigkeit an der Hinterkante des Flügels stark
zu verändern.
Der Gewinn an Auftrieb, der durch die der vorliegenden Erfindung
entsprechende Verkleidung erzielt wird, ist eindeutig größer als
der der bekannten Verkleidung. Außerdem ist dieser Auftriebsgewinn
aufgrund der speziellen aufgefächerten
Form der Verkleidung der Erfindung mehr über die Flügelspannweite verteilt.
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Es
ist zu beachten, dass man, um den Auftriebsverlust, der durch das
Vorhandensein des Aufhängungsmasts
und die Anlage, zum Beispiel die Maschinenanlage, die an ihm montiert
ist, verursacht wird, zu beseitigen oder zumindest zu minimieren, versucht
sein kann, der Verkleidung an der Hinterkante des Flügels eine
Breite zu geben, die in der Fläche
den gesamten Bereich des Auftriebsverlusts umfasst. in diesem Fall
könnte
jedoch diese Breite gleich einem Vielfachen der maximalen Breite
des Masts sein, wodurch die Verkleidung zwangläufig große Abmessungen und somit eine
hohe Masse haben müsste.
Daher ergibt sich in der Praxis die Breite der Verkleidung an der
Hinterkante des Flügels
aus einem Kompromiss zwischen durch die Verkleidung der Erfindung
erzieltem Auftriebsgewinn und deren entsprechender Masse.
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Es
ist zu weiterhin beachten, dass es die zugespitzte Form der aerodynamischen
Hinterkante der Verkleidung ermöglicht,
die Länge
des über
die Hinterkante des Flügels
vorstehenden Teils der bekannten Verkleidung 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 von Strömungsablösungen an der
Hinterkante des Masts 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.
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Vorteilhafter
Weise umfasst die Hinterkante des genannten vorstehenden hinteren
Teils einen Zwischenteil und zwei Seitenteile, wobei der Zwischenteil
in aerodynamischer Verlängerung
des Abschnitts mit maximaler Breite des genannten Masts liegt und
noch weiter in Bezug auf die Hinterkante des Flügels vorsteht als die Seitenteile.
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So
steht dieser Zwischenteil, der in der Verlängerung des Aufhängungsmasts
liegt, am weitesten in Bezug auf die Hinterkante des Flügels vor,
damit die auf das Vorhandensein des genannten Aufhängungsmasts
zurückzuführenden
Probleme der Strömungsablösung und
des Auftriebsverlusts so weit wie möglich verringert werden können. Was
die Seitenteile der Hinterkante der Verkleidung betrifft, so können diese
den Gewinn an Auftrieb durch örtliche Vergrößerung der
Flügelsehne über eine
begrenzte Spannweite erhöhen.
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An
ihrem dem Zwischenteil gegenüber
liegenden Ende können
die Seitenteile der Hinterkante des vorstehenden hinteren Teils
allmählich
auf die Hinterkante des Flügels
zulaufen und der genannte Zwischenteil der Hinterkante des vorstehenden
hinteren Teils kann abgerundet und konvex sein, wohingegen die Seitenteile
der Hinterkante des hinteren vorstehenden Teils am Anschluss des
genannten Zwischenteils einen konkaven Abschnitt besitzen können.
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Um
den Wirkungsgrad der der vorliegenden Erfindung entsprechenden Verkleidung
noch weiter zu erhöhen,
wurde festgestellt, dass es von Vorteil ist, dass
- – die Unterseite
der Verkleidung eine Zwischenrippe und zwei Seitenflanken besitzt;
- – die
Zwischenrippe in aerodynamischer Verlängerung des Abschnitts mit
maximaler Breite des genannten Masts liegt, hinten im genannten
Zwischenteil der Hinterkante endet und in Bezug auf den hinteren
Teil der Unterseite des Flügels
erhabener ist als die Seitenflanken; und
- – die
Seitenflanken die Zwischenrippe allmählich mit dem hinteren Teil
der Unterseite des Flügels verbinden
und dabei seitlich den genannten Fächer bilden und hinten in den
Seitenteilen der Hinterkante des hinteren vorstehenden Teils enden.
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Die
Verkleidung der Erfindung kann symmetrisch oder asymmetrisch zur
Längsachse
des Fußes des
Aufhängungsmasts
sein.
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Unabhängig von
der Ausführungsart
der Hinterkante der Verkleidung ist natürlich darauf zu achten, dass
die Form von deren vorstehendem hinteren Teil keine Strömungsablösungen verursacht,
was den Luftwiderstand vergrößern würde.
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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.
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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.
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Die 1 und 2 zeigen in Draufsicht beziehungsweise
in Ansicht von unten ein schematisches Beispiel eines Aufhängungsmasts
gemäß der vorliegenden
Erfindung, der ein Triebwerk unter dem Flügel eines Flugzeugs halten
soll.
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3 stellt in einer vergrößerten teilweisen Seitenansicht
den Flügel
des genannten Flugzeugs und den oberen Teil des Aufhängungsmasts
der 1 und 2 dar.
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Die 4 bis 9 sind Schnittansichten, die jeweils
den Schnittlinien IV-IV bis IX-IX der 1 und 3 entsprechen.
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10 ist eine in Perspektive
von hinten und von oben gesehene Teilansicht der Ausführungsart des
Aufhängungsmasts,
die durch die 1 bis 9 veranschaulicht wird.
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Die 11 und 12 sind Diagramme, die die aerodynamische
Wirkung der Verkleidung gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen.
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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 Aufhängungsmasts 3,
der in Bezug auf die Unterseite 4 des Flügels 1 vorsteht,
am Flügel 1 aufgehängt, mit dem
er durch den Mastfuß 3S mit
der Längsachse L-L
verbunden ist. Wie in 3 zu
sehen ist, umfasst der Flügel 1 einen
vorderen dicken Teil (auf der Seite der Vorderkante 1A)
und einen dünnen
hinteren Teil (auf der Seite der Hinterkante 1F), da die
Unterseite 4 einen konkaven, in Bezug auf ihren vorderen
Teil 4A zurückgesetzten
hinteren Teil 4R umfasst.
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Der
Aufhängungsmast 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 M. (Die Breite des Masts 3 ist dessen
Abmessung, die zumindest im Wesentlichen parallel zur Spannweite
Y des Flügels 1 ist,
das heißt,
rechtwinklig zur Ebene der 3).
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 Masts 3 vorn
am hinteren konkaven und zurückgesetzten
Teil 4R der Unterseite 4 des Flügels 1 angeordnet.
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Außerdem ist
der Aufhängungsmast 3 mit
einer Verkleidung 8 (siehe auch die 4 bis 10)
versehen, die den örtlichen
Auftriebsverlust und die örtliche
Zunahme des Luftwiderstands, die durch den Mast 3 und das
Triebwerk 2 hervorgerufen werden, verringern soll.
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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 genannten Masts 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.
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Die
flache Verkleidung 8 erstreckt sich zum hinteren Teil des
Flügels 1 hin
und setzt sich mit einem vorstehenden hinteren Teil 12,
dessen Oberfläche 13 in
der Verlängerung
der Saugseite 14 des Flügels 1 liegt, über die
Hinterkante 1F des Flügels
hinaus fort. Die Unterfläche 15 der
Verkleidung 8 nähert sich
zumindest an ihrem hinteren Teil 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, das in Bezug auf die Hinterkante 1F des Flügels 1 vorsteht.
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Indem
sich die flache Verkleidung 8 zum hinteren Teil des Flügels 1 hin
erstreckt, erweitert sie sich seitlich ab dem Aufhängungsmast 3,
an dem ihre Breite bis zur Hinterkante F1 des Flügels 1, wo die Verkleidung
eine Breite La hat, die um ein Vielfaches größer ist als die genannte maximale
Breite M des Aufhängungsmasts 3,
mindestens annähernd
gleich der maximalen Breite M des Abschnitts 7 ist, konisch fächerförmig. Seitlich
hat die flache Verkleidung 8 entlang der erweiterten Linien 9 und 10,
die von dem Aufhängungsmast 3 ausgehen
und an den Enden der Hinterkante 16 des vorstehenden hinteren
Teils 12 enden, Anschluss an den hinteren Teil 4R der
Unterseite 4. So hat die Hinterkante 16 eine Länge, die
an der Hinterkante 1F des Flügels 1 gleich der
Breite La der flachen Verkleidung 8 ist.
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Wie
in den 1, 2 und 10 zu sehen ist, umfasst die Hinterkante 16 des
vorstehenden hinteren Teils 12 einen Zwischenteil 16I und
zwei Seitenteile 16L1 und 16L2. Der Zwischenteil 16I liegt
in aerodynamischer Verlängerung
des Abschnitts 7 mit maximaler Länge M des Aufhängungsmasts 3 und
steht in Bezug auf die Hinterkante 1F des Flügels 1 weiter
vor als die Seitenteile 16L1 und 16L2.
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In
dem durch die Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Hinterkante 16 des
vorstehenden hinteren Teils 12 die annähernde Form eines Entlastungsbogens
mit einem abgerundeten und konvexen Zwischenteil 16I, der
durch die Seitenteile 16L1 und 16L2, die am Anschlusspunkt
des Zwischenteils 16I einen konkaven Abschnitt 17 oder 18 umfassen,
allmählich
mit der Hinterkante 1F des Flügels 1 verbunden wird.
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Wie
besser an den Schnitten der 5 bis 9 zu sehen ist, umfasst die
Innenfläche 15 der
Verkleidung 8 eine Zwischenrippe 19 und zwei Seitenflanken 20 und 21,
die durch die genannten erweiterten Linien 9 und 10 mit
dem hinteren Teil 4R der Unterseite 4 verbunden
sind. Diese Zwischenrippe 19 liegt in aerodynamischer Verlängerung
des Abschnitts 7 mit maximaler Breite M und endet hinten
im Zwischenteil 16I der Hinterkante 16. In Bezug
auf den hinteren Teil 4R der Unterseite 4 des
Flügels 1 ist
die Zwischenrippe 19 erhabener als die Seitenflanken 20 und 21.
Diese verbinden die Zwischenrippe 19 allmählich mit
dem hinteren Teil 4R der Unterseite 4 und bilden
dabei seitlich den genannten Fächer,
der von den erweiterten Verbindungslinien 9 und 10 begrenzt wird.
Die Seitenflanken 20 und 21 enden hinten in den
Seitenteilen 16L1 und 16L2 der Hinterkante 16 des
vorstehenden hinteren Teils 12.
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In
dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verkleidung 8 und
ihre Hinterkante 16 asymmetrisch zur Längsachse L-L des Fußes 3S des
Masts 3. In Wirklichkeit hängt die Form der Hinterkante 16 vom
jeweiligen Fall ab, und sie könnte
genauso gut symmetrisch zur Achse L-L sein.
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Dank
der vorliegenden Erfindung wird eine besonders flache Verkleidung 8 mit
besonders geringem Platzbedarf in der Höhe erzielt, die sich jedoch sehr
in die Breite erstreckt. In den 1 und 3 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 Masts und Auftriebsverlustprobleme vorgesehen
werden müssten.
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In 11 sind in Abhängigkeit
von der Entfernung x entlang der Sehne C des Profils des Flügels 1,
gemessen ab der Vorderkante 1A in Richtung der Hinterkante 1F,
die Kurve 25 der Änderung
des Druckkoeffizienten Kp an der Saugseite 14 und die Kurve 26 der Änderung
des Druckkoeffizienten Kp an der Unterseite 4 für die mit
der vorstehend beschriebenen Verkleidung 8 versehenen Einheit
Triebwerk 2 – Stütze 3 – Flügel 1 dargestellt.
Zum Vergleich sind in dieser Figur ebenfalls dieselben Kurven 27 und 28 für die genannte
Einheit Triebwerk 2 – Stütze 3 – Flügel 1 gezeichnet,
aus der die genannte Verkleidung 8 entfernt wurde. 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 der 11 dargestellten
schraffierten Bereiche 29 und 30 entspricht.
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Im Übrigen ist
in 12 in Abhängigkeit
von der Spannweite Y des Flügels 1 die Änderung
des örtlichen
Auftriebskoeffizienten Czl an der Maschinenanlage am Flügel dargestellt,
wobei die Position des Triebwerks 2 und des Aufhängungsmasts 3 dem Wert
Yo der genannten Spannweite Y entspricht. Die Kurve 31 entspricht
der mit der vorstehend beschriebenen Verkleidung 8 versehenen
Einheit Triebwerk 2 – Stütze 3 – Flügel 1, während die
Kurve 32 derselben Einheit Triebwerk 2 – Stütze 3 – Flügel 1 entspricht,
aus der die Verkleidung 8 entfernt wurde. So kann der Umfang
des Gewinns an Auftrieb, der durch die Verkleidung 8 der
vorliegenden Erfindung erzielt wird, bewertet werden.