DE102015103601A1

DE102015103601A1 - Tragflügel mit einem Hauptflügel und einem Vorflügel

Info

Publication number: DE102015103601A1
Application number: DE102015103601.0A
Authority: DE
Inventors: Oliver Huxdorf; Martin Schulz; Anton Rudenko
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-15

Abstract

Ein Tragflügel (1) weist einen Hauptflügel (2) und einen Vorflügel (3) auf, wobei in einer Hochauftriebstellung des Vorflügels (3) ein Spalt (7) zwischen dem Vorflügel (3) und einer Vorderkante (4) des Hauptflügels (2) durchströmbar ist. Um die Größe des durchströmbaren Spalts (7) zu verringern, weist der Hauptflügel (2) im Bereich seiner Vorderkante (4) eine elastisch verformbare Außenhaut (8) und eine Betätigungseinrichtung (14) auf, mit der die elastisch verformbare Außenhaut (8) verformbar ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Tragflügel mit einem Hauptflügel und einem Vorflügel, wobei in einer Hochauftriebstellung des Vorflügels ein Spalt zwischen dem Vorflügel und einer Vorderkante des Hauptflügels durchströmbar ist.
Der Begriff Tragflügel schließt dabei jede Art von zur Erzeugung eines Auftriebs bestimmten Flügel ein unabhängig von der Art seiner Befestigung, von der Art seiner Anordnung an einem Objekt und von der Geometrie des Flügels. Insbesondere umfasst der Begriff Tragflügel neben fest montierten Tragflügeln auch beweglich gelagerte Tragflügel und Rotorblätter.
STAND DER TECHNIK
Bei einem Tragflügel mit einem Haupt- und einem Vorflügel wird der Vorflügel als Hochauftriebskomponente genutzt, die z. B. einen langsamen Flug eines Luftfahrzeugs beim Start und bei der Landung ermöglicht. Aus einem Ausfahren des Vorflügels vor den Tragflügel resultiert eine erhöhte Krümmung des durch den Vorflügel und den Hauptflügel vorgegebenen Gesamtprofils des Tragflügels und damit ein erhöhter Auftrieb. Eine weitere Erhöhung des Auftriebs resultiert aus einem Spalt zwischen dem ausgefahrenen Vorflügel und dem Hauptflügel, der zu einer Beschleunigung der Strömung an der Oberseite des Tragflügels führt und damit das Ablösen der Strömung erst bei größeren Anströmwinkeln auftritt. Allerdings erhöht der Spalt auch den Strömungswiderstand des Tragflügels und ist mit einer erheblichen Lärmemission und einem erhöhten Treibstoffbedarf verbunden. Es ist daher wünschenswert, den Spalt zwischen dem Vorflügel und dem Hauptflügel bedarfsweise schließen und öffnen zu können, um entweder den geringeren Strömungswiderstand mit einem entsprechend geringeren Treibstoffbedarf und geringerer Lärmemission oder den höheren Auftrieb zu nutzen.
Aus der WO 2008/058695 A1 ist ein Tragflügel mit einem Hauptflügel und einem Vorflügel bekannt, bei dem der vor den Hauptflügel ausgefahrene Vorflügel zum selektiven Öffnen und Schließen des Spalts so gegenüber dem Hauptflügel verschwenkbar ist, dass sich ein Abstand zwischen einer Hinterkante des Vorflügel und einer Vorderkante des Hauptflügels vergrößert bzw. verringert. Dieses Verschwenken des Vorflügels wirkt sich aber auch auf die Krümmung des Gesamtprofils des Tragflügels aus. Alternativ zum Verschwenken des gesamten Vorflügels kann auch nur eine die Hinterkante umfassende Klappe des Vorflügels an die Vorderkante des Hauptflügels herangeschwenkt werden.
Aus der WO 2010/040501 A2 ist ein Tragflügel mit einem Hauptflügel und einem Vorflügel bekannt, bei dem an einer Oberseite des Vorflügels ein biegeelastisches Element vorgesehen ist, um das eine Hinterkante des Vorflügels an eine Vorderkante des Hauptflügels heranschwenkbar ist, um einen Abstand zwischen dem Haupt- und dem Vorflügel zu verringern. An der dem biegeelastischen Element gegenüberliegenden Unterseite des Vorflügels ist ein translatorisch-elastisches Element vorgesehen, dessen Länge parallel zur Unterseite des Vorflügels veränderbar ist. Dabei ist dem translatorisch-elastischen Element ein Linearaktuator parallel geschaltet, um die zum Verschwenken der Hinterkante erforderliche Kraft und eine gewünschte Anlagekraft der Hinterkante des Vorflügels an die Vorderkante des Hauptflügels aufzubringen.
Die EP 2 505 493 A1 offenbart einen Tragflügel mit einem Hauptflügel und einem Vorflügel, wobei der Vorflügel ausfahrbar an dem Hauptflügel gelagert ist. Der Vorflügel weist einen formstabilen Vorderkörper und einen um eine Haupterstreckungsrichtung des Vorflügels verformbaren Hinterkörper mit einer biegsamen Außenhaut auf. Um einen zwischen dem Hauptflügel und dem Vorflügel vorhandenen Spalt selektiv schließen oder öffnen zu können, ist eine Betätigungseinrichtung vorgesehen, die an der biegsamen Außenhaut angreift und mit der der Hinterkörper des Vorflügels zum Verringern eines Abstands zwischen dem Hauptflügel und dem Vorflügel gezielt verformt werden kann.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tragflügel mit einem Hauptflügel und einem Vorflügel aufzuzeigen, bei dem die Größe eines in einer Hochauftriebstellung des Vorflügels zwischen dem Vorflügel und einer Vorderkante des Hauptflügels durchströmbaren Spalts auf eine Weise einstellbar ist, die sich nicht auf die Krümmung des Gesamtprofils des Tragflügels auswirkt und auch bei Tragflügeln mit kleinen geometrischen Abmessungen des Vorflügels einsetzbar ist.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Tragflügel mit einem Hauptflügel und einem Vorflügel, wobei in einer Hochauftriebstellung des Vorflügels ein Spalt zwischen dem Vorflügel und einer Vorderkante des Hauptflügels durchströmbar ist. Anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Tragflügeln kann die Größe des Spalts nicht (oder zumindest nicht ausschließlich) durch ein Verschwenken und/oder ein gezieltes Verformen des Vorflügels oder eines Teils davon eingestellt werden, um so den Spalt wahlweise ganz oder teilweise zu schließen oder zu öffnen. Vielmehr erfolgt eine Einstellung des Spalts alternativ oder zusätzlich durch eine gezielte Verformung des Hauptflügels. Dazu weist der Hauptflügel im Bereich seiner Vorderkante eine elastisch verformbare Außenhaut und eine Betätigungseinrichtung auf, mit der die elastisch verformbare Außenhaut so verformbar ist, dass sich die Größe des durchströmbaren Spalts in der Hochauftriebstellung verringert. Insbesondere kann die Größe des Spalts wegen der elastischen Verformbarkeit der Außenhaut bei stufenloser Ansteuerbarkeit der Betätigungseinrichtung kontinuierlich eingestellt werden, womit jeder Zustand zwischen einem vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Spalt eingenommen werden kann.
Indem der Hauptflügel zum selektiven Schließen und Öffnen des Spalts zwischen dem Hauptflügel und dem Vorflügel verformt werden kann, ist es nicht erforderlich, eine Kinematik in den Vorflügel zu integrieren, mit dem dieser zum Schließen und Öffnen des Spalts gezielt verschwenkt und/oder verformt werden kann. Dies kann insbesondere bei Tragflügeln mit kleinen Vorflügeln vorteilhaft sein, bei denen die Integration einer solchen Kinematik in den Vorflügel u. U. nur mit großem Aufwand möglich ist. Hingegen bietet der Hauptflügel aufgrund der im Vergleich zu dem Vorflügel größeren geometrischen Abmessungen ausreichend Raum, um die für das Schließen des Spalts erforderlichen konstruktiven Maßnahmen zu integrieren. Es ist aber nicht ausgeschlossen, zwischen dem Vorflügel und dem Hauptflügel eine Kinematik vorzusehen, mit der z. B. auf den Abstand und/oder die Orientierung des Vorflügels relativ zu dem Hauptflügel Einfluss genommen werden kann.
Zudem wirkt sich das Schließen des Spalts durch lokales Verformen des Hauptflügels im Bereich seiner Vorderkante nicht auf die Krümmung des Gesamtprofils des Tragflügels aus.
Vorzugsweise ist die Außenhaut des Hauptflügels mit der Betätigungseinrichtung so verformbar, dass sich die Größe des durchströmbaren Spalts in der Hochauftriebstellung um mindestens 50 % und noch mehr bevorzugt um mindestens 90 % verringern lässt. Im Idealfall lässt sich die Größe des durchströmbaren Spalts durch die Verformung der Vorderkante des Hauptflügels sogar auf im Wesentlichen null reduzieren, womit der durchströmbare Spalt zumindest nahezu vollständig geschlossen werden kann. Wenn trotz maximaler Verformung der Außenhaut ein durchströmbarer Spalt zwischen dem Hauptflügel und dem Vorflügel verbleibt, können zum vollständigen Schließen des Spalts beispielsweise die aus dem Stand Technik bekannten Maßnahmen eingesetzt werden, mit denen der Spalt durch Verformen und/oder Verschwenken des Vorflügels geschlossen wird. Da die Größe des durchströmbaren Spalts durch die Verformung der Vorderkante des Hauptflügels bereits verringert ist, reicht es dabei für das Schließen des Spalts aus, wenn der Vorflügel nur in einem kleinen Umfang verschwenkt und/oder verformt werden kann.
Die Betätigungseinrichtung zur elastischen Verformung der Außenhaut kann sich an einem formsteifen Grundkörper des Hauptflügels abstützen und in einem Angriffsbereich oder mehreren Angriffsbereichen an der Außenhaut angreifen und diese gegenüber dem formsteifen Grundkörper zu dem Vorflügel hin verformen. Insbesondere greift somit eine von der Betätigungseinrichtung ausgeübte Kraft zur Verformung der Außenhaut im Bereich des Angriffsbereichs oder der Angriffsbereiche an.
Grundsätzlich kann die Betätigungseinrichtung so ausgebildet sein, dass sie die Außenhaut sowohl zu dem Vorflügel hin als auch von dem Vorflügel weg aktiv verformen kann. Es kann jedoch ausreichend sein, wenn die Betätigungseinrichtung lediglich in einer Richtung aktivierbar ist, in der sie die Außenhaut entgegen einer elastischen Rückstellkraft zu dem Vorflügel hin verformt. Umgekehrt kann die Betätigungseinrichtung auch in die Richtung aktivierbar sein, in die sie die Außenhaut von dem Vorflügel weg und zu dem Hauptflügel hin verformt. In beiden Fällen erfolgt durch den Wegfall der Aktivierung der Betätigungseinrichtung oder durch eine Reduzierung der von der Betätigungseinrichtung auf die Außenhaut ausgeübten Kraft, aufgrund der elastischen Rückstellkraft, eine automatische Rückverformung der Außenhaut. Die elastische Rückstellkraft kann beispielsweise von einer Verformungselastizität der Außenhaut bereitgestellt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Rückstellkraft von zusätzlichen elastischen Elementen wie Rückstellfedern bereitgestellt sein, die auch Teil der Betätigungseinrichtung sein können.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tragflügels greift die Betätigungseinrichtung an einem Abschnitt der elastisch verformbaren Außenhaut an, der sich durch eine hohe Dehnbarkeit auszeichnet und der mittels der Betätigungseinrichtung gedehnt werden kann. Durch die mit der Dehnung verbundene Längenänderung des dehnbaren Abschnitts wird ein anderer Abschnitt der elastisch verformbaren Außenhaut, der u. U. weniger stark dehnbar, aber zumindest um eine Haupterstreckungsrichtung des Hauptflügels biegsam ist, zu dem Vorflügel hin oder von dem Vorflügel weg verformt, womit sich die Größe des durchströmbaren Spalts zwischen dem Hauptflügel und dem Vorflügel verändert. Insbesondere kann so erreicht werden, dass die Außenhaut über einen großen Bereich ausschließlich auf Biegung beansprucht wird und in diesem Bereich entsprechend zug- und drucksteif ausgebildet sein kann, was für die strukturelle Integrität des Hauptflügels vorteilhaft sein kann. Der dehnbare Abschnitt der Außenhaut ist vorzugsweise außerhalb eines vorgegebenen Bereichs um einen Staupunkt des Hauptflügels angeordnet, an dem eine den Hauptflügel im Betrieb anströmende Strömung senkrecht auf diesen auftrifft. So kann für den dehnbaren Abschnitt ein Material verwendet werden, dass sich durch eine hohe Dehnbarkeit auszeichnet, ohne dadurch die Stabilität des Hauptflügels wesentlich zu beeinträchtigen. Dies liegt u. . daran, dass in diesem Bereich, d. h. in dem Bereich außerhalb des vorgegebenen Bereichs um den Staupunkt, senkrecht auf die Oberfläche des Hauptflügels wirkenden Kräfte durch die verringerte aerodynamische Belastung abnehmen. Somit wird eine Verformung durch die aerodynamischen Drucklasten orthogonal zur Oberfläche des Hauptflügels minimiert. Die durch die orthogonale Verformung resultierende Strömungs-beeinflussung wird somit minimiert.
Um auch bei einem auf die Haupterstreckungsrichtung des Hauptflügels bezogen punktuellen Angriff der Betätigungseinrichtung an der Außenhaut diese über die gesamte Erstreckung des Hauptflügels in seiner Haupterstreckungsrichtung gleichmäßig zu verformen, kann die elastisch verformbare Außenhaut längs der Haupterstreckungsrichtung und insbesondere im Angriffsbereich der Betätigungseinrichtung versteift sein.
Die Betätigungseinrichtung kann einen in den Hauptflügel integrierten Aktuator, insbesondere einen Linearaktuator aufweisen. Beispielsweise kann der Aktuator hydraulisch oder pneumatisch betätigt sein. Es können jedoch auch andere Aktuatoren, z. B. elektromechanische Aktuatoren zum Einsatz kommen.
Anstelle einer Betätigungseinrichtung, die sich an einem formsteifen Grundkörper des Hauptflügels abstützt und die Außenhaut gegenüber diesem verformt, kann die Betätigungseinrichtung auch einen in die Außenhaut integrierten Aktuator, insbesondere einen Piezo- oder CNT-Aktuator, aufweisen. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass auch höherfrequente Verformungen des Hauptflügels realisiert werden können, womit die Form des Hauptflügels und damit der Abstand zwischen dem Haupt- und dem Vorflügel umgehend an geänderte Anströmbedingungen angepasst werden können. Dies schließt die Ansteuerung der Betätigungseinrichtung an einem Rotorblatt als Hauptflügel mit einer höheren Frequenz als der Umlauffrequenz des Rotorblatts ein, um beispielsweise die sich über jeden Umlauf eines Hubschrauberrotors hinweg stark ändernden Anströmbedingungen zu berücksichtigen.
Wenn die elastisch verformbare Außenhaut und ein formsteifer Grundkörper des Hauptflügels eine fluiddichte und mit einem Fluid, z . B. mit Druckluft, beaufschlagbare Blase als Betätigungseinrichtung bilden, kann über die Beaufschlagung der Blase mit dem Fluid, die zu einer Veränderung des Querschnitts der Blase führt, Einfluss auf die Form der Außenhaut und somit auf den Abstand zwischen dem Hauptflügel und dem Vorflügel genommen werden. Anders ausgedrückt kann der Abstand über die Beaufschlagung der Blase mit dem Fluid gesteuert werden. Konkret kann mit einer Befüllung der Blase der Abstand verringert werden, während eine Entlüftung der Blase zu einer Vergrößerung des Spalts führt.
Statt die Blase direkt zwischen der elastisch verformbaren Außenhaut und dem formsteifen Grundkörper des Hauptflügels auszubilden, kann auch ein separater fluiddichter Druckkörper zwischen der Außenhaut und dem Grundkörper vorgesehen sein, um die Blase auszubilden. Beispielsweise kann es sich bei dem Druckkörper um ein Druckkissen oder einen Druckschlauch handeln. Wenn mehrere Druckkörper verwendet werden, die getrennt mit Fluid beaufschlagt werden können und die mit unterschiedlichen Abschnitten der elastisch verformbaren Außenhaut in Verbindung stehen, kann gezielt auf die Form einzelner Abschnitte der Außenhaut Einfluss genommen werden. So kann der durchströmbare Spalt zwischen dem Vorflügel und dem Hauptflügel in unterschiedlichen Bereichen des erfindungsgemäßen Tragflügels unterschiedlich groß eingestellt werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tragflügels weist die Betätigungseinrichtung zwar einen als solchen fluiddichten Druckkörper auf, dieser ist aber nicht als separates Element zwischen der Außenhaut und dem Grundkörper angeordnet, sondern er bildet mit einem Teil seiner Wandung die elastisch verformbare Außenhaut aus, während er mit einem anderen Teil seiner Wandung an dem formsteifen Grundkörper des Hauptflügels befestigt ist.
Um Einfluss darauf nehmen zu können, wie sich die Außenhaut verformt, kann die Außenhaut in Abschnitte mit unterschiedlichen Verformungseigenschaften unterteilt sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass Abschnitte der Außenhaut, die sich auf einer Oberseite des Hauptflügels und somit näher an dem Vorflügel befinden als Abschnitte auf einer Unterseite des Hauptflügels, leichter verformen lassen als Abschnitte auf der Unterseite des Hauptflügels. Bereits angesprochen wurde, dass die elastisch verformbare Außenhaut einerseits einen Abschnitt mit ausgeprägter Dehnbarkeit und andererseits Abschnitte mit geringer Dehnbarkeit aber deutlich vorhandener Biegsamkeit aufweisen kann.
Konkret kann die Außenhaut einen Faserverbundwerkstoff umfassen oder ganz aus diesem hergestellt sein. Insbesondere kann die Außenhaut aus einem Faserverbundwerkstoff mit richtungsabhängigen Verformungseigenschaften hergestellt sein. Beispielsweise kann dazu ein Faserverbundwerkstoff mit eingebetteten Verstärkungsfasern verwendet werden, die derart zusammengesetzt und angeordnet sind, dass eine Biegung der Außenhaut um die Haupterstreckungsrichtung des Hauptflügels möglich, aber einer Biegung um eine Achse quer zu der Haupterstreckungsrichtung entgegengewirkt wird.
Um Verwirbelungen im Übergangsbereich zwischen der verformbaren Außenhaut und dem formsteifen Grundkörper des Hauptflügels zu vermeiden, schließt die elastisch verformbare Außenhaut vorzugsweise stetig an eine Oberfläche des formsteifen Grundkörpers an.
Weiterhin kann die elastisch verformbare Außenhaut zur Minimierung von Verwirbelungen im Übergangsbereich zwischen dem Vorflügel und dem Hauptflügel derart mit der Betätigungseinrichtung verformbar sein, dass eine Oberseite des Vorflügels stetig an eine Oberseite des Hauptflügels anschließt. Durch elastische Verformung der Außenhaut kann der in der Hochauftriebstellung des Vorflügels durchströmbare Spalt zwischen dem Hauptflügel und dem Vorflügel somit derart geschlossen werden, dass die Oberseite des Haupt- und des Vorflügels eine durchgehende, stufenfreie und krümmungsstetige Fläche bilden.
Vorzugsweise ist der Vorflügel bei dem erfindungsgemäßen Tragflügel nicht starr an dem formsteifen Grundkörper des Hauptflügels gelagert sondern aus einer zumindest weitgehend inaktiven Stellung in seine Hochauftriebstellung vor die Vorderkante des Hauptflügels ausfahrbar. Zusätzlich kann der Vorflügel verschwenkbar an dem formsteifen Grundkörper des Hauptflügels gelagert sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. So kann nicht nur über das Verformen der Außenhaut des Hauptflügels, sondern auch über ein Verlagern und/oder Verschwenken des Vorflügels gegenüber dem Hauptflügel auf die Auftriebserhöhung Einfluss genommen werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Flugzeug mit einem Paar erfindungsgemäßer Tragflügel, die symmetrisch zu seiner Längsmittelebene angeordnet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Tragflügels gemäß einer ersten Ausführungsform in einer quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung geschnittenen Ansicht, wobei zwischen einem Vorflügel und einem Hauptflügel des Tragflügels ein durchströmbarer Spalt vorhanden ist.
2 zeigt einen Ausschnitt des Tragflügels gemäß 1, wobei der Spalt geschlossen ist.
3 zeigt einen Ausschnitt eines Tragflügels gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung geschnittenen Ansicht, wobei zwischen einem Vorflügel und einem Hauptflügel des Tragflügels ein durchströmbarer Spalt vorhanden ist.
4 zeigt einen Ausschnitt des Tragflügels gemäß 3, wobei der Spalt geschlossen ist.
FIGURENBESCHREIBUNG
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Tragflügel 1 mit einem Hauptflügel 2 und einem Vorflügel 3, der im Bereich einer Vorderkante 4 des Hauptflügels 2 angeordnet ist. Der Vorflügel 3 kann beispielsweise über einen in 1 nicht dargestellten Mechanismus vor die Vorderkante 4 ausfahrbar an einem formsteifen Grundkörper 5 des Hauptflügels 2 gelagert sein.
In der in 1 gezeigten Hochauftriebstellung ist der Vorflügel 3 in einem Abstand 6 zu dem Hauptflügel 2 angeordnet, so dass ein durchströmbarer Spalt 7 zwischen dem Hauptflügel 2 und dem Vorflügel 3 gebildet ist, der zu einer Erhöhung der Zirkulation und des Auftriebs beiträgt und zudem zu einer Beschleunigung der Strömung an der Oberseite des Tragflügels 1 führt. Gleichzeitig erhöht der durchströmbare Spalt 7 jedoch den Strömungswiderstand des Tragflügels 1 und ist mit einer erhöhten Lärmemission und einem erhöhten Treibstoffbedarf verbunden.
Um den Spalt 7 selektiv schließen und öffnen zu können, weist der Hauptflügel 2 im Bereich seiner Vorderkante 4 eine elastisch verformbare Außenhaut 8 und eine Betätigungseinrichtung 14 auf. Wie in 2 gezeigt, kann die Außenhaut 8 dabei derart verformt werden, dass sich der Abstand 6 zwischen dem Hauptflügel 2 und dem Vorflügel 3 auf im Wesentlichen null reduziert und der Spalt 7 somit geschlossen ist. Für das Verformen der Außenhaut 8 weist die Betätigungseinrichtung 14 in dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Blase 9, hier einen Druckkörper 10, auf, der in einem Zwischenraum 11 zwischen dem Grundkörper 5 und der Außenhaut 8 angeordnet ist und über den sich die Außenhaut 8 an dem formsteifen Grundkörper 5 abstützt. Wenn der Druckkörper 10 z. B. mit Druckluft beaufschlagt wird, dehnt sich der Querschnitt des Druckkörpers 10 aus und er wölbt die Außenhaut 8 gegenüber dem Grundkörper 5 zu dem Vorflügel 3 hin aus. Das heißt, über eine Beaufschlagung des Druckkörpers 10 mit Druckluft lässt sich die Form des Hauptflügels 2 im Bereich seiner Vorderkante 4 und damit der Abstand 6 zwischen dem Hauptflügel 2 und dem Vorflügel 3 steuern, ohne dass es einer Verlagerung des Vorflügels 3 gegenüber dem Grundkörper 5 bedarf.
In dem in 2 gezeigten verformten Zustand des Hauptflügels 2, schließt eine Oberseite 12 des Vorflügels 3 stetig an eine Oberseite 13 des Hauptflügels 2 an, so dass diese eine durchgehende, stufenfreie und krümmungsstetige Fläche bilden. Insbesondere können so Verwirbelungen im Übergangsbereich zwischen dem Vorflügel 3 und dem Hauptflügel 2 bei geschlossenem Spalt 7 verhindert werden.
Wenn der Zwischenraum 11 luftdicht abgeschlossen ist, kann er auch selbst die Blase 9 bilden, so dass ist es nicht zwingend erforderlich ist, einen separaten Druckkörper 10 in dem Zwischenraum 11 vorzusehen. Vielmehr kann das Verformen der Außenhaut 8 in dem Fall direkt durch eine Beaufschlagung des Zwischenraums 11 mit Druckluft gesteuert werden.
Weiterhin können, anders als in 1 und 2 dargestellt, anstelle eines Druckkörpers 10 auch mehrere Druckkörper in dem Zwischenraum 11 angeordnet sein, die getrennt voneinander mit Druckluft befüllt werden können und die mit unterschiedlichen Abschnitten der Außenhaut 8 in Verbindung stehen. Durch die voneinander unabhängige Befüllung der Druckkörper kann auf die Form der Außenhaut 8 noch gezielter Einfluss genommen werden.
In 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform des Tragflügels 1 gezeigt, bei der das Verformen der Außenhaut 8 des Hauptflügels 2 nicht über das Beaufschlagen einer Blase 9, wie in 1 und 2 gezeigt, erreicht wird, sondern bei der die Betätigungseinrichtung 14 zur elastischen Verformung der Außenhaut 8 einen pneumatisch oder hydraulisch betätigten Aktuator 15 aufweist, der in zwei Angriffsbereichen 16 an die Außenhaut 8 angreift. Der zwischen den beiden Angriffsbereichen 16 liegende Abschnitt 17 der Außenhaut 8 zeichnet sich dabei durch eine besonders hohe Dehnbarkeit in einer Richtung orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung des Hauptflügels 2 auf, während die außerhalb des Bereiches zwischen den beiden Angriffsbereichen 16 liegenden Abschnitte 18 im Wesentlichen um die Haupterstreckungsrichtung des Hauptflügels 2 biegsam sind. Die Außenhaut 8 ist dabei in Anbindungspunkten 19 an den formsteifen Grundkörper 5 des Hauptflügels 2 angebunden. Wie in 3 und 4 gezeigt, erfolgt die Anbindung in den Anbindungspunkten 19 stetig, so dass im Übergangsbereich von der Außenhaut 8 zu dem formsteifen Grundkörper 5 keine Kante, sondern eine durchgehende, krümmungsstetige Oberfläche gebildet ist. Beispielsweise können die Außenhaut 8 und der formsteife Grundkörper 5 als ein einstückiges Faserverbundbauteil hergestellt sein. Die verschiedenen Steifigkeiten des Grundkörpers 5 einerseits und der Außenhaut 8 andererseits können dabei z. B. durch die gezielte Einbettung von Verstärkungsfasern erreicht werden.
Um die Außenhaut 8 in Richtung des Vorflügels 3 zu verformen und so den Spalt 7 zwischen dem Hauptflügel 2 und dem Vorflügel 3 zu schließen, wird der Aktuator 15 betätigt und der zwischen den beiden Angriffsbereichen 16 liegende Abschnitt 17 gedehnt. Infolge der Dehnung des Abschnitts 17 werden die konvex geformten Abschnitte 18 derart gebogen, dass sich die Außenhaut 8 weiter in Richtung des Vorflügels 3 wölbt und sich der Abstand 6 zwischen dem Hauptflügel 2 und dem Vorflügel 3 verringert. Um eine gleichmäßige Verformung der Außenhaut 8 über die gesamte Länge des Hauptflügels 2 sicherzustellen, kann die Außenhaut 8 im Bereich der Angriffsbereiche 16 längs der Haupterstreckungsrichtung des Hauptflügels 2 versteift sein.
Bei vollständig geschlossenem Spalt schließt die Oberseite 12 des Vorflügels 3, wie auch bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, stetig an die Oberseite 13 des Hauptflügels 2 an, so dass diese eine durchgehende, stufenfreie und krümmungsstetige Fläche bilden.
Bezugszeichenliste

1: Tragflügel
2: Hauptflügel
3: Vorflügel
4: Vorderkante
5: Grundkörper
6: Abstand
7: Spalt
8: Außenhaut
9: Blase
10: Druckkörper
11: Zwischenraum
12: Oberseite
13: Oberseite
14: Betätigungseinrichtung
15: Aktuator
16: Angriffsbereich
17: Abschnitt
18: Abschnitt
19: Anbindungspunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/058695 A1 [0004]
WO 2010/040501 A2 [0005]
EP 2505493 A1 [0006]

Claims

Tragflügel (1) mit einem Hauptflügel (2) und einem Vorflügel (3), wobei in einer Hochauftriebstellung des Vorflügels (3) ein Spalt (7) zwischen dem Vorflügel (3) und einer Vorderkante (4) des Hauptflügels (2) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptflügel (2) im Bereich seiner Vorderkante (4) eine elastisch verformbare Außenhaut (8) und eine Betätigungseinrichtung (14) aufweist, mit der die elastisch verformbare Außenhaut (8) so verformbar ist, dass sich die Größe des durchströmbaren Spalts (7) verringert.
Tragflügel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Außenhaut (8) mit der Betätigungseinrichtung (14) so verformbar ist, dass sich die Größe des durchströmbaren Spalts in der Hochauftriebstellung um mindestens 50 % und vorzugsweise um mindestens 90 % verringert.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (14) die Außenhaut (8) gegen eine elastische Rückstellkraft zu dem Vorflügel (3) hin oder von dem Vorflügel (3) weg verformt.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Außenhaut (8) einen dehnbaren Abschnitt (17) aufweist, an dem die Betätigungseinrichtung (14) angreift und der mittels der Betätigungseinrichtung (14) derart dehnbar ist, dass sich biegsame Abschnitte (18) der elastisch verformbaren Außenhaut (8) so elastisch verformen, dass sich die Größe des durchströmbaren Spalts (7) verringert.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Außenhaut (8) längs einer Haupterstreckungsrichtung des Hauptflügels (2) und insbesondere in einem Angriffsbereich (15) der Betätigungseinrichtung (14) versteift ist.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (14) einen in den Hauptflügel (2) integrierten Aktuator (15) aufweist.
Tragflügel (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein in die elastisch verformbare Außenhaut (8) integrierter Aktuator, insbesondere ein Piezo- oder CNT-Aktuator ist.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (14) eine durch Beaufschlagung mit einem Fluid in ihrem Querschnitt veränderbare Blase (9) zwischen der elastisch verformbaren Außenhaut (8) und einem formsteifen Grundkörper (5) des Hauptflügels (2) aufweist.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Außenhaut (8) Abschnitte mit unterschiedlichen Verformungseigenschaften aufweist.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Außenhaut (8) einen Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem Faserverbundwerkstoff mit richtungsabhängigen Verformungs-eigenschaften umfasst.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Außenhaut (8) stetig an formsteife Oberflächen des Hauptflügels (2) anschließt.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Außenhaut (8) derart mit der Betätigungseinrichtung (14) verformbar ist, dass eine Oberseite des Vorflügels (3) stetig an eine Oberseite des Hauptflügels (2) anschließt.
Tragflügel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (3) verlagerbar und/oder verschwenkbar an einem/dem formsteifen Grundkörper (5) des Hauptflügels (2) gelagert ist.
Flugzeug mit einem Paar von Tragflügeln (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.