Hochauftriebssystem für ein Flugzeug mit einer Hochauftriebsklappe und Verfahren zur Verstellung der Hochauftriebsklappe
Die Erfindung betrifft ein Hochauftriebssystem für ein Flugzeug mit zumindest einer an jedem der Hauptflügel des Flugzeugs angeordneten Hochauftriebsklappe sowie ein Verfahren zur Verstellung zumindest einer an jedem der Hauptflügel eines Flugzeugs angeordneten Hochauftriebsklappe.
Aus der US 5 544 847 ist ein Hochauftriebssystem bekannt, bei dem zur Verbesserung der Auftriebseigenschaften eines Flügels dessen Flügeldicke definiert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hochauftriebssystem und ein Verfahren zur Verstellung zumindest einer an jedem der Hauptflügel eines Flugzeugs angeordneten Hochauftriebsklappe bereitzustellen, das jeweils eine günstige Auftriebskonfiguration für den Start darstellt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Spalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel mit einer Spaltbreite zwischen 0.1% und 0.4% bezogen auf die lokale Flügeltiefe vorgesehen. Als Startkonfigurationen heutiger Flugzeuge ist entweder eine Konfiguration, bei der kein Spalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel oder ein Spalt auftritt, oder eine Konfiguration vorgesehen, bei der ein Spalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel auftritt, dessen Größe bei oberhalb 0,8% der lokalen Flügeltiefe liegt. Bei Start-Konfigurationen ohne Spalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel wird jedoch die Ablösung der Strömung in Flügeltiefenrichtung nicht wirksam verzögert. Deshalb wurde in weiteren Anwendungsfällen eine Start-Konfiguration vorgesehen, bei der ein relativ großer Spalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel mit einer Größe oberhalb 0,8% der lokalen Flügeltiefe vorhanden ist. Erfindungsgemäß ist als Start-Konfiguration
jedoch gerade ein relativ geringer Spalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel vorgesehen, da überraschenderweise gefunden wurde, dass sich bei einem solchen relativ geringen Spalt innerhalb des Spaltes eine Grenzschicht am Hauptflügel bildet, die sich außerhalb des Spalts mit der Grenzschicht des Hauptflügels verbindet, und sich das am Hauptflügel ausbildende Grenzschichtprofil so modifiziert, dass der Widerstand gegenüber einem Profil mit großer Spaltbreite (>0.8%) bis auf das Niveau eines Profils mit geschlossenem Spalt reduziert wird. Weiterhin kann jedoch gegenüber dem Profil mit geschlossenem Spalt der Maximalauftrieb erhöht und die aerodynamische Last am Vorflügel reduziert werden.
Erfindungsgemäß ist insbesondere ein Hochauftriebssystem für ein Flugzeug mit zumindest einer an jedem der Hauptflügel des Flugzeugs angeordneten Hochauftriebsklappe, aufweisend:
eine Piloten-Eingabevorrichtung zur Erzeugung von Flugphasen-bezogenen Vorgaben für die zumindest eine Hochauftriebsklappe, wobei zu diesen Vorgaben zumindest eine Start-Vorgabe gehört,
eine mit der Piloten-Eingabevorrichtung funktional verbundene Steuerungsvorrichtung mit einer Umwandlungsfunktion, mit der die Flugphasen- bezogenen Vorgaben in Stellkommandos zur Betätigung einer Antriebsvorrichtung zur Einstellung oder Verstellung der Verstellzustände der zumindest einen Hochauftriebsklappe umgewandelt werden, wobei eine vorgebbare Flugphase die Startphase ist.
Die Umwandlungsfunktion der Steuerungsvorrichtung ist derart gestaltet, dass diese auf eine Start-Vorgabe ein Stellkommando an die Antriebsvorrichtung erzeugt, bei der die Vorderkantenklappe der zumindest einen Hochauftriebsklappe in einem Verstellzustand angeordnet ist, bei der ein Spalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel mit einer Spaltbreite zwischen 0.1% und 0.4% bezogen auf die lokale Flügeltiefe besteht.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Verstellung zumindest einer an jedem der Hauptflügel eines Flugzeugs angeordneten Hochauftriebsklappe mit den Schritten vorgesehen:
Erzeugung zumindest einer Flugphasen-bezogenen Vorgabe für die zumindest eine Hochauftriebsklappe, wobei diese Vorgabe zumindest eine Start-Vorgabe enthält,
Umwandlung der zumindest einen Flugphasen-bezogenen Vorgabe in ein Stellkommando zur Betätigung einer Antriebsvorrichtung und Einstellung oder Veränderung des Verstellzustands der zumindest einen Hochauftriebsklappe, wobei die Flugphasen-bezogene Vorgabe eine Start-Vorgabe für die Startphase des Flugzeugs ist und aufgrund der Start-Vorgabe ein Stellkommando an die Antriebsvorrichtung erzeugt wird, bei dem eine Vorderkantenklappe der zumindest einen Hochauftriebsklappe in einem Verstellzustand angeordnet ist, bei der ein Spalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel mit einer Spaltbreite zwischen 0.1% und 0.4% bezogen auf die lokale Flügeltiefe besteht.
Dabei kann vorgesehen sein, dass bei der Start-Vorgabe zusätzlich eine Hinterkantenklappe in einem ausgefahrenen Verstellzustand angeordnet wird.
Die Start-Vorgabe kann mit der Piloten-Eingabevorrichtung manuell anwählbar sein.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit der Piloten- Eingabevorrichtung eine automatische Flug-Betriebsart anwählbar ist, die die Start- Vorgabe automatisch erzeugt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Figur 1 beschrieben, die eine Schnittdarstellung eines Hauptflügels mit einer Vorderkantenklappe oder einem Vorflügel und einer Hinterkantenklappe zeigt, die am Hauptflügel angeordnet sind.
Die Figur 1 zeigt einen Hauptflügel 1 mit einer Vorderkantenklappe 3 in einem eingefahrenen Zustand und einer Hinterkantenklappe 5 in einem ausgefahrenen Zustand. Erfindungsgemäß entsteht zumindest in einem Teilverstellbereich der
Vorderkantenklappe 3 ein Spalt 7 zwischen dem Hauptflügel 1 und der Vorderkantenklappe 3. Die Größe 10 eines sich in einem Verstellzustand der Vorderkantenklappe 3 bestehenden Spalts 7 ergibt sich aus dem Radius, den ein kleinster Kreis 6 hat, der um die Hinterkante 8 der Vorderkantenklappe 3 als Mittelpunkt gebildet ist und der einen Oberflächenpunkt des Hauptflügels 1 berührt. In der Figur 1 ergibt sich dabei der Berührungspunkt 9 an der Oberfläche des Hauptflügels 1.
Das erfindungsgemäße Hochauftriebssystem für ein Flugzeug weist zumindest eine an jedem der Hauptflügel 1 des Flugzeugs angeordneten Hochauftriebsklappe auf. Die zumindest eine Hochauftriebsklappe kann durch zumindest eine Vorderkantenklappe 3 je Flügel und optional zumindest eine Hinterkantenklappe 5 je Flügel realisiert sein. Weiterhin weist das Hochauftriebssystem eine Piloten-Eingabevorrichtung zur Erzeugung von Flugphasen-bezogenen Vorgaben für die zumindest eine Hochauftriebsklappe auf.
Als Vorgaben der Piloten-Eingabevorrichtung kann zumindest eine Start-Vorgabe vorgesehen sein. Optional kann als Vorgabe der Piloten-Eingabevorrichtung zumindest eine Start-Vorgabe vorgesehen sein. Dabei kann die Piloten-Eingabevorrichtung derart aufgeführt sein, dass die Start-Vorgabe manuell anwählbar ist. In einem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Pilot mit der Piloten- Eingabevorrichtung eine Startstellung für den Verstellzustand der Hochauftriebsklappe und insbesondere der Vorderkantenklappe 3 anwählt, die über die Piloten- Eingabevorrichtung kommandiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann mit der Piloten- Eingabevorrichtung die Start-Vorgabe automatisch aufgrund einer zugeordneten Funktion erzeugt werden. Dabei kann die Piloten-Eingabevorrichtung eine automatische Flug-Betriebsart aufweisen, die die Start-Vorgabe erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann die Piloten-Eingabevorrichtung mit einer Funktion oder einem Modul funktional verbunden sein, die eine automatische Flug-Betriebsart aufweist, die die Start-Vorgabe erzeugt. Eine solche automatische Flug-Betriebsart kann eine Autopilotenfunktion sein. Diese kann eine automatische Startfunktion oder eine Funktion zum Fliegen einer Flugphase einschließlich eines Starts sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Autopilotenfunktion Teil der Piloten-Eingabevorrichtung ist
oder in einem zu dieser separaten Modul integriert ist. Die Start-Vorgabe kann auch direkt eine oder die Start-Stellung einer Vorderkantenklappe 3 sein. In einem Ausführungsbeispiel wird genau eine Start-Vorgabe durch eine manuelle Eingabe oder durch eine automatische Funktion aufgrund Anwahl einer Autopilotenfunktion erzeugt.
Mit der Piloten-Eingabevorrichtung ist funktional eine Steuerungsvorrichtung mit einer Umwandlungsfunktion verbunden, mit der die Flugphasen-bezogenen Vorgaben in Stellkommandos zur Betätigung einer Antriebsvorrichtung zur Einstellung oder Verstellung der Verstellzustände der zumindest einen Hochauftriebsklappe 3 und zumindest einer Vorderkantenklappe 3 umgewandelt werden. Die Steuerungsvorrichtung oder Umwandlungsfunktion erhält dabei die Flugphasen- bezogenen Vorgaben von der Piloten-Eingabevorrichtung oder bei dem Ausführungsbeispiel mit einer Autopilotenfunktion von dieser Autopilotenfunktion.
Erfindungsgemäß ist die Umwandlungsfunktion der Steuerungsvorrichtung derart gestaltet, dass diese auf eine erhaltene Start-Vorgabe ein Stellkommando an die Antriebsvorrichtung erzeugt, bei der die zumindest eine Vorderkantenklappe 3 in einem Verstellzustand angeordnet ist, bei der ein Spalt zwischen der Vorderkantenklappe 3 und dem Hauptflügel 1 mit einer Spaltbreite zwischen 0.1% und 0.4% bezogen auf die lokale Flügeltiefe besteht. Dieser Spaltbreiten-Bereich wird erfindungsgemäß über die Spannweite der Vorderkantenklappe 3 eingehalten. In einem speziellen Ausführungsbeispiel kann eine einzelne Startstellung vorgesehen sein, bei der dieser Spaltbreiten-Bereich eingestellt wird.
Als lokale Flügeltiefe wird in diesem Zusammenhang unter der lokalen Flügeltiefe an der jeweiligen Stelle des Spalts bei eingefahrener Vorderkantenklappe 3 und bei Vorhandensein einer Hinterkantenklappe 5 auch bei eingefahrener Hinterkantenklappe 5 verstanden.
Erfindungsgemäß kann zusätzlich vorgesehen sein, dass bei der Start-Vorgabe die Vorderkantenklappe 3 in einem Verstellwinkel im Bereich zwischen 10 und 22 Grad angeordnet ist.
Bei der Start-Vorgabe kann weiterhin vorgesehen sein, dass aufgrund der Start- Vorgabe die Umwandlungsfunktion der Steuerungsvorrichtung ein Stellkommando für eine Hinterkantenklappe 5 erzeugt, aufgrund der die Antriebsvorrichtung zusätzlich die Hinterkantenklappe 5 in einen ausgefahrenen Verstellzustand anordnet. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei der Start-Vorgabe die Hinterkantenklappe 5 in einem Verstellwinkel im Bereich zwischen 10 und 30 Grad angeordnet ist.
Das „Anordnen" der Vorderkantenklappe 3 bzw. der Hinterkantenklappe 5 aufgrund der Start-Vorgabe bedeutet, dass die Vorderkantenklappe 3 bzw. die Hinterkantenklappe 5 in den bezeichneten Verstellzustand bewegt wird, falls sich die Vorderkantenklappe 3 bzw. die Hinterkantenklappe 5 noch nicht in diesem Verstellzustand befindet, oder dieser Verstellzustand der Vorderkantenklappe 3 bzw. der Hinterkantenklappe 5 beibehalten wird, sofern sich die Vorderkantenklappe 3 bzw. die Hinterkantenklappe 5 bereits in diesem Verstellzustand befindet.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Verstellung zumindest einer an jedem der Hauptflügel 1 eines Flugzeugs angeordneten Hochauftriebsklappe 3 vorgesehen. Dabei erfolgt eine Erzeugung von Flugphasen-bezogenen Vorgaben für die zumindest eine Hochauftriebsklappe 3, wobei zu diesen Vorgaben zumindest eine Start-Vorgabe und optional eine oder mehrere Lande-Vorgaben gehören. Weiterhin erfolgt eine Umwandlung der Flugphasen-bezogenen Vorgaben in Stellkommandos zur Betätigung einer Antriebsvorrichtung und Einstellung oder Verstellung der Verstellzustände der zumindest einen Hochauftriebsklappe 3, wobei eine vorgebbare Flugphase insbesondere die Startphase ist und die Vorgabe eine Start-Vorgabe ist, bei der ein Stellkommando an die Antriebsvorrichtung erzeugt wird. Aufgrund dessen ist eine Vorderkantenklappe 3 der zumindest einen Hochauftriebsklappe in einem Verstellzustand angeordnet oder in diesen bewegbar, bei dem ein Spalt zwischen der Vorderkantenklappe 3 und dem Hauptflügel 1 mit einer Spaltbreite zwischen 0.1 % und 0.4% bezogen auf die lokale Flügeltiefe besteht.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass bei der Start-Vorgabe zusätzlich eine Hinterkantenklappe 5 in einem ausgefahrenen Verstellzustand angeordnet wird.
Wie oben ausgeführt kann vorgesehen sein, dass mit der Piloten-Eingabevorrichtung die Start-Vorgabe manuell anwählbar ist oder dass mit der Piloten-Eingabevorrichtung eine automatische Flug-Betriebsart anwählbar ist, die die Start-Vorgabe automatisch erzeugt.