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Bekanntermaßen sind bei Flächenflugzeugen die Tragflächen bestimmungsgemäß notwendig, um im Flug eine Druck- und Auftriebsverteilung im Fluid zu induzieren, die allgemein hin als Auftriebskraft verstanden wird, und das Flugzeug im Fluge vom Gewicht her zu tragen vermag. Dazu erzeugt die Tragflächenanordnung unter Relativgeschwindigkeit zum Fluid einen Unterdruck auf ihrer Oberseite - und einen Überdruck auf ihrer Unterseite, in dessen Folge die Tragfläche als dynamischer Auftriebskörper eine vertikale Kraft nach oben erfährt, die als Auftrieb Wirkung entfaltet. Durch die gegensätzliche Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Tragfläche besteht jedoch im Fluid von Natur her das Bestreben, insbesondere an den äußeren Tragflächenenden einen Druckausgleich herbeizuführen zu wollen.
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Dieser Druckausgleich kann in einem bestimmten Maße durch sogenannte Winglets an den Tragflächenenden verhindert werden, die in gewisser Weise wie ein Zaun begrenzend am Tragflächenrand einwirken und den Druckausgleich erschweren.
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Dennoch ist über die Tragflächenenden, auch im Falle von Winglets, nach wie vor ein nennenswerter Druckausgleich vorhanden, der auf der Oberseite der Tragfläche zu einer nennenswerten Geschwindigkeit- Strömungskomponente in Spannweitenrichtung zur Flächenwurzel des Tragflügels bzw. zur Rumpfanordnung hin führt. Überlagert man diese Strömungskomponente mit der Fluggeschwindigkeit, so ergibt sich im Bereich der Tragflächenenden eine resultierende Anströmung d.h. ein resultierender Anströmungsvektor, der zur Flugrichtung des Flugzeuges hin schräg, das heißt in einem Winkel zur Flugrichtung, erfolgt. Diese Schräganströmung ist im Buch
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Das Winglet ist nun auf eine weitere besondere Weise dazu geeignet, diese Besonderheit der Schräganströmung in Bezug zur Flugrichtung an den Tragflächenenden vorteilhaft zu nutzen, um den Strömungswiderstand des Flugzeuges nachhaltig zu reduzieren.
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Das Winglet ist dazu in seinem Aufbau wie ein kleiner Tragflügel entsprechend so gestaltet, dass es durch Anstellung im Winkel in Bezug zur lokalen d.h. hier schrägen Anströmung, durch geeignete Profilierung mit einem Tragflügelprofil oder auch durch Zusammenwirkung dieser Maßnahmen geeignet ist, eine strömungsbedingte Strömungskraft zu erzeugen, die gemäß den Grundsätzen der Auftriebserzeugung zunächst einmal rechtwinklig zur lokalen Anströmung gerichtet ist.
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Da das Winglet allerdings ebenso wenig wie eine Tragfläche weder vollständig ideal - noch reibungsfrei arbeitet ,entfaltet sich im selben Zuge eine Widerstandskraft des Winglets, die grundsätzlich in dieselbe Richtung wie die Anströmung gerichtet ist und aus Bestandteilen von Reibungs- Druck und auftriebsbedingtem Widerstand besteht. In Zusammenwirkung der beiden Kraftkomponenten Auftrieb- und Eigenwiderstandskraft des Wingelts entsteht letztendlich eine Luftkraftresultierende, die nun etwas mehr als 90° auf der lokalen Anströmung des Winglets steht. Da das Winglet aber im Bereich der Tragflächenenden nennenswert schräg zur Flugrichtung angeströmt wird, kann es ebenfalls durch Schrägplazierung an den Tragflächenenden in seiner Orientierung so ausgerichtet werden, dass die Luftkraftresultierende des Wingelts eine Kraftkomponente in Flugrichtung erzeugt. Diese Kraftkomponente wirkt damit in Flugrichtung schubwirksam und sorgt dafür, dass der Gesamtwiderstand der Tragfläche und damit auch des Flugzeuges insgesamt herabgesetzt werden kann.
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Winglets bilden somit eine spezielle erweiternde Ausformung der Tragflächenenden, die ohne nennenswerten Spannweitenzusatz die effektive Streckung des Flugzeuges zu erhöhen verhelfen und den Widerstand durch ihre aerodynamische Wirkung herabsetzen.
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Die Winglets nutzen dabei die spezielle Schräganströmung zur Flugrichtung an den Tragflächenenden aus, um damit eine schubwirksame und widerstandsverringernde Kraftkomponente in Flugrichtung zu erzeugen, die die Leistung des Luftfahrzeuges im Betrieb nennesswert zu verbessern vermag.
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Winglets setzen dabei dem Stand der Technik nach am Flügel an, um den Widerstand des Flugzeuges vorteilhaft zu verringern.
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Seit kurzer Zeit sind, wie in der Anmeldung
DE 10 2017 008 370.3 beschrieben, auch Fuselets bekannt, die am Rumpf montiert sind und im richtungsgebendenen Stromlinienfeld des Flügels eine vortriebswirksame Kraftkomponente im Flugrichtung erzeugen können, und den Widerstand des Flugzeuges herab zu setzen verhelfen. Diese Fuselets sind an der Rumpfanordnung montiert und ragen wie Flossen ungefähr in radialer Richtung von dieser Rumpfanordnung ausgehend in das umliegende Stromlinienfeld einer Tragflügelanordnung, wobei das Stromlinienfeld der Tragflügelanordnung in Verbindung mit den Fuselets dazu genutzt wird, eine in Flugrichtung vortriebwirksame Kraftkomponente zu erzeugen.
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Generell verfügen Luftfahrzeuge, zumeist als Bestandteil ihrer Architektur und Konfiguration, über eine Rumpfanordnung R, die die bedarfsweise Unterbringung von Piloten, Nutzlast, Treibstoff, Fracht etc. und ihren Transport ermöglicht. Darüberhinaus ist der Flugzeugrumpf oft auch ein zentrales strukturelles Bindeglied, an dem weitere Komponenten de Flugzeuges wie die Tragflächenanordnung, eine Leitwerksanordnung und eine Fahrwerksanordnung befestigt sein können. Auch aus diesem Grund ist die Rumpfanordnung meist unverzichtbar.
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In seiner geometrischen Ausprägung weist der Flugzeugrumpf ein gewisses Volumen auf, um genau diese Aufgabe zu erfüllen.
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Ein Flugzeugrumpf in Form einer Rumpfanordnung R eines Flugzeuges, Luftfahrzeuges oder Fluggerätes bewegt sich während des Flug wie das Flugzeug relativ zum Fluid Luft. In dessen Zuge wird die Rumpfananordnung im Betrieb vom Fluid Luft unter Geschwindigkeit umspült.
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In dessen Folge übt der Rumpf mit seinem Volumen als Verdrängungskörper eine Verdrängungswirkung auf das umgebende Fluid Luft aus.
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Unter anderem führt dies dazu, dass der Flugzeugrumpf als Stromkörper unter Bewegung im Fluid - so zum Beispiel während des Fluges - einen Strömungswiderstand erfährt. Dieser Strömungswiderstand der Rumpfanordnung setzt sich dabei aus verschiedenen Widerstandsarten z.B. Reibungswiderstand, Form- bzw. Druckwiderstand, Wellenwiderstand etc. zusammen und ist bei Flugzeugen in seiner Gesamtheit nicht unerheblich und von daher leistungsrelevant. Bei Verkehrsflugzeugen kann es erfahrungsgemäß sein, dass der Rumpf etwa ein Drittel des Widerstandes des gesamten Flugzeuges ausmacht. Aber auch insbesondere bei Hubschraubern und bei Luftschiffen stellt der Rumpf einen ganz nennenswerten Anteil des Gesamtwiderstandes dar.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe den Strömungswiderstand der Rumpfanordnung eines Luftfahrzeuges herabzusetzen und ein Flugzeug bzw. Luftfahrzeug zu schaffen, dass sich durch eine bisher unbekannte Bauart und durch eine vorteilhaft verbesserte Aerodynamik auszeichnet.
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In seiner Funktion stellt ein Flugzeugrumpf im Allgemeinen bestimmungsgemäß ein bestimmtes notwendiges Volumen zur Verfügung, was beispielsweise dazu genutzt werden kann, bedarfsweise Zuladung von Nutzlast in Form von Passagieren, Piloten, Fracht, Treibstoff, Einrichtungen für den Antrieb, Technik und etc. unterzubringen. Es wird aber auch von Strukturbauteile in Anspruch genommen, um die die strukturelle Integrität des Flugzeuges gewährleisten, und, um die Kräfte zwischen den Komponenten des Flugzeuges zu vermitteln. Bei Luftschiffen enthält der Rumpf zudem auch das Traggas, das den Auftrieb mit bereit stellt.
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Grundsätzlich verfügt die Rumpfanordnung zudem als Körper geometrisch über eine Oberfläche, welche den Volumenkörper zum Fluid hin entsprechend abgrenzt. Diese Oberfläche stellt zugleich den Kontakt zum Fluid dar und ist somit auch Gegenstand des Reibungsgeschehens bei Bewegung der Rumpfanordnung gegen über dem Fluid.
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Ein Flugzeugrumpf als Beispiel einer Rumpfanordnung R eines Flugzeuges, Luftfahrzeuges oder Fluggerätes bewegt sich während des Flug - wie auch das Flugzeug relativ zum Fluid Luft. Im Zuge dessen wird der Rumpf im Betrieb vom Fluid Luft unter Geschwindigkeit umspült.
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In dessen Folge übt der Rumpf mit seinem Volumen als Verdrängungskörper eine Verdrängungswirkung auf das umgebende Fluid Luft aus.
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Aus diesem Grund ist es bekannt, den Rumpfkörper des Luftfahrzeuges aerodynamisch besonders strömungsgünstig auszuformen, um einen geringen Strömungswiderstand des Rumpfkörpers und somit des Flugzeuges zu erreichen.
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Bei der Formgestaltung ist gerade die Anfangs- und Endsektion des Rumpfkörpers besonders wichtig.
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So hat es sich aerodynamisch bewährt, diese Anfangssektion der Rumpfanordnung im Raum nicht einfach nur stumpf mit einer Stirnfläche in etwa senkrechter Ausprägung geometrisch im Raum zu eröffnen, sondern vielmehr ist das Volumen über eine bestimmte Längserstreckung im Raum allmählich-in Längsrichtung zu eröffnen, um einen niedrigen Strömungswiderstand durch eine geeignete Formgebung zu erreichen - zum Beispiel mit Hilfe einer kontinuierlich zunehmenden stetig wachsenden Querschnittsflächenverteilung des Rumpfkörpers. Oft erinnert diese Anfangssektion der Rumpfanordnungen an eine Tröpfchen-ähnliche Form, die in bekannter Weise technisch zu einem niedrigen Strömungswiderstand führt. Auch die Endsektion ist diesbezüglich von ihrer Formgebung speziell ausgeprägt. Sie ist in der Länge mehr ausgezogen und erinnert oft an eine kegelähnliche Form. Diese Formgebung bei der Rumpfanordnung insgesamt führt auch in der Seiten- und Draufsicht der Rumpfanordnung im Allgemeinen zur einer stetig stromlinienförmigen begrenzenden Kontur charakteristischer Ausprägung, wobei der Konturenverlauf so ausgeformt ist, dass das Fluid in Längsrichtung der Rumpfformgebung gut, und möglichst ohne Ablösung, für einen geringen Widerstand folgen kann.
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Der Konturenverlauf der Rumpfanordnung in der Seitenansicht und der Draufsicht ergibt sich somit aus den Anforderungen der Aerodynamik und ist diesbezüglich meist stetig und stromlinienförmig ausgeprägt. Des Weiteren orientiert sich die Formgebung von ihren Bedürfnisse auch an den weiteren Anforderungen des Flugzeugrumpfes. So ist die Anfangssektion beispielsweise so angepasst, dass oft der Cockpitraum mit seinen Sichtscheiben entsprechende so eingebracht werden kann, dass die Piloten von innen über ein entsprechend geeignetes Sichtfeld verfügen, um den Flug unter üblichen Bedingungen sicher durchzuführen zu können. Gleichzeitig wird, insbesondere bei Großraumpassagierflugzeugen, oft das Volumen der Rumpfanordnung R auf eine geeignete vertikale Höhe geometrisch so geeignet eröffnet, dass zum Beispiel Passagiere im Innenraum der Rumpfanordnung aufrecht gehen können. In ähnlicher Weise wird die Rumpfanordnung auch auf eine gewisse Breite geführt, um entsprechend geeigneten Raum für die Unterbringung von Nutzlast zur Verfügung zu stellen und beispielsweise bei Passagierflugzeugen geeignet viele Sitze nebeneinander in der Breite - mitsamt Durchgang - unterbringen zu können.
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Die eingangs beschriebene Volumenform des Strömungskörpers im Raum bringt es mit sich, dass zumindest in der erwähnten Anfangssektion und auch in der Endsektion der Rumpfanordnung abschnittsweise Oberflächenelemente der Rumpfanordnung existieren müssen, die weil sie als Anfangs- und Endsektion das Volumens des Rumpfkörpers im Raum geometrisch eröffnen bzw. abschließen, grundsätzliche geometrisch eine gewisse Neigung unterschiedlicher Ausprägung - gemessen zur Flugrichtung - bzw. Vorzugsbetriebsrichtung aufweisen. Diese Neigung diverser Abschnitte der Oberfläche ist gerade in der Anfangs- und in der Endsektion der Rumpfanordnung gemessen zur Anströmungsrichtung der Rumpfanordnung besonders augenfällig.
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Unter Geschwindigkeit wird die Rumpfanordnung mit ihrem Konturenverlauf durch das Fluid umströmt. Dabei bildet sich ein Stromlinienfeld aus, dass bei der Umströmung durch den Rumpfkörper im Fluid induziert wird und von der Form des Rumpfkörpers vorgegeben wird. Der Rumpf als Volumenkörper übt dabei eine Verdrängungswirkung auf das Fluid aus und prägt diesem in seiner Umgebung ein Stromlinienfeld einer bestimmten Form auf. Das Stromlinenbild besteht aus Stromlinien. Die Stromlinien kennzeichnen hierbei die örtliche Abfolge der Richtung der Geschwindigkeit von Luftpartikeln, die an der Umströmung des Rumpfkörpers teilnehmen. Die Stromlinien orientieren sich dabei abschnisttsweise an dem Konturenverlauf, also an der Form und dem Formverlauf der Rumpfanordnung. Die Formgebung des Rumpfes hat also maßgeblichen Einfluss auf die Form und Richtung desjenigen Stromlinienfeldes im Fluid, was den Rumpfkörper umgibt.
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Die Stromlinien zeigen hierbei definitionsgemäß an, welche Richtung lokal der Luftstrom an einer bestimmten Stelle einnimmt und wie diese Richtung sich im Längsverlauf bei weiterer Umströmung des Rumpfkörpers ändert.
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Der Volumenkörper der Rumpfanordnung muss wie beschrieben zumindest abschnittsweise Bereiche aufweisen, in denen Oberflächenabschnitte der Rumpfanordnung eine Neigung zur Flugrichtung aufweisen. Anders ausgedrückt weist an diesen Stellen der Normalenvektor dieser Oberflächenabschnitte einen Winkel zur Flugrichtung auf, der unterschiedlich zu 90° ist. Je nach Formgebung der Rumpfanordnung kann der Winkel dieser Oberflächenelemente zur Flugrichtung, gerade in der Anfangssektion des Rumpfes, Winkel, beispielsweise nennenswerte Winkel von abschnittsweise 40°, 35°, 30°, 20° und 13° aufweisen.
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Bei der Umströmung des Rumpfes orientieren sich auch die Stromlinien, wie beschrieben, an der Formgebung des Rumpfes, was dazu führt, dass auch diese, zumindest abschnittsweise eine Richtung aufweisen, die örtlich nennenswert von der Flugrichtung unterschiedlich ist.
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Die Stromlinien wiederum weisen die örtliche Geschwindigkeitsrichtung des Luftmassenstroms aus. Demnach weist auch der Luftmassenstrom zumindest ortsweise bei der Umströmung der Rumpfanordnung Richtungen auf, die nennenswert verschieden sind zur Flugrichtung.
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Erfindungsgemäß wird jetzt in einen solchen Bereich ein Flügelabschnitt eingebracht, der von dem Luftstrom so angeströmt wird, dass die Anströmung nennenswert verschieden zur Flugrichtung ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dies ein Ringflügel.
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Gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die folgenden Möglichkeiten:
- Ein zumindest abschnittsweise ausgeführter Ringflügel RF, der mit Abstand D zur Rumpfanordnung R an dieser befestigt ist und diese Rumpfanordnung R, zumindest abschnittsweise umgebend, in einem Bereich angeordnet ist, in dem sich der Luftmassenstrom im Flug durch das Stromlinienfeld aufgrund der Verdrängungs- und Richtungswirkung der Rumpfanordnung R zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Flugrichtung FR bewegt, und dieser zumindest abschnittsweise ausgeführter Ringflügel RF unter der lokalen Anströmung A dieses von der Flugrichtung FR richtungsverschiedenen Luftmassenstroms eine resultierende Luftkraft LK erzeugen kann, die von ihrer Wirkrichtung in Flugrichtung FR geneigt ist, und die daher eine in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR umfasst so, dass die in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf die Rumpfanordnung R entgegen ihrer Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
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Zumindest ein Flügelabschnitt FA, der mit Abstand D zur Rumpfanordnung R an dieser befestigt ist und diese Rumpfanordnung R, zumindest abschnittsweise umgebend, in einem Bereich angeordnet ist, in dem sich der Luftmassenstrom im Flug durch das Stromlinienfeld aufgrund der Verdrängungs- und Richtungswirkung der Rumpfanordnung R zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Flugrichtung FR bewegt, und dieser zumindest eine Flügelabschnitt FA unter der lokalen Anströmung A dieses von der Flugrichtung FR richtungsverschiedenen Luftmassenstroms eine resultierende Luftkraft LK erzeugen kann, die von ihrer Wirkrichtung in Flugrichtung FR geneigt ist und die daher eine in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR umfasst, so, dass die in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf die Rumpfanordnung R entgegen ihrer Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
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Zumindest ein Flügelabschnitt FA, dieser in Bezug zur Rumpfanordnung R aufweisend eine Innenseite IS und eine Außenseite AS, wobei dieser eine Flügelabschnitt FA mit Abstand D im Bereich der vorderen Sektion, also im Kopfbereich, einer Rumpfanordnung R an dieser befestigt ist und diese Rumpfanordnung R, zumindest abschnittsweise umgebend, in einem Bereich angeordnet ist, in dem sich der Luftmassenstrom im Flug durch das Stromlinienfeld aufgrund der Verdrängungs- und Richtungswirkung der Rumpfanordnung R zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Flugrichtung FR bewegt, und unter der lokalen Anströmung A dieses von der Flugrichtung FR richtungsverschiedenen Luftmassenstroms von Außenseite AS und Innenseites IS des zumindest einen Flügelabschnitt FA eine resultierende Luftkraft LK erzeugen kann, die von ihrer Wirkrichtung in Flugrichtung FR geneigt ist und die daher eine in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR enthält so, dass die in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf die Rumpfanordnung R entgegen ihrer Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt, wobei diese vortriebserzeugene Kraftkomponente VOR dadurch noch verstärkt wird, dass der zumindest eine Flügelabschnittes FA so angeordnet ist, dass die Innenseite IS des zumindest einen Flügelabschnittes FA zumindest anteilig in die Grenzschicht GS der Rumpfanordnung R eingetaucht ist.
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Ein zumindest abschnittsweise ausgeführter Ringflügel RF, der mit Abstand D zu einem Radom RO einer Rumpfanordnung R, dieses zumindest abschnittsweise umgebend, angeordnet ist und an dieser befestigt ist und in einem Bereich angeordnet ist, in dem sich der Luftmassenstrom im Flug durch das Stromlinienfeld aufgrund der Verdrängungs- und Richtungswirkung des Radoms RO der Rumpfanordnung R zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Flugrichtung FR bewegt, und dieser zumindest eine zumindest abschnittsweise ausgeführter Ringflügel RF unter der lokalen Anströmung A dieses von der Flugrichtung FR richtungsverschiedenen Luftmassenstroms eine resultierende Luftkraft LK erzeugen kann, die eine in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR umfasst so, dass die in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf die Rumpfanordnung R entgegen ihrer Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
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Ein zumindest abschnittsweise ausgeführter Ringflügel RF, der mit Abstand D zu einem Radom RO einer Rumpfanordnung R, dieses zumindest abschnittsweise umgebend, angeordnet ist und an diesem befestigt ist und in einem Bereich angeordnet ist, in dem sich der Luftmassenstrom im Flug durch das Stromlinienfeld aufgrund der Verdrängungs- und Richtungswirkung des Radoms RO der Rumpfanordnung R zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Flugrichtung FR bewegt, und dieser zumindest eine zumindest abschnittsweise ausgeführter Ringflügel RF unter der lokalen Anströmung A dieses von der Flugrichtung FR richtungsverschiedenen Luftmassenstroms eine resultierende Luftkraft LK erzeugen kann, die eine in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR enthält so, dass die in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf das Radom RO entgegen seiner Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
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Eine Rumpfanordnung R, zur bedarfsweisen Unterbringung von Nutzlast, diese mit einer Oberfläche O, welche die Rumpfanordnung R hin zum Fluid abgrenzt, wobei die Rumpfanordnung R im Flug unter Relativbewegung zum Fluid auf das Fluid eine Verdrängungswirkung ausübt und damit dem Fluid ein richtungsgebendes Stromlinienfeld mit lokal verschiedenen Richtungen aufprägt, wobei sich die Richtungen des Stromlinienfeldes wiederum an dem Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Rumpfanordnung R mit orientieren.
wobei:
in das Stromlinienfeld, das durch die Rumpfanordnung R auf das Fluid in der Umgebung der Rumpfanordnung R im Flug induziert wird, in einem ausgezeichneten Bereich, in dem zumindest die lokale Anströmung A, auch bedingt durch den Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Rumpfanordnung R, abschnittsweise richtungsverschieden zur Flugrichtung FR ist, mindestens ein Flügelabschnitt FA eingebracht ist und angeströmt wird, welcher
- • an der Rumpfanordnung R befestigt ist, und
- • eine Quererstreckung in Form einer Spannweite S aufweist, und
- • zumindest in Richtung seiner Spannweite S im Verlauf zumindest abschnittsweise dem Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Rumpfanordnung R nach entsprechend gekrümmt umgibt
- • über einen Großteil seiner Spannweite S ein Abstand A zur Oberfläche O der Rumpfanordnung R besteht so, dass er sowohl auf seiner Unterseite US - als auch auf seiner Oberseite OS vom Fluid im Flug umströmt werden kann so,
dass dieser Flügelabschnitt FA unter lokaler Anströmung A dieses von der Flugrichtung FR richtungsverschiedenen Luftmassenstroms, eine solche resultierende Luftkraft LK erzeugen kann, welche von ihrer Wirkrichtung in Flugrichtung FR geneigt ist und damit eine in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR enthält so, dass die in Flugrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf die Rumpfanordnung R entgegen ihrer Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
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Ein Luftfahrzeug AC mit mindestens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-8.
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Verwendung einer Rumpfanordnung R, Einrichtung oder eines Luftfahrzeuges AC nach wenigstens einem der Ansprüche 1-7.
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Erzeugung von Vortrieb VT durch zumindest eins die Rumpfanordnung R zumindest abschnittsweise umgebendes und an ihr angebundenen Flügelabschnittes FA durch Anströmung dieses mindestens einen Flügelabschnittes FA mit einer von der Flugrichtung FR richtungsverschiedenen Anströmung A durch das insbesondere von der Rumpfanordnung R induzierte richtungsgebendes Stromlinienfeld.
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Die vortriebswirksame Kraft kann durch ein Tragflächenabschnitt , platziert in der Anfangssektion der Rumpfanordnung mit ansteigender Kontur erzeugt werden, wobei die Saugseite des Tragflächenabschnittes in dieser bevorzugten Ausführungsform auf der, von der Rumpfanordnung abweisenden Außenseite des Tragflächenabschnittes zum Liegen kommt, und die resultierende Luftkraft damit vom Rumpf weg weist und dabei erfindungsgemäß so gerichtet ist, dass eine Kraftkomponente in Flugrichtung mit erzeugt wird.
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Diese Ausführungsform hat weitreichende Vorteile. Ein Profil erzeugt der Erfahrung nach die resultierende Luftkraft je nach Gestaltung grob durch 2/3 Sog auf seiner Unterdruckseite und 1/3 Druck auf der Überdruckseite. Ist die für die Wirkung maßgebliche Saugseite von der Rumpfanordnung abgewandt, so kann diese möglichst störungsfrei arbeiten und induziert keinen nennenswerten Unterdruck, der auf die Rumpfanordnung zum Beispiel im Heckbereich bei zusammenlaufender Kontur beispielsweise bremsend wirken würde. Dieser Effekt entfällt bei dieser Anordnungsmöglichkeit. Zum anderen kann das Thrustfoil dann so angeordnet werden, dass die Überdruckseite vorteilhaft zumindest zum Teil in der deutlich langsameren Grenzschicht der Rumpfanordnung mit zum Tragen kommt, und so durch eine weiter gesteigerte unterschiedliche Geschwindigkeit die Vortriebswirkung der Thrustfoils nennenswert gesteigert werden können. Des Weiteren arbeiten die Thrustfoils möglicherweise entsprechend der Analogie eines Bodeneffekts mit gesteigerter Wirkung. Die Oberfläche des Rumpfes mit seiner Kontur bildet in dieser Modellbetrachtung den „Boden“ aus, die Erzeugung der Luftkraft wäre in diesem Fall gesteigert.
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Erfindungsrelevant ist es dabei, dass die Rumpfanordnung mit ihrer Wirkung das Richtungsfeld in ihrer Umgebung verglichen zu den Thrustfoils dominiert, wobei diese ebenfalls eine Richtungswirkung auf die Strömung ausüben, diese aber markant deutlich geringer ausfällt. Dies ist in den meisten Fällen gegeben, da die Rumpfanordnung mit ihrem Volumen, ihrer Verdrängungswirkung und Größe deutlich größer ausfällt, als die abschnittsweise umgebenden Thrustfoils und somit die Rumpfanordnung das Strömungsfeld deutlich dominiert und den Thrustfoils die lokale Anströmung mit vorgibt.
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In einer anderen Ausführungsform kann die vortriebserzeugende Wirkung auch dadurch erreicht werden, dass ein Flügelabschnitt im hinteren Auslauf der Rumpfanordnung mit abfallender Kontur eine resultierend Luftkraft erzeugt, die zum Rumpf hin gerichtet ist. Hier ist die Saugseite dann auf der Innenseite des Tragflächenabschnittes platziert, die Unterdruckseite des Tragflächenabschnittes ist in diesem Fall dann der Rumpfanordnung zugewandt.
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Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Thrustfoils zusätzlich dazu benutzt werden können, im hinteren Bereich der Rumpfanordnung bei sich zusammenziehender Geometrie und Kontur, bei eigentlich unvorteilhaften positiver Druckgradienten, die Grenzschicht vorteilhaft zu beschleunigen. Auf diese Weise ist eine Widerstandsersparnis der Rumpfanordnung denkbar und eine vorzeitige Ablösung wird durch diese Maßnahmen vermieden.
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Die Tragflächenabschnitte können wegen ihrer vortriebserzeugenden Wirkung auch als Thrustfoils bezeichnet werden.
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Das Thrustfoil kann dabei in einer denkbaren Ausführungsform komplett als Ringflügel ausgeführt sein, der mindestens einen Längenabschnitt des Rumpfes erfindungsgemäß umgibt. Dabei ist es in einer bevorzugten Ausführungsform nicht zwingend notwendig, dass dieser Ringflügel kreisförmig oder kreisähnlich ausgeführt ist. Auch muss der Abstand zur Rumpfanordnung nicht immer derselbe sein, sondern kann mit der Spannweite des Thrustfoils variieren. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich die Umfangskräfte weitgehend aufheben und nur die Vortriebskraft in der Wirkung vorteilhaft verbleibt.
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Als weitere Möglichkeit kann das Thrustfoil auch ellipsenförmig oder ellipsenähnlich ausgeführt sein und um die Rumpfanordnung gewunden sein. Auf diese Weise ist zum einen eine stärkere vortriebserzeugende Wirkung durch mehr Spannweite möglich, auf der andern Seite können die Thrustfoils auf diese Weise gegenüber der Flugrichtung zugleich vorteilhaft gepfeilt werden, was bei einer höheren Fluggeschwindigkeit wichtig sein kann.
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Darüber hinaus kann der spannweitenseitige Verlauf des Thrustfoils auch variabel über den Rumpf hin verlaufen. Als Beispiel wäre eine blendenähnliche Umrandung der Cockpitsektion oder der Cockpitfenster möglich, denn diese Bereiche weisen erfahrungsgemäß eine große Neigung zur Flugrichtung auf, wobei ja die Thrustfoils in diesen Bereichen besonders gut wirken.
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So können beispielweise die Thrustfoils auch im Verlauf Knicke aufweisen, die Vorder- und auch Hinterkante kann geschwungen, gepfeilt oder gewunden über die Rumpfsektion geführt werden. Als weitere Möglichkeit könnten die Thrustfoils zumindest abschnittsweise als Spirale über den Rumpf geführt werden. Die könnte besonders im kegelähnlichen Auslauf der Rumpfanordnung von Vorteil sein.
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Generell ist es aber so, dass die Thrustfoils in einer weiteren Ausführungsform auch nur abschnittsweise ausgeführt werden können. Dann müssen sie nicht vollständig geschlossen ringähnlich oder auch nur halbringähnlich geschlossen ausgeführt sein, sondern können vielmehr als ringähnliche Abschnitte beliebiger Geometrie bestimmte ausgezeichnete Konturenbereiche der Rumpfanordnung umgeben.
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Somit können auch Bereiche der Rumpfanordnung ausgespart werden, die nicht geeignet sind, weil die Zugänglichkeit wichtig ist für die Bodenabfertigung, die Wartung, für Bodenfahrzeuge zur Sicherheit (z.B. für die Bodenfreiheit, Notrutschen etc.).
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In weiteren Ausführungsformen sind auch Matrixanordnungen von Thrustfoils über den Rumpf hin denkbar, wobei Thrustfoils gestaffelt hintereinander angebracht werden können und sich gegenseitig anströmen, bzw. sich vorteilhaft eine gedrehte Anströmung durch ihrer Staffelung in Strömungsrichtung hintereinander weitergeben. Dies kann sich zudem auch auftriebserhöhend auf das Luftahrzeug auswirken, da die Zirkulation gesteigert wird.
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Generell kann das Thrustfoil in einer weiteren Ausführungsform auch generell bedarfsweise mit einem Propeller kombiniert werden, indem vorzugsweise die Unterdruckseite des Tragflächenabschnittes mit ihrer schon vergleichsweisen größeren Geschwindigkeit zusätzlich vom Propeller noch einmal mehr beschleunigt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Teile der Tragflächenabschnitte mit Maßnahmen zur Verhinderung von Eisansatz ausgeführt. Dies bietet sich besonders an der Flügelvorderkante der Tragflächenabschnitte an. Diese können beispielsweise selektiv bedarfsweise beheizbar sein oder auch abschnittsweise ein aufblasbares Element enthalten, dass durch Volumenänderung das bedarfsweise „Absprengen“ von Eis ermöglicht. Auch eine Enteisung durch Austritt von warmer Luft oder eishemmender Flüssigkeiten über eine perforierte Oberfläche ist möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform weist wenigstens ein Tragflächenabschnitt eine über seine Spannweite variable Parameter bezüglich mindestens einer der beispielhaft genannten Kriterien auf, die die Erzeugung der Strömungskraft beeinflußt: Einstellwinkel zu einer Referenzrichtung, aerodynamische Profilierung, Tiefe, Profildicke, Wölbung, Pfeilung, aerodynamische und geometrische Schränkung. Auf diese Weise kann der Tragflächenabschnitt bzw. ein mindestens abschnittsweise ausgeführter Ringflügel optimal auf die darunterliegende Oberflächenkontur der Rumpfanordnung angepasst werden.
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Somit können in einer weiteren Ausführungsform ein oder mehrere dieser beispielhaft genannten Parameter hinsichtlich der örtlichen Geometrie der Oberflächenkontur der Rumpfanordnung optimiert ausgestaltet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann sich der Verlauf (z.B. in Spannweite, Pfeilung, Geschwungenheit von Vorder- oder Hinterkante, Wölbung oder eines der vorgangs genannten Parameter) wenigstens eines Tragflächenabschnittes an der örtlich abschnittsweisen Krümmung der Oberflächenkontur der Rumpfanordnung richten. Beispielsweise kann der Verlauf wenigstens eines Tragflächenabschnittes so organisiert sein, dass dieser der größten Oberflächenkrümmung der Rumpfanordnung folgt. Auch kann sich die geometrische und/ oder aerodynamische Schränkung des Thrustfoils sich nach der Kontur und Neigung der Oberfläche der Rumpfanordnung richten.
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Ein weiteres zusätzliches erfindungsrelevantes Merkmal kann sein, dass sich die Erstreckung der Spannweite eines repräsentativen Flügelabschnittes eher parallel zur Kontur der Oberfläche der Rumpfanordnung R verläuft als radial gesehen von ihr weg nach außen, wie das z.B. abweichend bei Flugzeugantennen der Fall ist.
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Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die Vorderkante und/oder die Hinterkante wenigstens eines Tragflächenabschnittes gepfeilt, wechselhaft gepfeilt, geschwungen, oder gezackt ausgeführt sein. Dies kann einem günstigerem Strömungswiderstand, Wellenwiderstand oder einer geringeren Lärmentwicklung dienen, sowie Eisansatz vermeiden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die beschriebenen Tragflächenabschnitte im Strömungsbereich der Nase angeordnet und zum Beispiel im Bereich des Radoms wirksam. Im Falle eines Radoms können diese Tragflügelabschnitte an diesem wenigstens zum Teil oder gar vollständig angebracht sein. Auf diese Weise wird im Flug der Staudruck des Radoms zumindest anteilig durch die Vortriebskraft der Thrustfoils kompensiert. Ein hinsichtlich seiner Befestigung am Rumpf im besten Fall kraftneutrales Radom wäre auf diese Weise vorstellbar. Die Thrustfoils können auch mit dem Radom zusammen vom Flugzeug selektiv abnehmbar gestaltet sein. Auf dieser Weise wird auch ein Retrofit bestehender und älterer Flugzeuge möglich, um deren Effizienz vorteilhaft zu steigern.
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Die Thrustfoils können beispielsweise generell so ausgelegt sein, dass sie im Unterschallbereich, im transsonischen Bereich oder im Überschallbereich arbeiten.
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Unter Luftfahrzeugen sind in dieser Anmeldung alle Fahrzeuge zu verstehen, die sich zumindest abschnittsweise im Fluid Luft in der Atmosphäre bewegen z.B. (Aufzählung nicht einschränkend) Flugzeuge, Ultraleichtflugzeuge, Segelflugzeuge, Motorsegler, Transportflugzeuge, Düsenjäger, Drohnen, Hubschrauber, Multikopter, Raketen und Zeppeline.
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Die Beschreibung wird noch ergänzt ...
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Weitere Zeichnungen folgen...
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen folgt ...
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Ausführliche Beschreibungen der Zeichnungen folgt...
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Bezugszeichenliste folgt ...
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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