DE734937C - Verfahren zur Laminarhaltung der Stroemungsgrenzschicht an Flugzeugtragfluegeln - Google Patents

Verfahren zur Laminarhaltung der Stroemungsgrenzschicht an Flugzeugtragfluegeln

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DE734937C
DE734937C DEJ65980D DEJ0065980D DE734937C DE 734937 C DE734937 C DE 734937C DE J65980 D DEJ65980 D DE J65980D DE J0065980 D DEJ0065980 D DE J0065980D DE 734937 C DE734937 C DE 734937C
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Germany
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DEJ65980D
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Inventor
Philipp Von Doepp
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C23/00Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)

Description

  • Verfahren zur Laminarhaltung der Strömungsgrenzschicht an Flugzeugtragflügeln Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehörige Einrichtung an Luftfahrzeugen zur Laminarhaltung der Strömungsgrenzschicht am Tragflügel innerhalb eines gewissen Bereiches des Auftriebsbeiwertes und bezweckt eine Verminderung des Hautreibungswiderstandes des Tragflügels durch die Erhaltung einer laminaren Grenzsch;i.chtströmung über einen beträchtlichen Teil der Flügelriefe.
  • Die Tatsache der erheblich geringeren Hautreibung bei laminarer als bei turbulenter Strömungsgrenzschicht selbst ist allgemein bekannt. Ferner ist es schon bekannt, daß die Strömungsgrenzschicht über einen großen Teil der Flügeltiefe lamiiiar gehalten werden kann, wenn ein symmetrisches Profil parallel zu seiner Mittellinie angeblasen wird und dessen größte Profildicke erheblich weiter hinten liegt, als es bei den heute üblichen Tragflügelprofilen der Fall zu sein pflegt. Sobald jedoch ein Flügel mit derartigem Profil unter :einem merklichen Anstellwinkel angeströmt wird, rückt an der Saugseite der Umschlagspunkt von_ der larninaren -zur turbulenten Strömung in der Grenzschicht in die Nähe der Vorderkante, wodurch der Widerstand sprunghaft ansteigt. Diese Tatsache erklärt sich daraus, daß bei symmetrischem und damit stoßfreiem Anblasen der statische Druck an der Oberfläche eines so geformten Flügels in Strömungsrichtung über eine längere Strecke abfällt oder wenigstens nicht stark ansteigt, wodurch die Erhaltung der laminaren Grenzschicht begünstigt wird, während sich schon bei einem kleinen Anstellwinkel nahe an der Flügelvorderkante eine deutliche Unterdruckspitze ausbildet, hinter der der Druck wieder stark ansteigt, was zum Umschlägen der laminaren in eine turbulente Grenzschichtströmung führt. Mit diesen bekannten, angenähert symmetrischen Sonderprofilen mit weit hinten liegender Stelle größter Profildicke ist es also unmöglich, ein=en nennenswerten Auftrieb unter Aufrechterhaltung der laminaren Grenzschichtströmung zu erzeugen, da hierzu eine Anstellung des Profils erforderlich ist, die die Strömung sofort umschlagen läßt.
  • Es ist nun bereits bekannt, bei einem Schnellflugprofil mit großer Dickenrücklage zur Erzielung brauchbarer Höchstauftriebe, insbesondere bei Anwendung von Landehilfen an der Hinterkante, die Profilnase zur Vergrößerung der Wölbung elastisch zu verformen, wobei ein Spalt, der für den Schnellflug im Staupunkt liegt, die gegenseitige Bewegung der Ober- und Unterseite des Profils ermöglicht.
  • Eine solche Anordnung besitzt neben den baulichen Schwierigkeiten bei der Gestaltung einer elastisch verformbaren Profilnase den grundsätzlichen Nachteil, daß sich bei Änderung der Profilwölbung durch Verformung der - Profilnase zwangsläufig eine unsymmetrische Umströmung des Profilvorderteils einstellt, die zur Ausbildung örtlich verstärkten Unterdruckes mit nachfolgendem Druckanstieg und damit zum Umschlagen von der laminaren zur turbulenten Gr.enzschichtströmung führt.
  • Gemäß der Erfindung soll nun die Strömungsgrenzschicht an einem Tragflügel innerhalb eines gewissen Bereiches des Auftriebsbeiwertes dadurch laminar gehalten werden, daß an einem symmetrischen oder schwach gewölbten Flügelprofil mit Wölbungsklappe, dessen dickste Stelle mindestens ,looo der Profiltiefe hinter der Vorderkante liegt, die Klappe und der vor der Klappe liegende Flügelteil zur Auftriebsänderung durch Winkelausschläge in entgegengesetztem Drehsinn gegenüber der Anströmrichtung so verstellt werden, daß der Staupunkt an der Profilvorderkante liegenbleibt, wobei Vorkehrungen getroffen sind, um Abweichungen von dein gewollten Strömungsverlauf festzustellen. Durch diese Maßnahme wird auch bei einer Auftrieb erzeugenden Umströmung des Gesamtprofils ein stoßfreier Eintritt der Strömung an der Profilvorderkante und damit ein ähnlicher Druckverlauf entlang der Profiloberfläche wie bei einem parallel zur Symmetrieebene angeblasenen symmetrischen Profil erzielt.
  • Um nun die laininare Grenzschichtströmung an der Flügeloberfläche vor der Stelle größter Profildicke nicht durch Unstetigkeitsstellen oder größere Rauhigkeit zu stören, ist es angebracht, die Wölbungsklappen erst an oder hinter der Stelle größter Dicke beginnen zu lassen. Die an und für sich bekannte Anordnung von Öffnungen zur Grenzschichtabsaugung und oder -abhebung durch Ausblasen von Gas in dem Bereich zwischen der größten Präfildicke und dem Klappenanfang ist im Zusammenhang mit den Einrichtungen nach der Erfindung besonders vorteilliaft, da hi°rdurch .ein gänzliches Abreißen der Strömung an der besonders scharf ausgeprägten Umschlagstelle der Grenzschichtströmung mit Sicherheit verhindert werden kann. ' Bei Anwendung der Erfindung auf Luftfahrzeuge, bei denen der Profilvorderteil in der heute üblichen Form mit dem Rumpf starr verbunden ist, kann nun die zur Änderung des Auftriebes erforderliche, gleichzeitig mit der Verstellung de:r Wölbungsklappe auszuführende Verdrehung des Profilvorderteils gegenüber der Anströmrichtung vorteilhaft in der Weise erfolgen, dar die Flügelklappe und das Höhenleitwerk durch ein Betätigungsglied zeitweilig gemeinsam verstellbar sind unter Beibehaltung der Möglichkeit, das Höhenruder auch getrennt zu betätigen.
  • Die dazu erforderliche Abstimmung des Höhenleitwerkausschlages zum Klappenausschlag kann dabei :entweder von Hand durch den Flugzeugführer oder durch eine selbsttätige Steuereinrichtung erfolgen, wobei zweckmäßig die Druckdifferenz an zwei Bohrungen beiderseits der Flügelvorderkante zur Anzeige oder zur Betätigung eines Gebergliedes für die Steuerung benutzt wird.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von fünf Abbildungen näher erläutert-Von diesen zeigen die Abb. i bis 4. die verschiedenartige Umströ -mung eines Tragflügels ohne und mit Einrichtungen nach der Erfindung und Abb.5 eine schematische Darstellung der Steuerung eines erfindungsgemäßen Flugzeuges. In der Abb. i ist das symmetrische Profil i parallel zu seiner Mittellinie 5 angeströmt, so daß die Verzweigungsstromlinie 3 genau auf den Schnittpunkt der Symmetrielinie 5 mit dem Profilumriß trifft. Da bei dein dargestellten Profil die durch den eingestrichelten Kreis a bezeichnete Stelle größter Profildicke erst hinter der Profilmitte liegt, nehmen auch die durch die Linsen .l und l' veranschaulichten, entlang der Profiloberfläche verlaufenden Stromröhren bei diesem Profil bis über die halbe Profillänge an Dicke ab. In diesem ganzen Bereich nimmt also die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Stromröhre zu, und der statische Druck fällt entsprechend ab, wodurch es gelingt, bei derartig geformten Prolilen die Strömung in der Grenzschicht bis hinter die Profilmitte laminar zu erhalten, sofern sie parallel. zu ihrer Symmetrieachse angeströmt werden, so daß sie auch keinen Auftrieb c.rzeugcn.
  • Abb. = zeigt dasselbe Profil i. das in diesem Falle jedoch um einen Winkel a gegenüber der Anströmrichtung angestellt ist. Der Auftreffpunkt der Verzweigungsstromlinie 3 ist in diesem Fall aus der durch den Schnittpunkt zwischen Profilmittellinie und -umril1 festgelegten Proflvorderkante nach unten ausgewandert. Die oberhalb dieses Staupunktes verlaufenden Stromröhren erhalten dadurch schon in der Nachbarschaft der Vorderkante eine starke Krümmung und entsprechende Unterdrücke. Hinter dieser Saugspitze nimmt die an der Profiloberseite verlaufende Stroinröhre wieder rasch an Dicke zu, der Druck steigt also sehr schnell an, wodurch. die Grenzschichtströmung zum Umschlagen gebracht wird.
  • Die Abb.3 zeigt dagegen ein erfindungsgemäßes, aus den Teilen 6 und 7- bestehendes Klappenprofil, an dem zur Auftriebserzeugung durch Profilwölbung die Klappe 7 um einen Winkel cp gegenüber dem Profilvorderteil 6 verstellt ist. Das Profilvorderteil 6 ist dabei so weit nach unten geschwenkt, daß die Verzweigungsstromlinie 3 wieder auf die Profilvorderkante trifft, so daß, ;an -dem ganzen Profilvorderteil angenähert, die gleichen Strömungsverhältnisse herrschen, wie sie an Hand der Abb. i geschildert sind, so daß auch bei diesem Profil die Strömung in der =Grenzschicht über einen großen Teil der Profiltiefe laminar gehalten werden kann. Die Drehachse S der Klappe 7 und damit der Knick in der Profilmittellinie ist hierbei so gelegt, daß sie mit dem Mittelpunkt des in das Profil einbeschriebenen Größtkreises 2 zusammenfällt, so daß die Grenzschichtströmung an dem sich stetig verdickenden Profilvorderteil C auch durch keinerlei Oberlächenrauhigkeiten gestört wird.
  • An oder kurz hinter der Stelle größter Profildicke läßt sich in Umschlagen der laminaren in eine turbulente Grenzsch.ichtströmung jedoch nicht vermeiden, und es ist deshalb besonders vorteilhaft, zwischen dieser Stelle und dem Beginn des Klappenteils entsprechend der Abb. q: Öffnungen 9 und i0 zum Absaugen der . Str.ömungsgrenzschicht und" oder Ausblasen von Gasen in diesem Bereich anzuordnen.
  • In der Abb.5 ist schließlich schematisch dargestellt, wie bei einem Flugzeug nach der Erfindung mit einem rumpffesten Tragflügelvorderteil 6 der Klappenteil des Flügels 7 und das Höhenleitwerk i i durch .ein gemeinsames Betätigungsglied 12 über die Gestänge 13 Lind i ¢ verstellbar sind. In dem Gestänge 13 für die Flügelklappe 7 ist dabei noch ein weiteres Verstellglied 15 zur Längenänderung des Gestänges 13 eingeschaltet, durch das dieAusschläge der Flügelklappe 7 und des Höhenleitwerkes i i derart aufeinander abgestimmt werden können, daß die Profilvorderkante des flugzeugfesten Profilvorderteils 6 stets von der Verzweigungsstromlinie getroffen und dadurch eine Umströmung des Tragflügels entsprechend der Abb.3 und 4. erzielt wird.
  • Zur Anzeige für die richtige Anströmung des Profilvorderteils kann vorteilhaft der durch die Leitungen i 9 und 2o und den Differenzdruckmesser 16 für den Flugzeugführer erkennbar gemachte Druckunterschied zwischen Bohrungen 17 und i S beiderseits der Profilvor derkante benutzt werden. der auch zur selbsttätigen Verstellung des Stellgliedes 15 in der Steuerung dienen kann.

Claims (3)

  1. PATENTAN SPRUCI'IE: i. `-erfahren zur L aminarhaltung der Strömungsgrenzschicht an Tragflügeln von Luftfahrzeugen innerhalb eines gewissen Lrrciches des Auftriebsbeiwertes, dadurch gekennzeichnet, daß an einem symmetrischen oder schwach gewölbten Flügelprofil mit Wölbungsklappe, dessen dickste Stelle mindestens .loo@'o der Profiltiefe hinter der Vorderkante liegt, die Klappe und der vor der Klappe liegende Flügelteil zur Auftriebsänderung durch Winkelausschläge in entgegengesetztem Drehsinn gegenüber der Anströmrichtung so verstellt wcrdeii, daß der Staupunkt an der Profilvorderkante liegenbleibt, wobei Vorkehrungen getroffen sind, um Abweichungen von dem gewollten Strömungsverlauf festzustellen.
  2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelklappe und das Höhenleitwerk zur, Höhensteuerung von einem Betätigungsglied gemeinsam verstellbar sind.
  3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Vorderkante des Flügelvorderteils in der FlügelobcrfläcIie Öffnungen zur Druckentnahme angebracht sind, deren Druckdifferenz zur Anzeige gebracht lvird und,'oder zur Betätigung eines selbsttätigen Gebürgliedes für die gegenseitige Abstimmung von Höhenleitwerks- und Flügelklappenausschlag dient. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Klappenbegi,nn an oder nahe hin: ter der Stelle größter Profildicke liegt, wobei. Öffnungen zur Grenzschichtabsaugung oder -abhebung durch Ausblasen von Gas in dem Bereich zwischen der Stelle größter Dicke und dem Klappenbeginn oder an dieser selbst angeordnet sind.
DEJ65980D 1939-11-18 1939-11-18 Verfahren zur Laminarhaltung der Stroemungsgrenzschicht an Flugzeugtragfluegeln Expired DE734937C (de)

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