EP2456988A1 - Fluid-aktuator zur erzeugung einer gepulsten auslass -strömung in der umströmung eines aerodynamischen körpers sowie damit ausgestattete ausblasvorrichtung und aerodynamischer körper - Google Patents

Fluid-aktuator zur erzeugung einer gepulsten auslass -strömung in der umströmung eines aerodynamischen körpers sowie damit ausgestattete ausblasvorrichtung und aerodynamischer körper

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EP2456988A1
EP2456988A1 EP10737297A EP10737297A EP2456988A1 EP 2456988 A1 EP2456988 A1 EP 2456988A1 EP 10737297 A EP10737297 A EP 10737297A EP 10737297 A EP10737297 A EP 10737297A EP 2456988 A1 EP2456988 A1 EP 2456988A1
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EP
European Patent Office
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outlet
fluid
flow
control
actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10737297A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Burkhard GÖLLING
Matthias Bauer
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Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C1/00—Circuit elements having no moving parts
    • F15C1/22—Oscillators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C21/00—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow
    • B64C21/02—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow by use of slot, ducts, porous areas or the like
    • B64C21/025—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow by use of slot, ducts, porous areas or the like for simultaneous blowing and sucking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/10—Influencing flow of fluids around bodies of solid material
    • F15D1/12—Influencing flow of fluids around bodies of solid material by influencing the boundary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64C2230/18—Boundary layer controls by using small jets that make the fluid flow oscillate
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    • Y10T137/2229—Device including passages having V over T configuration
    • Y10T137/224—With particular characteristics of control input
    • Y10T137/2245—Multiple control-input passages
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7758—Pilot or servo controlled
    • Y10T137/7761—Electrically actuated valve

Definitions

  • the invention relates to a fluid actuator for generating a pulsed outlet flow in the flow around an aerodynamic, a blowout device with such a fluid actuator and an aerodynamic body with such a blow-out device.
  • Such a fluid actuator is known from DE 60 2006 001 040 T2.
  • the pulsed blowing out of compressed air has proven to be aerodynamically more efficient than, for example
  • the object of the invention is to provide a fluid actuator for integration on an outer side of an aerodynamic body circulated by a fluid for generating a pulsed outlet flow in the flow around the aerodynamic body, which is simple in construction and adapted to the particular
  • a fluid actuator for influencing the flow along a flow surface by ejecting a fluid flowing through the fluid actuator, having at least two outlet conduits with outlet openings provided at their respective ends, and one with the outlet conduits
  • an actuating device coupled to the flow direction deflection device, is provided for controlling the same, which is embodied such that the fluid is guided in succession into each of the outlet lines in a cyclical sequence.
  • the actuator of the present invention does not require any movable parts to produce a pulsed exhaust at each of the outlet ports. Instead, the pulsed blow-out is established by using a plurality of outlet conduits which are alternately connected by means of a flow direction device. Deflection device is introduced with a supply pressure supplied fluid.
  • a fluid actuator for influencing the flow along a flow surface by expelling fluid flowing through the fluid actuator, having an outlet device having at least two outlet conduits, and at least two openings for expelling a fluid, one of which an outlet duct, the fluid actuator comprising: a sweeping direction deflecting device in the form of a
  • Interaction chamber which communicates via a respective flow line with each of the outlet openings and having a flow divider disposed at the inlet of the outlet, a supply line to the interaction chamber [with a connection to a fluid supply device] for supplying fluid with a supply pressure in the interaction chamber, at least two control lines each for supplying fluid at a predetermined control pressure, each with one end to the interaction chamber
  • the interaction chamber is in particular designed such that upon supply of fluid at a predetermined control pressure through one of the control lines flowing through the supply line to the interaction chamber with a supply pressure fluid in the interaction chamber in each case a predetermined outlet of the outlet lines is deflected, so that by the shape of the interaction chamber multistable flow states in the actuator can be achieved.
  • Outflow and inflow characteristic is symmetrical because when flowing out as the inflow of the fluid largely equal mass flows are provided, which are theoretically the same size.
  • Outflow and inflow characteristic is symmetrical because when flowing out as the inflow of the fluid largely equal mass flows are provided, which are theoretically the same size.
  • Chamber volume (for example, using the piezoelectric effect), the outflow and inflow characteristics are not symmetrical, since the outflow is at a substantially narrower opening opposite the inlet opening to produce a periodic nozzle flow at the outlet channel.
  • the fluid actuator has two outlet conduits and two control conduits
  • the flow splitting apparatus is formed as a tip-shaped wall portion of the interaction chamber located between the two outlet conduits.
  • the fluid actuator on three outlet lines and three control lines and is the
  • a flow divisional device is formed of a first tip-shaped wall portion located between the inlet of a first and a second outlet conduit and a second tip-shaped wall portion located between the inlet of a first and a second outlet conduit to partially stable states in the interaction chamber to reach.
  • the supply line to the interaction chamber has a connection to a fluid supply device.
  • control lines are each connected at one end to a pressure control device and each having a connection to a fluid supply device.
  • first outlet line and the second outlet line may be opposite to each other with respect to the longitudinal axis of the actuator and in particular may be located symmetrically with respect to the longitudinal axis, and in that the control lines in relation to the center of the interaction chamber in each case one of the junctions of the
  • the fluid actuator has three outlet lines and three control lines and that the flow dividing device has a first tip-shaped wall part located between the inlet of a first and a second outlet line and a second tip-shaped Wall part, which is located between the inlet of a first and a second outlet, has.
  • Outlet line with respect to the longitudinal axis of the fluid actuator facing each other and in particular are arranged symmetrically to the longitudinal axis, the second outlet conduit between the first outlet and the third outlet and in particular located centrally on the longitudinal axis of the fluid actuator.
  • the fluid actuator is provided that, the fluid supply line with respect to the center of the
  • Control lines is located with respect to the center of the interaction chamber opposite to a respective one of the first and second outlet line. It can also be provided that the fluid actuator has a third control line, wherein the first, second and third control line are arranged in a star shape relative to the spatial center such that with respect to the spatial center of the interaction chamber in each case a control line and a the outlet lines are opposite.
  • Control valve connected to a control device switching device for actuating the valves is connected. It is also an object of the invention to provide a blow-out device for purging a fluid from a flow body with such a fluid actuator.
  • a blow-out device for blowing out a fluid from a flow body, comprising a fluid actuator, having at least two outlet lines with outlet openings provided at their respective ends, and a supply line connected to the outlet lines for supplying fluid with a supply pressure
  • Flow direction deflection device in which opens the supply line and from which the outlet lines open, and a coupled to the flow direction deflection device actuator for controlling the same.
  • the actuating device has a control function with which the flow direction deflection device is guided a deflection of a predetermined volume flow of the supplied via the supply line fluid in each case one of the outlet lines, wherein the fluid is passed in a cyclic sequence in succession in each of the outlet lines.
  • Blowing device for blowing a fluid from a flow body provided, the fluid actuator according to an embodiment of the invention and an adjusting device.
  • the adjusting device has a chamber with an opening for supplying fluid with a control pressure, a plurality of switching valves, each of which is each associated with a control line, and a switching device, wherein the switching device is designed to set switching states of the switching valves, in which A valve of the plurality of switching valves is opened and the at least one further valve of the plurality of switching valves is closed.
  • the adjusting device comprises a switching device driving device, which via a connecting line for the transmission of switching commands with the
  • Switching device is functionally connected and the switching device such controls that the switching valves is brought into a sequence of switching states in which each one of the switching valves is in an open state in a cyclical sequence, while the at least one further switching valve of the plurality of switching valves is in a closed state.
  • control pressure be provided such that in each switching state introduced with the supply pressure in the interaction chamber fluid with at least 75% in exactly this switching state respectively assigned
  • the switching device driving device may be designed such that with this the frequency of the cyclical adjustment of switching states by the
  • Switching device driving device is adjustable.
  • a flow state detecting sensor which is in each case functionally coupled to the switching device driving device for transmitting sensor signals generated by the respective sensor, is arranged on each outlet line, in that the switching device driving device has a regulating function, on the basis of the respective received sensor signals and a target specification
  • a flow body and in particular an aerodynamic body which has a plurality of blow-out openings and a
  • an adjusting device is assigned in each case to a plurality of Inter
  • Each interaction chamber for example, two or three outlet openings are assigned to the flow body, so that a plurality or a plurality of outlet openings can be controlled on the flow body with an adjusting device.
  • an actuating device can influence a larger flow area on the flow body.
  • Aerodynamic body pushed in a longitudinal direction of the surface thereof and thereby optimizes the flow around it.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a fluid actuator according to the invention, the two outlet lines and two
  • FIG. 2 shows a diagram with a representation of the pressure over time in a first control line of the exemplary embodiment according to FIG. 1 within a switching cycle of an adjusting device according to the invention for the fluid actuator,
  • FIG. 3 shows a diagram with a representation of the pressure over time in a second control line of the embodiment according to FIG. 1 within the switching cycle also shown in FIG. 2, FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of a further embodiment of a fluid actuator according to the invention, which has two outlet lines and two control lines,
  • FIG. 5 shows a section of the embodiment of the fluid actuator according to the invention shown in FIG. 4 along the line 5-5
  • FIG. FIG. 6 shows a section of the embodiment of the fluid actuator according to the invention shown in FIG. 4 along the line 6-6
  • Figure 7 is a schematic sectional view of another embodiment of a fluid actuator according to the invention, which has three outlet lines and three control lines, with an adjusting device for controlling the
  • Outlet flows through the outlet ducts.
  • the flow body is generally a body having a fluidic function in a fluid or medium, such as a fluid. Air or water meets.
  • a fluid or medium such as a fluid. Air or water meets.
  • Flow body an aerodynamic body, which is attached to an aircraft or a ground vehicle, or a body, which is attached to a watercraft or a ship or a part thereof.
  • the fluid actuator is thus for integration on an outer side of a fluid flowing around
  • the fluidic actuator 1 comprises: an outlet device 20 having at least two outlet lines with outlet openings (not shown in FIGS. 1 to 7) provided at their respective ends, a fluid supply device 30 connected to the outlet lines and having a supply line 31 for supplying fluid a predetermined supply pressure, a flow-direction deflecting device 50 into which the supply line 31 opens and out of which the discharge lines
  • a flow direction is generally supplied via a feed device 30.
  • Deflector 50 deflected at a predetermined pressure or minimum pressure fluid in a cyclic sequence in each case one of a plurality of outlet lines.
  • the flow direction deflection device 50 is set via the adjusting device 60, which can assume switching states corresponding thereto, in various states, in each case the supplied fluid is introduced into each one of the outlet lines, while no or only a relatively small amount through the respective at least one other
  • Outlet line flows, wherein the fluid is passed in a cyclic sequence in succession in each of the outlet lines.
  • Outlet line for the outflow of a major amount of the supplied fluid arises at each outlet opening, which is associated with a respective outlet, a pulsed outlet flow.
  • the total quantity of fluid supplied or a large part thereof, in particular 90% thereof is introduced into the outlet line provided after the respective switching state. In this case, it is not necessary to supply the entire amount of fluid supplied to an outlet line.
  • at least 50% of the supplied quantity of the fluid that is to say the throughput of the fluid supplied via the supply device 30, flows through the outlet line at each outflow of the fluid supplied with a supply pressure.
  • at least 75% of the supplied quantity of the fluid is provided by one and in particular by the
  • Switching device 65 each driven outlet line flows.
  • the supply pressure and the flow rate of the supplied via the supply device 30 fluid can be varied without the actuator 1 must be adjusted.
  • the flow-direction deflecting device 50 and the outlet device 20 can be made in one piece, so that the actuator 1 can be manufactured very economically.
  • this part of the actuator 1 has a very high reliability. Furthermore, the outflow and inflow characteristics are symmetrical, so that the flow efficiency of the actuator 1 is very high.
  • the flow direction deflecting device 50 can be realized in various ways. According to a preferred embodiment of the invention, it is provided in particular that in the flow direction deflection device 50, the flow direction of the fluid supplied via the supply device 30 is influenced by a fluid flowing through correspondingly arranged control lines, so that the described inventive effect of the introduction into the respective Outlet line is created.
  • FIGS. 1 to 3 and FIGS. 4 to 6 each show an exemplary embodiment of the actuator 1 according to the invention, which has two outlet lines 21, 22 each, while FIG. 7 shows an exemplary embodiment of the actuator 1 according to the invention which has three outlet lines 121, 122, 123.
  • the respective outlet openings associated openings are preferably transverse to
  • FIGS. 1 to 3 shows two outlet lines 21, 22, to each of which an outlet opening 41, 42 are assigned.
  • FIGS. 4 to 6 show a realization of an actuator 1 according to the basic illustration shown in FIG. In FIGS. 4 to 6, illustrated components which have the same function as compared to components shown in FIG.
  • Outlet chamber 45 and 46 in which an adaptation to the intended intended width of the outlet opening is realized.
  • an inventive Embodiment is provided that in an end portion of the outlet conduits 21, 22 whose width B21, B22 increases and the depth thereof decreases so that the cross-sectional area of the respective outlet 21 and 22 in a frame
  • Deviation of 10% based on the respective cross-sectional area remains constant.
  • Outlet opening 41, 42 This may e.g. have a depth of 0.2 cm to 0.8 cm and a width of 20 cm to 100 cm.
  • an actuator coordinate system KS-1 is entered in FIG. 1, which defines an actuator longitudinal direction X, an actuator width direction Y and an actuator depth direction Z.
  • the width B21 or B22 in FIG. 4 preferably runs in or at least along the perpendicular to the direction of the flow, which occurs as intended at the location of the flow body at which the outlet openings are respectively arranged.
  • the width B21 or B22 extends in or at least along the
  • the embodiment of the fluid actuator 100 shown in FIG. 7 has three outlet lines 121, 122, 123 and outlet openings 141, 142 and 143, respectively, at the respective end sections 145, 146 and 147 of the outlet lines 121, 122, 123.
  • the features described with reference to the figures 1 to 6 are also in the
  • the outlet pipes 21, 22 or 121, 122, 123 provide orifices one
  • Interaction chamber 51 and 151 as part of an embodiment of
  • Interaction chamber 51 or 151 is firstly the fluid supply device 30 or 130 with a fluid supply line 31 or 131 and a connection 35 or 135 to a pressure or supply source and an adjusting device 60 or 160 with an arrangement of control lines connected.
  • two control lines or pressurizing lines 11, 12 open into the interaction chamber 51, with the fluid supply line 31 extending therebetween so that the inlet 31a of the fluid supply line 31 enters the interaction chamber 51 between inlets 11a, 12a of the two control lines 11 and 12 is located.
  • Control lines 11 and 12 at an angle preferably between 20 and 70 degrees to the longitudinal direction L31 of the fluid supply line 31 or the inlet 31 a in the interaction chamber 51 a. In this way, the flow direction of the fluid flowing from the fluid supply line 31 into the interaction chamber through one of the control lines 11, 12 into which of these in each case with respect to the center of the
  • Outlet lines 22 and 21 are deflected, if reduced by the further or at least one further control line relative to the controlling at the respective time control line and no inflow of fluid takes place.
  • Compressing lines 111, 112 provided, between which the fluid supply line 131 extends.
  • Interaction chamber 151 is thus between the inlets 11 1a, 1 12a of the two
  • Control lines 1 11 and 1 12 located.
  • the two control lines 111, 112 each open at an angle preferably between 20 and 70 degrees to the longitudinal direction of the fluid supply line 131 or the inlet 131 a in the interaction chamber 151, so that the flow direction of the fluid from the supply line 131st fluid flowing into the interaction chamber 151 by the fluid flow flowing from the control lines 111, 112 into the interaction chamber 151, depending on the inflow direction of this fluid flow into one of the
  • junctions 121a, 122a or 123a of the outlet lines 121, 122 and 123 are deflected.
  • the third outlet line 123 is located between a first outlet line 121 and a second outlet line 122.
  • the third outlet conduit 123 is located centrally on the longitudinal axis L131, and the first outlet conduit 121 and the second outlet conduit 122 are arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis L131. In this way, the
  • Outflow 122a or 121a of the outlet lines 122 and 121 or the junction 123a of the third outlet line 123 are deflected when the simultaneously occurring control currents are metered by the control lines 111, 112 respectively.
  • the switching device 165 three switching states 165a, 165b, 165c provided, which are shown symbolically in Figure 7. These are designed in such a way that, in a first switching state 165a, the control flow discharging from the first control line 111 flows into the interaction chamber 151 at a maximum velocity and simultaneously from the second
  • Control line 112 outflowing control flow with a minimum
  • the fluid flowing from the fluid supply line 131 into the interaction chamber 151 flows into the third outlet line 123, which lies opposite the inlet 11 a of the first control line 11 with respect to a geometric or spatial center Z of the interaction chamber 125.
  • the third outlet line 123 which lies opposite the inlet 11 a of the first control line 11 with respect to a geometric or spatial center Z of the interaction chamber 125.
  • Switching state 165 c flows from the fluid supply line 131 into the
  • Interaction chamber 151 inflowing fluid into the first outlet conduit 121, which is opposite to the inlet 112a of the second control line 1 12 with respect to the spatial center Z of the interaction chamber 125. In the second switching state 165b, this flows from the second fluid supply line 132 into the interaction chamber 151
  • Longitudinal axis L131 of the actuator 1 between the first outlet conduit 121 and the third outlet conduit 123 is located.
  • the actuator 100 is preferably designed such that the minimum
  • Speed or maximum speed of the control flow out of the first control line 111 or out of the second control line 112 within predetermined deviations are the same in each case.
  • Embodiment according to the figure 7 and in variants of this embodiment or these alternative embodiments be provided that in one or the end portion of the outlet lines 121, 122, 123 whose width B121, B122 increases and whose depth (not shown) decreases such that the cross-sectional area the respective outlet lines 121 and 122 or 123 remains constant.
  • Embodiment of the actuator 1 this can also be a third control line (in the FIG. 7), wherein the control lines are arranged star-shaped in relation to the spatial center Z such that in relation to the spatial center Z of the interaction chamber 125, a respective control line and one and outlet lines 121, 122 and 123 oppose each other.
  • three switching states are also adjustable in the switching device 165, wherein in the
  • the fluid flows out with a predetermined control pressure from one and each one of the other of the three control lines.
  • the three control lines each open at an angle preferably between 20 and 70 degrees to the longitudinal direction of the fluid supply line 131 or the inlet 131 a in the interaction chamber 151, so that the
  • a flow divider is arranged in the interaction chamber 51 or 151 between each two inlets 21a, 22a and 121a, 122a, 123a of outlet lines.
  • Embodiment with two inlets 21a, 22a according to the figures 1 to 6 is a flow divider 55 between them and in the embodiment with three inlets 121a, 122a, 123a of Figure 7 is between each two inlets 121a, 122a, 123a respectively a flow divider 155, 156 formed.
  • a flow divider 55 between them and in the embodiment with three inlets 121a, 122a, 123a of Figure 7 is between each two inlets 121a, 122a, 123a respectively a flow divider 155, 156 formed.
  • Outlet lines 121, 122 and 123 are arranged spatially star-shaped and have the same angular course with respect to the longitudinal axis L, are a total of three Flow divider, so arranged between each outlet line in each case a flow divider.
  • the flow divider is in each case a three-dimensional wall front part of the wall of the interaction chamber, which divides a corresponding flow with regard to the inflow into one or both of the respectively adjacent outlet lines.
  • the flow divider can each be pointed or round.
  • an advantage of the invention is that the supply device 30 and 130, the
  • Flow deflection device 50 or 150 and the outlet device 20 or 120 from a mechanical component 2 or 102 i. especially in one piece e.g. can be produced by a casting method or a press-forming.
  • Outlet pipes 21, 22, 121, 122, 123 is the same. Specifically, the determination of this angle may be based on a section through the respective contiguous outlet lines considered, which is selected such that the directions of these outlet lines lie at the location of their respective inlets in the section plane.
  • a respective switching valve or control valve 61, 62 or 113 is connected to each of the control lines 11, 12 or 111, 112, 113 161, 162, 163 of the
  • a switching chamber 66 or 166 may be provided, is introduced into the fluid with the intended control pressure.
  • the switching chamber is with
  • Control lines 11, 12 is and on each of which one of the switching valves are arranged.
  • a switching device driving device 70 For driving the switching valves, a switching device driving device 70 is provided with a corresponding control function for commanding the respective associated switching valves (not shown in Figure 7).
  • Switching device driving device 70 or 170 may via
  • Connecting lines 11a, 12a and 111a, 112a with the Druckbeetzungs- Zubow lines 11, 12 and 11 1, 112, 113 via a respective control terminal 1 1b, 12b are in communication, each with a connecting line 11a, 12a and 111a, 1 12a is connected to a respective control line.
  • closed switching valve or the respective closed switching valves can not equalize the respective associated control line with the control fluid reservoir (not shown in the figures), in which the fluid for the control lines to
  • the switching device 65 or 165 is in particular designed such that only one of the plurality of control valves 61, 62 or 161, 162, 163 of the adjusting device 69 or 160 is completely open, while the respective further switching valve or the other switching valves 61, 62 or 161, 162, 163 are closed or opened much lower compared to the fully open control valve. As a result, flows through only one of the control lines or mainly by one of the control lines a
  • Actuator 60, 160 fluid with the intended control pressure.
  • FIGS. 2 and 3 for one exemplary embodiment of the fluid actuator 1 according to FIGS. 1 to 6, the switching state S1, S2 of the two control valves 61 and 62 is shown for one activation period, the value "1" representing an open state of the respective control valve 61 and 62 and the value "0" denotes a closed one of the respective control valve 61 and 62, respectively.
  • the control valve 61 is closed and the control valve 62 is opened, then sets in the control line 11, the static pressure of the main fluid flow in the supply line 31 and in the control line 12 is the particular higher pressure of Control fluid reservoirs before.
  • the jet flowing out of the outlet 31a of the supply line 31 experiences a force transversely to its flow direction and in this case is redirected towards the lower pressure, ie in the direction of the outlet line 21.
  • the fluid actuator 1 Due to the design of the interaction zone 55, the fluid actuator 1 is bi-stable. both the case that the steel exits through the outlet conduit 21 and the case that the jet exits through the outlet conduit 22 may be stable conditions.
  • Mass flow in the supply line 31 is preferably substantially greater than the mass flow through the control lines 1 1 or 12, whereby a high efficiency is achieved, which is not achieved by known actuators such as in particular by actuators based on solenoid valves.
  • the embodiment of the fluid actuator 1 according to the figure 7 functions in an analogous manner with three control lines 1 11, 112, 113 and three outlet lines 131, 132, 133 instead of the two control lines 11, 12 and two outlet lines 31, 32 according to the embodiment of the FIGS. 1 to 6.
  • the adjusting device 60, 160 has in particular a switching device control device 70 or 170 with a corresponding control function for controlling the switching valves.
  • the switching device driver 70 and 170 respectively, communicate with the switching devices 65 and 165 via a connecting line 71 and 171, respectively, for transmitting switching commands generated by the switching device driving devices 70 and 170, respectively.
  • the driving function is performed such that the switching valves 61, 62; 161, 162, 163 into a sequence of
  • switching states in which in a cyclical sequence each one of the switching valves 61, 62 or 161, 162, 163 is in an open state, while the at least one further switching valve of the plurality of switching valves 61, 62; 161, 162, 163 is in a closed state.
  • the frequency for changing the switching states is set by the driving function or set on the basis of specifications that it receives from an associated system. Due to the repeated change of the switching states becomes pulsed blowing at the outlet openings 45, 46 and 145, 146, 147 reached. For this purpose, in particular a frequency of 500 Hz to 0.01 kHz can be provided.
  • the control function thus determines the times at which the respective switching states are activated. It can be provided in particular that the switching states change at the same time intervals, so that periodically occurring pulses are generated in the fluid. Alternatively or additionally, it can also be provided that the switching states are irregular from the
  • Control device be commanded.
  • a frequency range between 20 and 70 Hz may be provided in this regard, in particular, in order to provide aerodynamically effective pulsed blowing at the openings of the aerodynamic body.
  • flow sensors 71, 72 may be provided on the outlet conduits, and in particular on the actor exhaust chambers 31, 32 and 131, 132, 133, respectively, for detecting a flow condition in the outlet conduit, such as e.g. a pressure or a speed can be provided.
  • a flow condition in the outlet conduit such as e.g. a pressure or a speed can be provided.
  • the sensors 71, 72 are functionally connected to the switching device control device 70. These can be used to monitor the
  • Switching device driving device 70 may be arranged a monitoring function, which compares the sensor signals transmitted by the sensors 71, 72 with nominal values corresponding to minimum flow values and at
  • the fluid actuator rated as defective may further be provided that the monitoring function transmits a corresponding command signal to a supply device in order to put it in an inactive state and, e.g. no fluid to pass into the interaction chamber.
  • the switching device driver 70 may have a control function based on the respectively received one
  • an adjusting device can each be assigned to a plurality of interaction chambers.
  • Interaction chambers are e.g. associated with two or three outlet openings on the flow body, so that a plurality or a plurality of outlet openings can be controlled on the flow body with an adjusting device. As a result, an actuating device can influence a larger flow area on the flow body.

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Abstract

Fluid-Aktuator (1) zur Beeinflussung der Strömung entlang einer Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines durch den Fluid-Aktuator (1) strömenden Fluids, mit zumindest zwei Auslassleitungen (21, 22; 121, 122, 123) mit an deren jeweiligen Enden vorgesehenen Auslassöffnungen und eine mit den Auslassleitungen (21, 22; 121, 122, 123) verbundene Zufuhrleitung (31; 131 ) zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck, eine Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung (50), in die die Zufuhrleitung (31; 131 ) einmündet und aus der die Auslassleitungen (21, 22; 121, 122, 123) ausmünden, und eine mit der Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung (50) gekoppelte Stellvorrichtung (60; 160) zur Ansteuerung derselben, die derart ausgeführt ist, dass das Fluid in einer zyklischen Abfolge nacheinander in jede der Auslassleitungen (21, 22; 121, 122, 123) geführt wird. Ausblasvorrichtung zum Ausblasen eines Fluids aus einem Strömungskörper, aufweisend einen solchen Fluid-Aktuator (1) und eine Stellvorrichtung (60; 160) zur Ansteuerung der Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung (50), sowie Strömungskörper mit einer Mehrzahl von Ausblassöffnungen und einer solchen Ausblasvorrichtung.

Description

FLUID-AKTUATOR ZUR ERZEUGUNG EINER GEPULSTEN AUSLASS-STROMUNG IN DER
UMSTROMUNG EINES AERODYNAMISCHEN KORPERS SOWIE DAMIT AUSGESTATTETE
AUSBLASVORRICHTUNG UND AERODYNAMISCHER KÖRPER
Die Erfindung betrifft einen Fluid-Aktuator zur Erzeugung einer gepulsten Auslass- Strömung in der Umströmung eines aerodynamischen, eine Ausblasvorrichtung mit einem solchen Fluid-Aktuator sowie einen aerodynamischen Körper mit einer solchen Ausblasvorrichtung.
Ein derartiger Fluid-Aktuator ist aus der DE 60 2006 001 040 T2 bekannt.
Zur Ablösekontrolle an einem Flügel oder einer Flügelklappe hat sich das gepulste Ausblasen von Druckluft als aerodynamisch effizienter erwiesen als etwa
kontinuierliches Ausblasen, da Instabilitäten in der Strömung ausgenutzt werden können. Dies ist z.B. in„On flow Separation and its control" von Nishiri, B. und
Wygnanski, I. in ECCOMAS; 1996 entnehmbar. In der NASA-Studie„Study of the Application of Separation Control by Unsteady Excitation to Civil Transport Aircraft" von J.D.McLean et. al. vom Juni 1999 und in der Studie„Designing Actuators for Active Separation Control Experiments on High-Lift Configurations" von Ralf Petz und Wofgang Nitsche, Berlin University of Technology werden die Möglichkeit eines gepulsten Ausblasens von Luft an der Außenseite eines aerodynamischen Flügels beschrieben.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, zur Erzeugung eines gepulsten Luftstroms mechanische Ventile zu verwenden, welche durch periodisches Öffnen und Schließen eines Strömungskanals Durchfluss zulassen oder verhindern. Um mit solchen Ventilen hohe Frequenzen für das gepulste Ausblasen schalten zu können, müssen die Strömungsquerschnitte der Auslassleitungen sehr klein gehalten werden, wodurch große aerodynamische Verluste auftreten. Die Gesamtdruckverluste liegen dabei bei mehr als 90%. Zudem beschränken mechanisch bewegliche Bauteile die Lebensdauer und Ausfallsicherheil der Ventile. Üblicherweise werden schnell schaltende Ventile über Magneten betätigt, welche sich durch eine hohe elektrische Leistungsaufnahme auszeichnen, starke elektromagnetische Felder mit sich bringen und in der Regel eine aufwendige Steuerelektronik voraussetzen. Auch ist an diesen Lösungen nachteilig, dass - da in diesem Zusammenhang vorgesehene Ventile nur in Großserien hergestellt werden - eine Anpassung an den speziellen Anwendungsfall bezüglich Baugröße und Leistungsdaten in der Regel nicht sinnvoll möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist, einen Fluid-Aktuator zur Integration an einer Außenseite eines von einem Fluid umströmten aerodynamischen Körpers zur Erzeugung einer gepulsten Auslass-Strömung in der Umströmung des aerodynamischen Körpers bereitzustellen, der einfach gebaut ist und eine Anpassung an die speziellen
Gegebenheiten des einzelnen Anwendungsfalls auf effiziente Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen
angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Fluid-Aktuator zur Beeinflussung der Strömung entlang einer Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines durch den Fluid-Aktuator strömenden Fluids vorgesehen, mit zumindest zwei Auslassleitungen mit an deren jeweiligen Enden vorgesehenen Auslassöffnungen und eine mit den Auslassleitungen
verbundene Zufuhrleitung zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck, einer Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung, in die die Zufuhrleitung einmündet und aus der die Auslassleitungen ausmünden, und einer mit der Strömungsrichtungs- Ablenkungsvorrichtung gekoppelte Stellvorrichtung zur Ansteuerung derselben.
Weiterhin ist eine mit der Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung gekoppelte Stellvorrichtung zur Ansteuerung derselben vorgesehen, die derart ausgeführt ist, dass das Fluid in einer zyklischen Abfolge nacheinander in jede der Auslassleitungen geführt wird. Durch Verwendung einer Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung und mehrerer Auslassleitungen oder Auslassöffnungen, in bzw. durch die Fluid derselben Versorgungs- oder Druck-Quelle geleitet wird, benötigt der erfindungsgemäße Aktuator keine bewegbaren Teile, um an jeder der Auslassöffnungen ein gepulstes Ausblasen zu erzeugen. Stattdessen wird das gepulste Ausblasen durch Verwendung mehrerer Auslassleitungen erricht, in die wechselweise mittels einer Strömungsrichtungs- Ablenkungsvorrichtung das mit einem Versorgungsdruck zugeführte Fluid eingeleitet wird.
Nach diesem erfindungsgemäßen Prinzip ist auch ein Fluid-Aktuator zur Beeinflussung der Strömung entlang einer Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines durch den Fluid-Aktuator strömenden Fluids vorgesehen, mit einer Auslassvorrichtung mit zumindest zwei Auslassleitungen und zumindest zwei Öffnungen zum Ausstossen eines Fluids, von denen eine mit jeweils einer Auslassleitungen in Verbindung steht, der Fluid-Aktuator aufweisend: eine Strörnungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung in Gestalt einer
Interaktionskammer, die über jeweils eine Strömungsleitung mit jeder der Auslassöffnungen in Verbindung steht und die eine Strömungsteilungs- Vorrichtung aufweist, die am Einlass der Auslassleitungen angeordnet sind, eine Zufuhrleitung an die Interaktionskammer [mit einem Anschluss an eine Fluid- Versorgungsvorrichtung] zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck in die Interaktionskammer, zumindest zwei Steuerleitungen jeweils zur Zufuhr von Fluid mit vorbestimmtem Steuerdruck, die jeweils mit einem Ende an die Interaktionskammer
angeschlossen sind.
Dabei ist die Interaktionskammer insbesondere derart gestaltet, dass bei Zufuhr von Fluid mit einem vorbestimmten Steuerdruck durch jeweils eine der Steuerleitungen das durch die Zufuhrleitung an die Interaktionskammer mit einem Versorgungsdruck strömende Fluid in der Interaktionskammer in jeweils eine vorbestimmte Auslassleitung der Auslassleitungen abgelenkt wird, so dass durch die Gestalt der Interaktionskammer multistabile Strömungszustände im Aktuator erreicht werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators ist dadurch, dass dessen
Ausström- und Einström-Charakteristik symmetrisch ist, da beim Ausströmen wie beim Einströmen des Fluids weitgehend gleiche Massenströme vorgesehen sind, die theoretisch gleich groß sind. Demgegenüber ist bei aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Ansätzen zur Erzeugung von gepulsten Auslassströmungen an einem Flügel durch periodisches Kontrahieren und Expandieren eines
Kammervolumens (z.B. unter Nutzung des piezoelektrischen Effektes) die Ausström- und Einström-Charakteristik nicht symmetrisch, da das Ausströmen an einer gegenüber der Eintrittsöffnung wesentlich schmäleren Öffnung erfolgt, um eine periodische Düsenströmung am Austrittskanal zu erzeugen.
Nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist der Fluid-Aktuator zwei Auslassleitungen und zwei Steuerleitungen auf und ist die Strömungsteilungs- Vorrichtung als ein spitzenförmiges Wandteil der Interaktionskammer gebildet, die zwischen den zwei Auslassleitungen gelegen ist.
Nach einem alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist der Fluid- Aktuator drei Auslassleitungen und drei Steuerleitungen auf und ist die
Strömungsteilungs-Vorrichtung aus einem ersten spitzenförmigen Wandteil, das zwischen den Einlassen einer ersten und einer zweiten Auslassleitung gelegen ist, und einem zweiten spitzenförmigen Wandteil gebildet, das zwischen den Einlassen einer ersten und einer zweiten Auslassleitung gelegen ist, um teil-stabile Zustände in der Interaktionskammer zu erreichen.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Fluid-Aktuators ist vorgesehen, dass die Zufuhrleitung an die Interaktionskammer einen Anschluss an eine Fluid- Versorgungsvorrichtung aufweist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zwei Steuerleitungen jeweils mit einem Ende an eine Drucksteuerungs-Vorrichtung angeschlossen sind und jeweils einen Anschluss an eine Fluid-Versorgungsvorrichtung aufweisen.
Insbesondere kann die erste Auslassleitung und die zweite Auslassleitung bezogen auf die Längssachse des Aktuators einander gegenüber liegen und insbesondere symmetrisch zu der Längssachse gelegen sein, und dass die Steuerleitungen in Bezug auf das Zentrum der Interaktionskammer jeweils einer der Einmündungen der
Auslassleitungen gegenüber liegen. Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Fluid-Aktuators ist vorgesehen, dass der Fluid-Aktuator drei Auslassleitungen und drei Steuerleitungen aufweist und dass die Strömungsteilungs-Vorrichtung ein erstes spitzenförmiges Wandteil, das zwischen den Einlassen einer ersten und einer zweiten Auslassleitung gelegen ist, und ein zweites spitzenförmiges Wandteil, das zwischen den Einlassen einer ersten und einer zweiten Auslassleitung gelegen ist, aufweist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste Auslassleitung und die dritte
Auslassleitung in Bezug auf die Längsachse des Fluid-Aktuators einander gegenüber liegen und insbesondere symmetrisch zur Längsachse angeordnet sind, die zweite Auslassleitung zwischen der ersten Auslassleitung und der dritten Auslassleitung und insbesondere mittig auf der Längsachse des Fluid-Aktuators gelegen ist.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Fluid-Aktuators ist dabei vorgesehen, dass, die Fluid-Zufuhrleitung in Bezug auf das Zentrum der
Interaktionskammer der zweiten Auslassleitung gegenüber liegt und jede der
Steuerleitungen in Bezug auf das Zentrum der Interaktionskammer gegenüber jeweils einer Einmündung der ersten oder zweiten Auslassleitung gelegen ist. Auch kann dabei vorgesehen sein, dass der Fluid-Aktuator eine dritte Steuerleitung aufweist, wobei die erste, zweite und dritte Steuerleitung in Bezug auf das räumliche Zentrum sternförmig derart angeordnet sind, dass in Bezug auf das räumliche Zentrum der Interaktionskammer sich jeweils eine Steuerleitung und eine der Auslassleitungen gegenüber liegen.
Generell kann vorgesehen sein, dass in einem Endabschnitt der Auslassleitungen deren Breite derart zunimmt und deren jeweilige Tiefe derart abnimmt, dass die Querschnittfläche der jeweiligen Auslassleitung im Rahmen einer Abweichung von 10 % bezogen auf die jeweilige Querschnittsfläche der Auslassöffnung der
Auslassleitungen konstant bleibt.
Generell kann vorgesehen sein, dass zur Steuerung und Änderung des Zuflusses von Fluid durch die jeweilige Steuerleitung an jede der Steuerleitungen jeweils ein
Steuerventil einer zur Stellvorrichtung gehörenden Schaltvorrichtung zur Betätigung der Ventile angeschlossen ist. Auch ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Ausblasvorrichtung zum Ausblasen eines Fluids aus einem Strömungskörper mit einem solchen Fluid-Aktuator bereitzustellen.
Diese Aufgabe werden mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diesen rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Dabei ist erfindungsgemäß insbesondere eine Ausblasvorrichtung zum Ausblasen eines Fluids aus einem Strömungskörper vorgesehen, aufweisend einen Fluid- Aktuator, mit zumindest zwei Auslassleitungen mit an deren jeweiligen Enden vorgesehenen Auslassöffnungen und eine mit den Auslassleitungen verbundene Zufuhrleitung zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck, eine
Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung, in die die Zufuhrleitung einmündet und aus der die Auslassleitungen ausmünden, und eine mit der Strömungsrichtungs- Ablenkungsvorrichtung gekoppelte Stellvorrichtung zur Ansteuerung derselben. Die Stellvorrichtung weist eine Ansteuerungsfunktion auf, mit der die Strömungsrichtungs- Ablenkungsvorrichtung eine Ablenkung eines vorbestimmten Volumenstroms des über die Zufuhrleitung zugeführten Fluids in jeweils eine der Auslassleitungen geführt wird, wobei das Fluid in einer zyklischen Abfolge nacheinander in jede der Auslassleitungen geführt wird.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist eine
Ausblasvorrichtung zum Ausblasen eines Fluids aus einem Strömungskörper vorgesehen, die einen Fluid-Aktuator nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und eine Stellvorrichtung auf. Die Stellvorrichtung weist eine Kammer mit einer Öffnung zur Zufuhr von Fluid mit einem Steuerdruck, eine Mehrzahl von Schaltventilen, von denen jedes jeweils einer Steuerleitung zugeordnet ist, und eine Schaltvorrichtung auf, wobei die Schaltvorrichtung zur Einstellung von Schaltzuständen der Schaltventile ausgeführt ist, bei denen jeweils ein Ventil der Mehrzahl von Schaltventilen geöffnet ist und das zumindest eine weitere Ventil der Mehrzahl von Schaltventilen geschlossen ist, Die Stellvorrichtung weist eine Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung auf, die über eine Verbindungsleitung zur Übertragung von Schaltkommandos mit der
Schaltvorrichtung funktional in Verbindung steht und die die Schaltvorrichtung derart ansteuert, dass die Schaltventile in eine Abfolge der Schaltzustände gebracht wird, bei der in einer zyklischen Abfolge sich jeweils eines der Schaltventile in einem offenen Zustand befindet, während sich das zumindest eine weitere Schaltventil der Mehrzahl von Schaltventilen in einem geschlossenen Zustand befindet. Dabei kann
insbesondere der Steuerdruck derart vorgesehen sein, dass in jedem Schaltzustand das mit dem Versorgungsdruck in die Interaktionskammer eingeführte Fluid mit zumindest 75% in genau eine diesem Schaltzustand jeweils zugeordnete
Auslassleitung strömt.
Die Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung kann derart ausgeführt sein, dass mit dieser die Frequenz der zyklischen Einstellung von Schaltzuständen durch die
Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung einstellbar ist.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass an jeder Auslassleitung ein Sensor zur Erfassung des Strömungszustands angeordnet ist, der jeweils funktional mit der Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung zur Übermittlung von von dem jeweiligen Sensor erzeugten Sensorsignalen gekoppelt ist, dass die Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung eine Regelungsfunktion aufweist, die auf der Basis der jeweils empfangenen Sensorsignale und einer Sollvorgabe
Ansteuerungskommandos erzeugt und diese an die Schaltvorrichtung zur Betätigung derselben übermittelt.
Weiterhin ist eine Aufgabe der Erfindung, einen aerodynamischen Körper mit einer Ausblasvorrichtung mit einem vorgenannten Fluid-Aktuator bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese
rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Strömungskörper und insbesondere ein aerodynamischer Körper vorgesehen, der eine Mehrzahl von Ausblassöffnungen und eine
erfindungsgemäß ausgeführte Ausblasvorrichtung aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung jeweils einer Mehrzahl von Interaktionskammem zugeordnet ist. Jeder Interaktionskammer sind z.B. zwei oder drei Auslassöffnungen am Strömungskörper zugeordnet, so dass eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Auslassöffnungen am Strömungskörper mit einer Stellvorrichtung angesteuert werden kann. Dadurch kann mit einer Stellvorrichtung ein größerer Strömungsbereich am Strömungskörper beeinflusst werden.
Durch die erfindungsgemäß an einem aerodynamischen Körper erzeugte pulsierende Auslassströmung wird eine Strömungsablösung der Umströmung des
aerodynamischen Körpers in einer Längsrichtung der Oberfläche desselben hinausgeschoben und dadurch die Umströmung desselben optimiert.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Figuren beschrieben, die zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Fluid- Aktuators nach der Erfindung, der zwei Auslassleitungen und zwei
Steuerleitungen aufweist, mit einer Stellvorrichtung zur Steuerung der
Auslassströme durch die Auslassleitungen,
Figur 2 ein Diagramm mit einer Darstellung des Druckes über der Zeit in einer ersten Steuerleitung der Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 innerhalb eines Schaltzyklus einer erfindungsgemäß vorgesehenen Stellvorrichtung des Fluid- Aktuators,
Figur 3 ein Diagramm mit einer Darstellung des Druckes über der Zeit in einer zweiten Steuerleitung der Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 innerhalb des auch in der Figur 2 dargestellten Schaltzyklus,
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Fluid-Aktuators nach der Erfindung, der zwei Auslassleitungen und zwei Steuerleitungen aufweist,
Figur 5 einen Schnitt der in der Figur 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators entlang der Linie 5-5, Figur 6 einen Schnitt der in der Figur 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators entlang der Linie 6-6,
Figur 7 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Fluid-Aktuators nach der Erfindung, der drei Auslassleitungen und drei Steuerleitungen aufweist, mit einer Stellvorrichtung zur Steuerung der
Auslassströme durch die Auslassleitungen.
Nach der Erfindung ist ein Fluid-Aktuator oder ein fluidischer Aktuator 1 zur
Beeinflussung der Strömung entlang einer Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines durch den Fluid-Aktuator 1 strömenden Fluids vorgesehen. Der Strömungskörper ist generell ein Körper, der eine strömungtechnische Funktion in einem Fluid oder einem Medium wie z.B. Luft oder Wasser erfüllt. Beispielsweise kann der
Strömungskörper ein aerodynamischer Körper, der an einem Flugzeug oder einem Bodenfahrzeug angebracht ist, oder ein Körper sein, der an einem Wasserfahrzeug oder einem Schiff angebracht oder Bestandteil desselben ist. Der Fluid-Aktuator ist also zur Integration an einer Außenseite eines von einem Fluid umströmten
Strömungskörpers K zur Erzeugung einer gepulsten Auslass-Strömung in die
Umströmung und insbesondere die Grenzschicht des Ström ungskörpers K
vorgesehen. Durch Einführen einer gepulsten Auslass-Strömung in die Umströmung und insbesondere die Grenzschicht des Strömungskörpers K kann die Ablösung derselben von der Strömungs-Oberfläche des Strömungskörpers in bestimmten Strömungszuständen kompensiert oder verringert werden.
Der fluidische Aktuator 1 weist auf: eine Auslassvorrichtung 20 mit zumindest zwei Auslassleitungen mit an deren jeweiligen Enden vorgesehenen Auslassöffnungen (in den Figuren 1 bis 7 nicht gezeigt), eine mit den Auslassleitungen verbundene Fluid- Zufuhrvorrichtung 30 mit einer Zufuhrleitung 31 zur Zufuhr von Fluid mit einem vorbestimmten Versorgungsdruck, eine Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung 50, in die die Zufuhrleitung 31 einmündet und aus der die Auslassleitungen
ausmünden, und eine mit der Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung 50 gekoppelte Stellvorrichtung 60 zur Ansteuerung derselben. Nach der Erfindung wird also generell ein über eine Zufuhrvorrichtung 30 einer Strömungsrichtungs- Ablenkungsvorrichtung 50 mit einem vorbestimmten Druck oder Mindestdruck zugeführtes Fluid in einer zyklischen Abfolge in jeweils eine einer Mehrzahl von Auslassleitungen abgelenkt. Die Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung 50 wird über die Stellvorrichtung 60, die hierfür entsprechende Schaltzustände einnehmen kann, in verschiedene Zustände eingestellt, bei denen jeweils das zugeführte Fluid in jeweils eine der Auslassleitungen eingeführt wird, während keine oder nur eine verhältnismäßig geringe Menge durch die jeweils zumindest eine andere
Auslassleitung strömt, wobei das Fluid in einer zyklischen Abfolge nacheinander in jede der Auslassleitungen geführt wird. Durch das Wechseln der jeweiligen
Auslassleitung für das Ausströmen einer Hauptmenge des zugeführten Fluids entsteht an jeder Auslassöffnung, die einer jeweiligen Auslassleitung zugeordnet ist, eine gepulste Auslassströmung.
Generell kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die gesamte zugeführte Fluidmenge oder ein Großteil derselben wie insbesondere 90% derselben, in die nach dem jeweiligen Schaltzustand vorgesehene Auslassleitung eingeführt wird. Dabei muss nicht die gesamte zugeführte Fluidmenge jeweils einer Auslassleitung zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beim Ausströmen des mit einem Versorgungsdruck zugeführten Fluids durch jeweils eine Auslassleitung zumindest 50 % der zugeführten Menge des Fluids, also des Durchsatzes des über die Zufuhr- Vorrichtung 30 zugeführten Fluids strömt. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass entsprechend des Schaltzustands der Schaltvorrichtung 65 zumindest 75 % der zugeführten Menge des Fluids durch jeweils eine und insbesondere von der
Schaltvorrichtung 65 jeweils angesteuerte Auslassleitung strömt.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann derselbe Aktuator 1 für sehr
unterschiedliche Anwendungsfälle verwendet werden, da dieser in einem sehr weiten Bereich skalierbar ist: der Versorgungsdruck und der Durchsatz des über die Zufuhr- Vorrichtung 30 zugeführten Fluids kann variiert werden, ohne dass der Aktuator 1 angepasst werden muss. Außerdem kann die Strömungsrichtungs- Ablenkungsvorrichtung 50 und die Auslassvorrichtung 20 aus einem Stück gefertigt werden, so dass der Aktuator 1 sehr wirtschaftlich hergestellt werden kann.
Dementsprechend hat dieser Teil des Aktuators 1 eine sehr hohe Zuverlässigkeit. Weiterhin ist die Ausström- und Einström-Charakteristik symmetrisch, so dass auch die Strömungseffizienz des Aktuators 1 sehr hoch ist.
Die Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung 50 kann auf verschiedene Weise realisiert sein. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass in der Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung 50 die Strömungsrichtung des über die Zufuhr-Vorrichtung 30 zugeführten Fluids durch ein über entsprechend angeordnete Steuerleitungen strömendes Fluid beeinflusst wird, so dass die beschriebene erfindungsgemäße Wirkung der Einleitung in die jeweilige Auslassleitung entsteht.
In den Figuren 1 bis 3 und den Figuren 4 bis 6 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators 1 gezeigt, das jeweils zwei Auslassleitungen 21 , 22 aufweist, während in der Figur 7 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators 1 gezeigt ist, das drei Auslassleitungen 121 , 122, 123 aufweist. Die den Auslassleitungen jeweils zugeordneten Öffnungen sind vorzugsweise quer zur
Strömungsrichtung nebeneinander angeordnet.
Das Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 zeigt zwei Auslassleitungen 21 , 22, denen jeweils eine Auslassöffnung 41 , 42 zugeordnet sind. Die Figuren 4 bis 6 zeigen eine Realisierung eines Aktuators 1 nach der in der Figur 1 dargestellten Prinzipdarstellung. Bei den Figuren 4 bis 6 wurden dargestellte Komponenten, die im Vergleich zu in der Figur 1 dargestellten Komponenten gleiche Funktion haben, mit denselben
Bezugszeichen versehen. Wie der Figur 4 im Vergleich zu dem in der Figur 6 gezeigten Schnitt entlang der Schnittlinie 6-6 in der Figur 4 entnommen werden kann, nimmt in einem Endabschnitt der Auslassleitungen 21 , 22 deren Breite B21 , B22 zu, während deren Tiefe T22 (die Tiefe für die Auslassleitung 21 ist in der Figur 6 nicht gezeigt) derart abnimmt, dass die Querschnittfläche der jeweiligen Auslassleitung 21 bzw. 22 konstant bleibt. Auf diese Weise bleibt der Massendurchsatz des Fluids in diesem Bereich ebenfalls konstant. Die Zunahme der Breite der Auslassleitung in einem Endabschnitt derselben bildet diese jeweils eine Aktuatorkammer oder
Auslasskammer 45 bzw. 46 aus, in der eine Anpassung auf die bestimmungsgemäß vorzusehende Breite der Auslassöffnung realisiert ist. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem Endabschnitt der Auslassleitungen 21 , 22 deren Breite B21 , B22 derart zunimmt und deren Tiefe derart abnimmt, dass die Querschnittfläche der jeweiligen Auslassleitung 21 bzw. 22 im Rahmen einer
Abweichung von 10 % bezogen auf die jeweilige Querschnittsfläche konstant bleibt.
Nach einem Ausführungsbeispiel des Fluid-Aktuators 1 insbesondere für eine
Anwendung für einen aerodynamischen Körper ergibt sich eine schlitzförmige
Auslassöffnung 41 , 42. Diese kann z.B. eine Tiefe von 0,2 cm bis 0,8 cm und eine Breite von 20 cm bis 100 cm haben.
Zur Orientierung ist in der Figur 1 ein Aktuator-Koordinatensystem KS-1 eingetragen, das eine Aktuator-Längsrichtung X, eine Aktuator-Breitenrichtung Y und eine Aktuator- Tiefenrichtung Z definiert. Vorzugsweise verläuft die in der Figur 4 eingetragene Breite B21 bzw. B22 in oder zumindest entlang der Senkrechten zur Richtung der Strömung, die an der Stelle des Strömungskörpers, an der die Auslassöffnungen jeweils angeordnet sind, bestimmungsgemäß auftritt. Beispielsweise für den Fall, dass die Auslassöffnungen an einem Flügel oder einer Stellklappe eines Flugzeugs vorgesehen sind, erstreckt sich die Breite B21 bzw. B22 in oder zumindest entlang der
Tiefenrichtung des Flügels bzw. der Stellklappe.
Das in der Figur 7 gezeigte Ausführungsbeispiel des Fluid-Aktuators 100 weist drei Auslassleitungen 121 , 122, 123 und Auslassöffnungen 141 , 142 bzw. 143 an den jeweiligen Endabschnitten 145, 146 bzw. 147 der Auslassleitungen 121 , 122, 123 auf. Die an Hand der Figuren 1 bis 6 beschriebenen Merkmale sind auch bei dem
Ausführungsbeispiel der Figur 7 vorgesehen.
Die Auslassleitungen 21 , 22 oder 121 , 122, 123 stellen Ausmündungen einer
Interaktionskammer 51 bzw. 151 als Teil einer Ausführungsform der
Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung 50 bzw. 150 dar. An die
Interaktionskammer 51 bzw. 151 ist zum einen die Fluid-Zufuhrvorrichtung 30 bzw. 130 mit einer Fluid-Zufuhrleitung 31 bzw. 131 und einem Anschluss 35 bzw. 135 an eine Druck- oder Versorgungsquelle sowie eine Stellvorrichtung 60 bzw. 160 mit einer Anordnung von Steuerleitungen angeschlossen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6 münden in die Interaktionskammer 51 zwei Steuerleitungen oder Druckbeaufschlagungs-Leitungen 11 , 12, wobei die Fluid- Zufuhrleitung 31 zwischen diesen verläuft, so dass der Einlass 31a der Fluid- Zufuhrleitung 31 in die Interaktionskammer 51 zwischen den Einlassen 11a, 12a der zwei Steuerleitungen 11 bzw. 12 gelegen ist. Weiterhin münden die zwei
Steuerleitungen 11 bzw. 12 in einem Winkel vorzugsweise zwischen 20 und 70 Grad zur Längsrichtung L31 der Fluid-Zufuhrleitung 31 oder dessen Einlass 31a in die Interaktionskammer 51 ein. Auf diese Weise kann die Strömungsrichtung des von der Fluid-Zufuhrleitung 31 in die Interaktionskammer einströmenden Fluids durch eine der Steuerleitungen 11 , 12 in die von dieser jeweils in Bezug auf das Zentrum der
Interaktionskammer 51 gegenüber liegenden Einmündung 22a bzw. 21a der
Auslassleitungen 22 bzw. 21 abgelenkt werden, wenn durch die weitere oder zumindest eine weitere Steuerleitung ein gegenüber der zu dem jeweiligen Zeitpunkt steuernden Steuerleitung reduzierter und kein Zustrom von Fluid stattfindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 7 sind zwei Steuerleitungen oder
Druckbeaufschlagungs-Leitungen 111 , 112 vorgesehen, zwischen denen die Fluid- Zufuhrleitung 131 verläuft. Der Einlass 131a der Fluid-Zufuhrleitung 131 in die
Interaktionskammer 151 ist also zwischen den Einlassen 11 1a, 1 12a der zwei
Steuerleitungen 1 11 bzw. 1 12 gelegen. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zwei Steuerleitungen 111 , 112 jeweils in einem Winkel vorzugsweise zwischen 20 und 70 Grad zur Längsrichtung der Fluid-Zufuhrleitung 131 oder dessen Einlass 131a in die Interaktionskammer 151 einmünden, so dass die Strömungsrichtung des von der Fluid- Zufuhrleitung 131 in die Interaktionskammer 151 einströmenden Fluids durch die Fluidströmung, die von den Steuerleitungen 111 , 112 in die Interaktionskammer 151 einströmt, je nach der Einströmrichtung dieser Fluidströmung in eine der
Einmündungen 121a, 122a oder 123a der Auslassleitungen 121 , 122 bzw. 123 abgelenkt werden. Dabei ist die dritte Auslassleitung 123 zwischen einer ersten Auslassleitung 121 und einer zweiten Auslassleitung 122 gelegen. Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform die dritte Auslassleitung 123 mittig auf der Längsachse L131 gelegen und sind die erste Auslassleitung 121 und die zweite Auslassleitung 122 symmetrisch zur Längsachse L131 angeordnet. Auf diese Weise kann die
Strömungsrichtung des von der Fluid-Zufuhrleitung 131 in die Interaktionskammer einströmenden Fluids durch eine der Steuerleitungen 111 , 112 in die von dieser jeweils in Bezug auf das Zentrum der Interaktionskammer 151 gegenüber liegenden
Einmündung 122a bzw. 121a der Auslassleitungen 122 bzw. 121 oder die Einmündung 123a der dritten Auslassleitung 123 abgelenkt werden, wenn die gleichzeitig auftretenden Steuerströme durch die Steuerleitungen 111 , 112 entsprechende dosiert werden.
Um zu erreichen, dass das aus der Fluid -Zufuhrleitung 131 in die Interaktionskammer 151 einströmende Fluid mit den durch die zwei Steuerleitungen 111 , 112 in die Interaktionskammer 151 einströmbaren Steuerströmen jeweils in eine von drei Auslassleitungen 121 , 122 bzw. 123 abgelenkt wird, werden in der Schaltvorrichtung 165 drei Schaltzustände 165a, 165b, 165c zur Verfügung gestellt, die in der Figur 7 symbolisch dargestellt sind. Diese sind derart ausgeführt, dass in einem ersten Schaltzustand 165a die aus der ersten Steuerleitung 111 ausmündende Steuerströmung mit einer maximalen Geschwindigkeit in die Interaktionskammer 151 einströmt und gleichzeitig die aus der zweiten
Steuerleitung 112 ausmündende Steuerströmung mit einer minimalen
Geschwindigkeit in die Interaktionskammer 151 einströmt oder gleichzeitig aus der zweiten Steuerleitung 112 keine Steuerströmung in die Interaktionskammer 151 einströmt; dass in einem zweiten Schaltzustand 165b die aus der ersten Steuerleitung 11 1 ausmündende Steuerströmung und die aus der zweiten Steuerleitung 112 ausmündende Steuerströmung jeweils mit einer mittleren Geschwindigkeit in die Interaktionskammer 151 einströmt, deren Größe zwischen den Beträgen der minimalen und der maximalen Geschwindigkeit liegt; dass in einem dritten Schaltzustand 165c die aus der ersten Steuerleitung 1 11 ausmündende Steuerströmung mit einer minimalen Geschwindigkeit in die Interaktionskammer 151 einströmt oder aus der ersten Steuerleitung 111 keine Steuerströmung in die Interaktionskammer 151 einströmt und gleichzeitig die aus der zweiten Steuerleitung 112 ausmündende Steuerströmung mit einer maximalen Geschwindigkeit in die Interaktionskammer 151 einströmt. In dem ersten Schaltzustand 165a strömt das aus der Fluid-Zufuhrleitung 131 in die Interaktionskammer 151 einströmende Fluid in die dritte Auslassleitung 123, die in Bezug auf ein geometrisches oder räumliches Zentrum Z der Interaktionskammer 125 dem Einlass 11 1a der ersten Steuerleitung 1 11 gegenüber liegt. In dem dritten
Schaltzustand 165c strömt das aus der Fluid-Zufuhrleitung 131 in die
Interaktionskammer 151 einströmende Fluid in die erste Auslassleitung 121 , die in Bezug auf das räumliche Zentrum Z der Interaktionskammer 125 dem Einlass 112a der zweiten Steuerleitung 1 12 gegenüber liegt. In dem zweiten Schaltzustand 165b strömt das aus der zweiten Fluid-Zufuhrleitung 132 in die Interaktionskammer 151
einströmende Fluid in die zweite Auslassleitung 122, die in Bezug auf die
Längsachse L131 des Aktuators 1 zwischen der ersten Auslassleitung 121 und der dritten Auslassleitung 123 liegt.
Der Aktuator 100 ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass die minimale
Geschwindigkeit oder maximale Geschwindigkeit der aus der ersten Steuerleitung 111 bzw. aus der zweiten Steuerleitung 112 ausmündenden Steuerströmung innerhalb vorgegebener Abweichungen jeweils gleich groß sind.
Analog zu dem in der Figur 4 und dem in der Figur 6 gezeigten Schnitt entlang der Schnittlinie 6-6 der Figur 4 gezeigten Ausführungsform kann auch bei der
Ausführungsform nach der Figur 7 sowie bei Varianten dieser Ausführungsform oder zu diesen alternativen Ausführungsformen vorgesehen sein, dass in einem oder dem Endabschnitt der Auslassleitungen 121 , 122, 123 deren Breite B121 , B122 zunimmt und deren Tiefe (nicht gezeigt) derart abnimmt, dass die Querschnittfläche der jeweiligen Auslassleitungen 121 bzw. 122 bzw. 123 konstant bleibt. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass in einem Endabschnitt der Auslassleitungen121 , 122,1 23 deren Breite B121 , B122 bzw. B123 derart zunimmt und deren jeweilige Tiefe derart abnimmt, dass die Querschnittfläche der jeweiligen Auslassleitung 121 bzw. 122 bzw. 123 im Rahmen einer Abweichung von 10 % bezogen auf die jeweilige
Querschnittsfläche konstant bleibt.
In einer zu der in der Figur 7 dargestellten Ausführungsform alternativen
Ausführungsform des Aktuators 1 kann dieser auch eine dritte Steuerleitung (in der Figur 7 nicht dargestellt) aufweisen, wobei die Steuerleitungen in Bezug auf das räumliche Zentrum Z sternförmig derart angeordnet sind, dass in Bezug auf das räumliche Zentrum Z der Interaktionskammer 125 sich jeweils eine Steuerleitung und eine und Auslassleitungen 121 , 122 bzw. 123 gegenüber liegen. Dabei sind in der Schaltvorrichtung 165 ebenfalls drei Schaltzustände einstellbar, wobei in den
Schaltzuständen das Fluid mit einem vorbestimmten Steuerdruck aus jeweils einer und jeweils einer anderen der drei Steuerleitungen herausströmt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die drei Steuerleitungen jeweils in einem Winkel vorzugsweise zwischen 20 und 70 Grad zur Längsrichtung der Fluid-Zufuhrleitung 131 oder dessen Einlass 131a in die Interaktionskammer 151 einmünden, so dass die
Strömungsrichtung des von der Fluid-Zufuhrleitung 131 in die Interaktionskammer 151 einströmenden Fluids durch eine der Steuerleitungen in die von dieser jeweils in Bezug auf das Zentrum der Interaktionskammer 151 gegenüber liegenden Einmündung 121a, 122a bzw. 123a der Auslassleitungen 121 , 122 bzw. 123 abgelenkt werden, wenn durch die weitere oder zumindest eine weitere Steuerleitung ein gegenüber der zu dem jeweiligen Zeitpunkt steuernden Steuerleitung reduzierter und kein Zustrom von Fluid stattfindet.
Um zu erreichen, dass der jeweilige Zustand, bei dem das von der Fluid-Zufuhrleitung 31 bzw. 131 in die Interaktionskammer 51 bzw. 151 einströmende Fluid in eine der Auslassleitungen abgelenkt wird, ein stabiler Strömungszustand innerhalb des Fluid- Aktuators 1 ist, solange durch die jeweilige Steuerleitung Fluid mit einem
vorbestimmten Steuerdruck in die Interaktionskammer 51 , 151 zugeführt wird, ist in der Interaktionskammer 51 bzw. 151 zwischen jeweils zwei Einlassen 21a, 22a bzw. 121a, 122a, 123a von Auslassleitungen ein Strömungsteiler angeordnet. Bei der
Ausführungsform mit zwei Einlassen 21a, 22a nach den Figuren 1 bis 6 ist zwischen diesen ein Strömungsteiler 55 und bei der Ausführungsform mit drei Einlassen 121a, 122a, 123a nach der Figur 7 ist zwischen jeweils zwei Einlassen 121a, 122a, 123a jeweils ein Strömungsteiler 155, 156 ausgebildet. Bei der zu der in der Figur 7 dargestellten Ausführungsform alternativen Ausführungsform, in der drei
Auslassleitungen 121 , 122 bzw. 123 räumlich sternförmig angeordnet sind und in Bezug auf die Längsachse L denselben Winkelverlauf haben, sind insgesamt drei Strömungsteiler, also zwischen jeder Auslassleitung jeweils ein Strömungsteiler angeordnet.
Der Strömungsteiler ist jeweils ein dreidimensional ausgebildetes Wandungs-Frontteil der Wandung der Interaktionskammer, das eine entsprechende Strömung hinsichtlich des Zuflusses in eine oder beide der jeweils benachbarten Auslassleitungen teilt. Der Strömungsteiler kann jeweils spitz oder rund ausgeführt sein. Bei dem
Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6 bzw. bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 7 ist der Strömungsteiler 55 bzw. sind die Strömungsteiler 155, 156 spitz oder fast spitz ausgebildet. Durch den Strömungsteiler können teilstabile Strömungszustände im Aktuator 1 ausgebildet werden, so dass durch die Gestalt der Interaktionskammer 51 ; 151 aufgrund der eingestellbaren Schaltzustände jeweils multi-stabile
Strömungszustände im Fluid-Aktuator 1 erreicht werden.
Wie aus den in den Figuren 4 bis 6 sowie 7 dargestellten Fluid-Aktuatoren dargestellt ist, ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Zufuhrvorrichtung 30 bzw. 130, die
Strömungsablenkungs-Vorrichtung 50 bzw. 150 und die Auslassvorrichtung 20 bzw. 120 aus einem mechanischen Bauteil 2 bzw. 102, d.h. insbesondere aus einem Stück z.B. durch ein Gießverfahren oder eine Pressverformung hergestellt werden kann.
Der an dem Strömungsteiler auftretende Winkel zwischen den einander anliegenden Wandflächen der jeweils benachbarten Auslassleitungen 21 , 22 oder 121 , 122, 123 beträgt zur Erreichung jeweils der Öffnungskonstellation der Schaltventile
entsprechenden stabilen Strömungszustände vorzugsweise zwischen 2 Grad und 25 Grad. Dabei ergibt sich dieser Winkel als der Winkel der voneinander
abzweigenden Wandungslinien der jeweils benachbarten Auslassleitungen 21 , 22, 121 , 122, 123 einen Abstand in Strömungsrichtung hinter der vordersten Stelle des
Strömungsteiles, der dem größten Durchmesser des jeweiligen Einlasses der
Auslassleitungen 21 , 22, 121 , 122, 123 gleich ist. Die Bestimmung dieses Winkels kann insbesondere auf einem Schnitt durch die jeweils betrachteten einander benachbarten Auslassleitungen basieren, der so gewählt ist, dass die Richtungen dieser Auslassleitungen an der Stelle ihrer jeweiligen Einlasse in der Schnittebene liegt. Um den Zufluss von Fluid durch die jeweilige Steuerleitung 11 , 12 bzw. 1 11 , 112, 113 zu steuern und zu ändern, ist an jede der Steuerleitungen 11 , 12 bzw. 111 , 112, 113 jeweils ein Schaltventil oder Steuerventil 61 , 62 bzw. 161 , 162, 163 einer zur
Stellvorrichtung 60 bzw. 160 gehörenden Schaltvorrichtung 65 bzw. 165 zur Betätigung der Ventile 61 , 62 bzw. 161 , 162, 163 angeschlossen.
Hierzu kann eine Schaltkammer 66 bzw. 166 vorgesehen sein, in die Fluid mit dem vorgesehenen Steuerdruck eingeführt wird. Die Schaltkammer ist mit
Auslassöffnungen versehen, die in Fluidverbindung mit jeweils einer der
Steuerleitungen 11 , 12 steht und an denen jeweils eines der Schaltventile angeordnet sind.
Zur Ansteuerung der Schaltventile ist eine Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung 70 mit einer entsprechenden Ansteuerungsfunktion zur Kommandierung der jeweils zugeordneten Schaltventile vorgesehen (nicht in der Figur 7 gezeigt). Die
Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung 70 bzw. 170 kann über
Verbindungsleitungen 11a, 12a bzw. 111a, 112a mit den Druckbeaufschlagungs- Zuf uhrleitungen 11 , 12 bzw. 11 1 , 112, 113 über jeweils einen Steueranschluss 1 1b, 12b in Verbindung stehen, wobei jeweils eine Verbindungsleitung 11a, 12a bzw. 111a, 1 12a mit jeweils einer Steuerleitung verbunden ist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Erfindung an Hand des
Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 6 bzw. der Figur 7 beschrieben: Durch die Zufuhrleitung 31 , 131 wird Fluid zugeführt. Durch die Schaltvorrichtungs- Ansteuerungsvorrichtung 70 kann jeweils eine der Steuerleitungen 11 , 12 bzw. 111 , 1 12, 113 mit einem Druckreservoir verbunden werden, wenn das an der jeweiligen Steuerleitung angeschlossene Schaltventil 61 , 62 bzw. 161 , 162, 163 geöffnet werden. Die jeweils anderen Schaltventile werden dabei ihre geschlossene Stellung oder zumindest in einen teil-geschlossenen Zustand gesetzt. Durch das jeweils
geschlossene Schaltventil oder die jeweils geschlossenen Schaltventile kann kein Druckausgleich der jeweils zugeordneten Steuerleitung mit dem Steuerfluid-Reservoir (in den Figuren nicht dargestellt), in dem das Fluid für die Steuerleitungen zu
Verfügung gestellt wird, möglich und es stellt sich in dem durch das jeweilige Steuerventil geschlossenen Steuerzweig der statische Druck der in der Zufuhrleitung 31 bzw. 131 strömenden Fluidströmung oder Luftströmung ein. Dabei ist der statische Druck im Reservoir geringfügig größer sein statische Druck des aus der Fluid- Zufuhrleitung 31 bzw. 131 austretenden Fluidstroms.
Die Schaltvorrichtung 65 bzw. 165 ist insbesondere derart ausgeführt, dass nur eines der Mehrzahl der Steuerventile 61 , 62 bzw. 161 , 162, 163 der Stellvorrichtung 69 bzw. 160 ganz geöffnet ist, während das jeweils weitere Schaltventil oder die weiteren Schaltventile 61 , 62 bzw. 161 , 162, 163 geschlossen oder im Vergleich zum ganz geöffneten Steuerventil deutlich geringer geöffnet sind. Dadurch strömt nur durch eine der Steuerleitungen bzw. hauptsächlich durch eine der Steuerleitungen einer
Stellvorrichtung 60, 160 Fluid mit dem vorgesehenen Steuerdruck.
In den Figuren 2 und 3 ist für ein Ausführungsbeispiel des Fluid-Aktuators 1 nach den Figuren 1 bis 6 für eine Ansteuerungsperiode der Schaltzustand S1 , S2 der beiden Steuerventile 61 bzw. 62 dargestellt, wobei der Wert„1" einen offenen Zustand des jeweiligen Steuerventils 61 bzw. 62 und der Wert„0" einen geschlossenen des jeweiligen Steuerventils 61 bzw. 62 bezeichnet. Dadurch ergibt sich für den Verlauf der Öffnungszustände der Steuerventile 61 , 62 über die Zeit t eine Sprungfunktion.
Ist z.B. bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6 das Steuerventil 61 geschlossen und das Steuerventil 62 geöffnet, so stellt sich in der Steuerleitung 11 der statische Druck der Haupt-Fluidströmung in der Zufuhrleitung 31 ein und in der Steuerleitung 12 liegt der insbesondere höhere Druck des Steuerfluid-Reservoirs vor. Durch das Ausströmen von Steuerfluid aus dem Auslass 11a der Steuerleitung erfährt die strahlförmig aus dem Auslass 31a der Zufuhrleitung 31 herausströmende Strömung eine Kraft quer zu ihrer Strömungsrichtung und wird in diesem Fall hin zum niedrigeren Druck, also in Richtung zur Auslassleitung 21 , umgelenkt. Aufgrund der Gestaltung der Interaktionszone 55 ist der Fluid-Aktuator 1 bi-stabil. sowohl der Fall, dass der Stahl durch die Auslassleitung 21 als auch der Fall dass der Strahl durch die Auslassleitung 22 austritt, können stabile Zustände sein. Welcher der beiden Zustände gerade die Strömung innerhalb des Fluid-Aktuators einnimmt, hängt also vom Schaltzustand der Schaltventile 61 , 62 und von dem von der Atrömung in den Steuerleitungen 11 , 12 ausgeübten Druckunterschied seitlich der Ausströmung aus der Zufuhrleitung 31 ab, wodurch eine entsprechende Umlenkung des aus der Zufuhrleitung 31 strömenden Fluids bewirkt wird. Ist der aus der Zufuhrleitung 31 strömende Fluidstrahl zu einer Seite oder einer der Aulassleitungen 21 , 22 hin umgelenkt, bleibt er durch den Coanda Effekt zu dieser Seite hin gerichtet, bis der Schaltzustand geändert wird. Somit handelt es sich um innerhalb des Fluid-Aktuators 1 bi-stabile Strömungszustände. Der
Massenstrom in der Zufuhrleitung 31 ist vorzugsweise wesentlich größer als der Massenstrom durch die Steuerleitungen 1 1 oder 12, wodurch eine hohe Effizienz erreicht wird, die durch bekannte Aktuatoren wie insbesondere durch Aktuatoren, die auf Magnetventilen beruhen, nicht erreicht wird.
Das Ausführungsbeispiel des Fluid-Aktuators 1 nach der Figur 7 funktioniert in analoger Weise mit drei Steuerleitungen 1 11 , 112, 113 und drei Auslassleitungen 131 , 132, 133 anstelle von den zwei Steuerleitungen 11 , 12 und zwei Auslassleitungen 31 , 32 nach dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6.
Die Stellvorrichtung 60, 160 weist insbesondere eine Schaltvorrichtungs- Ansteuerungsvorrichtung 70 bzw. 170 mit einer entsprechenden Ansteuerungsfunktion zur Ansteuerung der Schaltventile auf. Die Schaltvorrichtungs- Ansteuerungsvorrichtung 70 bzw. 170 steht über eine Verbindungsleitung 71 bzw. 171 zur Übertragung von Schaltkommandos, die von der Schaltvorrichtungs- Ansteuerungsvorrichtung 70 bzw. 170 erzeugt werden, mit der Schaltvorrichtung 65 bzw. 165 funktional in Verbindung. Die Ansteuerugnsfunktion ist derart ausgeführt, dass diese die Schaltventile 61 , 62; 161 , 162, 163 in eine Abfolge von
erfindungsgemäß vorgesehenen Schaltzuständen bringen kann, bei der in einer zyklischen Abfolge sich jeweils eines der Schaltventile 61 , 62 bzw. 161 , 162, 163 in einem offenen Zustand befindet, während das zumindest eine weitere Schaltventil der Mehrzahl von Schaltventilen 61 , 62; 161 , 162, 163 in einem geschlossenen Zustand befindet.
Die Frequenz für die Änderung der Schaltzustände wird von der Ansteuerungsfunktion vorgegeben oder aufgrund von Vorgaben, die diese von einem zugeordneten System empfängt, eingestellt. Durch die wiederholte Änderung der Schaltzustände wird ein gepulstes Ausblasen an den Auslassöffnungen 45, 46 bzw. 145, 146, 147 erreicht. Hierzu kann insbesondere eine Frequenz von 500 Hz bis 0,01 kHz vorgesehen sein. Die Ansteuerungsfunktion legt somit die Zeitpunkte fest, bei denen die jeweiligen Schaltzustände aktiviert werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schaltzustände in jeweils gleichen Zeitabständen wechseln, so dass im Fluid periodisch auftretende Impulse erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Schaltzustände unregelmäßig von der
Ansteuervorrichtung kommandiert werden.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Aktuators 1 auf einen aerodynamischen Körper kann in dieser Hinsicht insbesondere ein Frequenzbereich zwischen 20 und 70 Hz vorgesehen sein, um ein aerodynamisch effektives gepulstes Ausblasen an den Öffnungen des aerodynamischen Körpers vorzusehen.
Optional können an den Auslassleitungen und insbesondere an den Aktautor- Auslasskammern 31 , 32 bzw. 131 , 132, 133 Strömungssensoren 71 , 72 (nur ind er Figur 1 gezeigt) zur Erfassung eines Strömungszustands in der Auslassleitung, wie z.B. ein Druck oder eine Geschwindigkeit vorgesehen sein. Zur Übermittlung der von den Sensoren 71 , 72 aufgrund des jeweils erfassten Strömungszustands erzeugten Sensorsignale sind die Sensoren 71 , 72 funktional mit der Schaltvorrichtungs- Ansteuerungsvorrichtung 70 verbunden. Diese können zur Überwachung der
Funktionsfähigkeit vorgesehen sein. Dabei kann insbesondere in der
Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung 70 eine Überwachungsfunktion angeordnet sein, die die von den Sensoren 71 , 72 übermittelten Sensorsignale mit Mindest-Strömungswerten entsprechenden Sollwerten vergleicht und bei
Unterschreiten eines Mindest-Strömungswerts den Fluid-Aktuator als defekt bewertet. In diesem Fall kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Überwachungsfunktion ein entsprechendes Kommandosignal an eine Versorgungseinrichtung sendet, um diese in einen inaktiven Zustand zu setzen und z.B. kein Fluid in die Interaktionskammer zu führen. Alternativ kann die Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung 70 eine Regelungsfunktion aufweisen, die auf der Basis der jeweils empfangenen
Sensorsignale und einer Sollvorgabe Ansteuerungskommandos erzeugt und diese an die Schaltvorrichtung zur Betätigung derselben übermittelt. Nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann einer Stellvorrichtung jeweils einer Mehrzahl von Interaktionskammern zugeordnet sein. Jeder
Interaktionskammer sind z.B. zwei oder drei Auslassöffnungen am Strömungskörper zugeordnet, so dass eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Auslassöffnungen am Strömungskörper mit einer Stellvorrichtung angesteuert werden kann. Dadurch kann mit einer Stellvorrichtung ein größerer Strömungsbereich am Strömungskörper beeinflusst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Fluid-Aktuator (1 ) zur Beeinflussung der Strömung entlang einer
Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines durch den Fluid-Aktuator (1 ) strömenden Fluids, mit zumindest zwei Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) mit an deren jeweiligen Enden vorgesehenen Auslassöffnungen und eine mit den Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) verbundene Zufuhrleitung (31 ; 131 ) zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck, eine Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung (50), in die die Zufuhrleitung (31 ; 131 ) einmündet und aus der die Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) ausmünden, und eine mit der Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung (50) gekoppelte Stellvorrichtung (60; 160) zur Ansteuerung derselben, die derart ausgeführt ist, dass das Fluid in einer zyklischen Abfolge nacheinander in jede der Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) geführt wird.
2. Fluid-Aktuator (1 ) zur Beeinflussung der Strömung entlang einer
Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines durch den Fluid-Aktuator (1 ) strömenden Fluids, mit einer Auslassvorrichtung mit zumindest zwei Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) und zumindest zwei Öffnungen (35, 36; 135, 136, 137) zum Ausstossen eines Fluids, von denen eine mit jeweils einer Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) in Verbindung steht, der Fluid-Aktuator (1 ) aufweisend: eine Interaktionskammer (51 ; 151 ), die über jeweils eine Strömungsleitung mit jeder der Auslassöffnungen in Verbindung steht und die eine Strömungsteilungs- Vorrichtung aufweist, die am Einlass der Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) angeordnet sind, eine Zufuhrleitung (31 ; 131 ) an die Interaktionskammer (51 ; 151 ) zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck in die Interaktionskammer (51 ; 151 ), zumindest zwei Steuerleitungen (11 , 12; 111 , 112, 113) jeweils zur Zufuhr von Fluid mit vorbestimmtem Steuerdruck, die jeweils mit einem Ende an die
Interaktionskammer (51 ; 151 ) angeschlossen sind, wobei die Interaktionskammer (51 ; 151 ) derart gestaltet ist, dass bei Zufuhr von Fluid mit einem vorbestimmten Steuerdruck durch jeweils eine der Steuerleitungen (11 , 12; 111 , 112, 113) das durch die Zufuhrleitung (31 ; 131 ) an die Interaktionskammer (51 ; 151 ) mit einem Versorgungsdruck strömende Fluid in der Interaktionskammer (51 ; 151 ) in jeweils eine vorbestimmte Auslassleitung der Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) abgelenkt wird, so dass durch die Gestalt der Interaktionskammer (51 ; 151 ) multistabile Strömungszustände im Aktuator erreicht werden.
3. Fluid-Aktuator (1 ) nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Aktuator (i ) zwei Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) und zwei
Steuerleitungen (11 , 12; 1 11 , 1 12, 1 13) aufweist und dass die Strömungsteilungs- Vorrichtung ein spitzenförmiges Wandteil des Interaktionskammer (51 ; 151 ) ist, die zwischen den zwei Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) gelegen ist.
4. Fluid-Aktuator (1 ) nach dem Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung (31 ; 131 ) an die Interaktionskammer (51 ; 151 ) einen Anschluss an eine Fluid-Versorgungsvorrichtung aufweist.
5. Fluid-Aktuator (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Steuerleitungen (1 1 , 12; 111 , 1 12, 113) jeweils mit einem Ende an eine Drucksteuerungs-Vorrichtung angeschlossen sind und jeweils einen Anschluss an eine Fluid-Versorgungsvorrichtung aufweisen.
6. Fluid-Aktuator (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auslassleitung (121 ) und die zweite Auslassleitung (122) bezogen auf die Längssachse (L31 ) des Aktuators einander gegenüber liegen und insbesondere symmetrisch zu der Längssachse (L31 ) gelegen sind, und dass die Steuerleitungen (1 1 1 , 112) in Bezug auf das Zentrum der Interaktionskammer (151 ) jeweils einer der Einmündungen (122a bzw. 121a) der Auslassleitungen (122 bzw. 121 ) gegenüber liegen.
7. Fluid-Aktuator (1 ) nach dem Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Aktuator (1 ) drei Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) und drei
Steuerleitungen (11 , 12; 1 11 , 112, 1 13) aufweist und dass die Strömungsteilungs- Vorrichtung ein erstes spitzenförmiges Wandteil, das zwischen den Einlassen einer ersten und einer zweiten Auslassleitung gelegen ist, und ein zweites spitzenförmiges Wandteil, das zwischen den Einlassen einer ersten und einer zweiten Auslassleitung gelegen ist, aufweist.
8. Fluid-Aktuator (1 ) nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auslassleitung (121 ) und die dritte Auslassleitung (123) in Bezug auf die
Längsachse (L131 ) des Fluid-Aktuators (1 ) einander gegenüber liegen und
insbesondere symmetrisch zur Längsachse (L131 ) angeordnet sind, die zweite Auslassleitung (122) zwischen der ersten Auslassleitung (121 ) und der dritten
Auslassleitung (123) und insbesondere mittig auf der Längsachse (L131 ) des Fluid- Aktuators (1 ) gelegen ist.
9. Fluid-Aktuator (1 ) nach dem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid-Zufuhrleitung (131 ) in Bezug auf das Zentrum der Interaktionskammer (151 ) der zweiten Auslassleitung (122) gegenüber liegt und jede der Steuerleitungen (111 , 1 12) in Bezug auf das Zentrum der Interaktionskammer (151 ) gegenüber jeweils einer Einmündung (123a, 121a) der ersten oder zweiten Auslassleitung (123, 121 ) gelegen ist.
10. Fluid-Aktuator (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Aktuator (1 ) eine dritte Steuerleitung aufweist, wobei die erse, zweite und dritte Steuerleitung in Bezug auf das räumliche Zentrum (Z) sternförmig derart angeordnet sind, dass in Bezug auf das räumliche Zentrum (Z) der Interaktionskammer (125) sich jeweils eine Steuerleitung und eine der Auslassleitungen (121 , 122, 123) gegenüber liegen.
1 1. Fluid-Aktuator (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Endabschnitt der Auslassleitungen (121 , 122, 123) deren Breite (B121 , B122, B123) derart zunimmt und deren jeweilige Tiefe derart abnimmt, dass die Querschnittfläche der jeweiligen Auslassleitung (121 , 122, 123) im Rahmen einer Abweichung von 10 % bezogen auf die jeweilige Querschnittsfläche der Auslassöffnung (141 , 142, 143) der Auslassleitungen (121 , 122, 123) konstant bleibt.
12. Fluid-Aktuator (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung und Änderung des Zuflusses von Fluid durch die jeweilige Steuerleitung (1 1 , 12; 111 , 112, 113) an jede der Steuerleitungen (11 , 12; 111 , 112, 113) jeweils ein Steuerventil (61 , 62; 161 , 162, 163) einer zur Stellvorrichtung (60; 160) gehörenden Schaltvorrichtung (65; 165) zur Betätigung der Ventile (61 , 62; 161 , 162, 163) angeschlossen ist.
13. Ausblasvorrichtung zum Ausblasen eines Fluids aus einem Strömungskörper, aufweisend einen Fluid-Aktuator (1 ), mit zumindest zwei Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) mit an deren jeweiligen Enden vorgesehenen Auslassöffnungen und eine mit den Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) verbundene Zufuhrleitung (31 ; 131 ) zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck, eine Strömungsrichtungs- Ablenkungsvorrichtung (50), in die die Zufuhrleitung (31 ; 131 ) einmündet und aus der die Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) ausmünden, und eine mit der
Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung (50) gekoppelte Stellvorrichtung (60; 160) zur Ansteuerung derselben, wobei die Stellvorrichtung (60; 160) eine Ansteuerungsfunktion aufweist, mit der die Strömungsrichtungs-Ablenkungsvorrichtung (50) eine Ablenkung eines vorbestimmten Volumenstroms des über die Zufuhrleitung (31 ; 131 ) zugeführten Fluids in jeweils eine der Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) geführt wird, wobei das Fluid in einer zyklischen Abfolge nacheinander in jede der Auslassleitungen (21 , 22; 121 , 122, 123) geführt wird.
14. Ausblasvorrichtung zum Ausblasen eines Fluids aus einem Strömungskörper, aufweisend einen Fluid-Aktuator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und eine Stellvorrichtung (60; 160), wobei die Stellvorrichtung (60; 160) eine Kammer mit einer Öffnung zur Zufuhr von Fluid mit einem Steuerdruck, eine Mehrzahl von Steuerventilen (61 , 62; 161 , 162, 163), von denen jedes jeweils einer Steuerleitung (11 , 12; 111 , 112, 113) zugeordnet ist, und eine Schaltvorrichtung aufweist, wobei die Schaltvorrichtung zur Einstellung von Schaltzuständen der Steuerventile (61 , 62; 161 , 162, 163) ausgeführt ist, bei denen jeweils ein Ventil der Mehrzahl von Steuerventilen (61 , 62; 161 , 162, 163) geöffnet ist und das zumindest eine weitere Ventil der Mehrzahl von Steuerventilen (61 , 62; 161 , 162, 163) geschlossen ist, wobei die Stellvorrichtung (60; 160) eine Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung (70) aufweist, die über eine Verbindungsleitung zur Übertragung von
Schaltkommandos mit der Schaltvorrichtung funktional in Verbindung steht und die die Schaltvorrichtung derart ansteuert, dass die Steuerventile (61, 62; 161 , 162, 163) in eine Abfolge der Schaltzustände gebracht wird, bei der in einer zyklischen Abfolge sich jeweils eines der Steuerventile (61 , 62; 161 , 162, 163) in einem offenen Zustand befindet, während sich das zumindest eine weitere Steuerventil der Mehrzahl von Steuerventilen (61 , 62; 161 , 162, 163) in einem geschlossenen Zustand befindet, wobei der Steuerdruck derart vorgesehen ist, dass in jedem Schaltzustand das mit dem Versorgungsdruck in die Interaktionskammer (51 ; 151 ) eingeführte Fluid mit zumindest 75% in genau eine diesem Schaltzustand jeweils zugeordnete
Auslassleitung (21 , 22; 121 , 122, 123) strömt.
15. Ausblasvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der zyklischen Einstellung von Schaltzuständen durch die Schaltvorrichtungs-Ansteuerungsvorrichtung (70) einstellbar ist.
16. Ausblasvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass an jeder Auslassleitung ein Sensor zur Erfassung des
Strömungszustands angeordnet ist, der jeweils funktional mit der Schaltvorrichtungs- Ansteuerungsvorrichtung (70) zur Übermittlung von von dem jeweiligen Sensor erzeugten Sensorsignalen gekoppelt ist, dass die Schaltvorrichtungs- Ansteuerungsvorrichtung (70) eine Regelungsfunktion aufweist, die auf der Basis der jeweils empfangenen Sensorsignale und einer Sollvorgabe Ansteuerungskommandos erzeugt und diese an die Schaltvorrichtung zur Betätigung derselben übermittelt.
17. Strömungskörper, der eine Mehrzahl von Ausblassöffnungen und eine Ausblasvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16 aufweist.
18. Strömungskörper nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellvorrichtung (60; 160) jeweils einer Mehrzahl von Interaktionskammern (51 ; 151 ) zugeordnet ist.
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