DE69002053T2

DE69002053T2 - Verlängerung des Triebwerkträgers eines Flugzeugflügels zur Verminderung des aerodynamischen Verlustes.

Info

Publication number: DE69002053T2
Application number: DE90313338T
Authority: DE
Inventors: Kevin Christopher Hackett; Martin Russel Schofield
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2010-12-08
Also published as: US5102069A; DE69002053D1; GB8928038D0; EP0432972A1; ES2042222T3; EP0432972B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Tragflügel-Pylonanordnungen für Luftfahrzeuge. Insbesondere bezieht sie sich auf Ansatzverkleidungen für Pylone, die negative aerodynamische Einflüsse auf den Tragflügel zu einem Minimum machen.
Sowohl zivile als auch militärische Luftfahrzeuge benötigen unter den Tragflügeln befestigte Pylone oder Außenträger zur Halterung von Triebwerken, Waffen und Treibstofftanks. Der Zweck des Pylons besteht nicht nur darin, unter den Tragflügeln angeordnete Bauteile zu haltern, sondern er enthält auch in seinem Inneren Versorgungs-, Betriebs- und Zubehörteile. Das Vorhandensein von unter den Tragflügeln angeordneten Pylonen kann einen ungünstigen aerodynamischen Einfluß in Form eines Verlustes an örtlichem Tragflügelauftrieb hervorrufen. Dieser ungünstige aerodynamische Einfluß kann durch eine sorgfältige Auslegung des Querschnittes des Pylons verringert werden. Dies führt jedoch sehr schnell zu einem dünnen Pylon mit einer komplizierten Form und entsprechend zu einer Verringerung des in seinem Inneren zur Verfügung stehenden Volumens für die Versorgungs-, Betriebs- und Zubehörteile.
Eine der idealen Pylon-Formen im Hinblick auf eine einfache Herstellbarkeit, ein geringes Gewicht und niedrige Kosten besteht in einem flache Seiten aufweisenden Pylon-Tragkonstruktionskasten mit konstanter Dicke mit einfachen vorderen und hinteren Verkleidungen. Die aerodynamischen Qualitäten eines derartigen Pylons sind jedoch schlecht. Es besteht daher ein Konflikt hinsichtlich der Forderungen, die für aerodynamische Eigenschaften richtig sind, und den Forderungen, die für den Herstellungsvorgang und die Kosten wichtig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Pylonkonfiguration mit einfacher Konstruktion zu schaffen, die einen nur sehr geringen oder keinen ungünstigen aerodynamischen Einfluß verglichen mit einem aerodynamisch optimalen Pylon aufweist.
Eine bekannte Pylon-Anordnung ist in dem US-Patent 4 867 394 (Patterson) beschrieben, bei dem Pylon derart geformt ist, daß der aerodynamische Widerstand und der Verlust an Tragflügel- Auftrieb innerhalb des Rumpf-Tragflügel-Pylon-Triebwerksverkleidungs-Kanals eines Luftfahrzeuges verringert wird, ohne daß ein zusätzlicher aerodynamischer Widerstand in anderen Bereichen des Pylons hervorgerufen wird. Bei dieser Anordnung ist die Profilsehnenlänge des Pylons größer als die örtliche Flügel tiefe des Tragflügels, an dem er befestigt ist. Die Querschnittsfläche des Pylons vergrößert sich jedoch fortschreitend in Längsrichtung von seiner Vorderkante zur örtlichen Hinterkante des Tragflügels und nimmt danach in Längsrichtung ausgehend von der örtlichen Hinterkante des Tragflügels zur Hinterkante des Pylons ab.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine an einem Tragflügel befestigte Pylonanordnung für ein Luftfahrzeug mit einem Tragflügel geschaffen, der eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine obere aerodynamische Oberfläche, eine untere aerodynamische Oberfläche und einen Pylon aufweist, der an der unteren aerodynamischen Oberfläche befestigt ist und von dieser herabhängt,
wobei der Pylon einen sich vor der Vorderkante des Tragflügels erstreckenden vorderen Abschnitt und einen hinteren, sich nach hinten im wesentlichen zur örtlichen Tragflügelhinterkante erstreckenden Abschnitt und einen mittleren, im wesentlichen parallelen Abschnitt mit maximaler Dicke über zumindestens einen Teil seiner Länge aufweist,
wobei der parallele Abschnitt in Vorwärtsrichtung in eine gleichförmig gekrümmte Vorderkante und in Rückwärtsrichtung in einen sich verjüngenden Heckabschnitt übergeht, um eine Hinterkante zu bilden,
und wobei die Pylonanordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Pylon weiterhin eine Pylon-Hinterkanten-Ansatzverkleidung benachbart zur unteren aerodynamischen Oberfläche des Tragflügels aufweist, wobei diese Ansatzverkleidung eine nach hinten gerichtete parallele Verlängerung der maximalen Dicke des Pylons ist und sich mit dieser Dicke nach hinten über die Hinterkante des Tragflügels hinaus erstreckt und dann in einem sich verjüngenden Hinterkanten-Heckabschnitt endet,
wobei die Anordnung derart ist, daß der Pylon ohne wesentliche Verluste an örtlichem aerodynamischem Auftrieb und bei einer im wesentlichen auf Null verringerten Widerstandserhöhung auf einer gewünschten maximalen Dicke gehalten werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden lediglich in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht einer typischen an einem Tragflügel befestigten Pylon-Installation zur Befestigung eines Vorschub-Triebwerks zeigt,
Fig. 2 schematisch eine Seitenansicht eines typischen an einem Tragflügel befestigten Pylons zeigt (Pylon B),
Fig. 3 ein Längshalbschnitt durch den Pylon entlang einer Linie 3-3 nach Fig. 2 ist,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines weiteren typischen an einem Tragflügel befestigten Pylons ist (Pylon A),
Fig. 5 ein Längshalbschnitt durch den Pylon entlang der Linie 5-5 nach Fig. 4 ist,
Fig. 6 und 7 graphisch die Drücke an der unteren Tragflügeloberfläche innenbords und außenbords des Pylons sowie die nachteiligen Auswirkungen des Pylons nach Fig. 4 gegenüber denen nach Fig. 2 zeigen,
Fig. 8 und 9 den Auftriebsverlust bzw. die Widerstandsvergrößerung zeigen, die sich bei dem Pylon nach Fig. 4 in einem typischen Hochgeschwindigkeits-Reiseflugzustand für ein Langstrecken-Zivilflugzeug ergeben,
Fig. 10 eine Seitenansicht einer typischen an einem Tragflügel befestigten Pyloninstallation, die die Pylon-Ansatzverkleidung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist,
Fig. 11 einen typischen längsverlaufenden Querschnitt durch die Pylonanordnung entlang der Linie 11-11 nach Fig. 10 zeigt,
Fig. 12 und 13 graphisch die vorteilhaften Auswirkungen auf den Auftrieb bzw. den aerodynamischen Widerstand als Folge der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 14 eine Seitenansicht eines hinteren Abschnittes eines typischen Pylons, der die Pylon-Ansatzverkleidung der vorliegenden Erfindung aufweist,
Fig. 15 eine Draufsicht auf den Luftfahrzeug-Tragflügel mit dem daran befestigten Pylon bei Betrachtung in Richtung des Pfeils 15 nach Fig. 14 ist,
Fig. 16 bis 21 typische Querschnitte an ausgewählten Bezugspositionen entlang der Pylonanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wie diese mit entsprechenden Schnittlinien in Fig. 14 angedeutet sind.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine typische Triebwerksinstallation für ein Luftfahrzeug, bei der das Triebwerk 1 an einer Pylon-Konstruktion 2 befestigt ist, die von einem Tragflügel 3 herabhängt. Unter den Tragflügeln befestigte Pylone können in gleicher Weise beispielsweise zur Halterung von Waffen und Treibstofftanks verwendet werden.
Weil das Vorhandensein von unter den Tragflügeln angeordneten Pylonen negative aerodynamische Einflüsse in Form eines Verlustes an örtlichem Tragflügelauftrieb hervorrufen kann, muß große Sorgfalt auf die Konstruktion gerichtet werden, um diese negativen aerodynamischen Einflüsse zu verringern. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, führt dies in Richtung auf einen dünnen Pylon, der jedoch hinsichtlich des Innenraums für die Unterbringung von Versorgungs-, Betriebs- und Zubehörteilen unzureichend ist. Im folgenden wird auf die Fig. 2 bis 9 Bezug genommen.
Die Fig. 2 bis 5 zeigen zwei typische Pylon-Formen für unter den Tragflügeln befestigte Triebwerke. Die Form nach den Fig. 2 und 3 (Pylon B) ist für minimale negative aerodynamische Einflüsse ausgelegt. Die Merkmale dieser Konstruktion sind eine geringe maximale Dicke 4, die als Halbebenendicke gezeigt ist, Beginn des Hecküberganges 5 weit vor der örtlichen Tragflügel-Vorderkante sowie ein kleiner Pylon-Hinterkantenwinkel 6. Diese geringe Dicke bedeutet jedoch, daß der Pylon nicht in der Lage ist, die strukturellen Konstruktionsforderungen hinsichtlich der Schaffung einer Steifigkeit sowie eines Raumes für interne Zubehörteile erfüllt.
Die Pylonanordnung nach den Fig. 4 und 5 (Pylon A) ist so ausgelegt, daß sie die strukturellen Forderungen erfüllt, doch führt dies zu einer Vergrößerung der maximalen Dicke 7, die in Fig. 5 als Halbebenendicke dargestellt ist, zu einem weiter hinten liegenden Beginn des Hecküberganges 5 und zu einem großen Pylon-Hinterkantenwinkel 9. Diese Merkmale führen jedoch zu nachteiligen aerodynamischen Einflüssen in Form eines örtlichen Verlustes an Tragflügelauftrieb.
Der Verlust an Tragflügelauftrieb wird durch die Geschwindigkeitsvergrößerung aufgrund der Vergrößerung der maximalen Dicke des Pylons und der hintenliegenden Position des Hecküberganges 5 hervorgerufen, wodurch in nachteiliger Weise die Drücke an der unteren Oberfläche des Tragflügels beeinflußt werden. Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 ist eine graphische Darstellung der Drücke an der unteren Oberfläche der Tragflügels an den Innenbord- und Außenbord-Seiten des Pylons zu erkennen, und diese Darstellungen zeigen deutlich das nachteilige Betriebsverhalten des Pylons A gegenüber dem Pylon B. Die Fig. 8 und 9 zeigen den Auftriebsverlust bzw. die Widerstandsvergrößerung, die sich durch den Pylon A in einem typischen Hochgeschwindigkeitsreiseflugzustand für ein Langstrecken-Zivilluftfahrzeug ergeben. Bei diesem Beispiel liegt die Verschlechterung in der Größenordnung von 1,25% eines Verlustes an Hochgeschwindigsbeiwert CL und 1% Verschlechterung des Reiseflugwiderstandes.
Gemäß der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 kann die Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeiten aufgrund der Pylon-Dicke 7 und der hintenliegenden Position des Hecküberganges 5 dadurch verringert werden, daß eine Pylon-Hinterkanten-Ansatzverkleidung 10 hinzugefügt wird. Das Ausmaß der Geschwindigkeitsvergrößerung wird dadurch gesteuert, daß die maximale Breite 7 des Pylons so weit wie möglich über die Hinterkante 11 des Tragflügels 3 aufrechterhalten wird. Der Heckabschnitt der Verkleidung wird danach in einem sich verjüngenden Heckabschnitt 8 geschlossen, um eine Hinterkante zu bilden.
Die Auswirkung auf Auftrieb und Widerstand als Folge der Hinzufügung der Verkleidung 10 zum Pylon A ist in den Fig. 12 und 13 gezeigt, die beide zur Erleichterung des Vergleichs die Auftriebs- und Widerstandszustände vor bzw. als Folge der vorliegenden Erfindung zeigen. Bei diesem Beispiel ist der zusätzliche Auftriebsverlust und die Vergrößerung des Widerstandes im wesentlichen auf Null verringert, so daß sich der gleiche aerodynamische Standard wie beim Pylon B ergibt. Daher besteht der Nutzen der vorliegenden Erfindung darin, daß ein Pylon geschaffen wird, der so ausgelegt ist, daß er die strukturellen und Produktionsforderungen erfüllt, ohne daß sich eine zusätzliche aerodynamische Verschlechterung ergibt.
Die Fig. 14 bis 21 zeigen ausführlicher die Hinterkanten-Ansatzverkleidung 10, wobei die Fig. 16 bis 21 insbesondere den Querschnittsverlauf der Verkleidung gegenüber dem grundlegenden Pylon zeigen. Obwohl dies hier nicht gezeigt ist, kann die Verkeldiung 10 als ein einstückiger Teil des Pylons oder als ein angeschraubter Zusatz ausgebildet werden. Bei der letzteren Konfiguration ist die theoretische untenliegende Erstreckung des grundlegenden Pylons bei 12 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt. Wie dies in Fig. 15 gezeigt ist, kann der Pylon zwar symmetrisch um eine sich in Längsrichtung erstreckende Pylon-Mittellinie 13 liegen; bei bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Ansatzverkleidung 10 in der Draufsicht jedoch so geformt, daß sie entlang und um eine Bezugs-Mittellinie 14 herum liegt, die zweckmäßig ist, um die Hinterkanten- Klappen, Querruder, Hinterkantenstruktur usw. zu berücksichtigen.

Claims

1. An einem Tragflügel befestigte Pylonanordnung für ein Luftfahrzeug, das einen Tragflügel (3) mit einer Vorderkante, einer Hinterkante, einer oberen aerodynamischen Oberfläche, einer unteren aerodynamischen Oberfläche und einen Pylon (2) einschließt, der an der unteren aerodynamischen Oberfläche befestigt ist und von dieser nach unten herabhängt,

wobei der Pylon (2) einen vorderen, sich vorwärts von der Tragflügelvorderkante erstreckenden Abschnitt und einen hinteren, sich rückwärts bis im wesentlichen zu der örtlichen Tragflügelhinterkante (11) erstreckenden Abschnitt sowie einen mittleren, im wesentlichen parallelen Abschnitt mit maximaler Dicke (7) über zumindestens einen Teil seiner Länge aufweist,

wobei der parallele Abschnitt in Vorwärtsrichtung in eine gleichförmig gekrümmte Vorderkante und in Rückwärtsrichtung in einen sich verjüngenden Heckabschnitt übergeht, um eine Hinterkante zu bilden,

dadurch gekennzeichnet, daß der Pylon (2) weiterhin eine Pylon-Hinterkanten-Ansatzverkleidung (10) benachbart zur unteren aerodynamischen Oberfläche des Tragflügels einschließt, wobei die Ansatzverkleidung eine hintere parallele Verlängerung der maximalen Dike (7) des Pylons ist und sich mit dieser Dicke von der Tragflügel-Hinterkante aus nach hinten erstreckt und dann in einem sich verjüngenden Hinterkanten-Heckabschnitt (8) endet,

wobei die Anordnung derart ist, daß der Pylon (2) ohne wesentliche Verluste an örtlichem aerodynamischem Auftrieb und bei einer im wesentlichen auf Null verringerten Widerstandserhöhung auf einer gewünschten maximalen Dicke (7) gehalten werden kann.

2. Pylonanordnung nach Anspruch 1, bei der sich die Hinterkante des sich verjüngenden Heckabschnittes des Pylons in einer nach unten und diagonal nach vorn gerichteten Richtung erstreckt und die Übergangslinie (5) zwischen dem parallelen Abschnitt und dem sich verjüngenden Heckabschnitt des Pylons im wesentlichen parallel zur Hinterkante verläuft.

3. Pylonanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Linie der Hinterkante (12) des sich verjüngenden Heckabschnittes des Pylons von einem Punkt aus erzeugt ist, der im wesentlichen mit der örtlichen Hinterkante (11) des Tragflügels 3 zusammenfällt.

4. Pylonanordnung nach Anspruch 1, bei der der Pylon eine einstückig ausgebildete Hinterkanten-Ansatzverkleidung (10) einschließt.

5. Pylonanordnung nach Anspruch 1, bei der die Hinterkanten- Ansatzverkleidung (10) einen angeschraubten Zusatz zu dem sich verjüngenden Heckabschnitt ist und sich nach vorne erstreckt, um im wesentlichen einen kontinuierliche Oberfläche mit dem parallelen Abschnitt des Pylons zu schaffen.