WO2000035730A1 - Tragflügelprofil und bodeneffektfahrzeug - Google Patents
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- B64C3/14—Aerofoil profile
- B64C2003/142—Aerofoil profile with variable camber along the airfoil chord
Definitions
- the invention relates to a wing profile with a round nose and a slender trailing edge, in particular as a wing of a ground effect vehicle.
- wing profiles are used, which are aligned at an angle of attack ⁇ with respect to the air flow.
- the inflow of the hydrofoil experiences a lift force acting perpendicular to the direction of the inflow and a resistance force which is directed parallel to the direction of flow.
- a force result results from the forces mentioned.
- the aerodynamic properties of a wing are related to its profile shape. For example, increasing the nose radius increases the angle of attack of the non-detachable flow. The thicker a profile, the greater the resistance. Thin profiles have almost only a frictional resistance at small angles of attack, but only allow small angles of attack. Such profiles are only suitable for high speeds.
- s-lay profiles are fixed at the pressure point.
- asymmetrical profiles are known depending on the desired purpose.
- the geometric structure of wing profiles is carried out by the profile center line, the skeleton line, which specifies the curvature and curvature distribution of the wing profile, by which a thickness distribution of the wing profile is carried out.
- Symmetrical profiles have a straight skeleton line with a symmetrical distribution of thickness, ie the wing top and the wing underside are mirror-symmetrical to the straight skeleton line.
- the lift forces and torques generated by such wing profiles become 0 at an angle of attack ⁇ equal to 0.
- Unsymmetrical profiles known from the prior art have an upwardly curved skeleton line, which, in addition to other properties , is aimed in particular at increasing the lift coefficient c a .
- Wings of this type an exemplary embodiment of which is shown in FIG. 1, generate a top-heavy moment. For this reason, wing profiles of this type cannot be realized with such wing profiles. If such wing profiles are used, additional stabilizing aerodynamic measures are required, such as the use of a horizontal stabilizer or the design of a canard flight or a tandem arrangement of two wings.
- the advantage of the aerofoil profiles shown in FIG. 1 is that these aerofoils already experience a lifting force even at an angle of attack of 0 °.
- a wing profile according to claim 1 in which the skeleton line is curved downwards.
- This measure creates a "tail-heavy" moment, i.e. the aerodynamically effective torque has the opposite effect in contrast to the case shown in FIG. clockwise.
- the torque acting in the positive direction of rotation in the direction of the trailing edge is compensated for by a corresponding arrangement of the center of gravity in front of the center of the lift, so that a statically stable aerodynamic configuration results.
- the disadvantage that the wing profile generates a downward force at small angles of attack due to the downward curvature of the skeleton line can be compensated for by a correspondingly increased angle of attack.
- the curvature of the skeleton line is formed according to the invention so that the position of the largest curvature of the skeleton line is in the range between 50% and 90% of the profile depth, that is, the strongest curvature of the skeleton line is in the rear area of the Wing profile laid.
- the skeleton line is essentially linear in the front region, preferably up to a region of 35% to 55% of the profile depth.
- the curvature distribution is designed in such a way that the rear edge is down to a length of maximum 50% of the profile depth is knocked out. In this way, the effect is achieved as with a flap, ie the lift coefficient is increased to values above 1 while the torque remains positive.
- the upper wing wing and the lower wing wing are convexly curved at least up to 40% of the profile depth, or the lower wing wing is convex in the front area, which extends up to 40% of the profile depth, slightly concave in the middle area and in the rear area (by forming a downward area knocked out rear edge) again convex.
- the rear area is 50 to 100% of the profile depth.
- the wings described above are used according to the invention in floor effect vehicles, in particular in the form of a floor effect vehicle with only one wing.
- the design of the wing can be arrowed forward or backward or also unswept. It is also possible to use a wing with a negative V-shape in order to use the amount of buoyancy by damaging the air under the structure.
- Corresponding floor effect vehicles are basically known according to the prior art, for example from WO 98/10968.
- FIG. 1 shows an aerofoil profile known from the prior art with an upwardly curved skeleton line
- the wing profile is the shape of the cross-sectional contour of a wing.
- the wings 10 known from the prior art in FIG. 1 have a round nose 11 and a slender trailing edge 12.
- the skeleton line 13 of the asymmetrically designed wing extends arched upwards. This configuration results in a negative torque indicated by the arrow 14. With such a wing, positive lift coefficients that are> 1 maximum can be achieved.
- the wing 30 shown there with a round nose 31 and a sloping trailing edge 32 has a skeleton line 33 which is curved downward.
- This configuration leads to a positive torque (see arrow 34).
- the upper wing surface 35 is convex in the front area and slightly concave in the rear area.
- the underside of the wing 36 is convex.
- the negative lift coefficients at an angle of attack ⁇ of 0 ° can be compensated for by correspondingly higher angles of attack.
- a curvature distribution is selected in which the skeleton line 33 is linear in the front area following the round nose 31 and in the rear area, i.e. near the rear edge 32, curved.
- FIG. 3 Another embodiment of the wing 40 is shown in FIG. 3.
- This wing has a trailing edge region 42 which is lowered downwards, ie the skeleton line 43 is linear in the front region, approximately up to half the profile depth, and is only slightly curved in the rear region.
- the upper wing surface 45 is convex in the front area and only slightly concave in the rear area.
- the hydrofoil The underside is, due to the lowered rear edge 42, starting from the nose 41, initially convex, concave in the central region and finally convex again in the rear region.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Tragflügelprofil mit einer runden Nase (41) und einer schlank auslaufenden Hinterkante (42), insbesondere als Tragflügel eines Bodeneffektfahrzeuges, mit einer nach unten gewölbten Skelettlinie (43). Um ein ohne weitere aerodynamische Maßnahmen längs- und höhenstabiles Tragflügelprofil zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß die größte Wölbung der Skelettlinie (43) im Bereich zwischen 50 % und 90 % der Profiltiefe liegt, wobei das in positivem Drehsinn in Richtung der Hinterkante (42) wirkende Drehmoment (44) durch Anordnung des Schwerpunktes vor dem Auftriebsmittelpunkt kompensiert wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Bodeneffektfahrzeug mit mindestens einem solchen Tragflügelprofil.
Description
Beschreibung
Tragflügelprofil und Bodeneffektfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Tragflügelprofil mit einer runden Nase und einer schlank auslaufenden Hinterkante, insbesondere als Tragflügel eines Bodeneffektfahrzeuges.
Zur Erzeugung eines aerodynamischen Auftriebes werden geometrisch unterschiedlich geformte Tragflügelprofile verwendet, die unter einem Anstellwinkel α in bezug auf die wirkende Luftströmung ausgerichtet werden. Hierbei erfährt der angeströmte Tragflügel eine senkrecht zur Anströmrichtung wirkende Auftriebskraft und eine Widerstandskraft, die parallel zur Strömungsrichtung gerichtet .ist. Aus den genannten Kräften ergibt sich eine Kraftresultierende. Es ist bekannt, daß die aerodynamischen Eigenschaften eines Tragflügels mit seiner Profilform zusammenhängen. So erhöht eine Vergrößerung des Nasenradius den Anstellwinkelbereich der ablösungsfreien Strömung. Je dicker ein Profil ist, desto stärker wirkt sich der Formwiderstand aus. Dünne Profile haben bei kleinen Anstellwinkeln nahezu lediglich einen Reibungswiderstand, erlauben aber auch nur kleine Anstellwinkeländerungen. Solche Profile eignen sich lediglich für hohe Geschwindigkeiten. Durch eine starke Tragflügeloberseitenwölbung kann man die günstigsten Gleitzahlen nach höheren Auftriebswerten verlegen, muß aber eine stärkere Wanderung des Druckpunktes bei Anstellwinkeländerungen in Kauf nehmen. Druckpunktfest sind symmetrische Profile oder solche mit einer s-förmigen Profilmittellinie (sogenannte s-Schlagprofile) . Daneben sind noch unsymmetrische Profile je nach gewünschtem Gebrauchszweck bekannt. Der geometrische Aufbau von Tragflügelprofilen erfolgt durch die genannte Profilmittellinie, die Skelettlinie, welche die Wölbung und Wölbungsverteilung des Tragflügelprofiles vorgibt, um die eine Dickenverteilung des Tragflügelprofiles vorgenommen wird.
Symmetrische Profile besitzen eine gerade Skelettlinie mit einer symmetrischen Dickenverteilung, d.h., die Tragflügeloberseite und die Tragflügelunterseite liegen spiegelsymmetrisch zu der geraden Skelettlinie. Die von solchen Tragflügelprofilen erzeugten Auftriebskräfte und Drehmomente werden bei einem Anstellwinkel α gleich 0° zu 0.
Nach dem Stand der Technik bekannte unsymmetrische Profile haben eine nach oben gewölbte Skelettlinie, womit neben weiteren Eigenschaften insbesondere eine Erhöhung des Auftriebsbeiwertes ca angestrebt wird. Flügel dieser Art, von denen ein Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt ist, erzeugen ein kopflastiges Moment. Aus diesem Grund können mit solchen Tragflügelprofilen keine im Bodeneffekt eigenstabile Flügelformen realisiert werden. Verwendet man solche Tragflügelprofile, so sind zusätzliche stabilisierende aerodynamische Maßnahmen erforderlich, wie beispielsweise die Verwendung eines Höhenleitwerkes oder die Ausgestaltung eines Canardflügeis oder einer Tandem-Anordnung von zwei Tragflächen.
Der Vorteil der in Fig. 1 dargestellten Tragflügelprofile besteht darin, daß diese Tragflügel auch bei einem Anstellwinkel von 0° bereits eine Auftriebskraft erfahren.
Aus der US 1 406 923 ist ein für ein Luftkissenfahrzeug vorgesehener Tragflügel bekannt, der auf der Oberseite im wesentlichen flach und an seiner Unterseite konvex ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine nach unten gewölbte Skelettlinie.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tragflügelprofil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ohne weitere aerodynamische Maßnahmen, wie z.B. ein Höhenleitwerk, längs- und höhenstabil ist. Diese Aufgabe soll durch die geometrische Gestaltung insbesondere die Wölbung, Wölbungsverteilung, Hin-
terkantengestaltung in Kombination mit der Schwerpunktlage erreicht werden. Der Tragflügel soll insbesondere unter variierbarem Anstellwinkel in einem Bodeneffektfahrzeug verwendbar sein.
Die Aufgabe wird durch ein Tragflügelprofil nach Anspruch 1 gelöst, bei dem die Skelettlinie nach unten gewölbt ist. Durch diese Maßnahme entsteht ein "schwanzlastiges" Moment, d.h., das aerodynamisch wirksame Drehmoment wirkt im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Fall entgegengesetzt, d.h. im Uhrzeigersinn. Das im positiven Drehsinn in Richtung der Hinterkante wirkende Drehmoment wird durch entsprechende Anordnung des Schwerpunktes vor dem Auftriebsmittelpunkt kompensiert, so daß sich eine statisch stabile aerodynamische Konfiguration ergibt. Der Nachteil, daß das Tragflügelprofil aufgrund der nach unten gerichteten Wölbung der Skelettlinie bei kleinen Anstellwinkeln eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt, kann durch einen entsprechend erhöhten Anstellwinkel ausgeglichen werden. Um den Anstellwinkel zu minimieren, wird nach der Erfindung die Wölbung der Skelettlinie so ausgebildet, daß die Lage der größten Wölbung der Skelettlinie im Bereich zwischen 50 % und 90 % der Profiltiefe liegt, d.h., die stärkste Krümmung der Skelettlinie wird in den hinteren Bereich des Tragflügelprofiles verlegt.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Skelettlinie im vorderen Bereich, vorzugsweise bis zu einem Bereich von 35 % bis 55 % der Profiltiefe im wesentlichen linear ausgebildet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung und zur Vermeidung eines überhöhten Anstellwinkels wird die Wölbungsverteilung derart gestaltet, daß die Hinterkante nach unten bis zu
einer Länge von maximal 50 % der Profiltiefe ausgeschlagen wird. Hierdurch wird die Wirkung wie bei einer Landeklappe erzielt, d.h., der Auftriebsbeiwert wird auf Werte über 1 vergrößert bei weiterhin positivem Drehmoment.
Nach weiteren Ausgestaltungen werden die Tragflügeloberseite und die Tragflügelunterseite zumindest bis 40 % der Profiltiefe konvex gewölbt ausgebildet oder die Tragflügelunterseite im vorderen, sich bis zu 40 % der Profiltiefe erstreckenden Bereich konvex, im mittleren Bereich leicht konkav und im hinteren Bereich (durch Ausbildung einer nach unten ausgeschlagenen Hinterkante) wieder konvex ausgebildet. Der hintere Bereich liegt bei 50 bis 100 % der Profiltiefe. Die vorstehend beschriebenen Tragflügel werden erfindungsgemäß bei Bodeneffektfahrzeugen verwendet, insbesondere in Form eines Bodeneffektfahrzeuges mit nur einem Tragflügel. Die Ausgestaltung des Tragflügels kann vor- oder rückgepfeilt oder auch ungepfeilt ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, eine Tragfläche mit negativer V-Form zu verwenden, um den Auftriebsanteil durch Aufstauen der Luft unter dem Tragwerk zu nutzen. Dementsprechende Bodeneffektfahrzeuge sind grundsätzlich nach dem Stand der Technik, beispielsweise aus der WO 98/10968 bekannt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein nach dem Stand der Technik bekanntes Tragflügelprofil mit nach oben gewölbter Skelettlinie,
Fig. 2 und 3 Tragflügelprofile gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsformen.
Unter dem Tragflügelprofil versteht man die Form der Querschnittskontur eines Tragflügels.
Die in Fig. 1 nach dem Stand der Technik bekannten Tragflügel 10 besitzen eine runde Nase 11 und eine schlank auslaufende Hinterkante 12. Die Skelettlinie 13 des unsymmetrisch ausgebildeten Tragflügels verläuft nach oben gewölbt. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich ein durch den Pfeil 14 angedeutetes negatives Drehmoment. Mit einem solchen Tragflügel lassen sich positive Auftriebsbeiwerte, die maximal > 1 sind, erreichen.
In einer ersten Ausführungsform nach Fig. 2 besitzt der dort dargestellte Tragflügel 30 mit runder Nase 31 und schlank auslaufender Hinterkante 32 eine Skelettlinie 33, die nach unten gewölbt ist. Diese Ausgestaltung führt zu einem positiven Drehmoment (siehe Pfeil 34). Die Tragflügeloberseite 35 ist im vorderen Bereich konvex und im hinteren Bereich leicht konkav ausgebildet. Die Tragflügelunterseite 36 ist konvex ausgebildet. Die bei einem Anstellwinkel α von 0° vorliegenden negativen Auftriebsbeiwerte lassen sich durch entsprechend höhere Anstellwinkel kompensieren. Hierbei ist eine Wölbungsverteilung gewählt, bei der die Skelettlinie 33 im vorderen, an die runde Nase 31 folgenden Bereich linear ausgebildet und im hinteren Bereich, d.h. in der Nähe der Hinterkante 32, gewölbt verläuft.
Eine weitere Ausführungsform des Tragflügels 40 ist Fig. 3 zu entnehmen. Dieser Tragflügel besitzt einen nach unten abgesenkten Hinterkantenbereich 42, d.h., die Skelettlinie 43 ist im vorderen Bereich, etwa bis zur Hälfte der Profiltiefe linear ausgebildet und erst im hinteren Bereich leicht gewölbt. Die Tragflügeloberseite 45 ist im vorderen Bereich konvex ausgebildet und erst im hinteren Bereich leicht konkav. Die Tragflügel-
Unterseite ist aufgrund der abgesenkten Hinterkante 42 von der Nase 41 ausgehend zunächst konvex, im mittleren Bereich konkav und schließlich wieder konvex im hinteren Bereich ausgebildet.
Claims
1. Tragflügelprofil (10) mit einer runden Nase (11) und einer schlank auslaufenden Hinterkante (12), insbesondere als Tragflügel (10) eines Bodeneffektfahrzeuges, mit einer nach unten gewölbten Skelettlinie (33, 43) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die größte Wölbung der Skelettlinie (33) im Bereich zwischen 50 % und 90 %, vorzugsweise zwischen 60 % und 90 %, der Profiltiefe liegt, wobei das in positivem Drehsinn in Richtung der Hinterkante (32, 42) wirkende Drehmoment (34, 44) durch Anordnung des Schwerpunktes vor dem Auftriebsmittelpunkt kompensiert wird.
2. Tragflügelprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Skelettlinie (33, 43) im vorderen Bereich, vorzugsweise bis zu einem Bereich von 35 % bis 55 % der Profiltiefe im wesentlichen linear verläuft.
3. Tragflügelprofil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine bis zu einer Länge von maximal 50 % der Profiltiefe nach unten ausgeschlagenen Hinterkante (42) .
4. Tragflügelprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflügeloberseite (35) und die Tragflügelunterseite (36) zumindest bis 40 % der Profiltiefe konvex gewölbt sind.
5. Tragflügelprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflügelunterseite (46) im vorderen, sich bis zu 40 % der Profiltiefe erstreckenden Bereich konvex, im mittleren Bereich leicht konkav und im hinteren Bereich, vorzugsweise 50 % bis 100 % der Profiltiefe wieder konvex ausgebildet ist.
6. Bodeneffektfahrzeug mit mindestens einem Tragflügel, der ein Tragflügelprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
7. Bodeneffektfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Tragflügel mit einem Tragflügelprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen ist.
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