DE102006053259A1

DE102006053259A1 - Hochauftriebssystem am Tragflügel eines Flugzeugs und Verfahren zu seiner Betätigung

Info

Publication number: DE102006053259A1
Application number: DE102006053259A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dipl.-Ing. Holzhausen
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-11-11
Filing date: 2006-11-11
Publication date: 2008-05-21
Also published as: WO2008058695B1; US20100219299A1; EP2091813B1; CA2669174A1; RU2009122222A; US8382044B2; WO2008058695A1; EP2091813A1; CN101588965A; JP2010509118A; BRPI0718693A2; CN101588965B

Abstract

Es werden ein Hochauftriebssystem am Tragflügel eines Flugzeugs und ein Verfahren zu seiner Betätigung beschrieben. Am Tragflügel (1) angeordnete Hochauftriebsklappen (2) werden zur Erhöhung des Auftriebes aus einer eingefahrenen Position ausgefahren und ein von der Unterseite zur Oberseite des Tragflügels (1) durchströmter Spalt (3) geöffnet (advanced slat/flap-gap control). Erfindungsgemäß erfolgt das Öffnen des durchströmten Spalts (3) unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappe (2). Dadurch kann wahlweise ein verbesserter Maximalauftriebsbeiwert (C<SUB>L</SUB>) oder ein verbessertes Gleitverhältnis mit geringerer Lärmentwicklung erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochauftriebssystem am Tragflügel eines Flugzeugs, mit am Tragflügel angeordneten Hochauftriebsklappen und einer Einrichtung zur Betätigung des Hochauftriebssystems, durch die die Hochauftriebsklappen zur Erhöhung des Auftriebs aus einer eingefahrenen Position ausfahrbar sind und ein von der Unterseite zur Oberseite des Tragflügels durchströmter Spalt geöffnet wird, sowie ein Verfahren zur Betätigung eines solchen Hochauftriebssystems (advanced slat/flap-gap control).
Bei vielen Flugzeugen, insbesondere Verkehrs- und Transportflugzeugen, sind Hochauftriebssysteme vorgesehen, welche zur Erhöhung des Auftriebs bei Start und Landung dienen. Solche Hochauftriebssysteme umfassen Hochauftriebsklappen in Form von am Tragflügel angeordneten Vorflügeln bzw. Vorflügelklappen und Hinterkantenklappen.
Die hier beschriebenen Hochauftriebsklappen sind Bestandteil des Hochauftriebssystems. Dabei kann jede betrachtete Klappe wahlweise eine Flügelvorderkantenklappe und/oder eine Flügelhinterkantenklappe sein. Die erfindungsgemäße Ausführung kann sich auf alle oder nur einzelne Hochauftriebsklappen in Spannweitenrichtung erstrecken.
Zur Aufrechterhaltung des Auftriebs wird mit abnehmender Geschwindigkeit das Klappensystem immer weiter ausgefahren. Dies erfolgt in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit oder ggf. auch vom Anstellwinkel des Tragflügels bzw. des Flugzeugs. Beim Ausfahren wird zwischen Klappen und Tragflügel ein Spalt geöffnet, durch welchen (zwischen Vorflügelklappe und Hauptflügel bzw. zwischen Hauptflügel und Hinterkantenklappe) Luft zur Oberseite des aerodynamisch wirksamen Profils geführt und damit der Maximalauftrieb erhöht wird.
Bei bekannten Hochauftriebssystemen ist die Öffnungsstellung des Spalts durch eine feste Kinematik an die jeweilige Klappenstellung gebunden. Die durch den Spalt strömende Luft erhöht den Maximalauftrieb, bei gleichzeitiger Reduktion des Gleitzahlverhältnisses. Aufgrund von Turbulenzen der stark beschleunigten Strömung im Spalt entsteht zusätzlicher Lärm.
Der Auftriebsbeiwert C_L ist eine Funktion des Anstellwinkels, d.h. des Winkels zwischen der Sehne des Tragflächenprofils und der anströmenden Luft, sowie der jeweiligen Stellung von Vorflügel- und Hinterkantenklappen. Liegt die Strömung am Tragflächenprofil an, so besteht ein weitgehend linearer Zusammenhang zwischen Anstellwinkel und Auftriebsbeiwert C_L. Oberhalb eines bestimmten Anstellwinkels α_stall beginnt die Strömung sich vom Tragflächenprofil abzulösen (engl. to stall) und der Auftriebsbeiwert verringert sich mit weiter zunehmendem Anstellwinkel. Bei einem Tragflügel, dessen Hochauftriebssystem einen durchströmten Spalt aufweist, erfolgt der Strömungsabriß bei einem größeren Anstellwinkel bzw. ist der Maximalauftrieb größer als bei einem Hochauftriebssystem ohne Spalt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hochauftriebssystem zu schaffen, mit welchem einerseits ein gutes Gleitzahlverhältnis erreichbar und dennoch eine hohe Sicherheitsreserve bis zum Strömungsabriß gewährleistet ist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Betätigung eines solchen Hochauftriebssystems angegeben werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Hochauftriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Betätigung eines Hochauftriebssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Durch die Erfindung wird ein Hochauftriebssystem am Tragflügel eines Flugzeugs geschaffen, mit am Tragflügel angeordneten Hochauftriebsklappen und einer Einrichtung zur Betätigung des Hochauftriebssystems, durch die die Hochauftriebsklappen zur Erhöhung des Auftriebs aus einer eingefahrenen Position ausfahrbar sind und ein Luft von der Unterseite zur Oberseite des Tragflügels führender Spalt zwischen Klappe und Tragflügel geöffnet wird. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung zur Betätigung des Hochauftriebssystems für ein Öffnen oder Schließen des durchströmten Spalts unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappe, mit Ausnahme des eingefahrenen Zustands der Hochauftriebsklappe bei dem definitionsgemäß kein Spalt vorhanden ist, vorgesehen.
Bei der Erfindung können somit die Hochauftriebsklappen bei geschlossenem Spalt ausgefahren und eingefahren werden, und der Spalt kann unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappen geöffnet oder geschlossen werden
Bei den hier verwendeten Begriffen Öffnen und Schließen handelt es sich um relative Bewegungen gegenüber dem Ausgangszustand. Schließen bedeutet somit, dass das Spaltmaß nicht Zwangsweise null wird, sondern ein Restspalt bestehen bleiben kann. Umgekehrt bedeutet Öffnen eine Vergrößerung des Spalts, die aber nicht zwangsweise bis an den Öffnungsanschlag führt.
Weiterhin wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Betätigung eines Hochauftriebssystems am Tragflügel eines Flugzeugs geschaffen, bei dem eine am Tragflügel angeordnete Hochauftriebsklappe zur Erhöhung des Auftriebs aus einer eingefahrenen Position ausgefahren und ein Luft von der Unterseite zur Oberseite des Tragflügels führender durchströmter Spalt zwischen Hochauftriebsklappe und Tragflügel geöffnet wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Öffnen oder Schließen des durchströmten Spalts unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappe erfolgt, mit Ausnahme des eingefahrenen Zustands der Hochauftriebsklappen bei dem definitionsgemäß kein Spalt vorhanden ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems und des Verfahrens zu seiner Betätigung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines Teiles eines Hochauftriebssystems am Tragflügel eines Flugzeugs, wobei die Vorderkante des Tragflügels und eine daran angeordnete ausfahrbare Vorflügelklappe gezeigt ist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit rotatorischer Klappenbetätigung;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines Teiles eines Hochauftriebssystems am Tragflügel eines Flugzeugs, wobei die Vorderkante des Tragflügels und eine daran angeordnete ausfahrbare Vorflügelklappe gezeigt ist, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit beweglicher Zusatzklappe;
3 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit des Auftriebsbeiwerts C_L der Tragfläche eines Flugzeugs vom Anstellwinkel α; und
4 und 5 Diagramme ähnlich 3 zur Erläuterung, auf welche Weise die vorliegende Erfindung zur Auftriebserhöhung genutzt werden kann, gemäß zwei Ausführungsbeispielen.
Die 1 und 2 zeigen jeweils teilweise ein Hochauftriebssystem am Tragflügel eines Flugzeugs, welches eine am Tragflügel 1 angeordnete Vorflügelklappe 2 umfaßt, die gegenüber dem Tragflügel 1 zur Erhöhung des Auftriebs ein- und ausfahrbar ist. Die Vorflügelklappe 2 kann aus einer eingefahrenen Position, die gestrichelt dargestellt ist, und in welcher die Vorflügelklappe 2 den Tragflügel 1 zu einem im wesentlichen glatten, geschlossenen aerodynamischen Profil für den Reiseflug ergänzt ist, in eine Position ausgefahren werden, die mit durchgezogenen Linien gezeigt sind. In den ausgefahrenen Positionen wird die insgesamt aerodynamisch wirksame Länge des Tragflügelprofils 1 in Richtung der Flügelprofilsehne (quer zur Spannweitenrichtung) vergrößert und gleichzeitig die Wölbung des aerodynamisch wirksamen Gesamtprofils verstärkt, was zu der gewünschten Auftriebserhöhung führt.
Der Auftrieb an der Tragfläche eines Flugzeugs kann beschreiben werden durch die Auftriebsgleichung L = ½·ρLuft·V2·S·CL, wobei

L: = Auftrieb (Lift)
ρ_Luft: = Luftdichte
S: = Flügelfläche
C_L: = Auftriebsbeiwert
V: = tatsächliche Geschwindigkeit.

Das bei Flugzeugen vorgesehene Hochauftriebssystem ermöglicht es, durch Erhöhung des Auftriebsbeiwerts (C_L) bei gleichbleibendem Auftrieb L die Fluggeschwindigkeit V zu verringern. Der Auftriebsbeiwert C_L ist eine Funktion des Anstellwinkels (Winkel zwischen der Sehne des Tragflächenprofils und der anströmenden Luft), sowie der jeweiligen Klappenstellung von Vorflügel- und/oder Hinterkantenklappensystem. Liegt die Strömung am Tragflächenprofil an, so besteht ein weitgehend linearer Zusammenhang zwischen Anstellwinkel α und Auftriebsbeiwert C_L. Oberhalb eines bestimmten Anstellwinkels α_stall löst sich die Strömung vom Tragflächenprofil ab (englisch: to stall) und der Auftriebsbeiwert verringert sich mit weiter zunehmenden Anstellwinkel α.
Moderne Flugzeuge verfügen in ihrem primären Flugsteuerungssystem über eine Anstellwinkel-Regelung, welche Anstellwinkel α verhindern, die einen Strömungsabriß, d.h. ein Überziehen des Flugzeugs zur Folge hätten. Diese Anstellwinkel-Regelung wird typischerweise aktiviert, wenn eine charakteristische Geschwindigkeit V_prot (protection = Schutz) unterschritten bzw. ein entsprechender Anstellwinkel α_prot überschritten wird. Die Anstellwinkel-Regelung wird aktiviert wesentlich unterhalb der minimal operationell zulässigen Geschwindigkeit V_LS (lowest selectable speed) bzw. wesentlich oberhalb des zugeordneten Anstellwinkels α_LS. Diese minimal operationell zulässige Geschwindigkeit V_LS ist definiert als das 1,23-fache (für Landung) bzw. das 1,13-fache (für Start) der Geschwindigkeit V_S,1G, die einem Strömungsabriß im stationären Flugzustand bei Erdbeschleunigung 1G entspricht (S = stall-speed), also Für die Landung: VLS >= Vref = 1,23·Vs,1G. Für den Start: VLS >= Vref = 1,13·VS,1G.
Mit

V_ref: = reference speed,
V_s,1G.: = stall speed mit einem Lastvielfachen von 1,0g.

V_LS kann größer als V_ref und der dazugehörige Anstellwinkel α_Ls entsprechend kleiner gewählt werden
Die funktionelle Abhängigkeit des Auftriebsbeiwerts C_L vom Anstellwinkel α ist in 3 dargestellt. Wie aus diesem Diagramm zu sehen ist, steigt der Auftriebsbeiwert C_L mit zunehmenden Anstellwinkel α zunächst im wesentlichen linear an bis zum Erreichen eines größten stationär erreichbaren Anstellwinkel α_lim, bei dem die Strömung als noch voll am Tragflügelprofil anliegend angesehen werden kann. Bei Überschreiten dieses Anstellwinkels α_lim beginnt sich die Strömung sukzessive vom Tragflügelprofil abzulösen, was in einer Abflachung der in 3 gezeigten Kurve oberhalb von α_lim ihren Ausdruck findet. Bei dem Anstellwinkel α_stall erreicht die Kurve ihr Maximum und der Auftriebsbeiwert C_L verringert sich mit einer weiteren Zunahme des Anstellwinkels α, was einem Überziehen des Flugzeugs entspricht. Die vorher angesprochenen Anstellwinkel α_lim und α_prot und die diesen entsprechenden Auftriebsbeiwerte C_Llim bzw. C_Lprot sind ebenfalls in 3 eingezeichnet.
Die hier verwendeten Definition der Parameter α_prot, α_LS und α_lim beziehen sich ausschließlich auf die hier beschriebene Funktionalität und nicht auf bekannte Analogien aus der Literatur oder bestehender Systeme.
Weiterhin sind auf der rechten Seite des Diagramms exemplarisch in einer Geschwindigkeitsskala die zugeordneten Geschwindigkeiten V_LS, V_αprot und V_αlim (Fahrt in Knoten) angegeben. Der schwach schraffierte Bereich bedeutet die Geschwindigkeiten zwischen V_αprot und V_αlim, entsprechend Anstellwinkeln zwischen α_prot und α_lim, in diesem Bereich wird die Anstellwinkel-Regelung aktiviert, der dicht schraffierte Bereich unterhalb V_αlim bzw. oberhalb α_lim bedeutet den Bereich, in welchem oberhalb des größten stationär erreichbaren Anstellwinkels α_lim bzw. unterhalb der entsprechenden Geschwindigkeit V_αlim die Strömung am Tragflügel abzureißen beginnt.
Wieder Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Spalt 3, durch den Luft von der Unterseite der Vorflügelklappe 2 zur Oberseite des Tragflügels 1 geführt und damit die Strömungsgeschwindigkeit an der Oberseite des Tragflügels 1 erhöht und der Auftrieb vergrößert wird, wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann, unabhängig von der Stellung der Vorflügelklappe 2 (es sei denn, die Vorflügelklappe 2 befindet sich im eingefahrenen Zustand).
Bei geschlossenem Spalt 3 oder bei nur wenig geöffnetem Spalt 3 ist einerseits der maximal erreichbare Auftriebsbeiwert kleiner aber gleichzeitig auch der durch den Spalt 3 verursachte Lärm geringer und das Gleitverhältnis (Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand) größer. Die Auftriebsbeiwerte für geöffneten Spalt (vented position) und geschlossenen Spalt (sealed position) sind jeweils in den 4 und 5 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass bis zum Wert α_lim beide Kurven im wesentlichen übereinander liegen, während darüber eine Zunahme des Auftriebsbeiwerts C_L um ΔC_L als Differenz der maximalen Auftriebsbeiwerte C_{L,stall,vented} und C_{L,stall,sealed} zu sehen ist.
Dieser Effekt wird bei der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, durch Öffnen bzw. Schließen des Vorflügelspalts 3 je nach den Erfordernissen des augenblicklichen Flugzustands einen größeren Auftriebsbeiwert C_L oder ein besseres Gleitverhältnis verbunden mit geringerem Kraftstoffverbrauch und geringerer Lärmerzeugung zugänglich zu machen. Das Öffnen bzw. Schließen des Vorflügelspalts 3 soll dabei vorzugsweise mit einer größeren Geschwindigkeit erfolgen als die Bewegung des Ausfahrens oder Einfahrens der Vorflügelklappe 2. Zu jeder Klappenstellung sind damit zwei Auftriebsbeiwerte C_{L,stall,vented} für (vollständig) geöffneten Spalt 3 und C_{L,stall,sealed} für geschlossenen Spalt 3 und ggf. entsprechende Zwischenwerte möglich. Gegenüber herkömmlichen Funktionalitäten ist somit die Öffnung des Vorflügelspalts 3 nicht durch die Klappenstellung fix vorgegeben oder an die Kinematik der Klappenstellung gekoppelt, sondern kann unabhängig davon gewählt werden, beispielsweise als Funktion des Anstellwinkels α. Der Spalt 3 kann somit zu einer bestimmten Klappenstellung sowohl geschlossen als auch geöffnet sein. Damit ist es möglich, beim Ausfahren des Hochauftriebssystems den Spalt 3 ganz oder weitgehend geschlossen zu halten, womit ein hohes Gleitverhältnis, eine geringere Lärmerzeugung und ein verminderter Treibstoffverbrauch einhergeht, und ihn nur dann zu öffnen und zu durchströmen, wenn im Bereich hoher Anstellwinkel α der Grenzschicht am Tragflügelprofil mehr Energie zugeführt werden muß, um einem drohenden Strömungsabriß zu begegnen. Die Öffnung des Vorflügelspalts 3 erfolgt somit unabhängig von der Klappenstellung und ist nicht durch die Klappenkinematik vorgegeben.
Die Steuerung des Spalts 3 kann beispielsweise durch Drehen oder Kippen der Klappe 2 um eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse erfolgen, wie in 1 dargestellt, wo die Klappe 2 in einer Position mit geschlossenem Spalt 3 und in einer weiteren Position mit geöffnetem Spalt 3 dargestellt ist, oder durch eine eigene Klappe, beispielsweise durch eine sich ebenfalls in Spannweitenrichtung erstreckende Hilfsklappe 7, wie sie in 2 gezeigt ist. Hier wird lediglich die Hilfsklappe 7 wahlweise geöffnet oder geschlossen, um den Spalt 3 zu öffnen oder zu schließen.
Die Betätigungseinrichtung kann alternativ so ausgebildet sein, dass das Öffnen oder Schließen des Spalts 3 durch translatorische oder rotatorische Bewegung einer Aufhängung von die Klappe 3; 7 tragnden Schienen (Tracks) oder durch entsprechende Bewegung von Komponenten der besagten Aufhängung erfolgt.
Für die funktionale Umsetzung sind verschiedene Möglichkeiten gegeben, von denen in den 4 und 5 zwei dargestellt sind. Hier können je nach Wahl des Auslegungspunkts zwei Fälle unterschieden werden:

1. für die Zertifizierung und damit die Definition der charakteristischen Geschwindigkeiten wird der Auftriebsbeiwert C_{L,stall,vented} des geöffneten Vorflügelspalts 3 verwendet. Operationell ist der Spalt 3 für die verschiedenen Klappenstellungen jedoch geschlossen und wird nur bei Erreichen oder Überschreiten eines definierten Anstellwinkels, z.B. α_prot schnell geöffnet. Durch Aktivierung dieser Schutzfunktion (Advanced Slat/Flap Gap Control) wird der Auftriebsbeiwert C_{L,stall,vented} also nur nach Bedarf hergestellt. Damit ist eine Verschiebung der charakteristischen Anstellwinkel und Auftriebsbeiwerte verbunden, wie es in 4 dargestellt ist.
2. Alternativ wird operationell und für die Zertifizierung der Auftriebsbeiwert C_{L,stall,sealed} des geschlossenen Spalts 3 verwendet. Durch das Öffnen des Spalts 3 wird eine zusätzliche Sicherheitsmarge für den Auftrieb geschaffen, nämlich durch Erhöhung des maximalen Auftriebsbeiwerts von C_{L,stall,sealed} nach C_{L,stall,vented} wie es in 5 dargestellt ist.

Es sind aber natürlich auch Mischungen aus beiden Fällen oder eine andere Wahl denkbar.
Als Konsequenz aus Fall 1) operiert das Flugzeug immer bei einem höheren Gleitverhältnis und verringertem Lärm, nur im Ausnahmefall wird der Spalt 3 geöffnet, was vom Zustand her dann einem konventionellen Hochauftriebssystem entspricht. Durch Erhöhung des Gleitverhältnisses für den Start kann entweder beispielsweise der Bahnwinkel steiler gewählt werden (geringe zusätzliche Verbesserung bei der Lärmerzeugung) oder die Schubrücknahme (Thrust Cutback) kann früher bzw. stärker erfolgen. Im letzteren Fall ist zusätzlich ein verringerter Kraftstoffverbrauch, sowie eine Verminderung von Abgas- und Lärmemission des Triebwerks zu erwarten. Für die Landung ergibt sich ein geringeres Schubniveau und damit verbunden ebenfalls eine geringere Abgas- und Lärmbelastung. Die Verminderung des Hochauftriebslärms ist eine Folge des geschlossenen Spalts 3 und der verminderte Triebwerkslärm ergibt sich aus der Reduzierung des Schubniveaus aufgrund des verbesserten Gleitverhältnisses.
Im Fall 2) wurde für die Zertifizierung der verminderte Auftriebsbeiwert C_{L,stall,sealed} des geschlossenen Vorflügelspalts 3 zugrundegelegt. Dementsprechend muß zur Aufrechterhaltung des Gesamtauftriebs entweder die Flügelfläche vergrößert oder es muß entsprechend schneller angeflogen werden. In beiden Fällen ist das Gleitzahlverhältnis verbessert. Der Lärm des Hochauftriebssystems wird trotz größerer Flügelfläche reduziert sein, da keine Vorflügelspalte 3 zur Lärmerzeugung beitragen. Das bedarfsweise äffen des Spalts vergrößert die Sicherheitsmarge bis zum Stall.
Hinsichtlich der Betätigung des Hochauftriebssystems gibt es eine Anzahl von Möglichkeiten. Die Klappe 2 kann bei geschlossenem Spalt 3 ausgefahren und eingefahren werden, und der Spalt 3 kann unabhängig von der Stellung der Klappe 2 wahlweise geöffnet oder geschlossen werden (außer bei vollständig eingefahrener Klappe 2, bei der definitionsgemäß der Spalt 3 nicht vorhanden ist).
Wie bereits vorher erwähnt, kann das Öffnen des Spalts 3 mit einer Geschwindigkeit erfolgen, die deutlich größer ist als die Geschwindigkeit, mit der die Klappe 2 selbst ausgefahren wird.
Das Öffnen des Spalts 3 kann durch Drehen oder Kippen der Klappe 2 um eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse erfolgen, beispielsweise, wie in 1 dargestellt, oder durch Betätigung einer an der Klappe 2 angeordneten, sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Hilfsklappe 7, beispielsweise, wie in 2 gezeigt. Die Hilfsklappe kann auch durch eine innerhalb des Spalts 3 vorgesehene Miniklappe gebildet sein, durch die der Spalt 3 zumindest teilweise geöffnet wird.
Das Öffnen des Spalts 3 kann durch eine Aktuatoreinrichtung 5 erfolgen, die unabhängig von der Stellung der Klappe 2 betätigbar ist.
Die Aktuatoreinrichtung 5 kann motorisch betätigt werden.
Die Aktuatoreinrichtung 5 kann beispielsweise durch Federkraft betätigt werden oder durch elastische Verformung von in dieser enthaltenen Bauteilen erfolgen. Auch kann das Öffnen des Spalts 3 durch aerodynamische Kräfte erfolgen.
Das Öffnen des Spalts 3 kann in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Signal freigegeben werden, beispielsweise durch Freigabe einer Klinke oder einer sonstigen Verriegelung, und der Spalt 3 kann motorisch geschlossen werden.
Das Öffnen des Spalts 3 kann in Abhängigkeit vom Anstellwinkel α des Tragflügels 1 erfolgen. Dies kann geleistet werden durch die in den 1 und 2 angedeutete Steuereinrichtung 6, welche beispielsweise Bestandteil des Flugsteuerungssystems oder des Klappensteuerungssystems (Slat/Flap Control System) des Flugzeugs sein kann. Die Steuerung kann beispielsweise so ausgelegt werden, dass der Spalt 3 bis zum Erreichen eines vorgegebenen Anstellwinkels α_prot geschlossen gehalten und bei Erreichen oder Überschreiten desselben sukzessive oder vollständig geöffnet wird. Dabei kann der Anstellwinkel α_prot, bei dem der Spalt 3 geöffnet wird, so gewählt werden, dass er zwischen dem Anstellwinkel α_LS, der der kleinsten (bzw. einer gewählten) operationell zulässigen Geschwindigkeit V_LS zugeordnet ist, und dem größten stationär erreichbaren Anstellwinkel α_lim bei geschlossenem Spalt 3 liegt.
Der Spalt 3 kann über einen vorgegebenen Öffnungsbereich kontinuierlich verstellbar oder zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung diskret verstellbar sein.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Spalt 3 um so weiter geöffnet wird, je weiter der vorgegebene Anstellwinkel α_prot überschritten wird.
Die Hochauftriebsklappe kann ein Vorflügel bzw. eine Flügelvorderkantenklappe 2, wie bei den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen, oder eine Flügelhinterkantenklappe sein. Die Physik bzw. die Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften sind jedoch unter Verwendung von Hinterkantenklappen etwas anders. Durch Ausfahren von Hinterkantenklappen (Flaps) vergrößert sich im allgemeinen nicht der Anstellwinkelbereich, wie es bei einem Vorflügel (Slat) der Fall ist (von α_stall,sealed nach α_stall,vented, vergleiche 4), sondern es findet eine Parallelverschiebung der Auftriebskurve (C_L versus α) nach oben statt (Vergrößerung des Auftriebs bei α = 0° und entsprechend für C_L,max). Operationell bedeutet dies eine Verkleinerung des Anstellwinkels α bei gleichem Auftrieb oder ein Zusatzlastvielfaches bei gleichem Anstellwinkel α.

1: Tragflügel
2: Hochauftriebsklappe
3: Spalt
4: Betätigungseinrichtung
5: Antrieb, Aktuatoreinrichtung
6: Steuereinrichtung
7: Hilfsklappe

Claims

Hochauftriebssystem am Tragflügel eines Flugzeugs, mit einer am Tragflügel (1) angeordneten Hochauftriebsklappe (2) und einer Einrichtung (4) zur Betätigung des Hochauftriebssystems, durch die die Hochauftriebsklappe (2) zur Erhöhung des Auftriebs aus einer eingefahrenen Position ausfahrbar ist und ein von der Unterseite zur Oberseite des Tragflügels (1) durchströmter Spalt (3) zwischen Hochauftriebsklappe (2) und Tragflügel (1) geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Betätigung des Hochauftriebssystems für ein öffnen oder Schließen des durchströmten Spalts (3) unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappe (2), mit Ausnahme des eingefahrenen Zustands der Hochauftriebsklappen bei dem definitionsgemäß kein Spalt vorhanden ist, vorgesehen ist.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) zum Ausfahren oder Einfahren der Hochauftriebsklappe (2) bei geschlossenem Spalt (3) und zum wahlweisen öffnen oder Schließen des Spalts (3) unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappe (2) vorgesehen ist.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) zum öffnen des durchströmten Spalts (3) mit einer Geschwindigkeit vorgesehen ist, die wesentlich größer ist als die Geschwindigkeit, mit der die Hochauftriebsklappe (2) ausgefahren wird.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) zum öffnen des durchströmten Spalts (3) durch Drehen oder Kippen der Hochauftriebsklappe (2) um eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse vorgesehen ist.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hochauftriebsklappe (2) eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende Hilfsklappe (7) angeordnet ist, die zum Öffnen des durchströmten Spalts (3) durch die Betätigungseinrichtung (4) betätigbar ist.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsklappe durch eine innerhalb des Spalts (3) vorgesehene Miniklappe gebildet ist.
Hochauftriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung so ausgebildet ist, dass das Öffnen oder Schließen des Spalts (3) durch translatorische oder rotatorische Bewegung einer Aufhängung von die Klappe (3; 7) tragenden Schienen oder durch entsprechende Bewegung von Komponenten der besagten Aufhängung erfolgt.
Hochauftriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) eine zum Öffnen des durchströmten Spalts (3) vorgesehene Aktuatoreinrichtung (5) enthält, die unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappe (2) betätigbar ist.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (5) motorisch betätigt ist.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (5) durch Federkraft oder elastische Bauteilverformung betätigt ist.
Hochauftriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) so ausgebildet ist, dass das Öffnen des durchströmten Spalts (3) durch aerodynamische Kräfte erfolgt.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) zum Öffnen des Spalts (3) in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Signal und zum motorischen Schließen des Spalts (3) vorgesehen ist.
Hochauftriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) eine Steuereinrichtung (6) enthält, durch die das Öffnen des durchströmten Spalts (3) in Abhängigkeit von Anstellwinkel oder Geschwindigkeit oder einem dem Anstellwinkel oder der Geschwindigkeit äquivalenten Parameter erfolgt.
Hochauftriebssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) so ausgebildet ist, dass der Spalt (3) bis zum Erreichen eines vorgegebenen Anstellwinkels (α_prot) geschlossen gehalten und bei Erreichen oder Überschreiten des vorgegebenen Anstellwinkels (α_prot) geöffnet wird oder bis zum Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit (V_αprot) geschlossen gehalten und bei Erreichen oder Unterschreiten der vorgegebenen Geschwindigkeit (V_αprot) geöffnet wird.
Hochauftriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochauftriebsklappe eine Flügelvorderkantenklappe (2) ist.
Hochauftriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochauftriebsklappe eine Flügelhinterkantenklappe ist.
Verfahren zur Betätigung eines Hochauftriebssystems am Tragflügel eines Flugzeugs, bei dem eine am Tragflügel (1) angeordnete Hochauftriebsklappe (2) zur Erhöhung des Auftriebs aus einer eingefahrenen Position ausgefahren und ein von der Unterseite zur Oberseite des Tragflügels (1) durchströmter Spalt (3) zwischen Hochauftriebsklappe (2) und Tragflügel (1) geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnen oder Schließen des durchströmten Spalts (3) unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappe (2) erfolgt, mit Ausnahme des eingefahrenen Zustands der Hochauftriebsklappen bei dem definitionsgemäß kein Spalt vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochauftriebsklappe (2) bei geschlossenem Spalt (3) ausgefahren oder eingefahren wird, und dass der durchströmte Spalt (3) unabhängig von der Stellung der Vorflügelklappe (2) wahlweise geöffnet oder geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des Spalts (3) mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die wesentlich größer ist als die Geschwindigkeit, mit der die Hochauftriebsklappe (2) ausgefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des Spalts (3) durch Drehen oder Kippen der Hochauftriebsklappe (2) um eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des Spalts (3) durch Betätigung einer am Vorflügel angeordneten, sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Hilfsklappe (7) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des Spalts (3) durch eine Aktuatoreinrichtung (5) erfolgt, die unabhängig von der Stellung der Hochauftriebsklappe (2) betätigbar ist.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (5) motorisch betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (5) durch Federkraft oder durch elastische Bauteilverformung betätigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des Spalts (3) durch aerodynamische Kräfte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des Spalts (3) in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Signal freigegeben wird, und dass der Spalt (3) motorisch geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des Spalts (3) in Abhängigkeit von Anstellwinkel oder Geschwindigkeit oder einem dem Anstellwinkel oder der Geschwindigkeit äquivalenten Parameter erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) bis zum Erreichen eines vorgegebenen Anstellwinkels (α_prot) geschlossen gehalten und bei Erreichen oder Überschreiten des vorgegebenen Anstellwinkels (α_prot) geöffnet wird oder bis zum Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit (V_αprot) geschlossen gehalten und bei Erreichen oder Unterschreiten der vorgegebenen Geschwindigkeit (V_αprot) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Schließen des Spalts (3) bei unterschiedlichen Anstellwinkel-Werten bzw. bei unterschiedlichen Geschwindigkeitswerten erfolgt, so dass eine Hysterese entsteht.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Anstellwinkel (α_prot), bei dem der Spalt (3) geschlossen wird, so gewählt wird, dass er zwischen einem Anstellwinkel (α_ls), der der kleinsten operationell zulässigen Geschwindigkeit (V_ls) zugeordnet ist, und dem größten stationär zulässigen Anstellwinkel (α_lim) bei geschlossenem Spalt (3) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (5) über einen vorgegebenen Öffnungsbereich kontinuierlich verstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung diskret verstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 31 in Verbindung mit Anspruch 28, 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) um so weiter geöffnet wird, je weiter der vorgegebene Anstellwinkel (α_prot) überschritten wird.