DE3241456A1 - Einrichtung zur verminderung von boeenlasten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verminderung von Böenlasten bei Flugzeugen deren Tragflügel mit Klappen oder Durchlässen versehen sind.

Eine solche. Einrichtung ist durch die DE-OS 25 33 221 bekanntgeworden ,wobei sich die Klappen an den Flügeln bei Erhöhung der Auftriebsbelastung öffnen und bei Verminderung schließen. Die Wirkung dieser Lösung beruht darauf,daß durch das Öffnen der Durchlässe die wirksame Flügelfläche beträchtlich verkleinert wird.Der Hauptnachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß ein derart ausgeführter Flügel für den praktischen Einsatz zu aufwendig und kaum durchführbar ist.Die vorgeschlagenen Maßnahmen der'Anordnung einer Anzahl mittels einer Zugverbindung miteinander verkoppelter Klappen,die einen oder mehrere breite Spalte im Flügelwurzelbereich abdecken,sind für moderne Flugzeuge nicht realisierbar.

Durch die DE-AS 14 81 931 ist eine Steuereinrichtung für Flugzeuge offenbart,womit die Aufgabe gelöst wird,bei einem Flugzeug mit Auftriebserhöhung durch Ausblasen über Flügelhinterkanten die gegenkurvensinnigen Störmomente zu eliminieren.Diese Lösung funktioniert nur im Zusammenhang mit einer Ausblaseinrichtung, wobei die erforderlichen Luftmengen durch einen Kompressor geliefert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,mit der in einfacher,zuverlässiger und verzögerungslos wirkender Weise Böenlasten reduziert werden. .

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen gelöst.In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Ausführungsbeispiel abgehandelt und in der Zeichnung schemadargestellt.Es zeigen :

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Fig.l eine perspektivische Draufsicht eines Flügels,

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A mit geschlossener Klappenstellung,

Fig.3 einen Querschnitt gemäß Fig.2 mit geöffneter Klappenstellung.

Die Dimensionierung der Flügel eines modernen Verkehrsflugzeuges wird im wesentlichen Umfang durch die aufzunehmenden Böenlasten bestimmt.Zwangsläufig erfordern diese Kräfte einen erhöhten Aufwand an Strukturgewicht und demzufolge auch einen Treibstoffmehrverbrauch.Dies führte zur Entwicklung sogenannter Böenlastminderungssysteme,die aber die Bö selbst messen oder deren Einwirkung,wobei dann über Regler Steuerflächen so verschwenkt werden ,daß die aerodynamischen Lasten gemindert werden.Als Steuerflächen hierfür werden Querruder,Landeklappensegmente und vereinzelt Spoiler vorgeschlagen,mit denen kritischen Aufwärtsböen durch symmetrischen Ausschlag entgegewirkt und der Auftrieb reduziert wird.

Bei den heutigen modernen Flugzeugkonzeptionen mit ihren typischen "torsionsweichen" Flügeln hoher Streckung führen die Querrruder-und Landeklappenausschläge zu einer elastischen Verwindung des Flügels,wodurch ein erheblicher Teil des unmittelbar zu erzielenden Effektes verloren geht.Die bisherigen Versuche mit Spoilern zeigten eine nichtlineare Charakteristik auf.Bei allen bisher eingesetzten Flächen ergaben sich Schwierigkeiten aus den hohen Betätigungsgeschwindigkeiten,deren. Werte bei 5 Hz, ? 100 /see liegen.Außerdem werden die Trägheitskräfte mit den aerodynamischen Kräften vergleichbar.

Alle diese bisherigen Schwierigkeiten werden in überraschend

*)
einfacher dadurch behoben,daß vorzugsweise im Außenbereich 10c der Flügelstruktur 10 ein oder mehrere spaltartige Strömungs- *) Weise - 5 -

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kanäle 11 angeordnet sind,die von der Flügelunterseite IQa zur Flügeloberseite 10b geführt sind und einen festen Bestandteil der Flügelstruktur bilden.Oiese Strömungskanäle 11 weisen an der Flügelunterseite 10a eine gewisse Einlaufskrümmung lla auf, wogegen sie an der Flügeloberseite 10b in eine nahezu senkrecht zur Außenluft-AnstrÖmrichtung verlaufende Gerade 11b übergehen. Jeder dieser so ausgebildeten Strömungskanäle ist im ungestörten Normalflug durch eine schmale Klappe 12 verschlossen.Tritt nun eine Böe auf und erhöht den Auftrieb,so wird die Klappe geöffnet und damit erfolgt eine Durchströmung der Kanäle 11 an deren Austritt an der Flügeloberseite 10b sich ein flächiger Strahl quer zur Anströmrichtung der Außenluft bildet,der wie ein Spoiler wirkt.Dies führt zu einer Ablösung der Anströmung und damit zum Abbau der durch die Böe verursachten zusätzlichen Auftriebs.

Das Öffnen und Schließen der Klappen 12 kann nun in verschiedener Weise er folgen.Einmal kann dies unter der Kontrolle eines Reglers erfolgen ,wobei hier wiederum verschiedene Systeme denkbar sind,beispielsweise ein selbständiger Druckregler oder ein von der Flugzeugelektronik beaufschlagter Regler etc.Durch solche Systeme erfolgt also eine aktive Lastminderung.Zum andernmal bewähren sich zur sogenannten "passiven" Lastminderung Systeme,bei denen die Klappe unter einer bestimmten Vorspannung dann automatisch öffnet,wenn bestimmte Druckdifferenzen zwischen Flügeloberseite und -Unterseite überschritten werden,also ein bestimmter Auftriebswert erreicht wird.Weiterhin kann durch geeignete Zuordnung des Klappenschwerpunktes zur Klappendrehachse neben der Druckdifferenz auch die vom Flügel tatsächlich erfahrene Beschleunigung zur Klappensteuerung herangezogen -werden.

Natürlich ist es möglich,die vorbeschriebene Einrichtung in die komplette Flugsteuerung einzubeziehen um die Rpllsteuerfunktion der üblichen Spoiler zu übernehmen.

Die vorbeschriebene Einrichtung weist gegenüber den konventionellen Ruder- und Klappenanordnungen eine Reihe von Vorteilen auf. So treten in einem Lastminderungssystem geringe Trägheitsmomente der Steuerflächen auf, der Wirkungsverlust durch die elastische Verdrehung des Flügels wird wesentlich geringer, die lineare Charakteristik ist erheblich gegenüber einem mechanischen Spoiler verbessert und eine echte passive Lastminderung wird ermöglicht.

Bei der Ausbildung als sog. RoIlsteuerelement erweisen sich die geringen Trägheitsmomente als vorteilhaft und ebenso
die geringen aerodynamischen Lasten auf den Aktuator.

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Claims (6)

• »•«ο··· MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn,den 18.10.82. GESELLSCHAFT BT Ol - Kre - 9291 MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG MÜNCHEN Einrichtung zur Verminderung von Böenlasten. Patentansprüche

1. Einrichtung zur Verminderung von Böenlasten bei Flugzeugen deren Tragflügel mit Klappen oder Durchlässen versehen sind, dadurch gekennzeichnet ,daß in der Flügelstruktur (10) vonderen Unterseite (10a) zur Oberseite (10b) ein oder mehrere spaltartige,starre Strömungskanäle (11) angeordnet und mit Klappen (12) verschlossen sind,die automatisch den Strömungskanal (11) bei einer Aufwärtsböe öffnen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet ,daß die Strömungskanäle (11) jeweils im Bereich des Außenflügels (10c) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 ,dadurch gekennzeichnet ,daß das Öffnen der Strömungskanäle (11) in Beginn und Dauer durch überschreiten eines vorbestimmten Druckdifferenzwertes ausgelöst wird.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,,dadurch gekennzeichnet ,daß das Öffnen der Strömungskanäle (11) von einem Regler durchgeführt wird.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4,,dadurch gekennzeichnet ,daß zur Steuerung der Klappen (12)die vom Flügel (10) erfahrene Beschleunigung hernägezogen wird in dem der Klappenschwerpunkt zur Klappendrehachse in bestimmter Zuordnung stehen.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 ,dadurch g e k en nzeichnet ,daß die spaltartigen Strömungskanäle (11) von einer unteren Anfangskrümmung (lla) in eine nahezu senkrecht zur Außenluft bzw.deren Anströmungsrichtung verlaufende Gerade (Hb) übergehen.