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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug-Klappensystem,
und insbesondere betrifft die Erfindung einen Ausfahrmechanismus
für die Nasenklappen
oder die Hinterklappen eines Flugzeugs.
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Die
meisten modernen Flugzeuge besitzen einen Tragflügelteil, der so optimiert ist,
dass er bei Reisefluggeschwindigkeit einen geringen Luftwiderstand
erzeugt. In den meisten Fällen
erzeugt ein derart optimierter Tragflügelteil jedoch nicht den hohen Auftrieb,
der beim Start und bei der Landung des Flugzeugs erforderlich ist.
Es werden Klappensysteme benutzt, um diesen hohen Auftriebsanforderungen
zu genügen,
und diese Klappensysteme vergrößern in
wirksamer Weise die Wölbung
und gelegentlich auch die Fläche
des Tragflügels
beim Ausfahren der Klappe. Während
der Startphase ist ein hoher Auftrieb bei einem minimalen Ansteigen
des Luftwiderstandes erforderlich, während bei der Landung ein hoher
Auftrieb und ein hoher Luftwiderstand erforderlich sind, um die
Vorwärtsgeschwindigkeit
des Flugzeugs zu vermindern. Klappen werden außerdem bei anderen Flugphasen
ausgefahren, um den Auftrieb zu erhöhen.
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Jede
Flugphase kann eine andere Klappeneinstellung erfordern. Die geometrischen
Variablen, die beim Ausfahren der Klappen gesteuert werden, sind
die Folgenden:
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- – Lap – die Überlappung
zwischen Tragflügel
und Klappen
- – Gap – der Spalt
zwischen der Vorderkante oder der Hinterkante des Tragflügels und
dem nächsten
Punkt der Klappe
- – Ausfahrwinkel – der Winkel
zwischen einer horizontalen Bezugslinie und einer Sehnenlinie der Klappe.
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Es
ist ein Mechanismus erforderlich, der eine Klappe so einstellt,
dass die richtige Überlappung, der
richtige Spalt und der richtige Anstellwinkel erzielt werden. Zahlreiche
derartige Mechanismen beruhen auf einem Ausfahrsystem, bei welchem
eine translatorische Bewegung der Klappe durchgeführt wird, wobei
die Klappe auf einem Schlitten montiert ist und längs einer
Führung
abrollt. Ein Mechanismus dieser Bauart ist beispielsweise aus der
US-A-4 995 575 bekannt. Die Führung
hat eine konstante Dicke und gegenüberliegende Rolloberflächen und
der Schlitten ist längs
der Führung
auf wenigstens zwei Rollenpaaren beweglich und jedes Rollenpaar
weist jeweils eine auf den gegenüberliegenden
Rolloberflächen ablaufende
Rolle auf und die Rollen eines jeden Paares werden gewöhnlich durch
einen starren Verbindungslenker voneinander getrennt, wodurch beide Rollen
in Rollberührung
mit ihren jeweiligen Führungs-Rolloberflächen ständig verbleiben.
Der Schlitten kann sich dadurch glatt längs der Führung bewegen und die Klappe
ausfahren, wie dies erforderlich ist. Viele unterschiedliche Führungsprofile
mit konstantem Radius können
für ein
Dreistellungssystem erzeugt werden. Es gibt jedoch nur eine Kombination der
Schlitten-Schwenkversetzung von der Klappenoberfläche und
eine Versetzung längs
der in Sehnenrichtung axialen Klappe, die eine gerade Linienführung erzeugen.
Andere Kombinationen erzeugen ein Nachführungssystem mit konstantem
Radius, jedoch wird es in gewissen Fällen erforderlich, diese Führungsprofile
zu modifizieren, und zwar aus folgenden Gründen:
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- – Ein
Fehler der Klappenstruktur und einer anderen Tragflügelstruktur
infolge des Bogens, über den
sich der Schwenkpunkt hindurch bewegt und den der Pfad der Klappe
demgemäß einnimmt.
- – Die
Belastungen des Klappenmechanismus sind zu groß, um eine mögliche Ausbildung
zu erzeugen, weil der Schwenkpunkt des Schlittens zu weit von der
Wirkungslinie der aufgeprägten
aerodynamischen Belastung entfernt liegt. Die Ausbildung eines auf
einer Führung
basierenden Mechanismus, der diesen Belastungen standhalten kann,
würde aller
Wahrscheinlichkeit nach einen Mechanismus erfordern, der unannehmbar schwer
und groß wäre.
- – Der
Klappenmechanismus sollte zweckmäßigerweise
innerhalb des Flügelkastens
angebracht sein. Zahlreiche mögliche
Führungsprofilmechanismen
mit konstantem Radius, insbesondere bei dünnen Flügelabschnitten, können von
dem Flügelkasten
nicht aufgenommen werden.
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Derart
modifizierte Führungsprofile
haben Führungen
mit variablem Radius oder mit einer Mehrfachkrümmung. Oft besitzen sie ein
abgeflachtes S-förmiges
Profil. Bestehende Einschlitten-Führungssysteme sind nur brauchbar
entweder für
Führungsprofile
mit konstantem Radius oder lineare Führungsprofile, da die Gruppe
von Rollen sonst nicht in der Lage wäre, eine freie Drehbewegung
längs der Führung aufrecht
zu erhalten.
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Gegenwärtig werden,
wenn Führungen
mit konstantem Radius nicht geeignet sind, andere komplexe Mechanismen
benutzt. Ein derartiger Mechanismus benutzt eine Führung mit
einem ersten und einem zweiten geraden Abschnitt (Abschnitte mit
unendlich großem
Radius), die durch einen Führungsabschnitt
verbunden sind, der einen konstanten Radius besitzt. Erste und zweite
Schlitten sind miteinander verbunden und auf Gruppen von Rollen
montiert, wobei jede der Gruppe von Rollen eine Rolle besitzt, die
in Berührung
mit einer von zwei gegenüberliegenden
Rolloberflächen
der Führung
steht und jedes Rollenpaar ist durch einen Verbinder oder einen
Arm verbunden. Die Rollen sind auf der Führung derart angeordnet, dass
sie sich ständig
längs der
Führung frei
drehen können.
Der zweite Schlitten besitzt ein einziges Rollenpaar. Die Schlitten
sind schwenkbar mit der Klappe verbunden, und die Schwenkverbindung
des zweiten Schlittens liegt weiter hinten als jene des ersten Schlittens.
Die Schlitten bewegen sich beide längs des ersten Abschnittes
mit unendlich großem
Radius. Am Ende des ersten Abschnitts der Führung mit unendlichem Radius
hält der
erste Schlitten an, während
der zweite Schlitten sich frei längs
des Führungsabschnitts
mit konstantem Radius und längs
des zweiten Abschnitts der Führung
mit unendlichem Radius bewegt. Demgemäß ist am Ende des ersten Abschnitts
der Führung
mit unendlichem Radius die Schwenkverbindung des ersten Schlittens
an der Stelle fixiert und wirkt als Schwenkpunkt für die Klappe,
wenn die Klappe durch den zweiten Schlitten bewegt wird, der sich
längs des
Abschnitts mit konstantem Radius und längs des zweiten Abschnitts
mit unendlich großem
Radius bewegt. Dem Leser wird klar, dass der oben beschriebene Mechanismus
sehr viel komplexer ist als ein Einzelschlitten-Mechanismus. Es ist auch nicht immer
möglich,
brauchbare Mechanismen zu konstruieren, die, wie oben erwähnt, die
erforderliche Klappen-Ausfahrbewegung durchführen können.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfacheren Klappen-Ausfahrmechanismus
zu schaffen, der zur Benutzung mit einer Führung mit einem Profil mit
veränderbarem
Radius geeignet ist (mit Mehrfachkrümmung).
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Flugzeug-Klappensystem vorgesehen,
bei welchem die Klappe zwischen einer ersten eingefahrenen Stallung
oder einer „Reise"-Stellung und einer
zweiten ausgefahrenen Stellung ausfahrbar ist und die Ausfahrbewegung
eine translatorische Bewegung der Klappe umfasst, zu welchem Zweck
die Klappe auf einem Schlitten montiert ist, mit dem sie längs einer
Führungsbahn
abrollen kann, wobei die Führungsbahn
gegenüberliegende
Rolloberflächen
besitzt und der Schlitten längs
der Führungsbahn
auf wenigstens zwei Rollenpaaren beweglich ist und jedes Rollenpaar
jeweils eine auf den gegenüberliegenden
Rolloberflächen
ablaufende Rolle besitzt und die Rollen eines jeden Paares durch
Verbindungsmittel derart verbunden sind, dass die Rollen eines jeden
Rollenpaares im Betrieb in einem festen Abstand zueinander verbleiben,
wobei die Verbindungsmittel schwenkbar am Schlitten derart angelenkt
sind, dass dann, wenn die Führungsbahn
Mehrfachkrümmungen
aufweist, die Verbindungsmittel eine Verschwenkung gegenüber dem Schlitten
bewirken, wodurch beide Rollen eines jeden Rollenpaares ständig in
Rollberührung
mit ihren jeweiligen Führungsbahn-Rolloberflächen gehalten werden.
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Die
Verbindungsmittel weisen vorzugsweise Mittel auf, um wenigstens
eine Rolle in dem wenigstens einen Paar um eine Gelenkachse zu lagern,
die im Abstand von der Rollachse der Rolle liegt, so dass eine Linie,
die die Rollachse des Rollenpaares verbindet, durch beide Berührungspunkte
der Rollen mit der Führung
hindurchgeht.
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Die
Gelenkachse liegt vorzugsweise im gleichen Abstand zwischen den
Rollachsen der Rollen in diesem Paar, und die Schwenkverbindung
der Rollengruppe mit dem Schlitten ermöglicht es, dass die Rollen
sich frei längs
der Führungsbahn
mit unterschiedlichen Profilen drehen, einschließlich solchen Führungsbahnen,
die Profile mit veränderbarem
Radius haben, einschließlich
S-förmig
gestalteten Profilen, wobei die Rollberührung mit der Oberfläche der Führungsbahn
aufrecht erhalten bleibt. Dies gewährleistet die richtige Lage
und Orientierung des Schlittens und deshalb auch der Klappe.
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Es
ist weiter zweckmäßig, dass
wenigstens eines der Rollenpaare Einstellmittel aufweist, um den Abstand
zwischen den Rollen einstellen zu können. Die Einstellmittel tragen
zu einer minimalen Abnutzung bei und ermöglichen es, den Schlitten einzustellen,
wobei alle ursprünglichen
Toleranzen im System berücksichtigt
werden können.
Die Einstellmittel können
an allen Rollenpaaren vorgesehen werden. Die Einstellmittel bestehen
zweckmäßigerweise
aus einem nockenartigen Einstellglied.
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Ein
abgewandeltes Ausführungsbeispiel kann
Rollenversetzmittel aufweisen, die Mittel enthalten, um die beiden
Rollen in einem jeweiligen Paar in einem Abstand zu trennen, der
von dem Ausmaß der Krümmungsänderung
der Führungsbahn
abhängt, auf
der das Rollenpaar abläuft.
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So
kann das Rollenpaar einen Sensor oder eine Führung in Kontakt mit der Führungsbahn
unmittelbar benachbart zu den Rädern
in jenem Paar aufweisen, wodurch Krümmungsänderungen in der Führungsbahn
festgestellt werden, wenn sich der Schlitten entlang bewegt, und
durch eine mechanische oder andere, z.B. elektrische Verbindung,
wird die abhängige
Trennungsbewegung der Rollenpaare verursacht.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft dieser einen
Flugzeugtragflügel mit
einem Flugzeug-Klappensystem gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft dieser ein Flugzeug
mit einem Tragflügel
gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Nachstehend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
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1 ist eine schematische
Darstellung einer Klappe und der erfindungsgemäßen Ausfahranordnung oder gemäß dem erfindungsgemäßen Mechanismus,
wobei die geometrischen Beziehungen zwischen dem Tragflügel der
Klappe und dem Kalppen-Ausfahrmechanismus dargestellt sind;
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2a ist eine schematische
Darstellung der Klappe und des Ausfahrmechanismus gemäß 1 in eingefahrener Stellung
;
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2b ist eine schematische
Darstellung der Klappe und des Ausfahrmechanismus gemäß 1 in einer ausgefahrenen
Startstellung;
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2c ist eine schematische
Darstellung der Klappe und des Ausfahrmechanismus gemäß 1 in einer ausgefahrenen
Landestellung;
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3 ist ein Teilschnitt durch
einen Schlitten gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist ein Schnitt nach der
Linie A–A
gemäß 3 im größeren Maßstab.
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Zunächst wird
auf 1 Bezug genommen. Hier
ist eine Klappe 10 dargestellt, die aus dem Tragflügel 20 durch
einen Klappen-Ausfahrmechanismus 30 ausgefahren ist. Dieser
Mechanismus weist eine doppelseitige Führungsbahn 40 und
einen Schlitten 50 auf, der durch ein Antriebssystem 60 bewegt
wird. Das genaue Ausfahren der Klappe wird durch verschiedene geometrische
Beziehungen bestimmt, die festgelegt wurden, um der Klappe 10 das
richtige aerodynamische Verhalten und die richtigen aerodynamischen
Charakteristiken zu verleihen. Die relevanten geometrischen Beziehungen
sind ein Überlappungsabstand
von Tragflügel 20 und
Klappe 10 in Längsrichtung
des Flugzeugs gemessen und die als lap 70 bezeichnet werden
sowie ein Spalt zwischen der Hinterkante des Tragflügels 65 und
dem am Nächhsten
liegenden Punkt der Klappe 10, und dies wird als gap 80
bezeichnet sowie einem Winkel α zwischen
der horizontalen Bezugslinie 100 und einer Sehnenlinie 110 der
Klappe 10. Die Hauptursache der Belastung des Schlittens 50 ist
die aerodynamische Belastung 120, die auf die Klappe 10 wirkt.
Um die Belastung auf den Schlitten 50 zu vermindern, sollte
eine Schwenkverbindung 130 des Schlittens so dicht als
möglich
an der Wirkungslinie der anliegenden aerodynamischen Belastung 120 liegen.
Die Schwenkverbindung 130 sollte zu keinem Zeitpunkt außerhalb
der Wirkungslinie der anliegenden aerodynamischen Belastung 120 liegen.
Wenn die Schwenkverbindung 130 außerhalb der aerodynamischen
Belastung 120 liegt, dann würde jedes Moment, das durch
die aerodynamische Belastung 120 verursacht wird, dazu
tendieren, die Klappe 10 weiter auszufahren.
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Die 2a, 2b und 2c zeigen
typische Klappen-Ausfahrstellungen für ein Dreistellungssystem. 2a zeigt die eingefahrene
Stellung, 2b zeigt die
Startstellung und 2c zeigt
eine Landestellung. In allen drei Figuren sind die Stellungen der Klapppe 10 des
Schlittens 50 und der Schwenkverbindung 130 sowie
die Richtung der aerodynamischen Belastung 120 dargestellt.
Die 2b und 2c zeigen auch den Spalt
zwischen der Hinterkante 65 des Tragflügels und dem am Nächsten liegenden Punkt
der Klappe 10.
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3 zeigt eine Konstruktion
des Schlittens 50 gemäß der vorliegenden
Erfindung auf einer Führungsbahn 40.
Der Schlitten besteht aus einem Schlittenrahmen 55 und
einer Schwenkklappenverbindung 160 und Rollen 170.
Die Rollen 170 sind auf gegenüberliegenden Oberflächen 200, 210 der
Führungsbahn 40 angeordnet
und durch einen Arm 180 verbunden. Eine Schwenkachse 190 eines
Rollenpaares an einer Schwenkverbindung zwischen Schlitten 50 und
Arm 180 ermöglicht
eine Schwenkung des Schlittens 50, wenn sich die Rollen über eine
Führungsbahn
mit veränderbarem
Radius bewegen, so dass die Rollen 170 in der Lage sind,
sich ständig
frei zu drehen.
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4 zeigt einen Querschnitt
des Schlittens 50 und der Führungsbahn 40 sowie
einer Gruppe von Rollen 170 mit ihren Achsen 200.
Die Rollenschwenkverbindung 190 verbindet schwenkbar den Schlitten 50 mit
dem Arm 180 und ermöglicht
eine freie Drehung der Rollen, wenn sich der Schlitten 50 längs einer
Führungsbahn
mit variablem Radius bewegt.