DE102010046667A1

DE102010046667A1 - Fluid-Aktuator zur Beeinflussung der Strömung entlang einer Strömungsoberfläche sowie Ausblasvorrichtung und Strömungskörper mit einem solchen Fluid-Aktuator

Info

Publication number: DE102010046667A1
Application number: DE201010046667
Authority: DE
Inventors: Matthias Lengers; Ulrich Scholz
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-03-29
Also published as: EP2622230A1; EP2622230B1; WO2012041487A1; CN103314219B; US9976580B2; CN103314219A; US20130291981A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fluid-Aktuator zur Beeinflussung der Strömung entlang einer Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines Fluids. Mittels eines solchen Fluid-Aktuators wird eine kontinuierliche Strömung auf zumindest zwei Auslassöffnungen aufgeteilt, um aus diesen Auslassöffnungen heraus Fluidpulse zu erzeugen. Die Regelung dieser Aufteilung erfolgt in einer Interaktionskammer, die über eine Zufuhrleitung mit Fluidströmung versorgt wird. In diese Interaktionskammer münden zumindest zwei Steuerleitungen über Steueröffnungen, an denen jeweils ein unterschiedlicher Druck angelegt werden kann. In Abhängigkeit der Druckdifferenz an den Steueröffnungen wird die Strömung in der Interaktionskammer auf die einzelnen Auslassöffnungen verteilt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluid-Aktuator zur Beeinflussung der Strömung entlang einer Strömungsoberfläche sowie eine Ausblasvorrichtung und einen Strömungskörper mit zumindest einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator.
Derartige Fluid-Aktuatoren sind grundsätzlich bekannt, um die Strömung entlang einer Strömungsoberfläche beispielsweise eines Strömungskörpers zu beeinflussen. Solche Fluid-Aktuatoren werden zum Beispiel eingesetzt, um Strömungen entlang eines Strömungskörpers länger anliegen zu lassen beziehungsweise eine von einem Strömungskörper abgerissene Strömung wieder an diesen anzulegen. Dies ist zum Beispiel sinnvoll und vorteilhaft, wenn die bekannten Fluid-Aktuatoren bei Strömungskörpern in Form von Stellklappen, Steuerklappen oder anderen Teilen eines Tragflügels eines Flugzeuges zum Einsatz kommen.
Um bereits abgerissene Strömungen wieder anzulegen, ist bekannt die Fluid-Aktuatoren derart auszuführen, dass ein pulsweises Ausstoßen aus den Öffnungen eines Fluid-Aktuators erfolgt. Das pulsweise Ausstoßen von Fluid aus den Öffnungen eines Fluid-Aktuators hat zur Folge, dass bereits abgelöste Strömung durch Verwirbelung des ausgestoßenen Fluidstromes wieder an die Oberseite des Strömungskörpers angelegt wird. Mit anderen Worten wird damit vom Strömungskörper beabstandete energiereiche Strömung wieder an den Strömungskörper herangebracht und damit wieder an den Strömungskörper angelegt.
Um das pulsweise Ausstoßen des Fluids zu ermöglichen, ist bereits bekannt, dass miteinander korrespondierende Öffnungen, beispielsweise Öffnungspaare eines Fluid-Aktuators, derart zusammen wirken, dass durch diese Öffnungen abwechselnd ein Fluidpuls, also ein stoßweises Ausströmen des Fluids erfolgt. Auf diese Weise kann aus einem kontinuierlichen Fluidstrom ein Aufteilen auf zwei Öffnungen – also ein Öffnungspaar – eines Fluid-Aktuators erfolgen, so dass ein kontinuierlicher Fluidstrom ohne Unterbrechung zum Erzeugen eines pulsweisen Ausstoßens verwendet werden kann. Die bekannten Fluid-Aktuatoren verwenden zum Aufteilen zwischen den beiden Öffnungen des Fluid-Aktuators Ventile. Solche Ventile weisen eine Vielzahl von mechanischen Komponenten auf, die bewegbar sein müssen, um zwischen den beiden Auslassöffnungen des Fluid-Aktuators hin und her zu schalten. Diese mechanischen Komponenten und damit die Ventile sind dementsprechend in Abhängigkeit von der Frequenz der Pulsation zwischen den beiden Auslassöffnungen des Fluidkörpers hohen mechanischen Belastungen unterworfen. Aufgrund dieser hohen mechanischen Belastungen handelt es sich bei den Ventilen um Verschleißteile, die zum einen in relativ kurzfristigen Intervallen ausgetauscht werden müssen, zum anderen in noch kürzeren Intervallen auf ihre notwendige Funktionalität überprüft werden müssen. Das Risiko eines Ausfalls von solchen Ventilen ist somit ein Problem, das hinsichtlich der Zulassung eines solchen Fluid-Aktuators in der Luftfahrt problematisch ist. Darüber hinaus handelt es sich durch die einzelnen mechanischen Komponenten des Ventils um eine relativ komplexe Konstruktion, die aufgrund einer Vielzahl einzelner Teile hohe Fertigungskosten mit sich bringt. Die Masse der Teile und die Komplexität der Konstruktion führen neben hohen Kosten auch zu einem erhöhten Gewicht, was bei Luftfahrzeugen aufgrund des damit einhergehenden erhöhten Treibstoffverbrauchs nachteilig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend erläuterten Nachteile zu lösen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Fluid-Aktuator zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist mit möglichst wenigen mechanischen Komponenten insbesondere mit möglichst wenig bewegbaren Komponenten auszukommen, um die Kosten des Fluid-Aktuators zu reduzieren und die Wartungsintervalle zu verlängern.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Fluid-Aktuator mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch eine Ausblasvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 und durch einen Strömungskörper mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich ergeben sich unter anderem aus den an die jeweiligen unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Fluid-Aktuator zur Beeinflussung der Strömung entlang einer Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines durch den Fluid-Aktuator strömenden Fluids weist eine Auslassvorrichtung mit zumindest zwei Auslassöffnungen sowie zumindest zwei in den Auslassöffnungen mündenden Auslassleitungen auf. Dabei können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch mehr als zwei Auslassöffnungen vorgesehen sein, die mit einer entsprechenden größeren Anzahl von Auslassleitungen korrespondieren.
Weiter weist der erfindungsgemäße Fluid-Aktuator eine Interaktionskammer auf, die über jeweils eine Strömungsleitung über jeweils eine Auslassleitung mit jeweils einer Auslassöffnung in fluidkommunizierender Verbindung steht. Weiter ist in der Interaktionskammer eine Strömungsteilungsvorrichtung vorhanden, die am Einlass der Auslassleitungen angeordnet ist. Die Strömungsteilungsvorrichtung dient also dazu aus der einzigen Interaktionskammer über die Strömungsleitungen strömendes Fluid in die einzelnen Auslassleitungen und damit zu den einzelnen Auslassöffnungen zu leiten. Die Strömungsteilungsvorrichtung teilt also die ankommende Strömung in der Interaktionskammer auf und verteilt sie auf diese Weise in die Auslassleitungen und erzeugt damit die gewünschten Pulse an den Auslassöffnungen.
Darüber hinaus ist bei einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator eine Zufuhrleitung vorgesehen, die zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck in die Interaktionskammer ausgebildet ist. Die Zufuhrleitung-kann dabei beispielsweise von externen Vorrichtungen, wie beispielsweise vom Triebwerk eines Luftfahrzeuges, Druckluft erhalten und in die Interaktionskammer führen. Der Versorgungsdruck entspricht dabei einer im Wesentlichen kontinuierlichen Fluidströmung, die über die Zufuhrleitung in die Interaktionskammer einströmt. Diese im Wesentlichen kontinuierliche Strömung aus der Zufuhrleitung wird durch die Strömungsteilungsvorrichtung in der Interaktionskammer aufgeteilt, so dass aus einem einzelnen Fluidstrom ein Aufteilen auf die Mehrzahl der Auslassleitungen und damit auf die Mehrzahl der Auslassöffnungen erfolgt.
Weiter sind bei einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator zumindest zwei Steuerleitungen für die Zufuhr von Fluid mit jeweils unterschiedlichem Steuerdruck in die Interaktionskammer über jeweils wenigstens eine Steueröffnung vorhanden. Die Steuerleitungen münden in der jeweiligen Steueröffnung und damit in der Interaktionskammer. An jeder Steueröffnung liegt also ein anderer Steuerdruck an, also ein entsprechender statischer Druck der in der in der Steuerleitung vorhandenen Strömung. Diese unterschiedlichen Steuerdrücke dienen, wie nachfolgend beschrieben wird, der Interaktion mit der Fluidströmung aus der Zufuhrleitung in die Interaktionskammer, um die Aufteilung mit der Strömungsteilungsvorrichtung in der Interaktionskammer vorzunehmen.
Für diese Aufteilung ist die Interaktionskammer eines erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators derart gestaltet, dass bei Zufuhr von Fluid über die Steuerleitung mit jeweils abwechselnd unterschiedlichen Steuerdrücken an den Steueröffnungen das durch die Zufuhrleitung strömende Fluid in der Interaktionskammer entsprechend wechselweise mehrheitlich in jeweils eine Auslassleitung abgelenkt wird. Mit anderen Worten ist die Interaktionskammer derart ausgestaltet, dass durch abwechselnde Unterschiede in den Steuerdrücken an den Steueröffnungen über die Strömungsleitungen unterschiedliche Auslassleitungen mit Fluidströmung aus der Zufuhrleitung bedient werden und damit die mit der jeweiligen Auslassöffnung in fluidkommunizierender Weise verbundene Auslassöffnung mit einem Fluidpuls versorgt wird. Mit anderen Worten entspricht dabei das Abwechseln des unterschiedlichen Steuerdrucks an den Steueröffnungen in der Interaktionskammer dem abwechselnden Aufteilen des Fluids der Strömung aus der Zufuhrleitung in die Interaktionskammer und damit dem abwechselnden Auslassen von Fluidpulsen aus der jeweiligen Auslassöffnung der Auslassvorrichtung. Das abwechselnde Auslassen und die voranstehenden Notwendigkeiten, also insbesondere das Abwechseln der Steuerdrücke können dabei periodisch, also mit einer oszillierenden Frequenz erfolgen. Jedoch ist es auch möglich, dass die Pulse aus den Auslassöffnungen und damit auch die Pulse der Steuerdrücke in unregelmäßiger Weise erzeugt werden.
Vorteilhafter Weise wird bei einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator zur Erzeugung der unterschiedlichen Steuerdrücke ein Minimum mechanischer Teile verwendet. In besonders einfachen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind dabei überhaupt keine mechanischen Komponenten notwendig. Dafür weist ein erfindungsgemäßer Fluid-Aktuator eine Steuerdruck-Variationsvorrichtung auf, die mit einer Steuer-Zufuhrleitung und einer Steuer-Strömungsteilungsvorrichtung ausgestattet ist. Die Steuer-Strömungsteilungsvorrichtung ist mit der Steuer-Zufuhrleitung sowie mit den Steuerleitungen in fluidkommunizierender Verbindung und damit in der Lage die Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung auf die Steuerleitungen zu verteilen.
Für diese Verteilung ist in der Steuer-Zufuhrleitung ein Pulsationskörper angeordnet. Dieser Pulsationskörper ist derart ausgestattet, dass sich beim Anlegen einer Strömung durch die Steuer-Zufuhrleitung durch Umströmen des Pulsationskörpers von diesem quer zur Strömungsrichtung wechselseitig Wirbel ablösen. Betrachtet man den Pulsationskörper, der unbewegbar, also im Wesentlichen fixiert in der Steuer-Zufuhrleitung angeordnet ist, in dessen Querschnitt, und ist die Strömungsrichtung in der Zufuhrleitung in einem solchen Querschnitt von links nach rechts definiert, so wird das ankommende Fluid den Pulsationskörper also von links anströmen, und diesen oben und unten umströmen. Quer zu dieser Strömungsrichtung gesehen, also oben und unten in dieser Betrachtungsweise des Pulsationskörpers, lösen sich demnach aufgrund der Form des Pulsationskörpers an demselben die Wirbel ab. Je nach Art des Fluids, insbesondere in Abhängigkeit von dessen Viskosität, und je nach Geschwindigkeit des Fluidstroms, wird mit Bezug auf die Strömungsrichtung die Wirbelablösung früher oder später am Pulsationskörper stattfinden. Insbesondere sind bei einer solchen Anordnung Pulsationskörper sinnvoll, die bei Umströmung mit einem Fluid eine sogenannte Karmansche Wirbelstraße ausbilden. Dabei können unterschiedlichste Formen des Pulsationskörpers in Frage kommen. Die einzelnen Formen werden später noch ausführlich erläutert werden.
Aufgrund des abwechselnden Ablösens von Wirbeln auf den beiden Seiten des Pulsationskörpers wird die Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung wechselweise mehrheitlich in jeweils eine der Steuerleitungen verteilt, um die abwechselnd unterschiedlichen Steuerdrücke zu erzeugen. Dabei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung darauf hinzuweisen, dass unter der „mehrheitlichen” Verteilung sowohl bei den Steuerdrücken, wie auch bei den Strömungsleitungen, beziehungsweise den Auslassleitungen, eine Verteilung mit mehr als 50% auf die entsprechende Leitung ausreicht, um dieser grundsätzlichen Definition der vorliegenden Erfindung zu genügen. Insbesondere bei den Steuerleitungen mit Bezug auf die anliegenden Steuerdrücke an den Steueröffnungen sind auch geringe Differenzen im Steuerdruck an den jeweiligen Steueröffnungen ausreichend, um nachfolgend in der Interaktionskammer den ankommenden Strom von Fluid aus der Zufuhrleitung erfindungsgemäß auf die Auslassleitungen mehrheitlich wechselseitig aufzuteilen. Mit anderen Worten reicht es aus, wenn der Pulsationskörper in seinem Betriebszustand durch das wechselseitige Ablösen von Wirbeln ein Ungleichgewicht in der Aufteilung der einheitlichen Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung auf die Steuerleitungen zu den Steueröffnungen erzeugt. Dabei ist es möglich, dass in einem Extremfall eine Aufteilung 51:49, im anderen Extremfall aber auch eine Aufteilung 99:1 erfolgt. Auch vollständige Aufteilung auf eine der beiden Steuerleitungen ist denkbar, jedoch nicht zwingend notwendig. Die minimale Aufteilung einer wechselseitig mehrheitlichen Aufteilung auf die Strömungsleitungen beziehungsweise die Steuerleitungen kann vorteilhafter Weise auch deutlicher ausgebildet sein. So ist es beispielsweise möglich, dass das mehrheitliche Aufteilen ein Aufteilungsverhältnis von zumindest 55:45, insbesondere von mindestens 60:40, oder von mindestens 65:45 voraussetzt. Auf diese Weise können die Steuerung der Pulse über die Aufteilung an den Steuerleitungen beziehungsweise die Pulse an den Auslassöffnungen selbst in ihrer Effizienz gesteigert werden.
Die Ablösung von Wirbeln an dem Pulsationskörper erzeugt also auf diese Weise ohne jegliche mechanisch bewegbare Komponente ein Aufteilen in wechselseitig mehrheitlicher Weise auf die jeweilige Steuerleitung. Dabei hängt dieses Aufteilen von der Strömungsgeschwindigkeit am Pulsationskörper ab. Insbesondere, wenn sich am Pulsationskörper eine sogenannte Karmansche Wirbelstraße ausbildet, erfolgt das Ablösen der Wirbel oszillierend, beziehungsweise wechselseitig periodisch. Mit anderen Worten wird mit einer definierten, durch die Umgebungsparameter vorbestimmten Frequenz abwechselnd an der einen und der anderen Seite des Pulsationskörpers die Strömung abreißen und einen jeweils entgegengesetzt gerichteten Wirbel erzeugen. Die Periodizität, also die Frequenz der Wirbelablösung, hängt neben der Geometrie des Pulsationskörpers auch von der Strömungsgeschwindigkeit der Umströmung des Pulsationskörpers sowie der Art des strömenden Fluids ab. Mit anderen Worten kann durch die Variation der Strömungsgeschwindigkeit in der Steuer-Zufuhrleitung die Geschwindigkeit der Umströmung am Pulsationskörper und auf diese Weise die Pulsationsfrequenz in der Steuer-Zufuhrleitung variiert werden. Damit kann durch einfache Volumenstromvariation eine Variation der Ablösefrequenz am Pulsationskörper und damit indirekt auch eine Variation der Pulsationsfrequenz an den Auslassöffnungen des Fluid-Aktuators erzielt werden. Die vorliegenden Erfindung stellt somit nicht nur grundsätzlich einen Fluid-Aktuator für das pulsierende Ausgeben von Fluid zur Verfügung, sondern sogar einen regelbaren Fluid-Aktuator ohne die Notwendigkeit bewegbarer Komponenten.
Die Steuer-Zufuhrleitung wird dabei ebenfalls mit einer definierten Druckluft versorgt, die beispielsweise von dem gleichen Drucklufterzeuger wie die Zufuhrleitung in die Interaktionskammer versorgt werden kann. Dies kann auch in diesem Fall beispielsweise Zapfluft eines Triebwerks eines Luftfahrzeuges sein. Jedoch ist es für den Steuerdruck ausreichend, wenn mit deutlich geringeren Drücken, also deutlich geringeren Volumenströmen und damit auch deutlich kleineren Leitungsquerschnitten gearbeitet wird. Mit anderen Worten bildet sich auf diese Weise ein bistabiler Aktuator, beziehungsweise bei mehr als zwei Auslassöffnungen des Fluid-Aktuators ein multistabiler Fluid-Aktuator aus. Die bevorzugten Reynolds-Zahlen, also die bevorzugten Bereiche hinsichtlich Viskosität und Strömungsgeschwindigkeit am Pulsationskörper befinden sich für den laminaren Strömungsbereich zwischen 30 und 200 und im turbulenten Bereich auch über einer Reynolds-Zahl von größer als 200.
Die gesamte Vorrichtung, also der gesamte Fluid-Aktuator, ist dabei vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet. Diese Symmetrie ist, ungeachtet möglicher Fertigungstoleranzen, auf eine zentrale Achse bezogen, die eine Längsachse des Fluid-Aktuators definiert. Jedoch sind je nach Einsatzort, insbesondere den geometrischen Verhältnissen am Einsatzort, auch komplexere Ausgestaltungen des Fluid-Aktuators, insbesondere räumliche Trennungen der Auslassvorrichtung, der Interaktionskammer sowie der Steuerdruck-Variationsvorrichtung denkbar. Die Schnittstellen dieser einzelnen Vorrichtungen können unterschiedlich lang ausgeführt sein, da sie über fluidkommunizierende Verbindungen in Form von Schläuchen, die die Steuerleitung, die Steuer-Zufuhrleitung, die Zufuhrleitung und/oder die Strömungsleitung bilden, flexibel geführt sein können. Auch die Pulsationskörper können dabei vorteilhafterweise symmetrisch sein, beispielsweise einen runden Querschnitt, aber auch einen mehreckigen Querschnitt, beispielsweise einen dreieckigen oder einen trapezförmigen Querschnitt, aufweisen.
Ein erfindungsgemäßer Fluid-Aktuator kann dahingehend weitergebildet sein, dass zumindest ein Abschnitt der von der Fluidströmung aus der Steuer-Zufuhrleitung angeströmten Seite des Pulsationskörpers gekrümmt ist und sich dadurch eine Karmansche Wirbelstraße ausbildet. Die teilweise Krümmung kann beispielsweise einen Querschnitt in Form eines D aufweisen, wobei die Krümmung in Richtung der angeströmten Seite des Pulsationskörpers sowohl konstant, also auf einer Kreisbahn gekrümmt sein kann, wie auch unterschiedlich stark gekrümmt sein kann. Auch ein im Wesentlichen kreisförmiger Querschnitt ist denkbar, so dass sich ein Pulsationskörper beispielsweise in Form eines Zylinders ausbildet. Auch variable kreisförmige Querschnitte, die entlang der Längsachse eines solchen Zylinders variieren, sind möglich, so dass sich eine Tonnenform für den Pulsationskörper ergibt. Grundsätzlich ist jedoch unabhängig von der tatsächlichen Geometrie des Pulsationskörpers für die vorliegende Erfindung entscheidend, dass ein wechselseitiges Ablösen von Wirbeln an dem Pulsationskörper bei dessen Umströmung erfolgt.
Weiter kann es von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator die Interaktionskammer in Richtung der Auslassleitungen vom Inneren der Interaktionskammer ausgesehen konvex gekrümmte Wandungen aufweist. Durch Anlegen der Strömung an jeweils eine dieser Wandungen kann sich dann eine stabile Strömung entlang dieser Wandung in die jeweilige Auslassleitung ergeben, wenn in der Steuerleitung, die an der jeweiligen Wandung mündet, der geringste Steuerdruck aller Steuerleitungen anliegt. Solch konvex gekrümmte Wandungen sind insbesondere Coanda-Wandungen, die eine Coanda-Strömung entlang dieser Wandung ausbilden. Die Coanda-Strömung zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem einmaligem Anlegen an eine solche Wand, die Strömung stabil an dieser entlang strömt bis eine Auslenkung der Strömung, also ein Abreißen der angelegten Strömung von dieser Wand aktiv erzeugt wird. Damit reicht es aus, dass kleine und/oder zeitlich kurze Änderungen der Steuerdruckdifferenz, insbesondere in wechselnder Steuerdruckdifferenzrichtung, ein Umschlagen der Hauptströmung aus der Zufuhrleitung in die andere Auslassleitung, entlang der gegenüberliegenden Wandung erzwingen. Ein weiterer Vorteil auf diese Weise gekrümmter Wandungen ist es, dass der Anteil der in die anliegende Auslassleitung geführten Strömung ansteigt. Während es bei den Steuerleitungen ausreicht, dass grundsätzlich eine Mindestdruckdifferenz vorhanden ist, kann es vorteilhaft sein, um die Effizienz des Fluid-Aktuators zu erhöhen, dass ein möglichst großer Anteil der Fluidströmung aus der Zufuhrleitung in jeweils eine der Auslassleitungen geleitet wird, so dass aus einer der Auslassöffnungen der Hauptteil der Strömung während einer Pulsphase ausgegeben wird, während aus der oder den anderen Auslassöffnungen im Wesentlichen kaum oder kein Fluid ausströmt. Mit anderen Worten ist eine Aufteilung von mehr als 80, insbesondere mehr als 85, bevorzugt mehr als 90% auf eine einzige Auslassleitung und damit auf eine einzige Auslassöffnung vorteilhaft. Auf diese Weise entstehen stärkere Pulsunterschiede zwischen den Auslassöffnungen, so dass der Effekt der Pulsation und damit der Effekt des Beeinflussens der Strömung durch den Fluid-Aktuator der vorliegenden Erfindung optimiert wird.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator die Steuer-Zufuhrleitung der Steuerdruck-Variationsvorrichtung in Richtung der Steuerleitungen vom Inneren der Steuer-Zufuhrleitung aus gesehen konvex gekrümmte Wandungen aufweist. Auf diese Weise bildet sich durch Anlegen der Strömung an jeweils einer der Wandungen, in gleicher Weise wie voranstehend für die Interaktionskammer beschrieben, eine stabile Strömung entlang dieser Wandung in die jeweilige Steuerleitung aus, wenn durch die abwechselnd mehrheitlich aufgeteilte Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung mehrheitlich eine an dieser Wandung anschließend gelegene Steuerleitung mit Strömung versorgt wird. Diese gekrümmte Wandung ist insbesondere eine Coanda-Wandung, und damit die entstehende Strömung entlang dieser Wandung eine Coanda-Strömung in der Steuerdruck-Variationsvorrichtung. Auf diese Weise können auch mit geringer Pulsationsaufteilung am Pulsationskörper relativ große Anteile der ankommenden Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung mehrheitlich auf eine der Steuerleitungen verteilt werden, so dass auch bei geringem Gesamtvolumenstrom aus der Steuer-Zufuhrleitung ein relativ großer Steuerdruck an einer Steuerleitung und ein entsprechend geringerer Steuerdruck an der anderen Steuerleitung erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann auch mit relativ geringem Volumenstrom aus der Steuer-Zufuhrleitung ein ausreichender Relativdruck zwischen den einzelnen Steuerdrücken an den Steueröffnungen erzeugt werden.
Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator in der Steuer-Zufuhrleitung zumindest zwei Pulsationshilfskörper in Strömungsrichtung hinter dem Pulsationskörper angeordnet sind. Weiter sind in der Längsrichtung der Steuer-Zufuhrleitung gesehen nebeneinander wenigstens drei Steuerleitungen vorgesehen, auf die mittels den Pulsationskörpern und den Pulsationshilfskörpern wechselweise mehrheitlich Fluid aus der Steuer-Zufuhrleitung in eine der drei Steuer-Zufuhrleitungen gelangt. Die Pulsationshilfskörper sind dabei ähnlich ausgestaltet, beziehungsweise identisch, wie der Pulsationskörper. Insbesondere wird auch bei den Pulsationshilfskörpern eine sich wechselseitig ablösende Wirbelablösung erfolgen, so dass eine sich periodisch abwechselnd ablösende Umströmung der Pulsationshilfskörper erfolgt. Damit wird eine Kaskade von Pulsationskörper und Pulsationshilfskörpern zur Verfügung gestellt, die ein Aufteilen in zwei oder bei einer Verlängerung der Kaskade um weitere Reihen von Pulsationshilfskörpern in mehreren Schritten ermöglicht.
Der Pulsationskörper teilt wechselweise, insbesondere periodisch auf die beiden Pulsationshilfskörper auf, während die jeweils wechselweise, insbesondere periodisch angeströmten Pulsationshilfskörper den Fluidstrom wiederum wechselseitig, insbesondere periodisch auf die ihnen nach geordneten Steuerleitungen aufteilen. Insbesondere ist dabei die Geometrie der Pulsationshilfskörper derart gewählt, dass die Pulsationsfrequenz der Pulsationshilfskörper höher ist als die Pulsationsfrequenz des Pulsationskörpers bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit der Umströmung um den jeweiligen Körper. Insbesondere ist die Pulsationsfrequenz an den Pulsationshilfskörpern bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit im Wesentlichen doppelt so groß wie die Pulsationsfrequenz am Pulsationskörper, so dass pro Verteilungsphase, also pro halber Periode am ersten Pulsationskörper auf einen der beiden Pulsationshilfskörper an diesem Pulsationshilfskörper zwei Verteilungsphasen, also eine ganze Periode, auf die eine beziehungsweise die zweite Steuerleitung erfolgen kann. Anschließend wechselt durch eine weitere Wirbelablösung am Pulsationskörper die Strömung auf den anderen Pulsationshilfskörper, welcher während der zweiten Hälfte der Periode des Pulsationskörpers sowohl einmal auf die eine Steuerleitung, wie einmal auf die zweite Steuerleitung verteilt. Auf diese Weise ist erfindungsgemäß eine Aufteilung auf mehr als zwei Steuerleitungen möglich, ohne mechanische, insbesondere mechanisch bewegbare Komponenten verwenden zu müssen.
Auch kann es von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator in der Zufuhrleitung zumindest ein Drosselventil zur Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit der Strömung in der Steuer-Zufuhrleitung und damit des den Pulsationskörper umströmenden Fluids angeordnet ist. Ein solches Drosselventil dient dazu die Geschwindigkeit der Strömung in der Steuer-Zufuhrleitung zu reduzieren. Insbesondere bei konstanten Volumenströmen, die beispielsweise von der Zapfluft eines Triebwerks herrühren, kann auf diese Weise von einer maximalen Eingangsgeschwindigkeit über das Drosselventil eine definierte Strömungsgeschwindigkeit in der Steuer-Zufuhrleitung eingestellt werden.
Wie bereits weiter oben ausführlich erläutert, hängt die Pulsationsfrequenz am Pulsationskörper und damit die Ausstoßfrequenz an den Auslassöffnungen des erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators von der Strömungsgeschwindigkeit in der Steuer-Zufuhrleitung und damit der Strömungsgeschwindigkeit des umströmenden Fluids an dem Pulsationskörper ab. Mit anderen Worten kann auf diese Weise also mit Hilfe des Drosselventils in besonders einfacher Weise die Pulsationsfrequenz variiert werden. Verringert man den Durchlass des Drosselventils, so verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit und die Pulsationsfrequenz am Pulsationskörper nimmt ab, wodurch die Pulsationsfrequenz an den Auslassöffnungen ebenfalls abnimmt. Vergrößert man den Durchlass Drosselventils, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in der Steuer-Zufuhrleitung zu und die Pulsationsfrequenz am Pulsationskörper steigt an. Damit steigt auch die Pulsationsfrequenz an den Auslassöffnungen des erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators. Beim Vorsehen einer Vielzahl von Fluid-Aktuatoren in einem Strömungskörper kann das Drosselventil auch für jeden Fluid-Aktuator fest eingestellt sein. Beispielsweise kann das Drosselventil durch eine Blende ausgebildet sein, die bei ankommendem Volumenstrom diesen auf einen gewissen Prozentsatz seiner ankommenden Strömungsgeschwindigkeit abbremst. Beim Vorsehen einer Vielzahl von Fluid-Aktuatoren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf diese Weise besonders einfach, insbesondere bei der Ausbildung des Drosselventils als Blende ohne jegliche mechanisch bewegbare Komponente, ein Pulsfrequenzverlauf über den Verlauf der erfindungsgemäßen Fluid-Aktuatoren eingestellt werden. Für jeden Fluid-Aktuator ist dabei über die Blendenöffnung, also über die Öffnungsweite des Drosselventils, eine separate Pulsationsfrequenz voreingestellt. Wird der Gesamtdruck der Versorgung erhöht, steigt zwar bei jedem einzelnen Fluid-Aktuator die Pulsationsfrequenz an, jedoch bleibt das relative Verhältnis zwischen den Pulsationsfrequenzen der einzelnen Fluid-Aktuatoren erhalten. Damit können Pulsationsfrequenzverläufe über eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Fluid-Aktuatoren in erfinderischer Weise besonders einfach voreingestellt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Ausblasvorrichtung, die wenigstens einen erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator aufweist. Weiter ist bei einer solchen Ausblasvorrichtung eine Druckluft-Versorgungsvorrichtung vorgesehen, die eine Steuer-Versorgungsleitung aufweist, die mit der Steuer-Zufuhrleitung in fluidkommunizierender Verbindung steht und/oder die eine Versorgungsleitung aufweist, die mit der Zufuhrleitung in fluidkommunizierender Verbindung steht. Die Druckluft-Versorgungsvorrichtung kann dabei beispielsweise ein Anschluss an das Triebwerk eines Luftfahrzeugs sein, von welchem über die Versorgungsleitung, beziehungsweise die Steuer-Versorgungsleitung Zapfluft zur Zufuhrleitung, beziehungsweise zur Steuer-Zufuhrleitung geführt wird. Jedoch ist es in einfacheren Ausgestaltungen auch möglich, dass die Druckluft-Versorgungsvorrichtung eine einfache Öffnung an einem Strömungskörper ist, die als Lufteinlass dient und damit Umströmung des Strömungskörpers aufnimmt und auf diese Weise als Druckluft-Versorgungsvorrichtung dient. Bei der Verwendung für Strömungskörper und der Beeinflussung der Strömung an der Oberseite solcher Strömungskörper kann eine solche Öffnung beispielsweise an der Unterseite eines Strömungskörpers angeordnet sein. Bei einer solchen Variante ist das Vorsehen eines Drosselventils, insbesondere eines variablen Drosselventils von Vorteil, da aufgrund von Luftdruckveränderungen, beziehungsweise von Geschwindigkeitsveränderungen des Luftfahrzeugs unterschiedliche Vordrücke in der jeweiligen Versorgungsleitung zu erwarten sind.
Es kann vorteilhaft sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung in der Steuer-Versorgungsleitung und/oder der Versorgungsleitung ein Drosselventil zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit in der Steuer-Versorgungsleitung und/oder der Versorgungsleitung angeordnet ist. Insbesondere bei zu erwartenden Schwankungen der Druckluftversorgung aus der Druckluft-Versorgungsvorrichtung ist ein solches Drosselventil sinnvoll. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Pulsation an den Auslassöffnungen, beziehungsweise die durch die Steuer-Zufuhrleitung und die darin anliegende Strömungsgeschwindigkeit gesteuerte Pulsationsfrequenz unkontrolliert variiert. Mit anderen Worten dienen die Drosselventile dazu bei einem Überangebot an Druckluft aus der Druckluft-Versorgungsvorrichtung die entsprechende Strömungsgeschwindigkeit, die für den gewünschten, insbesondere den optimalen Betrieb des erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators notwendig ist, einzustellen. Bei einem sehr großen Überangebot an Druckluft aus der Druckluft-Versorgungsvorrichtung wird auf diese Weise auch eine mechanische Beschädigung oder sogar eine mechanische Zerstörung des Fluid-Aktuators verhindert.
Auch kann es von Vorteil sein, wenn einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung in der Steuer-Versorgungsleitung und/oder der Versorgungsleitung ein Verdichter zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit in der Steuer-Versorgungsleitung und/oder der Versorgungsleitung angeordnet ist. Der Verdichter hat die gegenteilige Wirkung wie das Drosselventil. Er dient dazu die Strömungsgeschwindigkeit nicht zu drosseln, also zu verringern, sondern die Strömungsgeschwindigkeit in der jeweiligen Versorgungsleitung zu erhöhen. Insbesondere in langsamen Flugsituationen eines Luftfahrzeugs, oder beispielsweise im Reiseflug eines Luftfahrzeugs mit geringem Aussendruck aufgrund hoher Flughöhen, kann es vorteilhaft sein, wenn durch die Drucklufterzeugung in Form einer Öffnung an der Unterseite eines Strömungskörpers zu wenig Druckluft zur Verfügung gestellt wird, diese zu unterstützen. Ein Zusammenspiel von Drosselventil und Verdichter ermöglicht dabei die höchste Variabilität bei einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung, da sowohl ein Abbremsen der Strömung, wie auch ein Beschleunigen der Strömung möglich werden. Auf diese Weise kann ein im Wesentlichen kontinuierliches Strömungsprofil sowohl in der Steuer-Versorgungsleitung, als auch in der Versorgungsleitung, und damit in der Steuer-Zufuhrleitung, wie auch in der Zufuhrleitung erzielt werden. Somit ist auch ein kontinuierlicher Betrieb der Pulsation und damit eine im Wesentlichen eindeutig definierte Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators erzielbar.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass mehr als ein Fluid-Aktuator in der erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere sind zumindest zwei Fluid-Aktuatoren gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, und die Steuer-Versorgungsleitung mit den Steuer-Zufuhrleitungen der Fluid-Aktuatoren und/oder die Versorgungsleitung mit den Zufuhrleitungen der Fluid-Aktuatoren in fluidkommunizierender Verbindung. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Versorgungsleitung und/oder der Steuer-Versorgungsleitung um Zentralversorgungsleitungen für alle Fluid-Aktuatoren. Dies reduziert die Komplexität und den Installationsaufwand für eine erfindungsgemäße Ausblasvorrichtung beträchtlich. Es müssen für jeden Fluid-Aktuator nur noch die Anschlüsse an die jeweilige Versorgungsvorrichtung vorgesehen werden. Sollen beispielsweise eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Fluid-Aktuatoren über die Spannweitenrichtung eines Tragflügels eines Luftfahrzeuges verteilt sein, so muss nicht jeder Fluid-Aktuator einzeln angeschlossen werden. Vielmehr genügt es, dass jeweils eine Versorgungsleitung für die Steuerdruck-Variationsvorrichtung und die Integrationskammer entlang der Spannweitenrichtung des Tragflügels verläuft. An jedem gewünschten Ort eines erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators sind an der Versorgungsleitung, beziehungsweise der Steuer-Versorgungsleitung Anschlüsse vorgesehen, mit welchen der jeweilige Fluid-Aktuator in fluidkommunizierende Verbindung gebracht werden kann.
Eine derartige Ausführungsform kann noch weiter vereinfacht werden, wenn bei einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung die Steuer-Versorgungsleitung und die Versorgungsleitung durch eine gemeinsame Versorgungsleitung gebildet sind. Mit anderen Worten reduziert sich die gesamte Versorgungsleitung in Spannweitenrichtung auf eine einzige Leitung, die Druckluft für sämtliche Komponenten aller Fluid-Aktuatoren zur Verfügung stellt. Von dieser einzigen Leitung gehen damit für jeden Fluid-Aktuator zumindest zwei Leitungen ab, welche zum einen über die Zufuhrleitung in die Interaktionskammer und zum anderen über die Steuer-Zufuhrleitung in die Steuerdruck-Variationsvorrichtung führen. Auf diese Weise ist besonders einfach sicher gestellt, dass eine kostengünstige und einfach zu installierende Verteilung über die Spannweitenrichtung eines Flügels eines Luftfahrzeugs erfolgt, und trotzdem die erfinderische Funktionalität eines erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators an jeder Position für jeden erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator gewährleistet ist.
Bei einer solchen Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest in der Steuer-Zufuhrleitung noch ein Drosselventil und/oder in der Zufuhrleitung für die Interaktionskammer ein Verdichter vorgesehen ist. Üblicherweise wird in der Zufuhrleitung ein deutlich größerer Druck beziehungsweise eine größerer Volumenstrom benötigt, um die notwendigen Volumenströme der Volumenpulse an den Auslassöffnungen erzeugen, als dies in der Steuer-Zufuhrleitung für die Steuerung der Interaktionskammer der Fall ist. Wenn nun eine gemeinsame Leitung verwendet wird, kann eine Variation der notwendigen Volumenströme dadurch erfolgen, dass jeder erfindungsgemäße Fluid-Aktuator in seiner Steuer-Zufuhrleitung den ankommenden hohen Vordruck, beziehungsweise hohen Volumenstrom, drosselt um auf ein notwendiges Maximalmaß für die Geschwindigkeit in der Steuerdruck-Variationsvorrichtung zu kommen. Alternativ ist es auch möglich über den Verdichter in der Zufuhrleitung in die Interaktionskammer die Geschwindigkeit in der Zufuhrleitung beziehungsweise den Druck zu erhöhen. Auch eine Kombination eines Drosselventils in der Steuer-Zufuhrleitung und eines Verdichters in der Zufuhrleitung in die Interaktionskammer sind in der vorliegenden Erfindung selbstverständlich denkbar.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Strömungskörper, der eine Mehrzahl von Auslassöffnungen und zumindest einen erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator oder zumindest eine erfindungsgemäße Ausblasvorrichtung aufweist. So kann der Strömungskörper beispielsweise der Hauptflügel eines Luftfahrzeuges sein und die Auslassöffnungen an der auf die Strömungsrichtung bezogenen Hinterkante vor anschließenden Steuerklappen am Hauptflügel vorgesehen sein. Auch Auslassöffnungen eines erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators an den Steuerklappen selbst sind denkbar, um dort vorhandene Strömung zu stabilisieren, beziehungsweise in diesem Bereich bereits abgerissene Strömung wieder an die Steuerklappen anzulegen.
Mit einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung, beziehungsweise mit einem erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator kann also ein erfindungsgemäßer Strömungskörper gebildet werden, der hinsichtlich seiner aerodynamischen Eigenschaften optimiert ist. Diese Optimierung bezieht sich auf Wölbungen des Tragflügels auch, bei denen sonst Strömungen abreißen würden, beziehungsweise auf weite Ausfahrwege von Steuerklappen. Da die entsprechende Strömung durch einen erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator unterstützt wird, kann die aerodynamische Effizienz gesteigert werden und damit beispielsweise das Gewicht und die Größe und damit auch der Luftwiderstand der Steuerklappen, beziehungsweise eines Flügels reduziert werden. Damit tragen erfindungsgemäße Fluid-Aktuatoren, beziehungsweise erfindungsgemäße Ausblasvorrichtungen zu einem optimierten Strömungskörper bei, der ein Luftfahrzeug hinsichtlich seiner Effizienz optimiert.
Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Dabei beziehen sich die Begriffe „links”, „rechts”, „oben” und „unten” auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen
1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators
2a einen Ausschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerdruck-Variationsvorrichtung in einem ersten Zustand
2b die Steuerdruck-Variationsvorrichtung der 2a in einem weiteren Strömungszustand
3 eine weitere Ausführungsform einer Steuerdruck-Variationsvorrichtung
4 eine weitere Ausführungsform einer Steuerdruck-Variationsvorrichtung
5 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung
6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung
7 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung
8 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung
9 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung
10a–10f verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Pulsationskörper
1 zeigt im Querschnitt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators 10. Dieser Fluid-Aktuator 10 ist im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut, wobei eine Symmetrie zur Achse A besteht. Der Fluid-Aktuator 10 der Ausführungsform der 1 weist eine Ausbasvorrichtung 20 mit zwei Auslassöffnungen 24a und 24b auf. Mit dem Fluid-Aktuator 10 dieser Ausführungsform wird demnach eine Pulsation durch die Aufteilung eines Fluidstroms zwischen den beiden Auslassöffnungen 24a und 24b erzielt.
Um Luft auf die beiden Auslassöffnungen 24a und 24b zu verteilen, ist in dem Fluid-Aktuator 10 der 1 eine Zufuhrleitung 40 angeordnet, die Luft, also strömendes Fluid in die Interaktionskammer 30 einführt. In der Interaktionskammer wird, wie später noch beschrieben, eine Strömungsteilung durchführt, also die zugeführte Fluidströmung aus der Zufuhrleitung 40 wechselseitig mehrheitlich auf eine der beiden Auslassleitungen 22a und 22b aufgeteilt. Dafür weist die Interaktionskammer 30 zwei Strömungsleitungen 32a und 32b auf, die mit den Auslassleitungen 22a und 22b und über diese mit den Auslassöffnungen 24a und 24b in fluidkommunizierender Verbindung stehen. Mit anderen Worten wird also die Fluidströmung aus der Zufuhrleitung 40 wechselseitig mehrheitlich einmal über die obere Steuerleitung 30a in die obere Auslassleitung 22a und damit in obere Auslassleitung 24a geleitet. Nach dem Beenden des ersten Pulses durch diese Auslassöffnung 24a wechselt die Strömungsteilungsvorrichtung 36 die Verteilung der Fluidströmung, so dass der Fluidstrom aus der Zufuhrleitung 40 umgeleitet wird und über die untere Strömungsleitung 32b in die untere Auslassleitung 22b strömt, und aus der unteren Auslassöffnung 24b austritt. Wird dieser zweite Puls beendet, beginnt dieses Verfahren von vorne.
Das Umlenken beziehungsweise das Umschalten zwischen den beiden Strömungsleitungen 32a und 32b und damit das Umschalten zwischen den beiden Auslassleitungen 22a und 22b beziehungsweise den Auslassöffnungen 24a und 24b erfolgt dabei wie nachfolgend beschrieben.
In der Interaktionskammer 30 münden zwei Steuerleitungen 62a und 62b über Steueröffnungen 64a und 64b. Wird an diesen Steueröffnungen 64a und 64b jeweils ein unterschiedlicher Steuerdruck angelegt, so folgt die Strömung in der Interaktionskammer 30 die von der Zufuhrleitung 40 zur Verfügung gestellt wird, der Seite der Interaktionskammer 30, die die Steueröffnung 64a oder 64b mit dem relativ geringeren Steuerdruck aufweist. Mit anderen Worten besteht eine Steuerdruckdifferenz, beziehungsweise ein Druckgefälle zwischen den beiden Steueröffnungen 64a und 64b, welche in einer Richtungsgebung der Fluidströmung aus der Zufuhrleitung 40 resultiert. Befindet sich also der geringere Steuerdruck an der unteren Steueröffnung 64b so wird die Fluidströmung aus der Zufuhrleitung 40 mehrheitlich in die untere Strömungsleitung 32b und damit in die untere Auslassleitung 22b geführt, wodurch sie aus der unteren Auslassöffnung 24b austritt. Wird dem gegenüber der geringere Steuerdruck an der Steueröffnung 64a oberhalb in der Interaktionskammer 30 angelegt, so folgt die Strömung aus der Zufuhrleitung 40 der oberen Strömungsleitung 32a in die obere Auslassleitung 22a und tritt aus der oberen Auslassöffnung 24a aus. Diese Funktionalität ergibt sich aus der Vektoraddition zwischen dem Strömungsvektor der Strömung aus der Zufuhrleitung 40 und dem Strömungsvektor der Strömung aus der Steueröffnung 64a bzw. 64b mit dem höheren Steuerdruck. Der sich ergebende Summenvektor drückt sozusagen die Strömung aus der Zufuhrleitung 40 auf die gegenüberliegende Seite der Interaktionskammer 40.
Um die Steuerdruckdifferenz zwischen den beiden Steueröffnungen 64a und 64b herzustellen, insbesondere das Wechseln dieser Steuerdruckdifferenz, ist links von der Interaktionskammer 30 in 1 eine Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60 angeordnet. Diese Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60 weist eine Steuer-Zufuhrleitung 68 auf, mit welcher die Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60 mit strömendem Fluid versorgt wird. Weiter ist eine Steuer-Strömungsteilungsvorrichtung 66 in der Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60 vorgesehen, welche den ankommenden Fluidstrom aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 wechselseitig mehrheitlich auf eine der beiden Steuerleitungen 62a und 62b verteilt. Durch dieses Verteilen wird somit einmal die obere Steuerleitung 62a und damit die obere Steueröffnung 64a und anschließend die untere Steuerleitung 62b und damit die untere Steueröffnung 64b mit dem größeren Anteil aus dem ankommenden Fluidstrom der Steuer-Zufuhrleitung 68 beaufschlagt, so dass sich mal in der Steuerleitung 62a und mal in der 62b, je nachdem welche von beiden mit dem größeren Anteil des Fluidstroms aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 beaufschlagt wird, der höhere Druck, insbesondere der höhere statische Druck ausbildet. In der Mündung der entsprechenden Steuerleitung 62a oder 62b, also der entsprechenden Steueröffnung 64a und 64b liegt dann ein dementsprechend höherer Druck an, der die Hauptströmung aus der Zufuhrleitung 40, wie weiter oben beschrieben, beeinflusst in die eine oder die andere Strömungsleitung 32a oder 32b zu strömen.
Um die Aufteilung des ankommenden Fluidstroms aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 durchführen zu können ist in der Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60 ein Pulsationskörper 70 angeordnet. Dieser Pulsationskörper ist dabei derart ausgestaltet, dass sich bei Anliegen einer Strömung durch die Steuer-Zufuhrleitung 68 durch Umströmen des Pulsationskörpers 70 von diesem quer zur Strömungsrichtung gesehen, also in 1 oberhalb und unterhalb des Pulsationskörpers 70, von diesem wechselseitig Wirbel ablösen. Diese Wirbelablösung drängt die Umströmung des Pulsationskörpers 70 je nach Seite der Wirbelablösung wechselseitig einmal in die obere Steuerleitung 62a und bei Wirbelablösung auf der gegenüberliegenden Seite in die andere Steuerleitung 62b. in den meisten Fällen wird es sich bei dem Pulsationskörper um einen Körper handeln, der in weiten Bereichen der Reynolds-Zahlen sowohl im laminaren, als auch im turbulenten Bereich, eine sogenannte Karmansche Wirbelstraße ausbildet. Was bedeutet, dass sich auf beiden Seiten, also in 1 oben und unten, am Pulsationskörper periodisch abwechselnd Wirbel ablösen und damit periodisch mal die obere Steuerleitung 62a und anschließend die untere Steuerleitung 62b mit dem größeren Anteil des ankommenden Fluidstroms aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 beaufschlagt wird. Durch das wechselseitige, insbesondere das periodisch wechselseitige Wirbelablösen am Pulsationskörper 70 wird auf diese Weise mit gleicher Periodizität, also mit gleicher Frequenz, an den Steueröffnungen 64a und 64b abwechselnd der höhere Druck anliegen. Aufgrund des abwechselnd jeweils höheren anliegenden Drucks wird auch die Hauptströmung aus der Zufuhrleitung 40 mit der gleichen Frequenz, also der gleichen Periodizität, über die wechselnde Druckdifferenz an den Steueröffnungen 64a und 64b mehrheitlich mal auf die untere Strömungsleitung 32b und anschließend auf die obere Strömungsleitung 32a verteilt. Die Pulsationsfrequenz am Pulsationskörper 70 definiert somit im Wesentlichen die Pulsationsfrequenz, mit welchem sich abwechselnd der Fluidstrom aus der Zufuhrleitung 40 über die beiden Auslassöffnungen 24a und 24b verteilt und damit deren Pulsfrequenz.
Der Pulsationskörper 70 ist in 1 im Querschnitt rund dargestellt. Die Ausbildung des Pulsationskörpers 70 ist jedoch nicht auf einen im Wesentlichen runden Querschnitt beschränkt. Darüber hinaus kann ein runder Querschnitt im Dreidimensionalen unterschiedliche Formen bedeuten. Auf mögliche Formen für den Pulsationskörper 70 wird an dieser Stelle auf die 10a bis 10f un die folgende entsprechende Beschreibung verwiesen.
Die 10a bis 10c zeigen mögliche Pulsationskörper 70 mit rundem Querschnitt. 10a zeigt eine Kugel, die in der Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60 zum Einsatz kommen kann. Mit SR ist in allen 10a bis 10f dabei die Anströmrichtungen und damit die Definition der Anströmseite des Pulsationskörpers 70 angegeben.
10b zeigt eine zylindrische Ausbildung eines Pulsationskörpers 70, wobei die Zylindermantelfläche mit der Fluidströmung in Strömungsrichtung SR angeströmt wird. Entlang der Mantelfläche, je nach Umströmgeschwindigkeit des Pulsationskörpers 70, wird sich auf der der Strömung abgewandten Seite früher oder später ein Wirbel, wechselseitig oben oder unten in 1 beziehungsweise vorne und hinten in 10b, vom Pulsationskörper 70 ablösen.
10c zeigte eine im Wesentlichen tonnenförmige dreidimensionale Ausgestaltung, wobei auch dieser Pulsationskörper 70 einen runden Querschnitt aufweist.
10d zeigt eine Variation des Pulsationskörpers 70, der einen nicht runden Querschnitt aufweist. Hier ist der Querschnitt im Wesentlichen dreieckig, wobei die kürzeste Fläche des Dreiecks, in diesem Fall ein gleichschenkeliges Dreieck, der Strömungsrichtung SR zugewandt wird. Die Ausführungsform der 10d kann dahingehend abgewandelt werden, dass, wie in 10e dargestellt, die Spitze des Dreiecks gekappt wird. Damit entsteht ein Pulsationskörper 70, der in seinem Querschnitt ein, insbesondere im Wesentlichen gleichschenkeliges, Trapez aufweist. Auch hier ist eine der Seitenflächen als Anströmfläche entgegen der Strömungsrichtung SR gerichtet. In 10f ist die Form der 10d weiter verändert, so dass die beiden Seitenflächen gekrümmt ausgebildet sind. Der Pulsationskörper 70 einer solchen Ausführungsform ist besonders einfach zu gestalten und reduziert den Strömungswiderstand im Vergleich zu den Ausführungsformen in den 10d und 10e. Ein Ablösen der Wirbel wird bei den Formen der 10e und 10f in den häufigsten Fällen an den Enden der beiden Seitenfläche erfolgen, die auf diese Weise sozusagen Abrisskanten ausbilden.
Weiter sind in 1 besondere Ausgestaltungen der Wandungen in den Steuerleitungen 62a und 62b sowie in den Strömungsleitungen 32a und 32b zu erkennen. Die Wandungen der Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60 sind als konvex gekrümmte Wandungen 60a und 60b ausgebildet. Durch diese konvexe Krümmung legt sich eine Strömung, die durch periodisches Wirbelablösen am Pulsationskörper 70 an die eine Wandung 60a oder die andere Wandung 60b angelegt wird, stabil an die entsprechende Wandung 60a oder 60b an. Damit stabilisiert diese Ausbildung der jeweiligen Wandung 60a und 60b die auf diese Weise angelegte Strömung.
In gleicher Weise funktioniert die konvex gekrümmte Ausbildung der Wandungen 30a und 30b der Interaktionskammer 30. Hier erfolgt das Anlegen jedoch nicht durch einen Pulsationskörper 70, sondern durch die Druckdifferenz an den Steueröffnungen 64a und 64b. Die kleine Druckdifferenz zwischen den Steueröffnungen 64a und 64b drückt sozusagen die ankommende Fluidströmung aus der Zufuhrleitung 40, mal an die eine Wandung 30a, mal an die andere Wandung 30b. An der jeweiligen Wandung 30a oder 30b angelegt stabilisiert sich die Strömung entlang der konvexen Krümmung der Wandung 30a oder 30b und wird damit mehrheitlich in die entsprechende Strömungsleitung 32a und 32b geführt. Mit anderen Worten kann sowohl in der Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60, wie auch in der Interaktionskammer 30 durch entsprechend ausgebildete Wandungen 60a, 60b, 30a und 30b die Stabilisierung der jeweils angelegten und abgelenkten Strömung erfolgen, wodurch der Anteil der Aufteilung auf die jeweils bevorzugte Steuerleitung 62a oder 62b beziehungsweise die jeweils bevorzugte Strömungsleitung 32a oder 32b, vergrößert werden kann.
Die 2a und 2b zeigen beispielhaft, dass es ausreicht, wenn nur eine mehrheitliche ungleichmäßige und keine vollständige Verteilung der ankommenden Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 von dem Pulsationskörper 70 auf die beiden Steuerleitungen 62a und 62b erfolgt. Die beiden 2a und 2b zeigen die beiden unterschiedlichen Hälften einer Periodizitätsphase um den Strömungskörper 70. In 2a ist die Situation dargestellt, in der die Wirbelablösung auf einer der beiden Seiten des Pulsationskörpers 70 in dem Beispiel der 2a drei von vier Strömungslinien in die obere Steuerleitung 62a entlang der gekrümmten Wandung 60a führt. Löst sich anschließend ein weiterer Wirbel auf der gegenüberliegenden Seite des Pulsationskörpers 70 ab, so ändern sich die Strömungslinien und drei von vier Strömungslinien werden, wie in 2b dargestellt, in die untere Steuerleitung 62b über die untere Wandung 60b abgeführt. Je nach Ausbildung der Wandungen 60a und 60b, je nach Geschwindigkeit um den Pulsationskörper 70 und dessen geometrischer Ausbildung erfolgt damit eine unterschiedlich starke Aufteilung auf die beiden Steuerleitungen 62a und 62b. Für die erfindungsgemäße Funktionsweise ist es jedoch ausreichend, wenn grundsätzlich eine ungleichgemäße Aufteilung erfolgt, also in einer der beiden Steuerleitungen 62a oder 62b für jede Periodizitätsphase mehr als 50%, insbesondere mehr als 55% oder mehr als 60% der Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 eingebracht werden. Auf diese Weise ergibt sich die notwendige Druckdifferenz für die Erzeugung der Pulsation in der Interaktionskammer 30.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60. Hier wird mit deutlich geringeren Volumendurchsätzen gearbeitet, so dass die Steuer-Zufuhrleitung 68 einen deutlich kleineren Strömungsquerschnitt aufweisen kann. Hier sind keine gekrümmten Wandungen 60a und 60b vorgesehen, so dass die beiden Steuerleitungen 62a und 62b im Wesentlichen parallel zu einander laufen. Der Pulsationskörper 70 hat auch hier einen runden Querschnitt und kann damit im Dreidimensionalen eine Form aufweisen wie sie beispielsweise aus den 10a bis 10c hervorgeht. Die Funktionsweise der insbesondere periodischen, wechselseitigen Wirbelablösung am Pulsationskörper 70 zur wechselseitig mehrheitlichen Aufteilung auf eine der beiden Steuerleitungen 62a und 62b erfolgt dabei in der bereits voranstehend ausführlich erläuterten Weise.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60. Diese ist dahingehend weitergebildet, dass in Strömungsrichtung des Fluids aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 gesehen, hinter dem Pulsationskörper 70 zwei Pulsationshilfskörper 72a und 72b vorgesehen sind. Diese beiden Pulsationshilfskörper 72a und 72b sind in Ihrem Querschnitt kleiner als der Pulsationskörper 70 und befinden sich geometrisch in einer Position, in dem je nach Seite der Wirbelablösung und damit präferierter Seite für die Umströmung des Pulsationskörpers 70 mal der eine Pulsationshilfskörper 72a und mal der andere Pulsationshilfskörper 72b den größeren Anteil der Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 erhält. Damit ergibt sich, insbesondere für den Fall, dass die beiden Pulsationshilfskörper 72a und 72b bei gleicher Umströmungsgeschwindigkeit die doppelte Pulsationsfrequenz aufweisen, wie dies bei dem Pulsationskörper 70 der Fall ist, die folgende Funktionsweise.
Ein kontinuierlich ankommender Fluidstrom aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 umströmt den Pulsationskörper 70. Aufgrund dieser Umströmung und der Ausbildung des Pulsationskörpers 70, insbesondere als Zylinder, lösen sich periodisch wechselseitig mal auf der oberen, mal auf der unteren Seite Wirbel von dem Pulsationskörper ab. Durch diese Wirbelablösung wird die ankommende Strömung des Fluids aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 den Wirbeln folgend pro Periodizitätsphase einmal auf den oberen Pulsationshilfskörper 72a und einmal auf den unteren Pulsationshilfskörper 72b verteilt. Pro halber Pulsationsperiodizitätsphase des Pulsationskörpers 70 gelangt somit der Hauptteil der Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 beispielsweise auf den oberen Pulsationshilfskörper 72a. Dieser weist insbesondere eine doppelt so große Pulsationsfrequenz auf wie der Pulsationskörper 70. Während der halben Pulsationsperiodizitätsphase in der der obere Pulsationshilfskörper 72a also mit dem Hauptteil der Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 beaufschlagt ist, wird dieser eine volle Periode, also zwei Wirbelablösungen durchführen. Für jede Wirbelablösung verteilt der obere Pulsationshilfskörper 72a den größeren Anteil der ihm zugeführten Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung 68, mal auf die erste Steuerleitung 62a und mal auf die dritte Steuerleitung 62c. In gleicher Weise wird während der zweiten Hälfte der Periodizitätsphase des Pulsationskörpers 70 der untere Pulsationshilfskörper 72b mit dem größeren Anteil der Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 beaufschlagt. Auch dieser führt während der halben Periodizitätsphase des Pulsationskörpers 70 zwei Wirbelablösungen durch, so dass mal die zweite Steuerleitung 62b und mal die dritte Steuerleitung 62c mit dem größeren Anteil aus der Fluidströmung aus der Steuer-Zufuhrleitung 68 beaufschlagt werden. Auf diese Weise entsteht in jeder Situation abhängig von der aktuellen Wirbelablösungsfrequenzsituation an dem Pulsationskörper 70 und den Pulsationshilfskörpern 72a und 72b ein maximaler Steuerdruck in einer der Steuerleitungen 62a, 62b und 62c. Die nachfolgende Steuerkammer 30 kann dabei so ausgestaltet sein, dass hier drei Strömungsleitungen vorgesehen sind, die über drei Auslassleitungen in drei Auslassöffnungen münden, womit eine Steuerung eines Fluid-Aktuators 10 für drei Auslassöffnungen erfolgen kann. Diese Kaskade ist beliebig erweiterbar, so dass auch eine Vielzahl von Auslassöffnungen durch ein erfindungsgemäßes System ohne mechanisch bewegbare Komponenten Einsatz finden kann.
5 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausblasvorrichtung 200. Hier ist schematisch ein Fluid-Aktuator 10 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieser Fluid-Aktuator 10 mit Interaktionskammer 30, Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60 und entsprechenden Steuerkanälen 62a, 62b und Auslassleitungen 22a und 22b sowie Steueröffnungen 64a und 64b und Auslassöffnungen 24a und 24b kann beispielsweise durch eine Ausführungsform der 1 ausgebildet sein. Die Zufuhrleitung 40 ist mit einer Versorgungsleitung 310 verbunden, die wiederum mit einer Druckluft-Versorgungseinrichtung 300 in fluidkommunizierender Verbindung steht. Gleiches gilt für die Steuer-Zufuhrleitung 68, die mit einer Steuer-Versorgungsleitung 320 in Verbindung steht, die wiederum ihre Druckluft ebenfalls von der Druckluft-Versorgungsvorrichtung 300 erhält. Die Druckluft-Versorgungsvorrichtung 300 kann dabei beispielsweise die Turbine eines Luftfahrzeugs sein, welche Zapfluft für die beiden Versorgungsleitungen 310 und 320 zur Verfügung stellt. Alternativ kann die Druckluft-Versorgungsvorrichtung 300 auch in anderer Weise ausgebildet sein, beispielsweise durch Öffnungen an der Unterseite eines Strömungskörpers, durch die Luft in die entsprechende Versorgungsleitung 310 und/oder 320 gelangen kann.
Bei der besonders einfachen und kostengünstigen sowie wartungsarmen Ausführungsform der 5 ist kein einziges bewegbares Teil notwendig um die Funktionalität des erfindungsgemäßen Fluid-Aktuators 10 zu gewährleisten. Weiter ist es ausreichend, wenn die Versorgungsleitung 310 einen ausreichend großen Querschnitt für das zur Verfügung Stellen eines Volumenstroms der Pulsation an den Auslassöffnungen 24a und 24b ermöglicht. Die Steuer-Versorgungsleitung 320 kann einen deutlich geringeren Querschnitt aufweisen, da für die Erzeugung unterschiedlicher Steuerdrücke an den Steueröffnungen 64a und 64b mit deutlich geringeren Volumenströmen gearbeitet werden kann.
Für Einsatzgebiete, bei denen die Druckluft-Versorgungseinrichtung 300 keine eigene Aktivität beziehungsweise keine regelbare Aktivität aufweist, ist eine Ausführungsform der 6 vorteilhaft. So ist es beispielsweise bei einer Druckluft-Versorgungsvorrichtung 300, die in Form einer Öffnung einer Umströmung eines Strömungskörpers Druckluft entnimmt, vorteilhaft, wenn die variable Strömung, die nicht aktiv beeinflussbar ist, innerhalb der Ausblasvorrichtung 200 aktiv regelbar ist.
Die aktive Regelung bei der Ausführungsform der 6 erfolgt auf zwei Arten beziehungsweise in zwei Richtungen.
Zum einen sind in beiden Versorgungsleitungen 310 und 320 Drosselventile 69a und 69b vorgesehen. Mit Hilfe dieser Drosselventile 69a und 69b ist es möglich die ankommende Fluidströmung zu drosseln, also deren Geschwindigkeit abzubremsen, beziehungsweise den Volumenstrom zu minimieren. Umgekehrt ist es über hinter, oder entgegen der Darstellung der 6 vor den Drosselventilen 69a und 69b angeordnete Verdichter 67a und 67b möglich auch möglich die Geschwindigkeit des Fluidstroms zu erhöhen beziehungsweise den Volumenstrom zu vergrößern. Über diese Verdichter 67a und 67b kann eine Druckerhöhung beziehungsweise eine Erhöhung des Volumenstroms durchgeführt werden. Mit entsprechenden Sensoren kann auf diese Weise ein im Wesentlichen konstanter Status sowohl in der Steuerdruck-Variationsvorrichtung 60, als auch in der Interaktionskammer 30 eingestellt sein und eingestellt bleiben, indem sozusagen die Variation der Druckluft-Versorgungsvorrichtung 300 über die Kombination von Verdichtern 67a und 67b mit den Drosselventilen 69a und 69b ausgeglichen werden kann.
7 zeigt eine alternative Ausführungsform zur 6. Hier befindet sich ein Drosselventil 69c in der Steuer-Zufuhrleitung 68 des Fluid-Aktuators 10. Damit ist die gesamte Komplexität, inklusive dem Drosselventil 69c, in dem Fluid-Aktuator 10 vorgesehen. Die Versorgungsleitungen 310 und 320 sind entsprechend einfach ausgestaltbar. Selbstverständlich können die beiden Ausführungsformen der 6 und 7 auch miteinander kombiniert werden, so dass Drosselventile sowohl in den Versorgungsleitungen 310 und 320, wie auch in der Steuer-Zufuhrleitung 68 und/oder der Zufuhrleitung 40 vorgesehen sein können.
Wird nun komplexeres System für eine erfindungsgemäße Ausblasvorrichtung 200 gewünscht, insbesondere ein System, welches eine Vielzahl von Fluid-Aktuatoren 10 der vorliegenden Erfindung aufweist, so kann durch das Vorsehen von zentralen Versorgungsleitungen 310 und 320 ein solches System beliebig erweitert werden.
Ein Beispiel für eine entsprechende Auslassvorrichtung 200 ist in der 8 dargestellt. Hier sind als Beispiel für eine Vielzahl von Fluid-Aktuatoren 10 zwei Fluid-Aktuatoren 10 angeordnet, wobei beide Fluid-Aktuatoren 10 durch gemeinsam genutzte Versorgungsleitungen 310 und 320 mit Druckluft versorgt werden. Die Versorgungsleitung 310 bietet dabei Abzweigungen in sämtliche Zufuhrleitungen 40, so dass alle Interaktionskammern 30 aller Fluid-Aktuatoren 10 mit Druckluft aus einer gemeinsamen Versorgungsleitung 310 versorgt werden. In gleicher Weise bietet die Steuer-Versorgungsleitung 320 Abzweigungen in alle Steuer-Zufuhrleitungen 68 aller Fluid-Aktuatoren 10, so dass auch alle Steuerdruck-Variationsvorrichtungen mit Druckluft aus einer gemeinsamen Steuer-Versorgungsleitung 320 versorgt werden.
Diese Ausführungsform der 8 kann noch weiter vereinfacht werden, wie es in 9 dargestellt ist. Hier wurden die beiden separaten Versorgungsleitungen 310 und 320 zu einer gemeinsamen Versorgungsleitung 315 kombiniert. Von dieser zweigen pro erfindungsgemäßen Fluid-Aktuator 10 zwei Abzweigungen ab, wobei eine die Zufuhrleitung 40 und die andere die Steuer-Zufuhrleitung 68 des jeweiligen Fluid-Aktuators 10 ist. Da in einem solchen Fall die Fluidströmung hinsichtlich Druck und Geschwindigkeit in der gemeinsamen Versorgungsleitung 315 auch nur gemeinsam über eine gemeinsame Drossel 69b und/oder einen gemeinsamen Verdichter 67b gesteuert, beziehungsweise geregelt werden kann, ist es vorteilhaft wenn in einem solchen Fall die einzelnen Zufuhrleitungen noch eigene Regelmöglichkeiten bieten.
In der 9 ist für diese Regelmöglichkeit in jeder Steuer-Zufuhrleitung 68 ein Drosselventil 69c vorgesehen. Damit kann trotz großem Volumendurchsatz und großem Druck in der gemeinsamen Versorgungsleitung 315, die ausreichen, um den notwendigen Durchsatz in der Zufuhrleitung 40 zu erzeugen, die Steuer-Zufuhrleitung 68 über das Drosselventil 69c mit einem deutlich geringerem Druck und einem deutlich geringerem Volumenstrom beaufschlagt werden. Damit ist der Verlust für die Zufuhrleitung 40 durch die gemeinsame Versorgung der gemeinsamen Versorgungsleitung 315 minimiert.
Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung anhand der Beschreibung der Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt ist. Die einzelnen Ausführungsformen, insbesondere einzelne Komponenten oder Bestandteile der Ausführungsformen sind selbstverständlich, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombinierbar ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Fluid-Aktuator
20: Auslassvorrichtung
22a: Auslassleitung
22b: Auslassleitung
24a: Auslassöffnung
24b: Auslassöffnung
30: Interaktionskammer
30a: konvex gekrümmte Wandung
30b: konvex gekrümmte Wandung
32: Strömungsleitung
36: Strömungsteilungsvorrichtung
40: Zufuhrleitung
60: Steuerdruck-Variationsvorrichtung
60a: konvex gekrümmte Wandung
60b: konvex gekrümmte Wandung
62a: Steuerleitung
62b: Steuerleitung
62c: Steuerleitung
64a: Steueröffnung
64b: Steueröffnung
66: Steuer-Strömungsteilungsvorrichtung
67a: Verdichter
67b: Verdichter
68: Steuer-Zufuhrleitung
69a: Drosselventil
69b: Drosselventil
69c: Drosselventil
70: Pulsationskörper
72a: Pulsationshilfskörper
72b: Pulsationshilfskörper
200: Ausblasvorrichtung
300: Druckluftversorgungs-Vorrichtung
310: Versorgungsleitung
315: gemeinsame Leitung
320: Steuer-Versorgungsleitung
A: Symmetrieachse
SR: Strömungsrichtung

Claims

Fluid-Aktuator (10) zur Beeinflussung einer Strömung entlang einer Strömungsoberfläche durch Ausstoßen eines durch den Fluid-Aktuator (10) strömenden Fluids, mit einer Auslassvorrichtung (20), die mit zumindest zwei Auslassöffnungen (24a, 24b) und zumindest zwei in den Auslassöffnungen (24a, 24b) mündenden Auslassleitungen (22a, 22b) ausgestattet ist, dem außerdem integriert ist: eine Interaktionskammer (30), die über jeweils eine Strömungsleitung (32a, 32b) über jeweils eine Auslassleitung (22a, 22b) mit jeweils einer Auslassöffnung (24a, 24b) in fluidkommunizierender Verbindung steht und die eine Strömungsteilungsvorrichtung (36) aufweist, die am Einlass der Auslassleitungen (22a, 22b) angeordnet ist; eine Zufuhrleitung (40), die an die Interaktionskammer (30) zur Zufuhr von Fluid mit einem Versorgungsdruck in die Interaktionskammer (30) geführt ist; zumindest zwei Steuerleitungen (62a, 62b) zur Zufuhr von Fluid mit jeweils unterschiedlichem Steuerdruck in die Interaktionskammer (30) über jeweils wenigstens eine Steueröffnung (64a, 64b); bei dem die Interaktionskammer (30) derart gestaltet ist, dass sich durch die Zufuhr von Fluid durch eine der Steuerleitungen (62a, 62b) in einem stärkeren Maße als durch die anderen Steuerleitungen (62a, 62b) das durch die Zufuhrleitung (40) strömende Fluid in der Interaktionskammer (30) entsprechend wechselweise mehrheitlich in jeweils eine, dieser Steuerleitung (62a, 62b) zugeordnete Auslassleitung (22a, 22b) ablenken lässt.
Fluid-Aktuator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Aktuator (10) mit einer Steuerdruck-Variationsvorrichtung (60) ausgestattet ist, aufweisend eine Steuer-Zufuhrleitung (68) und eine Steuer-Strömungsteilungsvorrichtung (66), die die Zufuhrleitung (68) mit den Steuerleitungen (62a, 62b) fluidkommunizierend verbindet, und einen in der Steuer-Zufuhrleitung (68) angeordneten Pulsationskörper (70), der derart ausgestaltet ist, dass sich bei Anliegen einer Strömung durch die Steuer-Zufuhrleitung (68) durch Umströmen des Pulsationskörpers (70) von diesem quer zur Strömungsrichtung gesehen wechselseitig Wirbel ablösen durch die die Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung (68) wechselweise mehrheitlich in jeweils eine der Steuerleitungen (62a, 62b) gelangt, um wechselseitig unterschiedliche Steuerdrücke an den Steueröffnungen (64a, 64b) zu erzeugen.
Fluid-Aktuator (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt der von der Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung (68) angeströmten und/oder umströmten Seite des Pulsationskörpers (70) gekrümmt ist und/oder sich mittels dem Pulsationskörper (70) eine Karmansche Wirbelstraße ausbildet.
Fluid-Aktuator (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Interaktionskammer (30) in Richtung der Auslassleitungen (22a, 22b) vom Inneren der Interaktionskammer (30) aus gesehen konvex gekrümmte Wandungen (30a, 30b) aufweist und sich durch Anlegen der Strömung an jeweils eine der Wandungen (30a, 30b) eine stabile Strömung entlang dieser Wandung (30a, 30b) in die jeweilige Auslassleitung (22a, 22b) ergibt, wenn in der Steuerleitung (62a, 62b), die an der jeweiligen Wandung (30a, 30b) mündet, der geringste Steuerdruck aller Steuerleitungen (62a, 62b) anliegt.
Fluid-Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-Zufuhrleitung (68) der Steuerdruck-Variationsvorrichtung (60) in Richtung der Steuerleitungen (62a, 62b) vom Inneren der Steuer-Zufuhrleitung (68) aus gesehen konvex gekrümmte Wandungen (60a, 60b) aufweist, so dass sich durch Anlegen der Strömung an jeweils eine der Wandungen (60a, 60b) eine stabile Strömung entlang dieser Wandung (60a, 60b) in die jeweilige Steuerleitung (62a, 62b) ergibt, wenn durch das wechselseitige Ablösen von Wirbeln am Pulsationskörper (70) die Strömung aus der Steuer-Zufuhrleitung (68) mehrheitlich in die anschließend an diese Wandung (60a, 60b) gelegene Steuerleitung (62a, 62b) gelangt.
Fluid-Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-Zufuhrleitung (68) zumindest zwei Pulsationshilfskörper (72a, 72b) in Strömungsrichtung hinter dem Pulsationskörper (70) angeordnet sind und dass in Bezug auf die Strömungsrichtung in der Steuer-Zufuhrleitung (68) gesehen nebeneinander wenigstens drei Steuerleitungen (62a, 62b, 62c) vorhanden sind, auf die mittels dem Pulsationskörper (70) und den Pulsationshilfskörpern (70a, 70b) wechselweise mehrheitlich Fluid aus der Steuer-Zufuhrleitung (68) in eine der Steuerleitungen (62a, 62b, 62c) gelangt.
Fluid-Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-Zufuhrleitung (68) zumindest ein Drosselventil (69c) zur Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit der Strömung in der Steuer-Zufuhrleitung (68) und damit des den Pulsationskörper (70) umströmenden Fluids angeordnet ist.
Ausblasvorrichtung (200) aufweisend wenigstens einen Fluid-Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und eine Druckluftversorgungs-Vorrichtung (300) mit einer Steuer-Versorgungsleitung (320), die mit der Steuer-Zufuhrleitung (68) in fluidkommunizierender Verbindung steht, und/oder mit einer Versorgungsleitung (310), die mit der Zufuhrleitung (40) in fluidkommunizierender Verbindung steht.
Ausblasvorrichtung (200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-Versorgungsleitung (320) und/oder der Versorgungsleitung (310) ein Drosselventil (69a, 69b) zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit in der Steuer-Versorgungsleitung (320) und/oder der Versorgungsleitung (310) angeordnet ist.
Ausblasvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-Versorgungsleitung (320) und/oder der Versorgungsleitung (310) ein Verdichter (67a, 67b) zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit in der Steuer-Versorgungsleitung (320) und/oder der Versorgungsleitung (310) angeordnet ist.
Ausblasvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Fluid-Aktuatoren (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 vorhanden ist, und die Steuer-Versorgungsleitung (320) mit den Steuer-Zufuhrleitungen (68) der Fluid-Aktuatoren (10) und/oder die Versorgungsleitung (310) mit den Zufuhrleitungen (40) der Fluid-Aktuatoren (10) in fluidkommunizierender Verbindung steht.
Ausblasvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-Versorgungsleitung (320) und die Versorgungsleitung (310) durch eine gemeinsame Leitung (315) gebildet sind.
Strömungskörper der eine Mehrzahl von Auslassöffnungen (24a, 24b) und zumindest einen Fluid-Aktuator (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 oder wenigstens eine Ausblasvorrichtung (200) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 8 bis 12 aufweist.