DE2412069A1 - Tragflaeche fuer ueberschall-flugzeuge - Google Patents

Description

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Tragfläche für Über schall-Flugzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragfläche für Überschall-Flugzeuge, die so ausgelegt ist, daß durch zusätzliche Anströmung eine Verbesserung des Strömungsfeldes unterhalb der Tragfläche erreicht wird.

Über schall-Flugkörper haben bekanntlich den Nachteil, daß sie beim Durchbrechen der Schallgrenze Störungswellen hervorrufen. Hierbei entsteht auch der sogenannte Überschallknall, eine Folge des wachsenden und sprunghaft ansteigenden Strömungswider Standes, der Stoßwelle. Der Widerstand infolge sprunghaften Anstiegs der Stoßwelle führt auch hinter dem Flugkörper zu Turbulenzen. Hierbei wird aufgrund des stetigen Druckes die dazwischen liegende dynamische Wirbelform beeinflußt, so daß ein Teil der Stoßwelle in Form von Wärme abgeleitet wird. Es werden somit die Strömungsverhältnis se unterhalb und oberhalb beeinflußt. . ·

Die aufzuwendende Energie infolge Reibung bei einer gleichförmigen Geschwindigkeit bei konstanter Höhe eines Flugkörpers ist relativ groß, da der Punkt des Vektors als Produk* aus Gravitation und Translation Null ist₀ Der Strömungs auftrieb selbst sorgt für ein konservatives System, das gegeben ist durch eine" zweidirnensioriale Tragfläche des Unterschallbereiches. Das Drehmoment um die Tragfläche, erzeugt

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durch einen reaktiv beginnenden Wirbel, wird laufend durch Druckkräfte zu neuem Stromfluß für die Tragflächen veranlaßt. Der drallfreie Auftrieb in Verbindung mit dem Drehmoment bildet einen vorderen Aufstrom, welcher durch die Tragfläche selbst symmetrisch zu einem hinteren Abstrom verändert wird, ohne daß eine Lageveränderung der Geschwindigkeit des Stromes erfolgt.

Bei einer Tragfläche mit begrenzter Spannweite wird der Strömungsvorgang dadurch hervorgerufen, daß der Druck an den Tragflächenspitzen auf Null abfällt, wodurch der effektive Drall oder das Drehmoment zu den Seiten der Tragflächen abnimmt, und zwar kontinuierlich. An den Spitzen der Tragflächen entstehen Wirbel, die somit ständig eine Erneuerung des Moments erfordern, wobei diese Wirbel Verluste bedingen von einer gleichbleibenden Zirkulationskraft, die sich nach dem bekannten Helmholtz-Gesetz richten. Die Umdrehung der den beiden Spitzen folgenden Wirbel ruft dagegen einen Wirbel hervor, der zu Null geht, von dem das Drehmoment noch abgezogen wird» diese Theorie folgt der Tomson Theorie. Damit erscheint die Erneuerung des Dralls oder auch des Drehmomentes anfänglich wirbelartig, endet jedoch immer in Wärme und zeichnet sich somit als Energieverlust und auch als Verzögerung aus, zwei Kräfte also, die durch das Flugzeugantriebs system überwunden werden müssen. Bei einer Tragfläche für Überschall-Flugkörper wird der entstehende Strörnungsauftrieb durch die Schallgeschwindigkeit weiter gefährdet, womit der Drall begrenzt wird und der drallfreie Luftstrom um die Tragfläche hin veranlaßt wird, in dem Mach-Kegel nach unten zu strömen. Das führt zu einer ähnlichen Abgabe von Energie, die eine zuzügliche Erneuerung des Strömungsdralls erfordert. Diese Abgabe tritt als Zweidimensionales-Wellensystem auf, wo sie direkt in Hitze umge-

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wandelt wird und nicht die Zwischenstation der dynamischen Auftriebs form erreicht.

Die Gefährdung derdrallfreien Luftströmung (Auftrieb) an der Tragfläche resultiert in der Abgabe der Strömung, welche entweder als dynamischer Wirbel (mechanische Energie) oder als Wellenwirbel (Wärmeenergie) auftritt. Die Abgabe dieser Strömung in Form eines dynamischen Wirbels bietet ein Potential der Energiezurückgewinnung. Die Abgabe dieses Dralls in Wärmeform schließt dagegen jede Möglichkeit der Energierückgewinnung aus. Dieses wird bev/iesen durch das Helmholtz-Gesetz und durch die Tomson Theorie und der Zwang zur Abgabe des Aufbaurno_#- mentes reicht bis zur Energieabgabe, welche durch Erhöhung der Luftmassen angemessen reduziert werden kann. Dadurch wird effektiv Energie von der Strömungsabgabe durch ganz einfache Ausnutzung des Aufwindes zurückgewonnen.

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Im einzelnen kann die bei dynamischer Wirbel- oder Strömungsabgabe auftretende Energie bei begrenzter Tragflächenspannweite durch Ausnutzung der abwärts fließenden Luftströmung zurückgewonnen werden. Es ist im Prinzig am einfachsten, diese Energierückgewinnung am Beispiel eines Formationsfluges zu erklären. Hier erwirkt der Auftrieb des an der Tragflächenspitze des anführenden Flugzeuges auftretenden Wirbels eine Reibungsreduzierung für das leicht seitlich und nach hinten versetzt fliegende weitere Flugzeug. Derselbe Vorgang wird von Zugvögeln im Formationsflug angewandt.

Dieses Auftriebsmoment ermöglicht es einem Flugzeug,einen Teil seiner von ihm erzeugten und ihm folgenden Wirbelenergie wieder auszuwerten. Dieses ist zum Beispiel Gegenstand des US Patentes Nr. 3. 712. 564. Dieses System macht sich die Abströmung der Tragfläche zunutze und

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sieht eine besondere Tragfläche vor, deren Beschaffenheit äußere Kaskaden einschließt. Diese Kaskaden sind so angebracht, daß jedes Kas-kadenelement den erzeugten Aufwind des vorgelagerten anderen ausnutzt, wie bei einem Formationsflug. Um das zu erreichen, gibt die Ab Stromtragfläche den ihr folgenden Wirbel von der T ragfläch enspitze durch eine starke Flügel schränkung des Angriffswinkels nach innen wieder. Das äμßer^JΓ^agflä_uch-enteil,istjriacl^ hinten Ausgestellt, um den Luftstrom außen zu deflektieren und liegt somit in dem Aufwind des durch den außen deflektierten Strom transportierten nachfolgenden Wirbel. Der äußere Kaskadenteil der Tragfläche schichtet einen ausgedehnten Wirbelkern,der weniger Energie hat, was einer weit grösseren Spannweitenwirkung gleichkommt. Diese Art der Wirbelenergierückgewinnung wird z. B. von allen Vögeln im Formationsflug benutzt.

Das Potential der Wirbelenergierückgewinnung ist verdeutlicht durch die bekannte Formel der selbst umdrehenden Energie zweier Tragflächenspitzen folgenden Wirbel.

^rot t,

wobei E= selbst umdrehende Energie

Ji = Strömungskraft

ρ = Luftdichte

b* = halbe Spannentfernung zwischen

den Luftwirbelzentren r* = Luftwirbelkernradius

ist.

Diese Formel ergibt eine quantitative Demonstration des Wirbelradius r* so dass die Energie des Wirbels reduziert wird, und zwar im Verhältnis zur Reduktion der auftretenden Reibung.

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Die gegenwärtige Erfindung geht nun davon aus, daß der Antriebsstrahl der Düse herangezogen werden kann, um eine variable Dichte des Strömungsfeldes unterhalb der Tragfläche zu erreichen. Gleichzeitig soll ein Nachlassen des Druckes erzielt werden, der den entladenen Drall in djy^yjoaj^sehnStf^Wirb^lbildung wieder spiegelt, was einer Verbesserung des Auftriebes gleichkommt und die Wärmeumwandlung der Druckwelle reduziert. T}ie"s~eii"er reicht man, indem die Primär triebwerke so weit vorne angesetzt werden, daß der Antriebsstrahl unter den Tragflächen in ausgebreiteter Form und mit größerem als atmosphärischem Druck ausgestoßen wird. Der sich ausdehnende Strahl eleminiert die Bildung die StoßfläcKenbildung, d.h. die an der Tragflächenvorderkante entstehen-Druckwelle. Es werden Wirbel direkt unter der Tragfläche durch Düsenstrahl erzeugt, die einen hinteren Aufwind bilden, der zu einer höheren Strahl geschwindigkeit führt. Damit wird gleichzeitig ein Schräg" nach oben ■ führender Aufstrom hervorgerufen. Dies ermöglicht, daß die Tragflächen in ihrem Winkel reduziert werden können.

Die Druckwelle der Tragfläche wird in ihrem Aufbau bereits von dem Düsenstrahl beeinflußt. Diese reduzierte Energieabgabe in das darunter liegende Feld in Verbindung mit einer verbesserten Leistung kann auch veranschaulicht werden in einer erweiterten wirkungsvollen Gurtung bzw. Spannweite des wirbelgeladenen Jetstrahles am hinteren Ende der Tragfläche in Form eines wirbelartigen Flatterns. Die schwächere Druckwelle ist verbunden mit einer größeren Steigleistungsfälligkeit, womit der durch das Gewicht des Flugzeuges entstehende Druck abwärts geleitet wird und somit der Überschallknall reduziert wird.

Die Erfindung erreicht einen nieder strömenden Aufwind im Überschall flug in Form.eines verdichteten Strömungswirbels. Diese Wirkungsweise ruft im Überschallbereich ein Strömungsmoment hervor der dynamischen

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Strömungsform, und ermöglicht eine Anordnung, um den durch Wirbel erzeugten abwärts gerichteten Aufwind auszunutzen und die Reibung zu mindern. Es wird ein Teil der Wirbelenergie zurückgewonnen, indem ein hinterer Auftrieb unter der Über Schalltragfläche erzeugt wird. Es entsteht sowohl vorn als auch hinten ein symmetrisches Strömungsfeld erzeugt, wobei dasselbe Auftriebs/Reibungs (L/D) Verhältnis erreicht wird, wie bei einer Tragfläche im Unterschallbereich,

Durch die Anordnung der Triebwerke vor und unterhalb der Tragfläche, und zwar so, daß der nötige hintere Auftrieb an der Tragfläche erreicht wird, wird ein breitgespannter Strahl von den Triebwerken mit einem Überschuß an statischem Druck ausgestoßen. Dieses erwirkt, daß der Strahlstrom an Dichte zu bzw. abnimmt. Das Strahlungsfeld hebt das durch die Tragfläche erzeugte Druckfeld auf, und zwar hauptsächlich in seinen höheren Regionen, wodurch ein Geschwindigkeitsgradient im Strahl im Verhältnis zu der Freigabe negativer Wirbelbildung erzielt wird, um einen hinteren Auftrieb zu erlangen. Weiterhin wird für eine Erweiterung der Wirbelkerne in ihrer Konzentration im Strahl gesorgt, was einen erv/eiterten Wirbelkernradius (Mach-Kegel) in Bezug auf die korrespondierende Energie der Reibung hervorruft.

Die Tragfläche ist in diesem Auftriebsfeld angeordnet, vorzugsweise so über dem Jet-Strahl, daß der Kontakt mit den heißen Abgasen der Triebwerke vermieden* wird. Die Erfindung ist eine Verbesserung des im US Patent 3. 315. 629 beschriebenen Gegenstandes. Dieses Patent bezieht sich auf ein Flugzeugauftriebs system, das mit einer breitgespannten, konvergierenden/divergierenden Düse ausgerüstet ist, die einen Überschallstrahl unterhalb eii^er Uberschailtragfläche ausstößt. Durch bestimmte Formen der konvergierenden/divergierenden Düse, z. B. derart, daß sie einen Strahl mit einem Druck größer als der atmosphärische ausstößt, wird die Anwendung nach der Erfindung zu

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einer Verbesserung der Flugleistung und zu einer Reduzierung des Überschallknalls führen. Die durch die Tragfläche erzeugten Druckwellen werden durch die Ausdehnung des Strahles weitestgehend aufgehoben. Dabei werden verdichtete Strömungswirbel im Strahl selbst frei und direkt unter der Tragfläche konzentriert. Der erzeugte Auftrieb erlaubt die Tragfläche so anzuordnen, daß ein reduzierter Angriffswinkel in Bezug auf die korrespondierenden Reibungswider stände benutzt werden kann.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Tragfläche und durch die konvergierende/divergierende Düse, sowie den sich unterhalb"dBi«-Xxagflä€lie_-„ -^

ausdehnenden Strahl und Einzelheiten des Strömungsfeldes.

Fig. 2 zeigt eine Tragfläche in gleichbleibender Höhe und ein Geschwindigkeitsvektor-Diagramm in Bezug auf das Erdanziehungskraftfeld.

Fig. 3 zeigt den vergleichbaren aufsteigenden Aufwind in Form eines zweidimensional en Stromes für Unterschall- und Überschall-Tragflächen.

In Fig. 4 sind zwei abwärts fließende Aufwinde für die Energierückgewinnung der den Tragflächenspitzen folgenden Wirbel im Unterschallbereich und den verdichtbaren Wirbelstrom im Überschallbereich dargestellt. ·-/■'-

Fig. 5 befaßt sich mit dem vergleichbaren Strömungsmoment einer konventionellen Tragfläche und einer Aufwindtragfläche.

Fig. 6 zeigt detailliert die Aufwindwirkungsweise nach der Erfindung.

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Fig. 7 zeigt die vergleichsweise Energierückgewinnung des symmetrischen Stromes mittels eines "Buseman" Doppeldeckers und des unsymmetrischen Stromes unterhalb der Aufwindtragfläche.

Fig. 8 stellt die Wirbelkonzentration unterhalb der Überschalltragfläche dar und zeigt die Verbesserung der Auf Stromtragflächenleistung.

Fig. 9 stellt die Wirbelklappe hinter der Aufstromtragfläche dar, fixiert durch ein Koordinatensystem zum Jetstrahl und den Zusammenhang zu einem Koordinatensystem, das mit dem Tragflächen- und Jetstromsystem verbunden ist.

Fig. 10 bezieht sich auf die effektive Gurtung oder'Spannweise, hervorgerufen durch eine Wirbelflatterung bezogen auf die Angriffswinkelverteilung und die Druckverteilung entlang dem Jetstrahl.

Fig. 11 ist das vergleichbare Bild eines Aufstromsystemes und eines konventionellen Systemes.

Die folgende Beschreibung enthält gleiche Bezeichnungen für gleiche oder ähnliche Teile in den einzelnen Figuren.

Die fortschreitende Bewegung einer Flugzeugtragfläche 20 bei gleichbleibender Höhe bedarf keiner zusätzlichen Energie, abgesehen von der Energie, die zur Überwindung der Reibungskräfte benötigt wird. In Fig. 2 sind die Ge schwindigkeits vektor en 21 rechtwinklig zum Erdanziehungsvektor gezeigt. Der Erfolg öiner solchen erhaltenden Auftriebskraft in Form eines fließenden dynamischen Stromes erfordert ein symmetrisches Auf- und Nieder Stromfeld (vergleiche Fig. 3a). Der hier veranschaulichte Unterschallstrom bei einer zweidimensionalen Tragfläche 23 ist hinsichtlich seines vorderen Aufwindes 24 und

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seines hinteren Abwindes 25 symmetrisch. Der Wechsel in dem Moment von vorderem Aufstrom und hinterem Niederstrom erzeugt dabei eine Reaktion s kr aft 26 im Einklang mit Newton' s aweitem Gesetz. Hierdurch entsteht der Auftrieb 27 und eine Null-Wider Standskomponente 28 infolge der Symmetrie.

Dieser aufströmende Aufwind ist durch die Unterschallgeschwindigkeit begrenzta denn bei Über schallge sch wingkeit_s wie in Fig. 3b gezeigt, hindert die Schallgrenze die Druckwelle der Über Schalltragfläche 29 in Abhängigkeit der Vorwärtsbewegung_seinen symmetrischen Aufstrom zu bilden. Daher kommt der Vorwärtsstrom 30 horizontal auf die Tragfläche au und die erreichte Reaktionskraft 26 muß erzeugt werden durch eine Abwärtsdrehung 31 des Stromes. Zur Vollendung dieser Abwärtsdrehung erzeugt die Überschalltragfläche 29 eine abwärts gerichtete Schockwelle 32 und die Tragfläche 29 selbst muß nach hinten abwärts gewinkelt sein zur Erzeugung der resultierenden Kraft 26, daß eine leichte Auftriebskomponente 27 und eine Nachkomponente 28 als Gegenkraft auftreten.

Die Grenzen der Schallgeschwindigkeit schließen nicht die Wirkung des abwärts gerichteten Aufstromes aus, -wie in Fig. 4 gezeigt. Gemäß Fig» 4a sind die an den Tragflächenspitzen entstehenden Wirbel 33 durch die begrenzte Spannfläche 34 mit einer Energie geladen, die innseits lokalisiert wird durch den Aufwind 35 des Tragflächen Angriffwinkels „ Durch eine Ausstellung nach hinten der äußeren Fläche wird die Energie in den Aufstrom 37 des folgenden Wirbels 3 gebracht. Dabei wird ein großer Anteil, der sonst vergeudeten Energie, zurückgewonnen. Ein Gegenstück dieses Überschallvorganges ist in Fig. 4b gezeigt. Der verdichtete Wirbelstrom 38 begründet in der Tragflächen/ Düsengeometrie bedingt erfindungsgemäß, daß die Tragfläche in dem durch diesen Wirbel erzeugten Aufwind 39 wirksam ist. Dieses wird

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genauer in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben.

Die zuvor erwähnte Begrenzung der vorwärts gerichteten Druckfortbewegung einer zweidimensionalen Überschalltragfläche gibt fortdauernd ein Drallrnoment im Luftstrom frei. Bei einer konventionellen Tragfläche 29, wie in Fig. 5a gezeigt, erscheint diese Freigabe in Form einer Stoßwelle 32, deren Energie primär in Hitze umgewandelt wird und sekundär Wirbellagen 40 bildet durch den ganzen Sog unterhalb der Tragfläche und somit nicht zurückgewonnen werden kann. In dem Aufstrom sy stein gemäß Fig. 5b wird der Drall bzw. das Moment einer zweidirnensionalen überschalltragfläche in Form eines dynamischen Wirbels 38 im Antriebsstrahl 41 in solcher Weise fi-eigegeben, daß sein Aufwind 39 zu dem axialen Fluß 43 so beiträgt, daß ein aufwärts gerichtetes Strömungsfeld 44 für die Aufstromtragflache 42 entsteht. Die Tragfläche befindet sich dann in diesem Aufstromfeld vorzugsweise so über dem Düsenstrahl, daß ein Kontakt mit den heißen Abgasen der Triebwerke vermieden wird. Auf diese Art und Weise kann ein großer Teil der Wirbelenergie in Auftriebs energie umgewandelt und freigewordene Energie im Sog der Stoßwelle 32 verringert werden.

Das Ziel der Erfindung ist, wie Fig. 6 zeigt, die Erzeugung eines aufwärts gerichteten Strömungsfeldes 44 für die Tragflächen. Bezugnehmend auf Fig. 1 und 5 wird die Tragfläche in einem reduzierten Winkel 45 wirksam und die Kraft 46 mit der reduzierten Widerstandskomponenten 47 wirkt vorwärts treibend auf die Tragfläche. Es besteht in dieser Form eine Beziehung-zwischen der Freigabe von Energie an dem Sog und der Reduzierung der Stärke der Stoßwellenkante 32 und des konzentrierten Wirbels irn Strahl unterhalb der Tragfläche in Form einer Ausbreitung des Abwärtsmomentes über einen größeren Teil der Luft.'

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Das Aufstromtragflächenmodel besteht aus einer zwei dimensional en Tragfläche 42 mit einem nach hinten gerichteten ausgespreizten Strahl 41, der unter der vorderen Kante 48 ausgestoßen wird. Die Tragfläche 42 kann aus drei Teilen in Spannrichtung bestehen, und zwar einem vorderen Teil 49, einem Mittelteil 50 und einem Hinterteil 51, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Die Strahldüse 52, das vordere Teil 49 und der einwirkende Strom 41 sind im Detail in Fig. 6 gezeigt.

Der Strahl 41 wird mit mehr als atmosphärischem Druck ausgestoßen, so daß er sich anfänglich nach oben und nach unten ausdehnt. Der anfängliche Vertikal-Druck und die Luftdurchsatzgeschwindigkeit des Strahles wurden aus der Richtung kommen, um einen höheren Druck und damit ein.größeres Ausdehnungspotential in dem oberen Teil des Strahles 53 zu erreichen, womit eine höhere Luftdurchsatzgeschwindigkeit und somit ein größerer Widerstand bei der Abwärtsführung am Ende des Strahles 54 zu erzielen.

Das vordere Tragflächenteil 49 dreht den aufwärts gerichteten Strom in die Horizontale, wobei aber genügend Ausdehnung in der oberen Region des Strahles verbleibt, um die Verdichtung, die durch das vordere Tragflächenteil bei der Drehung des Stromes erzeugt wurde, aufzuheben. Die untere Region 54 des Strahles wird weniger beeinflußt infolge der Entfernung zur oberen Tragfläche, womit sie beschleunigend wirkt. Diese Asymmetrie sorgt für eine normale Luftdurchsatzgeschwindigkeit 55 im Strahl, und zwar im Verhältnis zu dem negativen Wirbel 38 oberhalb der Spannachse, wie in Fig. 1 gezeigt.

Die asymmetrische Geschwindigkeit oder Machzahl sorgt für einen ab-

gewinkelten Mach-Kegel 56 von jedem Wirbel 57, hervorgerufen durch die Strahlenexpansion 59, die die Tragflächenverdichtung 58 aufhebt.

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Die negative Bedeutung der Drehung 60 sorgt für einen Aufwind 39 innerhalb eines jeden Wirbels, was zu einem axialen Strom 43 beiträgt, um so aufwärts gerichtete Stromlinien in der oberen Region des Strahles unter dem Tragflächenmittelteil 50 zu schaffen. Damit wird ein größerer Druck auf die Tragflächenunterseite 61 gegeben, womit für einen normalen Druck-Gradienten 62 in dem Strahl 41 gesorgt wird. Das Tragflächenmittelteü 50 ist so geformt, daß es den Druck mit minimaler Verdichtung 58 des Stromes für den gewünschten Auftriebswert erhält.

Das TragflächenSfalnterteil 51 ist so geformt, daß as den Strahl 41 an der hinteren Tragflächenkante 63 zu atmosphärischem Druck expandieren läßt, wobei schädliche Auswirkungen des Druckes vermieden werden. Die erhöhte Geschwindigkeit, hervorgerufen durch die Expansion des Strahles, bewirkt auch keine schädlichen Auswirkungen an der hinteren. Tragflächenkante, da der weiter fließende Strahl 41 wie ein wirbelgeladener Stromstrahl 64 wirkt.

Der stetige Strahlstrom 64 an der hinteren Kante 63 der Tragfläche weiter- fließ ende Strahl hat nicht die allgemeine Bedeutung eines hohen axilen Momentes der Strahlenklappe_ä sondern die eines Strahles mit genügendem Axialmoment für leistungsfähigen Antrieb, dem ein zusätaliches Moment aus der Wirb el rotation 38 zugeordnet wird, wodurch ein Druck-Gradient produziert wii'd. Die hintere Komponente in dem Strom des Strahles verteilt den Staudruck in Abwärtsrichtung. Somit ist der Strahl hinter der Tragfläche nicht allein die Folge einer Strahlenklappej, sondern korrekter ausgedrückt eine Druck-Spannungs-Schicht oder Folge einer Wirbelklappe.

Der zusätzliche Auftrieb an der Tragflächenunterseite 61, der durch den Aufwind 39 hervorgerufen wird, erscheint nicht am Ende des Strahles 54, da der Druck-Gradient 62 durcli dea Strahl selbst erhalten bleibt. Dieses wird verursacht durch die größere Geschindigkeit des

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Stromflusses in der oberen Region des Strahles infolge des durch den abgewinkelten Mach-Kegel 56 hervorgerufenen Aufwindes 39. Es erscheint somit als Drehmoment 38 in diesem Strahl ein abwärts gerichteter Druck, der durch das Wirbelfeld des Strahles verursacht wird. Die Stärke des Strahles wird nicht allein durch die beschriebene Wirkungsweise erhalten, sie kann ferner je nach Antriebsanforderung bestimmt werden. Andererseits wird die Spannlänge des vorderen Teiles 49 durch die Strahlendicke beeinflußt, nämlich je dünner der Strahl, je kürzer die Spannweite des vorderen Teiles.

Die grundsätzliche Voraussetzung besteht darin, daß die durch die Tragfläche verursachte sich erhöhende Verdichtung 58 im Verhältnis der durch den expandierenden Strahl abnehmenden Dichte 59 sich verändert, womit sich der stetige Wechsel der Dichte summarisch aufhebt, wodurch der Arbeitsaufwand in der Gaskompression reduziert wird. Die Druckaufhahmen sind gleicher Art und addierbar, womit sich der Auftrieb erhöht. Deshalb kann wegen desselben Auftriebes der Angriffswinkel 45 der Tragfläche reduziert werden, verbunden . mit einer Widerstandsreduzierung.

Die physikalischen Vorgänge im Strömungsfeld und in der Struktur des Vorhergesagten sind im Folgenden detailliert beschrieben: Eine Tragfläche im Überschallbereich kompromiert den unter ihr dahingleitenden Strom. Die Stärke und Verteilung dieser Kompression sind durch die Wölbung, den Angriffswinkel und andere sich an der Unterseite der Tragfläche befindliche geometrische Merkmale bestimmt. Dieser Kompressionsdruck wirkt auf den Stromfluß unterhalb der Tragfläche ein, wobei wegen der Grenzen, der Schallgeschwindigkeit durch die Gaskompression Kräfte entwickelt v/erden, die dem Vortrieb entgegen wirken. Diese Kompression wird durch Euler's

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Gleichung ausgedrückt:

Wobei" ρ = Luftdichte M = Machzahl U = Geschwindigkeit sind.

Der Leistungsaufwand in dieser Kompression bedeutet einen Energieverlust, sofern diese Energie nicht zurückgewonnen wird. In einem.symmetrischen Strom, etwa wie in einer Laval-Düse oder bei einem Buseman-Doppeldecker ist der Stromfluß in der Lage» sich in einer divergierenden Sektion 65 wieder zu expandieren, wobei der zunehmende Druck eine Komponente 66, die Leistung erbringt, in der Richtung des Strömungsflusses hat, wie in Fig. 7a gezeigt. Dieses System schafft damit die Möglichkeit, die Kompressionsenergie zurückzugewinnen und sorgt dadurch für einen isotropischen Vorgang mit gleichbleibendem Energiegehalt.

Die Kräfte, die die Beeinflussung des Stromes zu einem unsymmetrischen Strom unter einer konventionellen Tragfläche 29 vollziehen, verursachen eine andauernde Freigabe eines Dralls, welcher in Form einer Stoßwelle 32 und als "Wirbelfläche 40 erscheint. Die Aufstromtragfläche 42 zwingt diese Freigabe primär in Form von dynamischen Wirbeln 38 direkt unter die Tragfläche, wo ein großer Teil dieser Energie zurückgewonnen und in Auftrieb umgewandelt wird, wie in Fig. 7b gezeigt. Der erhöhte Auftrieb erlaubt es, daß die Tragfläche in einem reduzierten Angriffswinkel 45 wirksam werden kann und damit die Asymmetrie reduziert, so daß als Resultat die Energie in Form von Schubkräften 66 in dem Ver>hältnis zu dein reduzierten Widerstand 47 zurückgewonnen wird. Dadurch ist in der Tat der Wirbel 38 in solch einer Art in dem Strahl konzentriert,

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daß er für einen Druck-Gradienten 62 sorgt, der eine untere Tragfläche wie die eines Buseman Doppeldeckers vortäuscht, vergl Fig. 1.

Dieses Auf strom-Tragflächen-System 42 wandelt in der Tat die Tragflächen-Kompressions-Energie 58 in eine Auftrieb zunähme um, was eine Reduzierung des Angriffswinkels erlaubte wodurch auch der Widerstand reduziert wird. Diese Umwandlung wird durch Benutzung der Triebwerk-Schub-Energie erreicht. Dieses sorgt für ein Expasionsfeld 59 , womit das Tragflächen-Kompressionsfeld 58 auf eine kleine Region begrenzt wird, während der negative Wirbel 38 mit dem ihm verbundenen Aufstrom 39 frei wird. Dieser Umwandlungs vor gang ist somit eine Kettenreaktion im Abwärtsstrom, bzw. in der Strom richtung, und zwar zwangsläufig durch die Kompressions/Expasions-Wechselwirkung 57 in dem abwärts gerichteten Mach-Kegel 56. Man kann dieses auch so ausdrücken, daß der negative Wirbel, der im J et -Strom frei wird, einen vorwärts gerichteten Störunge strom unter der Tragfläche einleitet, der für eime Verzögerung des gesamten Stromes im Verhältnis zu der Druckerhöhung sorgt. Dadurch daß der Wirbelstrom 38 für die Druckerhöhung 62 sorgt, wird die Anforderung für die Stromkompression 58_S hervorgerufen durch die Tragfläche und mit der ihr verbundenen Arbeit und Energie, reduziert. D.h. die Kompression der Strömung durch die Tragfläche ist auf eine geringe Flußmenge in der unmittelbaren Nähe des Vorderteiles 49 der Tragfläche begrenzt, und jede weitere Kompression wird aus ser ordentlich reduziert durch den von dem Wirbel erzeugten Druck-Gradienten 62_O Somit wird durch Umwandlung der Wirbelenergie der größte Teil der normalen Si rom-Kompression 58 und der damit verbundene Energieverlust ver mieden»

Das vordere Tragflächenteil beeinflußt den Stromfluß, um Druck im Verhältnis zur steigenden Dichte zu erzeugen. Normalerweise führt das Kompressionsfeld unter die Tragfläche und schwindet allmählich. So jedoch wird durch die Expansion 59 kusz unterhalb der Tragfläche das Meiste d

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dieses Kompressionsfeldes 58 aufgehoben. Dieser Annulierungsvorgang erfordert eise Wirbelabgabe 38 im Störungs strahl in der selben Höhe wie die Stoß - oder Schockwelle 32 den Wirbel 40 durch normalen Schwund frei gibt.

Erfinderisch ist somit; von Bedeutung, daß bei der Aufstromtragfläche 42 der Wirbel 38 in konzetrierter Form im Strahl 41 frei gegeben wird, bevor die schwachen Kompressionswellen 58 sich zu einem starken Schock 32 verbinden können. Letzteres würde sofort die Wirbelenergie in Hitze umsetzen. Der so frei gewordene Wirbel bewegt sich mit dem Düsenstrahl nach hinten unterhalb des Tragflächenmittelteiles 50. Dieses Mittelteil kann eine geringe Krümmumg aufweisen, da es ja nur den durch den Aufwind 39 zusammen mit dem Wirbel 38 hervorgerufenen Druck 62 zu verkraften braucht. Damit ist die Forderung erfüllt weitere Drehungen und/ oder Kompressionen des Stromes zu reduzieren. Das Hinterteil 51 kann die Krümmung noch weiter verringern, so daß es einen Druck an der hinteren Kante 63 der Tragfläche für glatten schockfreien Fluß hervorruft.

Dieser Vorgang gestattet sonst vergäudete Energie wieder zubenutzen und somit das Potetial für einen Zuwachs an Leistungsfähigkeit zu schaffen, während der Übersehall-Knall merklich reduziert wird. Gegenwärtige Systeme, die zusätzliche Energie aufwenden müssen um den Schall zu reduzieren, sind klar einer Leistungseinbüße ausgesetzt.

Fig. 1 zeigt die beschriebene StrömungsWirksamkeit. Es sind die Geschwindigkeit u der Wirbel-,v'und der Druck ρ aufgezeigt. Die quantitative Bestimmung des Strömungsfeldes wird in dem folgenden Teil besprochen.

Die vertikale Schwankung der Geschwindigkeit ύ bezogen auf das Geschwindigkeits-Diagramm 55 zeigt den Wirbel-Strömungs-Effekt, in dem die Geschwindigkeit in dem oberen Teil des Strahles 53 und unter der Tragfläche reduziert wird. Dieses im Vergleich zu dem Geschwindigkeitszu-

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wachs in dem unteren Teil des Strahles 54. Die starke Gesch Y/f'n al tjKeif£·*■ minderung 67 an der unteren Grenze 68 des Strahles ist auch gezeigt, ebenso wie die erhöhte Geschwindigkeit 69 unter dem Strahl, hervorgerufen durch den Wirbelzuwachs in der Störungswelle. Zum Vergleich ist das übliche Geschwindigkeits-Diagramm gestrichelt eingezeichnet.

Das Wirbelprofil iQ 38 zeigt die Kozentration der Wirbel in dem oberen Teil des Strahles 53. Dieses Profil ist konsistent mit dem höheren Geschwindigkeits-Gradienten 55 in dieser höheren Region. Weiter ist der Wirbel 38 negativ und somit mit dem Aufstrom 38 verbunden, wie in Fig. 1 gezeigt. Das Druckprofil ρ 62 zeigt den vertikalen Druck-Gradienten durch den Strahl und im Einzelnen die Zunahme des Druckes in dem oberen Teil 53 des Strahles. Der geringe Druckanstieg 71 unterhalb des Strahles, hervorgerufen durch den Wirbelaufstrom 39» ist stark liniert eingezeichnet, während das übliche Profil 72 gestrichel gezeichnet ist.

Die gestrichelten und starken Linien in der Seitenansicht der Fig. 1 zeigen einen generellen weiteren Vorzug, den negativen Wirbel 38. Ohne diesen Wirbel 38 würde der Strahl viel weiter durch den Druck des Flügels heruntergedrückt werden. Die äußere Unter strömung des Strahles würde dann wiederum noch mehr von der größeren Abwärtsdeflektion abhängig sein. Diese größere Abwärtsdeflektion ist mit höherem statischen Druck verbunden ( größere Kompression ) und mit größerem Geschwindigkeitsnachlassen ( veranschaulicht durch die gestrichelten Linien von Druck und Geschwindigkeit ). Daher begrenzt oder reduziert der Wirbel in dein Strahl das durch das Heben der Tragfläche produzierte Kompressionsfeld. ' .

Der Wirbelvorgangs der für einen außerordentlichen vertikalen Geschwindigkeits-Gradienten 55 in dem Strahl sorgt, steigert den Vorgang und die Übertragung der Strahlenergie des Stromflusses im Zwischenraum 73 zwischen Strahl 41 und Tragfläche 42 und sorgt somit an der Trägflächenunterseite 61 selbst für den. steigenden Druck 62, hervorgerufen durch

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den Wirbelvorgang im. Strahl. Die Energie des Zwischenraumes in der gegenwärtigen Tragflächenbegrenzung verschafft eine Strahlenzunahme, die weiter die antreibende Leistungsfähigkeit des Systemes erhöht.

Wie in Fig 6 gezeigt, sorgt die, durch die Strahlenausdehnung 41 erzeugte aufwärts gerichtete Schockwelle 74 für einen steigenden Druck auf die vordere obere Fläche 75 der Tragfläche, und zwar relativ zu dem freien Druck des Stromflusses. Jedoch erfährt die untere Fläche 61 der Tragfläche dieselbe Drucksteigerung durch den Schock und deshalb ist der Unterschied in dem Druck für den Auftrieb 46 unverändert. Diese Schockwelle oberhalb der Tragfläche vermindert sich schnell durch das nach oben gerichtete Ausdehnungsfeld 76 von der vorderen oberen Fläche 75 und deshalb ist der Energieverlust dieses Strömungsfeldes oberhalb der Tragfläche gering. Der erhöhte Druck, der sich durch den Aufstrom 39 unter der Tragfläche 42 entwickelt, macht es der Tragfläche möglich, mit einem reduziertem Angriffswinkel 45 zu wirken. Deshalb wird wegen desselben Auftriebes die Wider Standskraft 47 reduziert. Das Drallmornent 60 hat,durch die Tragfläche verändert, dieselbe Kraft wie der positive Wirbel 77, der den positiven Auftrieb erzeugt. In Übereinstimmung mit der Thomson Theorie und mit ihrer Freigabe in Form eines dynamischen Wirbels, hauptsächlich im Strahl 41 konzentriert., wird die Aufwärts strömung 39_S die unter der Tragfläche erzeugt wird, als ein oberer Aufprall der Abwärtsströmung 31 erscheinen. Das Strömungsfeld unter der Tragfläche ist dann vorn und hinten symmetrisch und die Tragfläche kann mit genügender Krümmung versehen werden, um somit durch den Strom 44 zu ermöglichen, daß die resultierende Kraft 46 vertikal auf die Tragfläche geführt ist. In diesem begrenzten Maße würde dieses den Null-Wellen-Widerstand repräsentieren und sich somit der Unterechall kondotion nähern.

- 19 znQft^ft/n3ß7 ORIGINAL-INSPECTED

Die durch den beschriebenen Wirbelkonzentrationsvorgang erreichte quantitative Bestimmung der Leistungsverbesserung erfordert eine mathematische Formulierung des Strömungsfeldes. Nach dieser Formel kann der Strom in dem Strahl unter den beschriebenen Voraussetzungen mathematisch errechnet werden und durch Momentengleichungen zusammen mit geeigneten Grenzkonditionen, die die Tragfläche repräsentieren und ursprünglichen Kondisionen_s die die Strahlencharaktere repräsentieren, ausgedrückt werden . Im einzelnen können die Momentgleichungen mit der Zustandsgieichung verbunden und nach Druck im Sinne des Gesclrwindigkeitsfeldes aufgelöst werden, einschließlich hinsichtlich der Wirbel dieses Feldes.

Eine ungefähre Analyse hat eine einfache Schätzung der Leistungsverbesserung erbracht, indem man demonstriert, daß der Druck in einem nicht einheitlichen Strömungsfeld unter der Tragfläche sich wie folgt ergibt:

/W V Pin

P 3= Druck im Botationsströmungsfeld

P. = Druck im Nicht-Rotati ons strömunesfeld

irr ^ö

M = Machzahl

= Gaskonstante

" = Schallgeschwindigkeit

= T ragflächen spannlänge

= Wirbel

= Tragflächenangriffswinkel

sind., -

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•JLO-

Dieser Ausdruck bezeichnet den Druck 62/71 in einem Rotationsfeld im Sinne des Druckes 72 in einem unregelmäßigen Feld. Das letztere kann eindeutig in einfachen Fällen durch eine lineare Theorie bestimmt werden und es kann somit durch den konzentrierten Wirbel in dem Strahl der obige Ausdruck die Modifikation des Druckes zeigen. Das Exponential einschließlich der Machzahl zeigt, daß der Anstieg des Druckes infolge Rotation als nicht komprimierter Fluß schwindet, andererseits aber mit der Machzahl ansteigt. Physikalisch betrachtet, kann dieses als Reflektion der effektiven Wirbelbildung auf dem abwärts gerichteten Mach-Kegei einer Wirbelquelle gesehen werden, wodurch der Störungsfluß begrenzt wird auf einen Aufwind infolge des negativen Wirbels. Der negative Wirbel 38 selbst erscheint in der Exponentialform, das bedeutet, daß der Druck stark mit der Kraft des Wirbels ansteigt.

Für Flüge in konstanter Höhe bleibt auch der Druck bzw. der Auftrieb konstant, und zwar im Verhältnis zum Fluggewicht. Es wird somit der steigende Druck 62/71 benötigt, um den Angriffswinkel 45 mit einer korrespondierenden Widerstandskraft 47 zu benutzen. Die zugehörige Reduktion der Tragfiächendruckkraft 47 entsteht durch den reduzierten Angriffswinkel 45 und kann benutzt werden zur Verbesserung der Auftriebs/Wider stand sr elation auch für große konventionelle Flugzeuge, wo der Widerstand aufgrund des Auftriebes etwa die Hälfte des Gesamtwider standes beträgt. Die Verbesserung der Auftriebs/Widerstandsrelation hervorgerufen durch den komprimierten Wirbelaufwind wird nachfolgend in einer Formel dargestellt:

- 21 -

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AL INSPECTED

Diese Formel ist in Fig. 8 näher ausgeführt, wo die Auf Stromtragfläche SST hinsichtlich der Auftriebs/Widerstandsrelation zu einer konventionellen Auftriebs/Widerstandsrelation als eine Funktion der Wirbelkonzentration im Düsenstrom gezeigt ist. Die Fig,, zeigt einen sehr günstigen Trent in der Nachbarschaft von kleinen Wirbeln, wobei die größte Verbesserungsleistung gegeben ist. Dieser Zuwachs ist nicht abhängig vom Wechsel der Machzahl im interessierenden Wirkungsbereich. Fig. 8 zeigt, daß die Auftriebs/Widerstandsrelation (L/D),sofern notwendig, durch Konzentrierung annähernd auf die Hälfte des Drallmomentes in Form des dynamischen Dralls 38 im Jetstrom 41 unter der Tragfläche 42 hinsichtlich seines Wertes verdoppelt werden kann. Die Wider stands verminderung hervorgerufen durch die Wirbelkonzentration im Auf Stromvorgang muß korrespondieren mit der Verringerung der Energie, soweit diese in dem Sog freigeworden ist.

Die Geschwindigkeits- und Druck-Darstellungen unter der Tragfläche werden in Fig. 1 gezeigt. Diese jeweiligen Darstellungen 55 und 62 sind notwendigerweise umgekehrt, da der Strahl durch einen Krümmungspunkt an der hinteren Kante der Tragfläche 63 fließt. Die Wirbelform 38 bleibt unverändert und reflektiert den Wirbel, der von der Tragflächenkompressionswelle 58 freigegeben ist. Die hintere Tragflächenkante kann zurückgebogen werden, um dadurch etwas Schub zurückzugewinnen, aber noch besser, um einen Verlust des Auftriebes zu vermeiden. Auf jeden Fall.wird der höhere Druck in den oberen Teilen des Strahles diese Region veranlassen, sich anfänglich aufwärts auszudehnen wie Position 78 in Fig. 9a zeigt.

Sobald der Strahl unter der hinteren Kante der Tragfläche vorbeigestrichen ist, erfährt er ein kleines Axialmoment, wodurch eine hohe antreibende Leistungsfähigkeit entsteht und ein relativ großes konzentriertes Rotationsmoment 38 erreicht wird, und zwar durch den Trag-

- 22 -ι λ«%λολ ι ι\ *\ t> η

ORIGINAL INSPECTED

flächenkompressionsprozeß 58. An dem hinteren Teil der Tragfläche erreicht der Strahl eine doppelte Charakteristik hinsichtlich der Klappe, die als Strahlklappe -wirkt durch das Axialmoment und als Wirbelklappe durch das Rotationsmoment. Gewöhnlich wird die Strahlenklappe in der Charakteristik infolge des Axialmomentes nur auf eine relativ kurze Distanz ausgefahren, bis der Stromfluß in die Horizontale abgelenkt ist. Jedoch im Hinblick auf die gleichzeitige Verwendung als Wirbelklappe abhängig vom Rotationsxnoment sind unabhängig von der Strahlenkrümmung, hervorgerufen durch das Axialmoment, Ausschwenkungen größerer Länge der Wirbelklappe erforderlich.

Der Wirb.elklappenvorgang kann ähnlich betrachtet werden wie ein bekannter Rotationszylinder, gezeigt in Fig. 9a. Hierin ist der konzentrierte Wirbel in dem Strahl nachgebildet als Form einer unter dem hinteren Ende der Tragfläche auftretenden Serie von Rotati ons zylindern. Man kann dieses analog vielleicht vergleichen mit der unsymmetrischen Hälfte einer Karman Wirbelstraße. Jeder solcher Rotationszylinder 79 führt zu einer höheren Geschwindigkeit des Strahles 41 und würde dann einen positiven Druck 20 an seiner unteren Seite 68 und einen negativen Druck 81 an seiner oberen Seite 82 durch den Außenstrom hinter dem Zylinder entwickeln, welcher entsteht durch die Differenzwirkung in der Axialgeschwindigkeit des Stromes zu dem Außenstrom. Diesel' Geschwindigkeitsunterschied wird in einem Koordinatensystem für den Strahl dargelegt, wie Fig. 9a zeigt. Auch unter Bezugnahme auf Fig. 9b rnit einem gebräuchlichen Koordinatensystem für die Tragfläche werden die Besonderheiten der Wirbelklappe gezeigt, und zwar mit dem positiven Druck 80 auf der Unterseite des Jetstromes, wobei der äußere Fluß entgegen der Richtung der Rotationszylinder hinsichtlich ihrer Drehrichtung verläuft und der negative Druck 81 auf der Oberseite, wo der äußere Fluß in der gleichen Richtung, wie der der Rotationszylinder, verläuft.

ΑΠ<383β /Ω387 OR!GI!N!Al INSPECTED

Die entwickelte Kraft an der Wirbelklappe 64, dargestellt in Form der Rotations zylinder j ist natürlich tätsächlich durch den Druckgradienten in dem Strahl selbst entstanden. Diese Druckgradienten entstehen aus einer abgeleiteten Geschwindigkeit und dem Druck des Strahles, so wie es von der hinteren Kante der Tragfläche 63 abgeleitet wird. In Wirklich keit können diese Gradienten und die detaillierten inneren Druckgradientenvorgänge nur bestimmt werden durch eine numerische Lösung. Die hier dargestellt Analogie ist nur der Einfachheit halber gewählt worden. Die lange effektive Tragflächen-Gurtung (Tragflächensehnung) durch den Wirbelklappenvorgang, wie oben beschrieben, ist in Fig. 10 gezeigt. Die Wirbelklappe ist mit einer konventionellen Tragfläche und einem konventionellen Tragflächen/Strahlen-Klappen-System verglichen unter der Voraussetzung eines gleichen totalen Auftriebes und gleicher Tragflächen-Gurtung bzw» Sehnung.

Fig. 10a zeigt die Angriffswinkel einer einfachen flachen Tragfläche 83, einer Tragfläche-, die einen reduzierten Angriffswinkel besitzt und die eine konventionelle Axial-Momenten-Klappe 84 hat, so daß die effektive Tragflächen-Gurtung bzw. Sehnung um einen relativ geringen Betrag steigt. Ferner eine Tragfläche mit einem sogar noch kleineren Angriffswinkel verstärkt durch eine Rotations -Mom ent en-Wirb el-Klappe 85, die eine relativ lange Gurtung oder Sehnung besitzt.

Fig« 10b zeigt die korrespondierende Druckverteilung am untersten Ende des Strahles für die drei Tragflächen-Systeme der Fig. 10a. Die Krümmung 83 hat den höchsten Druck entsprechend zu der kürzesten Gurtung bzw. Sehnung. Die Krümmung 84 zeigt den reduzierten Druck entstanden durch die zunehmende effektive Sehnung der Strahlen-Klappe, jedoch stark abwärts fallend. Die Krümmung 85 zeigt den weiter reduzierten Druck entsprechend der längeren effektiven Gurtung/Sehnung der Wirbel-Klappe., die langsam abwärts gerichtet ist. Die Fläche unter

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jeder der drei Krümmungslinien muß natürlich mit dem Gewicht des Flugzeuges übereinstimmen.

Dieses Aufstromsystem begründet eine Doppel-Tragfläche. Der Wirbel wird in erster Linie unter der Tragfläche wirksam, um einen steigenden Auftrieb bei reduziertem Angriffswinkel zu erzielen, und zweitens um hinter der Tragfläche für eine Unterstützung der Wirbel-Klappe zu sorgen. Der Wirbel wird erzeugt oder freigegeben infolge der Wechselwirkung des expandierenden Strahles mit der unsymmetrischen Tragflächen-Kornpression, der Wirbel wird durch den Vorgang hinter der Tragfläche, der länger dauert als der Axial-Momenten-Effekt, ausgedehnt, wie durch den Drehzylinder-Vergleich dargestellt.

Die Basis eines normalen Antriebs-Systems für die Aufs tr om-Technik ist identisch mit der eines konventionellen Systems und deshalb können konventionelle Gas-Turbinen 86 benutzt werden.

Da ist natürlich noch eine weitere Bedingung, nämlich die einer seitlichen-Ver zweigung 87, um für den ausgebreiteten Strahl zu sorgen, wie in Fig. 11 gezeigt wird. Diese Verzweigung bietet die Möglichkeit für eine funktionierende Integration. Zum Beispiel kann ein doppelter Zweck erreicht werden, wennäußere 31as-Klappen bei dem Start und möglicherweise für das Nachbrennen beim -Reiseflug vorgesehen sind»

Im Bedarfsfall ist die Installation, von besonderen Gebläsen 86, deren heiße Auspuffgase direkt freigegeben werden vorteilhaft, da die Gebläseluft als ausgebreiteter Strahl 41 ausgenutzt wird. Dieses wiederum mit relativ hohem Druck über'die gesamte Fläche verteilt und durch eine konvergierende/divergierende Düse 52 ausgestoßen. Solch ein System rt'.t't eine größere Massenbewegung hervor und somit eine höhere Antriebsleistung. Außerdem ist diese Gebläseluft trocken, womit eine

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.ruhigere Auftriebs zunähme während des Startes zu erreichen ist, mit Hilfe einer fernbedienten Nachverbrennung.

Eine weitere Möglichkeit ist der Gebrauch einer zweidimensionalen Stoßdüse für den Reiseflug. Eine solche Anordnung benötigt konventionelle Gas-Turbinen-Rotationsmaschinen für den Start und das Steigen. Beim Reiseflug laufen die Rotationsmaschinen 86 leer und deshalb ist keine ausgebreitete Führungsanlage notwendig wegen des durch den Untertragflächen-Stoß-Strahles erreichten Schub. Wird die Stoßdüse nur auf den Reiseflug beschränkt, so wird der Nachbrennlärm auf Flughäfen während des Rollens, des Startens und des Steigens ausgeschlossen. Die Lage der ausgedehnten Vielfältigkeit 87 oder der Stoß-Düsen-Struktur an der führenden Kante 48 der Tragfläche gestattet den weiteren Gebrauch als führende Kanten-Klappe, um für eine Zunahme der Tragfläche und Flügelwölbung bei Start und Landung zu sorgen.

Der Auf Stromvorgang ist auf Reduzierung des Energieverlustefe und des Widerstandes der zweidimensionalen Tragflächen-Charakteristik gerichtet. Sofern dieses Ziel erreicht ist, ist es nicht erforderlich,einen extremen Bereich vorzusehen, um eine dreidimensionale Widerstands-Erleichterung zu erzielen. Daher wird die mit extremen Schub verbundene betriebliche Erschwernis vermieden und der praktischen, leistungsfähigen Schub-Konfiguration Vorzug gegeben, wie in Fig. 11 gezeigt.

Die Anordnung bildet dementsprechend einen Kompromiß von Vor- und Nachteilen, die hier wie folgt aufgezählt sind: 1. Vorteile

a. Doppeltes Auftrieb/Widerstandverhältnis beim Reiseflug i. größere Reichweite, Nutzlast und Höhe

ii. niedrigere Kosten pro Sitzmeile

b. weit reduzierter Über schalknall

c. weniger Schub

i. erhöhte Spannweite und'Flügelstreckung "

ii. geringer Widerstand

iii. mehr Leistungsauftrieb für gleichen Kraftstoffverbrauch

iv. erhöhter Auftriebskoeffizient beim Starten

d. erhöhte Auftriebs-Kurven-Neigung

i. weniger krasse Bodenauswirkung

ii. keine gesenkte Bugnase

iii. kürzeres vorderes Buggetriebe

iv. weniger Rumpfneigung beim Steigen

e. verbesserte Antriebsleistung

f. ausgebreiteter Trocken-Strahl beim Start
i. Blas-Klappen-Auftriebs-Zunahme
ii. reduzierter Seitenlärm

2. Nachteile

a. erweiterte Bauweise für die Düsen.

Fig. 11 vergleicht die obengenannten charakteristischen Merkmale einer Aufsfrom-Tragfläche mit einer konventionellen Tragfläche. Das Aufstrom-System, ist im allgemeinen gleichzusetzen mit großer Flügelstreckung, geringerem Schub, Unterschalltransport und unter der Tragfläche 42 und vor der Tragfläche 42 angebrachten Antrieben 86 mit einer ausgebreiteten Düsenwirkung 87.

Der sich nach hinten ausdehnende, abwärts gereichtete Druckfluß durch den Auffetromvorgang korrespondiert mit einer großen Veränderung des gesamten Strömungsfeldes. So wird die starke Schockwelle 32s , die den Ultraschall-Knall 88 auf der Erde hervorruft, in ihrer Wirkung sehr abgeschwächt (32w) durch eine längere Gurtungs/Sehnungs-Reduzierung des Winkeltragflächensysteme s, hervorgerufen durch den Wirbelklappenmechanismus 85, der den Druck abwärts verteilt mit der Folge eines reduzierten Überschallknalls 89j wie in Fig. 5 gezeigt.

Die Konzentration des Überschalldrehmomentes in Form eines Wirbel bei erreichter Flughöhe ergibt in anderen Höhen eine Verbesserung des Verbrennungsproduktes vom Flugzeugmotor 86 und zeigt somit die Tendenzjdas Verunreinigungsprodukt zu reduzieren. Dies ist ein anderer Weg, vergeudete Energie wieder zu benutzen, um einen brauchbaren Zweck zuzuführen.

Die bevorzugte Art und Weise der Anwendung dieser Erfindung, die beschrieben und dargestellt worden sind, beschränken die Erfindung nicht allein darauf.

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Claims (8)

-W- Patentansprüche

1. j Flugzeugtragfläche für Überschallgeschwindigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element der Tragflächenunterseite einen positiven Angriffswinkel in Bezug zur Flugrichtung besitzt und mit einer Düse bestückt ist, die einen Überschallstrornfluß unter das Tragflächen element ausstößt.

2. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Teil des Tragflächenelementes einen relativ kleinen "Winkel besitzt.

3. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflächenelement einen negativen Winkel besitzt.

4. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflächenelement eine abwärts gerichtete konkave Krümmung aufweist.

5. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet·, daß die Düse unterhalb des Tragflächenelementes im Abstand angeordnet ist, so daß zwischen Düsenstrahl und Tragfläche eine Luftschicht verbleibt.

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6. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet , daß der Düsenstrahl mit einem Druck größer als der atmosphärische ausgestoßen wird.

7. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 Ms 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Düse so angeordnet ist, daß sich ein Strahlfluß zur Vertikalen geneigt ergibt.

8. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Tragflächenelement in einem relativ kleinen Winkel angeordnet ist,

eine Düse unter dem Tragflächenelement in einem solchen Abstand wirksam ist, daß eine Luftschicht zwischen Düsenstrahl und Tragflächenelement verbleibt,

die Düse so angeordnet ist, daß der größer als Atmosphärendruck austretende Strahl zur Vertikalen abwärts geneigt austritt.

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