DE4140863A1 - Hochgeschwindigkeits-luftschleppsack aus textilem material mit reduziertem aerodynamischen schleppwiderstand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochgeschwindigkeits-Luft­ schleppsack aus textilem Material mit reduziertem aero­ dynamischen Schleppwiderstand, mit einer frontseitigen Lufteintrittsöffnung und wenigstens einer heckseitigen Luftaustrittsöffnung.

Derartige Luftschleppsäcke, die gewöhnlich aus natur- oder kunsttextilem Material bestehen, dienen als von einem Flugzeug nachgeschleppte Luftschleppziele, die für das Übungsschießen auf fliegende Ziele benutzt werden, wobei eine in das Schleppziel eingebaute Trefferlagesen­ sorik den Passageort vorbeifliegender Geschosse erfaßt und als Trefferanzeige am Erdboden zur Anzeige bringt. Neben sogenannten weichen Schleppzielen aus textilen Ma­ terialien sind auch sogenannte harte Schleppziele ge­ bräuchlich. Letztere sind als starre Schleppkörper ausge­ bildet.

Die bekannten weichen Schleppziele sind vorwiegend Schlepp­ säcke der gattungsgemäßen Art, die durch den Staudruck der anströmenden Luft aufgeblasen und formstabil gehalten wer­ den und gegenüber Schleppkörpern Kostenvorteile bieten so­ wie eine größere Sicherheit gegen Schäden beim Aufschlag abgeschossener oder abgerissener Schleppziele, die diese am Boden verursachen könnten.

Der Nachteil der Luftschleppsäcke gegenüber den Schlepp­ körpern besteht darin, daß sie keine Möglichkeit bieten, Rauchpatronen mitzuführen, die nach Fernzündung das Schleppziel markieren. Die eindeutige Sichtbarkeit eines Zielkörpers ist jedoch eine unverzichtbare Sicherheitsfor­ derung, um eine Verwechslung des Schleppzieles mit dem Schleppflugzeug unter allen Umständen auszuschließen. Da­ her müssen Luftschleppsäcke zur Erzielung einer ausrei­ chenden Sichtbarkeit und damit Unterscheidungsfähigkeit in wesentlich größeren Abmessungen hergestellt werden als Schleppkörper. Diese relativ großen Abmessungen haben je­ doch den Nachteil des erhöhten Luftwiderstandes, der bei gegebener Schleppgeschwindigkeit in der Regel zehn bis zwanzigmal größer ist als derjenige von Schleppkörpern. Der Schleppwiderstand ist aber maßgeblich für die maxima­ le Einsatzgeschwindigkeit eines Schleppzieles, da die Zug­ festigkeit der Schleppseile und die Triebwerksschubkraft­ reserven des Schleppflugzeuges Leistungsgrenzen besitzen.

Der hohe Schleppwiderstand bisher gebräuchlicher Schlepp­ säcke kommt aber nicht nur durch deren große Dimensionen zustande, sondern auch durch die aerodynamisch ungünstige Formgebung und Strömungsführung. Diese Formgebung ist da­ durch gekennzeichnet, daß die in etwa kreiszylindrischen Schleppsäcke vorne offen und am hinteren Ende nach Art eines Zylinderbodens flach abgeschlossen sind. Die Anströ­ mung dringt in die Frontöffnung, die durch zahlreiche gleich-lange Schnüre, die sogenannte Spinne, senkrecht zur Anströmung offengehalten wird, ein und bläst den Schlepp­ sack durch den Staudruck auf. Die Zugschnüre sind zum Schleppseil hin gebündelt und mit diesem durch eine Seil­ kupplung verbunden.

Bei dieser praxisüblichen Bauart der Schleppsäcke entste­ hen im Frontbereich sowie am Heck erhebliche Luftturbu­ lenzen, die die wesentliche Ursache des hohen Schleppwi­ derstandes sind. Insbesondere kommt es an der nahezu senk­ recht zur Sacklängsachse stehenden heckseitigen Bodenwand zu Strömungsabriß und Verwirbelung über die gesamte Flä­ che.

Bei der gebräuchlichen Verwendung einer akustischen Tref­ fersensorik im vorderen Schleppsackbereich ist es erfor­ derlich, die frontseitigen Luftturbulenzen und damit die akustischen Störgeräusche zu vermindern. Dies wird mit Hilfe eines Kranzes relativ kleiner, radialer Löcher in der hinteren Sackwand erreicht, durch die ein Teil der Anströmung hindurchtritt, so daß die frontseitigen Turbu­ lenzen vermindert werden. Das seitliche Ausblasen der Luft aus diesen Löchern vergrößert zwar den Schleppwiderstand, wirkt sich jedoch vorteilhaft auf die Fluglage-Stabilität aus, da solche Schleppsäcke als Folge unsymmetrischer Her­ stellungstoleranzen gewöhnlich um ihre Längsachse rotie­ ren. Diese Rotation ist wegen der laufend wechselnden Orientierung und betriebswidrigen seitlichen Anströmung der akustischen Treffersensoren jedoch unerwünscht.

Man hat nun festgestellt, daß Schleppsäcke mit dem genann­ ten seitlichen, heckseitigen Lochkranz langsamer rotieren als ohne einen solchen Kranz, weil die seitlich austreten­ den Luftstrahlen eine rotationsdämpfende Wirkung haben. Das Problem des zu großen Luftwiderstandes wird jedoch auch mit solchen Schleppsäcken nicht gelöst, da die Schleppsackab­ messungen etwa so groß bleiben müssen wie bei Säcken ohne Hecklochkranz.

Zwar ist es gelungen, eine rotationsdämpfende Wirkung da­ durch zu erhalten, daß die Schleppsackform von vorne nach hinten leicht konisch aufgeweitet ist, wodurch sich jedoch der Luftwiderstand noch vergrößert und die Herstellung solcher konisch ausgebildeten Luftsäcke im Hinblick auf die Anforderungen bezüglich Genauigkeit und Symmetrie Pro­ bleme aufwirft, da solche Schleppsäcke aus trapezförmigen Textilstoffzuschnitten zusammengenäht werden, wobei sich regelmäßig nicht-parallele Webfaserverläufe entlang den Nähten ergeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, den Luft­ schleppsack, der besonders für Hochgeschwindigkeitsanwen­ dungen geeignet sein soll, hinsichtlich seiner Formgebung so zu verbessern, daß bei gegebener Schleppgeschwindigkeit ein verminderter Schleppwiderstand erreicht wird, gleich­ zeitig jedoch eine Lagestabilisierung dieses Sackes um die Längsachse.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Heckteil des Schleppsackes eine sich zum Sackende hin ver­ jüngende Kontur aufweist und daß die Gesamtfläche der heck­ seitigen Luftaustrittsöffnung kleiner ist als die Quer­ schnittsfläche der frontseitigen Lufteintrittsöffnung.

Die Lösung dieser Aufgabe geht von der Beobachtung aus, daß es bei sehr hoher Fertigungsgenauigkeit des Schlepp­ sackes möglich ist, diesen durch ein Massependel, bei­ spielsweise die Anordnung der Treffersensor-Elektronik in der Schleppsackwand und damit in exzentrischer Lage, weit­ gehend lagestabil zu halten und auf den üblichen radialen Hecklochkranz vollständig oder teilweise zu verzichten und statt dessen ein oder mehrere axial orientierte Durchström­ löcher im Schleppsackheck anzuordnen, wodurch die Wider­ standserhöhung durch radiale, seitliche Luftausblasung er­ heblich verringert oder im Grenzfall vollständig vermieden wird.

Voraussetzung für die Formstabilität des Schleppsackes ist, daß die Gesamtfläche der heckseitigen Luftaustritts­ öffnungen kleiner ist als die frontseitige Lufteintritts­ öffnung des Schleppsackes. Ist diese Bedingung nicht er­ füllt, so treten betriebsstörende Flatterbewegungen der Schleppsackwände auf, die den Schleppwiderstand und die akustischen Störgeräusche sprunghaft erhöhen und durch örtliche mechanische Überbeanspruchung des textilen Mate­ rials zur Zerstörung des Schleppsackes führen können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsvorschlags sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch eine konvergente, d. h. sich verjüngende Formgebung des Heckteils des Schleppsackes wird ein widerstandsver­ größernder Strömungsabriß vermieden. Dabei wird die Durch­ strömung der axial orientierten Luftaustrittsöffnungen be­ nutzt, um durch den auftretenden Staudruck die beispiels­ weise konische Form des Schleppsackhecks formstabil zu halten. Die turbulenzarme Geradeausführung der Durchströ­ mung des Sackes ermöglicht in diesem Zusammenhang eine abriß- und wirbelarme Zusammenführung der austretenden Luft mit der Umströmung des Sackes im Heckbereich.

Die mit der gekennzeichneten Konstruktion des Luftschlepp­ sackes angestrebte Wirkung durch eine besondere Gestaltung des heckseitigen Durchströmöffnungsquerschnitts läßt sich sowohl mit einem einzigen axialen Loch kreisförmigen Um­ risses jedoch auch anderer Formgebung erhalten. Auch ist eine Anordnung mehrere Löcher geeignet. Des weiteren kann eine größere Lochfläche durch ein netzartiges Gewebe oder Geflecht in zahlreiche Einzellöcher unterteilt werden.

Die sich zum Schleppsackende hin verjüngende Kontur läßt sich zweckmäßigerweise durch eine konische oder rotations­ elliptoidische oder sphärische Konfiguration verwirklichen. Mit zunehmend schlankerer Verjüngung des Schleppsackhecks vergrößert sich jedoch die Gefahr von Flatterbewegungen des textilen Materials am Heckende als Folge der abfallen­ den Differenz zwischen lokalem Innen- und Außendruck. Als Folge solcher Flatterbewegungen ergeben sich periodische Veränderungen des Durchströmquerschnitts, die die Flugsta­ bilität, den Schleppwiderstand und den akustischen Störge­ räuschpegel nachteilig beeinflussen. Zur Vermeidung sol­ cher Flatterbewegungen läßt sich der Luftaustrittsöffnungs­ querschnitt durch einen starren Ring formstabilisieren, der mit dem textilen Schleppsackheck fest verbunden, bei­ spielsweise eingenäht ist, und zur Vermeidung seitlicher Schwingungen mittels Spannbändern an der Schleppsackwan­ dung abgespannt werden kann.

Zur Erzielung einer hohen Fertigungsgenauigkeit und -sym­ metrie wird der Schleppsack vorzugsweise in genau zylind­ rischer Form gefertigt. Auf diese Weise ist es möglich, über den ganzen Umfang des Schleppsackes eine parallele Hauptwebfaserrichtung des textilen Stoffes konstant beizu­ behalten und Nahtverziehungen infolge schrägen Faserver­ laufs entlang von Schleppsacknähten auf ein Minimum zu be­ schränken.

Ein solcher Schleppsack bietet den Vorteil der Pendelsta­ bilisierbarkeit der Fluglage, d. h. der außeraxialen An­ ordnung der Treffersensor-Elektronik in der Schleppsack­ wandung und eines dennoch verminderten Schleppwiderstan­ des infolge weitgehend umlenkungs- und turbulenzarmer Luftführung. Falls eine genaue zylindrische Bauform ge­ wählt wird, läßt sich der zusätzliche Vorteil einer ein­ facheren Fertigung erzielen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines zylindri­ schen Schleppsackes mit sich konisch verjüngender Kontur des Heckteils und einer axialsymmetrischen Luftaustrittsöffnung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer schwingungs­ verhindernden Abspannung eines starren Rings am Heckteil des in Fig. 1 gezeigten Luftschleppsackes, und

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines konisch ge­ formten Luftschleppsackes mit einer rotations­ elliptoidischen Kontur des Heckteils und mehreren auf einem Kranz axialsymmetrisch angeordneten Luft­ austrittsöffnungen am Heckteil.

Der in Fig. 1 dargestellte zylindrische Schleppsack 1 ist mit einem konischen Heckteil 2 versehen, an dessen Ende sich eine Luftaustrittsöffnung 9 befindet, die mechanisch durch einen starren Ring 12, dessen Anordnung aus Fig. 2 ersichtlich ist, verstärkt ist. Der Schleppsackzylinder 1 wird mit Hilfe von Zugschnüren 3, die an seinem frontsei­ tigen, mit der Lufteintrittsöffnung versehenen Ende angrei­ fen und die sogenannte Spinne bilden, gezogen. Diese Zug­ schnüre 3 laufen an einer Seilkupplung 4 zusammen, die die Verbindung zu dem von einem Schleppflugzeug gezogenen Schleppseil 5 herstellt. Durch den Staudruck der Luftan­ strömung 6 wird der Schleppsack aufgeblasen und bildet die frontseitige Lufteintrittsöffnung 7.

Am Heckteil des Luftschleppsackes strömt der größte Teil der Luftanströmung als Umströmung 8 um die Außenwand des Schleppsackes herum und verbindet sich wirbelarm mit der richtungsparallelen Durchströmung 10, die aus der Luft­ austrittsöffnung 9 entweicht. Zur Pendelstabilisierung einer konstanten Fluglage um die Längsachse befindet sich die Treffersensor-Elektronik in außeraxialer Anordnung 11.

Fig. 2 zeigt die schwingungsverhindernde Abspannung eines starren Ringes 12 in der Luftaustrittsöffnung mittels Zug­ schnüren oder -bändern 13, die durch Befestigungselemente 14, beispielsweise Ösen, an der zylindrischen Schleppsack­ wand 1 befestigt sind. Lage und Form des konischen Heck­ teils 2 werden durch diese Abspannung stabilisiert.

Die in Fig. 3 gezeigte andere Ausführungsform des Luft­ schleppsackes weist anstelle einer zylindrischen eine ko­ nische Konfiguration 17 auf, bestehend aus einem praktisch luftundurchlässigen textilen Material. Das Heckteil 15 be­ sitzt keine sich konisch, sondern rotationselliptoidisch verjüngende Kontur 16. Die durch die frontseitige Luftein­ trittsöffnung 19 in den Sack einströmende Luft staut sich im Sackinneren und tritt durch mehrere axialsymmetrisch angeordnete Luftaustrittsöffnungen in Form der Löcher 18 in der Sackwandung im hinteren Drittel der sich verjüngen­ den Kontur 16 aus. In diesem Bereich weist der Luftsack einen halb luftundurchlässigen Boden 20 auf.

Zumindest im Falle der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht der Luftschleppsack aus einem textilen Material, dessen Hauptwebfaserrichtung in axialer Richtung verläuft.

Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 1 als auch nach Fig. 3 ist darüberhinaus die Bedingung erfüllt, daß die Gesamtfläche der Luftaustrittsöffnungen 9, 18 kleiner ist als die Querschnittsfläche der frontseitigen Lufteintritts­ öffnungen 7, 19.

Durch die konvergente, sich verjüngende Kontur 15 des Heckteils des Schleppsackes wird die Turbulenz der Luft­ strömung im Heckbereich und damit der Luftwiderstand deutlich reduziert und damit die Einsatzfähigkeit des Schleppzieles erheblich verbessert. Diese Einsatzfähig­ keit wird durch die Zugfestigkeit der Schleppseile und die Triebwerksschubreserven bzw. den Kerosinverbrauch des Schleppflugzeuges, Größen also, die vom Schleppwi­ derstand abhängig sind, wesentlich mitbestimmt.

Claims (17)

1. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack aus textilem Material mit reduziertem aerodynamischen Schleppwider­ stand, mit einer frontseitigen Lufteintrittsöffnung und wenigstens einer heckseitigen Luftaustrittsöffnung, da­ durch gekennzeichnet, daß das Heckteil (2, 15) des Schleppsackes (1, 17) eine sich zum Sackende hin verjüngende Kontur (16) aufweist, und daß die Ge­ samtfläche der Luftaustrittsöffnungen (9, 18) kleiner ist als die Querschnittsfläche der frontseitigen Luft­ eintrittsöffnung (7, 19).

2. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich verjüngende Kontur (2) konisch ausgebildet ist.

3. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich verjüngende Kontur (16) rotationselliptoidisch ausgebil­ det ist.

4. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich verjüngende Kontur sphärisch ausgebildet ist.

5. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnung (18) oder -öffnungen (9, 18) im Schleppsackheck ausgebildet und axial ausgerichtet sind.

6. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnung (9) durch ein einziges axial­ symmetrisches Loch gebildet ist.

7. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnung durch eine axialsymmetrische Anordnung mehrerer Löcher (18) gebildet ist.

8. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axial­ symmetrisch angeordneten Löcher (18) im hinteren Drittel der sich verjüngenden Kontur (16) in der Sackwandung aus­ gebildet sind.

9. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axialsymmetrisch angeordneten Löcher (18) in etwa axial gerichtete Luftstrahlen austreten lassen.

10. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sackboden bildende Wandung (20) zwischen dem Sackende und den Löchern (18) aus halb luftdurchlässigem Material besteht.

11. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnung oder -öffnungen (9, 18) durch ein netzartiges Gewebe gebildet werden.

12. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnung oder -öffnungen (9, 18) durch ein netzartiges Geflecht gebildet werden.

13. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftaustrittsöffnungsquerschnitt durch einen star­ ren Ring (12) formstabilisiert ist, der durch Zugbänder gegen die Schleppsackwandung abgespannt ist.

14. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Ring (12) in das Schleppsackheck eingenäht ist.

15. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleppsack zwischen seiner Lufteintrittsöffnung (7) und seinem Heckteil (15) die Form eines Zylinders (1) aufweist.

16. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleppsack zwischen seiner Lufteintrittsöffnung (19) und seinem Heckteil (15) die Form eines Kegelstump­ fes (17) aufweist, der sich in Richtung auf den Heckteil erweitert.

17. Hochgeschwindigkeits-Luftschleppsack nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwebfaserrichtung des textilen Materials, aus dem der Schleppsack besteht, in axialer Richtung verläuft.