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Die
Erfindung betrifft allgemein Luftfahrzeug-Tragflächenstrukturen und insbesondere
eine einziehbare Tragflügelanordnung
mit flexiblen Segeln, die wahlweise ausgestreckt werden können, um
einem Luftfahrzeug zu ermöglichen,
bei niedrigeren Geschwindigkeiten gegenüber der umgebenden Luft abzuheben
und zu laden.
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Kurzstart
und Kurzlandung, die als STOL (Short Take Off and Landing) abgekürzt werden,
betrifft die Fähigkeit
eines Luftfahrzeuges, ein Hindernis von 15 m (50 Fuß) innerhalb
von 450 m (1500 Fuß) nach
Beginn des Abhebens zu überwinden
oder beim Landen innerhalb von 450 m (1500 Fuß) nach dem Passieren über ein
Hindernis mit 15 m (50 Fuß)
zu stoppen. Es ist unter gewissen Umständen bei einem Starrflügel-Luftfahrzeug
wünschenswert,
in der Lage zu sein, einen STOL-Betrieb bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten
gegenüber
der umgebenden Luft durchzuführen,
beispielsweise bei einer angezeigten Geschwindigkeit gegenüber der
umgebenden Luft von 37 bis 55 km/h (20 bis 30 Knoten). Dies erfordert entweder
ein hohes Verhältnis
der Leistung zum Gewicht des Luftfahrzeuges oder ein hohes Verhältnis der
Tragflächenfläche zum
Gewicht des Luftfahrzeuges. Vorflügel und Klappen sind die primären Einrichtungen
zum Erhöhen
der Tragflächenfläche eines herkömmlichen
Luftfahrzeuges. Typischerweise ändern
die Vorflügel
und die Klappen die Krümmung
der Tragfläche,
ebenso wie sie die effektive Auftriebsfläche der Tragfläche erhöhen. Eine
erhöhte
Tragflächenfläche und Änderungen
in der Krümmung
führen im
Allgemeinen zu einer höheren
Auftriebskraft der Tragfläche,
was dadurch die Strömungsabrissgeschwindigkeit
reduziert.
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Die
Vorteile eines Fluges mit reduzierter Strömungsabrissgeschwindigkeit
umfassen ein kurzes Anrollen beim Abheben und ein kurzes Ausrollen beim
Landen. Zusätzlich
kann ein Flug mit einer reduzierten Strömungsabrissgeschwindigkeit
ungewollte Strömungsabrisse
vermeiden und hohe Steigwinkel ermöglichen, was bei lärmsensitiven
Flughäfen
oder bei Flughäfen,
bei denen Hindernisse den Gleitweg beeinträchtigen, nützlich sein kann. Ein Landen
mit niedrigeren Geschwindigkeiten reduziert auch den Verschleiß und die
Abnutzung der Bremsen, der Fahrwerksanordnungen, der Tragflächenstreben
und der Reifen.
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Es
gibt einige signifikante Beschränkungen bei
der Verwendung von Vorflügeln
und Klappen. Die Vorflügel
und die Klappen sollten während
eines Reisefluges eingefahren sein, um den Luftwiderstand zu reduzieren.
Die Vorflügel
und die Klappen sind komplexe Flugsteuerungseinrichtungen, die das
Gewicht eines Luftfahrzeuges wesentlich erhöhen können. Typischerweise werden
die Herstell- und Betriebskosten eines Luftfahrzeuges, das Vorflügel und
Klappen verwendet, durch die Komplexität der Entwicklung, der Herstellung
und der Wartung der Vorflügelanordnungen
und/oder Klappenanordnungen erhöht. Auch
der Nachrüsteinbau
bei einem Luftfahrzeug, das ursprünglich nicht mit Vorflügeln und
Klappen ausgestattet war, bringt größere strukturelle Änderungen
mit sich.
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Ein
anderes Verfahren, das verwendet wird, um einem Luftfahrzeug das
Abheben und das Landen bei reduzierten Strömungsabrissgeschwindigkeiten
zu ermöglichen,
ist die Entwicklung von auftriebsoptimierten Tragflächenkonstruktionen.
Das Erhöhen
der Krümmung
des Tragflügelprofils
einer Tragfläche
kann zu einem erhöhten
Auftrieb und zu verringerten Strömungsabrissgeschwindigkeiten
führen. Wird
jedoch eine zu hohe Krümmung
verwendet, werden die Einbußen
durch den Luftwiderstand für ein
mit der Reisegeschwindigkeit fliegendes Luftfahrzeug übermäßig. Die
gleichen Flugcharakteristika der Tragfläche sind in allen Flugphasen
vorhanden. Folglich sind herkömmliche
Tragflügelkonstruktionen für alle Phasen
eines Fluges (Abheben, Reiseflug und Landen) optimiert und müssen notwendigerweise
zu einem Kompromiss von verschiedenen Konstruktionsfaktoren führen, die
eine angemessene Leistung in allen Flugzuständen bereitstellen. Herkömmliche
Verfahren (Einbau von Vorflügeln/Klappen
und Ändern
des Tragflügels)
waren beim Reduzieren der Strömungsabrissgeschwindigkeit
nur geringfügig
erfolgreich.
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Anstatt
den Tragflächenoberflächenbereich zu
erhöhen,
erhöhen
Luftfahrzeughersteller manchmal die einem Luftfahrzeug zur Verfügung stehende Leistung,
um das Anrollen beim Abheben zu verkürzen. Jedoch gibt es einige
Beschränkungen
bei der Verwendung leistungsfähiger
Motoren. Erstens kann ein verbesserter Motor unverhältnismäßig teuer
sein. Eine Installation kann wegen Beschränkungen der Rahmenanordnung
nicht möglich
sein, die Wartung kann teuerer sein, der Gewichtsfaktor und der
Gleichgewichtsfaktor können
betroffen sein und der Kraftstoffverbrauch kann drastisch erhöht werden.
Außerdem
könnte
der erhöhte,
von einem leistungsfähigeren
Motor verursachte Lärm
bei einem lärmsensitiven Flughafen
nicht toleriert werden.
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Folglich
gibt es ein anhaltendes Interesse daran, eine Hilfstragflächenstruktur
bereitzustellen, die wahlweise ausgefahren werden kann, um ein Starrflügel-Luftfahrzeug
in die Lage zu versetzen, während
des Abhebens und des Landeanfluges ohne Strömungsabriss bei niedrigeren
Geschwindigkeiten zu fliegen, und die während anderer Flugphasen eingezogen
werden kann. Dies würde
ermöglichen,
dass die Tragflächen
des Luftfahrzeuges für
einen Reiseflug bei hoher Geschwindigkeit optimiert sind, wobei
die Hilfstragflächenstruktur
nur während des
Abhebens und des Landens ausge fahren wird und während des Reisefluges bei hoher
Geschwindigkeit eingezogen wird.
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Die
DE-B-12 72 133 offenbart eine einziehbare Tragflügelanordnung gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 zum wahlweisen Erhöhen
des Auftriebsoberflächenbereichs
eines Luftfahrzeuges des Typs, der eine starre Tragflächenstruktur
umfasst. Jede Tragfläche
ist mit einer Anordnung versehen, die eine Rolle umfasst, von der
ein Materialgewebe abgerollt werden kann, um den Tragflächenoberflächenbereich
zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine einziehbare Tragflügelanordnung
zum Erhöhen
des Tragflächenoberflächenbereichs
eines Luftfahrzeuges ein Paar flexibler Segel, die mit einem drehbaren
Baum gekoppelt sind. Zusätzlich
umfasst die einziehbare Tragflügelanordnung
eine Einrichtung zum Aufrollen und Abrollen der flexiblen Segel
auf dem drehbaren Baum. Die flexiblen Segel werden während des
Ausfahrens und des Einholens in Bahnen geführt, die sich entlang einer
Vorderkante oder einer Hinterkante der Haupttragfläche erstrecken.
Die einziehbare Tragflügelanordnung
umfasst auch ein Führungsseil zum
seitlichen Ausstrecken und Einziehen der Segel, während die
Segel abgerollt (ausgestreckt) bzw. aufgerollt (eingezogen) werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die einziehbare Tragflügelanordnung
mit der Vorderkantenstruktur der Haupttragflächen eines Luftfahrzeuges gekoppelt.
Diese Anordnung umfasst ein Paar flexibler Segel, einen Aufrollbaum
zum Abwickeln (Ausstrecken) und Aufwickeln (Einziehen) der flexiblen
Segel und ein Paar von Bahnen zum Führen der flexiblen Segel entlang einer
Vorderkantenstruktur der Tragflächen
während des
Ausstreckens und des Einziehens. Die einziehbare Tragflügelanordnung
umfasst auch ein Antriebsseil, das an den flexiblen Segeln zum Ausstrecken und
Einziehen der Segel entlang den Bahnen der Vorderkante und zum Aufrechterhalten
der Spannung in den Segeln, während
sie ausgefahren sind, angebracht ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst die einziehbare Segelanordnung Bahnen an der
Hinterkante zum Führen
der flexiblen Segel entlang einer Hinterkantenstruktur der Tragflächen. Die
flexiblen Segel werden durch die Drehung des Aufrollbaums im Uhrzeigersinn
bzw. gegen den Uhrzeigersinn ausgestreckt (abgerollt) und eingezogen
(aufgerollt). Ein Führungsseil
hält die
Spannung in den Segeln aufrecht, während die Segel ausgefahren
und eingeholt werden.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Aufrollbaum
eine Trommel, die zum Drehen an einem feststehenden Stützrohr angebracht
ist, das starr an dem Luftfahrzeug angebracht ist. Ein Paar flexibler
Segel ist an der drehbaren Trommel angebracht und wird von der Trommel
abgerollt (ausgestreckt) oder um die Trommel aufgerollt (eingezogen),
während
die Trommel im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um das feststehende
Stützrohr
gedreht wird.
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Die
Konstruktion und die Funktionsweise der Erfindung wird aus der folgenden
detaillierten Beschreibung verständlich,
die zusammen mit den anhängenden
Ansprüchen
und den anhängenden Zeichnungsfiguren
zu betrachten ist, wobei:
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1 eine
perspektivische Frontansicht einer einziehbaren Tragflügelanordnung
in einer aufgerollten (vollständig
eingezogenen) Konfiguration bei einem Hochdecker-Luftfahrzeug ist;
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2 eine
perspektivische Frontansicht der einziehbaren Tragflügelanordnung
von 1 in einer abgerollten (vollständig ausgefahrenen) Konfiguration
ist;
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3 eine
Draufsicht auf die einziehbare Tragflügelanordnung ist;
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4 eine
perspektivische Rückansicht
einer Bahnanordnung zum Führen
eines flexiblen Segels entlang der Hinterkantenstruktur einer Luftfahrzeugtragfläche ist;
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5 eine
Draufsicht auf die einziehbare Tragflügelanordnung in einer teilweise
abgerollten Konfiguration ist;
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6 eine
perspektivische Frontansicht der einziehbaren Tragflügelanordnung
in einer entlang der Hinterkantenstruktur einer Luftfahrzeugtragfläche teilweise
ausgestreckten Konfiguration ist;
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7 eine
vereinfachte Ansicht von unten der einziehbaren Tragflügelanordnung
in einer vollständig
abgerollten Konfiguration ist, die mit der Vorderkantenstruktur
eines Niederdecker-Luftfahrzeuges gekoppelt ist;
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8 eine
perspektivische Ansicht, die teilweise weggeschnitten ist, eines
Aufrollbaumes, der ein feststehendes Stützrohr umfasst, einer drehbaren Trommel
und eines Paars flexibler Segel ist;
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9 eine
perspektivische Frontansicht des Niederdecker-Luftfahrzeuges und
der einziehbaren Tragflügelanordnung
von 7 ist, die die vollständig ausgefahrene, abgerollte
Konfiguration darstellt;
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10 eine
Draufsicht auf das Niederdecker-Luftfahrzeug und die einziehbare
Tragflügelanordnung
von 9 in einer vollständig abgerollten Konfiguration
ist, wobei der Abrollbaum unter dem Hauptrumpf angebracht ist;
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11 eine
Frontaufrissansicht des Niederdecker-Luftfahrzeuges und der einziehbaren
Tragflügelanordnung
von 9 ist; und
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12 eine
vereinfachte Ansicht von unten einer einziehbaren Tragflügelanordnung
in einer vollständig
ausgefahrenen, abgerollten Konfiguration ist, die an dem Luftfahrzeug
angebracht ist und zwei Aufrollbäume
und Doppelsegel bei einer Vorderkantenausführungsform für aufgeteilte
Tragflächen
verwendet. 12 wird nur zu Veranschaulichungszwecken aufgenommen
und bildet keinen Teil der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
einem Luftfahrzeug unter Verwendung eines einziehbaren Tragflügels, der
wahlweise auf einer drehbaren Baumanordnung ausgestreckt und eingezogen
werden kann, ohne Strömungsabriss
bei reduzierten Geschwindigkeiten abzuheben und zu landen.
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1 ist
eine perspektivische Frontansicht einer einziehbaren Tragflügelanordnung 20 in
einer vollständig
eingezogenen, aufgerollten Konfiguration, die an einem Hochdecker-Luftfahrzeug 22 gemäß einer
Hinterkantenausführungsform
der vorliegenden Erfindung angebracht ist. Die einziehbare Tragflügelanordnung 20 umfasst
einen Stützbaum 24 und
ein flexibles Antriebsseil 26. Das Luftfahrzeug 22 umfasst
eine Tragfläche 28 mit
Querrundern 30 und 32 und einer aerodynamischen
Verkleidung 34. Das Luftfahrzeug 22 umfasst auch
ein Leitwerk 36.
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Ein
vorderer Endabschnitt des Stützbaumes 24 ist
an der Tragfläche 28 an
einem Haupttragflächenholm
knapp hinter einer Vorderkante 38 der Tragfläche 28 befestigt.
Ein hinterer Endabschnitt des Stützbaumes 24 ist
an der Basis des Leitwerks 36 angebracht. Der Stützbaum 24 umfasst
eine Aufrolltrommel 52 (3), die
um die Y-Achse (Längsachse)
im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn drehbar ist.
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Bei
der Hinterkantenausführungsform
von 1 und 2 ist das Antriebsseil 26 entlang
der Hinterkantenstruktur 40 der Tragfläche 28 installiert und überträgt die Antriebskraft,
die erforderlich ist, um die einziehbare Tragflügelanordnung 20 in
die abgerollte Gestalt auszustrecken. Das flexible Antriebsseil 26 umfasst
ein flexibles Seil, das in einer durchgehenden Schleife in der Mitte
und hinten über
die Spannweite der Tragfläche 28 verläuft. Das
flexible Seil kann durch eine Kette mit Antriebskettenrädern ersetzt
werden. Das flexible Antriebsseil 26 wird über eine
Reihe von Rollen nach hinten und über die Hinterkante 40 der
Tragfläche 28 geführt. Vorzugsweise ist
das flexible Antriebsseil 26 innerhalb der Tragflächenstruktur 28 angeordnet.
Jedoch kann das flexible Antriebsseil 26 auch entlang der
Oberseite oder entlang der Unterseite der Tragfläche 28 in Abhängigkeit
von der Anordnung der Tragfläche
bezüglich des
Rumpfes geführt
werden (beispielsweise kann bei einem Niederdecker-Luftfahrzeug das
flexible Antriebsseil 26 entlang der Unterseite der Tragfläche installiert
werden).
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Es
wird jetzt auf 2 Bezug genommen. Die einziehbare
Tragflügelanordnung 20 umfasst
ein linkes flexibles Segel 42 und ein rechtes flexibles
Segel 44. Das linke Segel 42 verläuft hinter
der linken Seite der Hinterkante 40 von der linken Tragflächenspitze 46 zum
Stützbaum 24 und
erstreckt sich diagonal nach hinten zur Basis des Leitwerks 36.
Das rechte Segel 44 ist spiegelbildlich bezüglich des
linken Segels 42 konstruiert und verläuft hinter der rechten Seite
der Hinterkante 40 von der rechten Tragflächenspitze 48 zum
Stützbaum 24 und
erstreckt sich auch diagonal nach hinten zur Basis des Leitwerks 36.
Das linke Segel 42 und das rechte Segel 44 sind entlang
der Länge
der Aufrolltrommel 52 angebracht, wie in 3 und 8 gezeigt
ist.
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Sowohl
das linke Segel 42 als auch das rechte Segel 44 sind
an entgegengesetzten Enden 26A, 26B des Antriebsseils 26 zum
Ausstrecken und Einziehen des linken Segels 42 und des
rechten Segels 44 entlang der Hinterkantenstruktur 40 angebracht. In
der abgerollten Konfiguration schaffen das linke Segel 42 und
das rechte Segel 44 symmetrische, dreieckige Tragflügelerweiterungen
der Tragfläche 28.
Das linke Segel 42 und das rechte Segel 44 können aus
einem beliebigen flexiblen Material mit einer hohen Festigkeit konstruiert
werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform
sind die Segel aus einem Stoffgewebe konstruiert, das mit Mylar-,
Kevlar- oder Nylon-Fasern verstärkt
ist.
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3 ist
eine Draufsicht auf die einziehbare Tragflügelanordnung 20. Der
Aufrollausleger 24 umfasst ein feststehendes Rohr 50,
das konzentrisch in einem äußeren Wi ckelrohr
oder einer Aufrolltrommel 52 angebracht ist. Zusätzlich umfasst
die einziehbare Tragflügelanordnung
eine von einer Feder vorgespannte Seiltrommel 54, einen
Antriebsmotor 56, ein Lager 58 und ein Lager 60.
Ein vorderer Abschnitt des feststehenden Rohres 50 ist
an einer Verbindung 62 an einem Haupttragflächenholm
der Trägfläche 28 angebracht.
Der hintere Abschnitt des feststehenden Rohres ist an der Verbindung 64 an
der Basis des Leitwerks 36 angebracht. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Aufrolltrommel 52 rohrförmig und
wird durch die Lager 58, 60 auf dem feststehenden
Rohr 50 zum Drehen abgestützt. Das statische Rohr 50 schafft
eine stabile Abstützung
für die
Aufrolltrommel und die Segel. Die Aufrolltrommel 52 ist
radial von dem feststehenden Rohr 50 beabstandet und ist
auf den Lagern 58, 60 um die Y-Achse im Uhrzeigersinn
und gegen den Uhrzeigersinn drehbar.
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Die
Aufrolltrommel 52 wird von dem Antriebsmotor 56,
der in einem vorderen Abschnitt des Stützbaumes 24 angeordnet
ist, drehbar angetrieben. Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch der
Antriebsmotor 56 von der Aufrolltrommel 52 abgesetzt
sein. Der Antriebsmotor 56 ist vorzugsweise ein umkehrbarer
elektrischer Gleichstrommotor, aber er kann durch andere Mittel,
beispielsweise einen hydraulischen Motor oder einen pneumatischen
Motor oder manuell von einer Handkurbel, angetrieben werden.
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Entgegengesetzte
Endabschnitte des Antriebsseils 26 sind an der von einer
Feder vorgespannten Seiltrommel 54 angebracht und um diese gewickelt.
Zusätzlich
zum Drehen der Aufrolltrommel 52 wickelt der Antriebsmotor 56 auch
das flexible Antriebsseil 26 von der mit einer Feder vorgespannten Seiltrommel 54 ab.
Die Endabschnitte 26A, 26B des Segelantriebseils
sind mit den Segeln an Verbindungen 66 bzw. 68 zwischen
dem Segel und dem Seil verbunden und halten die Spannung in dem
linken Segel 42 und dem rechten Segel 44 während des Einziehens
(Aufrollens) und des Ausstreckens (Abrollens) aufrecht. Das Antriebsseil 26 wird
um Rollen 70 und 72, die an der linken Tragfläche angeordnet sind,
und Rollen 74 und 76 geführt, die an der rechten Tragfläche angeordnet
sind. Die Anordnung und die Anzahl der verwendeten Rollen können sich
bei unterschiedlichen Tragflächentypen ändern. Das
flexible Antriebsseil 26 und die von einer Feder vorgespannte
Seiltrommel 54 halten die Spannung in dem linken Segel 42 und
dem rechten Segel 44 während des
Einholens und des Ausfahrens aufrecht. Die durch das Antriebsseil
aufgebrachte Spannung hält die
Segel in einer flachen Trägflügelgestalt,
wenn die Segel ausgefahren sind.
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4 stellt
eine Bahnanordnung 78 zum Führen der Segel entlang der
Hinterkante 40 der Haupttragfläche des Luftfahrzeuges dar.
Die Bahnanordnung 78 umfasst eine Hauptbahn 80,
eine Querruderbahn 82 und flexible Führungsbahnen 84. Die Hauptbahn 80 schafft
einen Kanal zum Führen
der Segel und des flexiblen Antriebseils 26 entlang der Hinterkantenstruktur 40,
außer
für den
Abschnitt des Querruders 30. Die Querruderbahn 82 ist
von der Hauptbahn 80 versetzt. Die Hauptbahn 80 und
die Querruderbahn 82 schaffen einen Führungskanal entlang der Hinterkante 40 durch
die Verwendung der flexiblen Führungsbahnen 84.
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Die
flexiblen Führungsbahnen 84 sind
sowohl an den Hauptbahnen 80 als auch an der Querruderbahn 82 angebracht.
Die flexiblen Führungsbahnen 84 sind
vorzugsweise aus einem flexiblen Material konstruiert, was eine
freie Bewegung des Querruders 30 nach oben und nach unten
ermöglicht, während immer
noch ein durchgehender Kanal für das
flexible Antriebsseil 26 bereitgestellt wird. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
sind die flexiblen Führungsbahnen 84 an
seitlich versetzten Stellen an jeder Seite des Überganges zwischen der Querruderbahn 82 und
der Hauptbahn 80 angebracht. Durch den Abstand der flexiblen
Führungsbahnen 84 von dem Übergang
zwischen der Querruderbahn 82 und der Hauptbahn 80 wird
die Änderung
des Winkels des Segelantriebs während
des Auslenkens des Querruders 30 reduziert.
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In 5 ist
die einziehbare Tragflügelanordnung 20 in
einer teilweise abgerollten Konfiguration gezeigt. 6 zeigt
die einziehbare Tragflügelanordnung 20 auch
in einer teilweise abgerollten Konfiguration. Wenn ein Pilot wünscht, die
Strömungsabrissgeschwindigkeit
des Luftfahrzeuges 22 (z. B. während des Abhebens oder des
Landeanfluges) zu reduzieren, werden die flexiblen Segel 42, 44 teilweise oder
vollständig
abgerollt, um den Auftriebsoberflächenbereich zu erhöhen, was
dadurch die Auftriebskraft für
das Luftfahrzeug 22 erhöht.
Das linke Segel 42 und das rechte Segel 44 werden
durch den Betätigungsmotor 56 ausgefahren,
der die Aufrolltrommel 52 und die von einer Feder vorgespannte
Seiltrommel 54 dreht. Die von einer Feder vorgespannte
Seiltrommel 54, die mit dem flexiblen Antriebsseil 26 gekoppelt
ist, hält
die Spannung in den flexiblen Segeln 42, 44 aufrecht.
Am Anfang der Abrollbewegung werden die Segel spiralartig um die
Aufrolltrommel 52 aufgerollt. Zusätzlich sind die Segel mit dem
flexiblen Antriebsseil 26 an seitlich beabstandeten Stellen
neben dem Stützbaum 24 entlang
der Hinterkante 40 an Verbindungen 66 und 68 zwischen
dem Segel und dem Seil verbunden.
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Wenn
die Aufrolltrommel 52 gedreht wird und das flexible Antriebsseil 26 außen entlang
der Hinterkante 40 geführt
wird, beginnen sich das linke Segel 42 und das rechte Segel 44 abzurollen
und seitlich zu erstrecken (5 und 6).
Wenn sich die Segel abzurollen beginnen, werden die Verbindungen 66 und 68 zwischen
dem Segel und dem Seil entlang der Hauptbahn 80 an der
Hinterkante 40 außen
geführt,
wie in 5 dargestellt ist. Die von einer Feder vorgespannte
Seiltrommel 54 zieht das flexible Antriebsseil 26 mittels
der Rollen 70–76,
was dem linken Segel 42 und dem rechten Segel 44 Spannungskräfte auferlegt.
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Falls
die vollständig
abgerollte (ausgefahrene) Konfiguration gewünscht wird, dreht der Motor 56 die
Abrolltrommel 52 weiter und zieht das flexible Antriebsseil 26 um
die von einer Feder vorgespannte Seiltrommel 54 ein. Das
linke Segel 42 und das rechte Segel 44 erstrecken
sich entlang der Hinterkantenstruktur 40 seitlich nach
außen.
Wenn sich die Verbindungen 66 und 68 zwischen
dem Segel und dem Seil querab der Querruder 30 bzw. 32 befinden,
wird das flexible Antriebsseil 26 durch den Übergang
von den Hauptbahnen 80 zu den Querruderbahnen 82 durch
die flexible Führungsbahn 84 geführt. Wenn die
Verbindungen 66 und 68 zwischen dem Segel und
dem Seil den äußeren Übergang
zwischen den Querruderbahnen 82 und den Hauptbahnen 80 passieren,
führen
die flexiblen Führungsbahnen 84 wieder
das flexible Antriebsseil 26.
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2 stellt
die flexible Tragflügelanordnung 20 in
der vollständig
ausgestreckten (abgerollten) Gestalt dar. Wenn sie vollständig ausgefahren
ist, befinden sich die Verbindungen 66 und 68 zwischen dem
Segel und dem Seil an den vollständig
ausgestreckten Außenpositionen
neben der linken Tragflächenspitze 46 bzw.
der rechten Tragflächenspitze 48.
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Wenn
die gewünschten
Erstreckungen des linken Segels 42 und des rechten Segels 44 erreicht sind,
wird der Antriebsmotor 56 gestoppt und die mit einer Feder
vorgespannte Seiltrommel 54 hält die Spannung in dem linken
Segel 42 und dem rechten Segel 44 aufrecht. Die
zum Steuern des Luftfahrzeuges 22 erforderliche Auslenkung
der Querruder wird wegen der neuen Bahnanordnung entlang der Hinterkante 40 nicht
durch das flexible Antriebsseil 26 behindert. Die von einer
Feder vorgespannte Seiltrommel 54 gibt nach und das flexible
Antriebsseil 26 biegt sich, was den Querrudern 32 und 34 ermöglicht, während des
Fluges ordnungsgemäß auszuschlagen.
Zusätzlich
führen
die flexiblen Führungsbahnen 84 das
flexible Antriebsseil 26, ohne dabei die Bewegung der Querruder 30 und 32 zu
behindern.
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Um
die Segel einzuholen (beispielsweise während eines Betriebes im Reiseflug),
wird der Betätigungsmotor 56 umgekehrt,
um die Aufrolltrommel 52 in der entgegengesetzten Richtung
zu drehen. Zusätzlich
gibt die von einer Feder vorgespannte Seiltrommel 54 nach,
um das Abwickeln des Antriebsseils 26 zu ermöglichen.
Während
sich die Aufrolltrommel 52 dreht, werden das linke Segel 42 und
das rechte Segel 44 spiralförmig um die Aufrolltrommel 52 aufgewickelt
(5). Zusätzlich
werden die Endabschnitte 26A, 26B des flexiblen
Antriebsseils nach innen in Richtung zu dem Baum durch die Kraft ausgefahren,
die durch die Drehung der Segel um die Aufrolltrommel 52 ausgeübt wird,
was dazu führt, dass
die Verbindungen 66 und 68 zwischen dem Segel
und dem Seil entlang den Hinterkantenbahnen nach innen geführt werden.
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Wie
zuvor beschrieben wurde, wird das flexible Antriebsseil 26 durch
die Übergänge zwischen den
Querruderbahnen 82 und den Hauptbahnen 80 durch
die flexiblen Führungsbahnen 84 geführt. Die flexiblen
Segel 42, 44 werden weiterhin um die Aufrolltrommel 52 aufgewickelt,
bis die Verbindungen 66 und 68 zwischen dem Segel
und dem Seil die Begrenzung des inneren Verfahrweges neben dem Stützbaum erreichen.
Wenn sich die einziehbare Tragflügelanordnung 20 in
der vollständig
aufgerollten Gestalt befindet, wird der Antriebsmotor 56 gestoppt
und die von einer Feder vorgespannte Aufrolltrommel 52 hält die Segel
in der vollständig
aufgewickelten (aufgerollten) Position (wie in 1 gezeigt ist).
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In
Abhängigkeit
von den speziellen vom Piloten gewünschten Flugeigenschaften kann
die flexible Tragflügelanordnung 20 teilweise
ausgefahren werden. Typischerweise wird die einziehbare Tragflügelanordnung 20 während des
Reisefluges vollständig aufgerollt,
um den Luftwiderstand zu reduzieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform
werden die an der Hinterkante eines Luftfahrzeuges angeordneten Klappen
deaktiviert. Zusätzlich
reduziert das Entfernen der Klappen jegliche Schwierigkeit beim
Installieren und Verwenden der Hauptführungsbahnen 80 entlang
der Hinterkante 40.
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Es
wird jetzt auf 7 Bezug genommen. Eine Vorderkantenausführungsform
umfasst eine einziehbare Segelanordnung 86, einen drehbaren Aufrollbaum 88,
ein Segelantriebsseil 90, ein linkes Segel 92 und
ein rechtes Segel 94. 9 ist eine perspektivische
Frontansicht der einziehbaren Tragflügelanordnung 86 in
einer abgerollten, vollständig ausgefahrenen
Konfiguration. Die einziehbare Tragflügelanordnung 86 ist
an der Unterseite des Hauptrumpfes eines Luftfahrzeuges 96 angebracht. Das
Luftfahrzeug 96 umfasst Entenflügel 98, die an dem
vorderen Bereich des Rumpfes 100 angebracht sind, und Hauptflügel 99,
die an dem hinteren Bereich des Rumpfes angebracht sind. Bei dieser
Ausführungsform
werden das linke Segel 92 und das rechte Segel 94 entlang
einer Vorderkante 101 der Flügel 99 statt entlang
der Hinterkante, wie in 1 gezeigt ist, ausgestreckt.
Das Segelantriebsseil 90 verläuft entlang Hauptbahnen (nicht
gezeigt) über
die Vorderkantenstruktur 101 der Haupttragflächen 99.
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10 und 11 zeigen
die einziehbare Tragflügelanordnung 86,
die an der Unterseite des Rumpfes 100 angebracht ist, in
der vollständig
ausgestreckten (ausgefahrenen) Gestalt. Die einziehbare Tragflügelanordnung 86 arbeitet
auf die gleiche Weise wie zuvor in Verbindung mit der Ausführungsform
von 2 beschrieben wurde.
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Gemäß einer
alternativen Anordnung für eine
aufgeteilte Tragfläche,
die in 12 gezeigt ist, die nur zu Veranschaulichungszwecken
gezeigt ist und die keinen Teil der Erfindung bildet, ist eine einziehbare
Tragflügelanordnung 102 an
einem Luftfahrzeug 104 unter Verwendung eines linken Aufrollbaumes 106 und
eines rechten Aufrollbaumes 108 angeordnet, die entlang
entgegengesetzten Seiten des Hauptrumpfes 100 angebracht
sind. Typischerweise wird die einziehbare Tragflügelanordnung 102 bei
Mitteldecker-Luftfahrzeugen verwendet, wo ein zentraler Aufrollbaum
nicht möglich
wäre. Der
linke Aufrollbaum 106 ist an der linken Seite des Rumpfes 110 zum
Drehen angebracht. Ein linkes Segel 112 wird hinter der
linken Seite einer Vorderkantenstruktur 114 einer Tragfläche 116 von
der linken Tragflächenspitze
zum linken Aufrollbaum 106 ausgestreckt und ausgefahren
und erstreckt sich diagonal zum hinteren Endabschnitt des linken
Aufrollbaumes 106.
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Das
rechte Segel 118 ist in spiegelbildlicher Beziehung zu
dem linken Segel 112 konstruiert und verläuft hinter
der rechten Seite der Hinterkantenstruktur 120 einer Tragfläche 122 von
der rechten Tragflächenspitze
zum rechten Aufrollbaum 108 und erstreckt sich auch diagonal
zum hinteren Endabschnitt des rechten Aufrollbaumes 108.
Das linke Segel 112 ist an dem linken Aufrollbaum 106 und
das rechte Segel 118 ist an dem rechten Aufrollbaum 108 fest
angebracht. Im Betrieb strecken Führungsseile und Seiltrommeln
unter Federspannung die flexiblen Segel 112, 118 entlang
Führungsbahnen
in ähnlicher Weise
gleichzeitig aus und ziehen diese gleichzeitig ein, wie in Verbindung
mit der Ausführungsform
von 5 mit dem zentralen Aufrollbaum beschrieben wurde.
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Die
einziehbare Tragflügelanordnung 20 der vorliegenden
Erfindung kann auf Basis einer Nachrüstung bei einem Starrflügel-Flugzeug,
beispielsweise der Cessna 172, installiert werden. Das
durch die typische Nachrüstinstallation
hinzugefügte
Gewicht beträgt
weniger als 45 kg (100 Pfund). Der Schwerpunkt der Hinterkantenausführungsform
von 1 wird nach hinten verschoben, aber die Verschiebung ist
nicht wesentlich, wenn die Segel eingezogen sind. Wenn die Segel 42, 44 ausgefahren
sind, bewegt sich der Schwerpunkt nach vorne, aber er befindet sich
deutlich innerhalb der Aussteuerfähigkeit des Heckstabilisators.
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Bei
der typischen Installation bei einem Starrflügel-Luftfahrzeug beträgt der kombinierte Tragflügeloberflächenbereich
der flexiblen Segel ungefähr
18 m2 (200 Quadratfuß).
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Bei
einem mit der Cessna 172 vergleichbaren Luftfahrzeug können die
flexiblen Segel bei einem Flug mit Geschwindigkeiten, die etwa 102
km/h (55 Knoten) nicht überschreiten,
ausgefahren werden.
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Wenn
die flexiblen Segel bei einer Cessna 172 nachgerüstet sind,
ermöglichen
die flexiblen Segel, wenn sie vollständig ausgefahren sind, einen
Abhebevorgang und einen Landevorgang bei 27 bis 55 km/h (20 bis
30 Knoten) und einer Steigrate von 365 m/min (1200 Fuß pro Minute)
bei Höchstleistung
und von 213 m/min (700 Fuß pro
Minute) bei 65% der Leistung.
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Die
einziehbare Tragflügelanordnung 20 der vorliegenden
Erfindung schafft signifikante Flugvorteile. Wenn die Segel 42, 44 vollständig ausgefahren sind,
wird die Tragflächenfläche erhöht, was
zu einem erhöhten
Auftrieb führt.
Der erhöhte
Auftrieb ermöglicht
dem Luftfahrzeug, bei niedrigeren Geschwindigkeiten ohne Strömungsabriss
abzuheben. Niedrigere Geschwindigkeiten beim Anflug können für ein kürzeres Ausrollen
beim Landen sorgen. Zusätzlich
führen
niedrigere Landegeschwindigkeiten zu einem niedrigeren Verschleiß und einer
niedrigeren Abnutzung des Fahrgestells des Luftfahrzeuges (z. B.
Reifen, Fahrwerk und Streben). Außerdem wird das Anrollen beim
Abheben reduziert, da das Luftfahrzeug bei einer niedrigeren Drehzahl
drehen kann, was folglich die Erfordernisse nach längeren Startbahnen
reduziert. Das Luftfahrzeug kann auch bei niedrigeren Geschwindigkeiten
unter größeren Steigwinkeln
steigen, was in lärmsensitiven
Gebieten oder dort, wo der Gleitweg in der Nähe des Endes der Startbahn
ein Hindernis aufweist, nützlich
sein kann.
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Die
einziehbare Tragflügelanordnung 20 ist relativ
leicht, was bei einem gewichtsempfindlichen, vollständig beladenen
Luftfahrzeug kritisch ist. Zusätzlich
kann die einziehbare Tragflügelanordnung bei
einem Starrflügel-Luftfahrzeug
mit minimalen Modifikationen nachgerüstet werden.