WO2007054150A1 - Fortschrittliche flügelhinterkante am flügel eines flugzeugs - Google Patents

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WO2007054150A1
WO2007054150A1 PCT/EP2006/009067 EP2006009067W WO2007054150A1 WO 2007054150 A1 WO2007054150 A1 WO 2007054150A1 EP 2006009067 W EP2006009067 W EP 2006009067W WO 2007054150 A1 WO2007054150 A1 WO 2007054150A1
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flap
wing
trailing edge
advanced
edge according
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PCT/EP2006/009067
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Daniel Reckzeh
Bernhard Rainer Schlipf
Luc Andreani
Mark Sutcliffe
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Airbus Deutschland Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C9/00—Adjustable control surfaces or members, e.g. rudders
    • B64C9/14—Adjustable control surfaces or members, e.g. rudders forming slots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C9/00—Adjustable control surfaces or members, e.g. rudders
    • B64C9/14—Adjustable control surfaces or members, e.g. rudders forming slots
    • B64C9/16—Adjustable control surfaces or members, e.g. rudders forming slots at the rear of the wing
    • B64C9/18—Adjustable control surfaces or members, e.g. rudders forming slots at the rear of the wing by single flaps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T50/30—Wing lift efficiency
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Definitions

  • the present invention relates to an advanced wing trailing edge on the wing of an aircraft.
  • ATECS Advanced Trailing Edge Control Surfaces
  • the simple slit flap is usually a simple hinge bearing defined by an axis of rotation in space. If the axis of rotation is far below the wing profile, advantageous technical effects can thus be achieved (US Pat. No. 4,120,470):
  • the wing surface and the wing arch are enlarged when the flap is extended (positive flap deflections), as a result of which the buoyancy greatly increases.
  • the flap or the control surface is driven into the high-energy air flow, which also boosts the lift is also increased.
  • Another known flap system (DE 1943680) has both a lower and upper ventilation flap, which can deal with positive and negative flap deflections.
  • a major disadvantage of this concept is that the ventilation flaps leave the outer wing profile contour (resistance, noise). It is a symmetrical and clamp-sensitive construction which exploits the advantageous technical effect of the gap in both directions.
  • An adaptive wing typically requires other complex systems that often collide with the existing primary and secondary control surfaces. Further drives, a high number of parts, flexible structures and further control circuits with the corresponding sensors are necessary.
  • two named systems for adjusting the entire airfoil or profile pressure curve are mentioned (DE 19732953C1, DE60002851T2).
  • the object of the present invention is to provide a blade trailing edge in which both primary and secondary control surfaces are realized on the wing with less mechanical effort and less weight.
  • the invention provides an advanced wing trailing edge on the wing of an aircraft, having a wing, a spanwise span extending at the trailing edge of the wing and adjustable to different deflections, a pivotally movable sealing flap disposed at the top between the wing and the flap created on the bottom between the wing and the flap arranged pivotally movable ventilation flap.
  • the flap is adjustable both on positive flap deflections down and negative flap deflections, wherein for use of the flap as a control valve with settings of the flap between negative and small positive flap deflections the wing profile at the top through the Abdichtklappe and the lower side is closed by the ventilation flap and for using the flap as a lift-increasing flap with settings of the flap between small positive and large positive flap deflections, the ventilation flap a flow from the underside of the wing to the top of the flap releases and the Abdichtklappe to release an outflow from the top of the flap is removed by a predetermined gap.
  • the sealing flap for use as a brake flap with its rear end is pivotally upwards.
  • the sealing flap is forcibly guided with the flap.
  • a flap guide mechanism which comprises by a arranged between the wing and the flap pivot.
  • the fulcrum of the hinge is positioned so that for negative flap deflections of the flap, the wing profile contour is not left and for positive flap deflections of the flap, a substantial area and Völbungsveriererung is achieved.
  • the drive for the flap guide mechanism is formed by a linear thrust element, which is coupled to the wing and the flap.
  • the pusher element includes an actuator.
  • the actuator can be operated hydraulically (hydraulic actuator) or mechanically (spindle drive).
  • the flap is mechanically positively driven or positively coupled with the ventilation flap.
  • a ventilation flap mechanism is provided in which the ventilation flap is connected to the wing via a lever mechanism which is mounted on stationary bearings and mounted, two levers.
  • a sealing flap mechanism is provided in which the sealing flap is positively guided with the flap.
  • the sealing flap is positively urged through the flap by a lever mechanism coupled to the flap by a near bearing at a second bearing with the flap and near a fourth bearing via a third bearing.
  • the lever mechanism containing the coupling rod and connecting the sealing flap to the flap preferably forms a four-bar linkage.
  • the fourth bearing is entrained upon movement of the sealing flap in the sense of a brake flap function.
  • a further bearing is provided on the upper sealing flap, with which an actuator for actuating the sealing flap is coupled in the sense of a brake flap function.
  • the further bearing is arranged on a common axis of rotation with the fourth bearing.
  • the sealing flap mechanism is configured to avoid collision between the flap and the sealing flap for small positive flap angles up to all negative flap angles of the flap and to seal the sealing flap against the flap throughout the range just mentioned.
  • the upper sealing flap is lowered in the sense of creating a convergent aerodynamic gap by rotation about the fourth bearing.
  • the actuator device provided for the brake flap function moves the element via the further bearing about a bearing on a circular path, whereby the double joint formed by the fourth joint and the further joint also moves on this circular path.
  • the brake flap mechanism is largely decoupled from the upper sealing mechanism.
  • the brake flap mechanism can not be integrated into the kinematic system but can be provided separately.
  • all bearings are simple hinges.
  • the construction consists essentially of rods and trusses.
  • kinematics is provided in a three-dimensional design for a cylindrical movement of the flap.
  • the kinematics is provided in a three-dimensional design for a conical movement of the flap.
  • the advanced blade trailing edge can serve as the primary control surface.
  • the advanced blade trailing edge can serve as a secondary control surface.
  • the advanced wing trailing edge can serve as an adaptive wing component.
  • the advanced wing trailing edge of the present invention is advantageously provided for use at the trailing edge of trailing wings in modern commercial and high takeoff weight transport aircraft.
  • the advanced wing trailing edge of the present invention is advantageously characterized by low weight, high reliability, a small number of parts, and a structurally simple construction.
  • the complex demands on an advanced wing trailing edge concept were realized in the best possible way.
  • the entire supporting structures and the kinematic system of a conventional high-lift system are eliminated.
  • the aerodynamic fairing is significantly smaller with the advanced wing trailing edge, which will provide an overall economic advantage for the entire cruise (low drag, low fuel cost).
  • FIG. 1 is a schematic overall view of an advanced wing trailing edge according to an embodiment of the invention in a side sectional view
  • FIG. 2 is a schematic representation of a flap guide mechanism contained in the progressive blade trailing edge according to the exemplary embodiment of the invention in a lateral sectional view;
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a lower ventilation flap mechanism contained in the progressive rear wing edge ⁇ according to the embodiment of the invention in a lateral sectional view;
  • Figure 4 is a schematic representation of a contained in the progressive wing trailing edge upper Abdichtklappenmechanismus according to the embodiment of the invention in a sectional side view;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a brake flap mechanism contained in the progressive blade trailing edge according to the exemplary embodiment of the invention in a lateral sectional view
  • FIG. 7a) to c) respective schematic representations of the wing trailing edge according to the invention with different settings of the upper Abdichtklappe in its function as a brake flap.
  • the advanced wing trailing edge on the wing of an aircraft is shown schematically in its entirety in FIG.
  • the following nomenclature is used to understand the kinematic sketch. Individual kinematic elements are numbered consecutively and the connecting joints between two parts are each identified by the two numbers of the respective elements (eg: element 1 and element 5 are connected by a hinge 15, analogously, the other connecting elements result).
  • the advanced wing The rear edge comprises a wing 1, arranged at the trailing edge of the wing 1, extending in the spanwise direction, adjustable to different deflections flap 4, which can be effective both as a control valve and as a lift-increasing flap.
  • a sealing flap 5 is pivotally movably arranged and on the underside between the wing 1 and the flap 4, a ventilation flap 5 is also arranged pivotally movable lent.
  • the flap 4 (the reference numerals are omitted in FIGS. 6 a) to e) for the sake of clarity, compare the reference symbols in FIGS. 1 to 5 ) adjustable over both positive flap deflections downwards and negative flap deflections upwards.
  • the flap 4 As a control flap with settings of the flap between negative ( Figure 6b)) and small positive flap deflections ( Figure 6d)), the wing profile is closed at the top by a sealing flap 7 and at the bottom by a ventilation flap 5.
  • the vent flap 5 is a flow from the underside of the wing. 1 to the top of the flap 4 releases and the Abdichtklappe 7 is released to release an outflow from the top of the flap 4 by a predetermined gap.
  • the four sub-mechanisms are a flapper guide mechanism, a lower vent flap mechanism, an upper flapper mechanism, and a brake flap mechanism. These individual mechanisms can be found in their entirety in FIG.
  • the flap guide mechanism which is shown in Figure 2, it is primarily essentially a simple hinge joint, ie, it is only a pivot joint 14 is required, which represents the connection between the wing 1 and the flap 4.
  • the wing 1 is from a kinematic perspective, the stationary frame.
  • the pivot point 14 is positioned so that for negative flap deflections of the flap 4, the wing profile contour is not left and yet as much area and Völbungsver employedrung for positive flap deflections of the flap 4 is achieved.
  • the drive is realized by a linear sliding joint 23, which is rotatably mounted with the wing 1 and the flap 4 at the ends of the respective actuator element.
  • the actuator consists of the parts 2 and 3 and can be operated on the one hand hydraulically (Hydraul ikaktuator) or mechanically (spindle drive).
  • the ventilation flap mechanism is principally schematized in FIG.
  • the fixed wing 1 is visible with the fixed bearings 15 and 14.
  • the flap 4 and the ventilation flap 5 is connected.
  • the function of the ventilation flap 5 has already been mentioned above, but will be briefly explained again for clarity.
  • the function of the ventilation flap allows for larger flap angle of the flap 4, see Figure 6e), a sufficient flow around the flap 4 with high-energy air, so that more buoyancy is created and the Ablö- se the flow is delayed.
  • the flap 4 is forced mechanically coupled with the ventilation flap 5 or positively coupled, ie there is a clear functional dependence between these two elements.
  • the mechanical coupling is realized by a simple rod 6. All bearings are simple hinges in the two-dimensional sketch, in a three-dimensional design it can be analogous to other joints, for example, ball joints with three rotational degrees of freedom. The mechanical principle remains unchanged in the three-dimensional space, therefore, a two-dimensional representation is sufficient.
  • the hinges 15, 14, 56 and 46 are therefore simple hinges in the two-dimensional drawing.
  • All in all, the positive coupling is realized by the simplest conceivable mechanism (four-bar linkage). For larger positive flap angle of the flap 4, see Figure 6e), the lower vent flap 5 opens in the direction of the wing contour to the intended opening angle.
  • the dimensions of the ventilation flap 5 and the opening angle are determined by the aerodynamic boundary conditions (maximum lift, minimal air resistance, low noise emission, etc. ).
  • the sealing flap mechanism is principally schematized in FIG.
  • the stationary wing 1 can be seen with the stationary bearing 14.
  • the flap 4 is connected.
  • a bearing 79 is only fixed to the wing 1, if the brake flap function of the upper sealing flap 7 is not driven.
  • the bearing 79 and another bearing 910 are located on a common axis of rotation, so this is a kind of double joint. For a better understanding should first be assumed that the bearing 79 is stationary to the wing 1.
  • the functions of the upper sealing flap 7 will be shown in detail below. Due to the demand to allow negative flap deflections of the flap 4, it is necessary to raise the upper wing contour or the air brakes normally located at this point on commercial aircraft to a collision of the sealing flap 7 (the sealing flap 7 is also the same time the brake flap, see the following) to avoid with the flap 4. For small positive flap angle, see Figure 6d), up to all negative flap angles of the flap 4, see Figure 6b), no collision between the flap 4 and the sealing flap 7 must be made, furthermore, the flap 4 and the sealing flap 7 in the whole straight area to keep the flow resistance as low as possible.
  • a mechanical coupling rod 8 connects the sealing flap 7 and the flap 4.
  • the brake flap mechanism operates almost completely mechanically decoupled from the flap mechanism, there is only a functional dependence between the absolute brake flap deflection of the upper sealing flap 7 (relative to the stationary wing 1) and the flap deflection angle of the flap 4, this is taken into account by a corresponding regulation in the flight control computer.
  • This regulation does not affect the Abdichtklappenmechanismus (except in case of failure), because the aerodynamic gap is abandoned in the brake flap mode with corresponding loss of lift and increase in air resistance.
  • the normal brake flap functions can thus be generated unchanged by a further drive (element 10 and element 1 1), without the aforementioned mechanism of the lower panel (ventilation flap) 5 and the upper panel (sealing flap) 7 would be impaired in its operation.
  • the typical brake flap acts as an air brake, buoyancy killer, roll control and wing relief.
  • the additional kinematic elements are shown, which allow for the upper sealing flap 7 and the brake flap function. Consequently, the upper sealing flap also acts as a brake flap. Furthermore, the brake flap function is actuated by its own drive.
  • the actuator device consists of the parts 10 (actuator) and 11 (actuator rod) and can be operated hydraulically (hydraulic actuator) or mechanically (spindle drive).
  • the actuator device of the brake flap function moves the element 9 via the bearing 910 to a bearing 19 on a circular path.
  • the movement of the element 9 on the circular path has the consequence that the double joint 79 also moves on this circular path.
  • the sealing flap 7 (if it is active as a brake flap) thus moves on the coupling of the four-bar linkage 48, 78, 79 and 19.
  • the bearing 19 is placed in an advantageous manner so that there is no collision with the wing 1.
  • the brake flap mechanism can not be integrated into the kinematic system, but can be provided separately; this would be conceivable as an aileron in the outer wing area.
  • the aerodynamic flap gap is held exactly by a mechanical positive guidance to the flap 4, there is no complex control loop to keep the flap gap (aerodynamic mixing air gap tolerances) necessary. Only the actuator for the flap 4 (actuator body 2 and actuator rod 3) accomplishes these functions. For larger positive flap angle of the flap 4 pivots the lower vent flap 5 in the wing profile contour and the advantageous flow around the flap 4 is achieved. The upper sealing flap 7 no longer acts as a seal from larger flap angles of the flap 4, but must exactly keep the aerodynamic flow convergence and the aerodynamic gap, see FIG. 6e): TAB 35 °, A / B 0 °).
  • both a primary and a secondary flight control can be effected. Ie. high actuating speeds for primary control surfaces can be realized.
  • the wing trailing edge according to the invention can act as an adaptive wing, by small positive or negative stationary flap deflections can always be the most economical operating point for the respective altitude (density, temperature, etc. ..), the loading state and the airspeed are set.
  • the wing profile contour remains closed (except in the brake flap mode) and the profile shape remains aerodynamically aerodynamically favorable. In conventional secondary high lift systems this was i. d. R. not possible, because negative flap deflections could not be realized.
  • the brake flap mode of the upper sealing flap 7, which acts here as a brake flap, is shown in different configurations (TAB -20 °, A / B 40 °, TAB 0 °, A / B 40; TAB 35 °, A / B 40 °).
  • “comprising” does not exclude other elements or steps and "a” or “an” does not exclude a plurality.

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Abstract

Eine fortschrittliche Flügelhinterkante am Flügel eines Flugzeugs, mit einem Flügel (1), einer an der Hinterkante des Flügels (l) angeordneten, in Spannweitenrichtung verlaufenden, auf unterschiedliche Ausschläge einstellbaren Klappe (4) , einer an der Oberseite zwischen dem Flügel (1) und der Klappe (4) angeordneten schwenkbar beweglichen Abdichtklappe (7) und eine an der Unterseite zwischen dem, Flügel (1) und der Klappe (4) angeordneten schwenkbar beweglichen Belüftungsklappe (5). Erfndungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Klappe (4) sowohl über positive Klappenausschläge nach unten als auch negative Klappenausschläge nach oben einstellbar ist, wobei für eine Nutzung der Klappe (4) als Steuerklappe mit Einstellungen der Klappe zwischen negativen und kleinen positiven Klappenausschlägen das Flügelprofil an der Oberseite durch die Abdichtklappe (7) und an der Unterseite durch die Belüftungsklappe (5) geschlossen ist und für eine Nutzung der Klappe (4) als auftriebserhöhende Klappe mit Einstellungen der Klappe (4) zwischen kleinen positiven und großen positiven Klappenausschlägen die Belüftungsklappe (5) eine Strömung von der Unterseite des Flügels (1) zur Oberseite der Klappe (4) freigibt und die Abdichtklappe (7) zur Freigabe eines Abstroms von der Oberseite der Klappe (4) um einen vorgegebenen Spalt entfernt wird.

Description

Fortschrittliche Flügelhinterkante am Flügel eines Flugzeugs
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2005 045 759.2, eingereicht am 23. September 2005, deren Inhalte hierin durch Referenz inkorporiert werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine fortschrittliche Flügelhinterkante am Tragflügel eines Flugzeugs.
Die beschriebene Einrichtung wird am sinnvollsten als fortschrittliche Flügelhinterkante (ATECS - Advanced Trailing Edge Control Surfaces) bezeichnet, weil sie durch die vorgesehene Kinematik und neue multifunktionale Steuerflächen ein erheblich erweitertes Einsatzspektrum gegenüber dem mechanischen Grundprinzip einer einfachen Spaltklappe aufweist.
Im Stand der Technik sind eine große Anzahl von Flügelhinterklappensystemen bekannt, von denen zunächst ein Auszug der für die vorliegende Erfindung bedeutendsten Vertreter erläutert werden sollen. Die primär relevanten Vertreter dieser sind in erster Linie Einfachspaltklappensysteme. Diese Klappensysteme werden sowohl als primäre als auch sekundäre Flugsteuerung bzw. auch als kombinierte Steuerflächen genutzt. Weiterhin lassen sich diese Vertreter als Rollsteuerung, Nicksteuerung und zur Auftriebserhöhung nutzen. Die letzten beiden genannten Patentschriften zeigen exemplarisch Möglichkeiten auf, um einen adaptiven Flügel zu generieren, der nicht nur für einen „optimalen" Arbeitspunkt ausgelegt ist.
Im Grunde genommen handelt es sich bei der einfachen Spaltklappe in der Regel um eine einfache Scharnierlagerung, die durch eine Drehachse im Raum definiert ist. Ist die Drehachse weit unter dem Flügelprofil, lassen sich damit vorteilhafte technische Wirkungen erzielen (US4120470): - Die Flügelfläche und die Flügelwölbung werden beim Ausfahren der Klappe (positive Klap- penausschläge) vergrößert, wodurch der Auftrieb stark zunimmt. - Die Klappe bzw. die Steuerfläche wird in die energiereiche Luftströmung gefahren, wodurch ebenfalls der Auftrieb zusätzlich gesteigert wird.
Es entstehen jedoch einige nachteilige technische Wirkungen: - Negative Klappenausschläge sind in der Regel nicht möglich, weil die Nasenkante der Klappe die Hüllgeometrie des Flügels auf der Profilunterseite verlässt bzw. es kommt zu erheblichen Bauraumkonflikten im Hinterholmbereich des Flügels (abhängig von der Lage des Drehpunktes).
- Es entstehen häufig konvergent/divergente Luftströmungen in der Spaltluftströmung mit dem entsprechenden Auftriebsverlust und einer starken Widerstandserhöhung. - Es wird eine in der Luftströmung liegende aerodynamische Verkleidung des mechanischen Klappensystems notwendig, dabei entsteht wieder zusätzlicher Luftwiderstand.
Ist die Drehachse nahe an der Nasenkante der Klappe (US2117607, US2169416; US2276522, US2836380, US2920844; US4015787, US4395008; US4471927, US4962902; DE1943680, DE19803421A1, FR846337; US6601801), lassen sich folgende vorteilhaften technischen Wirkungen erzielen:
- Positive und negative Klappenausschläge lassen sich durch einfachere Konstruktionen umsetzten.
- Dies ist für primäre Steuerflächen entscheidend, weil diese in der Regel in beide Richtungen ausschlagen müssen (Höhen-/Quer-/Seitenruder). Sekundäre Steuerflächen operieren primär als
Hochauftriebskomponenten am Flugzeug, diese haben in der Regel nur eine bevorzugte Wirkrichtung.
- Es entsteht jedoch ein entscheidender Nachteil durch diese Lage des Drehpunktes: die energiereiche Luftströmung kann die Klappe nicht mehr umströmen. Die Umströmung der energie- reichen Luftströmung auf der Flügelunterseite hat die vorteilhafte technische Wirkung, dass das Ablöseverhalten des gesamten Flügels entscheidend verbessert wird. Dieses Problem wird durch eine unter dem Flügel liegende Belüftungsklappe beseitigt (US21 17607). Durch die untere Belüftungsklappe kann auch die Klappe mit einen Drehpunkt nahe an der Flügelvorderkante mit der energiereiche Luftströmung umströmt werden. Im Reiseflug ist die untere Belüftungsklappe ge- schlössen, damit das gesamte Flügelprofil den minimalen Luftwiderstand gewährleistet. Die untere Belüftungsklappe der hier genannten Patentschriften ist in der Regel nur für positive Klappenausschläge konzipiert (US21 17607, US2169416). Die mechanische Anbindung zwischen unterer Belüftungsklappe und Klappe wird entweder durch eine mechanische Zwangskopplung bzw. über einen weiteren Antrieb realisiert.
Es gibt auch bekannte Klappen Systeme (US6601801), die über eine untere Belüftungsklappe verfügen, die auch mit negativen Klappenausschlägen umgehen können. Das verwendete mechanisch Systeme ist jedoch relativ komplex und verfügt über eine hohe Anzahl an Teilen.
Ein weiteres bekanntes Klappensystem (DE 1943680) verfügt sowohl über eine untere und obere Belüftungsklappe, die mit positiven und negativen Klappenausschlägen umgehen kann. Ein entscheidender Nachteil dieses Konzeptes ist, dass die Belüftungsklappen die äußere Flügelprofilkontur verlassen (Widerstand, Lärm). Es handelt sich hierbei um eine symmetrische und klemmanfällige Konstruktion, die in beiden Richtungen die vorteilhafte technische Wirkung des Spaltes ausnutzt .
Viele der bekannten Klappensysteme verfügen über relativ komplexe kinematische Systeme, die aus einer hohen Anzahl an Teilen bestehen (US2276522, US2836380, US2920844), weiterhin werden klemmanfällige Kurvengetriebe verwendet (US2836380, DE1943680, DE19803421A1). Des weiteren kommen Federelemente (Energiespeicher) zur Anwendung, die wiederum erhöhte Antriebslasten erzeugen (US2169416, US6601801). Flexible Strukturen für größere Abdeckflächen, welche die engen aerodynamischen Toleranzen nur bedingt erfüllen können (US4395008, US4471927).
Normale Hochauftriebssysteme sind nur für positive Klappenausschläge ausgelegt, auf ihrer oberen Seite sind die meisten Systeme mit Bremsklappen ausgerüstet. Die Bremsklappen werden meistens über einen eigenen Antrieb angesteuert (US4120470). Die meisten Konzepte, welche auch mit negativen Klappenausschlägen umgehen können, brauchen meistens auf ihrer oberen Seite eine weitere obere Abdichtklappe (flexibel: US4395008, US4471927) bzw. eine obere Be- lüftungsklappe (starr: DE 1943680) oder Federdichtung (US6601801), um eine geometrische Kollision mit der oberen Flügelkontur zu vermeiden. Es gibt bislang noch keine Systeme, welche die obere Abdichtklappe gleichzeitig als Bremsklappe verwenden, wodurch die Anzahl an Steuerflächen deutlich reduziert würde.
Ein adaptiver Flügel erfordert in der Regel weitere komplexe Systeme, die häufig mit den bestehenden primären und sekundären Steuerflächen kollidieren. Es werden weitere Antriebe, eine hohe Anzahl an Teilen, flexible Strukturen und weitere Regelkreise mit den entsprechen Sensoren notwendig. Exemplarisch seien zwei benannte Systeme zum Verstellen des gesamten Flügelprofils bzw. Profildruckverlaufes genannt (DE 19732953C1, DE60002851T2).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flügelhinterkante zu schaffen, bei der sowohl primäre und sekundäre Steuerflächen am Flügel mit weniger mechanischem Aufwand und weniger Gewicht verwirklicht sind.
Diese Aufgabe wird durch eine fortschrittliche Flügelhinterkante mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Flügelhinterkante sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird eine fortschrittliche Flügelhinterkante am Flügel eines Flugzeugs, mit einem Flügel, einer an der Hinterkante des Flügels angeordneten, in Spannweitenrichtung verlaufenden, auf unterschiedliche Ausschläge einstellbaren Klappe, einer an der Oberseite zwischen dem Flügel und der Klappe angeordneten schwenkbar beweglichen Abdichtklappe und einer an der Unterseite zwischen dem Flügel und der Klappe angeordneten schwenkbar beweglichen Belüftungsklappe geschaffen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Klappe sowohl über positive Klappenausschläge nach unten und negative Klappenausschläge nach oben einstellbar ist, wobei für eine Nutzung der Klappe als Steuerklappe mit Einstellungen der Klappe zwischen negativen und kleinen positiven Klappenausschlägen das Flügelprofil an der Oberseite durch die Abdichtklappe und an der Unterseite durch die Belüftungsklappe geschlossen ist und für eine Nutzung der Klappe als auftriebserhöhende Klappe mit Einstellungen der Klappe zwischen klei- nen positiven und großen positiven Klappenausschlägen die Belüftungsklappe eine Strömung von der Unterseite des Flügels zur Oberseite der Klappe freigibt und die Abdichtklappe zur Freigabe eines Abstroms von der Oberseite der Klappe um einen vorgegebenen Spalt entfernt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen fortschrittlichen Flügelhin- terkante ist es vorgesehen, dass die Abdichtklappe zur Nutzung als Bremsklappe mit ihrem hinteren Ende nach oben schwenkbar ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsförm der erfindungsgemäßen fortschrittlichen Flügelhinterkante ist es vorgesehen, dass die Abdichtklappe mit der Klappe zwangsgeführt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Klappenführungsmechanismus vorgesehen, der durch ein zwischen dem Flügel und der Klappe angeordnetes Drehgelenk enthält.
Vorzugsweise ist der Drehpunkt des Drehgelenks so positioniert, dass für negative Klappenausschläge der Klappe die Flügelprofilkontur nicht verlassen wird und für positive Klappenausschläge der Klappe eine wesentliche Flächen- und Wölbungsvergrößerung erzielt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antrieb für den Klappenführungsmechanismus durch ein lineares Schubelement gebildet ist, das mit dem Flügel und der Klappe gekoppelt ist.
Vorzugsweise enthält das Schubelement einen Aktuator.
Der Aktuator kann hydraulisch (Hydraulikaktuator) oder mechanisch (Spindelantrieb) betrieben sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Klappe ist mit der Belüftungsklappe mechanisch zwangsgeführt bzw. zwangsgekoppelt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausfϋhrungsform der Erfindung ist ein Belüftungsklappenmechanismus vorgesehen, bei dem die Belüftungsklappe über ein an ortsfesten Lagern und gelagertes, zwei Hebel enthaltendes Hebelwerk an den Flügel angebunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Abdichtklappenmechanismus vorgesehen, bei dem die Abdichtklappe mit der Klappe zwangsgeführt ist.
Vorzugsweise ist bei dem Abdichtklappenmechanismus die Abdichtklappe durch ein über ein nahe dem ortsfesten Lager an einem zweiten Lager mit der Klappe und nahe einem vierten Lager über ein drittes Lager mit der Abdichtklappe gekoppeltes Hebelwerk durch die Klappe zwangsgeführt.
Vorzugsweise bildet das den Kopplungsstab enthaltende, die Abdichtklappe mit der Klappe verbindende Hebelwerk ein Gelenkviereck.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass, dass das vierte Lager bei Bewegung der Abdichtklappe im Sinne einer Bremsklappenfunktion mitgenommen wird.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein weiteres Lager an der oberen Abdichtungsklappe vorgesehen, mit welchem ein Aktuator zur Betätigung der Abdichtklappe im Sinne einer Bremsklappenfunktion gekoppelt ist.
Vorzugsweise ist das weitere Lager auf einer gemeinsamen Drehachse mit dem vierten Lager angeordnet.
Insbesondere ist der Abdichtklappenmechanismus so ausgebildet, dass für kleine positive Klappenwinkel bis hin zu allen negativen Klappenwinkeln der Klappe eine Kollision zwischen der Klappe und der Abdichtklappe vermieden und die Abdichtklappe im gesamten gerade erwähnten Bereich gegen die Klappe abgedichtet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass für größere positive Klappenausschläge der Klappe, wo die Klappe als auftriebserhöhende Komponente wirksam ist, die obere Abdichtklappe im Sinne einer Erzeugung eines konvergenten aerodynamischen Spalts durch Drehung um das vierte Lager nach unten abgesenkt wird.
Vorzugsweise wird eine funktionale Abhängigkeit zwischen dem absoluten Bremsklappenausschlag der. oberen „Abdjchtklappe .(bezo.gen auf den ortsfesten Flügel I) und dem Klappenausschlagwinkel der Klappe durch eine entsprechende Regelung im Flugsteuerungscomputer vorgenommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die für die Bremsklappenfunktion vorgesehene Aktuatoreinrichtung das Element über das weitere Lager um ein Lager auf einer Kreisbahn bewegt, wodurch das durch das vierte Gelenk und das weitere Gelenk gebildete Doppelgelenk ebenfalls sich auf dieser Kreisbahn bewegt.
Vorzugsweise ist der Bremsklappenmechanismus weitgehend vom oberen Abdichtungsmechanismus entkoppelt.
Der Bremsklappenmechanismus kann auch nicht in das kinematische System integriert sondern separat vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass alle Lager einfache Drehgelenke sind.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Konstruktion im wesentlichen nur aus Stäben und Fachwerken besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist Kinematik in einer dreidimensionalen Ausführung für eine zylindrische Bewegung der Klappe vorgesehen. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kinematik in einer dreidimensionalen Ausführung für eine konische Bewegung der Klappe vorgesehen.
Die fortschrittliche Flügelhinterkante kann als primäre Steuerfläche dienen.
Die fortschrittliche Flügelhinterkante kann als sekundäre Steuerfläche dienen.
Die fortschrittliche Flügelhinterkante kann als adaptive Flügelkomponente dienen.
Die erfindungsgemäße fortschrittliche Flügelhinterkante ist in mit Vorteil für eine Verwendung an der Flügelhinterkante in modernen Verkehrsflugzeugen und Transportflugzeugen mit einem hohem Abfluggewicht vorgesehen.
Die erfindungsgemäße fortschrittliche Flügelhinterkante zeichnet sich vorteilhafterweise durch ein geringes Gewicht, durch eine hohe Zuverlässigkeit, durch eine geringe Anzahl an Teilen und durch eine strukturell einfache Konstruktion aus. Die komplexen Forderungen an ein fortschrittliches Flügelhinterkantenkonzept wurden bestmöglich verwirklicht. Des Weiteren entfallen die ganzen Tragstrukturen und das kinematischen System eines konventionellen Hochauftriebssystems. Die aerodynamische Verkleidung ist bei der fortschrittlichen Flügelhinterkante erheblich kleiner, wodurch sich für den gesamten Reiseflug ein wirtschaftlicher Vorteil einstellen wird (geringer Widerstand, geringe Treibstoffkosten).
Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen fortschrittlichen Flügelhinterkante unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen beschrieben werden.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematisierte Gesamtdarstellung einer fortschrittlichen Flügelhinterkante gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung in einer seitlichen Schnittansicht; Figur 2 eine schematisierte Darstellung eines in der fortschrittlichen Flügelhinterkante enthaltenen Klappenführungsmechanismus gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer seitlichen Schnittansicht;
Figur 3 eine schematisierte Darstellung eines in der fortschrittlichen Flügelhinterkante ^enthaltenen .unteren Belüftungsklappenmechanismus gemäß dem Aus_- führungsbeispiel der Erfindung in einer seitlichen Schnittansicht;
Figur 4 eine schematisierte Darstellung eines in der fortschrittlichen Flügelhinterkante enthaltenen oberen Abdichtklappenmechanismus gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer seitlichen Schnittansicht;
Figur 5 eine schematisierte Darstellung eines in der fortschrittlichen Flügelhinter- kante enthaltenen Bremsklappenmechanismus gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung in einer seitlichen Schnittansicht;
Figuren 6a) bis e) jeweilige schematisierte Darstellungen der erfindungsgemäßen Flügelhinterkante mit unterschiedlichen Einstellungen der Klappe; und
Figur 7a) bis c) jeweilige schematisierte Darstellungen der erfindungsgemäßen Flügelhinterkante mit unterschiedlichen Einstellungen der oberen Abdichtklappe in ihrer Funktion als Bremsklappe.
Die fortschrittliche Flügelhinterkante am Flügel eines Flugzeugs ist in ihrer Gesamtheit in Figur 1 schematisch dargestellt. Die folgende Nomenklatur wird verwendet, um die kinematische Skizze zu verstehen. Einzelne kinematische Elemente werden durchgängig nummeriert und die Verbindungsgelenke zwischen zwei Teilen werden jeweils durch die zwei Nummern der jeweiligen Elemente gekennzeichnet (z.B.: Element 1 und Element 5 sind durch ein Drehgelenk 15 ver- bunden, sinngemäß ergeben sich die anderen Verbindungselemente). Die fortschrittliche Flügel- hinterkante umfasst einem Flügel 1, eine an der Hinterkante des Flügels 1 angeordnete, in Spannweitenrichtung verlaufende, auf unterschiedliche Ausschläge einstellbaren Klappe 4, die sowohl als Steuerklappe als auch als auftriebserhöhende Klappe wirksam sein kann. Diese wird im folgenden stets nur kurz als „Klappe" bezeichnet. Dabei ist jedoch eine strikte Trennung zwi- sehen Steuerfläche (primäre Steuerfläche) und Hochauftriebskomponente (sekundäre Steuerfläche) im herkömmlichen Sinne nicht mehr angebracht, vielmehr können beide Funktionen mehr oder weniger nahtlos ineinander übergehen. An der Oberseite zwischen dem Flügel 1 und der Klappe 4 ist eine Abdichtklappe 5 schwenkbar beweglich angeordnet und an der Unterseite zwischen dem Flügel 1 und der Klappe 4 ist eine Belüftungsklappe 5 ebenfalls schwenkbar beweg- lieh angeordnet.
Wie die Figuren 6a) bis e) zeigen, auf die später noch näher eingegangen wird, ist die Klappe 4 (die Bezugszeichen sind in den Figuren 6a) bis e) zum Zwecke der besseren Übersicht weggelassen, vergl. Die Bezugszeichen in Figuren 1 bis 5) sowohl über positive Klappenausschläge nach unten als auch negative Klappenausschläge nach oben einstellbar. Für eine Nutzung der Klappe 4 als Steuerklappe mit Einstellungen der Klappe zwischen negativen (Figur 6b)) und kleinen positiven Klappenausschlägen (Figur 6d)) ist das Flügelprofil an der Oberseite durch eine Abdichtklappe 7 und an der Unterseite durch eine Belüftungsklappe 5 geschlossen. Für eine Nutzung der Klappe 4 als auftriebserhöhende Klappe mit Einstellungen der Klappe 4 zwischen klei- nen positiven Klappenausschlägen (Figur 6d)) und großen positiven Klappenausschlägen (Figur 6e)) ist es vorgesehen, dass die Belüftungsklappe 5 eine Strömung von der Unterseite des Flügels 1 zur Oberseite der Klappe 4 freigibt und die Abdichtklappe 7 zur Freigabe eines Abstroms von der Oberseite der Klappe 4 um einen vorgegebenen Spalt entfernt wird.
Da der Mechanismus der fortschrittlichen Flügelhinterkante in der gesamten Darstellung etwas unübersichtlich ist, wird in den Figuren 2 bis 5 eine Zerlegung des gesamten Mechanismus in seine vier Untermechanismen durchgeführt. Die vier Untermechanismen sind ein Klappenführungsmechanismus, ein unterer Belüftungsklappenmechanismus, ein oberer Abdichtklappenmechanismus und ein Bremsklappenmechanismus. Diese einzelnen Mechanismen finden sich in ihrer Gesamtheit in Figur 1 wieder. Beim Klappenführungsmechanismus, der für sich in Figur 2 dargestellt ist, handelt es sich primär im wesentlichen um ein einfaches Scharniergelenk, d. h. es wird nur ein Drehgelenk 14 benötigt, welches die Verbindung zwischen dem Flügel 1 und der Klappe 4 darstellt. Der Flügel 1 ist aus kinematischer Sicht das ortsfeste Gestell. Der Drehpunkt 14 ist so positioniert, dass für negative Klappenausschläge der Klappe 4 die Flügelprofilkontur nicht verlassen wird und dennoch möglichst viel Flächen- und Wölbungsvergrößerung für positive Klappenausschläge der Klappe 4 erzielt wird.
Der Antrieb wird durch ein lineares Schubgelenk 23, das mit dem Flügel 1 und der Klappe 4 drehbar an den Enden des jeweiligen Aktuatorelements gelagert ist, realisiert. Der Aktuator besteht aus den Teilen 2 und 3 und kann einerseits hydraulisch (Hydraul ikaktuator) oder mechanisch (Spindelantrieb) betrieben werden.
Der Belüftungsklappenmechanismus ist prinzipiell in Figur 3 schematisiert. Der ortsfeste Flügel 1 ist mit den ortsfesten Lagern 15 und 14 sichtbar. An den Flügel 1 ist die Klappe 4 und die Belüftungsklappe 5 angebunden. Die Funktion der Belüftungsklappe 5 wurde schon zuvor erwähnt, soll aber zur Verdeutlichung nochmals kurz erläutert werden. Die Funktion der Belüftungsklappe ermöglicht für größere Klappenwinkel der Klappe 4, vergleiche Figur 6e), eine ausreichende Umströmung der Klappe 4 mit energiereicher Luft, damit mehr Auftrieb entsteht und das Ablö- severhalten der Strömung verzögert wird.
Die Klappe 4 ist mit der Belüftungsklappe 5 mechanisch zwangsgeführt bzw. zwangsgekoppelt, d.h. es gibt eine eindeutige funktionelle Abhängigkeit zwischen diesen beiden Elementen. Die mechanische Kopplung wird durch einen einfachen Stab 6 realisiert. Alle Lager sind einfache Drehgelenke in der zwei dimensionalen Skizze, in einer dreidimensionalen Ausführung kann es sich hierbei sinngemäß um andere Gelenke handeln z.B. Kugelgelenke mit drei Rotationsfrei- heitsgraden. Das mechanische Prinzip bleibt im dreidimensionalen Raum unverändert erhalten, daher reicht eine zweidimensionale Darstellung. Die Drehgelenke 15, 14, 56 und 46 sind also einfache Drehgelenke in der zweidimensionalen Zeichnung. Insgesamt wird also die Zwangs- kopplung durch den einfachst denkbaren Mechanismus (Gelenkviereck) realisiert. Für größere positive Klappenwinkel der Klappe 4, vergleiche Figur 6e), öffnet sich die untere Belüftungsklappe 5 in Richtung der Flügelkontur auf den vorgesehenen Öffnungswinkel. Die Dimensionen der Belüftungsklappe 5 und der Öffnungswinkel werden durch die aerodynamische Randbedingungen festgelegt (maximaler Auftrieb, geringster Luftwiderstand, geringe Lärmemis- sionen, usw. ...).
Für-kleinere-positive-und-alle-negativen-Klappenwinkel-der-Klappe -4_bleibt dieJBelüftungsklappe 5 nahezu in ihrer nominalen Lage. Die nominale Lage ist in diesem Fall durch die Profilkontur im Reiseflug charakterisiert. Es wird also eine „quasi" Rast im Bereich von kleinen positiven bis in großen negativen Klappenausschlägen der Klappe 4 durch eine vorteilhafte technische Auslegung des Übertragungsgetriebes (das erwähnte Gelenkviereck) erzielt. Weiterhin ist im Bereich von kleinen positiven bis in großen negativen Klappenausschlägen der Klappe 4 eine komplette Dichtung der Belüftungsklappe zur Klappe 4 gewährleistet, dadurch bleibt die Profilkontur immer strömungsgünstig (geringer Luftwiderstand) und schädliche Lärmquellen in Form von Kan- ten, Profilkontursprüngen, Leewirbelgebieten werden vermieden.
Der Abdichtungsklappenmechanismus ist prinzipiell in Figur 4 schematisiert. Der ortsfeste Flügel 1 ist mit dem ortsfesten Lager 14 zu erkennen. Am Flügel 1 ist die Klappe 4 angebunden. Ein Lager 79 ist nur dann ortsfest zum Flügel 1, wenn die Bremsklappenfunktion der oberen Ab- dichtklappe 7 nicht gefahren wird. Das Lager 79 und ein weiteres Lager 910 (siehe Figur 5) befinden sich auf einer gemeinsamen Drehachse, es handelt sich hierbei also um eine Art Doppelgelenk. Zum besseren Verständnis soll zunächst vorausgesetzt werden, das sich das Lager 79 ortsfest zum Flügel 1 befindet.
Die Funktionen der oberen Abdichtungsklappe 7 sollen nachfolgend im Einzelnen dargestellt werden. Durch die Forderung negative Klappenausschläge der Klappe 4 zu ermöglichen, wird es notwendig die obere Flügelkontur bzw. die normalerweise an dieser Stelle befindlichen Bremsklappen an Verkehrsflugzeugen anzuheben, um eine Kollision der Abdichtklappe 7 (die Abdichtklappe 7 ist auch gleichzeitig die Bremsklappe, siehe nachfolgende Ausführungen) mit der Klappe 4 zu vermeiden. Für kleine positive Klappenwinkel, vergleiche Figur 6d), bis hin zu allen negativen Klappenwinkeln der Klappe 4, vergleiche Figur 6b), darf keine Kollision zwischen der Klappe 4 und der Abdichtklappe 7 erfolgen, weiterhin muss die Klappe 4 und die Abdichtklappe 7 im gesamten gerade erwähnten Bereich gedichtet bleiben, um den Strömungswiderstand möglichst gering zu hal- ten.
Für größere positive Klappenausschläge der Klappe 4, vergleiche Figur 6e), wo die Klappe 4 als auftriebserhöhende Komponente wirksam sein soll, wird immer ein konvergenter aerodynamischer Spalt gefordert. Daher wird für größere positive Klappenausschläge der Klappe 4, verglei- che Figur 6e), die obere Abdichtklappe 7 nach unten abgesenkt (Drehung um das Lager 79), damit der Strömungsquerschnitt konvergent bleibt. Des Weiteren ist in diesem Klappenwinkelbereich das aerodynamische Spaltmaß zwischen dem hinteren Ende der Abdichtklappe 7 und der Profilkontur der Klappe 4 immer exakt einzuhalten. Dies lässt sich derzeit bei den geforderten aerodynamischen Toleranzen mit keiner bekannten Regelung realisieren, daher ist hier eine me- chanische Zwangsführung zwischen der Klappe 4 und der Abdichtklappe 7 notwendig, dies gilt insbesondere für die Landeposition der Klappe 4.
Für eine solche Zwangsführung wird wieder die einfachste mechanische Lösung favorisiert, daher werden alle genannten Forderungen durch eine vorteilhafte Auslegung des oben genannten Gelenkvierecks (Lager: 79, 78, 48, 14) umgesetzt. Ein mechanischer Kopplungsstab 8 verbindet die Abdichtklappe 7 und die Klappe 4.
Der Bremsklappenmechanismus arbeitet nahezu komplett mechanisch entkoppelt vom Klappenmechanismus, es besteht lediglich eine funktionale Abhängigkeit zwischen dem absoluten Bremsklappenausschlag der oberen Abdichtklappe 7 (bezogen auf den ortsfesten Flügel 1) und dem Klappenausschlagwinkel der Klappe 4, dies wird durch eine entsprechende Regelung im Flugsteuerungscomputer berücksichtigt. Diese Regelung tangiert nicht den Abdichtklappenmechanismus (außer im Fehlerfall), weil im Bremsklappenmodus das aerodynamische Spaltmaß aufgegeben wird mit entsprechendem Auftriebsverlust und Erhöhung des Luftwiderstandes. Die normalen Bremsklappenfunktionen können somit unverändert durch einen weiteren Antrieb (Element 10 und Element 1 1) generiert werden, ohne das der zuvor erwähnte Mechanismus des unteren Paneels (Belüftungsklappe) 5 und des oberen Paneels (Abdichtklappe) 7 in seiner Funktionsweise beeinträchtigt wäre. Die typische Bremsklappe wirkt unter anderem als Luftbremse, als Auftriebsvernichter, als Rollsteuerung und als Flügelentlastung.
In Figur 5 sind die zusätzlichen kinematischen Elemente dargestellt, die für der obere Abdichtklappe 7 auch die Bremsklappenfunktion ermöglichen. Folglich wirkt die obere Abdichtklappe auch als Bremsklappe. Weiterhin wird die Bremsklappenfunktion durch einen eigenen Antrieb aktuiert. Die Aktuatoreinrichtung besteht aus den Teilen 10 (Aktuator) und 11 (Aktuatorstange) und kann hydraulisch (Hydraulikaktuator) oder mechanisch (Spindelantrieb) betrieben werden. Die Aktuatoreinrichtung der Bremsklappenfunktion bewegt das Element 9 über das Lager 910, um ein Lager 19 auf einer Kreisbahn. Die Bewegung des Elements 9 auf der Kreisbahn hat zur Folge, dass das Doppelgelenk 79 ebenfalls sich auf dieser Kreisbahn bewegt. Die Abdichtklappe 7 (wenn sie als Bremsklappe aktiv ist) bewegt sich somit auf der Koppel des Gelenkvierecks 48, 78, 79 und 19. Das Lager 19 ist in einer vorteilhaften Weise platziert, damit es zu keiner Kollision mit dem Flügel 1 kommt.
Bei Bedarf kann der Bremsklappenmechanismus auch nicht in das kinematische System integ- riert sondern separat vorgesehen werden, dies wäre im äußeren Flügelbereich als Querruder denkbar.
Für negative Klappenausschläge und kleine positive Klappenausschläge der Klappe 4 ist die Flügelprofilform komplett abgedichtet (durch die untere Belüftungsklappe 5 und die obere Ab- dichtungsklappe 7 und strömungsgünstig, dadurch ergibt sich ein günstiger Widerstandsbeiwert und es werden keine Wirbel generiert, die auch zur Lärmemission beitragen (siehe Figur 6a) bis e): TAB -20°, A/B 0°; TAB -5°, A/B 0°; TAB 0°, A/B 0; TAB 5°, A/B 0°).
Der aerodynamischer Klappenspalt wird durch eine mechanische Zwangsführung zur Klappe 4 exakt gehalten, es wird kein komplexer Regelkreis zum Einhalten des Klappenspalts (aerodyna- mischen Luftspalttoleranzen) notwendig. Allein der Aktuator für die Klappe 4 ( Aktuatorkörper 2 und Aktuatorstange 3) bewerkstelligt diese Funktionen. Für größere positive Klappenwinkel der Klappe 4 schwenkt die untere Belüftungsklappe 5 in die Flügelprofilkontur und die vorteilhafte Umströmung der Klappe 4 wird erzielt. Die obere Abdichtungsklappe 7 agiert ab größeren Klappenwinkeln der Klappe 4 nicht mehr als Dichtung, sondern muss die aerodynamische Strömungskonvergenz und das aerodynamische Spaltmaß exakt halten, siehe Figur 6e): TAB 35°, A/B 0°).
Die Bereiche, wo die untere Belüftungsklappe 5 von den Kopplungsstäben 6 und 8 durchdrungen wird, bzw. wo Tragstrukturen zum Flügel 1 verlaufen, werden aerodynamische Verkleidungen (Fairings) angebracht.
Mit der erfindungsgemäßen Flügelhinterkante lassen sich sowohl eine primäre als auch eine sekundäre Flugsteuerung bewirken. D. h. hohe Stellgeschwindigkeiten für primäre Steuerflächen lassen sich verwirklichen.
Die erfindungsgemäße Flügelhinterkante kann als adaptiver Flügel fungieren, durch kleine positive bzw. negative stationäre Klappenausschläge kann immer der wirtschaftlich günstigste Betriebspunkt für die jeweilige Flughöhe (Dichte, Temperatur, usw. ...), den Beladungszustand und der Fluggeschwindigkeit eingestellt werden. Für kleine positive Klappenausschläge und für alle negativen Klappenausschläge bleibt die Flügelprofilkontur geschlossen (außer im Bremsklappenmodus) und die Profilform bleibt aerodynamisch strömungsgünstig. Bei herkömmlich sekundären Hochauftriebssystemen war dies i. d. R. nicht möglich, weil sich negative Klappenausschläge nicht realisieren ließen.
Der Bremsklappenmodus der oberen Abdichtklappe 7, die hier als Bremsklappe wirkt, ist zum besseren Verständnis in den Figuren 7a) bis c) in verschiedenen Konfigurationen dargestellt (TAB -20°, A/B 40°; TAB 0°, A/B 40; TAB 35°, A/B 40°). Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausfϋhrungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste
1 Flügel
2 Aktuatorkörper
3 Aktuatorstange
4 Klappe
5 Belüftungsklappe
6 Stab
7 Abdichtklappe
8 Verbindungsstange
9 Verbindungsstange
10 Aktuatorstange
1 1 Aktuatorkörper
12 ortsfestes Lager
14 ortsfestes Lager
15 ortsfestes Lager
19 Lager
23 Verbindungsstange
34 Lager
46 Drehgelenk
48 zweites Lager
56 Drehgelenk
78 drittes Lager
79 viertes Lager
111 ortsfestes Lager, Drehgelenk
910 Lager
101 1 Verbindungsstange

Claims

Patentansprüche
1. Fortschrittliche Flügelhinterkante am Flügel eines Flugzeugs, mit einem Flügel (1), einer an der Hinterkante des Flügels (1) angeordneten, in Spannweitenrichtung verlaufenden, auf unter- schiedliche Ausschläge einstellbaren Klappe (4), einer an der Oberseite zwischen dem Flügel (1) und der Klappe (4) angeordneten schwenkbar beweglichen Abdichtklappe (5) und einer an der Unterseite zwischen dem Flügel (1) und der Klappe (4) angeordneten schwenkbar beweglichen Belüftungsklappe (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) sowohl über positive Klappenausschläge nach unten als auch negative Klappenausschläge nach oben einstellbar ist, wobei für eine Nutzung der Klappe (4) als Steuerklappe mit Einstellungen der Klappe zwischen negativen und kleinen positiven Klappenausschlägen das Flügelprofil an der Oberseite durch die Abdichtklappe (7) und an der Unterseite durch die Belüftungsklappe (5) geschlossen ist und für eine Nutzung der Klappe (4) als auftriebserhöhende Klappe mit Einstellungen der Klappe (4) zwischen kleinen positiven und großen positiven Klappenausschlägen die Belüftungsklappe (5) eine Strömung von der Unterseite des Flügels (1) zur Oberseite der Klappe (4) freigibt und die Abdichtklappe (7) zur Freigabe eines Abstroms von der Oberseite der Klappe (4) um einen vorgegebenen Spalt entfernt wird.
2. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab- dichtklappe (7) zur Nutzung als Bremsklappe mit ihrem hinteren Ende nach oben schwenkbar ist.
3. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtklappe (7) mit der Klappe (4) zwangsgeführt ist.
4. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klappenführungsmechanismus vorgesehen ist, der ein zwischen dem Flügel (1) und der Klappe (4) angeordnetes Drehgelenk (14) enthält.
5. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt des Drehgelenks (14) ist so positioniert, dass für negative Klappenausschläge der Klappe (4) die Flügelprofilkontur nicht verlassen wird und für positive Klappenausschläge der Klappe (4) eine wesentliche Flächen- und Wölbungsvergrößerung erzielt wird.
6. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für den Klappenfuhrungsmechanismus durch ein lineares Schubelement (23) gebildet ist, das mit dem Flügel (1) und der Klappe (4) gekoppelt ist.
7. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubelement (23) einen Aktuator (2, 3) enthält.
8. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2, 3) hydraulisch (Hydraulikaktuator) oder mechanisch (Spindelantrieb) betrieben ist.
9. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) ist mit der Belüftungsklappe (5) mechanisch zwangsgeführt bzw. zwangsgekoppelt ist.
10. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Belüftungsklappenmechanismus vorgesehen ist, bei dem die Belüftungsklappe (5) über ein an ortsfesten Lagern (15) und (14) gelagertes, zwei Hebel (Stäbe 5, 6) enthaltendes Hebelwerk an den Flügel (1) angebunden ist.
1 1. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abdichtklappenmechanismus vorgesehen ist, bei dem die Abdichtklappe (7) mit der Klappe (4) zwangsgeführt ist.
12. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Abdichtklappenmechanismus die Abdichtklappe (7) durch ein über ein nahe dem ortsfesten Lager (14) an einem zweiten Lager (48) mit der Klappe (4) und nahe einem vierten Lager (79) über ein drittes Lager (78) mit der Abdichtklappe (7) gekoppeltes Hebelwerk durch die Klappe (4) zwangsgeführt ist.
13. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das den Kopplungsstab (8) enthaltende, die Abdichtklappe (7) mit der Klappe (4) verbindende Hebelwerk ein Gelenkviereck (Lager: 79, 78, 48, 14) bildet.
14. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Lager (79) bei Bewegung der Abdichtklappe (7) im Sinne einer Bremsklappenfunktion mitgenommen wird.
15. Fortschrittliche FJügelhinterkante nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Lager (910) an der oberen Abdichtungsklappe (7) vorgesehen ist, mit welchem ein Aktuator (10, 11) zur Betätigung der Abdichtklappe (7) im Sinne einer Bremsklappenfunktion gekoppelt ist.
16. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Lager (910) auf einer gemeinsamen Drehachse mit dem vierten Lager (79) angeordnet ist.
17. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdichtklappenmechanismus so ausgebildet ist, dass für kleine positive Klap- penwinkel bis hin zu allen negativen Klappenwinkeln der Klappe (4) eine Kollision zwischen der Klappe (4) und der Abdichtklappe (7) vermieden und die Abdichtklappe (7) im gesamten gerade erwähnten Bereich gegen die Klappe (4) abgedichtet ist.
18. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für größere positive Klappenausschläge der Klappe (4), wo die Klappe (4) als auftriebserhöhende Komponente wirksam ist, die obere Abdichtklappe (7) im Sinne einer Erzeugung eines konvergenten aerodynamischen Spalts durch Drehung um das vierte Lager (79) nach unten abgesenkt wird.
19. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine funktionale Abhängigkeit zwischen dem absoluten .Brξmsklappenausschlag der oberen Abdichtklappe (7) (bezogen auf den ortsfesten Flügel 1) und dem Klappenausschlagwinkel der Klappe (4) durch eine entsprechende Regelung im Flugsteuerungscomputer vorge- nommen wird.
20. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Bremsklappenfunktion vorgesehene Aktuatoreinrichtung (10, 11) das Element (9) über das weitere Lager (910) um ein Lager (19) auf einer Kreisbahn bewegt, wo- durch das durch das vierte Gelenk (79) und das weitere Gelenk (910) gebildete Doppelgelenk ebenfalls sich auf dieser Kreisbahn bewegt.
21. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsklappenmechanismus weitgehend vom oberen Abdichtungsmechanis- mus entkoppelt ist.
22. Fortschrittliche FlügeJhinterkante nach einem der Ansprüche I l bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsklappenmechanismus nicht in das kinematische System integriert sondern separat vorgesehen ist.
23. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lager einfache Drehgelenke sind.
24. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Konstruktion im wesentlichen nur aus Stäben und Fachwerken besteht.
25. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinematik in einer dreidimensionalen Ausführung für eine zylindrische Bewegung der Klappe (4) vorgesehen ist.
26. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinematik in einer dreidimensionalen Ausführung für eine konische Bewegung der Klappe (4) vorgesehen ist.
27. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekenn- zeichnet, dass die fortschrittliche Flügelhinterkante als primäre Steuerfläche dient.
28. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass, die fortschrittliche Flügelhinterkante als sekundäre Steuerfläche dient.
29. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fortschrittliche Flügelhinterkante als adaptive Flügelkomponente dient.
30. Fortschrittliche Flügelhinterkante nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung an der Flügelhinterkante in Verkehrsflugzeugen und Transportflug- zeugen mit einem hohem Abfluggewicht.
PCT/EP2006/009067 2005-09-23 2006-09-18 Fortschrittliche flügelhinterkante am flügel eines flugzeugs WO2007054150A1 (de)

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