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DE102008022452A1 - Aircraft, has central flight controller adapted such that individual auxiliary wings are adjusted in position independent of other auxiliary wings, where position of auxiliary wings is adjusted to each other and to main wings - Google Patents

Aircraft, has central flight controller adapted such that individual auxiliary wings are adjusted in position independent of other auxiliary wings, where position of auxiliary wings is adjusted to each other and to main wings Download PDF

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DE102008022452A1
DE102008022452A1 DE102008022452A DE102008022452A DE102008022452A1 DE 102008022452 A1 DE102008022452 A1 DE 102008022452A1 DE 102008022452 A DE102008022452 A DE 102008022452A DE 102008022452 A DE102008022452 A DE 102008022452A DE 102008022452 A1 DE102008022452 A1 DE 102008022452A1
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auxiliary
wings
wing
auxiliary wings
aircraft
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German (de)
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Jürgen Wittmann
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Bauhaus Luftfahrt E V
BAUHAUS LUFTFAHRT EV
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Abstract

The aircraft has left and right auxiliary wings (2L, 2R) movably and actively arranged at an outer end of left and right main wings (1L, 1R). Left and right outer auxiliary wings (3L, 3R) are connected to the auxiliary wings in a wing span direction of the main wings. A position of the auxiliary wings is adjusted to each other and to the main wings in degrees of freedom of movement at axes running parallel to an aircraft longitudinal axis (Xf). A central flight controller (F) is adapted such that individual auxiliary wings are adjusted in a position independent of the other auxiliary wings.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug mit gepfeilten Hauptflügeln, an deren äußerem Ende jeweils Hilfsflügel beweglich und aktiv steuerbar angeordnet sind.The The invention relates to an aircraft with swept main wings, At the outer end of each auxiliary wing are movably and actively arranged controllable.

Flugzeuge dieser Bauart, insbesondere solche mit einem zentralen Rumpf, sind bekannt aus der US-PS 59 88 563 , aus der US 2004/00619 , aus der DE 324 25 84 , aus der DE 103 12 290 und aus der DE 10 2005 028 688 .Aircraft of this type, in particular those with a central hull, are known from the US-PS 59 88 563 , from the US 2004/00619 , from the DE 324 25 84 , from the DE 103 12 290 and from the DE 10 2005 028 688 ,

In den vorgenannten Druckschriften ist offenbart, die beweglichen Hilfsflügel zur Beeinflussung der auf das Flugzeug wirkenden Auftriebs- und Widerstandskraft einzusetzen.In the aforementioned documents is disclosed, the movable auxiliary wings for influencing the buoyancy and impact on the aircraft To use resistance.

Aus der Druckschrift AIAA 2006-3660 (Forth applied Aerodynamics Conference – 8. Juni 2006, San Francisco, California) mit dem Titel ”The application of variable cant angle winglets for morphing aircraft control” ist es bekannt, Hilfsflügel, die am äußeren Ende der Hauptflügel schwenkbar angeordnet sind und unabhängig voneinander in ihrer Neigung zum Hauptflügel verstellbar sind, als Mittel für die Roll-Gier und Nicksteuerung eines Flugzeugs einzusetzen. Gemäß 14 der vorbezeichneten Druckschrift können zusätzlich zu einem ersten Paar von Hilfsflügeln ein zweites Paar von solchen Hilfsflügeln verwendet werden, wobei die in der vorbezeichneten Druckschrift offenbarte Anordnung die beiden Hilfsflügel an jedem Ende der Hauptflügel in Flugrichtung hintereinander vorsieht. Mit der Anordnung nach dem vorbezeichneten AIAA-Paper können Steuerkräfte auf ein Flugzeug ausgeübt werden, die den Kurvenflug durch gekoppeltes Rollen und Gieren ermöglichen und insoweit herkömmliche Steuerungsmittel für ein Flugzeug zumindest teilweise ersetzen. Eine Ausübung von Steuerfunktionen, die ein Flugzeug unabhängig voneinander bezüglich der drei Hauptachsen des Flugzeugs, nämlich Längsachse, Querachse und Hochachse (entsprechend Rollsteuerung, Nicksteuerung und Giersteuerung) kontrollieren, ist mit der dort offenbarten Anordnung nicht möglich.From the Publication AIAA 2006-3660 (Forth Applied Aerodynamics Conference - June 8, 2006, San Francisco, California) entitled "The application of variable cant angle winglets for morphing aircraft control" It is known, auxiliary wings, which are pivotally mounted at the outer end of the main wing and are independently adjustable in their inclination to the main wing to use as a means for the roll yaw and pitch control of an aircraft. According to 14 the above-mentioned document, in addition to a first pair of auxiliary wings, a second pair of such auxiliary wings are used, wherein the arrangement disclosed in the aforementioned document provides the two auxiliary wings at each end of the main wing in the direction of flight one behind the other. With the arrangement according to the above-mentioned AIAA paper, control forces can be exerted on an aircraft, which enable the curved flight by coupled rolling and yawing and insofar as at least partially replace conventional control means for an aircraft. An exercise of control functions that control an aircraft independently of each other with respect to the three major axes of the aircraft, namely longitudinal axis, transverse axis and vertical axis (corresponding to roll control, pitch control and yaw control) is not possible with the arrangement disclosed therein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mittels unabhängig voneinander steuerbarer Hilfsflügel die gesamte Flugsteuerung eines Flugzeugs kontrolliert abzuwickeln und dadurch herkömmliche Steuermittel, wie Höhenruder, Seitenruder und Querruder einschließlich entsprechender Leitwerke zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollkommen zu ersetzen.task the present invention is by means of independently controllable auxiliary wing the entire flight control one Aircraft in a controlled manner, thereby reducing conventional control including elevators, rudders and ailerons corresponding tail units at least partially, but preferably completely replace.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Flugzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 an einem ersten Hilfsflügel in Spannweitenrichtung des Hauptflügels ein zweiter äußerer Hilfsflügel angeschlossen ist und die Position der Hilfsflügel zueinander und zum Hauptflügel in vorgegebenen Bewegungsfreiheitsgraden einstellbar ist, wobei die zugehörige Steuerung derart angepasst ist, dass jeder einzelne Hilfsflügel unabhängig von den anderen Hilfsflügeln in seiner Position verstellbar ist.According to the invention the task is solved by having an airplane with the features of the preamble of claim 1 to a first auxiliary wing in the spanwise direction of the main wing a second outer auxiliary wing connected is and the position of the auxiliary wings to each other and to Main wing adjustable in given degrees of freedom of movement is, with the associated control being adapted in such a way that every single auxiliary wing is independent of the other auxiliary wings in position adjustable is.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung können aerodynamische Kräfte und entsprechende Momente um die Hauptachsen des Flugzeugs exakt gesteuert aufgebracht werden und es kann damit eine vollständige primäre Flugsteuerung, eine Trimmung um die Längsachse des Flugzeugs sowie Hochauftrieb und eine Luftbremse realisiert werden. Dabei ist die Einstellbarkeit der zweiten (äußeren) Hilfsflügel für die Erzielung von voneinander unabhängigen Bewegungsgrößen des Flugzeugs bezüglich der drei Haupflugzeugachsen von besonderer Bedeutung.By the inventive arrangement can aerodynamic forces and corresponding moments around the Main axes of the aircraft can be applied exactly controlled and it can thus provide a complete primary flight control, a trim around the longitudinal axis of the aircraft and high-lift and an air brake can be realized. Here is the adjustability the second (outer) auxiliary wing for the achievement of independent motion quantities of the aircraft with respect to the three main aircraft axes of special meaning.

Das erfindungsgemäße Prinzip würde auch verwirklicht wenn zusätzlich zu den zwei aneinander gereihten Hilfsflügeln nach außen noch weitere steuerbare Hilfsflügel vorgesehen wären.The inventive principle would also be realized if in addition to the two adjoining auxiliary wings to the outside even more controllable auxiliary wings would be provided.

Anhand einer schematischen Darstellung eines Flugzeughauptflügels mit zwei daran angeordneten Hilfsflügeln nach 7 der beigefügten Zeichnungen soll zunächst das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Flugzeugs erläutert werden, bevor anhand der weiteren beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden.Based on a schematic representation of an aircraft main wing with two adjoining auxiliary wings after 7 The attached drawings, the principle of operation of an aircraft according to the invention will be explained first, before embodiments of the invention will be described with reference to the further accompanying drawings.

In der schematischen Darstellung nach 7 ist eine Flügelkonfiguration mit einem Hauptflügel 1, einem ersten Hilfsflügel 2 und einem zweiten, äußeren Hilfsflügel 3 dargestellt. Der Hauptflügel 1 ist gegen die Flugzeuglängsachse xF um einen Winkel β nach hinten gepfeilt. Eine Pfeilung in die entgegengesetzte Richtung nach vorne wäre ebenfalls denkbar; hingegen könnte die Erfindung nicht mit einem sich senkrecht zur Flugzeughauptachse xF erstreckenden Hauptflügel 1 erreicht werden. Der erste Hilfsflügel 2 soll um die Achse x1, die im Wesentlichen parallel zur Flugzeuglängsachse xF ausgerichtet ist, schwenkbar sein. Der zweite, äußere Hilfsflügel 3 soll um eine Achse x2, die im Wesentlichen parallel zur Achse x1 liegt, schwenkbar am ersten Hilfsflügel 2 angeordnet sein. Zusätzlich soll der erste Hilfsflügel 2 um eine Achse a2 und der zweite äußere Hilfsflügel 3 um eine Achse a3 schwenkbar sein. Die Anströmrichtung der Flügelkonfiguration ist mit dem Pfeil U angegeben, der parallel zur Flugzeuglängsachse xF liegt. Die drei Hauptachsen des Flugzeugs sind die Längsachse xF die Querachse yF und die Hochachse zF. Der Schwerpunkt des Flugzeugs ist mit CG eingezeichnet, während das aerodynamische Zentrum, das ist der Wirkpunkt der Gesamtheit der aerodynamischen Kräfte auf das Flugzeug mit AZ bezeichnet ist. Vom aerodynamischen Zentrum AZ gehen gestrichelt gezeichnete Pfeile aus, die eine Verschiebung des aerodynamischen Zentrums relativ zum ortsfest liegenden Schwerpunkt CG je nach Steuerung der Hilfsflügel 2 und 3 andeuten sollen. Die Rotationspfeile um die xF, yF und zF-Richtung deuten in dieser Reihenfolge Rollmoment, Nickmoment und Giermoment an.In the schematic representation after 7 is a wing configuration with a main wing 1 , a first auxiliary wing 2 and a second outer auxiliary wing 3 shown. The main wing 1 is swept towards the aircraft longitudinal axis x F by an angle β to the rear. A sweep in the opposite direction forward would also be conceivable; on the other hand, the invention could not have a main wing extending perpendicularly to the main axis of the aircraft x F 1 be achieved. The first auxiliary wing 2 should be pivotable about the axis x 1 , which is aligned substantially parallel to the aircraft longitudinal axis x F. The second, outer auxiliary wing 3 is about an axis x 2 , which is substantially parallel to the axis x 1 , pivotally mounted on the first auxiliary wing 2 be arranged. In addition, the first auxiliary wing 2 about an axis a 2 and the second outer auxiliary wing 3 be pivotable about an axis a 3 . The inflow direction of the wing configuration is indicated by the arrow U, which is parallel to the aircraft longitudinal axis x F. The three main axes of the aircraft are the longitudinal axis x F the transverse axis y F and the vertical axis z F. The center of gravity of the aircraft is plotted with CG, while the aerodynamic center, which is the point of action of the total of aerodynamic forces on the aircraft with AZ be is drawing. The aerodynamic center AZ is followed by dashed arrows indicating a displacement of the aerodynamic center relative to the stationary center of gravity CG depending on the control of the auxiliary wings 2 and 3 to indicate. The rotation arrows around the x F , y F and z F direction indicate roll moment, pitch moment and yaw moment in this order.

Im stabilisierten Flug (getrimmter Flugzustand) stimmt die Lage des AZ stets mit der Lage des CG überein.in the stabilized flight (trimmed flight condition) agrees the location of the AZ always match the location of the CG.

Wie aus der schematischen Darstellung nachvollziehbar, verändert sich die Gesamtheit der aerodynamischen Kräfte nach Größe und der Angriffspunkt AZ durch Veränderung der Position der Hilfsflügel 2 und 3 wie folgt:
Durch Schwenken des Hilfsflügels 2 um die Achse x1 verändert sich die Kraftkomponente parallel zur yF-Achse (= A2y) und die Kraftkomponente A2z parallel zur zF-Achse (= A2z). Je weiter der Hilfsflügel 2 aus der xFyF-Ebene herausgeschwenkt wird, desto größer wird A2y auf Kosten von A2z. Durch symmetrisches Schwenken der Hilfsflügel 2 auf beiden Seiten eines Flugzeugs (in der schematischen Darstellung nach 7 ist nur eine Seite des Flugzeugs gezeigt) aus der xF-yF-Ebene heraus wird der Betrag des resultierenden Gesamtauftriebs geringer. Gleichzeitig verschiebt sich die Position des aerodynamischen Zentrums AZ in die positive xF-Richtung, wodurch ein Moment um die yF-Achse auf das Flugzeug ausgeübt wird, also ein positives Nickmoment. Beim Schwenken der Hilfsflügel 2 in die xFyF-Ebene hinein vergrößert sich die Kraftkomponente A2z. Gleichzeitig wandert die Position des aerodynamischen Zentrums AZ in die negative xF-Richtung. Somit entsteht ein größerer Hebelarm zwischen dem resultierenden Gesamtauftriebsvektor und dem Schwerpunkt des Flugzeugs. Die Folge ist ein negatives Nickmoment (Flugzeugnase nach unten). Das gleichsinnige Verschwenken zweier symmetrisch zur Flugzeuglängsachse xF angeordneter Hilfsflügel 2 kann aufgrund der daraus resultierenden Variation des Gesamtauftriebsvektors als Mittel für Hochauftrieb (sekundäre Flugsteuerung) eingesetzt werden.
As can be understood from the schematic illustration, the total of the aerodynamic forces by size and the point AZ changes by changing the position of the auxiliary wings 2 and 3 as follows:
By pivoting the auxiliary wing 2 about the axis x 1 the force component changes parallel to the y F -axis (= A 2 y) and the force component A 2 z parallel to the z F -axis (= A 2 z). The further the auxiliary wing 2 is pivoted out of the x F y F plane, the greater becomes A 2 y at the expense of A 2 z. By symmetrical pivoting of the auxiliary wings 2 on both sides of an aircraft (in the schematic illustration 7 if only one side of the aircraft is shown), the amount of resulting total lift will decrease from the x F -y F plane. At the same time, the position of the aerodynamic center AZ shifts in the positive x F direction, whereby a moment about the y F axis is exerted on the aircraft, ie a positive pitching moment. When swinging the auxiliary wings 2 into the x F y F plane the force component A 2 z increases. At the same time, the position of the aerodynamic center AZ moves in the negative x F direction. Thus, a larger lever arm is created between the resulting total lift vector and the center of gravity of the aircraft. The result is a negative pitching moment (aircraft nose down). The same direction pivoting two symmetrically to the aircraft longitudinal axis x F arranged auxiliary wing 2 can be used as a means of high lift (secondary flight control) due to the resulting variation in the total lift vector.

Das gleichzeitig erzeugte Nickmoment um die yF-Achse kann als Mittel zur Trimmung des Flugzeuges in der Längsachse eingesetzt werden bzw. die Trimmung erleichtern.The simultaneously generated pitching moment about the y F -axis can be used as a means for trimming the aircraft in the longitudinal axis or facilitate trimming.

Eine Bewegung der Hilfsflügel 2 unsymmetrisch zur xFzF-Ebene, d. h. auf beiden Seiten des Flugzeugs unterschiedlich, führt zu einer Änderung der Auftriebskomponenten A2z. Damit erfolgt beim Schwenken aus der xFyF-Ebene gemäß 7 primär eine Verschiebung des aerodynamischen Zentrums AZ in die positive yF-Richtung. Aufgrund des somit erzeugten Hebels zwischen der in yF-Richtung verschobenen Position des AZ und der xF-Achse ergibt sich ein negatives Rollmoment um die xF-Achse. Zusätzlich führt dies jedoch auch zu einer Verschiebung des AZ in die positive xF-Richtung, was ein positives Nickmoment zur Folge hat. Gleichzeitig wirkt die Kraftkomponente A2y derart, dass durch den Abstand zwischen der zF-Achse und dem Angriffspunkt der Kraftkomponente A2y ein kurvenförderndes Giermoment um die zF-Achse entsteht.A movement of the auxiliary wings 2 asymmetrical to the x F z F plane, ie different on both sides of the aircraft, leads to a change in the buoyancy components A 2 z. This is done when panning from the x F y F plane according to 7 primarily a shift of the aerodynamic center AZ in the positive y F direction. Due to the thus generated lever between the shifted in the y F direction position of the AZ and the x F axis results in a negative rolling moment about the x F axis. In addition, however, this also leads to a shift of the AZ in the positive x F direction, resulting in a positive pitching moment. At the same time, the force component A 2 y acts in such a way that due to the distance between the z F axis and the point of application of the force component A 2 y, a curve-promoting yaw moment is produced about the z F axis.

Durch den an den Hilfsflügel 2 angelenkten Hilfsflügel 3 lässt sich eine vom Hilfsflügel 2 entkoppelte Gier- und Nicksteuerung eines so ausgerüsteten Flugzeugs realisieren. Durch Überlagerung der Funktion des Hilfsflügels 3 mit der Funktion des Hilfsflügels 2 auf beiden Seiten des Flugzeugs kann eine entkoppelte Gier-, Nick- und Rollsteuerung, Luftbremse und Hochauftrieb realisiert werden.By the to the auxiliary wing 2 hinged auxiliary wing 3 can one of the auxiliary wing 2 realize decoupled yaw and pitch control of an aircraft equipped in this way. By superposition of the function of the auxiliary wing 3 with the function of the auxiliary wing 2 on both sides of the aircraft a decoupled yaw, pitch and roll control, air brake and high lift can be realized.

Ausgehend von einem getrimmten Flugzustand eines entsprechend ausgerüsteten Flugzeugs nehmen die Hilfsflügel 2, 3 einen Ausgangswinkel um die a2-Achse und a3-Achse ein. Durch die Anströmung U und einen entstehenden Randwirbel wird am Hilfsflügel 2 und 3 ein Auftriebsvektor mit Komponenten in positiver xF-Richtung und yF-Richtung erzeugt. Insoweit ergibt sich eine konventionelle Winglet-Funktionalität. Durch gleichsinnige Auslenkung der symmetrisch zur xFzF-Ebene angeordneten Hilfsflügel um die a2-Achse und/oder a3-Achse kann die Funktion einer Luftbremse realisiert werden. Durch die große Entfernung der Hilfsflügel 2 und/oder 3 vom Flugzeugrumpf wird eine Seitenleitwerksfunktion auf das Flugzeug ausgeübt, die ein konventionelles Seitenleitwerk ersetzen kann.Based on a trimmed flight condition of a suitably equipped aircraft take the auxiliary wings 2 . 3 an initial angle around the a 2 -axis and a 3 -axis. Due to the flow U and a resulting edge vortex is on the auxiliary wing 2 and 3 generates a buoyancy vector with components in the positive x F direction and y F direction. In that regard, results in a conventional winglet functionality. By the same direction deflection of the symmetrically arranged to the x F z F plane auxiliary wing to the a 2 -axis and / or a 3 -axis, the function of an air brake can be realized. Due to the great distance of the auxiliary wings 2 and or 3 From the fuselage a vertical stabilizer function is exerted on the aircraft, which can replace a conventional rudder.

Wird durch ein Schwenken des Hilfsflügels 2 um die Achse x1 unterschiedlich auf beiden Seiten des Flugzeugs ein Kurvenmanöver eingeleitet, so können die jeweiligen Roll-, Gier- und Nickbewegungen des Flugzeugs durch Schwenken des Hilfsflügels 3 um die x2-Achse und/oder um die a3-Achse verstärkt oder gedämpft werden. Hierzu werden mittels der isolierten Steuerung die durch den Hilfsflügel 3 erzeugten aerodynamischen Momente mit dem vom Hilfsflügel 2 erzeugten Momenten überlagert. Dabei ist die Richtung und die Größe des Verschwenkens des Hilfsflügels 3 um die x2-Achse und die a3-Achse entscheidend für die Ausprägung und Orientierung des Auftriebskraftvektors A3 und somit für die Größe und Richtung der überlagerten Momente. Wird z. B. der Hilfsflügel 3 mit seiner Anströmkante nach außen verschwenkt, so ergibt sich ein resultierender Auftriebsvektor, der ebenfalls nach außen gerichtet ist und es wird ein positives Giermoment um die zf-Achse des Flugzeugs erzeugt. Eine Verstärkung der Wirkung wird, wie leicht einsehbar ist, dadurch erreicht, dass am linken und rechten Flügel eines Flugzeugs der Hilfsflügel 3 asymmetrisch zur xFzF-Ebene verschwenkt wird. Zusätzlich kann durch unterschiedliches Anstellen der Anströmkante der Hilfsflügel 2 bzgl. der a2-Achse, die Roll-, Gier und Nickbewegung beeinflusst werden.Is by pivoting the auxiliary wing 2 A curve maneuver is introduced about the axis x 1 differently on both sides of the aircraft, so that the respective rolling, yawing and pitching movements of the aircraft can be achieved by pivoting the auxiliary wing 3 be amplified or damped around the x 2 axis and / or around the a 3 axis. For this purpose, by means of the isolated control by the auxiliary wing 3 generated aerodynamic moments with that of the auxiliary wing 2 superimposed moments generated. Here is the direction and the size of the pivoting of the auxiliary wing 3 around the x 2 -axis and the a 3 -axis crucial for the expression and orientation of the buoyancy force vector A 3 and thus for the size and direction of the superimposed moments. If z. B. the auxiliary wing 3 pivoted with its leading edge to the outside, so there is a resulting lift vector, which is also directed to the outside and it is generated a positive yaw moment about the z f -axis of the aircraft. An increase in the effect is, as can be easily seen, achieved in that on the left and right wing of an aircraft, the auxiliary wing 3 is pivoted asymmetrically to the x F z F plane. In addition, through different setting of the leading edge of the auxiliary wing 2 with respect to the a 2 -axis, which influences roll, yaw and pitch movements.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die Erfindung dadurch, dass zusätzlich zur Verstellung der Hilfsflügel in mehreren Bewegungsfreiheitsgraden eine Steuerung der Profilgeometrie der Hilfsflügel im Sinne einer Änderung des Auftriebsbeiwerts vorgesehen ist. Die Profilgeometrie der Hilfsflügel kann dabei in der Weise geändert werden, dass eine Formänderung im Sinne einer Veränderung der Profilwölbung und -Dicke stattfindet, wodurch sich der Auftriebsbeiwert eines Tragflügelprofils bekanntlich ändert. Eine weitere Änderung der Profilgeometrie im Sinne einer Änderung des Auftriebsbeiwerts kann dadurch erfolgen, dass der Hilfsflügel über seine Spannweitenlänge tordiert wird wodurch sich über die Spannweitenlänge ein unterschiedlicher Anstellwinkel und damit wieder unterschiedlicher Auftrieb ergibt. Die Änderung der Profilgeometrie kann in einer Weiterbildung soweit erfolgen, dass sie eine kontinuierliche Wölbungsänderung von einer positiven zu einer negativen Profilwölbung vorsieht, wodurch dann die Richtung des Auftriebsvektors ebenfalls umgekehrt werden kann.A advantageous embodiment, the invention undergoes thereby, that in addition to the adjustment of the auxiliary wing in several degrees of freedom control of the profile geometry the auxiliary wing provided in the sense of a change in the lift coefficient is. The profile geometry of the auxiliary wing can be in the way changed that a shape change in the sense of a change in profile curvature and Thickness takes place, resulting in the lift coefficient of a wing profile known to change. Another change of Profile geometry in the sense of a change in the lift coefficient can be done by the auxiliary wing over its span length is twisted thereby over the Spanlängelänge a different angle of attack and thus again results in different buoyancy. The change the profile geometry can be done in a continuing education, that they have a continuous curvature change from positive to negative profile curvature, whereby then the direction of the lift vector is also reversed can be.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die Erfindung dadurch, dass eine Betätigungseinrichtung zur Bewegung der ersten Hilfsflügel so angepasst ist, dass sie den sich anschließenden äußeren Hilfsflügel als Aktuator einbezieht. Mit einer solchen Betätigungseinrichtung erfolgt eine Bewegung der ersten Hilfsflügel also in der Weise, dass zunächst über die zentrale Steuerung und eine gesonderte Betätigungseinrichtung die äußeren Hilfsflügel so verstellt werden, dass deren Kraftwirkung bzw. Moment auf die ersten Hilfsflügel, an denen sie angeschlagen sind, im Sinne der gewünschten Verstellung der ersten Hilfsflügel wirkt. Es werden also die aus der Flugzeuganströmung entstehenden aerodynamischen Kräfte und Momente der äußeren Hilfsflügel als Aktuator für die ersten Hilfsflügel eingesetzt. Durch Kombination mit einer geeigneten Sperreinrichtung kann eine einmal erfolgte Formänderung mit Hilfe der Aktuatorkräfte aus den Hilfsflügeln dauerhaft erhalten werden.A further advantageous embodiment undergoes the invention in that an actuating device for movement the first auxiliary wing is adapted so that they themselves adjoining outer auxiliary wing as an actuator. With such an actuator a movement of the first auxiliary wing so in the Way, that first about the central control and a separate actuator the outer Auxiliary wings are adjusted so that their force or Moment on the first auxiliary wing, where they struck are, in the sense of the desired adjustment of the first auxiliary wing acts. So it will be the resulting from the aircraft approach aerodynamic forces and moments of the outer Auxiliary wing as an actuator for the first auxiliary wings used. By combination with a suitable locking device can a change of shape once with the help of Aktuatorkräfte be permanently obtained from the auxiliary wings.

Dadurch kann eine sonst notwendige aufwändige Aktuatoreinrichtung für die Verstellung der ersten Hilfsflügel (z. B. hydraulische Servomotoren oder elektrische Antriebe) entsprechend leistungsschwächer ausgebildet sein oder man kann auf solche zusätzlichen Arbeitsaktuatoren zur Verstellung der ersten Hilfsflügel vollständig verzichten, was sich im Hinblick auf Bauaufwand und Baugewicht sehr vorteilhaft auswirkt.Thereby can an otherwise necessary actuator device for the adjustment of the first auxiliary wing (z. As hydraulic servomotors or electric drives) accordingly be trained weaker or you can on such additional work actuators for adjusting the first Auxiliary wings completely dispense, resulting in the With regard to construction costs and construction weight very beneficial.

Schließlich soll nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Einstellung der Hilfsflügel und/oder die Änderung deren Profilgeometrie durch Strukturverformung erfolgen. Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, dass entsprechende Maschinenelemente, wie Lager, einschließlich der zugehörigen Hebelgetriebe weitgehend verzichtbar sind. Es muss dann lediglich die Struktur an den Stellen der gewünschten Verformung, also z. B. entlang der Schwenkachsen x1, x2 oder a2 und a3 die Struktur der Flügel bzw. Hilfsflügel eine aktiv einstellbare Steifigkeit aufweisen. Zusätzlich können entsprechende Mittel zur Blockierung der Formänderungsstruktur in der gewünschten Endposition vorgesehen sein. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Strukturverformung auch des Hauptflügels mit Hilfe der Aktuatorkräfte oder Momente der Hilfsflügel vorgesehen sein.Finally, according to a preferred embodiment of the invention, the setting of the auxiliary wings and / or the change in their profile geometry by structural deformation. Such a design has the advantage that corresponding machine elements, such as bearings, including the associated lever mechanism are largely dispensable. It then only has the structure at the points of the desired deformation, so z. B. along the pivot axes x 1 , x 2 or a 2 and a 3, the structure of the wings or auxiliary wings have an actively adjustable stiffness. In addition, corresponding means for blocking the deformation structure in the desired end position may be provided. In this case, in a further embodiment of the invention, a structural deformation of the main wing with the help of Aktuatorkräfte or moments of the auxiliary wings may be provided.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert.Based The accompanying drawings will be an embodiment of the invention explained with different configurations.

In den Zeichnungen zeigtIn the drawings shows

1 das Schrägbild eines Flugzeugs mit gepfeilten Hauptflügels und daran angeordneten Hilfsflügeln sowie eine zugehörige Steuerung schematisch, 1 the oblique image of an aircraft with swept main wing and auxiliary wings arranged thereon and an associated control schematically,

2 eine vergrößerte Darstellung des äußeren Flügelbereichs des Hauptflügels 1L aus 1 mit eingezeichneten Schwenk- und Anstellachsen und Winkeln, 2 an enlarged view of the outer wing portion of the main wing 1L out 1 with marked swivel and pitch axes and angles,

35 Darstellungen des äußeren Flügelabschnitts 1L gemäß 2 bei unterschiedlich eingestellten Hilfsflügeln 2, 3, 3 - 5 Representations of the outer wing section 1L according to 2 with differently set auxiliary wings 2 . 3 .

6 ein vereinfachtes Bild eines erfindungsgemäßen Flugzeugs im Querschnitt in acht unterschiedlichen Flugzuständen abhängig von der Einstellung der Hilfsflügel und 6 a simplified image of an aircraft according to the invention in cross section in eight different flight conditions depending on the setting of the auxiliary wings and

7 eine schematische Darstellung eines Flugzeughauptflügels mit zwei daran angeordneten Hilfsflügeln mit Funktionsgrößen. 7 a schematic representation of an aircraft main wing with two auxiliary wings arranged thereon with functional sizes.

Das in 1 im Schrägbild schematisch dargestellte Flugzeug weist einen Rumpf 10 und daran angeordnete, nach hinten gepfeilte Hauptflügel 1L (links) und 1R (rechts) auf. Der Pfeilwinkel gegenüber der Flugzeuglängsachse xF ist mit β bezeichnet, die Flügelvorderkante mit 12. Am rumpffernen Ende der Hauptflügel 1L, 1R ist um eine erste Schwenkachse x1 schwenkbar ein erster Hilfsflügel 2L bzw. 2R am Hauptflügel 1L bzw. 1R (rechts) angeschlagen. Am äußeren (rumpffernen) Ende des ersten Hilfsflügels 2L bzw. 2R ist jeweils ein zweiter (äußerer) Hilfsflügel 3L bzw. 3R schwenkbar um eine Achse x2 (L, R) angelenkt. Die beiden Hilfsflügel 2, 3 sind um die weiteren in Spannweitenrichtung ausgerichteten Achsen a2 und a3 schwenkbar. Die Betätigung und Steuerung der Hilfsflügel 2, 3 erfolgt aktiv durch den Piloten (P) über eine zentrale Flugsteuerung F, wobei von dort aus Größe und Richtung der Schwenkbewegung der Hilfsflügel 2, 3 nach Vorgabe des Piloten P von der Flugsteuerung F eingestellt werden. Als einzustellende Größen sind in 1 der Winkel α2, der Winkel α3, und die Winkel ϕ2, ϕ3 angegeben. Diese Winkel sind in der Darstellung nach 2 bezeichnet, woraus hervorgeht, dass der Winkel α2 der Neigungswinkel zwischen dem ersten Hilfsflügel 2 und dem Hauptflügel 1 ist und α3 der entsprechende Neigungswinkel des zweiten, äußeren Hilfsflügels 3 gegenüber dem Hilfsflügel 2 ist. Mit ϕ2 und ϕ3 sind die Schwenkwinkel der Hilfsflügel 2, 3 um die Achsen a2 und a3 bezeichnet. Die Anströmung des Flugzeugs gemäß 1 bzw. des Flügelabschnitts gemäß 2 erfolgt in Pfeilrichtung u. Die praktisch technische Ausbildung der Schwenkbarkeit der Hilfsflügel 2, 3 um die Schwenkachsen x1, x2 und a2, a3 ist nicht näher dargestellt. Es kann sich dabei um herkömmliche Schwenkgelenke mit entsprechenden Betätigungseinrichtungen handeln, wie sie im Stand der Technik hinreichend bekannt sind. Es kann aber auch, wie in den Figuren angedeutet, in bevorzugter Ausführung eine Schwenkmöglichkeit um die genannten Schwenkachsen in der Weise vorgesehen sein, dass die Hilfsflügel 2, 3 integral an den Hauptflügel 1 angeformt sind, wobei entlang der gewünschten Schwenkachsen x1, x2, a2, a3 eine aktiv einstellbare Steifigkeit der Flügelstruktur vorgesehen ist. Die Verschwenkung der Hilfsflügel erfolgt dann mit den Winkeln α2, α3 und ϕ2, ϕ3 durch entsprechende Mittel zur Formänderung.This in 1 schematically shown in an oblique plane has a fuselage 10 and arranged rear winged main wing 1L (left) and 1R (right). The sweep angle with respect to the aircraft longitudinal axis x F is denoted by β, the wing leading edge with 12 , At the farthest end of the main wing 1L . 1R is pivotable about a first pivot axis x 1, a first auxiliary wing 2L respectively. 2R on the main wing 1L respectively. 1R (right) struck. At the outer (fuselage) end of the first auxiliary wing 2L respectively. 2R is in each case a second (outer) auxiliary wing 3L respectively. 3R pivotally articulated about an axis x 2 (L, R). The two auxiliary wings 2 . 3 are the other spanwise aligned axes a 2 and a 3 pivotable. The operation and control of the auxiliary wings 2 . 3 takes place actively by the pilot (P) via a central flight control F, from where the size and direction of the pivoting movement of the auxiliary wing 2 . 3 be set by the pilot F according to the pilot. The sizes to be set are 1 the angle α 2 , the angle α 3 , and the angle φ 2 , φ 3 specified. These angles are in the illustration below 2 indicates, from which it follows that the angle α 2 of the inclination angle between the first auxiliary wing 2 and the main wing 1 and α 3 is the corresponding inclination angle of the second, outer auxiliary wing 3 opposite the auxiliary wing 2 is. With φ2 and φ3, the tilt angles are the auxiliary vanes 2 . 3 designated by the axes a 2 and a 3 . The flow of the aircraft according to 1 or the wing section according to 2 takes place in the direction of arrow u. The practically technical training of the pivoting of the auxiliary wing 2 . 3 about the pivot axes x 1 , x 2 and a 2 , a 3 is not shown in detail. It may be conventional swivel joints with corresponding actuators, as are well known in the art. However, it can also, as indicated in the figures, in a preferred embodiment, a pivoting about the said pivot axes be provided in such a way that the auxiliary wings 2 . 3 integral to the main wing 1 are formed, wherein along the desired pivot axes x 1 , x 2 , a 2 , a 3 is provided an actively adjustable stiffness of the wing structure. The pivoting of the auxiliary wings is then carried out with the angles α 2 , α 3 and φ 2 , φ 3 by appropriate means for changing the shape.

Bei der in 2 gezeigten Darstellung ist der äußere Hilfsflügel 3 abgesetzt vom ersten Hilfsflügel 2 dargestellt und nur der erste Hilfsflügel 2 integral an den Hauptflügel 1 angeformt und mittels Formänderung um die Schwenkachsen x1 und a2 schwenkbar. Eine Verschwenkung des äußeren Hilfsflügels 3 um die Achse a3 soll mittels eines herkömmlichen hier nicht dargestellten Schwenkgelenkes erfolgen. Anstelle einer Verschwenkung des äußeren Hilfsflügels 3 um die Achse a3 kann auch eine Profiländerung des äußeren Hilfsflügels 3 im Sinne einer positiven oder negativen Profilwölbung vorgesehen sein bzw. eine Änderung der Profildicke um den Auftriebswert dieses äußeren Hilfsflügels 3 zu variieren.At the in 2 The illustration shown is the outer auxiliary wing 3 detached from the first auxiliary wing 2 shown and only the first auxiliary wing 2 integral to the main wing 1 molded and pivotable by means of deformation about the pivot axes x 1 and a 2 . A pivoting of the outer auxiliary wing 3 about the axis a 3 should be done by means of a conventional pivot joint, not shown here. Instead of a pivoting of the outer auxiliary wing 3 around the axis a 3 can also change the profile of the outer auxiliary wing 3 be provided in the sense of a positive or negative profile curvature or a change in the profile thickness to the buoyancy value of this outer auxiliary wing 3 to vary.

In den 3 bis 5 ist wiederum der äußere Flügelbereich analog der Darstellung in 2 gezeigt, wobei hier eine Ausführungsform dargestellt ist, bei der die Verstellung der zwei Hilfsflügel 2L, 3L sowohl bezüglich der Winkel α2 und α3 als auch bezüglich der Winkel ϕ2 und ϕ3 ausschließlich durch Formänderung der Flügelstruktur bewirkt wird. Die Darstellungen nach den 3, 4 und 5 unterscheiden sich nur durch unterschiedliche Einstellungen der Hilfsflügel 2L, 3L bezüglich Neigung und Anstellwinkel.In the 3 to 5 Again, the outer wing area is analogous to the representation in FIG 2 shown, wherein here an embodiment is shown, in which the adjustment of the two auxiliary wings 2L . 3L is effected both with respect to the angle α 2 and α 3 as well as with respect to the angle φ 2 and φ 3 exclusively by changing the shape of the wing structure. The representations after the 3 . 4 and 5 differ only by different settings of the auxiliary wings 2L . 3L in terms of inclination and angle of attack.

In 5 ist am Hauptflügel 1L noch ein Bereich 4 gekennzeichnet, der innerhalb des Gelenkbereichs 5 zwischen dem ersten Hilfsflügel 2L und dem Hauptflügel 1L liegt. Durch gezielte Variation der Struktursteifigkeit des Hauptflügels 1 in diesem Bereich bzw. im Bereich 5 kann erreicht werden, dass durch aerodynamische Kräfte aus den Hilfsflügeln 2 und 3 eine Verformung im Sinne einer Auftriebsveränderung des Hauptflügels 1 erfolgt. Dabei kann durch geeignete Sperreinrichtungen eine einmal erfolgte Formänderung mit Hilfe der Aktuatorkräfte aus den Hilfsflügeln 2, 3 dauerhaft erhalten werden, solange bis die Sperreinrichtung wieder freigegeben wird ohne dass dadurch eine dauerhafte Kraftwirkung durch die Hilfsflügel 2, 3 erforderlich wäre.In 5 is at the main wing 1L another area 4 marked within the joint area 5 between the first auxiliary wing 2L and the main wing 1L lies. By targeted variation of the structural rigidity of the main wing 1 in this area or in the area 5 can be achieved by aerodynamic forces from the auxiliary wings 2 and 3 a deformation in the sense of a buoyancy change of the main wing 1 he follows. In this case, by means of suitable locking devices, once a change in shape with the help of Aktuatorkräfte from the auxiliary wings 2 . 3 be permanently obtained until the locking device is released again without causing a permanent force by the auxiliary wing 2 . 3 would be required.

Die Darstellung nach 6 ist selbsterklärend und soll lediglich schematisch andeuten, welche Einstellung der Hilfsflügel zu welchem Flugzustand führt. Die rechte untere Darstellung „zusätzliche Freiheitsgrade” zeigt eine Flugsituation, in der während des Rollvorganges gleichzeitig die Gierrate des Flugzeugs veränderbar ist.The representation after 6 is self-explanatory and should only indicate schematically, which adjustment of the auxiliary wing leads to which flight condition. The right lower illustration "additional degrees of freedom" shows a flight situation in which the yaw rate of the aircraft can be changed simultaneously during the rolling process.

11
FlugzeughauptflügelAircraft main wing
22
Erster Hilfsflügelfirst auxiliary wing
33
Zweiter (äußerer) Hilfsflügelsecond (outer) auxiliary wing
UU
Anströmrichtungflow direction
xF x F
Flugzeuglängsachseaircraft longitudinal axis
yF y F
FlugzeugquerachsePlane transverse axis
zF z F
FlugzeughochachseAircraft vertical axis
CGCG
FlugzeugschwerpunktAirplane CG
AZAZ
Aerodynamisches Zentrum (Wirkpunkt der Gesamtheit der aerodynamischen Kräfte)aerodynamic Center (point of action of the total of aerodynamic forces)
A1A1
Aerodynamische Kraft (Auftrieb) des Hauptflügels 1 Aerodynamic force (buoyancy) of the main wing 1
A2A2
Aerodynamische Kraft (Auftrieb) des Hilfsflügels 2 Aerodynamic force (lift) of the auxiliary wing 2
A3A3
Aerodynamische Kraft (Auftrieb) des äußeren HilfsflügelsAerodynamic Force (buoyancy) of the outer auxiliary wing
x1 x 1
Schwenkachse des Hilfsflügels 2 am Hauptflügel 1 Swivel axis of the auxiliary wing 2 on the main wing 1
x2 x 2
Schwenkachse des zweiten Hilfsfügels 3 am ersten Hilfsflügel 2 Swivel axis of the second auxiliary filler 3 on the first auxiliary wing 2
a2 a 2
Schwenkachse senkrecht zu x1swivel axis perpendicular to x1
a3 a 3
Schwenkachse senkrecht zu x2swivel axis perpendicular to x2
α2 α 2
Neigungswinkel zwischen Hilfsflügel 2 und Hauptflügel 1 Tilt angle between auxiliary wing 2 and main wing 1
α3 α 3
Neigungswinkel zwischen Hilfsflügel 3 und Hilfsflügel 2 Tilt angle between auxiliary wing 3 and auxiliary wings 2
ßß
Pfeilwinkel der HauptflügelV-angle the main wing
ϕ2 φ 2
Schwenkwinkel um die Achse a2swivel angle around the axis a2
ϕ3 φ 3
Schwenkwinkel um die Achse a3swivel angle around the axis a3

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Claims (8)

Flugzeug mit gepfeilten Hauptflügeln an deren äußerem (rumpffernen) Ende jeweils Hilfsflügel beweglich und aktiv steuerbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an einem ersten Hilfsflügel (2R, 2L) in Spannweitenrichtung des Hauptflügels (1R, 1L) ein zweiter äußerer Hilfsflügel (3R, 3L) angeschlossen ist und die Position der Hilfsflügel (2R, 2L; 3R, 3L) zueinander und zum Hauptflügel in vorgegebenen Bewegungsfreiheitsgraden einstellbar ist, wobei die zugehörige Steuerung derart angepasst ist, dass jeder einzelne Hilfsflügel (2R, 2L; 3R, 3L) unabhängig von den anderen Hilfsflügeln in seiner Position verstellbar ist.Airplane with swept main wings at the outer (fuselage) end of each auxiliary wings are arranged movable and actively controllable, characterized in that on a first auxiliary wing ( 2R . 2L ) in the spanwise direction of the main wing ( 1R . 1L ) a second outer auxiliary wing ( 3R . 3L ) and the position of the auxiliary wings ( 2R . 2L ; 3R . 3L ) is adjustable to each other and to the main wing in predetermined degrees of freedom of movement, wherein the associated control is adapted such that each individual auxiliary wing ( 2R . 2L ; 3R . 3L ) is adjustable in position independently of the other auxiliary wings. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bewegungsfreiheitsgrad für die Hilfsflügel (2R, 2L, 3R, 3L) eine Verschwenkung um im Wesentlichen parallel zur Flugzeuglängsachse (xF) verlaufende Achsen (x1, x2) ist.Aircraft according to claim 1, characterized in that a first degree of freedom of movement for the auxiliary wings ( 2R . 2L . 3R . 3L ) is a pivoting about substantially parallel to the aircraft longitudinal axis (x F ) extending axes (x 1 , x 2 ). Flugzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzlicher Bewegungsfreiheitsgrad für die Hilfsflügel (2R, 2L, 3R, 3L) eine Verschwenkung um eine quer zu den Hilfsflügelprofilen sich erstreckende Achse (a2 und a3) vorgesehen ist (Änderung des Anstellwinkels ϕ2, ϕ3).Aircraft according to claim 2, characterized in that as additional movement degree of freedom for the auxiliary wings ( 2R . 2L . 3R . 3L ) A pivoting about a transverse to the auxiliary blade profiles extending axis (a 2 and a 3 ) is provided (change of the angle of attack φ 2 , φ 3 ). Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerung die Profilgeometrie der Hilfsflügel (2R, L, 3R, L) im Sinne einer Änderung des Auftriebsbeiwertes veränderbar ist.Aircraft according to claims 1 to 3, characterized in that by means of the control the profile geometry of the auxiliary wings ( 2R , L, 3R , L) is variable in terms of a change in the lift coefficient. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigungseinrichtung zur Bewegung der ersten Hilfsflügel (2R, 2L) so angepasst ist, dass sie den sich anschließenden äußeren Hilfsflügel (3R, 3L) als Aktuator einbezieht.Aircraft according to claims 1 to 4, characterized in that an actuating device for moving the first auxiliary wings ( 2R . 2L ) is adapted so that the adjoining outer auxiliary wing ( 3R . 3L ) as an actuator. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Hilfsflügel und/oder die Änderung der Profilgeometrie durch Strukturverformung erfolgt.Aircraft according to claims 1 to 5, characterized in that the adjustment of the auxiliary wings and / or the change of the profile geometry by structural deformation he follows. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Hilfsflügel und deren Bewegungsbereich so dimensioniert und auf die Steifigkeit des Hauptflügels abgestimmt sind, dass eine für die Flugsteuerung verwertbare Änderung des Auftriebsbeiwertes des Hauptflügels durch dessen Formänderung in zumindest einem rumpffern liegenden Bereich (4) erzielbar ist.Aircraft according to claims 1 to 6, characterized in that the size of the auxiliary wings and their range of motion are so dimensioned and tuned to the stiffness of the main wing, that a usable for the flight control change of the buoyancy coefficient of the main wing by its change in shape in at least one hull lying area ( 4 ) is achievable. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsflügel integral am Hauptflügel angeformt sind und die Flügelstruktur in den Bereichen (5, 6) der gewünschten Verformung durch gesteuerte Bewegung der Hilfsflügel eine aktiv einstellbare Steifigkeit aufweist.Aircraft according to claims 1 to 7, characterized in that the auxiliary wings are integrally formed on the main wing and the wing structure in the areas ( 5 . 6 ) has the desired deformation by controlled movement of the auxiliary wings an actively adjustable stiffness.
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