DE20004499U1 - Aerodynamisches Strömungsprofil mit Vorderkantenklappe - Google Patents

Description

Aerodynamisches Strömungsprofil mit Vorderkantenklappe

Die Erfindung betrifft ein aerodynamisches Strömungsprofil, insbesondere ein Rotorblatt für einen Helikopter, in Spannweitenrichtung mit einer Profilwurzel zur Befestigung am Fluggerät, insbesondere Rotormast, einer Profilspitze und einem zwischen Profilspitze und Profilwurzel gelegenen Profilabschnitt, wobei das Strömungsprofil in Sehnenrichtung eine Profilvorderkante und eine Profilhinterkante umfasst und durch eine saugseitige Deckhaut und eine druckseitige Deckhaut begrenzt ist, an das mindestens eine Nasenklappe mittels eines Lagers angelenkt ist, wobei Abtriebe von Piezoaktoren zur Stellung der Nasenklappe dienen.

Im Gegensatz zum Starrflügler, wo Auftrieb, Vortrieb und Steuerung in der Regel von drei auch räumlich getrennten Systemen bereitgestellt werden, übernimmt beim Helikopter der Hauptrotor im wesentlichen alle diese zum kontrollierten Flug notwendigen Funktionen.

Die Auslegung eines Rotorblattes erfordert somit aufgrund der im Flug auftretenden instationären Vorgänge eine Vielzahl von Kompromissen. Naturgemäß zeigt die Aerodynamik bei einer festgelegten Rotorblattgestaltung in gewissen Bereichen Defizite. Ein Aspekt ist eine mögliche dynamische Strömungsablösung am rücklaufenden Blatt (engl. dynamic stall).

Bei einem Helikopter im Vorwärtsflug erfährt das Rotorblatt aufgrund der vektoriellen Überlagerung von Flug- und Rotationsgeschwindigkeit auf der vorlaufenden Seite höhere Anströmgeschwindigkeiten als auf der rücklaufenden Seite. Zur Gewährleistung einer symmetrischen Auftriebsverteilung wird der Anstellwinkel des Profils zyklisch über einen Umlauf variiert. Je schneller sich der Helikopter vorwärts bewegt, desto stärker muss das Profil auf der rücklaufenden Seite angestellt werden. Ab einem gewissen Punkt führt dies zur Strömungsablösung (dynamic stall) in einem lokalbegrenzten Bereich des Rotorblattes.

Die Strömungsablösungen können einerseits starke Vibrationen verursachen und andererseits die Leistungsfähigkeit des Helikopters beschränken. Für Pilot und Passagiere wird durch den Lärm und die Vibrationen in der Passagierzelle der Flugkomfort gemindert, gleichzeitig wirken Vibrationen auch vorzeitig ermüdend auf Mensch und Material. Sie

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machen einen höheren Inspektions- und Wartungsaufwand mit den entsprechenden Kosten notwendig.

Eine fortlaufende Anpassung an die sich ständig ändernden aerodynamischen Umgebungsbedingungen, z.B. mittels einer formvariablen Profilgeometrie, kann helfen, Leistung, Sicherheit und Komfort von Helikoptern maßgeblich zu verbessern. Ausgehend von verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten dynamischer Auftriebshilfen, ist ein dynamisches Verändern der Vorderkante des Strömungsprofiles aerodynamisch äußerst wirksam. Durch ein Heben und Senken einer an der Profilvorderkante angebrachten Nasenklappe werden die hohen Saugspitzen an der Profilvorderkante reduziert, die Strömungsablösung verzögert und die Hystereseschleifen im Verlauf der aerodynamischen Koeffizienten verkleinert. Eine diskrete Klappe erlaubt zudem, die bei einer kontierlichen Konturvariation zur elastischen Verformung benötigten Energie für die Überwindung der aerodynamischen Kräfte und Momente einzusetzen oder einer größeren Bewegungsautorität bereitzustellen.

US 5,409,183 offenbart ein Rotorblatt für einen Helikopter, bei dem sich vor der eigentlichen Profilvorderkante des Rotorblattes eine über zwei Klammern und ein Lager angelenkte Klappe befindet, welche über ein im Rotorblatt geführtes Gestänge bewegt wird, wobei die Aktorik außerhalb des Rotorblattes angebracht ist.

Nachteilig wirkt sich bei einer derartigen Anordnung aus, dass über die Ansteuerung über ein mehrfach umgelenktes Gestänge und einer externen Aktorik die notwendigen hohen Stellgeschwindigkeiten nicht erreicht werden können. Außerdem weist das mehrfach umgelenkte Gestänge eine hohe Reparaturanfälligkeit auf und verschiebt durch das hohe Gewicht die Schwerpunktsverteilung im Rotorblatt zu einem ungünstigen Verhältnis.

Aus "Development of high-performing piezoelectric actuators for transport systems", vorgetragen bei der Tagung "Aktuator 98" am 17. -19. Juni 1998 in Bremen geht ein Rotorblatt für einen Helikopter mit einer angelenkten Servoklappe als bekannt hervor, bei der zur Stellung der Hinterkantenklappe piezoelektrische Aktoren eingesetzt sind. Durch die in Spannweitenrichtung versetzte Anordnung der Piezoaktoren ist der in diese Richtung

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benötigte Bauraum für eine Vorderkantenklappe zu stark in Spannweitenrichtung ausgedehnt. Außerdem wird durch eine derartige Anordnung der piezoelektrischen Aktoren die Schwerpunktsverteilung im Rotorblatt an der Vorderkante ungünstig beeinflusst. Ein in Spannweitenrichtung versetztes Aktorenpaar würde die durch die hohen Luftlasten entstehenden Kräfte nicht ohne Torsion auf eine Nasenklappe aufbringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aerodynamisches Strömungsprofil mit einer Vorderkantenklappe dahingehend weiter zu entwickeln, dass die Klappe mit hohen Stellgeschwindigkeiten betrieben werden kann, dabei aber sehr wartungsarm ist. Außerdem soll die Schwerpunktslage des Strömungsprofils heutiger eingesetzter Rotorblätter nicht verändert werden.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein aerodynamisches Strömungsprofil der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass pro Nasenklappe mindestens zwei in Sehnenrichtung hintereinander angeordnete Piezoaktoren über einen zwischen diesen liegenden Befestigungspunkt an dem Strömungsprofil befestigt sind und die Abtriebe beider Piezoaktoren über eine Druckstange des hinterkantenseitigen Piezoaktors und eine Gabel des vorderkantenseitigen Piezoaktors auf einen außerhalb des Lagers liegenden Hebelanlenkpunkt wirken, wobei ein Verschieben der Druckstange bzw. der Gabel eine Schwenkbewegung der Nasenklappe bewirkt.

Mit dem erfindungsgemäßen aerodynamischen Strömungsprofil werden die notwendigen Stellgeschwindigkeiten der Nasenklappe auch für extreme Flugmanöver erreicht. Außerdem wird durch die kompakte Anordnung der beiden Piezoaktoren die Schwerpunktsverteilung bei 25% relativer Profiltiefe im Rotorblatt nach derzeitigem Stand der Technik beibehalten. Hinzu kommt, dass durch die Integration der Aktorik in das Rotorblatt ein mehrfach umgelenktes Gestänge entfällt, wodurch eine kompakte Bauweise erzielt wird, die äußerst wartungsarm ist. Außerdem bewirkt eine derart integrierte Aktorik, dass die Anforderungen, die von Seiten des Bauraums, der hohen Fliehkräfte bei hoher Leistung und geringem Gewicht erfüllt werden.

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Die aktuatorischen Eigenschaften von Piezokeramiken beruhen auf dem inversen piezoelektrischen Effekt. Piezokeramiken sind hierbei Festkörper, die ihre Ausdehnung ändern, werden sie mit einem gerichteten elektrischen Feld beaufschlagt. Aufgrund der Festkörpercharakteristik kann ein sehr hohes Kraftniveau, hohe Präzision und eine hohe Dynamik erreicht werden. Piezoaktoren bestehen dabei aus einer Vielzahl von separaten, in Längsrichtung der Festkörperstruktur gestapelten, jeweils über dazwischenliegenden Elektroden kontaktierten Piezoschichten, die wahlweise mit entgegengesetzter Polarität spannungsbeaufschlagt werden. Dabei dehnen sich die Piezoschichten in Längsrichtung aus und kontrahieren in Querrichtung. Somit summieren sich die elektrisch induzierten Längenänderungen der einzelnen Piezoschichten auf, womit der erzielbare Abtrieb der Festkörperstruktur wesentlich vergrößert wird. Die hohe Leistungsdichte erlaubt die vollständige Integration der Piezoaktoren innerhalb der Rotorblattkontur. Zur Energieversorgung müssen lediglich drei Leitungen durch das Blatt geführt werden, am Rotormast kann die Übertragung ins nicht rotierende System über konventionelle Schleifringe stattfinden.

Die Führung des Abtriebs des hinterkantenseitigen Piezoaktors am vorderseitigen Piezoaktor vorbei zur Nasenklappe ist in Spannweitenrichtung oder in Höhenrichtung über eine Gabellösung möglich. Da aber in Höhenrichtung der Bauraum je nach Profilform begrenzt ist und eine Gabellösung in Spannweitenrichtung aufgrund der Festigkeit der zur Verfügung stehenden Materialien aus biegetechnischen Gründen ungünstig ist, wird der Abtrieb des hinterkantenseitigen Piezoaktors vorteilhafterweise mittels der Druckstange direkt durch eine entsprechende mittig platzierte Öffnung in den Piezoaktoren durch beide Piezoaktoren hindurch von hinten nach vorne geführt. Hierdurch wird eine geringe Bauhöhe erzielt und eine symmetrische Krafteinleitung auf die Aktorik gewährleistet.

Die Öffnungen in den Piezoaktoren können durch Bohrungen direkt in dem piezoelektrischem Festkörperstapel realisiert werden, bevorzugt sind die mit den Öffnungen versehenen Bereiche der Piezoaktoren jedoch in der Mitte der Aktoren angebrachte metallische Distanzstücke, welche eine dem Durchmesser der Druckstange korrespondierende Bohrung enthält. Aufgrund der materialspezifischen Kennwerte ist aber auch üthiumfluorid (LiF) als Material für die Distanzstücke geeignet. Die Distanzstücke

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dienen zum einen zusätzlich der Temperaturkompensation, da die Piezokeramiken einen kleineren Ausdehnungskoeffizient als die umgebenden metallischen Bauteile haben und das Aktorsystem bei Erwärmung an Leistung verliert. Zum anderen wird hierdurch der Stapel der piezoelektrischen Festkörperstrukturen nicht durch eine Bohrung verletzt, was auch eine komplizierte Kontaktierung der Elektroden in diesem Bereich notwendig machen würde. Der Leistungsverlust durch das Einbringen von piezoelektrisch neutralem Material kann durch entsprechende Dimensionierung der Piezoaktoren kompensiert werden.

Vorteilhaft erfolgt die Ausdehnung der Piezoaktoren in Spannweitenrichtung. Hierdurch können die bei den hohen Beschleunigungskräften hervorgerufenen störenden Effekte minimiert werden, da keine Bewegungen quer zur Beschleunigungsrichtung auftreten. Die zur Stellung der Nasenklappe erforderliche Stellbewegung der Piezoaktoren, die vorteilhafterweise in Sehnenrichtung gerichtet ist, wird hierbei durch zwischen den Piezoaktoren und der Nasenklappe bzw. Druckstange/Gabel gelegenen Umsetzungsvorrichtungen umgesetzt.

Bevorzugt umfassen die Umsetzungsvorrichtungen einen den jeweiligen Piezoaktor umschließenden massiven Rechteckrahmen, dessen Rahmenteile durch einstückig angeformte, plattfederartige Gelenkstellen derart miteinander verbunden sind, dass ein rautenförmiges Gelenkviereck entsteht, durch welches die Längenänderung des Piezoaktors kinematisch um 90° umgesetzt wird. Der Rahmen verstärkt das Wegpotential des Piezoaktors, die Kraft wird entsprechend den Hebelgesetzen reduziert. Dabei sind absolute Spielfreiheit und nur kleine energetische Verluste in den Biegezonen gewährleistet. Durch den mit den Gelenkstellen ausgestatteten Rechteckrahmen findet somit eine spielfreie Verkuppelung des Piezoaktors mit der Nasenklappe statt, so dass hier bei hohen Beschleunigungskräften kein Verkanten der einzelnen Komponenten eintreten kann.

Vorteilhafterweise wird die Druckstange des hinterkantenseitigen Piezoaktors bei Verwendung von Umsetzungsvorrichtungen auch hier durch in diesen in der Bewegungsrichtung der Druckstange befindlichen Öffnungen von hinten nach vorne

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geführt. Da die Umsetzungsvorrichtungen bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sind, sind hier einfache Bohrungen in den Rahmenteilen möglich.

Das Aktorpaar wird hintereinander angeordnet. Die strukturelle Befestigung erfolgt in der Mitte zwischen beiden Piezoaktoren. Eine mechanische Vorspannung ist beim Betrieb von piezokeramischen Aktoren vorteilhaft, um sie vor Zugspannungen zu schützen. Dies kann durch Einstellschrauben bewerkstelligt werden, die gleichzeitig auch zur geometrischen Feineinstellung der Nasenklappe dienen oder durch Federn, welche um die Piezoaktoren angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn die Piezoaktoren derart elektrisch verschaltet sind, dass sie sich im Gegentakt ausdehnen bzw. zusammenziehen und der ™ Abtrieb für jeweils eine Bewegungsrichtung der Nasenklappe von einem Piezoaktor

übernommen wird. Hierdurch können die Piezoaktoren nicht auf Zug sondern nur auf Druck belastet werden und der vorderkantenseitige Piezoaktor erzeugt die Vorspannung für den hinterkantenseitigen Piezoaktor und umgekehrt.

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Die Vorspannung für die Piezoaktoren kann zusätzlich noch erhöht werden, indem an die Piezoaktoren eine sogenannte Offset-Spannung angelegt wird. Diese entspricht in ihrem Wert vorteilhafterweise der Hälfte der Maximalspannung, mit der die Piezoaktoren aufgrund ihrer Spezifikation normalerweise beaufschlagt werden können. Hierdurch befinden sich die Piezoaktoren auch bei neutraler Klappenstellung in einer gewissen Auslenkung und spannen einander gegenseitig vor.

Unter bestimmten Voraussetzungen können Umstände vorliegen, die ein Verschwenken der Nasenklappe nach oben und nach unten notwendig machen, aus aerodynamischen Gründen wird die Nasenklappe jedoch bevorzugt nur nach unten ausgeschwenkt. Die Bewegung der Nasenklappe nach oben kann dabei über einen Anschlag verhindert werden. Hierdurch ist für diese Wirkrichtung von den Piezoaktoren kein Weg gefordert, wodurch eine hohe Blockierkraft zum Festhalten der Nasenklappe in der Neutralstellung existiert, die vor allem aus aerodynamischen Gründen beim vorlaufenden Rotorblatt gefordert wird.

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Vorteilhafterweise bildet die Nasenklappe in ihrem in Spannweitenrichtung verlaufenden Bereich die Profilvorderkante des Strömungsprofils aus. Hierdurch unterscheidet sich ein derartiges Profil in Neutralstellung der Nasenklappe aerodynamisch nicht von einem herkömmlichen konventionellen Strömungsprofil gleicher Anwendung. Es können natürlich auch Umstände vorliegen, die es notwendig machen, die Nasenklappe außerhalb des Profilabschnittes anzulenken. Durch die Integration der Nasenklappe in den Profilabschnitt ist aber eine aerodynamisch günstigere Profilkontur in Neutralstellung als auch im ausgelenkten Zustand gewährleistet. Ebenso sind präzise Ausführungen der Übergänge von der Nasenklappe auf die restliche Profilkontur möglich. Hierdurch wird auch die Integrations- und Austauschfähigkeit des an der Profilvorderkante befindlichen Erosionsschutzes erleichtert, da der Schutz dabei auf konventionelle Weise auch in diesem Bereich ausgelegt werden kann.

Der Antrieb bzw. der Abtrieb der Piezoaktoren ist trotz der hohen möglichen Stellgeschwindigkeiten und des hohen Kraftniveaus reibungsarm und spielfrei. Um diese Vorteile auch auf das Lager, über welches die Nasenklappe am Profilabschnitt angelenkt ist, auszubreiten, ist das Lager vorteilhafterweise als Präzisionswälzlager ausgebildet.

Die Erfindung wird anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge ergeben.

Es zeigt

Figur 1 eine Prinzipskizze des Wirkmechanismuses der Nasenklappe mit den Aktoren.

Figur 2 einen in Strömungsrichtung verlaufenden Schnitt durch ein mit einer Nasenklappe ausgestattetes Rotorblattprofil.

Figur 3 eine Ansicht eines Teiles eines Rotorblattprofils, in das eine Nasenklappe

samt Aktoren eingebracht ist.

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Bei der in Figur 1 gezeigten Skizze handelt es sich um einen prinzipiellen Aufbau eines Rotorblattes 1 mit integrierter Nasenklappe (hier nicht eingezeichnet) mit einer symmetrischen Krafteinleitung. Die beiden Piezoaktoren 10, 20 sind hintereinander angeordnet. Die strukturelle Befestigung 50 am Rotorblatt erfolgt in der Mitte zwischen dem vorderkantenseitigen Piezoaktor 20 und dem hinterkantenseitigen Piezoaktor 10. Die Piezoaktoren 10, 20, die längs der Spannweitenrichtung ausgerichtet sind, dehnen sich beim Anlegen einer Spannung an die einzelnen Piezoschichten aus. Über die Umsetzungsvorrichtungen 30, 40 wird die Bewegung des jeweiligen Piezoaktors längs der Spannweitenrichtung in eine Bewegung in Strömungsrichtung umgesetzt. Dies geschieht, indem die Umsetzungsvorrichtungen 30, 40 aus Rechteckrahmen bestehen, deren Rahmenteile durch einstückig angeformte blattfederartige Gelenkstellen 31,41 verbunden sind, womit rautenartige Gelenkvierecke entstehen. Diese Gelenkvierecke werden bei einer durch die Piezoaktoren 10, 20 hervorgerufenen Streckung in Spannweitenrichtung in Strömungsrichtung gestaucht, womit die Streckung in Spannweitenrichtung in eine Bewegung in Strömungsrichtung umgesetzt wird.

Die beim Betrieb von piezokeramischen Aktoren vorteilhafte Vorspannung zum Schutz vor Zugspannungen geschieht durch Anlegen einer Offset-Spannung an die Piezoaktoren 10, 20, die der Hälfte der maximal möglichen Steuerspannung entspricht. Dabei bewegen sich die Piezoaktoren 10, 20 aufgrund ihrer elektrischen Verschaltung im Gegentakt. Dehnt sich beispielsweise der hinterkantenseitige Piezoaktor 10 aus, erfährt der zugehörige Übersetzungsmechanismus 30 in seiner Breitenrichtung eine Kontraktion. Diese Bewegung geht über den hinteren Kopplungspunkt 25 auf die Druckstange 60 über. Die Druckstange 60 wird durch die gesamte Anordnung nach vorne geführt und verursacht eine Vorwärtsbewegung des Hebelanlenkpunktes 90. Über die Hebelanordnung bezogen auf das Lager 80 der Nasenklappe führt dies zum Ausschlag der Nasenklappe nach unten. Der vorderkantenseitige Piezostack zieht sich entsprechend zusammen und über den vorderkantenseitigen Umsetzungsmechanismus 40 entsteht eine gleichgerichtete Bewegung der Zugstange 70. Das eingestellte Kraftniveau bleibt dabei konstant. Der eben beschriebene Vorgang ist in der Figur 1 durch die gestrichelt dargestellte veränderte Anordnung aufgezeigt. Die Druckstange 60 ist im vorliegenden Beispiel vom hinterkantenseitig gelegenen Kopplungspunkt 25 durch die Piezoaktoren 10, 20 und die

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Umsetzungsvorrichtungen 30, 40 nach vorne zum Hebelanlenkpunkt 90 geführt. Hierfür befinden sich in den Umsetzungsvorrichtungen 30, 40 entsprechende Bohrungen, durch die die Druckstange 60, geführt wird. In den Piezoaktoren 10, 20 befinden sich an den entsprechenden Durchtrittstellen metallische Distanzstücke 11, 21, die mit einer dem Durchmesser der Druckstange 60 entsprechenden Bohrung versehen sind.

Bei einer Auslenkung der Nasenklappe vom nach unten ausgelenkten Zustand (gestrichelt angedeutet) in die Neutralstellung, dehnt sich der vorderkantenseitige Piezoaktor 20 aus, wobei die entsprechende Umsetzungsvorrichtung 40 eine Kontraktion in Sehnenrichtung erfährt und der Hebelanlenkpunkt 90 durch die Gabel 70 zurückgezogen wird. Der hinterkantenseitige Piezoaktor 10 wird dabei gestaucht, wobei die Druckstange 60 wieder in ihre Ursprungsposition geschoben wird.

Figur 2 zeigt einen in Strömungsrichtung verlaufenden Schnitt durch den vorderen Bereich eines mit einer Nasenklappe 2 ausgestatteten Rotorblattprofils 1. Der gesamte Aktorenkomplex ist hier aus Gründen der Vereinfachung mit 15 bezeichnet. Von diesem ausgehend wirken die Piezoaktoren 10, 20 (hier nicht dargestellt) über die Druckstange und die Gabel auf den Hebelanlenkpunkt 90. Die Nasenklappe 2 ist an dem Profilabschnitt 100 über ein Präzisionswälzlager 80 derart schwenkbar angelenkt, dass eine Verschiebung des Hebelanlenkpunktes 90 nach vorne eine Schwenkung der Nasenklappe 2 nach unten bewirkt. Da die Nasenklappe 2 in den Profilabschnitt 100 eingepasst ist, sind keine Veränderungen gegenüber einem konventionellen Rotorblatt erkennbar. Die Bewegungsrichtung der Nasenklappe 2 nach oben ist im vorliegenden Beispiel unerwünscht, weshalb dieser durch einen Anschlag 5 verhindert wird. Durch die Blockierung der Wirkrichtung in diese Richtung ist eine hohe Blockierkraft zum Festhalten der Nasenklappe 2 in der Neutralstellung beim vorlaufenden Blatt gegeben. Durch die Einbringung einer diskreten Klappe 2 in das Rotorblattprofil 1 kann der Erosionsschutz 3 des Blattes konventionell ausgelegt werden. Im saugseitigen Übergangsbereich 4 zwischen Nasenklappe 2 und Profilabschnitt 100 ist für die Sicherstellung einer sauberen Profilkontur in Neutralstellung als auch im ausgelenkten Zustand durch eine präzise Ausführung der Übergänge von Klappe 2 zu Profilabschnitt 100 gesorgt, indem die

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Oberseite der Nasenklappe 2 auf einen beschichteten Teil des Profilabschnittes 100 geführt wird.

Das als Präzisionswälzlager ausgestaltete Lager 80 muss lediglich geringe aerodynamische Transversalkräfte aufnehmen. Die hohen Vorspannkräfte der Aktorik werden über die Lagerung am Hebelanlenkpunkt geführt. Das hohe Kraftniveau macht eine Gestaltung dieser Lagerung schwierig.

Figur 3 zeigt den geöffneten Abschnitt eines Rotorblattprofils 1, in das eine Nasenklappe samt Aktorik eingebracht ist. Aerodynamisch gesehen sind große Klappen mit einem großen Ausschlag wünschenswert. Diese Ansprüche belasten jedoch die Aktorik zunehmend, so dass es gilt, einen optimalen Kompromiss zu finden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde eine Nasenklappe 2 mit 10% relativen Anteil bezogen auf die Gesamtprofiltiefe und 10° maximalen Ausschlag nach unten realisiert. Bei dieser Konfiguration steigt der maximale Auftriebsbeiwert um 17%, der Anstellwinkel bei dem zum einen der Widerstand stark ansteigt, als auch der stall-Winkel werden um etwa 2,5° erhöht. Die charakteristischen Größen für die Piezoaktoren 10, 20 liegen bei 800 N Blockierkraft, bei einer freien Auslenkung von 1,2 mm. Diese Größen sind weitgehend skalierbar und somit an den jeweiligen Anwendungsfall adaptierbar.

Die von den Piezoaktoren 10, 20 ausgeführten Bewegungen in Spannweitenrichtung werden durch die Umsetzungsvorrichtungen 30, 40 in Bewegungen längs der Strömungsrichtung umgesetzt. Eine Übertragung dieser Bewegung auf die Nasenklappe geschieht zum einen über die Druckstange 60 und die in der Figur 3 nicht dargestellten Gabel 70. Zur Überwachung der Kraftniveaus und zur Charakterisierung des Systems sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Kraftmessdosen 60a, 70a mit axialer Durchführung für die Druckstange in den Lastpfad integriert. Diese dienen aber nur der Überwachung und sind für die Funktion der Klappennase nicht von Nöten.

Um den gewünschten Auslenkwinkel von 10° zu erhalten wurde bei der gegebenen Bewegungsautorität der Aktoren 10, 20 in Strömungsrichtung von 0,6 mm ein Hebelarm zwischen dem Lager und dem Hebelanlenkpunkt von 3,20 mm gewählt. Die Abdichtung

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der Nasenklappe 2 zum Profilabschnitt erfolgt auf der Profilunterseite durch eine integrierte Dichtlippe, ähnlich eines wippenden Scheibenwischergummis. Auf der Profiloberseite wird die Hinterkante der Nasenklappe 2 einerseits, leicht unter Biegevorspannung stehend, auf einem PTFE-beschichteten Teilstück des Profilabschnittes bewegt, andererseits ist im Profilinneren eine V-förmige Dichtleiste integriert.

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Claims (11)

1. Aerodynamisches Strömungsprofil, insbesondere Rotorblatt für einen Helikopter, in Spannweitenrichtung mit einer Profilwurzel zur Befestigung am Fluggerät, insbesondere Rotormast, einer Profilspitze und einem zwischen Profilspitze und Profilwurzel gelegenen Profilabschnitt, wobei das Strömungsprofil in Sehnenrichtung eine Profilvorderkante und eine Profilhinterkante umfasst und durch eine saugseitige Deckhaut und eine druckseitige Deckhaut begrenzt ist, an das mindestens eine Nasenklappe mittels eines Lagers angelenkt ist, wobei Abtriebe von Piezoaktoren zur Stellung der Nasenklappe dienen, dadurch gekennzeichnet, dass pro Nasenklappe mindestens zwei in Sehnenrichtung hintereinander angeordnete Piezoaktoren über einen zwischen diesen liegenden Befestigungspunkt am Strömungsprofil befestigt sind und die Abtriebe beider Piezoaktoren über eine Druckstange des hinterkantenseitigen Piezoaktors und eine Gabel des vorderkantenseitigen Piezoaktors auf einen außerhalb des Lagers liegenden Hebelanlenkpunkt wirken, wobei ein Verschieben der Druckstange bzw. der Gabel eine Schwenkbewegung der Nasenklappe bewirkt.

2. Aerodynamisches Strömungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstange des hinterkantenseitigen Piezoaktors durch Öffnungen in den Piezoaktoren durch die beiden Piezoaktoren hindurch von hinten nach vorne geführt ist.

3. Aerodynamisches Strömungsprofil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Öffnungen versehenen Bereiche der Piezoaktoren durchbohrte metallische Distanzstücke im Piezoaktor sind.

4. Aerodynamisches Strömungsprofil nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der piezoelektrischen Aktoren in Spannweitenrichtung des aerodynamischen Strömungsprofils erfolgt und zur Umsetzung der Bewegung in Sehnenrichtung zwischen den Piezoaktoren und der Druckstange bzw. der Gabel gelegene Umsetzvorrichtungen angebracht sind.

5. Aerodynamisches Strömungsprofil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzvorrichtung einen massiven Rechteckrahmen aus über einstückig angeformten, blattfederartigen Gelenkstellen verbundenen Rahmenteilen umfasst.

6. Aerodynamisches Strömungsprofil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstange des hinterkantenseitigen Piezoaktors durch Öffnungen in den Umsetzungsvorrichtungen in Bewegungsrichtung der Druckstange von hinten nach vorne geführt ist.

7. Aerodynamisches Strömungsprofil nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorderkantenseitige und der hinterkantenseitige Piezoaktor derart elektrisch verschaltet sind, dass sie sich im Gegentakt ausdehnen bzw. zusammenziehen.

8. Aerodynamisches Strömungsprofil nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Piezoaktoren eine der Hälfte einer maximal an die Piezoaktoren anlegbaren Maximalspannung entsprechenden Offset- Spannung zur zusätzlichen Erzeugung einer Vorspannung angelegt ist.

9. Aerodynamisches Strömungsprofil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasenklappe nur nach unten ausschwenkbar ist.

10. Aerodynamisches Strömungsprofil nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasenklappe in ihrem in Spannweitenrichtung verlaufenden Bereich die Profilvorderkante des Strömungsprofils bildet.

11. Aerodynamisches Strömungsprofil nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Nasenklappe an das Strömungsprofil anlenkende Lager ein Präzisionswälzlager ist.