-
Die Erfindung betrifft einen Transsonischer Flügel für ein Flugobjekt mit einem Flügelhauptkörper, einem sich an den Flügelhauptkörper anschließenden und sich in Richtung einer im Bereich einer Flügelhinterkante verschwenkbaren Klappe hin erstreckenden Spoiler, der zumindest abschnittsweise einen elastisch verformbaren Beulbereich zur Ausbildung einer Beule, insbesondere einer Stoßkontrollbeule, hat, und mindestens einen Beulaktuator, der mit dem Spoiler zur bedarfsweisen Ausbildung der Beule in dem elastisch verformbaren Beulbereich derart zusammenwirkt, dass der elastisch verformbare Beulbereich von einem ersten Betriebszustand ohne Beule in einen zweiten Betriebszustand mit Beule überführbar ist.
-
Flugzeuge, die in einem transsonischen Geschwindigkeitsbereich fliegen, fliegen mit einer hohen Unterschallgeschwindigkeit. Bei solchen Geschwindigkeiten im hohen Unterschallbereich bilden sich Überschallgebiete an den aerodynamisch umströmten Flügeln des Flugzeuges aus. Diese Überschallgebiete führen in Strömungsrichtung zu einem transsonischen Stoß (auch Verdichtungsstoß genannt), der zum Wellenwiderstand der aerodynamischen Flächen und damit zum Gesamtströmungswiderstand des Flugzeugs beiträgt.
-
Um die Widerstandserhöhung durch einen Verdichtungsstoß abzumildern ist es bekannt, an denjenigen Bereichen, an denen ein solcher transsonischer Stoß bei hoher Unterschallgeschwindigkeit zu erwarten ist, eine Stoßkontrollbeule in den Flügeln vorzusehen, um so den transsonischen Stoß abzuschwächen und folglich den Widerstand zu verringern. Solche Stoßkontrollbeulen werden auch als Shock Control Bump (SCB) bezeichnet. Darüber hinaus kann sich eine SCB auch positiv auf das sogenannte Buffet-Phänomen auswirken, welches ebenfalls durch den Verdichtungsstoß resultieren kann. Mittels einer SCB kann der Beginn des Buffets zu höheren Anstellwinkeln hin verzögert werden, was es dem Flugzeug ermöglicht. Somit kann ein Flugzeug näher an der Buffet-Grenze fliegen, wenn im Falle des Auftretens von Buffet die SCB ausfahren kann, um aus dieser ungünstigen Strömungssituation herauszukommen.
-
Bei Anströmgeschwindigkeit deutlich unterhalb der Schallgeschwindigkeit, bei denen sich keine Überschallgebiete ausbilden, ist eine solche Stoßkontrollbeule jedoch unerwünscht, da diese eine unerwünschte Erhöhung des Gesamtwiderstandes verursacht. Eine solche Stoßkontrollbeule ist demnach nur dann sinnvoll, wenn es bei entsprechenden hohen Unterschallgeschwindigkeiten zur Vermeidung von Verdichtungsstößen und somit zur Reduktion des Gesamtströmungswiderstandes kommt und/oder der Buffet-Beginn verzögert werden kann.
-
Es ist daher bekannt, solche Stoßkontrollbeulen derart in der aerodynamischen Oberfläche eines Flügels vorzusehen, dass die Stoßkontrollbeule bedarfsweise eingefahren und ausgefahren werden kann. Das bedeutet, dass der Flügel von einem ersten Betriebszustand, in der die Stoßkontrollbeule nicht in der äußeren Kontur der Oberfläche vorhanden ist, in einen zweiten Betriebszustand überführt werden kann, bei dem die Stoßkontrollbeule in der äußeren Kontur der Oberfläche vorhanden ist und einen entsprechenden Verdichtungsstoß vermeiden kann und/oder Buffet verzögern kann.
-
Aus der
DE 10 2020 116 350 A1 ist beispielsweise ein Spoiler eines transsonischen Flügels bekannt, bei dem die Stoßkontrollbeule über einen innenliegenden Aktuator ausgefahren werden kann. Hierzu wird ein Teil der äußeren Oberfläche des Spoilers beim Ausfahren der Stoßkontrollbeule verformt, wodurch eine entsprechende Beule innerhalb der Oberflächenkontur des Spoilers entsteht.
-
Aus T. Bein et al.: „An adaptive spoiler to control the transonic shock", Smart mater. Struct. 9 (2000) S. 141 - 148 ist ebenfalls ein adaptiver Spoiler zur Bildung einer Stoßkontrollbeule bekannt, dessen flexibler Außenhaut gegenüber einer lasttragenden Struktur mit mehreren dazwischen hintereinander angeordneten Aktuatoren verformbar ist. Die Aktuatoren umfassen jeweils ein B-förmiges Element, das bei Beaufschlagung mit einem Innendruck oder bei Erwärmung über eine Übergangstemperatur einer das Element teilweise ausbildenden Formgedächtnislegierung eine Verformung der Außenhaut bewirkt.
-
Aus L. F. Campanile et al: The „Fish-mouth" Actuator: Design Issues and Test Results, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 15 - September/October 2004, S. 711-719, ist ein transsonischer Flügel mit vor seiner Flügelhinterkante unterhalb einer flexiblen Außenhaut hintereinander angeordneten sogenannten Fischmaul-Aktuatoren bekannt. Jeder der Fischmaul-Aktuatoren kann betätigt werden, um den an ihm anliegenden Bereich der Außenhaut anzuheben. Die Fischmaul-Aktuatoren weisen jeweils eine im Querschnitt flach ovale oder fischmaulförm ige elastische Struktur auf, zwischen deren maximal beabstandeten Punkten ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung gespannt ist. Wenn dieser Draht über die Übergangstemperatur der Formgedächtnislegierung erwärmt wird, zieht er sich zwischen den Schmalseiten der elastischen Anordnung zusammen und drückt damit ihre Längsseiten auseinander.
-
Aus M. Kintscher et al: Generation of a Shock Control Bump by Pressurized Chambers, ICAST 2015: 26th International Conference on Adaptive Structures and Technologies, October 14-16, 2015, Kobe, Japan, ist ein Spoiler für einen transsonischen Flügel mit mehreren hintereinander liegenden Druckkammern bekannt. Durch Beaufschlagung der Druckkammern mit einem Innendruck bildet sich über ihnen eine Shock Control Bump (SCB) aus, dessen Höhe und Lage durch die Druckverteilung in den Druckkammern steuerbar ist.
-
Aus L. Hao etal: Numerical analysis on shape memory alloy-based adaptive shock control bump, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2018, Vol. 29(15), S. 3055-3066, ist es zur vorübergehenden Ausbildung einer Shock Control Bump (SCB) an einer Flügeloberfläche bekannt, dort eine vierseitig eingespannte Platte aus einer Formgedächtnislegierung vorzusehen, die beim Erwärmen bis über ihre Übergangstemperatur von einer flachen Form in die Beulenform der Shock Control Bump (SCB) übergeht.
-
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten transsonischen Flügel mit einer adaptiven Stoßkontrollbeule in einem Spoiler des Flügels anzugeben.
-
Die Aufgabe wird mit dem transsonischen Flügel gemäß Anspruch 1 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
-
Gemäß Anspruch 1 wird ein transsonischer Flügel der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der einen sich vom Flügelhauptkörper hin zu einer Klappe (beispielsweise Landeklappe) erstreckenden Spoiler hat, der einen elastisch verformbaren Beulbereich aufweist, um eine Beule bedarfsweise auszuformen. Hierfür steht der elastisch verformbare Beulbereich mit einem Beulaktuator in Wirkverbindung, der den elastisch verformbaren Beulbereich von einem ersten Betriebszustand ohne Beule in einen zweiten Betriebszustand mit Beule überführen kann. Selbstverständlich ist es hierbei ebenfalls möglich, dass auch eine Überführen von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand durch den Beulaktuator möglich ist.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der mindestens eine Beulaktuator ein flächiger Aktuator ist, der in den elastisch verformbaren Beulbereich integriert oder an einer einem Innenraum des Flügels zugewandten Innenseite des elastisch verformbaren Beulbereich flächig verklebt ist.
-
Die Erfinder haben hierbei erkannt, dass sich ein flächiger Aktuator in den elastisch verformbaren Beulbereich derart integrieren lässt, dass eine Beule beim Aktivieren oder Deaktivieren des Aktuators erzeugt werden kann. Es wurde außerdem erkannt, dass eine solche flächiger Aktuator an der Innenseite des elastisch verformbaren Beulbereiches, die dem Innenraum des Flügels zugewandt ist, flächig bzw. vollflächig verklebt werden kann, um eine entsprechende Beule beim Aktivieren oder Deaktivieren des Aktuators zu erzeugen. Darüber hinaus wurde erkannt, dass auch eine flächige Integration des Beulaktuators in die elastisch verformbare Spoilerstruktur / Spoilerhaut denkbar ist, um eine Beulenformung in diesem Bereich zu realisieren.
-
Wird der flächige Aktuator an der Innenseite des elastisch verformbaren Beulbereiches flächig verklebt, hat dies den Vorteil, dass eine Wartung bzw. ein Austausch eines solchen Aktuators sehr einfach und problemlos möglich sind. Ein Vorteil eines in die Struktur des elastisch verformbaren Beulbereiches integrierten Aktuators wird darin gesehen, dass er eine höhere thermische Isolation aufweist, was besonders vorteilhaft ist bei Aktuatoren, die auf einer Verformung mithilfe einer Formgedächtnislegierung basieren.
-
Mithilfe der vorliegenden Erfindung wird es möglich, durch das Integrieren bzw. vollflächigen Verklebens eines flächigen Aktuators im Bereich eines elastisch verformbaren Beulbereiches durch nur einen einzigen Aktuator eine Beule im Spoiler zu erzeugen, sodass der mechanische Aufwand deutlich verringert werden kann.
-
Dabei ist es vom Kerngedanken der vorliegenden Erfindung umfasst, dass eine Hinterkante des Spoilers in jedem der Betriebszustände immer in Richtung der Klappe gedrückt wird bzw. in diese Richtung über eine Kraft ausgeübt wird, sodass der an sich elastische Spoiler aufgrund der aerodynamischen Saugkräfte nicht von der Klappe abhebt. Dies kann durch eine entsprechende Aktivierung des Beulaktuators unterstützt werden. Mithilfe des Beulaktuators wird somit eine Beule innerhalb der Strömungsoberfläche erzeugt, die dazu geeignet ist, den Luftwiderstand zu erhöhen.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spoiler ausgebildet ist, in dem elastisch verformbaren Beulbereich eine Stoßkontrollbeule auszubilden, wenn der elastisch verformbare Beulbereich in den wenigstens einen zweiten Betriebszustand mit Stoßkontrollbeule überführt ist.
-
Demgemäß handelt es sich bei der durch den elastisch verformbaren Beulbereich ausformbaren Beule um eine Stoßkontrollbeule (SCB).
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spoiler ausgebildet ist, in dem elastisch verformbaren Beulbereich eine Luftbremsbeule auszubilden, wenn der elastisch verformbare Beulbereich in den wenigstens einen zweiten Betriebszustand mit Luftbremsbeule überführt ist. Durch die Beule, die sich im zweiten Betriebszustand ausbildet, wird somit eine mechanische Luftbremse realisiert.
-
Der flächig verklebte Aktuator kann dabei die Funktion der Versteifung des elastisch verformbaren Beulbereiches einnehmen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn bspw. die Beule aufgrund der Vorbiegung des Spoilers ausgebildet wird und der elastisch verformbare Beulbereich beim Ausfahren des Spoilers in die Luftbremsekonfiguration zu stark durch die aerodynamischen Lasten verbogen werden würde. Durch ein Aktivieren des flächig verklebten Aktuators zur Versteifung und somit einer Versteifung des elastischen Beulbereiches kann einem zu starken Durchbiegen des Spoilers entgegengewirkt werden.
-
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass dieser „Versteifungsaktuator“ den elastischen Beulbereich nicht nur versteift, sondern die Spoilerhinterkante sogar entgegen der Luftströmung biegt, um eine Luftbremse zu realisieren.
-
Es ist denkbar, dass derselbe Aktuator sowohl für die Beulenformung zur Stoßkontrollbeule als auch für die Versteifung zur Luftbremse eingesetzt werden kann. Bspw. können Piezo-Aktuatoren je nach angelegter elektrischer Spannung in unterschiedliche Richtungen aktuiert werden. Auch ist eine Kombination aus unterschiedlich agierenden Aktuatoren im elastisch verformbaren Beulbereich denkbar, sodass je nach Auswahl der zu aktivierenden Aktuatoren entweder eine Beule geformt, verschoben oder erhöht werden kann, oder der Bereich versteift oder entgegen der Strömung gebogen werden kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Beulaktuator mindestens ein flächiges Element aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) aufweist, die von einem nicht-aktivierten in einen aktivierten Zustand überführbar ist.
-
Je nach Anordnung und Einrichtung des flächigen Elementes aus der Formgedächtnislegierung kann bei einer Überführung von dem nicht-aktivierten Zustand in den aktivierten Zustand erreicht werden, dass der elastisch verformbare Beulbereich von dem ersten Betriebszustand ohne Beule in den zweiten Betriebszustand mit Beule überführt wird und somit die Beule an der Außenseite des transsonischen Flügels ausbildet. Denkbar ist aber auch, dass bei einer Überführung von dem nicht-aktivierten Zustand in den aktivierten Zustand von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand gewechselt wird und somit die Beule eingefahren ist und nicht existiert.
-
Das flächige Element aus der Formgedächtnislegierung bildet dabei eine Art Kraftelement, dass je nach Zustand (nicht-aktiviert oder aktiviert) eine Kraft auf den elastisch verformbaren Beulbereich ausübt, um den ersten Betriebszustand oder den zweiten Betriebszustand einzuführen und über einen gewissen Zeitraum zu halten. Bei einer Formgedächtnislegierung kann dies beispielsweise dadurch geschehen, dass das flächige Element bei Aktivierung eine Längenänderung durchführt, die eine Kraft auf den elastisch verformbaren Beulbereich ausübt, die dann zur Ausbildung einer Beule führt.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Beulaktuator mindestens eines der folgenden flächigen Elemente aufweist:
- - ein oder mehrere Drähte aus einer Formgedächtnislegierung,
- - ein oder mehrere Gitter aus einer Formgedächtnislegierung,
- - ein oder mehrere Folien aus einer Formgedächtnislegierung,
- - ein oder mehrere Platten aus einer Formgedächtnislegierung.
-
Das mindestens eine flächige Element aufweisend mindestens einen Draht, mindestens eine Gitter, mindestens eine Folie und/oder mindestens eine Platte aus einer Formgedächtnislegierung kann dabei in einen elastischen Stützkörper eingebettet sein, der beispielsweise aus einem EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) Material gebildet sein kann. Es sind aber auch andere elastische Materialien als Stützkörper denkbar, wie beispielsweise Silikon oder Gummi.
-
Es ist denkbar, dass in dem elastisch verformbaren Beulbereich unterschiedlich lange FGL-Elemente vorgesehen sind, die bei gleicher aufgeprägter Dehnung eine Beule mit unterschiedlichen Höhen erzeugen, was für bestimmte Anwendungen Vorteile bringen kann. Es ist allerdings auch denkbar, dass jeweils gleichlange FGL-Elemente verwendet werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Formgedächtnislegierung thermisch aktivierbar ist. Das thermische Aktivieren der Formgedächtnislegierung kann beispielsweise durch entsprechende temperiert Elemente erfolgen, die mit der Formgedächtnislegierung in Wirkverbindung stehen. Dies kann beispielsweise eine Heizmatte sein, die entsprechend durch eine Steuereinrichtung angesteuert wird und einen entsprechenden Wärmeeintrag in das flächige Element aus der Formgedächtnislegierung erzeugt. Es sind aber auch weitere Heizvarienten denkbar, wie das direkte Erwärmen mittels eines elektrischen Stroms (Joule'scher Wärme) oder dem induktiven Heizen z. B. mittels Spulen.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Beulaktuator derart ausgebildet ist, dass die Formgedächtnislegierung nicht aktiviert ist, wenn der elastisch verformbare Beulbereich sich im ersten Betriebszustand befindet und dass die Formgedächtnislegierung aktiviert ist, wenn der elastisch verformbare Beulbereich sich im zweiten Betriebszustand befindet.
-
In diesem Fall ist es denkbar, dass bei Aktivierung der Formgedächtnislegierung diese eine Längenverkürzung ausführt, wodurch die Länge des flächigen Elementes kürzer wird. Aufgrund der Tatsache, dass das flächige Element aus der Formgedächtnislegierung mit dem elastisch verformbaren Beulbereich vollflächig verklebt ist bzw. in diesem Bereich integriert ist, wird die Verkürzung als Kraft auf den elastisch verformbaren Beulbereich übertragen und führt dabei zu einer Verformung des elastisch verformbaren Beulbereiches in dergestalt, dass sich die Beule ausbildet.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich der Spoiler bis zur Klappe erstreckt und an dieser aufliegt, wenn sich der elastisch verformbare Beulbereich in dem ersten Betriebszustand ohne Beule befindet und in den zweiten Betriebszustand überführt wird.
-
Der Spoiler liegt dabei sowohl dem ersten Betriebszustand ohne Beule als auch im zweiten Betriebszustand mit Beule auf der Klappe an der Flügelhinterkante auf und wird gegebenenfalls mit einer gewissen Kraft auf diese gedrückt, sodass eine geschlossene äußere Strömungsoberfläche von dem Flügelhauptkörper bis zu der Hinterkante der Klappe gebildet wird. Wird die Beule ausgefahren, so wird der hintere Bereich des Spoilers in Richtung Klappe gedrückt und erhöht somit die Anpresskraft.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Beulaktuator mindestens ein mit einer Spannungsquelle verbundenes oder verbindbares flächiges piezoelektrisches Element aufweist.
-
Wird das flächige piezoelektrisches Element beispielsweise mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, so verformt es sich, sodass eine Kraft auf den elastisch verformbaren Beulbereich ausgeübt wird, der sich dann gemäß der Verformung des piezoelektrischen Elementes verformt und so die Beule ausbildet.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Flügel wenigstens einen Spoileraktuator hat, der mit einem Ende an dem Flügelhauptkörper und mit dem gegenüberliegenden anderen Ende an dem Spoiler befestigt ist.
-
In diesem Fall ist der Spoiler hinsichtlich seines Querschnittes flexibel ausgebildet, wodurch durch den Spoileraktuator zusätzlich zu dem Beulaktuator eine Verformung des Spoilers erfolgen kann. Hierdurch kann sehr gezielt die gewünschte Form der Beule erzeugt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spoileraktuator mit dem gegenüberliegenden anderen Ende außerhalb des elastisch verformbaren Beulbereiches an dem Spoiler befestigt ist.
-
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaften Erläuterung des zeigen:
- 1 schematische Darstellung eines Querschnitts eines transsonischen Flügels in einer ersten Ausführungsform;
- 2 schematische Darstellung eines Querschnitts eines transsonischen Flügels in einer zweiten Ausführungsform;
- 3 schematische Darstellung eines Querschnitts eines transsonischen Flügels in einer dritten Ausführungsform;
- 4 schematische Darstellung eines Querschnitts eines transsonischen Flügels in einer vierten Ausführungsform;
- 5 schematische Darstellung einer Luftbremse als Ausführungsbeispiel.
-
1 zeigt in einer schematisch vereinfachten Darstellung einen transsonischen Flügel 10, der einen Flügelhauptkörper 11, einen Spoiler 12 sowie eine Klappe 13 hat. Der Flügelhauptkörper 11 ist dabei hinsichtlich seines Querschnittes formstabil und insbesondere nicht flexibel ausgebildet. Der Spoiler 12 hingegen ist aus einem flexiblen Material und ist durch eine entsprechende Kraftaufbringung verformbar. Die Klappe 13 ist schwenkbar gelagert, um sie beispielsweise als Landeklappe zu nutzen.
-
Der Spoiler 12 ist dabei an zwei Stellen mit innenliegenden Versteifungselementen 14a, 14b versehen, um den Spoiler 12 lokal an bestimmten Stellen eine Formstabilität zu verleihen. Hierdurch wird erreicht, dass der Spoiler 12 nur an vorgegebenen Positionen verformbar wird.
-
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist dabei eine Spoileraktuator 15 vorgesehen, der mit dem einen Ende an dem Flügelhauptkörper 11 an einer innenliegenden Struktur befestigt ist und mit dem anderen Ende an einen Befestigungselement des Spoilers 12 befestigt ist. Der Spoileraktuator 15 ist dabei als Linearaktuator ausgebildet und verursacht durch eine Längenänderung ein Ausfahren sowie eine Verformung des Spoilers 12.
-
Da der Spoiler 12 eine Vorspannung in Richtung der Klappe 13 aufweist, führt eine Längenänderung des Spoileraktuator 15 zu einem entsprechenden Durchbiegen des Spoilers 12 in einem Biegebereich 18 zwischen dem ersten und zweiten Versteifungselement 14a, 14b.
-
Hinter dem zweiten Versteifungselement 14b befindet sich ein flächiger Beulaktuator 16, der an einer Innenseite des Spoilers flächig verklebt ist. Wird der Beulaktuator 16 aktiviert, so wird eine Kraft auf den dafür vorgesehenen elastisch verformbaren Beulbereich 17 ausgeübt, wodurch eine entsprechende Verformung des Spoilers in diesem Bereich resultiert.
-
Im Ausführungsbeispiel der 1 mit dem Spoileraktuator 15 können dabei insgesamt drei Betriebszustände realisiert werden. Im ersten Betriebszustand B1 ist der Spoileraktuator 15 nicht ausgefahren und der Beulaktuator 16 nicht aktiviert. Es bildet sich somit keinen Stoßkontrollbeule im Spoiler 12 aus und der Spoiler 12 ist nicht verformt.
-
Ist der Spoileraktuator 15 ausgefahren und der Beulaktuator 16 aktiviert, so liegt ein zweiter Betriebszustand B2 vor, bei denen der Spoiler 12 im hinteren Bereich eine Beule ausbildet, mit der ein transsonischer Stoß beeinflusst werden kann. Die Beule wird dabei in dem elastisch verformbaren Beulbereich 17 durch den Beulaktuator 16 gebildet, während in diesem Betriebszustand der zuvor genannten Biegebereich 18 weitgehend unberührt ist und sich im Wesentlichen kaum verformt hat.
-
Ist der Spoileraktuator 15 ausgefahren, der Beulaktuator 16 jedoch nicht aktiviert, so liegt ein weiterer, dritter Betriebszustand B3 vor, bei dem lediglich eine Verformung im Biegebereich 18 aufgrund der Vorbiegung der Spoilerstruktur zwischen den beiden Versteifungselementen 14a, 14b erfolgt, nicht jedoch eine Verformung im hinteren Bereich hinter dem zweiten Versteifungselement 14b. Hierdurch entsteht eine abgeflachte, in Richtung Klappe 13 verlaufende Spoilerkante.
-
Durch das hintere Versteifungselement 14b sowie einer Vorspannung in Richtung Klappe 13 wird erreicht, dass der Spoiler 12 insbesondere im dritten Betriebszustand B3, aber auch im zweiten Betriebszustand B2, in Richtung Klappe 13 gedrückt wird und sich nicht von der Klappe 13 in den jeweiligen Betriebszuständen löst.
-
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das hintere Versteifungselement 14b weggelassen wurde. Durch die Vorspannung in Richtung der Klappe 13 wird dabei sowohl im zweiten Betriebszustand B2 als auch im dritten Betriebszustand B3 erreicht, dass die hintere Kante des Spoilers 12 auf der Klappe 13 aufliegt.
-
Wird ohne Vorspannung gearbeitet, so erfolgt im zweiten Betriebszustand B2 der Andruck des Spoilers 12 auf die Klappe 13 hingegen nur aufgrund des aktivierten Beulaktuators 16. Ein dritter Betriebszustand, bei dem der Beulaktuator 16 nicht aktiviert ist, würde dann dazu führen, dass der Spoiler von der Klappe 13 abhebt und diese nicht mehr berührt.
-
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im Gegensatz zur 1 ebenfalls das hintere Versteifungselement 14b weggelassen wurde und dafür der Beulaktuator 16 bis an das Ende des vorderen Versteifungselementes 14a herangezogen wurde. In dieser Ausführungsform kann sowohl mit als auch ohne Vorspannung gearbeitet werden. Der Beulaktuator 16 erzeugt dabei auch in dem zuvor genannten Biegebereich 18 eine entsprechende Verformung, wodurch der gesamte Spoiler 12 in Richtung Klappe 13 gedrückt wird.
-
Dabei ist denkbar, dass der Beulaktuator 16 hierbei mehrere Kraftelemente aufweist, die separat angesteuert werden können, um so eine individualgeformte Beule zur Stoßkontrolle ausbilden zu können, welche nicht nur in der Beulhöhe, sondern auch in der Position des Beulenscheitelpunktes variiert werden kann. Damit kann mittels des Beulaktuators eine höhere Beule erreicht werden, als dies mit der reinen Vorspannung der Fall ist.
-
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, dem der Beulaktuator 16 zwischen dem ersten und zweiten Versteifungselement 14a, 14b angeordnet ist, wobei das hintere Versteifungselement 14b bis an die Hinterkante des Spoilers 12 gezogen ist.
-
Bei dieser Ausführungsform wird der Beulaktuator 16 genutzt, die benötigte Spannung im elastisch verformbaren Beulbereich zu erzeugen, um die Spoilerhinterkante bei ausgefahrener Beule immer noch entgegen der aerodynamischen Saugkräfte auf die Klappe 13 zudrücken, wenn auch der Spoileraktuator 15 aktiviert und ausgefahren ist.
-
Ohne die Aktivierung des Beulaktuators 16 würde bei einer Aktivierung des Spoileraktuator 15 die Spoilerhinterkante von der Klappe 13 abheben, was durch den Beulaktuator 16 verhindert und somit die Stoßkontrollbeule ausgebildet wird.
-
Je nach Ausführung des Spoilers 12 kann auf das hintere Versteifungselement 14b verzichtet werden, wenn die notwendige Stabilität allein durch den Spoiler 12 an der Hinterkante erreicht werden kann.
-
Dies kann auch dafür genutzt werden, um die Höhe der entstandenen Stoßkontrollbeule zu vergrößern, da bei sehr hohen Beulen die Vorspannung des Spoilers nicht ausreichen wird, um die Spoilerhinterkante weiterhin gegen die aerodynamischen Saukräfte auf die Klappe 13 zudrücken. Mithilfe des Beulaktuators 16 kann dabei diese Vorspannung unterstützt werden, sodass eine größere Höhe der Stoßkontrollbeule erreicht werden kann.
-
Der Beulaktuator 16 kann dabei beispielsweise aus einer Formgedächtnislegierung als Kraftelemente oder aus Piezo-Aktuatoren bestehen. Formgedächtnislegierung können beispielsweise gedehnt werden und nehmen bei Erwärmung wieder ihre ursprüngliche bzw. aufgeprägte Form an. Dabei können sie insbesondere bei einer Streckung entlang der Längsachse vergleichsweise sehr große Kräfte entwickeln, die dafür genutzt werden können, den Spoiler innerhalb des elastisch verformbaren Beulbereiches 17 zu verformen.
-
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Spoiler 12 mithilfe des elastisch verformbaren Beulbereiches und dem Beulaktuator 16 dazu vorgesehen ist, Luftlasten 19 standzuhalten. Damit kann der Spoiler 12 zusammen mit dem Beulaktuator 16 eine Art Luftbremse bildet.
-
Im oberen Bild der 5 ist gezeigt, dass der Spoiler 12 durch Ausfahren des Spoileraktuator 15 von der Spoilerhinterkante abgehoben ist. Da jedoch der elastisch verformbare Beulbereich durch Nicht-Aktivierung des Beulaktuators 16 biegeschlaff ist, führen die auf den Spoiler 12 ausgeübten Luftlasten zu einer Verformung des Spoilers im elastisch verformbaren Beulbereich.
-
Im unteren Bild der 5 wird dann durch Aktivierung des Beulaktuators 16 der elastisch verformbare Beulbereich von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt, sodass der Beulbereich versteift wird, wodurch der elastisch verformbare Beulbereich sowie ein Teil des Spoiler selbst auch der Durchbiegung durch die Luftlasten entgegenwirkt und somit eine Beule in der Strömungsoberfläche ausbildet. Der gesamte Spoiler 12 wird nun derart versteift, dass er in Art einer Luftbremse fungieren kann.
-
Dabei ist denkbar, dass im Normalzustand der Beulaktuator 16 aktiviert ist, wodurch das Ende des Spoilers 12 an die Klappe gedrückt wird. Wird der Spoileraktuator 15 ausgefahren, so wird der Beulaktuator 16 deaktiviert, sodass der elastisch verformbare Beulbereich nicht mehr gebogen ist und der Spoiler in seine ursprüngliche gerade Form zurückkehrt. Alternativ ist aber auch denkbar, dass im Normalzustand der Beulaktuator 16 nicht aktiviert ist und erst beim Ausfahren des Spoileraktuator 15 durch Aktivierung des Beulaktuators 16 eine Versteifung erreicht wird. Demnach können beide Ausführungsformen zu dem gewünschten Ergebnis führen, entweder durch aktive Versteifung des Bereiches oder durch aktive Durchbiegung mittels des Beulaktuators 16.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- transsonischer Flügel
- 11
- Flügelhauptkörper
- 12
- Spoiler
- 13
- Klappe
- 14a
- vorderes Versteifungselement
- 14b
- hinteres Versteifungselement
- 15
- Spoileraktuator
- 16
- Beulaktuator
- 17
- elastisch verformbare Beulbereich
- 18
- Biegebereich
- 19
- Luftlasten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102020116350 A1 [0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- T. Bein et al.: „An adaptive spoiler to control the transonic shock“, Smart mater. Struct. 9 (2000) S. 141 - 148 [0007]
- L. F. Campanile et al: The „Fish-mouth“ Actuator: Design Issues and Test Results, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 15 - September/October 2004, S. 711-719 [0008]
- M. Kintscher et al: Generation of a Shock Control Bump by Pressurized Chambers, ICAST 2015: 26th International Conference on Adaptive Structures and Technologies, October 14-16, 2015, Kobe, Japan [0009]
- L. Hao etal: Numerical analysis on shape memory alloy-based adaptive shock control bump, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2018, Vol. 29(15), S. 3055-3066 [0010]
