DE1268979B

DE1268979B - UEberstroemte Wand, insbesondere bei Luftfahrzeugen, mit Schlitzen zur Absaugung derGrenzschicht

Info

Publication number: DE1268979B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Hermann Papst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-07-01
Filing date: 1966-07-01
Publication date: 1968-05-22
Also published as: US3521837A

Description

Überströmte Wand, insbesondere bei Luftfahrzeugen, mit Schlitzen zur Absaugung der Grenzschicht Zur Absaugung der wandnahen Grenzschicht hat man an den umströmten Profilkörpern poröse Oberflächen vorgeschlagen. Diese versagen jedoch wegen Verstopfung bald. Ihre Wirkung ist jedoch gut, weil die Ansaugung über die ganze Fläche gleich feinverteilt ist. Rückströmungen an der Oberfläche entgegen der Strömungsrichtung treten dabei daher nicht auf. Diese sind die Ursache der Ablösungswirbelerscheinungen.
Die seither vorgeschlagenen Anordnungen mit verteilten Löchern und Schlitzen ohne oder mit geringer Erweiterung in der Stromrichtung zur Vermeidung der Nachteile poröser Schichten kranken jedoch daran, daß die Einsaugung dann örtlich konzentriert erfolgt. Dadurch wird aber die obengenannte Fehlererscheinung mit begünstigt. Man entging dem, indem man ein dichtes Netz von Absaugstellen, von insbesondere sehr schmalen, dünnen Schlitzen oder Löchern vorgesehen hat. Bei einem gebauten Versuchsflugzeug betrug die Länge der Schlitze zusammen viele Kilometer.
Es wurde bereits vorgeschlagen, sehr stark divergierende Schlitze, insbesondere durch Prägen von Kerbenrillen in der Beplankung von der nach dem Einbau rückwärts befindlichen Seite her zu erzeugen, die von der Außenseite durch Entfernen der herausgedrückten Werkstofferhöhungen sehr schmal geöffnet wurden. Die Grenzschicht wird dabei in der erwünschten Richtung eingesaugt, weil die Ablenkung wesentlich geringer als 90° ist. Die unerwünschte wirbelbegünstigende Rückströmung wird jedoch nicht angesaugt, weil deren Ablenkung infolge der spitzen Schälkante um wesentlich mehr als 90° erfolgen müßte. Die dünne abgeschälte Grenzschichtteilströmung läßt jedoch diese Fehlströmung nicht in den Schlitz eintreten.
Man kann daher sagen, daß diese Anordnung mit der spitzwinkligen Schälkante bei sich sehr stark erweiternden Schlitzen ein wesentlich wirksameres Mittel ist als die bisherigen Ersatzlösungen für poröse Wandflächen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Leisten aus porösen Werkstoffen in unterschnittenen gefrästen Nuten der Außenplanken von Flügeln vorzusehen und darin Stäbe aus porösen Werkstoffen oder nach Art eines Siebes mit vielen Löchern perforiertem Blech einzusetzen. Derartige Stäbe aus porösem Material sind jedoch schwierig herzustellen und außerdem sehr leicht brüchig, weshalb sie mit Schultern in seitlich unterschnittenen Nuten befestigt werden müssen. Die Herstellung von unterschnittenen Fräsungen über die ausgedehnten Flügelflächen bei Flugzeugen ist jedoch außerordentlich schwierig und teuer. Zudem ist es erforderlich, die Streifen über die ganze Länge des Flügels von der Seite her einzuschieben. Die Einführung dieser Methode in die Praxis ist daher nicht gelungen.
Die Erfindung bezweckt, die eingangs erwähnten Vorteile der sich stark erweiternden Schlitze und die Schälwirkung der gegen die Strömung gerichteten spitzwinkligen Kanten bei überströmten Wänden, insbesondere bei Luftfahrzeugen, für die praktische Anwendung nutzbar zu machen, indem durch spezielle konstruktive Maßnahmen die bisher mit diesen Vorteilen verknüpften Nachteile vermieden werden. Zu diesem Zweck werden in einer überströmten Wand, insbesondere bei Luftfahrzeugen, mit Schlitzen und unter diesen liegenden Kanälen zur Absaugung der Grenzschicht erfindungsgemäß die Schlitze in dünnen schmalen Bändern, vorzugsweise aus Metall, angeordnet und diese Bänder mit den Schlitzen in den mit Abstufungen versehenen Absaugkanälen bündig mit der Oberfläche der umströmten Wand eingesetzt und befestigt. Hierdurch wird nur die im erwünschten Sinn fließende wandnahe Grenzschicht eingesaugt.
In den dünnen schmalen Bändern können die Schlitze bequem auf automatisch arbeitenden Maschinen hergestellt werden. Die geschlitzten Bänder können sodann eine Oberflächenschutzbehandlung erfahren oder für sich aus besonderen korrosionsfesten und widerstandsfähigen Werkstoffen hergestellt werden. Die nur in einer Richtung erfolgende Schälwirkung der sich stark erweiternden Schlitze gestattet eine Vergrößerung der Abstände der Schlitzbänder voneinander und dadurch eine weitere Einsparung. Die Schlitze sind vorzugsweise etwas schräg und sich überragend in den Blechstreifen angeordnet.
Im nachstehenden wird die Erfindung in Verbindung mit den ein Ausführungsbeispiel darstellenden Figuren beschrieben. Hierbei sind alle zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten weggelassen worden und einander entsprechende Teile in allen Figuren in gleicher Weise bezeichnet. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch die Wand des erfindungsgemäß ausgebildeten umströmten Körpers, F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i g. 1 dargestellte Wand, F i g. 3 in vergrößertem Maßstab konstruktive Details.
In F i g. 1 ist ein Querschnitt durch die Außenplanke 1 einer Flugzeugtragfläche dargestellt. Diese besitzt auf ihrer Außenseite Vertiefungen 2, deren Seitenflanken mit Abstufungen 3 versehen sind. Auf diese Abstufungen 3 sind dünne schmale Metallbänder 4 so aufgelegt, daß ihre Oberfläche mit der Oberfläche der Außenplanke 1 bündig ist. In F i g. 1 ist die Darstellungsweise so gewählt, daß die beiden links gezeichneten Vertiefungen 2 durch die dünnen Metallstreifen abgedeckt sind, so daß Kanäle gebildet werden, die nur schmale Einströmschlitze 5 aufweisen, während die beiden rechts gezeichneten Vertiefungen noch nicht mit den Metallstreifen 4 abgedeckt sind. Die Metallstreifen 4 sind durch Einkleben befestigt, doch können sie an der Seite etwas abgeschrägt sein, so daß eine Sicherung durch Einrollen der Kanten der eingefrästen Vertiefungen erfolgen kann.
Die Abstufungen werden durch Fräsen derart hergestellt, daß die Nut zuerst die Breite der Blechstreifen aufweist, woran sich ein tieferer schmalerer Nutenteil anschließt, der den Verteilungskanal für die abgesaugte Strömung bildet. In dem Plankenblech ist am Nutengrund eine Anzahl von Löchern 6 in entsprechenden Abständen vorgesehen, die als Drosselstellen für die gleichmäßige Verteilung der Absaugströmung dienen.
Es wird empfohlen, zur Erzielung möglichst flacher Nutenkanalquerschnitte im Innern des Flügels zusätzliche Kanäle vorzusehen, die ihrerseits wieder über Verteilungsdrosselstellen mit den Hauptabsaugkanälen verbunden sind.
Sie dienen zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Verteilung der Absaugeströmung bzw. des dabei entstehenden Unterdrucks über das Flügelprofil bzw. über die ganze Länge des Flügels. Diese Maßnahmen sind der Berechnung und Messung zugänglich.
Aus der in F i g. 2 dargestellten Draufsicht läßt sich die Anordnung der Schlitze gut erkennen. Sie können auf automatisch arbeitenden Maschinen bequem in dünnen endlosen Blechstreifen hergestellt werden. Die fertig bearbeiteten Streifen werden in passenden Längen abgeschnitten, senkrecht von oben in die passenden Nuten eingelegt und dann durch Kleben, Schweißen oder Einrollen der gefrästen Nutenkanten befestigt.
Die Schlitz-Band-Streifen bestehen vorteilhaft aus Titan oder Titanlegierung, wodurch die Bänder mittels Punkt- oder Nahtschweißung, insbesondere mittels Impulsströmen, vorteilhaft an Leichtmetall anschweißbar sind.

Claims

Patentanspruch: überströmte Wand, insbesondere bei Luftfahrzeugen, mit Schlitzen und unter diesen liegenden Kanälen zur Absaugung der Grenzschicht, d a -durch gekennzeichnet, daß die Schlitze in dünnen schmalen Bändern, vorzugsweise aus Metall, angeordnet und die Bänder mit den Schlitzen in den mit Abstufungen versehenen Absaugkanälen bündig mit der Oberfläche der überströmten Wand eingesetzt und befestigt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: USA: Patentschrift Nr. 2 742 247; Schlichting und Truckenbrodt, »Aerodynamik des Flugzeugs«, Springer-Verlag, Berlin/ Göttingen/Heidelberg, 1959.