DE60307951T2

DE60307951T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Luftstroms um eine Tragfläche, welche eine vordere Kantenvorrichtung mit flexibler Strömungsoberfläche aufweist

Info

Publication number: DE60307951T2
Application number: DE60307951T
Authority: DE
Inventors: Seiya Sakurai; Stephen J. Fox; Kevin W. Beyer; Douglas S. Lacy
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: EP1398269A1; US6796534B2; US20040046087A1; EP1398269B1; DE60307951T3; DE60307951D1; EP1398269B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung des Luftstroms um eine Tragfläche, welche eine vordere Kantenvorrichtung mit einer flexiblen Strömungsoberfläche aufweist.
Moderne Hochgeschwindigkeitsunterschallverkehrsflugzeuge weisen typischerweise Tragflächen mit einer Vielfalt von vorderen Kantenvorrichtungen und hinteren Kantenvorrichtungen auf, um die Form der Tragfläche zu ändern, wenn sich die Flugbedingungen ändern. Derartige Tragflächen können flexible Platten an der vorderen Kante der Tragfläche aufweisen, wie in den US-Patenten Nr. 3,994,451; 4,171,787; 4,351,502; 4,475,702 und 4,706,913 offenbart. Andere Tragflächen weisen flexible Hinterkantenplatten auf, wie zum Beispiel diejenigen, welche in US-Patenten Nr. 4,131,253 und 4,312,486 offenbart sind. Andere bestehende Vorrichtungen weisen Vorderkantenklappen mit veränderlicher Krümmung vom Krügertyp auf, wie zum Beispiel die in den US-Patenten Nr. 3,504,870; 3,556,439; 3,743,219; 3,910,530; 4,189,120; 4,189,122; 4,262,868; 4,427,168; 5,158,252 und 5,474,265 offenbarten.
Ein möglicher Nachteil bei einigen der zuvor genannten Vorrichtungen ist, dass es schwierig sein kann, die Vorrichtungen anzuordnen, um sie zu hohen Ablenkungswinkeln zu bewegen und dennoch für einen Horizontalflug sauber zu verstauen. Dementsprechend stellen viele der zuvor genannten Vorrichtungen einen Kompromiss zwischen einem wünschenswert hohen Ablenkungswinkel beim Landen und anderen Bedingungen bei geringer Geschwindigkeit und einer sauberen Konfiguration, wenn die Vorrichtungen verstaut sind, dar. Ein weiterer möglicher Nachteil bei einigen der zuvor genannten Vorrichtungen ist, dass es schwierig sein kann, sie in sehr dünne Tragflächen und/oder sehr dünne Abschnitte von Tragflächen einzubauen. Dementspre chend kann es schwierig sein, diese Vorrichtungen in Hochgeschwindigkeitstragflächen einzubauen, welche typischerweise ein geringes Dicke-zu-Flügeltiefe-Verhältnis aufweisen. Weiterhin kann es schwierig sein, diese Vorrichtungen in die dünnen Außenabschnitte von Niedriggeschwindigkeitstragflächen zu integrieren.
Die EP-A-0 103 038 offenbart einen Betätigungsmechanismus für eine Tragflächenkante mit durchgängiger Außenhaut veränderlicher Krümmung, durch welchen eine vordere Tragflächenkante nur über einen beschränkten Winkel aufwärts und abwärts bewegt werden kann.
Die US-A-3,836,099 offenbart ein Tragflächenkrümmungsänderungssystem, welches eine flexible durchgängige obere Fläche und untere Fläche, welche mehrere verschiebbare überlappende Segmente umfasst, und einen oder mehrere Betätigungsmechanismen auf. Dieser Betätigungsmechanismus kann die vordere Tragflächenkante nur über einen beschränkten Winkel nach unten bewegen.
Die US 2002/0100842 offenbart einen veränderlichen Tragflächenabschnitt mit einer einstellbaren Profilform, welche sich in der Spannweitenrichtung erstreckt, welcher mehrere Torsionskästen aufweist. Diese vordere Kantenklappe kann sich auch nur an einen beschränkten Krümmungsbetrag anpassen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die verfügbaren Tragflächen zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Tragfläche bereit, welche umfasst:
einen ersten Abschnitt oder erste Tragflächenmittel mit einer ersten Strömungsoberfläche und einer zweiten Strömungsoberfläche, die gegenüber der ersten Strömungsoberfläche angeordnet ist;
einen zweiten Abschnitt, welcher eine vordere Kante aufweist, wobei zumindest ein Teil des zweiten Abschnitts vor dem ersten Abschnitt angeordnet ist und einen vorderen Kantenkörper umfasst, wobei der zweite Abschnitt relativ zu dem ersten Abschnitt zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, welche versetzt zu der ersten Position ist, beweglich ist, wobei der zweite Abschnitt eine flexible Strömungsoberfläche aufweist, wobei die flexible Strömungsoberfläche eine erste Form aufweist, wenn der zweite Abschnitt in der ersten Position ist, wobei der flexible Strömungsabschnitt eine zweite Form anders als die erste Form aufweist, wenn der zweite Abschnitt in der zweiten Position ist; und
eine Führungsstruktur, welche zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt gekoppelt ist, wobei die Führungsstruktur umfasst:
eine Kurbel, welche drehbar an den ersten Abschnitt gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstruktur ferner umfasst:
einen Schieber, welcher drehbar mit der Kurbel gekoppelt ist, und welcher verschiebbar mit einer Schieberführung des vorderen Kantenkörpers in Eingriff ist;
eine Reihe von Verbindungsgliedern zum Führen des Schiebers, wenn sich die Kurbel dreht, wobei die Kurbel und/oder die Verbindungsglieder im Wesentlichen innerhalb der Flügelkontur bleiben, wenn die zweite Position um einen Winkel von ungefähr 45 Grad oder mehr von der ersten Position versetzt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der zweite Abschnitt eine dritte Strömungsoberfläche gegenüber der flexiblen Strömungsoberfläche aufweisen. Die Führungsstruktur kann ein erstes Verbindungsglied, welches zwischen dem ersten Abschnitt und einem Verbindungsgliedkörper drehbar gekoppelt ist, ein zweites Verbindungsglied, welches zwischen der Kurbel und der flexiblen Strömungsoberfläche drehbar gekoppelt ist, ein drittes Verbindungsglied, welches zwischen der Kurbel und der dritten Strömungsoberfläche drehbar gekoppelt ist, ein viertes Verbindungsglied, welches zwischen dem Verbindungsgliedkörper und dem vorderen Kantenkörper drehbar gekoppelt ist, und ein fünftes Verbindungsglied, welches zwischen dem Verbindungsgliedkörper und dem vorderen Kantenkörper drehbar gekoppelt ist, aufweisen.
Eine Tragfläche gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann den zweiten Abschnitt aufweisen, welcher eine innenliegende Innenführungsstruktur mit einer innenliegenden mechanischen Anordnung aufweist. Ein dritter Abschnitt kann beweglich mit dem ersten Abschnitt gekoppelt sein und kann eine außenliegende Führungsstruktur mit einer außenliegenden mechanischen Anordnung anders als die innenliegende mechanische Anordnung aufweisen.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugtragfläche bereit, welche einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, welcher vor dem ersten Abschnitt angeordnet ist und beweglich mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist, aufweist, wobei der zweite Abschnitt einen vorderen Kantenkörper umfasst, wobei das Verfahren umfasst:
Bewegen des zweiten Abschnitts der Tragfläche relativ zu dem ersten Abschnitt der Tragfläche von einer ersten Position zu einer zweiten Position nach unten, Ändern einer Form einer flexiblen Strömungsoberfläche des zweiten Abschnitts von einer ersten Form zu einer zweiten Form, welche anders als die erste Form ist, wenn der zweite Abschnitt sich von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt, wobei die Tragfläche umfasst:
eine Führungsstruktur, welche zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt gekoppelt ist, wobei die Führungsstruktur umfasst:
eine Kurbel, welche drehbar mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstruktur ferner umfasst:
einen Schieber, welcher drehbar mit der Kurbel gekoppelt ist und verschiebbar mit einer Schieberführung des vorderen Kantenkörpers in Eingriff ist;
eine Reihe von Verbindungsgliedern zum Führen des Schiebers, wenn sich die Kurbel dreht, wobei die Kurbel und/oder Verbindungsglieder im Wesentlichen innerhalb der Flügelkontur bleiben, wenn die zweite Position um einen Winkel von ungefähr 45 Grad oder mehr von der ersten Position versetzt ist, wobei das Verfahren ein Drehen der Kurbel umfasst, um den zweiten Abschnitt von der ersten zu der zweiten Position zu bewegen.
Ein Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Bewegen des zweiten Abschnitts der Tragfläche relativ zu dem ersten Abschnitt durch Betätigen einer ersten Führungsstruktur mit einer ersten mechanischen Anordnung und ein Bewegen eines dritten Abschnitts außerhalb des zweiten Abschnitts relativ zu dem ersten Abschnitt durch Betätigen einer zweiten Führungsstruktur mit einer zweiten mechanischen Anordnung, welche anders als die erste mechanische Anordnung ist, auf.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Teilquerschnittsseitenansicht einer veranschaulichenden Tragfläche mit einem beweglichen vorderen Kantenabschnitt mit einer flexiblen Strömungsoberfläche.
2 ist eine vergrößerte schematische Teildarstellung eines vorderen Abschnitts der in 1 gezeigten Tragfläche.
3A–3C stellen eine Tragfläche mit einer beweglichen vorderen Kantenvorrichtung dar.
4 ist eine schematische Darstellung einer Tragfläche mit einer vorderen Kante mit innenliegenden und außenliegenden Abschnitten, welche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausschlagen.
5 ist eine schematische Teilquerschnittsseitenansicht einer Tragfläche mit einem beweglichen vorderen Kantenabschnitt, welcher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angeordnet ist.
6 stellt die in 5 gezeigte Tragfläche dar, welche in einer ausgeschlagenen Position gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgefahren ist.
7 ist eine isometrische Ansicht eines Flugzeugs, welches eine Tragfläche mit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung installierten vorderen Kantenvorrichtungen aufweist.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Tragflächen, welche vordere Kantenvorrichtungen mit flexiblen Strömungsoberflächen aufweisen, und Verfahren zum Betrieb derartiger Tragflächen. Viele spezielle Details von bestimmten Tragflächen werden in der nachfolgenden Beschreibung und in 1–7 dargelegt, um ein vollständiges Verständnis dieser Tragflächen bereitzustellen.
1 ist eine schematische Teilquerschnittsseitenansicht einer veranschaulichenden Tragfläche 100 mit einem ersten ortsfesten Abschnitt 101 und einem zweiten beweglichen Abschnitt 102, welcher sich relativ zu dem ersten Abschnitt 101 bewegt. Der erste Abschnitt 101 kann einen Tragflächenkörper 110 mit einer vorderen Kante 112 aufweisen. Der zweite Abschnitt 102 kann einen vorderen Kantenkörper 120 aufweisen, welcher mit dem Tragflächenkörper 110 gekoppelt ist und sich nach vorne von dem Tragflächenkörper 110 erstreckt. Der zweite Abschnitt 102 kann sich relativ zu dem ersten Abschnitt 101 von einer (in 1 gezeigten) Neutralposition zu einer Vielzahl von ausgefahrenen Positionen bewegen, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 2–3C detaillierter beschrieben.
2 ist eine vergrößerte Ansicht des vorderen Abschnitts der Tragfläche 100, welche zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Wie in 2 gezeigt, kann der erste Abschnitt 101 eine erste oder obere Strömungsoberfläche 114 und eine zweite oder untere Strömungsoberfläche 115, welche gegenüber der ersten Strömungsoberfläche 114 angeordnet ist, auf weisen. Der zweite Abschnitt 102 der Tragfläche 100 kann eine obere Oberfläche 103 und eine untere Oberfläche 130, welche gegenüber der oberen Oberfläche 103 angeordnet ist, aufweisen. Wenn der zweite Abschnitt 102 in Neutralposition (wie in 2 gezeigt) ist, kann der zweite Abschnitt 102 zumindest teilweise mit dem ersten Abschnitt 101 abgedichtet sein, wobei die obere Oberfläche 103 und die erste Strömungsoberfläche 114 eine im Allgemeinen durchgängige obere Kontur ausbilden, und wobei die untere Oberfläche 130 und die zweite Strömungsoberfläche 115 eine im Allgemeinen durchgängige untere Kontur ausbilden.
Der zweite Abschnitt 102 kann mit einer Führungsstruktur 150 an dem ersten Abschnitt 101 gekoppelt werden. In einem weiteren Aspekt kann die Führungsstruktur 150 eine Reihe von Kurbeln und Verbindungsgliedern aufweisen, welche ein Mehrfachstabverbindung ausbilden. Die Führungsstruktur 150 kann weitere Anordnungen aufweisen, wie zum Beispiel eine Schieberanordnung (welche nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 und 6 detaillierter beschrieben wird). In jeder dieser Ausführungsformen kann die Führungsstruktur 150 die Bewegung des zweiten Abschnitts 102 führen, wenn er sich relativ zu dem ersten Abschnitt 101 bewegt.
Der erste Abschnitt 101 kann einen Träger 151 aufweisen, welcher sich nach vorne in Richtung des zweiten Abschnitts 102 erstreckt. Die Führungsstruktur 150 kann eine Kurbel 152 aufweisen, welche drehbar mit dem Träger 151 gekoppelt ist, und welche mit einer Betätigungsvorrichtung 160 zum Drehen relativ zu dem Tragflächenkörper 110, wie durch Pfeil P angezeigt, gekoppelt ist. Wenn sich die Kurbel 152 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn dreht, führt sie den vorderen Kantenkörper 120 durch eine Reihe von Verbindungsgliedern nach oben bzw. nach unten. Dementsprechend kann die Kurbel 152 drehbar mit einer Verbindungsgliederplatte 153 gekoppelt werden. Die Verbindungsgliederplatte 153 kann mit einem ersten Verbindungsglied 154 drehbar mit dem Träger 151 gekoppelt werden. Ein zweites Verbindungsglied 155 kann die Kurbel 152 drehbar mit der oberen Oberfläche 103 koppeln. Ein drittes Verbindungsglied 156 kann drehbar zwischen der Verbindungsgliedplatte 153 und einem dritten Verbindungsglied-Träger 157, welcher an der unteren Oberfläche 130 angebracht ist, gekoppelt werden. Ein viertes Verbindungsglied 158 und ein fünftes Verbindungsglied 159 können die Verbindungsgliedplatte 153 drehbar mit dem vordern Kantenkörper 120 koppeln.
Die obere Oberfläche 103 kann eine flexible Strömungsoberfläche 140 aufweisen, welche sich von einem hinteren Befestigungspunkt 142 an dem Tragflächenkörper 110 zu einem vorderen Befestigungspunkt 143 an dem vorderen Kantenkörper 120 erstreckt. Dementsprechend kann die flexible Strömungsoberfläche 140 eine Form ändern, wenn sich der zweite Abschnitt 102 relativ zu dem ersten Abschnitt 101 nach oben oder nach unten dreht. Die flexible Strömungsoberfläche 140 kann ein Metallblech, wie zum Beispiel ein Aluminiumblech oder ein Titanblech, aufweisen. Die flexible Strömungsoberfläche 140 kann ein Verbundmaterial, wie zum Beispiel ein Karbonfasermaterial, aufweisen. In noch weiteren Ausführungsformen kann die flexible Strömungsoberfläche andere biegbare Materialien aufweisen, welche die aerodynamischen Belastungen, welche während eines Flugs auftreten, aushalten.
Die untere Oberfläche 130 (gegenüber der flexiblen Strömungsoberfläche 140) kann auch die Form ändern, wenn sich der zweite Abschnitt 102 relativ zu dem ersten Abschnitt 101 dreht. Die untere Oberfläche 130 kann ein vorderes Segment 131, ein dazwischenliegendes Segment 132 hinter dem vorderen Segment 131 und ein hinteres Segment 133, welches mit der zweiten Strömungsoberfläche 115 des ersten Abschnitts 101 verbunden ist, aufweisen. Das vordere Segment 131 kann drehbar mit dem vorderen Kantenkörper 120 gekoppelt sein und das dazwischenliegende Segment 132 kann drehbar mit dem hinteren Segment 133 gekoppelt sein. Das vordere Segment 131 und das dazwischenliegende Segment 132 können relativ zueinander gleiten, wenn der zweite Abschnitt 102 nach unten ausschlägt, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 3A–3B genauer beschrieben ist. Die untere Oberfläche 130 kann weitere Anordnungen aufweisen, welche eine Form ändern, um die Bewegung des zweiten Abschnitts 102 anzupassen.
3A ist eine schematische Teilquerschnittsseitenansicht der Tragfläche 100, wobei der zweite Abschnitt 102 um einen Winkel A von näherungsweise 45 Grad relativ zu der in 1 und 2 gezeigten Neutralposition nach unten ausgeschlagen ist. Wie in 3A gezeigt, wird der zweite Abschnitt 102 nach unten durch Drehen der Kurbel 152 nach unten ausgelenkt. Wenn sich die Kurbel 152 dreht, erhöhen das zweite Verbindungsglied 155 und der vordere Kantenkörper 120 die Krümmung der flexiblen Strömungsoberfläche 140. Die Verbindungsgliedplatte 153 steuert zusammen mit dem vierten Verbindungsglied 158 und dem fünften Verbindungsglied 159 die Bewegung des vorderen Kantenkörpers 120, wenn sich die Kurbel 152 dreht. Das dritte Verbindungsglied 156 steuert die Bewegung des dazwischenliegenden Segments 132, wenn sich die Kurbel 152 dreht. Wenn sich der vordere Kantenkörper 120 nach unten dreht, schiebt sich das vordere Segment 131 der unteren Oberfläche 130 über das dazwischenliegende Segment 132, um die gesamte Länge der unteren Oberfläche 130 zu verkürzen.
Der zweite Abschnitt 102 kann weiter zu zusätzlich nach unten ausgeschlagenen Positionen ausgefahren werden. Wie zum Beispiel in 3B gezeigt, kann der zweite Abschnitt 102 um einen Winkel A, welcher mindestens 90 Grad oder größer ist, zu einer Position nach unten ausgefahren werden. Sogar wenn der zweite Abschnitt 102 um derartig große Winkel ausschlägt, bleibt die obere Oberfläche 103 des zweiten Abschnitts 102 durchgängig, da die flexible Strömungsoberfläche 140 eine Form ändert. Die untere Oberfläche 130 kann auch als Ergebnis des Verschiebevorgangs des vorderen Segments 131 relativ zu dem dazwischenliegenden Segment 132 durchgängig bleiben.
In einer Ausführungsform kann der zweite Abschnitt 102 auch von der Neutralposition nach oben ausgefahren werden, wie in 3C gezeigt. In einem Aspekt dieser Ausführungsform kann der zweite Abschnitt zwischen näherungsweise 5 Grad und näherungsweise 10 Grad oder mehr relativ zu dem ersten Abschnitt 101 nach oben ausgelenkt werden. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt 102 um andere Beträge nach oben ausgelenkt werden.
Ein Merkmal der Tragfläche 100, welche unter Bezugnahme auf 1–3C beschrieben wurde, ist, dass der vordere Kantenkörper 120 über verhältnismäßig große Winkel ausschlagen kann, während eine gleichmäßige Kontur entlang einer oberen Oberfläche (welche durch Oberflächenabschnitte 103 und 114 definiert wird) und entlang der unteren Oberfläche (welche durch Oberflächenabschnitte 130 und 115 definiert wird) beibehalten wird. Dementsprechend kann die Tragfläche 100 bei großen Anstellwinkeln betrieben werden ohne große Blasen durch eine abgetrennte Strömung nahe der vorderen Kante zu erzeugen.
Ein weiteres Merkmal der Tragfläche 100, welche zuvor unter Bezugnahme auf 1–3C beschrieben wurde, ist, dass die Führungsstruktur 150 zum Bewegen des zweiten Abschnitts 102 relativ zu dem ersten Abschnitt 101 kompakt sein kann. Dementsprechend kann die Führungsstruktur 150 in eine Tragfläche 100 mit einem dünnen Profil passen. Ein Vorteil der beiden vorgenannten Merkmale ist, dass eine Anordnung der Tragfläche 100 insbesondere für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge geeignet sein kann. Derartige Flugzeuge weisen typischerweise dünne Tragflächen (zum Beispiel Tragflächen mit geringen Dicke-zu-Flügeltiefe- oder t/c-Verhältnissen) für eine effiziente Hochgeschwindigkeitsflugreise auf und fliegen typischerweise mit hohen Anstellwinkeln während eines Betriebs mit niedriger Geschwindigkeit. Diese Anordnungen sind zum Beispiel insbesondere für hohe Unterschall- oder schallnahe Konfigurationen geeignet, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 detaillierter beschrieben. In anderen Ausführungsformen können diese Anordnungen auf andere Hochgeschwindigkeitsflugzeuge wie zum Beispiel Überschallflugzeuge angewendet werden. In einer speziellen Ausführungsform kann die gesamte Tragfläche 100 ein t/c-Verhältnis von näherungsweise 0,1 aufweisen und der zweite Abschnitt 102 kann ein Dicke-zu-Länge-Verhältnis (wobei eine Länge von der vorderen Tragflächenkante zu dem hinteren Befestigungspunkt 142 gemessen wird) von näherungsweise 0,25 aufweisen. In anderen Ausführungsformen können diese Verhältnisse andere Werte aufweisen.
4 ist eine schematische isometrische Teilansicht einer Tragfläche 100 mit einem ortsfesten ersten Abschnitt 101 und einem beweglichen zweiten Abschnitt 102, welcher in einer Neutralposition (in gestrichelten Linien) und einer ausgefahrenen Position (in durchgezogenen Linien) gezeigt ist. Der zweite Abschnitt 102 weist einen Innenabschnitt 405, einen Außenabschnitt 406 und eine vordere Kante 407, welche sich zwischen dem Innenabschnitt 405 und dem Außenabschnitt 406 erstreckt, auf. Wie in 7 gezeigt, kann die Außendicke t der Tragfläche 100 erheblich geringer als die Innendicke T der gleichen Tragfläche 100 sein. In einer Ausführungsform kann die Tragfläche 100 mehrere benachbarte vordere Kantenkörper (drei von diesen sind in 4 als vordere Kantenkörper 420a, 420b und 420c gezeigt) aufweisen, welche sich in einer Spannweitenrichtung von dem Innenabschnitt 405 zu dem Außenabschnitt 406 erstrecken. In einem Aspekt kann jeder vordere Kantenkörper 420a–420c eine (in 4 nicht sichtbare) Führungsstruktur 150 aufweisen, welche im Allgemeinen ähnlich in einer Ausführung zu der zuvor beschriebenen Führungsstruktur 150 ist, und welche mechanisch ähnlich zu der Führungsstruktur des benachbarten Segments ist. Da die Führungsstruktur 150, welche zuvor unter Bezugnahme auf die 2–3C beschrieben wurde, verhältnismäßig kompakt ist, kann die gleiche Art von Führungsstruktur 150 mit jedem der führenden Kantenkörper 420a–420c gekoppelt werden. In einem weiteren Aspekt kann die Führungsstruktur 150, welche mit dem äußersten vorderen Kantenkörper 420c gekoppelt ist, mechanisch ähnlich zu der Führungsstruktur 150, welche mit dem am meisten innenliegenden vorderen Kantenkörper 420a gekoppelt ist, sein, aber zu dieser maßstäblich verkleinert sein.
Die Außenabschnitte der Tragfläche 100 können vordere Außenkantenkörper aufweisen, welche mit Führungsstrukturen gekoppelt sind, welche anders sind als die, welche mit den vorderen Innenkantenkörpern gekoppelt sind. Wie zum Beispiel in 5 gezeigt, kann ein Außenabschnitt 506 der Tragfläche 100 einen ersten Abschnitt 501 und einen zweiten Abschnitt 502, welcher relativ zu dem ersten Abschnitt 501 beweglich ist, aufweisen. Der zweite Abschnitt 502 kann ein Dicke-zu-Länge-Verhältnis von näherungsweise 0,16 aufweisen und dieses Verhältnis kann in anderen Ausführungsformen andere Werte aufweisen. Der zweite Abschnitt 502 kann einen vorderen Kantenkörper 520, welcher mit dem ersten Abschnitt 501 gekoppelt ist, aufweisen, wobei eine Führungsstruktur 550 eine Anordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufweist. Der erste Abschnitt 501 kann einen Träger 551 aufweisen und die Führungsstruktur 550 kann eine Kurbel 552 aufweisen, welche drehbar mit dem Träger 551 gekoppelt ist. Ein Betätigungsmittel 560 kann die Kurbel 552 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen, wie durch Pfeil P1 dargestellt. Die Kurbel 552 kann mit einem Schieber 553 gekoppelt sein, welcher in einer Schieberführung 558 des vorderen Kantenkörpers 520 aufgenommen ist. Die Führungsstruktur 550 kann ferner ein erstes Verbindungsglied 554, welches zwischen dem Schieber 553 und dem Träger 551 gekoppelt ist, ein zweites Verbindungsglied 555, welches drehbar zwischen einer flexiblen Strömungsoberfläche 540 und der Kurbel 552 gekoppelt ist, und ein drittes Verbindungsglied 556, welches zwischen der Kurbel 552 und einer unteren Oberfläche 530 des zweiten Abschnitts 502 gekoppelt ist, aufweisen.
Wie in 6 gezeigt, kann der zweite Abschnitt 502 um einen Winkel A1 durch Drehen der Kurbel 552 im Uhrzeigersinn nach unten ausgeschwenkt werden. Wenn sich die Kurbel 552 dreht, wird der Schieber 553 gleitfähig in der Schieberführung 558 aufgenommen, was der flexiblen Strömungsoberfläche 540 ermöglicht, sich wie in 6 gezeigt zu krümmen. Die untere Oberfläche 530 kann sich in einer im Allgemeinen ähnlichen Art und Weise zu der, welche zuvor unter Bezugnahme auf 3A beschrieben wurde, verkürzen, und kann dementsprechend ein vorderes Segment 531, welches relativ zu einem dazwischenliegenden Segment 532 gleitet, aufweisen, welches drehbar mit einem hinteren Segment 533 gekoppelt ist. Dementsprechend kann der zweite Abschnitt 502 über Winkel A1 von 90 Grad oder mehr ausgelenkt werden, während gleichmäßige Luftströmungskonturen in der nicht ausgefahrenen Position, der vollständig ausgefahrenen Position und dazwischenliegenden Positionen beibehalten werden.
In einer Ausführungsform kann eine einzelne Tragfläche 100 (wie zum Beispiel die in 4 gezeigte) eine erste Führungsstruktur (wie zum Beispiel die Führungsstruktur 150), welche eine erste mechanischen Anordnung aufweist und an dem Innenabschnitt 405 angeordnet ist, und eine zweite Führungsstruktur (wie zum Beispiel die Führungsstruktur 550), welche eine zweite mechanische Anordnung anders als die erste mechanische Anordnung aufweist und an dem Außenabschnitt 406 angeordnet ist, aufweisen. Zum Beispiel kann die kompaktere Führungsstruktur in dem Außenabschnitt 406 angeordnet werden und die weniger kompakte Struktur kann in dem Innenabschnitt 405 angeordnet werden. In einer weiteren Ausführungsform können mehrere Führungsstrukturen einer einzelnen Ausführung mit den mehreren vorderen Kantenkörpern der Tragfläche 100 gekoppelt sein. Wenn zum Beispiel die Tragfläche 100 verhältnismäßig dick ist, können mehrere Führungsstrukturen 150 der zuvor unter Bezugnahme auf 2–3C beschriebenen Art über die Spannweite der Tragfläche 100 vorgesehen werden. Wenn die gesamte Tragfläche 100 verhältnismäßig dünn ist, können mehrere Führungsstrukturen 550 der zuvor unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschriebenen Art über der Spannweite der Tragfläche 100 eingesetzt werden. In anderen Ausführungsformen kann die Tragfläche 100 Führungsstrukturen mit anderen als den unter Bezugnahme auf 1–6 beschriebenen Anordnungen aufweisen.
7 ist eine schematische isometrische Teildarstellung eines Flugzeugs 770, welches einen Rumpf 772 und eine Tragfläche 700 mit vorderen Kantenvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. In einem Aspekt dieser Ausführungsform kann die Tragfläche 700 eine vordere Kante 707 und mehrere vordere Kantenkörper 720 (welche in 7 als vordere Kantenkörper 702a–720f gezeigt sind) aufweisen. Jeder vordere Kantenkörper 720 kann mit einem Tragflächenkörperab schnitt 710 der Tragfläche 700 mit einer Führungsstruktur, welche im Wesentlichen ähnlich zu einer der zuvor unter Bezugnahme auf 1–6 beschrieben ist, gekoppelt werden. Zum Beispiel können in einem Aspekt dieser Ausführungsform die vorderen Innenkantenkörper (zum Beispiel vordere Kantenkörper 720a–720d) eine Führungsstruktur 150 aufweisen, welche im Wesentlichen gleich zu der zuvor unter Bezugnahme auf 2–3C beschriebenen ist. Der vordere Außenkantenkörper (wie zum Beispiel vordere Kantenkörper 720e–720f) kann eine Führungsstruktur 550, wie zum Beispiel die zuvor unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschriebene, aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann die Tragfläche 700 andere Führungsstrukturen und/oder andere Kombinationen von Führungsstrukturen aufweisen. In jeder dieser Ausführungsformen kann die Tragfläche 700 für einen Unterschall-, schallnahen oder Überschallflug konfiguriert werden.
Aus dem Vorhergehenden wird verständlich, dass spezielle Ausführungsformen der Erfindung hierin zum Zwecke der Darstellung beschrieben wurden, aber dass verschiedene Veränderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die Erfindung außer durch die beigefügten Ansprüche nicht beschränkt.

Claims

Tragfläche (100), welche umfasst: einen ersten Abschnitt (501) oder erste Tragflächenmittel, mit einer ersten Strömungsoberfläche (114) und einer zweiten Strömungsoberfläche (115), die gegenüber der ersten Strömungsoberfläche angeordnet ist; einen zweiten Abschnitt (502), welcher eine vordere Kante aufweist, wobei zumindest ein Teil des zweiten Abschnitts vor dem ersten Abschnitt angeordnet ist und einen vorderen Kantenkörper (520) umfasst, wobei der zweite Abschnitt relativ zu dem ersten Abschnitt zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, welche versetzt zu der ersten Position ist, beweglich ist, wobei der zweite Abschnitt eine flexible Strömungsoberfläche (540) aufweist, wobei die flexible Strömungsoberfläche eine erste Form aufweist, wenn der zweite Abschnitt in der ersten Position ist, wobei die flexible Strömungsoberfläche eine zweite Form anders als die erste Form aufweist, wenn der zweite Abschnitt in der zweiten Position ist; und eine Führungsstruktur (550), welche zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt gekoppelt ist, wobei die Führungsstruktur umfasst: eine Kurbel (552), welche drehbar an dem ersten Abschnitt gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstruktur ferner umfasst: einen Schieber (553), welcher drehbar mit der Kurbel (552) gekoppelt ist und welcher verschiebbar mit einer Schieberführung (558) des vorderen Kantenkörpers (520) in Eingriff ist; eine Reihe von Verbindungsgliedern (554) zum Führen des Schiebers (553), wenn sich die Kurbel (552) dreht, wobei die Kurbel und/oder die Verbindungsglieder im Wesentlichen innerhalb der Flügelkontur bleiben, wenn die zweite Position um einen Winkel von ungefähr 45° oder mehr von der ersten Position versetzt ist.
Tragfläche nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt umfasst: zweite Tragflächenmittel (502) zum Leiten eines Luftstroms, wobei die zweiten Tragflächenmittel beweglich an die ersten Tragflächenmittel gekoppelt sind, wobei zumindest ein Abschnitt der zweiten Tragflächenmittel vor den ersten Tragflächenmitteln angeordnet ist, wobei die zweiten Tragflächenmittel eine innere flexible Strömungsoberfläche aufweisen; und dritte Tragflächenmittel zum Leiten eines Luftstroms, wobei die dritten Tragflächemittel außerhalb der zweiten Tragflächenmittel beweglich mit den ersten Tragflächemitteln gekoppelt sind, wobei zumindest ein Abschnitt der dritten Tragflächenmittel vor den ersten Tragflächenmitteln angeordnet ist, wobei die dritten Tragflächenmittel eine äußere flexible Strömungsoberfläche aufweisen; und wobei die Strömungsstruktur (550) umfasst: innere Führungsmittel (551, 552) zum Ausbringen der zweiten Tragflächenmittel, wobei die inneren Führungsmittel zwischen den ersten Tragflächenmitteln und den zweiten Tragflächenmitteln gekoppelt sind, wobei die inneren Führungsmittel eine erste Anordnung aufweisen; und äußere Führungsmittel (553, 554) zum Ausbringen der dritten Tragfläche, wobei die äußeren Führungsmittel zwischen den ersten Tragflächenmitteln und den dritten Tragflächenmitteln gekoppelt sind, wobei die äußeren Führungsmittel eine zweite Anordnung anders als die erste Anordnung aufweisen.
Tragfläche nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Position von der ersten Position winkelig nach unten gebogen ist, und wobei der zweite Abschnitt relativ zu dem ersten Abschnitt zwischen der ersten Position und einer dritten Position, wel che von der ersten Position winkelig nach oben gebogen ist, beweglich ist.
Tragfläche nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der zweite Abschnitt eine dritte Strömungsoberfläche gegenüber der flexiblen Strömungsoberfläche aufweist und wobei die Führungsstruktur (550) aufweist: ein erstes Verbindungsglied (554), welches zwischen dem ersten Abschnitt und dem Schieber drehbar gekoppelt ist; ein zweites Verbindungsglied (555), welches zwischen der Kurbel und der flexiblen Strömungsoberfläche drehbar gekoppelt ist; und ein drittes Verbindungsglied (556), welches zwischen der Kurbel und der dritten Strömungsoberfläche drehbar gekoppelt ist.
Tragfläche nach einem der Ansprüche 1–4, welche ferner eine Betätigungsvorrichtung umfasst, welche mit der Führungsstruktur gekoppelt ist, um den ersten Abschnitt relativ zu dem zweiten Abschnitt zu bewegen.
Tragfläche nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der zweite Abschnitt eine dritte Strömungsoberfläche gegenüber der flexiblen Strömungsoberfläche aufweist, und wobei der zweite Abschnitt eine Dicke in der Nähe zu einer Schnittstelle zwischen der flexiblen Strömungsoberfläche und dem ersten Abschnitt aufweist, wobei ferner ein Verhältnis von der Dicke zu einer gesamten Länge des zweiten Abschnitts einen Wert von näherungsweise 0,16 bis näherungsweise 0,25 aufweist.
Tragfläche nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Führungsstruktur eine äußere Führungsstruktur ist, wobei die flexible Strömungsoberfläche eine äußere flexible Strömungsoberfläche ist und die vordere Kante eine äußere vordere Kante ist.
Tragfläche nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Führungsstruktur (550) innerhalb des Flügels bleibt, wenn die zweite Position um einen Winkel von näherungsweise 90° oder mehr von der ersten Position versetzt ist.
Tragfläche nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Führungsstruktur eine innere Führungsstruktur ist, wobei die flexible Strömungsoberfläche eine innere flexible Strömungsoberfläche ist und wobei die vordere Kante eine innere vordere Kante ist.
Flugzeug, welches umfasst: einen Rumpf und eine Tragfläche gemäß einem der Ansprüche 1–9, welche von dem Rumpf herabhängt.
Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugtragfläche mit einem ersten Abschnitt (501) und einem zweiten Abschnitt (502), welcher vor dem ersten Abschnitt angeordnet ist und beweglich mit diesem gekoppelt ist, wobei der zweite Abschnitt einen vorderen Kantenkörper (520) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Bewegen des zweiten Abschnitts der Tragfläche relativ zu dem ersten Abschnitt der Tragfläche von einer ersten Position zu einer zweiten Position nach unten, Ändern einer Form einer flexiblen Strömungsoberfläche (540) des zweiten Abschnitts von einer ersten Form zu einer zweiten Form, die anders als die erste Form ist, wenn der zweite Abschnitt sich von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt, wobei die Tragfläche umfasst: eine Führungsstruktur (550), welche zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt gekoppelt ist, wobei die Führungsstruktur umfasst: eine Kurbel (552), welche drehbar mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstruktur ferner umfasst: einen Schieber (553), welcher drehbar mit der Kurbel (552) gekoppelt ist und verschiebbar mit einer Schieberführung (558) des vorderen Kantenkörpers (520) in Eingriff ist; eine Reihe von Verbindungsgliedern (554) zum Führen des Schiebers (553), wenn sich die Kurbel (552) dreht, wobei die Kurbel und/oder Verbindungsglieder im Wesentlichen innerhalb der Flügelkontur bleiben, wenn die zweite Position um einen Winkel von näherungsweise 45° oder mehr von der ersten Position versetzt ist, wobei das Verfahren ein Drehen der Kurbel umfasst, um den zweiten Abschnitt von der ersten zu der zweiten Position zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren ferner ein Bewegen des zweiten Abschnitts nach oben relativ zu dem ersten Abschnitt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Tragfläche einen dritten Abschnitt aufweist, welcher beweglich mit dem ersten Abschnitt außerhalb des zweiten Abschnitts gekoppelt ist, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Bewegen des zweiten Abschnitts der Tragfläche relativ zu dem ersten Abschnitt der Tragfläche durch Betätigen einer ersten Führungsstruktur mit einer ersten mechanischen Anordnung; und Bewegen des dritten Abschnitts der Tragfläche relativ zu dem ersten Abschnitt der Tragfläche durch Betätigen einer zweiten Führungsstruktur mit einer zweiten mechanischen Anordnung, welche anders als die erste mechanische Anordnung ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11–13, wobei ein dritter Abschnitt beweglich mit dem ersten Abschnitt außerhalb des zweiten Abschnitts gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Bewegen des zweiten Abschnitts der Tragfläche relativ zu dem ersten Abschnitt der Tragfläche durch Betätigen einer ersten Führungsstruktur mit einer ersten mechanischen Anordnung; und Bewegen des dritten Abschnitts der Tragfläche relativ zu dem ersten Abschnitt der Tragfläche durch Betätigen einer zweiten Führungsstruktur mit einer zweiten mechanischen Anordnung, welche anders als die erste mechanische Anordnung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–14, welches eine Tragfläche gemäß einem der Ansprüche 1–9 verwendet.