DE19732953C1

DE19732953C1 - Tragflügel mit Landeklappe

Info

Publication number: DE19732953C1
Application number: DE19732953A
Authority: DE
Inventors: Claus Bauer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: ITMI981598A0; GB9816546D0; ITMI981598A1; US6076775A; GB2331734A; FR2767111A1; GB2331734B; FR2767111B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tragflügel mit mindestens einer die Hinterkante des Tragflügels bildenden und über einen Bewegungs mechanismus angelenkten Landeklappe, mit einer Klappennase, einer durch eine saugseitige Deckhaut und eine druckseitige Deckhaut begrenzte Klappenhinterkante und einer Betätigungsvorrichtung zur elastischen Verbiegung der Hinterkante.

Bei der Tragflügelgestaltung von Flugzeugen ist es wünschenswert, die Geometrie des Tragflügelprofils an die veränderlichen Randbedingungen im Verlauf einer Flugmission anzupassen.

Bei konventionellen Tragflügeln wird eine Änderung der Tragflügelhinter kante nur in der Start- und Landephase durchgeführt. Bei einer möglichen Vorrichtung für eine an einen Tragflügel angeordnete Landeklappe ist, wie aus DE 41 07 556 C1 bekannt, die Landeklappe drehbar an einem auf einer Führungsschiene beweglich angeordneten Wagen angelenkt und somit verschiebbar, während ein angelenkter Hebel die Landeklappe in der Ausfahrbewegung nach unten schwenkt. In der Start- bzw. Landephase wird durch das Ausfahren nach hinten und das Wegklappen nach unten die Flügelfläche vergrößert.

In DE 31 33 961 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Ausfahren und Schwenken einer Landeklappe offenbart, bei der sich die auf einem Wagen angeordnete Landeklappe auf einer abgeknickten Führungsschiene bewegt.

Die Möglichkeit zur Modifikation der Flügelhinterkante zur besseren Ausschöpfung des Strömungspotentials des Flügels von Verkehrsflugzeugen ist aber auch während des Reiseflugs erwünscht. Aus diesem Grund sind Anordnungen bekannt, die es ermöglichen die Kontur der Tragflügelhinterkante im Reiseflug zu verändern.

Bei einer Hinterkante gemäß DE 70 33 75 findet die Bewegungsübertragung auf die durch eine obere und untere Deckhaut begrenzte Steuerfläche über einen innerhalb des Profils an einer in Spannweitenrichtung verlaufenden Achse angelenkten Abtriebshebel und einen damit in Verbindung stehenden Hebel statt. Durch das Anbringen des Antriebshebels innerhalb der Steuerfläche ist bei größeren Ausschlägen allerdings kein knickfreies Verbiegen möglich.

Aus DE 42 43 203 A1 geht ebenfalls eine Hinterkante eines Tragflügels als bekannt hervor, bei der die elastische Verbiegung durch eine innenliegende, über eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse angelenkte, Platte durchgeführt wird.

In US 4 247 066 ist eine Hinterkante offenbart, bei der über im Innern des Profils in Strömungsrichtung verlaufende Gewindestangen die saugseitige und druckseitige Deckhaut bei Drehung gegeneinander verschieben und so eine elastische Verbiegung bewerkstelligen.

Es zeigt sich, daß bei der Mehrheit der bekannten Anordnungen keine kontinuierliche, knickfreie Verwölbung des Profils möglich ist. Außerdem liegt der Antrieb zur Veränderung der Hinterkantenkontur innerhalb des Tragflügels, was zu schlechten Übersetzungsverhältnissen und hohen Verstellkräften führt. Hinzu kommt, daß die im Innern angebrachten Verstellvorrichtungen meistens eine hohe Masse besitzen und zu Wartungszwecken schlecht zugänglich sind. Bewegliche Hinterkanten, die über Gestänge und Steuerarme angesteuert werden, sind zusätzlich noch aufwendig zu realisieren und weisen viele Verschleißteile auf.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Hinterkante eines Tragflügels dahingehend weiterzuentwickeln, daß unter weitgehender Beibehaltung des Aufbaus nach dem derzeitigen Stand der Technik eine elastische Verbiegung der Hinterkante mit geringem Kraftaufwand auch in Grenzbereichen knickfrei nach oben und unten möglich ist und die hierfür notwendigen Betätigungsvorrichtungen zu Wartungszwecken leicht zugänglich sind.

Das Problem wird bei einem Tragflügel der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Betätigungsvorrichtung außerhalb des Profils der Landeklappe liegt, womit eine knickfreie elastische Verbiegung, d. h. eine Änderung der Wölbung des Tragflügelprofils im Bereich der Hinterkante erzielt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Hinterkante wird die operationelle Flexibilität und Flugleistung für die jeweiligen Flugbedingungen erhöht und es können Treibstoffersparnisse erzielt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungs gemäßen Anordnung liegt in der Krafteinleitung, die unter Ausnutzung der Landeklappe als Hebelarm die aufzuwendenden Stellkräfte um ein Vielfaches vermindert. Außerdem wird durch die Anordnung die Wölbung des Profils in einem vorgegebenen Bereich beliebig nach oben und unten variiert. Es zeigt sich ebenfalls, daß die erfindungsgemäße Anordnung durch eine minimale Änderung der bestehenden Konstruktion realisiert werden kann und nur eine geringe Anzahl an Betätigungsvorrichtungen bzw. Bewegungseinrichtungen benotigt werden, die bei Wartungsarbeiten gut zugänglich sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der zur Ausstellung der Landeklappe benötigte Mechanismus zum Anbringen der Betätigungsvorrichtung und der Bewegungseinrichtung an den tragenden Bauteilen des Tragflügels herangezogen. Bei konventionellen Tragflügeln ist, wie aus DE 41 07 556 bekannt, die Landeklappe über einen vorderen Lagerbock drehbeweglich auf einem Wagen angelenkt, der auf einer an tragenden Flügelteilen befestigten, in Strömungsrichtung verlaufenden, Führungsschiene beweglich angeordnet ist, was eine Verschiebung der Landeklappe möglich macht. Gleichzeitig wird während der linearen Bewegung über einen angelenkten Hebel der Hinterkantenwinkel verändert. Größere Tragflügel weisen mehrere Landeklappen auf, wobei jede einzelne Landeklappe auch über mehrere, in Richtung der Spannweite versetzte, Führungsschienen und zugehörige Hebel verstellt wird.

Vorzugsweise wird die Betätigungsvorrichtung zwischen dem Ende der Führungsschiene und der Klappenhinterkante angebracht. Dabei bewirken sowohl schienenseitige als auch klappenseitige Lager, daß die genannten Bauteile gegeneinander verdrehbar sind. Vorteilhaft wirkt sich aus, daß bei diesem Aufbau die Betätigungsvorrichtung, wenn sie arretiert ist, als Hebel zur Änderung des Hinterkantenwinkels beim Verschieben der Landeklappe eingesetzt wird. Die elastische Verbiegung der Klappenhinterkante kann erfolgen, indem die druck- und saugseitige Deckhaut aus elastischem Material hergestellt sind, zwischen denen in Spannweitenrichtung verlaufenden Stege die Struktur der Klappenhinterkante verstärken, ohne die elastische Verbiegung der Hinterkante zu beschränken. Ebenfalls aus Steifigkeitsgründen soll vorzugsweise die saugseitige Deckhaut der Klappenhinterkante im Bereich der Klappennase eine größere Stärke aufweisen als im hinteren Bereich, während die druckseitige Deckhaut eine homogene Dickenverteilung besitzt. Es können aber auch Umstände vorliegen, die es notwendig machen andere Aufbauten zu wählen.

Man kann die druckseitige Deckhaut an der Klappennase lagern und die saugseitige Deckhaut einen Spalt zur Klappennase aufweisen lassen, bevorzugt ist aber die biegeweiche Klappenhinterkante über die saugseitige Deckhaut an der biegesteifen Klappennase gelagert und die tangentiale Verschiebung der drückseitigen Deckhaut wird über einen strömungsgünstig abgedeckten Spalt zwischen Klappennase und Klappenhinterkante bewerkstelligt. Insoweit eine von beiden Deckhäuten stärker ausgebildet ist, soll die Klappenhinterkante an dieser an der Klappennase gelagert sein. Der Spalt zwischen Klappennase und Klappenhinterkante kann ebenso wie die Betätigungsvorrichtung in der Ausfahrbewegung der Landeklappe während der Lande- bzw. Startphase blockiert werden.

Zur Unterstützung der flexiblen Klappenhinterkante ist es vorteilhaft zwischen dem Verbindungsbereich von Klappennase/Klappenhinterkante und dem klappenseitigen Lager der Betätigungsvorrichtung eine Bewegungs einrichtung an der Klappenhinterkante anzubringen. Diese Bewegungse inrichtung verhindert ein durch die Strömungslasten bedingtes Durchbiegen der flexiblen Hinterkante zur Saugseite hin und ermöglicht es eine ge wünschte Biegelinie der Hinterkante zu erzeugen. Damit die Bewegungs einrichtung die Bewegung der Landeklappe während der Lande- bzw. Startphase nicht behindert, ist es vorteilhaft, die Bewegungseinrichtung über ein Gestell an dem für die Linearbewegung der Landeklappe auf der Führungsschiene verantwortlichen Schlitten anzulenken. Zu diesem Zweck kann die Bewegungseinrichtung auch in einer neutralen Stellung arretiert werden.

Bei dem oben erwähnten Bewegungsmechanismus zum Ausfahren der Landeklappe während der Start- bzw. Landephase wird diese nach hinten bewegt und über die starre Betätigungsvorrichtung nach unten geklappt, weshalb die Landeklappe gegenüber dem Schlitten um eine in Spann weitenrichtung verlaufende Achse drehbar sein muß. Da die Drehbewegung um die in Spannweitenrichtung verlaufende Achse während des Reiseflugs - wenn die flexible Hinterkante zum Einsatz kommt - unerwünscht ist, ist diese Drehung blockierbar. Man könnte die Klappennase mit einem festen und einem entriegelbaren Bolzen drehbeweglich blockierbar an dem Lagerbock anbringen und den Lagerbock starr mit dem Schlitten verbinden, aber es ist vorteilhaft, den Schlitten und den Lagerbock durch einen festen und einen entriegelbaren Bolzen zu verbinden, während die Klappennase starr an den Lagerbock angelenkt ist.

Die Blockierung der Drehbewegung der Landeklappe bzw. der tangentialen Verschiebung der Deckhäute und die Ansteuerung von Bewegungs einrichtung bzw. Betätigungsvorrichtung werden im Reiseflug und in der Start- bzw. Landephase über eine Steuereinheit koordiniert. Bei Tragflügeln mit mehreren Führungsschienen pro Landekappe läßt sich die flexible Hinterkante spannweitig differenziert anschlagen, indem die Hinterkanten struktur über benachbarte Betätigungsvorrichtungen unterschiedlich ausgelenkt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben, aus denen sich weiter Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge ergeben.

Es zeigt

Fig. 1 einen in Strömungsrichtung verlaufenden Schnitt durch eine an einem Schlitten angelenkten Landeklappe mit flexibler Hinterkante und der an einer Führungsschiene angebrachten Betätigungsvorrichtung.

Fig. 2 eine Ausführungsform entsprechend Fig. 1 mit einer an dem Schlitten angebrachten Bewegungseinrichtung.

Fig. 3 einen in Strömungsrichtung verlaufenden Schnitt durch die Klappenhinterkante einer Landeklappe mit Aufbau der Haut-Steg- Kombination.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung handelt es sich um einen Schnitt durch den Hinterkantenbereich eines Tragflügels 10 für ein Verkehrs- oder Transportflugzeug, an dem eine teilweise durch einen Spoiler 11 bedeckte Landeklappe 20 angeordnet ist. Letzterer ist, um die Verstellbarkeit bzw. Verfahrbarkeit in der Start- bzw. Landephase und im Reiseflug zu gewähr leisten, ein Antriebs- und Führungssystem zugeordnet, das sich im einzelnen aus nachfolgenden Komponenten zusammensetzt, die in der Nähe der seitlichen Endbereiche, zu Verstärkungszwecken aber auch in der Mitte, der Landeklappen, angeordnet sind: Eine Führungsschiene 30 dient zur Aufnahme eines in Schienenrichtung verschiebbaren Schlittens 31, an dem über einen vorderen Lagerbock 32 die Landeklappe 20 angelenkt ist. Dabei ist im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels die Klappennase 21 mittels zweier fester Bolzen 27 am vorderen Lagerbock 32 angebracht, während die Verbindung zwischen Schlitten 31 und vorderem Lagerbock 32 über einen ersten entriegelbaren Bolzen 34 und einen ersten festen Bolzen 33 stattfindet, um den die Drehung der Landeklappe um eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse in der Start- bzw. Landephase erfolgt. Am hinteren Ende der Führungsschiene 30 ist über ein schienenseitiges Lager 35 die Betätigungsvorrichtung 29 drehbeweglich angelenkt. Diese ist im Endbereich der Klappenhinterkante 22 mittels eines klappenseitigen Lagers 28 drehbeweglich an der Landeklappe 20 befestigt. Durch die in diesem Beispiel angeführte Anordnung klappt die in neutraler Stellung arretierte Betätigungsvorrichtung 29 beim nach hinten fahren der Landeklappe 20 während der Start- bzw. Landephase auf einer Kreisbahn nach hinten, was die Wölbung des Tragflügels erhöht. Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 29 ist auch bei anderen geeigneten Mechanismen zur translatorischen Bewegung und Änderung des Hinterkantenwinkels der Landeklappe, z. B. Stabkonstruktionen, einsetzbar.

Die Klappenhinterkante 22 ist im Falle des hier dargestellten Beispiels nur über die saugseitige Deckhaut 23 an der Klappennase 21 starr gelagert. Die druckseitige Deckhaut 24 weist zur Klappennase 21 einen Bewegungs freiraum 25 auf, der mittels einer Abdeckung 26 strömungsgünstig verkleidet ist. In dieser Anordnung werden im flexiblen Einsatz der Landeklappe 20 während des Reiseflugs, wenn die Betätigungsvorrichtung 29 den Abstand zwischen Führungsschiene 30 und Klappenhinterkante 22 variabel modifiziert und eine Veränderung der Hinterkantenwölbung herbeiführt - der Ausschlag nach oben ist strichpunktiert dargestellt - die Spannungen in den saugseitigen und druckseitigen Deckhäuten 23, 24 minimiert. Die elastische Verbiegung liegt in einem Bereich von ± (15-20)°, wobei der Scheitelpunkt des Winkels in einem Abstand von 10% der lokalen Profiltiefe des Flügels von der hinteren Kante der Landeklappe angetragen wird und zwischen saugseitiger und druckseitiger Deckhaut 23, 24 liegt.

Fig. 2 zeigt eine modifizierte Konfiguration einer an einen Tragflügel 10 angelenkten und teilweise von einem Spoiler 11 bedeckten Landeklappe, die sich dahingehend von dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau unterscheidet, daß eine Bewegungseinrichtung 29a an der Klappenhinterkante 22 zwischen Klappennase 21 und klappenseitigem Lager 28 der Betätigungsvorrichtung 29 angebracht ist. Um einen störenden Einfluß der Bewegungseinrichtung 29a beim Ausschwenken der Landeklappe 20 während der Start- bzw. Landephase zu verhindern, ist diese in dem dargestellten Ausführungs beispiel über einen biegesteifen Träger 36 und den vorderen Lagerbock 32 am Schlitten 31 befestigt und wird mit diesem mitbewegt.

In Fig. 3 ist der Aufbau der flexiblen Klappenhinterkante 22 dargestellt. Eine druckseitige Deckhaut 24 ist über mehrere in Spannweitenrichtung verlaufende Stege 24a, deren Längen nach hinten hin abnehmen, mit der saugseitigen Deckhaut 23, deren Dicke sich im dargestellten Ausführungs beispiel vom Befestigungsbereich 25a zur Klappennase 21 nach hinten verringert, verbunden. Eine Veränderung der Anzahl der Stege 24a und der Querschnittsdimensionierung der Deckhäute und Stege führt zu einer Variation der Steifigkeit der Klappenhinterkante 22.

Claims

1. Tragflügel (10) mit mindestens einer die Hinterkante des Tragflügels bildenden und über einen Bewegungsmechanismus angelenkten Landeklappe (20), mit einer Klappennase (21), einer durch eine saugseitige Deckhaut (23) und eine druckseitige Deckhaut (24) begrenzte Klappenhinterkante (22) und einer Betätigungsvorrichtung (29) zur elastischen Verbiegung der Hinterkante, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (29) außerhalb des Profils der Landeklappe liegt.

2. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappennase (21) biegesteif und die Klappenhinterkante (22) biegeweich ausgebildet ist.

3. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenhinterkante (22) als Haut-Steg- Kombination ausgebildet ist, bei der die saugseitige Deckhaut (23) und die druckseitige Deckhaut (24) über spannweitig verlaufende Stege (24a) verbunden sind.

4. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der saugseitigen Deckhaut (23) und/oder der druckseitigen Deckhaut (24) der Klappenhinterkante in Strömungsrichtung variabel ausgestaltet ist.

5. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungsbereich von Klappennase (21) und Klappenhinterkante (22) und dem klappenseitigen Lager (28) der Betätigungsvorrichtung (29) eine die Bewegung der Landeklappe (20) mitausführende Bewegungseinrichtung (29a) angebracht ist.

6. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die saugseitige Deckhaut (23) und/oder druckseitige Deckhaut (24) der Klappenhinterkante (22) begrenzt tangential gegenüber der Klappennase (21) verschiebbar ist/sind.

7. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Verschiebung zwischen Klappennase (21) und saugseitiger Deckhaut (23) und/oder druckseitiger Deckhaut (24) der Klappenhinterkante (22) durch einen Bewegungsfreiraum (25) durchgeführt wird.

8. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmöglichkeit zur tangentialen Verschiebung der saugseitigen Deckhaut (23) und/oder druckseitigen Deckhaut (24) blockierbar ausgebildet ist.

9. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsmechanismus zum Ausfahren der Landeklappe (20) als Führungsschiene (30) ausgebildet ist, auf der ein über einen vorderen Lagerbock (32) mit der Klappennase (21) verbundener Schlitten (31) nach hinten beweglich ist.

10. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (29) zwischen Klappenhinterkante (22) und der Führungsschiene (30) angebracht ist.

11. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung (29a) an dem Lagerbock (32) angelenkt ist.

12. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Landeklappe (20) im Bereich der Klappennase (21) um eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse drehbar gelagert ist.

13. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Landeklappe (20) um die in Spannweitenrichtung verlaufende Achse blockierbar ist.

14. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse ein in Spannweitenrichtung verlaufender, den Schlitten (31) und den vorderen Lagerbock (32) drehbar verbindender erster fester Bolzen (33) ist und die Klappennase (21) starr mit dem vorderen Lagerbock (32) verbunden ist.

15. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse ein in Spannweitenrichtung verlaufender, die Klappennase (21) und den vorderen Lagerbock (32) drehbar verbindender zweiter fester Bolzen ist und der Schlitten (31) starr mit dem vorderen Lagerbock (32) verbunden ist.

16. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierung der Drehung der Landeklappe (20) über mindestens einen ersten Verriegelungsbolzen (34) zwischen dem Schlitten (31) und dem vorderen Lagerbock (32) bewerkstelligt wird.

17. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierung der Drehung der Landeklappe (20) über mindestens einen zweiten Verriegelungsbolzen zwischen der Klappennase (21) und dem vorderen Lagerbock (32) bewerkstelligt wird.

18. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Dreh- und Linearbewegungen der Landeklappe und die Blockierung der Deckhautverschiebung über eine Steuereinheit koordinierbar sind.