DE8704744U1 - Starrflügelflugzeug mit zwei auftriebserzeugenden Tragflügeln - Google Patents

Description

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Die 'Erfindung betrifft ein Starrflügelflugzeug mit zwei auftriebserzeugenden Tragflügeln, bei dem beide Tragflügel an deren Enden am Aüßenf lüge! miteinander verbunden sind.» sodaß ein als endlos zu betrachtender Flügel entsteht, der den induzierten Widerstand vermindert oder eliminiert.

Die bekanntesten und häufigsten bisher mit Erfolg gebauten Starrflügelflugzeuge besitzen nur einen auftriebserzeügenden Tragflügel, dessen Stabilisierung durch in bestimmten Hebelarmlängen hinter seinem Auftriebsschwerpunkt angeordnete Leitwerke, die überwiegend keinen Auftrieb erzeugen, erfolgt. Diese Bauart verhält sich bei Strömungsabriß am Tragflügel schwer kontrollierbar, weil die Leitwerke und/oder eine Tragflügelhälfte beim anschließenden Höhenverlust in den Strömungsschatten des Rumpfes geraten können, was zu Trudelbewegungen oder Spiralsturz führt (Zeitschrift Fliegermagazin, Jahrgang 2/84, Seite 35-38_r und 3/84, Seite 35-37). In der Gegenwart werden deshalb zunehmend Konstruktionen verwendet, die über zwei auftriebserzeugende Tragflügel verfügen, wobei der vordere, meist kleinere neben der ■Auftriebserzeugung die Funktion des Höhenleitwerkes übernimmt, und dessen Einstellwinkel zur Längsachse des Flugzeuges meist größer bemessen ist als der des hinteren Häuptflügels (VariEze', Speed Canard^ Star ship, OMAC, AVTEC,

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Manfred Üelleriberg, 5600 Wuppertal 1 _; Seite

LEAR JET PiAGGIO). Diese Bauart eliminiert den schädlichen Widerstand eines nicht auftriebserzeugenden Höhenleitwerkes und verhält sich bei StrömUügsabriß gutmütiger als die Einflügelbauart, weil die Strömung aufgrund des größeren Einstellwinkels am Vorflügel zuerst abreißt, wodurch das Flugzeug kopflastig und damit schneller wird, so daß die Strömung sich wieder anlegt und die Steuerbarkeit gewährleistet bleibt. Neigungen zu unkontrollierbaren Flugzuständen sind nahezu ausgeschlossen ( Fliegermagazin Jahrgang 6/84, Seiten 14-21)'.' Beide Bauarten haben endliche Tragflügel und erzeugen an den Flügelenden induzierten Widerstand in Form eines Wirbels, weil an der Unterseite eines angeströmten Tragflügelprofils höherer Druck als an dessen Oberseite j herrscht und der höhere Druck der· 'Unterseite - sich um das Tragflügelende herum mit dem niederigeren Druck der Oberseite auszugleichen sucht, dort aber durch die Eigengeschwindigkeit • des Tragflügels nicht mehr auf diesen auftrif ft und deshalb seine schraubenförmige Bahn beibehält. Dieser Wirbelwiderstand kann einen erheblichen Teil des Gesamtwiderstandes ausmachen und ist bei Großraumflugzeugen so groß, daß ein zu dicht hinter diesem herfliegendes oder kreuzendes Leichtflugzeug in ernsthafte Gefahr gerät öder gar äbstürtzt*(Fiiegermagäzin Jahrgang 8/85, Seiten 39-41). Außerdem kostet die Erzeugung der Wirbelschleppe Vortriebskraft und damit Kraftstoff.

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Die induzierte Widerstandskraft Fwi wird dargestellt durch die Formel :

Fwi = Fa² / Pi &khgr; q &khgr; b^J'

Hierin ist Fa die Auftriebskraft tm, q der Staudruck CNZm²D und b die Flügelspannweite CmD. Die Formel sagt, wenn b =* unendlich, dann ist FWi = 0. Der · dimensionslose Beiwert des induzierten Widerstandes Cwi wird dargestellt durch die Formel

Cw'i = Ca² / Pi &khgr; Lambda

Hierin ist Ca der Auftriebsbeiwert eines Tragflügelprofils und Lambda die Flügelstreckung aus Flügelspannweite b und Flügelfläche A :

Lambda = b² /A

Die Formel sagt> wenn Lambda = unendlich, ist Cwi = Oi Daraus folgt, daß eine Vergrößerung der Flügelspannweite b (die auch eine Vergrößerung der Flügelstreckung Lambda bewirkt) eine Verkleinerung des induzierten Widerstandes Fwi nach sich zieht. Der induzierte Widerstand ist also bei.einem endlichen Flügel zwingend gegeben, so daß besondere Gestaltung der Tragflügeleriden (TNT Dörnier) öder am Flügelende angeordnete Winglets' C Learjet) oder Tankgondeln zur Minderung des induzierten Widerstandes nur Teilerfolge bringen können. Winglets und Tankgondeln erhöhen ihrerseits den schädlichen Widerstand Fws.

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Manfred Uellenberg, 5600 Wuppertal 1 Seite

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein

Starrflügelflugzeug zu schaffen, dessen Flügel einem

unendlichem Flügel gleichkommen, gleichzeitig aber Eigenstabilität über alle Achsen aufweisen.

Die Aufgabe wird durch ein Starrflügelflugzeug gelöst, welches die kennzeichnenden Merkmaie der Ansprüche 1 oder 2 aufweist und kann durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 3 und/oder 4 und/oder 5 vorteilhaft ausgestaltet werden.

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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen nicht nur aus einer Minderung oder Eliminierung des induzierten Widerstandes und der damit verbundenen Leistungssteigerung oder Treistoffersparnis sowie der geringeren Gefährdung anderer Luftverkehrsteilnehmer durch schwächere Wirbelschleppen, "es sind auch erheblich kleinere Dimensionierungen durch Halbierung der Spannweite und durch größere Tragflügeltiefen möglich. Darüber hinaus läßt sich die aus der Gestaltung ergebende hohe mechanische Steifigkeit durch geringeres Baugewicht in Nutzlast umsetzen. Außerdem sind extrem große Schwerpunktverschiebungen voll steuerbar.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt, die im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigen Fig. 1 die Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels , Fig. 2 dessen Draufsicht , Fig. 3 dessen Seitenansicht , Fig. 4,5,6 und 9 mögliche Ausgestaltungen , Fig. 7 die Strömung am Ende eines Tragflügels , Fig. 9 die Strömung an der Verbundstelle eines erfindungsgemäßen Tragflügels.

Der vordere, mit Höhenrudern 2 versehene Tragflügel 1 erstreckt sich vom Rumpf 3 aus im Pfeilungswinkel Alpha zur Querachse des Flugzeugs nach hinten. Der mit Querrudern 5 ausgerüstete hintere Tragflügel 4 erstreckt sich vom Rumpf 3 aus im Pfeilungäwinkel Beta nach vorn und ist in der Hochachse zum

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vorderen Tragflügel 1 um die Höhe H versetzt am Rumpf 3 angeordnet. Bei entsprechendem Abstand A der Auftriebsschwerpunkte 6 und 7 beider Flügel 1 und 4 sind bei gleicher Flügelspannweite deren Flügelenden in der Hochachse des Flugzeugs in höhenversetzter üherdeckung, so daß ermöglicht wird_r die Enden der Tragflügel 1 und 4 beidseitig durch geeignete Bogen- oder Formstücke 8 kraftschlüssig miteinander zu verbinden. Am Ende des Rumpfes 3 ist eine Seitenleitwerksfläche 9 mit Seitenruder 10 angeordnet. Es können auch mehrere Seitenleitwerksflächen mit Seitenrudern 10 im hinteren Bereich des hinteren Tragflügels 4 installiert sein, die parallel 11 oder symmetrisch zu- 12 oder voneinander 13 zur Hochachst; geneigt aber parallel zur Längsachse angeordnet sein können. Die Winkel Gamma und Delta bestimmen die Tragflüge1-V-Form. Die Flügelsegmente 14 und 15 zeigen eine weitere mögliche Bauform. Fig.7 zeigt die Wirbelbildung an einem Tragflügelende herkömrc.\icher Bauart. Der höhere Druck der Flügelunterseite fließt um das Tragflügelende herum zur Unterdruckzone der Flügeloberseite, trifft aber infolge der Eigengeschwindigkeit des Flügels nicht auf diesen auf und behält deshalb seine schraubenförmige Bahn hinter dem Flügel ··' bei. In Fig. 8 ist der Strömungsverlauf art einem, der Anmeldung zugrunde liegenden, Bogen- oder Formstück 8 mit den damit verbundenen Tragflügeln 1 und 4 an der linken Flügelseite dargestellt. Die Luft strömt außen von der Unterseite des FlÜgeis &Iacgr; zur Oberseite des Flügels 4 im Uhrzeigersinn und " innen von dör Unterseite des Flügels 4 zur Oberseite des Flügelß 1 entgegen dem Uhrzeigersinn in Flugrichtung gesehen.

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Hier sind keine Wirbel zu erwarten, weil sich die Strömung an der Hinterkante 16 des Bogen- oder Formstückes 8 wie an der Hinterkante im' Mittelbereich eines Flügels 17 der Druckausgleichsrichtung folgend, kreuz- oder scherenförmig treffen, bzw. sich die gegenläufigen Wirbelansätze bei gleicher Auftriebsbelastung der Flügel 1 und 4 gegeneinander aufheben. Um die kreuz- oder scherenförmige Strömung 16, die der Druckausgleich zwischen den Unter- und überdruckzonen bewirkt, und die eine Auftriebsminderung im Außenbereich der Flügel 1 und 4 nach sich zieht, weitgehend in die Richtung der Anströmung des Flügelprofiles zu zwingen, können im mittleren Bereich der Bogen- oder Formstücke 8 Luftleitbleche oder Strömungszäune 18 vorgesehen sein, die sich über die gesamte Profiltiefe senkrecht zur Tangente der Bögen nach außen und/oder innen erstrecken. Um im Langsamflug den fehlenden induzierten Widerstand und seine Bremswirkung zu ersetzen, können in der Hauptschwerpunktlage im Rumpf 3 oder beidseitig in jedem Tragflügel 1 lind 4 Luftbremsen oder andere, bekannte regelbare Mittel zur Geschwindigkeitsverminderung installiert sein.

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   Ansprüche

   L) Starrflügelflugzeug mit zwei auftriebserzeugenden Starrflügeln, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Tragflügelprofil bestehende, mit auftriebsverändernden Mitteln (2) versehene und sich vom Rumpf (3) aus zur Querachse des Flugzeugs beidseitig symmetrisch nach hinten erstreckende vordere Tragflügel (1) mit dem· ■ aus Tragflügelprofil bestehenden, mit oder ohne auftriebsverändernden Mitteln (5) versehenen, sich vom Rumpf (3) aus zur Querachse des Flugzeugs .beidseitig symmetrisch nach vorn (Beta) erstreckenden und in der Hochachse zum vorderen Tragflügel (1) nach oben oder unten versetzten (H), hintjren Tragflügel (4) auf beiden Seiten an den Flügelenden durch Bogen- oder Formstücke (8) kraftschlüssig und stromstörungsfrei verbunden ist, und daß sich der vordere Tragflügel (1) und der hintere Tragflügel (4) zur Hochachse des Flugzeugs spitzwinklig oder rechtwinklig oder stumpfwinklig (Gamma, Delta u. Fig.5) parallel oder zueinander geneigt, vom Rumpf (3) aus nach beiden Seiten erstrecken, und da_ß am Ende des Rumpfes (3) oder im hinteren Bereich des hinteren Tragflügels (4) eine (9) in Ebene der Längs- und Hochachse angeordnete oder mehrere (11 ,12,13) parallel zur Längs- und Hochachse angeordnete (11) oder parallel zur Längsachse, zur Hochachse aber symetrisch zu- (12) oder voneinander (13 ) geneigte Steuerfläche(n) (9,11,12 und 13), die mit beiderseitig widerstand s Ve rändernden Mitteln (10) versehen ist (sind), """" isb ( Sind).

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2. 2.) Starrflügelflugzeug nach Anspruch

   dadurch

   g-ekenn ze lehnet, daß die an ihren Enden durch Bogen- oder Formstücke (8) verbundenen vorderen (1) und/oder hinteren Tragflügel (4) sich aus mehreren Segmenten (14 u. 15) zusammensetzen, und die Spitz-, Recht- oder Stumpfwinkligkeit (Gamma u. Delta) zur Hochachse des Flugzeugs sich nur auf die Erstreckung einzelner, symmetrisch angeordneter Tragflügelsegmente bezieht ( Fig. 6).
3. 3.) Starrflügelflugzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 1lügelverbindenden Bogen- oder Formstücke (8) sowohl eine stromstörungsfreie Profilumkehr als auch einen stromstörungsfreien Profiltiefenausgleich bewirken und daß im mittleren Teil der Bogen- oder Formstücke (8) Leitbleche oder Strömungszäune (18) sich über die gesamte Flügeltiefe senkrecht zur Tangente der Bögen nach außen und innen erstrecken, axe einen Luftdruckausgleich zwischen Unter- und Überdruckionen de., beiden, durch die Bogen- oder Formstücke (8) miteinander verbundenen Tragflügel (1 u. 4) weitgehend verhindert, indem sie die kreuzförmige Strömung (16 u. 17) in Richtung der Tragflügelanströmung zvingt, und damit Auftriebsverluste im Bereich der Außenflügel vermindert.

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   Manfred Üeilenberg/ 5600 Wuppertal 1 , Seite

   4i) Starrflügelflugzeug nach Anspruch 1 oder 2 Und 3, dadurch c^eJtQnnze.lehnet,^ däß^ die Tragflügel (&iacgr; Ui 4) mit dem Bögeriöder Fo.rmstück (8) mit öder ohne LUf tieitblechen öder ÖbrcJmungszäunen (18) in einem Stüdk geformt sind»

   5») StarrflügeiflugzeUg nach Anspruch 1 oder 2 und 3 Und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flugzeug mit dösierbaren' Lufbbremsen versehen ist j die das Flugzeug auf die. langsamst mögliche Fluggeschwindigkeit zu verzögert vermögen.

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