DE102010026162A1

DE102010026162A1 - Flugzeug mit Tragflügeln und einem System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen

Info

Publication number: DE102010026162A1
Application number: DE102010026162A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Gölling
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-12
Also published as: WO2012003973A1; US9656740B2; EP2590858A1; CN103201172A; CN103201172B; EP2590858B1; US20130187009A1

Abstract

Flugzeug (F) mit Tragflügeln (1; 1a, 1b) und einem System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen, wobei die Tragflügel jeweils aus einem Hauptflügel (M) und zumindest einer gegenüber diesem verstellbar angeordneten Steuerklappe (S), einen einem Stellantrieb (21) zur Betätigung der zumindest einen Steuerklappe (S) sowie einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe (S) aufweisen gebildet ist, wobei das System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen aufweist: • zumindest eine jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment (10; 11a, 12a; 11b, 12b) des Hauptflügels (M) jedes Tragflügels (M; 1a, 1b) und/oder zumindest einer Steuerklappe (S) gelegene Anordnungen (15) von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) zur Beeinflussung des das Oberflächensegment (10) überströmenden Fluids, die funktional mit der Flugregelsteuerungsvorrichtung verbunden sind, • eine Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen, • eine funktional mit den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) verbundene Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels (1; 1a, 1b), die derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände und der von der Sensorvorrichtung erfassten Stellposition der Steuerklappe (S) die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flugzeug mit Tragflügeln und einem System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen.
Aus der WO2006/032486A1 ist ein Flugzeug bekannt, bei dem der maximale Auftrieb der Tragflügel desselben durch ansteuerbare Flügelkomponenten verändert werden kann.
Die US 5 875 998 beschreibt ein Flugzeug, dessen Tragflügel durch Veränderung von deren Wölbung hinsichtlich vorgegebener Druckwerte der die Tragflügel umströmenden Luft eingestellt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist, Maßnahmen bereitzustellen, mit denen der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug und insbesondere die Flugzeugstruktur und/oder den Flugzustand minimiert werden kann. Die erfindungsgemäße Aufgabe ist dabei insbesondere, die Flügellastkontrolle geregelter Flugzeuge zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diesen rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Flugzeug mit Tragflügeln und einem System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen vorgesehen, wobei die Tragflügel jeweils aus einem Hauptflügel und zumindest einer gegenüber diesem verstellbar angeordneten Steuerklappe, einem Stellantrieb zur Betätigung der zumindest einen Steuerklappe sowie einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe gebildet ist und das Flugzeug weiterhin aufweist:

• eine Vorgabevorrichtung zur Erzeugung von Flugzuständen des Flugzeugs entsprechenden Soll-Vorgaben,
• eine Flugzustands-Sensorvorrichtung zur Erzeugung von Flugzustandsdaten,
• eine Flugregelvorrichtung, die mit der Vorgabevorrichtung, der Flugzustands-Sensorvorrichtung, dem Stellantrieb und der Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe der Steuerklappe funktional verbunden ist, um das Flugzeug auf den Soll-Vorgaben entsprechenden Flugzuständen einzustellen.

Das System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen weist auf:

• zumindest eine jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment des Hauptflügels jedes Tragflügels und/oder zumindest einer Steuerklappe gelegene Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen zur Beeinflussung des das Oberflächensegment überströmenden Fluids, die funktional mit der Flugregelvorrichtung verbunden sind,
• eine Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen,
• eine funktional mit den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen verbundene Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels, die derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände und der von der Sensorvorrichtung erfassten Stellposition der Steuerklappe die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Flugzeug mit Tragflügeln und einem System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen vorgesehen, wobei die Tragflügel jeweils aus einem Hauptflügel und zumindest einer gegenüber diesem verstellbar angeordneten Steuerklappe, einem Stellantrieb zur Betätigung der zumindest einen Steuerklappe, einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe und zumindest einer Hinterkantenklappe gebildet ist, wobei das Flugzeug weiterhin aufweist:

• eine Vorgabevorrichtung zur Erzeugung von Flugzuständen des Flugzeugs entsprechenden Soll-Vorgaben,
• eine Flugzustands-Sensorvorrichtung zur Erzeugung von Flugzustandsdaten,
• eine Flugregelvorrichtung oder eine Flugsteuerungsvorrichtung, die mit der Vorgabevorrichtung, der Flugzustands-Sensorvorrichtung, dem Stellantrieb und der Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe der Steuerklappe funktional verbunden ist, um das Flugzeug auf den Soll-Vorgaben entsprechenden Flugzuständen einzustellen,

• zumindest eine jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment einer Hinterkantenklappe jedes Tragflügels gelegene Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen zur Beeinflussung des das Oberflächensegment überströmenden Fluids, die funktional mit der Flugregelvorrichtung verbunden sind,
• eine Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen,
• eine funktional mit den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen verbundene Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten der Hinterkantenklappe, die derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände und der von der Sensorvorrichtung erfassten Stellposition der Steuerklappe die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird.

Bei dieser Ausführungsform kann das System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen aufweisen:

• zumindest eine jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment des Hauptflügels jedes Tragflügels und/oder zumindest einer Steuerklappe gelegene Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen zur Beeinflussung des das Oberflächensegment überströmenden Fluids, die funktional mit der Flugsteuerungsvorrichtung verbunden sind,
• eine funktional mit den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen verbundene Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels, die derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände und der von der Sensorvorrichtung erfassten Stellposition der Steuerklappe die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird.

Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsfunktion funktional integriert ist mit der Flugregelvorrichtung, so dass Kommandos für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen hinsichtlich der Steuerung des Flugzeugs bei den Kommandos für die Stellklappe berücksichtigt werden.
Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile liegen in folgenden Aspekten:

• Unterdrückung des Einflusses von Böen, Turbulenzen und sonstigen instationären Anströmbedingungen des Flugzeugs,
• Verbesserung der Agilität von Flugobjekten für das kontrollierte Durchfliegen von transienten und/oder instationären Flugzuständen,
• Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Flugobjekten und deren Einsatzfähigkeit,
• Aufweitung des möglichen Flugbereichs hinsichtlich der Anstellwinkel bei bestimmtem, gewünschtem Auftrieb, Widerstand oder Gleitzahl,
• Erhöhung der Wirksamkeit von Steuerflächen, so dass die Verwendung von kleineren Steuerflächen oder ein agileres Flugverhalten möglich ist,

Weiterhin ermöglicht die Erfindung Flugprozeduren um die Belastung des Flügels hinsichtlich des strukturellen Entwurfs des Flügels mit dem Ziel zu optimieren, einerseits einen besonders gewichtsarmen Flügel zu konstruieren und andererseits einen Flügel bereitzustellen, der den Anforderungen des Manöverfluges oder des Ausgleichs von Böen standhält und kontrolliert durchfliegt.
Aktive Lastkontrollmechanismen bestehen in der Integration von formveränderlichen Materialien bei Anlegen einer elektrischen Spannung oder elektrischen Stromes, so dass in Abhängigkeit von der Größe der Spannung oder Stromstärke die gewünschte Verformung von Steuerklappen oder eines Segmentes eines Bereiches des Flügels realisiert wird.
Zum Beispiel sind die parametrischen Regelgrößen eines pulsierenden Strömungskontrollaktuators auf der Basis von Druckluft der Massenstrom, die Frequenz, der Duty Cycle und die Form des Anregesignals, die den globalen/lokalen Auftriebsbeiwert durch Variation des Massenstromes, der die Störströmung unter den gegebenen Baumaßen des Strömungskontrollsystems und den Randbedingungen bezüglich der Integration des Aktuatorsystems in die Struktur realisiert.
Erfindungsgemäß kann auch die Unterdrückung von Böen, Turbulenzen und generell von instationären Anströmbedingungen durch Lastkontrolle und/oder Strömungskontrolle über Integration von Lastkontroll-Aktuatoren in die Struktur eines Flügels oder durch Integration von Strömungskontroll-Aktuatoren in die Vorderkante eines Flügels insbesondere im Außenflügelbereich oder durch ein aktuiertes Winglet Device erfolgen. Dies kann vollständig oder partiell zur Ablösung hinsichtlich der Ablösungstiefe bzw. des Ablösungsgrades auf dem Flügel oder dem entsprechenden Device erfolgen.
Die Lastzustand und/oder Strömungszustand-Sollvorgabe kann generell aus einer Flügellast-Kontrollfunktion gebildet sein, die aufgrund eines Flugzeug-bezogenen Zustands eine Soll-Lastverteilung am Flügel in Form der auf jeweils ein Segment bezogenen Strömungswertes als Sollwert ermittelt, mit der eine vorgegebene Lastverteilung an den Tragflügeln eingestellt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann generell die Strömungszustand-Sollvorgabe aus einer Böen-Abminderungsfunktion gebildet sein, die aufgrund eines flugzeugbezogenen Zustands eine geforderte Änderung des Auftriebsbeiwerts am jeweiligen Segment ermittelt. Die Böenabminderungs-Vorrichtung oder -Funktion der Flugsteuerungsvorrichtung ist zur Erzeugung von Soll-Kommandos ausgeführt, mit denen instationäre Lasten an den Tragflügeln aufgrund von Böen kompensiert werden. Die Böenabminderungs-Vorrichtung kann dabei insbesondere als Eingangsgrößen Beschleunigungsgrößen und/oder Drehraten-Größen aus der Fluglage-Sensorvorrichtung (Inertial Measurement Unit „IMU”) und/oder von Inertialsensoren wie Beschleunigungsgrößen und/oder Drehraten-Größen von Sensorvorrichtungen ermitteln, die lokal an geeigneten Stellen im Flügel und/oder im Rumpf angeordnet sind.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in zumindest einem jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment des Hauptflügels jedes Tragflügels eine Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen zur Beeinflussung des das Oberflächensegment überströmenden Fluids und zumindest eine Strömungszustands-Sensorvorrichtung zur Messung des Strömungszustands an dem jeweiligen Oberflächensegment gelegen ist, die funktional mit der Ansteuerungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Ansteuerungsvorrichtung für jedes Segment aus der diesem jeweils zugehörigen Strömungszustands-Sensorvorrichtung Ist-Werte für den Strömungszustand in dem jeweiligen Segment ermittelt und die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen derart ansteuert, dass die von der Ansteuerungsvorrichtung ermittelten Soll-Werte zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen angestrebt werden.
Nach der Erfindung kann bei einer der beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein,

• dass die Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen mit der Flugzustands-Sensorvorrichtung funktional verbunden ist und eine Filterfunktion aufweist, mit der instationären Anströmzustände identifiziert werden,
• dass die Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels mit der Detektionseinrichtung funktional verbunden und derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der identifizierten instationären Anströmzustände die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen derart ansteuert, dass durch Beeinflussung der Strömung des das Oberflächensegment überströmenden Fluids die Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug reduziert werden.

Nach der Erfindung kann bei einer der beschriebenen Ausführungsformen weiterhin vorgesehen sein,

• dass die Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen mit den Strömungszustands-Sensorvorrichtungen funktional verbunden ist und eine Filterfunktion aufweist, mit der instationären Anströmzustände identifiziert werden,
• dass die Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels mit der Detektionseinrichtung funktional verbunden und derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der identifizierten instationären Anströmzustände die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen derart ansteuert, dass durch Beeinflussung der Strömung des das Oberflächensegment überströmenden Fluids die Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug reduziert werden.

Nach der Erfindung kann bei einer der beschriebenen Ausführungsformen auch vorgesehen sein,

• dass die Detektionseinrichtung Sensoren zur Detektion von Lasten und/oder von Auslenkungen auf das Flugzeug wirkende Turbulenzen aufweist,
• dass die Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels mit der Detektionseinrichtung funktional verbunden und derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der identifizierten instationären Anströmzustände die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen derart ansteuert, dass durch Beeinflussung der Strömung des das Oberflächensegment überströmenden Fluids die Auswirkungen der instationäre Anströmzustände auf das Flugzeug reduziert werden.

Erfindungsgemäß kann die Detektionsvorrichtung derart ausgeführt sein, dass in Abhängigkeit der von der Flugzustands-Sensorvorrichtung übermittelten Fugzustandsdaten Sollwerte für den Strömungszustand an den Oberflächensegmenten zur Einstellung einer Verteilung des Auftriebs über die Spannweite des Hauptflügels ermittelt und aufgrund der von den jeweiligen Strömungszustands-Sensorvorrichtungen ermittelten Strömungszustandsdaten Abweichungen und daraus auf das Flugzeug wirkende instationären Anströmzustände ermittelt.
Die Detektionseinrichtung kann insbesondere Beschleunigungssensoren aufweisen, die am Tragflügel zur Messung von Beschleunigungen angeordnet sind, die lokal am Tragflügel aufgrund von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen auftreten.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen gebildet aus Strömungsdurchlass-Öffnungen, die in einem Segment oder mehreren Segmenten angeordnet sind, und einer im Flügel angeordneten Strömungserzeugungsvorrichtung (zum Ausblasen und/oder Absaugen), durch die Fluid aus den Strömungsdurchlass-Öffnungen ausgeblasen wird, um den lokal am Segment auftretenden Auftriebsbeiwert zu beeinflussen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zusätzlich oder alternativ dazu vorgesehen, dass die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen Strömungsdurchlass-Öffnungen, die in einem Segment oder mehreren Segmenten angeordnet sind, und eine im Flügel angeordnete und mit den Einsaugöffnungen in Strömungsverbindung stehende Saugvorrichtung aufweist, durch die Fluid aus den Strömungsdurchlass-Öffnungen eingesaugt wird, um den lokal am Segment auftretenden Auftriebsbeiwert zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß kann die Strömungserzeugungsvorrichtung derart ausgeführt sein, dass diese zur Reduzierung von Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug bei deren Aktivierung durch die Ansteuerungsfunktion einen kontinuierlichen Volumenstrom erzeugt.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Strömungserzeugungsvorrichtung derart ausgeführt ist, dass diese zur Reduzierung von Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug bei deren Aktivierung durch die Ansteuerungsfunktion einen gepulsten Volumenstrom erzeugt. Die Ansteuerungsfunktion kann insbesondere eine Funktion aufweisen, mit der diese in Abhängigkeit der von der Detektionseinrichtung ermittelten Werte zu instationären Anströmzuständen die Frequenz des gepulsten Volumenstroms erzeugt zur Reduzierung der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Strömungserzeugungsvorrichtung einen synthetischen Aktuator auf, der derart ausgeführt ist, dass dieser zur Reduzierung von Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug ein Einsaugen und ein Ausblasen eines Volumenstroms erzeugt, der mittels eines Aktuators in einer Aktuatorkammer des synthetischen Aktuators aufgenommen oder aus dieser ausgestoßen wird.
Erfindungsgemäß kann die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen auch gebildet sein aus Lautsprecher-Vorrichtungen, die in einem Segment oder mehreren Segmenten angeordnet sind, die aufgrund ihrer Aktivierung durch Erzeugung von Luftschwingungen den lokal am Segment auftretenden Auftriebsbeiwert beeinflussen können.
Alternativ dazu kann die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen gebildet sein aus an der Oberfläche des Flügels angeordneten Piezo-Aktuatoren, die in einem Segment oder mehreren Segmenten angeordnet sind, die aufgrund ihrer Aktivierung durch Erzeugung von Luftschwingungen den lokal am Segment auftretenden Auftriebsbeiwert beeinflussen können.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen zusätzlich eine Stellklappe und einen Aktuator zur Verstellung derselben aufweist, wobei die Soll-Kommandos für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen aus Soll-Kommandos für die Strömungserzeugungsvorrichtung und aus Soll-Kommandos für einen Aktuator zur Verstellung der Stellklappe gebildet sind.
Das zumindest eine Segment kann nach der Erfindung generell aus mehreren Segmenten gebildet sein, die in der Spannweiten-Richtung des Flügels gesehen hintereinander angeordnet sind.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren beschrieben, die zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Flugzeuges, in dem erfindungsgemäß vorgesehene Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen integriert ist;
2 eine schematische Darstellung des Querschnitt eines Tragflügels mit einem Hauptflügel, der eine erfindungsgemäße in zumindest einem Segment desselben vorgesehenen Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen und von Strömungszustands-Sensoren aufweist, sowie mit einer Steuerklappe, die von einer Verstellvorrichtung mit einem Stellantrieb verstellt werden kann;
3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Flugsteuerungsvorrichtung mit einer Flug regelvorrichtung, die aufgrund von Sensorsignalen einer Flugzustands-Sensorvorrichtung Stellkommandos an die Stellantriebe der Steuerklappen übermittelt und weiterhin zur Beeinflussung von Flügellasten und/oder Minimierung der Auswirkungen von instationären Anströmzuständen Stellkommandos zur Ansteuerung von in zumindest einem erfindungsgemäßen Segment der Tragflügeloberflächen angeordnete Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen erzeugt und an diese übermittelt;
4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Flugsteuerungsvorrichtung mit einer Flugregelvorrichtung, die eine Flugzustands-Regelvorrichtung und eine Strömungszustand-Regelvorrichtung zur Beeinflussung von Flügellasten und/oder Minimierung der Auswirkungen von instationären Anströmzuständen aufweist, wobei die Strömungszustand-Regelvorrichtung aufgrund der Eingangssignale der Flugzustands-Regelvorrichtung und aufgrund der Sensorsignale der Strömungszustand-Sensorvorrichtung jedes Segments Strömungszustands-Stellkommandos zur Ansteuerung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung jedes Segments erzeugt und an diese übermittelt;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß vorgesehenen Flugsteuerungsvorrichtung mit einer Flugregelvorrichtung, die eine Flugzustands-Regelvorrichtung zur Erzeugung von Stellsignalen an zumindest einen mit der Flugzustands-Regelvorrichtung funktional verbundenen Aktuator einer Stellklappe und eine Strömungszustand-Regelvorrichtung zur Beeinflussung von Flügellasten und/oder Minimierung der Auswirkungen von instationären Anströmzuständen aufweist, die funktional mit einer Segment-Ansteuerungsfunktion verbunden ist, die mit einer Lastverteilungs-Funktion und/oder Böenabminderungs-Funktion funktional in Verbindung steht und von diesen Stellkommandos zur Betätigung der Strömungszustand-Sensorvorrichtung empfängt,
6 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß vorgesehenen Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung, die beispielsweise in einer Einstellklappe eingebaut ist,
7 eine perspektivische schematische Darstellung der in der 5 dargestellten Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung,
8 eine schematische Darstellung eines Tragflügel mit einem Hauptflügel und einer daran angekoppelten Einstellklappe in Form einer Hochauftriebsklappe, auf deren Oberseite eine erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung von Ausblasöffnungen einer Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung angeordnet ist.
9 eine Draufsicht auf ein Oberflächensegment einer Einstellklappe mit einer beispielsweise ausgeführten Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen und Strömungszustands-Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungensorvorrichtungen.
In den Figuren sind Komponenten und Funktionen gleicher oder ähnlicher Funktion mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.
Das in der 1 exemplarisch gezeigte Ausführungsbeispiel eines geregelten Flugzeugs F, auf das die Erfindung angewendet werden kann, weist entsprechend der üblichen Gestalt zwei Tragflügel 1a, 1b mit jeweils zumindest einem Querruder 5a bzw. 5b auf. Das in der 1 dargestellte Flugzeug weist weiterhin an jedem Tragflügel 1a, 1b jeweils drei Vorderkanten-Auftriebskörper 3a, 3b und drei Hinterkanten-Auftriebskörper 4a, 4b als Hochauftriebsklappen auf. Optional können die Tragflügel 1a, 1b jeweils eine Mehrzahl von Spoilern 2a, 2b aufweisen. Weiterhin weist das Flugzeug F ein Heckleitwerk H mit einem Seitenleitwerk 8 mit einem Seitenruder 9 und einem Höhenleitwerk 6 mit jeweils zumindest einem Höhenruder 7 auf. Das Höhenleitwerk 6 kann z. B. als T-Leitwerk oder, wie es in der 1 dargestellt ist, als Kreuz-Leitwerk ausgebildet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform des Flugzeugs dienen die Spoiler 2a, 2b, die Querruder 5a bzw. 5b, die Seitenruder 9 und das Höhenruder 7 jeweils als Steuerklappen S.
In der 1 ist ein auf das Flugzeug F bezogenes Koordinatensystem KS-F mit einer Flugzeug-Längsachse X-F, einer Flugzeug-Querachse Y-F und einer Flugzeug-Hochachse Z-F eingetragen. Jedem Tragflügel 1a, 1b kann ein Tragflügel-Koordinatensystem KT mit einer Achse S-T für die Spannweitenrichtung, einer Achse T-T für die Tiefenrichtung und eine Achse D-T für die Dickenrichtung des Tragflügels zugeordnet sein (2). Weiterhin kann jeder Klappe ein Klappen-Koordinatensystem KS-K mit einer Achse S-K für die Spannweitenrichtung der Klappe, einer Achse T-K für die Tiefenrichtung und eine Achse D-K für die Dickenrichtung der Klappe zugeordnet sein (2).
Das erfindungsgemäße Flugzeug F kann auch eine andere Form haben und eine andere Anordnung von Steuerklappen und/oder Stellklappen als das in der 1 dargestellte Flugzeug F haben.
In der 2 ist schematisch ein Tragflügel 1 gezeigt, der aus einem Hauptflügel M und einem für die Steuerung oder Manövrierung des Flugzeugs vorgesehenen aerodynamischen Körper oder einer Steuerklappe S gebildet ist. Die Steuerklappe S kann mittels eines Stellantriebs 21 einer Stellvorrichtung 20 relativ zum Hauptflügel M verstellt werden. Die Steuerklappe S ist in der 2 als Spoiler dargestellt und könnte in erfindungsgemäß funktionaler Hinsicht alternativ oder zusätzlich z. B. ein Querruder und/oder – auch wenn dieses nicht am Hauptflügel angeordnet ist – ein Höhenruder 7 und/oder ein Seitenruder 9 sein. Zur Steuerung des Flugzeugs in den Raumkoordinaten sind nicht nur am Hauptflügel angeordnete Steuerklappen und insbesondere auch die Ruder am Seitenleitwerk zu betätigen. Wenn bei der Beschreibung und Definition der Erfindung auf die Betätigung der am Hauptflügel angeordnete Steuerklappen Bezug genommen wird, ist einbezogen und nicht ausgeschlossen, dass in demselben funktionalen Zusammenhang und insbesondere gleichzeitig oder auch weitere nicht am Hauptflügel angeordnete Steuerflächen angesteuert und/oder betätigt werden. Erfindungsgemäß kann der an dem Flugzeug verstellbar angeordnete aerodynamische Körper oder die Steuerklappe S eine Hochauftriebsklappe, ein Querruder, ein Spoiler, ein Höhen- oder Seitenruder oder auch ein anderes Steuerungsmittel zur Steuerung der Flugbahn des Flugzeugs sein. Optional kann an dem Tragflügel 1, wie es in der 2 dargestellt ist, zusätzlich eine Hochauftriebsklappe oder generell Stellklappe oder Einstellklappe K angekoppelt sein, deren Stellung relativ zum Hauptflügel M zur Einstellung der Auftriebskonfiguration des Hauptflügels M einstellbar ist. Die Einstellung der Auftriebskonfiguration des Hauptflügels M erfolgt für eine Flugphase wie z. B. Start oder Landung oder eine Teilflugphase wie z. B. den Endanflug oder spezielle Flugphasen wie z. B. Steilanflug und dient nicht zur Steuerung und/oder Regelung des Flugzeug in Bezug auf Steuerungs-Vorgaben oder einzuhaltende Flugzustände.
Der Hauptflügel M weist eine an der Saugseite A desselben verlaufende Oberseite M-1, eine an der Druckseite B der derselben verlaufende Unterseite M-2 und gegebenenfalls eine rückseitige, der Hochauftriebsklappe K zugewandte Seite auf. Für die Hochauftriebsklappe oder generell für die Stellklappe K und die Steuerklappe S ist eine Klappentiefen-Richtung T-K bzw. generell Tiefenrichtung, eine Spannweiten-Richtung S-K bzw. generell Spannweitenrichtung und eine Klappendicken-Richtung D-K bzw. generell Klappendickenrichtung definiert. Die Stellklappe K oder Hochauftriebsklappe weist eine an der Saugseite A der Hochauftriebsklappe K verlaufende Oberseite K1 und eine an der Druckseite B der Hochauftriebsklappe K verlaufende Unterseite K2 auf.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die in der 2 schematisch dargestellte Kombination eines Hauptflügels M, zumindest einem Spoiler als einer Steuerklappe S und einer Hochauftriebsklappe als Einstellklappe K Bezug genommen. Die zumindest eine Steuerklappe S kann in dieser Anwendung alternativ oder zusätzlich insbesondere ein Querruder und/oder das Seitenruder sein. Alternativ oder zusätzlich zur Hochauftriebsklappe kann als Einstellklappe K die Höhenflosse und/oder das Seitenleitwerk und generell auch eine Einstellklappe oder eine Stellklappe des Flugzeugs nach der Erfindung funktional einbezogen sein.
Nach der Erfindung ist ein Flugzeug mit einer Flugregelvorrichtung oder allgemein Flugsteuerungsvorrichtung und mit einer mit der Flugregelvorrichtung in Verbindung stehenden Vorgabevorrichtung 30, die insbesondere eine Betätigungsvorrichtung oder Steuerungs-Eingabevorrichtung 31 zur Erzeugung von Steuerungssoll-Kommandos 31a für die Steuerung des Flugzeugs F aufweist. Die Steuerungs-Eingabevorrichtung 31 des Flugzeugs F ist üblicherweise aus einer im Cockpit des Flugzeugs angeordneten Steuerungs-Eingabevorrichtung 31 zur Eingabe von Steuerungsvorgaben zur Flugbahnsteuerung des Flugzeugs gebildet, die insbesondere die Piloten-Eingabemittel wie einen Steuerknüppel und optional auch Pedale aufweisen kann.
Weiterhin kann die Vorgabevorrichtung 30 eine Betriebsarten-Eingabevorrichtung und/oder ein Autopilot 32 aufweisen, die bzw. der Autopiloten-Sollkommandos 32a für die Steuerung des Flugzeugs F erfolgt und die bzw. der mit der Flugregelvorrichtung 50 funktional in Verbindung steht, um an diese die Soll-Kommandos 31a bzw. 32a zu senden.
Aufgrund der Steuerungs-Sollkommandos 31a der Steuerungs-Eingabevorrichtung 31 und/oder die Autopiloten-Sollkommandos 32a des Autopiloten 32 werden in der Flugregelvorrichtung 50 Soll-Kommandos zur Betätigung oder Bewegung von Stellantrieben und insbesondere eines Aktuators zur Verstellung oder Betätigung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen und/oder des Aktuators oder des Klappenantriebs zur Verstellung der anzusteuernden Stellklappen S erzeugt und an diese geschickt.
Das Flugzeug F weist weiterhin eine mit der Flugregel-Vorrichtung 50 funktional in Verbindung stehende Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 zur Erfassung generell von Flugzustandsdaten mit einer Luftdaten-Sensorvorrichtung 41 zur Erfassung von aerodynamischen Daten oder Luftdaten insbesondere zur Ermittlung von statischen und dynamishen drücken, der Temperatur und der Geschwindigkeit gegenüber der Luft sowie eine Fluglage-Sensorvorrichtung oder eine Inertialsensor-Vorrichtung 42 insbesondere zur Erfassung der inertialen Position und deren Ableitungen des Flugzeugs F und insbesondere der Beschleunigungen und Drehraten des Flugzeugs F auf. Die Luftdaten-Sensorvorrichtung 41 weist Luftdaten-Sensoren zur Ermittlung des Flugzustands des Flugzeugs F und insbesondere des dynamischen Drucks, des statischen Drucks und der Temperatur der das Flugzeug F umströmenden Luft auf. Mit der Fluglage-Sensorvorrichtung 42 werden insbesondere Drehraten des Flugzeugs F einschließlich der Gierraten und der Rollraten des Flugzeugs zur Bestimmung der Fluglage desselben ermittelt. Die Flugregelvorrichtung 50 empfängt die Flugzustands-Sensorsignale 40a der von der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 erfassten Sensorwerte und dabei insbesondere der Luftdaten-Sensorsignale 41a der Luftdaten-Sensorvorrichtung 41 und die Fluglage-Sensordaten 42a von der Fluglage-Sensorvorrichtung 42.
Den am Flugzeug jeweils vorhandenen Steuerklappen, wie z. B. den Querrudern 5a, 11b, den Spoilern 12a bzw. 12b, ist zumindest ein Stellantrieb und/oder eine Antriebsvorrichtung zugeordnet, die jeweils erfindungsgemäß optional von der Flugsteuerungsvorrichtung 50 mittels Kommandosignalen, die Soll-Kommandos sind, angesteuert wird, um die jeweils zugeordneten Steuerklappen zur Steuerung des Flugzeugs F zu verstellen. Dabei kann vorgesehen sein, dass einer dieser Steuerklappen durch jeweils einen Stellantrieb oder zur Erhöhung der Ausfallsicherheit des Flugzeugssystems einer Mehrzahl von Stellantrieben zugeordnet ist.
Die Flugregelvorrichtung 50 weist eine Steuerungsfunktion auf, die von der Steuerungs-Eingabevorrichtung 30 Steuerungskommandos und von der Sensorvorrichtung 40 Sensorwerte 40a empfängt. Die Steuerungsfunktion ist derart ausgeführt, dass diese in Abhängigkeit der Steuerungskommandos 30a und der erfassten und empfangenden Sensorwerte 40a Stellkommandos für die Stellantriebe erzeugt und an diese übermittelt, so dass durch Betätigung der Stellantriebe eine Steuerung des Flugzeugs F gemäß der Steuerungskommandos erfolgt.
Beim Fliegen erzeugt der Pilot mit einer Betätigungsvorrichtung 31 ein Soll-Kommando 31a für die Steuerung des Flugzeugs. Das Soll-Kommando 31a für die Flugzeugsteuerung kann z. B. ein dreidimensionalen Beschleunigungsvektor zur relativen Änderung des Flugzustands des Flugzeugs, oder Richtungsänderungsvorgabe sein. Auch kann der Soll-Kommando-Vektor aus beiden Vorgabewerten zusammen gesetzt sein und dabei z. B. für die Lateralbewegung Richtungsänderungsvorgaben und in der Vertikalbewegung des Flugzeugs Beschleunigungsvorgaben generieren. Die Flugregelungsvorrichtung 50 kann insbesondere derart ausgeführt sein, dass diese aufgrund der Soll-Vorgaben 30a einen aktuellen Eingangssignal-Vektor CS zur Kommandierung des Stellantriebs 21 erzeugt und an diese übermittelt, bei der das Flugzeug einen den Soll-Vorgaben 30a entsprechenden Sollzustand einnimmt.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass Soll-Kommandos oder Soll-Kommando-Vektoren 33a mittels eines Autopiloten 33 erzeugt werden.
Generalisiertes Erfindungskonzept (3 bis 7)
Die Flugregelvorrichtung ist mit der Vorgabevorrichtung 30, der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40, eine Stellvorrichtung 20 mit dem Stellantrieb 21 zur Verstellung der Steuerklappe S und einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe S der Steuerklappe funktional verbunden, um das Flugzeug auf den Soll-Vorgaben 30a entsprechenden Flugzuständen einzustellen. Weiterhin sind funktional mit der Flugregelvorrichtung verbunden: mehrere sich jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckende Oberflächensegment 10; 11a, 12a; 11b, 12b des Hauptflügels M jedes Tragflügels M; 1a, 1b erstreckende Anordnungen 15 von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16; 16K zur Beeinflussung des das Oberflächensegment 10 überströmenden Fluids und zumindest einer Strömungszustands-Sensorvorrichtung 17 zur Messung des Strömungszustands an dem jeweiligen Oberflächensegment 10; 11a, 12a; 11b, 12b.
Wie in den 3 bis 7 gezeigt ist, steuert nach der Erfindung generell die Flugregelvorrichtung 50 zumindest einen Stellantrieb 21 einer Steuerklappe S zur Steuerung des Flugzeugs in Abhängigkeit der Soll-Vorgaben 30a an. Durch die Betätigung der zumindest einen Steuerklappe S wird der Flugzustand, also insbesondere Position einschließlich Höhe sowie die Fluglage sowie deren ersten und zweiten Ableitungen derart verändert, dass die Soll-Vorgaben 30a eingehalten werden. Auf diese Weise stellt die Flugregelvorrichtung 50 mit einer Flugzustands-Regelungsfunktion 70 den Flugzustand des Flugzeugs zum Zwecke der Steuerung des Flugzeugs ein. Dabei erzeugt die Flugzustands-Regelungsfunktion 70 Stellkommandos 350 (3), 470 (4) bzw. 570 (5) zu Betätigung der Stellvorrichtung 20 der Steuerklappen S oder deren einzelnen Stellantriebe 21.
Nach der Erfindung ist eine Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen vorgesehen. Weiterhin ist nach der Erfindung eine funktional mit den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 verbundene Ansteuerungsfunktion zur Ansteuerung derselben vorgesehen. Die Ansteuerungsfunktion kann insbesondere funktional in der Flugregelvorrichtung 50 integriert sein. Erfindungsgemäß ist die Ansteuerungsfunktion derart ausgeführt, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird.
Die Detektionseinrichtung kann nach der Erfindung in verschiedener Weise ausgeführt sein. Insbesondere kann die Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen mit der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 funktional verbunden sein und eine Filterfunktion aufweisen, mit der instationären Anströmzustände identifiziert werden. Die Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen kann insbesondere eine Filterfunktion aufweisen, mit der instationären Anströmzustände identifiziert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die die Detektionseinrichtung Sensoren 39 zur Detektion von Lasten und/oder von Auslenkungen auf das Flugzeug wirkende Turbulenzen aufweisen (5).
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Detektionsvorrichtung derart ausgeführt ist, dass in Abhängigkeit der Soll-Vorgaben 30a der Vorgabevorrichtung und der von der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 übermittelten Fugzustandsdaten Sollwerte für den Strömungszustand an den Oberflächensegmenten 10; 11a, 12a; 11b, 12b zur Einstellung einer Verteilung des Auftriebs über die Spannweite des Hauptflügels M ermittelt und aufgrund der von den jeweiligen Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 ermittelten Strömungszustandsdaten Abweichungen und daraus auf das Flugzeug wirkende instationären Anströmzustände ermittelt.
Bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsform erzeugt die Flugregelvorrichtung 50 Stellkommandos CS an die jeweiligen Aktuatoren der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 der verschiedenen Segmente 10 sowie die Stellantriebe 21 der Steuerflächen. Durch die Ansteuerungsfunktion erfolgt die entsprechende Betätigung oder Bewegung der Stellantriebe der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen in vorbestimmter Weise, wodurch die lokalen Auftriebsbeiwerte oder die Verhältnisse von Widerstandsbeiwert und Auftriebsbeiwert in demjenigen Segment 10 verändert werden, in dem der jeweils angesteuerte und in ihrem Stellzustand veränderte Stellantrieb oder Aktuator angeordnet ist. Die Flugregelvorrichtung 50 steuert somit aufgrund der darin implementierten Steuerungs- und Regelungsalgorithmen zeitabhängig die genannten Stellantriebe der Steuerklappen S an, um einen Fugzustand entsprechend der Soll-Kommandos 31a und/oder 32a für die Steuerung des Flugzeugs F einzustellen, und dabei das Flugzeug in einer Fluglage zu stabilisieren und/oder eine Bahnsteuerungsbewegung auszuführen und/oder die Lastverteilung des Tragflügels einzustellen und/oder Böen zu kompensieren.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Flugregelvorrichtung weist somit generell eine Ansteuerungsfunktion zur Erzeugung von Soll-Kommandos an Antriebsvorrichtungen zur Verstellung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 15 des zumindest einen Oberflächensegments 10 und eine Regelfunktion zur Erzeugung von Soll-Kommandos an Antriebsvorrichtungen zur Verstellung von zumindest einer Steuerklappe S je Tragflügel auf, die aufgrund der Soll-Kommandos zur Steuerung des Flugzeugs entsprechende Soll-Kommandos zur Betätigung von Stellvorrichtungen an den Flügeln ermittelt, durch deren Aktivierung der Flugzustand des Flugzeugs entsprechend der Soll-Kommandos geändert oder beeinflusst wird.
Die Ansteuerung und Betätigung des zumindest einen Aktuators der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 jeweils eines Segments 10 und insgesamt jeder der Segmente erfolgt durch die Ansteuerungsfunktion zur Kompensation von Abweichungen von den ermittelten Sollwerten der ermittelten Strömungszustandsdaten. Die Ansteuerungsfunktion ermittelt Stellkommandos für den Aktuator der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 eines Flügels, die einem zu einem Zeitpunkt geforderten lokalen Auftriebsbeiwert für den Bereich des jeweiligen Segments entsprechen. Aufgrund der Ansteuerung und Kommandierung des Aktuators jeweils jedes Segments wird der jeweils angesteuerte Aktuator betätigt, wodurch die jeweils zugehörige Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 den Strömungszustand an dem lokalen Segment beeinflusst und dadurch insbesondere den an dem jeweiligen Segment 10 existierende Strömungszustand beeinflusst und verändert.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Erreichen eines kommandierten lokalen Strömungszustands überwacht oder geregelt wird, wie dies in den 4 und 5 dargestellt ist. Der tatsächlich am jeweiligen Segment 10 anliegende Strömungszustand wird mittels der Strömungszustand-Sensorvorrichtung 16 erfasst und der erfasste Strömungszustand-Istwert als Sensorsignal 16a in einer Vergleichsvorrichtung 65 mit dem Wert eines Eingangssignals verglichen.
Die Ansteuerungsvorrichtung ist derart ausgeführt sein, dass diese die aktuellen Stellkommandos oder einen aktuellen Stellsignal-Vektor 316 (3) an die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 sendet. Dabei kann vorgesehen sein, dass nur ein Segment, sämtliche Segment oder eine Auswahl der Segmente mit Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 angesteuert werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei den Segmenten 10 der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 desselben Segments auf dieselbe Weise aktiviert werden. Nach einem Ausführungsbeispiel ist ein Stellantrieb zur Betätigung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 Teil sämtlicher Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 eines Segments, so dass in dieser Ausführungsform pro Segment 10 jeweils ein Stellkommando zur Kommandierung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 dieses Segments erforderlich ist.
Die Detektionseinrichtung kann zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen derart ausgeführt sein, dass diese aus den aktuellen Sensordaten der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 Sollströmungszustände an den jeweiligen Segmenten mit den jeweiligen Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 ermittelt und diese mit dem mittels der jeweiligen Strömungszustands-Sensorvorrichtung 17 gemessenen Strömungszustand vergleicht und bei sich aus dem Soll-Ist-Vergleich ergebenden Diskrepanzen das Vorliegen eines instationären Strömungszustands annimmt.
Dabei kann die Ansteuerungsvorrichtung eine Funktion aufweisen, die zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug eine Auswahl der zu betätigenden Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 vornimmt. In einem Ausführungsbeispiel ermittelt die Ansteuerungsvorrichtung insbesondere mittels einer Regelungsvorrichtung lokale Strömungszustands-Sollwerte segmentweise, d. h. der aktuelle Stellsignal-Vektor 316 beinhaltet Stellsignale für jedes der ansteuerbaren Segmente 10. Dabei kann das Stellkommando 316 oder der aktuelle Stellsignal-Vektor 316 derart gebildet sein, dass dieser einen Wert für sämtliche betätigbaren Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 beinhaltet, wobei die aufgrund der Auswahl und nach dem jeweils aktuellen Stellsignal-Vektor 316 nicht zu betätigenden Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 den Stellwert Null erhalten.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen mit der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 funktional verbunden und weist eine Filterfunktion auf, mit der instationäre Anströmzustände identifiziert werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Detektionseinrichtung Sensoren zur Detektion von Lasten und/oder von Auslenkungen auf das Flugzeug wirkende Turbulenzen auf. Diese Sensoren können insbesondere auf die Oberfläche der Flugzeugstruktur und insbesondere der Tragflügel aufgebrachte Dehnmessstreifen sein. Dabei sind die Sensoren zur Detektion von Lasten und/oder von Auslenkungen in spannweitiger Richtung beabstandet vom Rumpf und vorzugsweise über die Spannweite der Tragflügel verteilt angeordnet. Beispielsweise ist zumindest einer dieser Sensoren in d er in der Spannweitenrichtung gesehen äußeren Hälfte des Tragflügels angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Detektionseinrichtung Beschleunigungssensoren aufweisen, die am Tragflügel zur Messung von Beschleunigungen angeordnet sind, die lokal am Tragflügel aufgrund von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen auftreten. Die Beschleunigungssensoren sind dabei vorzugsweise ebenfalls in spannweitiger Richtung beabstandet vom Rumpf und vorzugsweise über die Spannweite der Tragflügel verteilt angeordnet. Beispielsweise ist zumindest einer dieser Sensoren in d er in der Spannweitenrichtung gesehen äußeren Hälfte des Tragflügels angeordnet.
Die Detektionsvorrichtung kann weiterhin derart ausgeführt sein, dass diese in Abhängigkeit der Soll-Vorgaben 30a der von der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 übermittelten Fugzustandsdaten und optional auch in Abhängigkeit der Soll-Vorgaben 30a der Vorgabevorrichtung 30 Sollwerte für den Strömungszustand an den Oberflächensegmenten 10; 11a, 12a; 11b, 12b zur Einstellung einer Verteilung des Auftriebs über die Spannweite des Hauptflügels M ermittelt und aufgrund der von den jeweiligen Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 ermittelten Strömungszustandsdaten Abweichungen und daraus auf das Flugzeug wirkende instationären Anströmzustände ermittelt. Das Flugzeug F weist eine mit der Ansteuerungsvorrichtung C funktional in Verbindung stehende Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 mit einer Luftdaten-Sensorvorrichtung 41 (Air Data System, ADS) zur Erfassung von Flugzustandsdaten zur Ermittlung des Flugzustands sowie eine Fluglage-Sensorvorrichtung oder eine Inertialsensor-Vorrichtung 42 (Inertial Measurement Unit, IMU) zur Erfassung eines Flugzustands des Flugzeugs F und insbesondere der Drehraten des Flugzeugs F auf. Die Inertialsensor-Vorrichtung 42 ist vorzugsweise im Rumpfinneren und in einer sogenannten Avionik-Bay angeordnet. Die Luftdaten-Sensorvorrichtung 41 weist Luftdaten-Sensoren in Form von externen Messsonden zur Ermittlung des Flugzustands des Flugzeugs F und insbesondere des dynamischen Drucks, des statischen Drucks und der Temperatur der das Flugzeug F umströmenden Luft auf. Mit der Fluglage-Sensorvorrichtung 42 werden insbesondere Drehraten des Flugzeugs F einschließlich der Gierraten und der Rollraten des Flugzeugs zur Bestimmung der Fluglage desselben ermittelt. Die Flugsteuerungsvorrichtung empfängt die Flugzustands-Sensorsignale 40a der von der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 erfassten Sensorwerte und dabei insbesondere der Luftdaten-Sensorsignale 41a der Luftdaten-Sensorvorrichtung 41 und die Fluglage-Sensordaten 42a von der Fluglage-Sensorvorrichtung 42. Die Detektionsvorrichtung kann insbesondere die von der Inertialsensor-Vorrichtung 42 ermittelten Drehraten und/oder Beschleunigungen zur Erfassung von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzustände verwenden. Alternativ oder zusätzlich kann die Detektionsvorrichtung die von der Luftdaten-Sensorvorrichtung 41 erfassten dynamischen Drücke zur Erfassung von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzustände verwenden.
Die Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung des Strömungszustands in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels 1; 1a, 1b ist in der Ausführungsform der 3 in die Flugregelvorrichtung 50 integriert und erhält die jeweiligen Daten von der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40. Die Ansteuerungsfunktion ist derart ausgeführt, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird, indem die Wirkung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 auf die instationären Anströmzustände derart eingestellt werden, dass diese zumindest teilweise kompensiert werden. Die Ansteuerungsvorrichtung generiert die entsprechenden Stellgrößen zur Betätigung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 somit in Echtzeit oder in Zeitintervallen in Abhängigkeit eines erfassten instationären Anströmungszustands. Die Ansteuerungsvorrichtung kann eine Strömungszustands-Regelvorrichtung 60 aufweisen, wobei der tatsächlich an den jeweiligen Segmenten 10 aufgrund der Betätigung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 auftretende Strömungszustand mit Hilfe zumindest einer Strömungszustand-Sensorvorrichtung 17 in jedem Segment erfasst wird und die Regelungsvorrichtung 60 für jedes Segment 10 aufgrund eines Soll-Ist-Vergleichs 65 zwischen dem jeweils erfassten Ist-Strömungszustand in jedem Segment und dem von der Ansteuerungsfunktion ermittelten Soll-Strömungszustand für das jeweilige Segment dieser Soll-Strömungszustand tatsächlich angenähert wird. Da sich der Soll-Zustand wegen der Zeitabhängigkeit der zu kompensierenden instationären Strömungszustände ständig ändert, ändert sich auch der von der Ansteuerungsvorrichtung erzeugte Soll-Strömungszustand von einem Zeitschritt zum nächsten. Die Strömungszustands-Regelvorrichtung 60 arbeitet somit als Folgeregelung mit dem Ziel, den Ist-Strömungszustand in der Nähe des Soll-Strömungszustands zu halten, um den Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug und insbesondere auf die Tragflügel zu minimieren.
Die Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung des Strömungszustands in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels 1; 1a, 1b zur Erzeugung von Stellkommandos an die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16, mit denen die im jeweiligen Zeitschritt einzustellenden Soll-Strömungszustände in jedem Segment näherungsweise eingestellt werden sollen, kann ein Schätzfunktion und/oder ein Modell des Flugzeugs F oder des Tragflügels aufweisen, die bzw. das derart gestaltet ist, dass mit diesen aufgrund der Soll-Vorgaben 30a und/oder der Sensorsignale 40a die Soll-Strömungszustände in jedem Segment ermittelt und diesen entsprechende Stellkommandos 316 (3), 460 (4), 560 (5) erzeugt werden.
Die Ansteuerungsfunktion oder -vorrichtung kann derart ausgeführt sein, dass die Kommandos für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 aufgrund einer Kennzahl für den Auftrieb oder für das Verhältnis von Widerstandsbeiwert und Auftriebsbeiwert an dem jeweiligen Segment oder einer Referenzstelle des Tragflügels oder einer solchen Kennzahl entsprechenden Größe ermittelt werden, die aufgrund von Soll-Vorgaben 30a der Vorgabevorrichtung 30 und/oder aufgrund der Sensorsignale 40a der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 und/oder aufgrund der von den Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 gemessenen Strömungszustände erzeugt werden, um das Maß der durch die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 bewirkten Strömungsbeeinflussung einzustellen. Dabei kann die Ansteuerungsvorrichtung derart ausgeführt sein, dass diese Kennzahlen für den Auftrieb oder für das Verhältnis von Widerstandsbeiwert und Auftriebsbeiwert für die jeweiligen Segmente oder eine Referenzstelle am Tragflügel abhängig von Eingabegrößen in der Ansteuerungsvorrichtung abgespeichert sind. Die Eingabegrößen können wie beschrieben die Soll-Vorgaben 30a der Vorgabevorrichtung 30 und/oder die Werte der Sensorsignale 40a der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 und/oder die von den Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 gemessenen Strömungszustände sein. Diese Kennzahlen sind rechentechnische Bedeutung haben und als reine Rechengrößen und somit als Faktoren oder Wertzahlen für Rechenoperationen abgespeichert sind, mit denen die Stellkommandos für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 ermittelt werden. in diesem Sinne können die voranstehend genannten Kennzahlen der jeweiligen Tabelle auch als Steuerungskennzahlen oder Steuergrößen bezeichnet werden. Diese Kennzahlen können insbesondere aufgrund von Kalibrationen erzeugt und in Form von Tabellen oder Matrizen oder Wertereihen in der Ansteuerungsvorrichtung abgelegt worden sein, die Werte für jeweils einen zu erzielenden Auftrieb enthalten. Die Ansteuerungsvorrichtung kann eine Funktion aufweisen, die in der Ansteuerungsvorrichtung aufgrund der Soll-Vorgaben 30a der Strömungsbeeinflussungs-Vorgabevorrichtung 30 und/oder und/oder der Sensorsignale 40a der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 aufgrund der von den Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 gemessenen Strömungszustände mittels der abgespeicherten Kennzahlen für den Auftrieb oder für das Verhältnis von Widerstandsbeiwert und Auftriebsbeiwert den zu dem gegebenen Zeitpunkt jeweils relevanten Soll-Strömungszustandswert für die Kompensation einer vorliegenden instationären Strömungszustand ermittelt.
Der Wert eines zu erzielenden Auftriebs kann jeweils insbesondere einem Auftriebsbeiwert oder einem Verhältnis von Widerstandsbeiwert und Auftriebsbeiwert entsprechen oder aus einem dieser Werte abgeleitet sein. Der Wert eines zu erzielenden Auftriebs oder eines Soll-Strömungszustands an einem Segment 10 der Tragflügeloberfläche oder einer Referenzstelle desselben ist generell ein Betrag oder ein Wert, der das Erreichen eines Flugzustands entsprechend der Soll-Vorgaben 30a bewirkt und aus Versuchen und/oder analytisch ermittelt wird, und kann jeweils insbesondere auch einem in Bezug auf den Tragflügel lokalen Auftriebsbeiwert oder einem Verhältnis von Widerstandsbeiwert und Auftriebsbeiwert oder einer Gleitzahl in einem Oberflächensegment entsprechen oder aus einem dieser Werte abgeleitet sein.
Die genannte Referenzstelle der Tragflügeloberfläche kann ein im Versuch und/oder analytisch ermittelter signifikanter Bereich sein, an dem die zu ermittelnden oder zu kompensierenden instationären Strömungszustände signifikant auftreten, so dass an an Hand dieser Referenzstelle eine ausreichende Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Funktionen und Abläufe gewährleistet ist.
Weiterhin kann die Ansteuerungsvorrichtung eine Stellkommando-Ermittlungs-Funktion aufweisen, die mittels eines Reglers und/oder einer Beobachterfunktion aus dem als relevant ermittelten Wert für den zu erzielenden Auftrieb für den jeweiligen Zeitpunkt das Stellkommando 316 (3), 460 (4), 560 (5) oder einen aktuellen Stellsignal-Vektor 316 (3), 416 (4), 560 (5) für die Kommandierung und Betätigung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 sämtlicher Segmente ermittelt. Eine solche Beobachterfunktion kann ein mathematische Modell eines Flugzeugs beinhalten, mit dem die Ansteuerungsvorrichtung aufgrund von Eingangsdaten in Form der Soll-Vorgaben 30a den Wert für den zu erzielenden Auftrieb für den jeweiligen Zeitpunkt das Stellkommando oder einen aktuellen Stellsignal-Vektor ermittelt, bei dessen Kommandierung das Flugzeug den Sollkommandos oder Stellsignal-Vektoren entsprechende Flugzustände einnimmt.
Nach der Erfindung kann alternativ oder zusätzlich zu den erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine Böenabminderungsfunktion 36 (4 und 5) aufweisen, mit der die Stellkommandos an die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 zur Kompensation von Abweichungen der von den jeweiligen Strömungszustands Sensorvorrichtungen 17 gemessenen oder ermittelten Strömungszustände von den ermittelten Sollwerten erfolgt. Die Böenabminderungsfunktion 36 weist insbesondere die Ansteuerungsfunktion zur Ansteuerung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 nach einer der beschriebenen Ausführungsformen derselben auf und ist in der Darstellung der 4 und 5 funktional mit der Flugzustands-Regelvorrichtung 70 angekoppelt und nicht in dieser integriert, so dass die Böenabminderungsfunktion 36 für die Betätigung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 Sollkommandos 36a an die Flugzustands-Regelvorrichtung 70 (4) oder Sollkommandos 516 an die Strömungszustands-Regelvorrichtung 60 (5) übermittelt, um durch Betätigung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 an den Tragflügeln 1, 1a, 1b, durch die den durch Böen entstehenden instationären Luftkräften entgegen gewirkt werden kann. In der 5 ist die optionale Ankopplung der Böenabminderungsfunktion 36 an Sensorvorrichtungen 40, also insbesondere die Luftdaten-Sensorvorrichtung 41 und/oder die Inertialsensor-Vorrichtung 42 und/oder an Beschleunigungssensoren 39 dargestellt, die Eingangssignale zur Feststellung oder Übermittlung eines instationären Anströmzustands an die Ansteuerungsfunktion liefern. Die Beschleunigungssensoren 39 sind vorzugsweise an Stellen der Tragflügel zur Messung von Beschleunigungen angeordnet, an denen sich instationäre Anströmzustände lokal am Tragflügel auswirken.
Als Sensoren zur Detektion von Böen können Sensoren der Flugzustands-Sensorvorrichtung 40 verwendet werden. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die von der Inertialsensor-Vorrichtung 42 gemessenen Beschleunigungen und/oder der Drehraten verwendet werden, um Böen oder Turbulenzen zu entdecken. Die Inertialsensor-Vorrichtung 42 ist vorzugsweise in einer sogenannten Avionik-Bay im Rumpfinneren des Flugzeugs angeordnet, so dass sich die durch diese gemessenen Beschleunigungen und/oder der Drehraten auf eine zentrale Lage des Flugzeugs beziehen. Versuche haben jedoch überraschenderweise gezeigt, dass diese Sensorsignale zur Ermittlung von instationären Anströmzuständen geeignet sind, die nach der Erfindung minimiert werden.
Alternativ oder zusätzlich können auch zusätzliche Inertialsensoren, also Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren an ausgewählten Stellen des Flugzeugs angeordnet sein, um Böen oder Turbulenzen zu detektieren. Beispielweise können Beschleunigungssensoren am Flügel und dabei mehrere Beschleunigungssensoren über die Spannweite des Flügels verteilt angeordnet sein, die die auf den Flügel durch Böen und Turbulenzen verursachten Beschleunigungen auf den Flügel und somit Auslenkungen desselben erfassen. Auch können Drehratensensoren, insbesondere im Bereich des Rumpfes des Flugzeugs angeordnet sein, die Drehraten ermitteln, aus denen Böen und Turbulenzen ermittelt werden.
Optional können auch Sensorsignale der Strömungszustand-Sensorvorrichtung 17 zur Detektion von Böen und Turbulenzen verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Strömungszustands-Sensorvorrichtung 17 zur Detektion von Böen und Turbulenzen verwendet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass nur an einer Referenzstelle der Tragflügel eine Strömungszustands-Sensorvorrichtung 17 angeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass in jedem Segment 10 zumindest eine Strömungszustands-Sensorvorrichtung 17 angeordnet ist.
Bei der Ausführungsform der 4 ist vorgesehen, dass danach verwendete Böenabminderungsfunktion 36 Strömungszustands-Stellgrößen 36a zur Kommandierung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 mittels von der Strömungszustands-Regelvorrichtung 70 erzeugten Stellkommandos 416 für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 ermittelt. In der Strömungszustands-Regelvorrichtung 70 kann eine Funktion vorgesehen sein, mit der die von der Böenabminderungsfunktion 36 ermittelten Strömungszustands-Stellgrößen 36a mit den von der Strömungszustands-Regelvorrichtung 70 ermittelten Stellkommandos 470 zur Betätigung der Stellvorrichtungen 20 der Steuerklappen S abgeglichen werden, so dass die Wirkungen der Betätigung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 und der Steuerklappen S sich nicht gegenseitig negativ beeinflussen. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Kommandierung der Steuerklappen S eine höhere Priorität, z. B. mindestens einen Verstärkungsfaktor 2 zugewiesen wird, wenn sich die Wirkungen beeinträchtigen. Eine gegenseitige Beeinträchtigung der Wirkungen der Steuerklappen S und der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 kann z. B. angenommen werden, wenn an einem Tragflügel sowohl die Steuerklappen S also auch die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 betätigt werden. Bei einem ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Strömungszustands-Regelvorrichtung 70 aufgrund dieser Funktionen korrigierte Stellkommandos 465 ermittelt, die an die Strömungszustands-Regelvorrichtung 70 übermittelt werden. Aufgrund dieser erfolgt in einer Regelung mit der Vergleichsvorrichtung 65 der Vergleich des Eingangssignals mit dem Strömungszustand-Istwert als Sensorsignal 62 der Strömungszustand-Sensorvorrichtung 17 jedes Segments für jedes Segment 10 mittels einer Stellgrößen-Bestimmungsfunktion 67 und der Segment-Ansteuerungsfunktion 68 ein Strömungszustand-Stellkommando 460 ermittelt, mit dem die einzustellende Lastverteilung erreicht wird bzw. mit dem die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 durch entsprechende Betätigung den durch Böen entstehenden instationären Luftkräften entgegen wirken.
Bei der Ausführungsform nach der 5 werden mittels der Böenabminderungsfunktion 36 Stellkommandos für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 erzeugt und ohne Abgleich durch die Flugzustands-Regelvorrichtung 70 an die Strömungszustands-Regelvorrichtung 60 übermittelt. Dabei kann eine Segment-Ansteuerungsfunktion 537 vorgesehen sein, die aus den Ausgangs-Stellgrößen 36a der Böenabminderungsfunktion 36 eine auf jedes einzelne Segment bezogene Stellgröße 516 ermittelt wird. Eine solche Segment-Ansteuerungsfunktion 537 kann auch in den weiteren Ausführungsformen nach der Erfindung vorgesehen und integriert sein. Die zweite Segment-Ansteuerungsfunktion 537 kann eine Funktion aufweisen, mit der Kommandos, die in der Summe von den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 verschiedener Segmente 10 nicht umgesetzt werden können oder sich widersprechen würden, gegenseitig berücksichtigt werden und eine für den aktuellen Zeitpunkt optimale Stellgröße 516 für die 16 jedes Segment ermittelt wird. Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass die Böenabminderungsfunktion 36 ihre Vorgaben an die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 jedes der Segmente erzeugt und an diese sendet. Die Böenabminderungsfunktion 36 bzw. die Segment-Ansteuerungsfunktion 537 ermittelt die Stärke, mit der jede Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 jedes angesteuerten Segments 10 jeweils betätigt werden soll und übermittelt die entsprechenden Stellsignale 516 an die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 jedes einzelnen Segments.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsfunktion mit einer Pilotenschnittstelle funktional derart verbunden ist, dass die die Verstellposition der Einstellklappe K und/oder das Maß der durch die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16, 16K kommandierten oder bewirkten Strömungsbeeinflussung mit der Pilotenschnittstelle angezeigt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 als Fluid-Ausblasvorrichtungen ausgeführt. In diesem Fall kann mit den Stellkommandos der Volumenstrom des Fluids kommandiert werden, mit dem das Fluid aus Austrittsöffnungen der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 austritt. Mit der Kommandierung der Einstellklappen K kann bei einer entsprechenden Anordnung der Einstellklappen K am Hauptflügel M auch die Größe des Spalts zwischen dem Hauptflügel M und der Einstellklappe K eingestellt werden.
Die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 ist derart ausgeführt, dass mit dieser die an der jeweiligen Oberfläche anliegenden Strömung und somit der Auftriebsbeiwert des Hauptflügels M bzw. der Stellklappe K beeinflusst werden kann.
Dabei kann mit der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 insbesondere auch das Maß eingestellt werden, in dem die an der jeweiligen Oberfläche anliegende Strömung beeinflusst werden kann. Die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 ist nach einem Ausführungsbeispiel aus einer Öffnung (nicht gezeigt) und einer Strömungserzeugungs-Vorrichtung oder einem Strömungsförderantrieb (nicht gezeigt) gebildet, durch die eine Ausblas- oder Absaug-Strömung von Luft durch die Öffnung erzeugt wird. Der Strömungsförderantrieb kann dabei in einem mit der Öffnung verbundenen Kanal installiert oder integriert sein und kann mit einer fest eingestellten Leistung arbeiten oder dieser kann derart ausgeführt sein, dass mit diesem aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung durch eine Ansteuerungsfunktion der Einlassdruck und/oder der Ausblasdruck und/oder der Differenzdruck verändert oder gesteuert wird.
Die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 kann alternativ oder zusätzlich auch eine Ausblasöffnungs-Veränderungsvorrichtung oder Einsaugöffnungs-Veränderungsvorrichtung aufweisen, mit der die Öffnung eines Kanals im Inneren des Hauptflügels M bzw. der Stellklappe K an der Oberfläche in die Umgebung mündet, wobei der Kanal an einer anderen Stelle des Hauptflügels M bzw. der Stellklappe K ein- oder ausmündet. Auf diese Weise kann mit der Ausblasöffnungs-Veränderungsvorrichtung oder Einsaugöffnungs-Veränderungsvorrichtung die Menge des die Öffnung jeweils durchströmten Luft gesteuert oder eingestellt werden kann.
Die Strömungszustands-Sensorvorrichtung 15 kann einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung des Strömungszustands auf der Oberseite der Hochauftriebsklappe anliegenden oder abgelösten Strömung aufweisen. Dabei kann der Sensor oder mehrere Sensoren zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit ein Hitzdrahtsensor sein. Weiterhin kann der Sensor oder können die mehrere Sensoren aus einem Piezo-Wandschubspannungssensor zur Erfassung der Wandschubspannung gebildet sein. Dabei kann der Sensor oder mehrere Sensoren zur Erfassung der Wandschubspannung ein Heißfilmsensor sein.
Der Sensor kann oder die mehreren Sensoren können generell ein Sensor zur Erfassung der Eigenschaften der Strömungszustandes auf der Oberseite des Hauptflügels M bzw. der Klappe K sein, der oder die derart ausgeführt ist oder sind, dass durch das von dem Sensor erzeugte Signal eindeutig der Strömungszustand ermittelt werden kann, d. h. dass festgestellt werden kann, ob eine anliegende oder abgelöste Strömung vorliegt, detektiert bzw. erfassen kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Strömungszustands-Sensorvorrichtung 17 in dem genannten Kanal im Inneren der Klappe K vorgesehen ist, um Strömungszustände in einem Kanal oder mehreren Kanälen in der Hochauftriebsklappe und/oder im Hauptflügel mittels einer entsprechenden Sensorvorrichtung erfasst und als Strömungswerte an die Hochauftriebsklappen-Verstellvorrichtung zur Kontrolle der Strömungszustände und zur Veränderung der Ansteuerung oder Regelung von Vorrichtungen zur Strömungsbeeinflussung weitergegeben werden.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß vorgesehenen Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 eines Segments ist in der 6 dargestellt. Dabei ist die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 gebildet aus einer Druckkammer 101 zur Aufnahme von bedruckter Luft, einer Auslasskammer oder Ausblaskammer 103 und einer oder mehrere Verbindungsleitungen 105 zur Verbindung der Druckkammer 101 mit der Auslasskammer 103. Die Ausblaskammer 103 weist zumindest eine Auslasöffnung oder Ausblasöffnung und vorzugsweise eine Anordnung 110 von Auslasöffnungen oder Ausblasöffnungen auf. Zur bloßen Veranschaulichung ist in der 6 eine einzelne Ausblasöffnung 104 eingetragen. In die zumindest eine Verbindungsleitung 105 ist zumindest eine Ventilvorrichtung 107 integriert, die funktional mit der Ansteuerungsvorrichtung C in Verbindung steht. Die Ansteuerungsvorrichtung steuert die Ventilvorrichtung 107 mittels des aktuellen Stellsignal-Vektors oder Stellkommandos 316, 460, 560 an, um in der Druckkammer 101 vorhandene bedruckte Luft entsprechend der Stellwerte des aktuellen Stellsignal-Vektors oder Stellkommandos 316, 460, 560 nicht oder in entsprechender Geschwindigkeit und/der Durchsatz in die Auslasskammer 103 strömen zu lassen, von wo aus die Luft durch eine Anordnung 110 von Ausblasöffnungen austritt, um die Umströmung der Oberfläche K1 der Einstellklappe K zu beeinflussen.
Die Einführung von Druckluft in die Druckkammer 101 kann auf verschiedene Weise und insbesondere mittels einer Druckerzeugungsvorrichtung erfolgen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Druckluft von einem Staudruckbereich an der Oberfläche eines Strömungskörpers des Flugzeugs und insbesondere an der Einstellklappe oder des Hauptflügels von der äußeren Strömung entnommen wird. An die Druckkammer kann auch eine Druckerzeugungsvorrichtung oder eine Pumpe oder ein Strömungsvariator angeschlossen sein, die bzw. der Luft über eine Zufuhrleitung aufnimmt. Die Zufuhrleitung kann insbesondere von einer Öffnung oder einer Anordnung von Öffnungen an der Oberseite des Hauptflügels M ausgehen. Diese Öffnung kann dabei an einem Ort oder die Anordnung von Öffnungen können über einen Bereich des Hauptflügels M verteilt angeordnet sein, der derart vorgesehen ist, dass an diesen Stellen Absaugeffekte auftreten, die mit den an der Anordnung 110 von Ausblasöffnungen erzeugten Ausblaseffekten in vorbestimmter Weise korrelieren.
Die in der 6 im eingebauten Zustand gezeigte Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 ist in der 6 schematisch als strukturell isolierte Einrichtung gezeigt. Die 6 zeigt schematisch einen Tragflügel mit einem Hauptflügel M, auf dessen Oberseite eine erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung 110 von Ausblasöffnungen angeordnet ist.
Die Anordnung 110 von Ausblasöffnungen oder die Öffnungsvorrichtung ist vorzugsweise aus einer Anordnung von insbesondere schlitzförmigen Öffnungen (7 bis 9) gebildet. Nach der Erfindung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die mit einer oder mehreren Ausblaskammern strömungstechnisch in Verbindung stehenden Ausblasöffnungen über ein Oberflächensegment des Strömungskörpers des Flugzeugs verteilt sind. Dabei können mehrere Oberflächensegmente in der Strömungsrichtung S gesehen nebeneinander oder hintereinander angeordnet sein, um die Strömung über einen größeren Bereich des Strömungskörpers zu beeinflussen. Die Ansteuerungsfunktion ermittelt die Stellkommandos und hierfür entsprechende Stellwerte für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 jedes ansteuerbaren Segments 10 von über den Strömungskörper oder Hauptflügel verteilten Segmenten 10 mit derartigen Anordnungen 15 von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 und Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17.
In der 9 ist beispielsweise ein Oberflächensegment 10 als Draufsicht mit einer Anordnung 15K von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen und Strömungszustands-Sensorvorrichtungen dargestellt, wie diese nach der Erfindung generell in einem Oberflächensegment des Hauptflügels oder einer Einstellklappe K und generell eines Strömungskörpers des Flugzeugs F angeordnet sein kann. Die in der 8 dargestellte Anordnung weist eine matrixartig über das Oberflächensegment 10 verteilte Anordnung von 110 von Ausblasöffnungen 104. Generell sind die Ausblasöffnungen 104 der Anordnung 110 von Auslasöffnungen über das jeweilige Oberflächensegment verteilt, um die Umströmung an oder oberhalb des gesamten Bereichs des Oberflächensegmentes 10 zu beeinflussen. Vorzugsweise ist eine Druckkammer und eine Ventilvorrichtung 107 den Öffnungen 104 eines Oberflächensegments 10 zugeordnet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine Druckkammer 101 den Öffnungen 104 von mehreren Oberflächensegmenten 10 zugeordnet sind.
Die Ausblasöffnungen 104 weisen eine Form auf, die zur Beeinflussung der Umströmung des jeweiligen Oberflächensegmentes 10 optimal ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass verschiedene Formen von Ausblasöffnungen 104 innerhalb eines Oberflächensegments 10 verwendet werden. Z. B. können die Ausblasöffnungen 104 auch kreisförmig, ellipsoid oder sichelförmig ausgebildet sein.
Innerhalb eines Oberflächensegmentes sind auch eine Mehrzahl von Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 angeordnet, die in der 9 schematisch als Kreissymbole dargestellt sind.
Sämtliche vorgesehenen Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 sind funktional an die Ansteuerungsvorrichtung angekoppelt zur Übermittlung von aktuellen Strömungszuständen an der Stelle der jeweiligen Strömungszustands-Sensorvorrichtung 17 oder der jeweiligen Segmente in Form der von jeder Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 jeweils erzeugten Sensorsignalen. In der Ansteuerungsvorrichtung wird für jedes Segment auf der Basis der gemessenen Strömungszustände ermittelt, an welchen Ausblasöffnungen 104 und dort mit welcher Stärke Luft ausgeblasen werden soll, um für das Flugzeug einen Flugzustand einzustellen, die den von der Vorgabevorrichtung 30 zur Erzeugung von Flugzuständen des Flugzeugs erzeugten Sollkommandos entsprechen.
Verschiedene Oberflächensegmente können auf der Oberfläche der Saugseite und/oder Druckseite des Strömungskörpers, also z. B. des Hauptflügels, nebeneinander oder einander überlappend angeordnet sein.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsvorrichtung Strömungszustände, die mittels in weiteren Oberflächensegmenten 10 angeordneten Strömungszustands-Sensorvorrichtungen 17 ermittelt werden, zur Ermittlung von Stellkommandos von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 herangezogen werden.
Aufgrund der entsprechenden Funktion der Ansteuerungsvorrichtung stellt diese durch Kommandierung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 von einem oder mehreren Oberflächensegmenten 10 insbesondere auch das Maß ein, in dem die an dem jeweiligen Oberflächensegmente 10 anliegende Strömung beeinflusst werden kann. Hierzu werden entsprechende Werte des aktuellen Stellsignal-Vektors ermittelt. Dabei steuert die Ansteuerungsvorrichtung einen Stellantrieb und z. B. die Ventilvorrichtungen 107 von mehreren Oberflächensegmenten 10 an. Dabei kann insbesondere ein gepulstes Ausblasen vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsvorrichtung C mittels aktueller Stellsignal-Vektoren oder Stellkommandos zur Kommandierung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 eine Öffnungsvorrichtung an den jeweiligen Ausblasöffnungen 104 ansteuert, um durch Öffnen und Schließen derselben den Ausblasstrom an der jeweiligen Ausblasöffnung 104 einzustellen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsvorrichtung funktional an einer an der Druckkammer angekoppelten Druckerzeugungsvorrichtung oder Strömungsförderantrieb (nicht gezeigt) angekoppelt ist, um durch entsprechende Ansteuerung der Druckerzeugungsvorrichtung den Druck in der Druckkammer einzustellen und um auf diese Weise die Ausblasgeschwindigkeit an den Öffnungen 104 eines Oberflächensegments 10 einzustellen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, den Druck in der Druckkammer aufgrund des Flugzustands und insbesondere aufgrund der Fluggeschwindigkeiten und der Flughöhe oder daraus abgeleiteter Größen mittels eines Stellsignal-Vektors oder von Stellkommandos einzustellen. Auch kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsvorrichtung in bestimmten Flugzustandsbereichen wie z. B. im Reiseflug die Druckerzeugungsvorrichtung mittels eines Stellsignal-Vektors oder von Stellkommandos deaktiviert. Generell kann die Druckerzeugungsvorrichtung auch mit einer fest eingestellten Leistung arbeiten oder diese kann derart ausgeführt sein, dass mit dieser aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung durch eine Ansteuerungsfunktion der Einlassdruck und/oder der Ausblasdruck und/oder der Differenzdruck verändert oder gesteuert wird.
Der Strömungsförderantrieb kann dabei in einem mit der Öffnung verbundenen Kanal installiert oder integriert sein.
Das Medium, mit dem die Druckluft bereitgestellt wird, kann auf verschiedene Weisen bereit gestellt werden, z. B. vom Triebwerk, einer Hilfsturbine (z. B. einer sogenannten auxillary Power Unit oder APU), über die Einläufe der Klimaanlage, über Öffnungen eines Fairings z. B. der Einstellklappe, über beliebige andere Öffnungen/Ansaugstellen z. B. im Vorderkantenbereich des Flügels und/oder im Seitenantenbereich von Klappen. Strömungsförderantriebe können dabei zusätzlich in den entsprechenden Verbindungskanälen mit dien Luftquellen integriert sein, um den entsprechenden Druck und/oder Massenstrom bereit zustellen.
Bei diesen Ausführungsformen der Erfindung kann der Massen- oder Volumenstrom in der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 oder eine diesem entsprechende Größe als Regelgröße, d. h. als mittels der Ansteuerungsvorrichtung einzustellende Größe oder Stellgröße vorgesehen sein, wobei je nach Ausführungsbeispiel die genannte Ventilvorrichtung und/oder Druckerzeugungsvorrichtung oder Strömungsförderantrieb mittels des Stellsignal-Vektors oder Stellkommandos angesteuert werden.
Bei einer alternativen Ausführung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 können diese jeweils aus einem piezoelektrischen Aktuator gebildet sein, so dass mit den Stellsignal-Vektoren oder den Stellkommandos die angelegte Spannung an den piezoelektrischen Aktuatoren kommandiert werden. Bei der Ausführung der Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 durch Plasma-Aktuatoren oder kernenergiebasierenden Aktuatoren wird mit den Stellsignal-Vektoren oder den Stellkommandos die Stromstärke zur Steuerung desselben und/oder die an diesen anzulegende Spannung kommandiert. Weiterhin können die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen 16 aus auf chemischen Prozessen basierenden Aktuatoren gebildet sein, wobei Stellsignal-Vektoren CS oder den Stellkommandos CS die Konzentration eines chemischen Stoffes wie eines Katalysators, der z. B. chemische Reaktionen wie kleine Sprengungen triggert, bestimmen.
Die Ansteuerungsvorrichtung C insbesondere in dem Ausführungsbeispiel der 3 kann dabei insbesondere einen Regelungsalgorithmus aufweisen, der die genannten Eingangswerte entsprechend der von diesem empfangenen Sollkommandos 30a ausregelt („complete control”).
Der Regelungsalgorithmus der Ansteuerungsvorrichtung C kann zum einen eine Synthese eines Maßes für den Auftrieb, Widerstand oder Gleitzahl aus Sensordaten (insbesondere Drucksensoren als Sensorvorrichtung 17 auf dem Tragflügel oder der Klappe K) bilden und zum anderen als ein robuster Regelalgorithmus zur Erreichung eines vorgegebenen Zielwertes für obiges Maß ausgeführt sein. Der Regler wird durch eine Anti-Wind-Up-Reset-Struktur unterstützt. Das Maß wird aus einer Kombination von zeitlicher Integration und Nachschlagetabelle gewonnen und kann eineindeutig mit einer flugrelevanten Größe wie z. B. dem Auftrieb verbunden werden. Indirekt ist so eine Vorgabe z. B. eines Auftriebs oder Auftriebsbeiwerts möglich, die dann durch den Algorithmus in eine Vorgabe für die Maßzahl umgesetzt wird. Diese Vorgabe für die Maßzahl, im Folgenden Sollwert genannt, wird verwendet, um die Differenz zur aktuellen Maßzahl zu bestimmen, die dann die Stärke und Art des Regiereingriffes bestimmt.
Der Regler der Ansteuerungsfunktion kann auf Basis eines linearen Mehrgrößen-Black-Box-Modells mit einem Verfahren zur Synthese von robusten Reglern entworfen sein. Bei der Identifikation des linearen Mehrgrößen-Black-Box-Modells werden geeignete Störsignale in Form von sprunghaften Änderungen der Aktuationsgröße erzeugt und die Reaktion der Maßzahl darauf gemessen. Aus dem dynamischen Verhalten der Reaktion wird ein lineares Differentialgleichungssystem mit Hilfe von Parameteridentifikationsmethoden gewonnen, das die Basis für die Reglersynthese darstellt Viele verschiedene solcher Identifikationen liefern eine Modellfamilie, aus dem je Synthese ein repräsentatives bzw. mittleres Modell ausgewählt wird. In der Reglersynthese können Verfahren verwendet werden (z. B. H_∞-Synthese, Robustifizierung, robustes LoopShaping). Unterstützt werden kann der entstandene klassische lineare Regelkreis durch eine Anti-Wind-Up-Reset-Struktur, die bei einer Forderung für die Stellgröße, die über der realisierbaren Stellgröße liegt, die internen Zustände des Reglers so korrigiert, dass ein Integrationsteil im Regler nicht zu einem Überschwingen bzw. Festsetzen des Reglers führt. So bleibt der Regler auch bei unrealistischen Anforderung reagibel, was die Betriebssicherheit erhöht. Er ist immer an die aktuelle Situation angepasst, ohne durch vorangegangene Stellgrößen-Beschränkungen hervorgerufene Verzögerungen aufzuweisen.
Der Regler kann insbesondere als Optimalregler ausgeführt sein, der alle notwendigen Eingangsgrößen als Regelgrößen empfängt und nach einem Regelverfahren-Algorithmus in einem matrixartigen Verfahren die verschiedenen Ausgangssignale für Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtung 16 und/oder den Aktuator 21 oder Klappenantrieb der zumindest einen angesteuerten Stellklappe K erzeugt – auf der Basis von Kalibrationen und daraus abgeleiteten Parameter für die Zuordnung von Regelgrößen und Stellgrößen in Abhängigkeit von Flugzustandsgrößen.
Erfindungsgemäß wird also eine flugrelevante Kennzahl (Auftrieb, Auftriebsbeiwert, Widerstand, Gleitzahl, etc.) instationär aus Ersatzregelgrößen zu bestimmen, dann diese Kennzahl für einen Sollwertvergleich zu benutzen und schließlich so einen prinzipiell beliebigen Wert für die jeweilige Kennzahl – im Rahmen der Physik – einstellen und mittels linearer, robuster Regelungsalgorithmen, ausgelegt auf ein lineares Modell, erreichen zu können.
Dabei ist das Regelsystem durch den Verzicht auf schwere, bewegliche Teile deutlich schneller als konventionelle, mechanische Lösungen, so dass lokale Strömungsphänomene gezielt unterdrückt bzw. genutzt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2006/032486 A1 [0002]
US 5875998 [0003]

Claims

Flugzeug (F) mit Tragflügeln (1; 1a, 1b) und einem System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen, wobei die Tragflügel jeweils aus einem Hauptflügel (M) und zumindest einer gegenüber diesem verstellbar angeordneten Steuerklappe (S), einem Stellantrieb (21) zur Betätigung der zumindest einen Steuerklappe (S) sowie einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe (S) gebildet ist und das Flugzeug weiterhin aufweist: • eine Vorgabevorrichtung (30) zur Erzeugung von Flugzuständen des Flugzeugs entsprechenden Soll-Vorgaben (30a), • eine Flugzustands-Sensorvorrichtung (40) zur Erzeugung von Flugzustandsdaten (40a), • eine Flugregelvorrichtung, die mit der Vorgabevorrichtung (30), der Flugzustands-Sensorvorrichtung (40), dem Stellantrieb (21) und der Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe (S) der Steuerklappe funktional verbunden ist, um das Flugzeug auf den Soll-Vorgaben (30a) entsprechenden Flugzuständen einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen aufweist: • zumindest eine jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment (10; 11a, 12a; 11b, 12b) des Hauptflügels (M) jedes Tragflügels (M; 1a, 1b) und/oder zumindest einer Steuerklappe (S) gelegene Anordnung (15) von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) zur Beeinflussung des das Oberflächensegment (10) überströmenden Fluids, die funktional mit der Flugregelvorrichtung verbunden sind, • eine Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen, • eine funktional mit den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) verbundene Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels (1; 1a, 1b), die derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände und der von der Sensorvorrichtung erfassten Stellposition der Steuerklappe (S) die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird.
Flugzeug (F) mit Tragflügeln (1; 1a, 1b) und einem System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen, wobei die Tragflügel jeweils aus einem Hauptflügel (M) und zumindest einer gegenüber diesem verstellbar angeordneten Steuerklappe (S), einem Stellantrieb (21) zur Betätigung der zumindest einen Steuerklappe (S), einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe (S) und zumindest einer Hinterkantenklappe gebildet ist, wobei das Flugzeug weiterhin aufweist: • eine Vorgabevorrichtung (30) zur Erzeugung von Flugzuständen des Flugzeugs entsprechenden Soll-Vorgaben (30a), • eine Flugzustands-Sensorvorrichtung (40) zur Erzeugung von Flugzustandsdaten (40a), • eine Flugregelvorrichtung, die mit der Vorgabevorrichtung (30), der Flugzustands-Sensorvorrichtung (40), dem Stellantrieb (21) und der Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stellposition der Steuerklappe (S) funktional verbunden ist, um das Flugzeug auf den Soll-Vorgaben (30a) entsprechenden Flugzuständen einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen aufweist: • zumindest eine jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment (10; 11a, 12a; 11b, 12b) einer Hinterkantenklappe jedes Tragflügels (M; 1a, 1b) gelegene Anordnung (15) von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) zur Beeinflussung des das Oberflächensegment (10) überströmenden Fluids, die funktional mit der Flugregelvorrichtung verbunden sind, • eine Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen, • eine funktional mit den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) verbundene Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten der Hinterkantenklappe, die derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände und der von der Sensorvorrichtung erfassten Stellposition der Steuerklappe (S) die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird.
Flugzeug (F) nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen aufweist: • zumindest eine jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment (10; 11a, 12a; 11b, 12b) des Hauptflügels (M) jedes Tragflügels (M; 1a, 1b) und/oder zumindest einer Steuerklappe (S) gelegene Anordnung (15) von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) zur Beeinflussung des das Oberflächensegment (10) überströmenden Fluids, die funktional mit der Flugsteuerungsvorrichtung verbunden sind, • eine funktional mit den Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) verbundene Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels (1; 1a, 1b), die derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der von der Detektionseinrichtung detektierten instationären Anströmzustände und der von der Sensorvorrichtung erfassten Stellposition der Steuerklappe (S) die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) derart ansteuert, dass der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug minimiert wird.
Flugzeug (F) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungsfunktion funktional integriert ist mit der Flugregelvorrichtung, so dass Kommandos für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) hinsichtlich der Steuerung des Flugzeugs bei den Kommandos für die Stellklappe berücksichtigt werden.
Flugzeug (F) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem jeweils in zumindest einem sich in Flügelspannweiten-Richtung erstreckenden Oberflächensegment (10; 11a, 12a; 11b, 12b) des Hauptflügels (M) jedes Tragflügels (M; 1a, 1b) eine Anordnung (15) von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) zur Beeinflussung des das Oberflächensegment (10) überströmenden Fluids und zumindest eine Strömungszustands-Sensorvorrichtung (17) zur Messung des Strömungszustands an dem jeweiligen Oberflächensegment (10; 11a, 12a; 11b, 12b) gelegen ist, die funktional mit der Ansteuerungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Ansteuerungsvorrichtung für jedes Segment aus der diesem jeweils zugehörigen Strömungszustands-Sensorvorrichtung (17) Ist-Werte für den Strömungszustand in dem jeweiligen Segment ermittelt und die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) derart ansteuert, dass die von der Ansteuerungsvorrichtung ermittelten Soll-Werte zur Minimierung des Einflusses von instationären Anströmzuständen angestrebt werden.
Flugzeug (F) nach nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, • dass die Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen mit der Flugzustands-Sensorvorrichtung (40) funktional verbunden ist und eine Filterfunktion aufweist, mit der instationären Anströmzustände identifiziert werden, • dass die Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels (1; 1a, 1b) mit der Detektionseinrichtung funktional verbunden und derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der identifizierten instationären Anströmzustände die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) derart ansteuert, dass durch Beeinflussung der Strömung des das Oberflächensegment (10) überströmenden Fluids die Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug reduziert werden.
Flugzeug (F) nach nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, • dass die Detektionseinrichtung zur Detektion von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen mit den Strömungszustands-Sensorvorrichtungen (17) funktional verbunden ist und eine Filterfunktion aufweist, mit der instationären Anströmzustände identifiziert werden, • dass die Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels (1; 1a, 1b) mit der Detektionseinrichtung funktional verbunden und derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der identifizierten instationären Anströmzustände die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) derart ansteuert, dass durch Beeinflussung der Strömung des das Oberflächensegment (10) überströmenden Fluids die Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug reduziert werden.
Flugzeug (F) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, • dass die Detektionseinrichtung Sensoren zur Detektion von Lasten und/oder von Auslenkungen auf das Flugzeug wirkende Turbulenzen aufweist, • dass die Ansteuerungsfunktion zur Beeinflussung der Strömung in den verschiedenen Segmenten eines Tragflügels (1; 1a, 1b) mit der Detektionseinrichtung funktional verbunden und derart ausgeführt ist, dass diese aufgrund der identifizierten instationären Anströmzustände die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) derart ansteuert, dass durch Beeinflussung der Strömung des das Oberflächensegment (10) überströmenden Fluids die Auswirkungen der instationäre Anströmzustände auf das Flugzeug reduziert werden.
Flugzeug (F) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung derart ausgeführt ist, dass in Abhängigkeit der von der Flugzustands-Sensorvorrichtung (40) übermittelten Fugzustandsdaten Sollwerte für den Strömungszustand an den Oberflächensegmenten (10; 11a, 12a; 11b, 12b) zur Einstellung einer Verteilung des Auftriebs über die Spannweite des Hauptflügels (M) ermittelt und aufgrund der von den jeweiligen Strömungszustands-Sensorvorrichtungen (17) ermittelten Strömungszustandsdaten Abweichungen und daraus auf das Flugzeug wirkende instationären Anströmzustände ermittelt.
Flugzeug (F) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung Beschleunigungssensoren (39) aufweist, die am Tragflügel zur Messung von Beschleunigungen angeordnet sind, die lokal am Tragflügel aufgrund von auf das Flugzeug wirkenden instationären Anströmzuständen auftreten.
Flugzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) gebildet ist aus Strömungsdurchlass-Öffnungen, die in einem Segment oder mehreren Segmenten angeordnet sind, und einer im Flügel angeordneten Strömungserzeugungsvorrichtung (zum Ausblasen und/oder Absaugen), durch die Fluid aus den Strömungsdurchlass-Öffnungen ausgeblasen wird, um den lokal am Segment auftretenden Auftriebsbeiwert zu beeinflussen.
Flugzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) Strömungsdurchlass-Öffnungen, die in einem Segment oder mehreren Segmenten angeordnet sind, und eine im Flügel angeordnete und mit den Einsaugöffnungen in Strömungsverbindung stehende Saugvorrichtung aufweist, durch die Fluid aus den Strömungsdurchlass-Öffnungen eingesaugt wird, um den lokal am Segment auftretenden Auftriebsbeiwert zu beeinflussen.
Flugzeug nach dem Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungserzeugungsvorrichtung derart ausgeführt ist, dass diese zur Reduzierung von Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug bei deren Aktivierung durch die Ansteuerungsfunktion einen kontinuierlichen Volumenstrom erzeugt.
Flugzeug nach dem Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungserzeugungsvorrichtung derart ausgeführt ist, dass diese zur Reduzierung von Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug bei deren Aktivierung durch die Ansteuerungsfunktion einen gepulsten Volumenstrom erzeugt.
Flugzeug nach dem Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungsfunktion eine Funktion aufweist, mit der diese in Abhängigkeit der von der Detektionseinrichtung ermittelten Werte zu instationären Anströmzuständen die Frequenz des gepulsten Volumenstroms erzeugt zur Reduzierung der Einfluss von instationären Anströmzuständen auf das Flugzeug.
Flugzeug nach dem Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungserzeugungsvorrichtung einen synthetischen Aktuator aufweist, der derart ausgeführt ist, dass dieser zur Reduzierung von Auswirkungen der instationären Anströmzustände auf das Flugzeug ein Einsaugen und ein Ausblasen eines Volumenstroms erzeugt, der mittels eines Aktuators in einer Aktuatorkammer des synthetischen Aktuators aufgenommen oder aus dieser ausgestoßen wird.
Flugzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) gebildet ist aus Lautsprecher-Vorrichtungen, die in einem Segment oder mehreren Segmenten angeordnet sind, die aufgrund ihrer Aktivierung durch Erzeugung von Luftschwingungen den lokal am Segment auftretenden Auftriebsbeiwert beeinflussen können.
Flugzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) gebildet ist aus an der Oberfläche des Flügels angeordneten Piezo-Aktuatoren, die in einem Segment oder mehreren Segmenten angeordnet sind, die aufgrund ihrer Aktivierung durch Erzeugung von Luftschwingungen den lokal am Segment auftretenden Auftriebsbeiwert beeinflussen können.
Flugzeug nach dem Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) zusätzlich eine Stellklappe und einen Aktuator zur Verstellung derselben aufweist, wobei die Soll-Kommandos für die Strömungsbeeinflussungs-Vorrichtungen (16) aus Soll-Kommandos für die Strömungserzeugungsvorrichtung und aus Soll-Kommandos für einen Aktuator zur Verstellung der Stellklappe gebildet sind.
Flugzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Segment aus mehreren Segmenten gebildet ist, die in der Spannweiten-Richtung des Flügels gesehen hintereinander angeordnet sind.