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Die
Erfindung betrifft eine Wirbelgeneratoranordnung an der Triebwerksgondel
eines Flugzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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In
Hinblick auf die Leistungsfähigkeit
eines Flugzeugs, insbesondere eines Verkehrs- oder Transportflugzeugs
mit großem
Abfluggewicht, ist der maximal erreichbare Auftrieb in der Start-
und Landephase von besonderer Bedeutung. Dieser ist abhängig von
Größe und Geometrie
des Tragflügels und
begrenzt durch die bei zunehmendem Anstellwinkel des Flugzeugs beginnende
Strömungsablösung an
der Oberseite des Flügelprofils.
Zur Erhöhung
des maximal erreichbaren Auftriebs sind am Tragflügel üblicherweise
an dessen Vorderseite Vorflügel
oder Nasenklappen und an dessen Rückseite Hinterkantenklappen
als Hochauftriebshilfen vorgesehen. Durch eine vorteilhafte Gestaltung
dieser Auftriebselemente ist es möglich, den Beginn der Strömungsablösung am
Flügel
zu wesentlich größeren Anstellwinkeln
zu verschieben.
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Eine
weitere wirkungsvolle Maßnahme,
um den maximal erreichbaren Auftrieb zu noch größeren Anstellwinkeln zu verschieben,
ist es, durch geeignet ausgebildete Wirbelgeneratoren an der Oberseite des
Tragflügels
Wirbelfelder zu erzeugen, die mit zunehmendem Anstellwinkel des
Flugzeugs an Stärke zunehmen.
Ein geeigneter Platz zur Anbringung solcher Wirbelgeneratoren ist
an der Triebwerksgondel von am Tragflügel angeordneten Triebwerken.
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Solche
Wirbelgeneratoren, die als "Gondel-Strakes", "Chines" oder "Nacelle-Strakes" bekannt sind, erzeugen
bei optimaler Anordnung und großen
Anstellwinkeln einen kräftigen
Wirbel, der über
den Flügel
strömt
und dort oder auf einem vorgelagerten Vorflügel die Strömungsablösung zu größeren Anstellwinkeln hin verzögert. Somit
kann ein höherer
Anstellwinkel und dadurch ein größerer Maximalauftrieb
erzielt werden. Die besagten Wirbelgeneratoren sind typischerweise
durch Flossen gebildet, die sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung
der Triebwerksgondel erstrecken und so angeordnet sind, dass mit
zunehmend größerem Anstellwinkel
des Flugzeugs ein zunehmend stärkeres
Wirbelfeld erzeugt wird, während
im Reiseflug bei geringem Anstellwinkel des Flugzeugs im wesentlichen kein
Wirbelfeld erzeugt wird und ein durch die Wirbelgeneratoren verursachter
zusätzlicher
Strömungswiderstand
möglichst
gering ist.
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Bisher
ist es lediglich bekannt, entweder an der dem Rumpf zugewandten
Seite des Triebwerks bzw. der Triebwerksgondel einen einzigen Wirbelgenerator
vorzusehen (A320, A340, B777, B737) oder an jeder Seite des Triebwerks
bzw. der Triebwerksgondel je einen einzelnen Wirbelgenerator vorzusehen
(DC10, A321, A319, A318). Ein Nachteil der bekannten Anordnung ist
es, dass der von dem Wirbelgenerator erzeugte Wirbel aufgrund der
räumlichen Charakteristik
des Strömungsfeldes
nur in einem bezüglich
der Spannweitenrichtung sehr begrenzten Bereich, meist in unmittelbarer
Nähe des
Triebwerkpylons wirksam ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wirbelgeneratoranordnung zu schaffen,
die eine verbesserte und sich über
einen größeren Flügelbereich
erstreckende Wirkung aufweist.
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Die
Aufgabe wird durch eine Wirbelgeneratoranordnung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wirbelgeneratoranordnung
sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Verkehrsflugzeugs mit einer an der
jeweiligen Triebwerksgondel vorgesehenen Wirbelgeneratoranordnung
nach dem heutigen Stand der Technik;
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2 in
einer vergrößerten,
perspektivischen Ansicht eine Draufsicht auf die Wirbelgeneratoranordnung
des in 1 gezeigten Flugzeugs gemäß dem Stand der Technik; und
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3 eine
perspektivische Ansicht des Tragflügels eines Flugzeugs mit daran
angeordneten Triebwerken, vom Rumpf des Flugzeugs zum Flügelspitzenende
hin gesehen, wobei an den Triebwerksgondeln jeweilige Wirbelgeneratoranordnungen
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen sind.
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In 1 ist
in einer perspektivischen Ansicht schräg von vorn ein Flugzeug aus
der Airbus Baureihe A318 zu sehen, bei dem an den Triebwerksgondeln
Wirbelgeneratoren nach dem Stand der Technik vorgesehen sind. Das
Flugzeug verfügt über einen Tragflügel 1,
welcher in üblicher
Weise positiv, d. h. nach hinten gepfeilt ist. An der Vorderkante
des Tragflügels 1 sind
jeweilige Vorflügel 7 als
auftriebserhöhende
Elemente vorgesehen. Am Tragflügel 1 sind die
Triebwerke des Flugzeugs beherbergende Triebswerksgondeln 2 angeordnet,
welche unterhalb und typischerweise zu einem wesentlichen Teil vor der
Flügelvorderkante
befindlich sind. Die Triebwerksgondeln 2 sind über jeweilige
Triebwerkspylone 13 strukturell an den Tragflügel 1 angeschlossen.
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An
jeder Seite des Triebwerks, oder genauer gesagt, an der äußeren Oberfläche einer
jeden Triebwerksgondel 2, ist jeweils ein einzelner Wirbelgenerator
vorgesehen, nämlich
ein Wirbelgenerator 3 an der dem Flugzeugrumpf zugewandten
Innenseite der Triebwerksgondel 2 und ein weiterer Wirbelgenerator 6 an
der vom Flugzeugrumpf abgewandten Außenseite der Triebwerksgondel 2.
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Wie
die ausschnittsweise perspektivische Draufsicht in 2 von
der Flügelspitze
her in Richtung Rumpf gesehen zeigt, sind die Wirbelgeneratoren 3, 6 dazu
vorgesehen, bei großen
Anstellwinkeln des Flugzeugs, also im wesentlichen in der Startphase
und in der Landephase, ein Wirbelfeld zu erzeugen, welches über den
Tragflügel 1 und
auch über den
an der Flügelvorderkante
vorgesehenen Vorflügel 7 strömt. Dieses
Wirbelfeld besteht aus zwei Wirbeln 11, 12, die
ein Abwindgebiet 10 induzieren, an welchem eine durch die
Wirbeltätigkeit
verursachte verstärkte
Vermischung der Flügelgrenzschicht
mit der Umgebungsströmung
stattfindet.
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Die
in 2 dargestellten Wirbelbahnen 11, 12 und
das induzierte Abwindgebiet 10 sind eine vereinfachte,
modellhafte Vorstellung, die tatsächlichen Strömungsverhältnisse
dürften
noch komplizierter sein. Ersichtlich jedoch ist, dass das durch
die Wirbel 11, 12 induzierte Abwindgebiet 10 auf
einen bezüglich
der Spannweitenrichtung sehr engen Bereich in direkter Nähe des Pylons 13 begrenzt
wirksam ist.
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In 3 ist
eine Wirbelgeneratoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt, die sich an den Triebwerksgondeln 2 von zwei
an jeder Flugzeugseite am Tragflügel 1 vorgesehenen
Triebwerken 16, 17 eines vierstrahligen Verkehrsflugzeugs
befinden.
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Der
in 3 vom Flugzeugrumpf zur Flügelspitze hin sichtbare, an
der Backbordseite des Flugzeugs befindliche Tragflügel 1 trägt an jeweiligen
Pylonen 13 die besagten Triebwerksgondeln 2. Wie
ersichtlich ist, sind die Triebwerksgondeln 2 des inneren
bzw. äußeren Triebwerks 16 bzw. 17 bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
unter dem Tragflügel 1 und
wesentlich vor der Flügelvorderkante 14 desselben
angeordnet.
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An
der inneren, also dem Flugzeugrumpf zugewandten Seite der Triebwerksgondeln 2 sind
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
jeweilige Wirbelgeneratoranordnungen vorgesehen, die aus mehreren
Wirbelgeneratoren 3, 4, 5 bestehen, welche
in einem gegenseitigen Abstand zueinander befindlich sind.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen
die Wirbelgeneratoranordnungen an der besagten inneren Seite der
Triebwerksgondel 2 des inneren Triebwerks 16 jeweils
drei Wirbelgeneratoren 3, 4, 5, die,
wie durch die Doppelpfeile dargestellt, relativ zueinander in Umfangsrichtung
und/oder in Längsrichtung
der Triebwerksgondel 2 beabstandet sind.
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Nahe
dem Triebwerkspylon 13 und damit nahe der Mitte der Triebwerksgondel 2 ist
ein erster Wirbelgenerator 3 vorgesehen, welcher eine erste Wirbelbahn 21 in
Form eines über
den Flügel 1 mit Vorflügel 7 strömenden Wirbels
erzeugt. In Umfangrichtung der Triebwerksgondel 2 von dem
ersten Wirbelgenerator 3 nach unten beabstandet, ist ein
zweiter Wirbelgenerator 4 vorgesehen, welcher eine ähnliche
Wirbelbahn 22 erzeugt, die bezüglich der Spannweitenrichtung
des Tragflügels 1 jedoch
deutlich nach innen, also zur Flugzeuglängsachse hin versetzt ist.
Die beiden Wirbelgeneratoren 3, 4 sind bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel
in einem deutlichen Abstand vom vorderen Ende 9 der Triebwerksgondel 2 nach
hinten versetzt angeordnet, wie 3 zeigt.
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Weiter
ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
ein dritter Wirbelgenerator 5 vorgesehen, der bezüglich des
Umfangs der Triebwerksgondel 2 zwischen dem ersten Wirbelgenerator 3 und
dem zweiten Wirbelgenerator 4 und außerdem vor diesen, also näher zum
vorderen Ende 9 der Triebwerksgondel 2 hin versetzt
angeordnet ist. Dieser dritte Wirbelgenerator 5 erzeugt
eine weitere Wirbelbahn 23, die ihrerseits bezüglich der
Spannweitenrichtung des Tragflügels 1 zwischen
der Wirbelbahn 21 des ersten Wirbelgenerators 3 und
der Wirbelbahn 22 des zweiten Wirbelgenerators 4 befindlich
ist.
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Allein
durch die Anordnung der drei an der inneren Seite des inneren Triebwerks 16 vorgesehenen
Wirbelgeneratoren 3, 4, 5 wird somit
ein Strömungsfeld
bestehend aus den drei in 3 gezeigten
Wirbelbahnen 21, 22, 23 erzeugt, welches
in Spannweitenrichtung des Tragflügels 1 über einen Bereich
ausgedehnt ist, welcher wesentlich größer ist als der Bereich, über den
sich die Wirbelbahn 11 des inneren Wirbelgenerators 3 bei
der in 2 gezeigten herkömmlichen Anordnung erstreckt.
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An
der Triebswerksgondel 2 des äußeren Triebwerks 17 ist
bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
eine ähnliche
Wirbelgeneratoranordnung bestehend aus entsprechenden Wirbelgeneratoren 3, 4, 5 vorgesehen.
Diese erzeugen ähnliche
Strömungsfelder
wie die Wirbelgeneratoren 3, 4, 5 an
der Triebwerksgondel 2 des inneren Triebwerks 16,
welche aus Gründen
der besseren Übersichtlichkeit
jedoch nicht eigens dargestellt sind.
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An
der äußeren, also
vom Flugzeugrumpf abgewandten, in 3 nicht
sichtbaren Seite der Triebwerksgondeln 2 des inneren und/oder äußeren Triebwerks 16 bzw. 17 können jeweils
ein oder ebenfalls mehrere Wirbelgeneratoren vorgesehen sein. Diese
erzeugen ihrerseits Wirbelbahnen ähnlich den in 3 gezeigten
Wirbelbahnen 21, 22, 23, bei ihrer Anordnung
können
die aufgrund der Flügelpfeilung anderen
geometrischen Verhältnisse
an der Außenseite
der Triebwerksgondel 2 verglichen mit der Innenseite berücksichtigt
werden. Die Wirbelgeneratoren können
aber auch an beiden Seiten der Triebwerksgondel 2 symmetrisch
angeordnet sein.
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Bei
einem Flugzeug, welches an jeder Seite zwei Triebwerke 16, 17 aufweist,
so wie bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel,
können
jeweils an der Innenseite jeder Triebwerksgondel 2 sowohl
des inneren Triebwerks 16 wie auch des äußeren Triebwerks 17 im
wesentlichen gleiche Wirbelgeneratoranordnungen vorgesehen sein,
wie es in 3 gezeigt ist, ggf. kann jedoch
die Anordnung an der Triebwerksgondel 2 des äußeren Triebwerks 17 von
der am inneren Triebwerk 16 abweichen, wenn sich dies aus
der am jeweiligen Ort geltenden Geometrie von Tragflügel 1 und/oder
Triebswerksgondel 2 ergibt.
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Gemäß unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen
können
- – an
beiden Seiten der Triebwerksgondel 2 jeweils mehrere Wirbelgeneratoren
vorgesehen sein;
- – an
einer Seite der Triebwerksgondel 2 mehrere Wirbelgeneratoren
und an der anderen Seite nur höchstens
ein Wirbelgenerator vorgesehen sein.
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Bei
Wirbelgeneratoranordnungen, bei denen nur an einer Seite der Triebwerksgondel 2 mehrere Wirbelgeneratoren
vorgesehen sind, können
diese mehreren Wirbelgeneratoren
- – an der
Innenseite der Triebwerksgondel 2; oder
- – an
der Außenseite
der Triebwerksgondel 2 vorgesehen sein.
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Bei
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Wirbelgeneratoranordnung
drei Wirbelgeneratoren 3, 4, 5, abweichend
davon können
jedoch auch nur zwei Wirbelgeneratoren vorgesehen sein, beispielsweise
- – zwei
Wirbelgeneratoren an der Position 3 und 4; oder
- – zwei
Wirbelgeneratoren an der Position 3 und 5; oder
auch
- – zwei
Wirbelgeneratoren an der Position 4 und 5.
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Es
sind jedoch selbstverständlich
auch andere als die drei in 3 gezeigten
Positionen 3, 4, 5 möglich, die lediglich zum Zwecke
des Beispiels dargestellt wurden, es ist auch möglich, eine größere Anzahl
als drei Wirbelgeneratoren in einer Anordnung an einer Seite oder
an beiden Seiten des Triebwerkspylons 2 vorzusehen. Eine
geeignete Wahl läßt sich
auf der Grundlage der beim jeweiligen Flugzeug gegebenen geometrischen
Verhältnisse
ermitteln.
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Wenn
an der jeweils anderen Seite nur ein einzelner Wirbelgenerator vorgesehen
ist, so kann dieser beispielsweise wie der einzelne Wirbelgenerator 3 oder 6 bei
der in 2 gezeigten herkömmlichen Anordnung vorgesehen
sein.
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Die
Wirbelgeneratoren 3, 4, 5, 6 können insbesondere
durch Flossen gebildet sein, die sich im wesentlichen parallel zur
Längsrichtung
der Triebwerksgondel 2 erstrecken und die so angeordnet sind,
dass mit zunehmend größerem Anstellwinkel des
Flugzeugs ein zunehmend stärkeres
Wirbelfeld erzeugt wird. Die die Wirbelgeneratoren 3, 4, 5, 6 bildenden
Flossen sind mit ihrer Fläche
im wesentlichen radial zur Triebwerksgondel 2 angeordnet.
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Die
Wirbelgeneratoren der erfindungsgemäßen Anordnung können bei
der Neukonstruktion eines Flugzeugs konzipiert werden, oder ein
bestehendes Flugzeug kann damit in vorteilhafter Weise nachgerüstet werden.
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- 1
- Tragflügel
- 2
- Triebwerksgondel
- 3,
4, 5
- Wirbelgenerator
- 6
- Wirbelgenerator
- 7
- Vorflügel
- 8
- Hinterkantenklappe
- 9
- vorderes
Ende der Triebwerksgondel
- 10
- induziertes
Abwindgebiet
- 11
- Wirbelbahn
- 12
- Wirbelbahn
- 13
- Pylon
- 14
- Flügelvorderkante
- 16
- inneres
Triebwerk
- 17
- äußeres Triebwerk
- 21
- Wirbelbahn
- 22
- Wirbelbahn
- 23
- Wirbelbahn