DE10147827A1

DE10147827A1 - Vorrichtung zur Änderung der Quertriebsgröße eines Flugzeughauptelementes mit vorzugsweise flächenförmiger Hinterkante

Info

Publication number: DE10147827A1
Application number: DE10147827A
Authority: DE
Inventors: Detlev Schwetzler; Peter May
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-24
Also published as: US6641089B2; US20030057332A1

Abstract

Vorrichtung zur Änderung der Quertriebsgröße eines Flugzeughauptelementes mit vorzugsweise flächenförmiger Hinterkante, insbesondere eines Flügels, Ruders, Leitwerks, einer Klappe oder dergleichen, unter Verwendung von in die Grenzschicht eines umströmten Hauptelementes einbringbaren Hilfsklappen. DOLLAR A Um schnelle Änderungen der Quertriebsgröße des Flugzeughauptelementes und eine gesteuerte Laständerung des Flugzeughauptelementes innerhalb projektierter Wirkbereiche zu ermöglichen, ist an der Hinterkante des Flugzeughauptelementes mindestens eine miniaturisierte und steuerbare Hilfsklappe beweglich angeordnet. Die Hilfsklappe greift in einer von zwei Endstellungen in die Grenzschicht an der Oberseite des Hauptelementes ein. In ihrer anderen Endstellung greift die Hilfsklappe in die Grenzschicht an der Unterseite des Hauptelementes ein, während sie in ihrer Ruhestellung eine zwischen beiden Endstellungen liegende, keine der beiden Grenzschichten beeinflussende Lage einnimmt. Gemäß Ausgestaltung kann die Hilfsklappe flächenförmig ausgebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung der Quertriebsgröße eines Flugzeughauptelementes mit vorzugsweise flächenförmiger Hinterkante, insbesondere eines Flügels, Ruders, Leitwerks, einer Klappe oder dergleichen, unter Verwendung von in die Grenzschicht eines umströmten Hauptelementes einbringbaren Hilfsklappen.

Befestigt man an der Hinterkante eines quertrieberzeugenden Flugzeugelementes (Flügel, Klappe, Ruder oder Leitwerk) ein Blech derart, daß es zur Querflächenströmung eine senkrechte Wand bildet, so verändert sich die Druckverteilung und damit die Größe von Auftrieb und Widerstand dieses Elementes. Bekannt sind eine Reihe von Untersuchungen, bei denen diese Elemente starr am Hauptelement befestigt sind. Im Jahr 1983 wurden von den Erfindern Messungen dieser Art im Windkanal durchgeführt und daraus erstmals eine bwegliche, steuerbare Ausführung entwickelt. Die erzielten Untersuchungsergebnisse erhalten vor dem Hintergrund des Technologiekonzepts "Adaptiver Flügel" mit der Prozeßkette "Hochauftrieb mit multifunktionalen Steuerflächen" eine aktuelle Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung 4 zur schnellen Änderung der Quertriebsgröße eines Flugzeughauptelementes mit vorzugsweise flächenförmiger Hinterkante zu schaffen, mit der eine gesteuerte Laständerung des Flugzeughauptelementes innerhalb projektierter Wirkbereiche ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Hinterkante eines Flugzeughauptelementes mindestens eine miniaturisierte und steuerbare Hilfsklappe derart beweglich angeordnet ist, daß die Hilfsklappe in einer von zwei Endstellungen in die Grenzschicht an der Oberseite des Hauptelementes eingreift, in ihrer anderen Endstellung in die Grenzschicht an der Unterseite des Hauptelementes eingreift oder in ihrer Ruhestellung eine zwischen beiden Endstellungen liegende, keine der beiden Grenzschichten beeinflussende Lage einnimmt. Hierbei kann die Hilfsklappe vorzugsweise flächenförmig ausgebildet sein.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine schnelle Änderung der Quertriebsgröße eines Hauptelementes durch eine Drehbewegung einer Hilfsklappe dadurch erreicht, daß die Hilfsklappe mit einer ihrer Stirnkanten an einer Welle befestigt ist, die parallel zur Hinterkante des Hauptelementes in Richtung der Spannweite des Hauptelementes drehbar gelagert ist. Hierbei wird die Hilfsklappe durch eine Drehbewegung der Welle in einer ihrer beiden Endstellungen oder in ihrer Ruhestellung positioniert. Anstelle der Welle kann erfindungsgemäß auch eine Walze mit beispielsweise kreisrundem Querschnitt Verwendung finden, die teilweise in eine an der Hinterkante des Hauptelementes angeordnete halbzylinderförmige Ausnehmung eingreift.

Eine erfindungsgemäße Weiterbildungen dieser Vorrichtung ist im Unteranspruch 5 beschrieben.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine schnelle Änderung der Quertriebsgröße eines Hauptelementes durch eine Verschiebung einer Hilfsklappe dadurch erzielt, daß eine Hilfsklappe in Führungsschienen gelagert und parallel zur flächenförmigen Hinterkante des Hauptelementes in Richtung seiner Grenzschichten verschiebbar ist. Die Führungsschienen verlaufen vorteilhafterweise von der Unterseite des Hauptelementes zu seiner Oberseite. Die Hilfsklappe nimmt nach einer Verschiebung eine ihrer beiden Endstellungen oder ihre Ruhestellung ein.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 9 bis 14 beansprucht.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch mehrfach geteilte und getrennt angetriebene Miniatur- Hilfsklappen zusätzlich eine spannweitige Differenzierung von Laständerungen an dem Flugzeughauptelement (Momentenänderung) ermöglicht wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung in Prinzipskizzen dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine rotationsgesteuerte Vorrichtung,
Fig. 2 eine lineargesteuerte Vorrichtung, und
Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 2,
jeweils zur Einbringung einer Hilfsklappe in ihre obere Endstellung, welche eine Reduzierung der Quertriebsgröße bewirkt, oder in ihre mittige Ruhestellung, wodurch die Quertriebsgröße nicht verändert wird, oder in ihre untere Endstellung, wodurch eine Erhöhung der Quertriebsgröße erzielt wird.
In Fig. 1 weist ein Flugzeughauptelement 1 eine umströmte Oberfläche 2 und Unterfläche 3 sowie eine flächenförmige Hinterkante 4 auf. Parallel zur Hinterkante 4 ist eine zylinderförmige Walze 5 in Richtung der Spannweite des Hauptelementes 1 drehbar gelagert, wobei auf dem Umfang der Walze 5 eine Hilfsklappe 6 mit einer ihrer Stirnkanten 6a befestigt ist. Die Walze 5 greift teilweise in eine halbzylinderförmige Ausnehmung 7 ein, die an der Hinterkante 4 des Hauptelementes 1 angeordnet ist. Die Hilfsklappe 6 befindet sich in ihrer oberen Endstellung I, in der die Hilfsklappe 6 um die Länge H in die obere Grenzschicht des Hauptelementes 1 hineinragt. Durch eine Drehbewegung der Walze 5 um 90° bzw. 180° kann die Hilfsklappe 6 in ihrer Ruhestellung III bzw. in ihrer unteren Endstellung II, in der die Hilfsklappe 6 um die Länge H' in die untere Grenzschicht des Hauptelementes 1 hineinragt, positioniert werden (gestrichelt gezeichnete Lagen). Es ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, daß die Hilfsklappe 6 durch eine zusätzliche Verschiebung parallel zur flächenförmigen Hinterkante 4 des Hauptelementes 1 ihre beiden Endstellungen I und II erreichen kann. Grundsätzlich können Zahnrad-, Zahnriemen-, Schnecken- oder Kurbelantriebe zur Erzeugung der Drehbewegung der Hilfsklappe 6 verwendet werden.
Das aus Fig. 2 ersichtliche Flugzeughauptelement 11 mit umströmter Oberfläche 12 und Unterfläche 13 sowie mit flächenförmiger Hinterkante 14 weist eine Hilfsklappe 15 auf, die in Führungsschienen 16 gelagert und parallel zur Hinterkante 14 in Richtung der Grenzschichten verschiebbar ist (siehe auch Fig. 3). Die Führungsschienen 16 verlaufen von der Unterfläche 13 des Hauptelementes 11 zu seiner Oberfläche 12. Die Hilfsklappe 15 kann nach einer Verschiebung entweder ihre obere Endstellung I, ihre untere Endstellung II oder ihre Ruhestellung III einnehmen, wobei die in die Grenzschichten hineinragenden Enden der Hilfsklappe mit H_oben und H_unten bezeichnet sind. Der maximale Verschiebeweg H_gesamt ergibt sich somit aus der Summe von H_oben und H_unten.
Gemäß Fig. 3 weist die Hilfsklappe 15 eine Ausnehmung 17 zur Aufnahme des Antriebsteiles 18 eines Exzenter-Antriebes auf. Alternativ können Kurbelantriebe, Zahnstangenantriebe, Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder zur Erzeugung der Linearbewegung der Hilfsklappe 6 bzw. 15 verwendet werden. Als Antriebsquellen sind Elektro-, Hydraulik- oder Luftmotoren vorgesehen.
Von besonderem Vorteil ist die Anordnung von zwei oder mehreren Hilfsklappen 6 bzw. 15 an der Hinterkante 4 bzw. 14 des Hauptelementes 1 oder 11 in Richtung seiner Spannweite. Die Regelung der Hilfsklappen 6 bzw. 15 erfolgt vorteilhafterweise über das Flugsteuerungssystem des Flugzeuges. Bezugszeichenliste 1 Flugzeughauptelement
2 Oberfläche des Flugzeughauptelementes 1
3 Unterfläche des Flugzeughauptelementes 1
4 Hinterkante des Flugzeughauptelementes 1
5 zylinderförmige Walze
6 Hilfsklappe
6a Stirnkante der Hilfsklappe 6
7 halbzylinderförmige Ausnehmung an der Hinterkante 4
I obere Endstellung der Hilfsklappe 6 bzw. 15
II untere Endstellung der Hilfsklappe 6 bzw. 15
III mittige Ruhestellung der Hilfsklappe 6 bzw. 15
H Länge der Hilfsklappe 6 in der oberen Grenzschicht
H' Länge der Hilfsklappe 6 in der unteren Grenzschicht
11 Flugzeughauptelement
12 Oberfläche des Flugzeughauptelementes 11
13 Unterfläche des Flugzeughauptelementes 11
14 Hinterkante des Flugzeughauptelementes 11
15 Hilfsklappe
16 Führungsschienen
17 Ausnehmung in der Hilfsklappe 15
18 Antriebsteil eines Exzenter-Antriebes
H_gesamt maximale Verschiebeweg von Hilfsklappe 15
H_oben Länge der Hilfsklappe 15 in der oberen Grenzschicht
H_unten Länge der Hilfsklappe 15 in der unteren Grenzschicht

Claims

1. Vorrichtung zur Änderung der Quertriebsgröße eines Flugzeughauptelementes mit vorzugsweise flächenförmiger Hinterkante, insbesondere eines Flügels, Ruders, Leitwerks, einer Klappe oder dergleichen, unter Verwendung von in die Grenzschicht eines umströmten Hauptelementes einbringbaren Hilfsklappen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hinterkante (4, 14) eines Flugzeughauptelementes (1, 11) mindestens eine miniaturisierte und steuerbare Hilfsklappe (6, 15) derart beweglich angeordnet ist, daß die Hilfsklappe (6, 15) in einer von zwei Endstellungen (I) in die Grenzschicht an der Oberseite (2, 12) des Hauptelementes (1, 11) eingreift, in ihrer anderen Endstellung (II) in die Grenzschicht an der Unterseite (3, 13) des Hauptelementes (1 11) eingreift oder in ihrer Ruhestellung (III) eine zwischen beiden Endstellungen (I, II) liegende, keine der beiden Grenzschichten beeinflussende Lage (III) einnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsklappe (1, 11) flächenförmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsklappe (6) mit einer ihrer Stirnkanten (6a) an einer Welle befestigt ist, die parallel zur Hinterkante (4) des Hauptelementes (I) in Richtung der Spannweite des Hauptelementes (I) drehbar gelagert ist, und daß durch eine Drehbewegung der Welle die Hilfsklappe (6) in einer ihrer beiden Endstellungen (I, II) oder in ihrer Ruhestellung (III) positioniert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsklappe (6) mit einer ihrer Stirnkanten (6a) auf dem Umfang einer Walze (5) befestigt ist, die parallel zur Hinterkante (4) des Hauptelementes (I) in Richtung der Spannweite des Hauptelementes (I) drehbar gelagert ist und teilweise in eine an der Hinterkante (4) des Hauptelementes (I) angeordnete nutförmige Ausnehmung (7) eingreift, und daß durch eine Drehbewegung der Walze (5) die Hilfsklappe in einer ihrer beiden Endstellungen (I, II) oder in ihrer Ruhestellung (III) positioniert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (5) einen kreisrunden Querschnitt aufweist und teilweise in eine halbzylinderförmige Ausnehmung (7) eingreift.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Verschiebung der Hilfsklappe (6) parallel zur flächenförmigen Hinterkante (4) des Hauptelementes (I) zur Erreichung einer der beiden Endstellungen (I, II) der Hilfsklappe (6).

7, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsklappe (15) vorgesehen ist, die in Führungsschienen (16) gelagert und parallel zur flächenförmigen Hinterkante (14) des Hauptelementes (11) in Richtung seiner Grenzschichten verschiebbar ist, und daß die Hilfsklappe (15) nach einer Verschiebung eine ihrer beiden Endstellungen (I, II) oder in ihre Ruhestellung (III) einnimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (16) von der Unterseite (13) des Hauptelementes (11) zu seiner Oberseite (12) verlaufen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsklappe (15) eine Ausnehmung (17) zur Aufnahme des Antriebsteiles (18) eines Exzenter-Antriebes aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet, durch einen Zahnrad-, Zahnriemen-, Schnecken- oder Kurbelantrieb zur Erzeugung der Drehbewegung der Hilfsklappe (6).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet, durch einen Kurbelantrieb, Zahnstangenantrieb, Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder zur Erzeugung der Linearbewegung der Hilfsklappe (6, 15).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsquellen Elektro-, Hydraulik- oder Luftmotoren vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Hilfsklappen (6, 15) an der Hinterkante (4, 14) des Hauptelementes (1, 11) in Richtung seiner Spannweite angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Hilfsklappen (6, 15) über das Flugsteuerungssystem des Flugzeuges erfolgt.