DE2412069A1 - Tragflaeche fuer ueberschall-flugzeuge - Google Patents
Tragflaeche fuer ueberschall-flugzeugeInfo
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Description
7311
Tragfläche für Über schall-Flugzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragfläche für Überschall-Flugzeuge,
die so ausgelegt ist, daß durch zusätzliche Anströmung eine Verbesserung
des Strömungsfeldes unterhalb der Tragfläche erreicht wird.
Über schall-Flugkörper haben bekanntlich den Nachteil, daß sie beim
Durchbrechen der Schallgrenze Störungswellen hervorrufen. Hierbei entsteht auch der sogenannte Überschallknall, eine Folge des wachsenden
und sprunghaft ansteigenden Strömungswider Standes, der Stoßwelle. Der
Widerstand infolge sprunghaften Anstiegs der Stoßwelle führt auch hinter dem Flugkörper zu Turbulenzen. Hierbei wird aufgrund des stetigen
Druckes die dazwischen liegende dynamische Wirbelform beeinflußt, so daß ein Teil der Stoßwelle in Form von Wärme abgeleitet wird. Es
werden somit die Strömungsverhältnis se unterhalb und oberhalb beeinflußt.
. ·
Die aufzuwendende Energie infolge Reibung bei einer gleichförmigen
Geschwindigkeit bei konstanter Höhe eines Flugkörpers ist relativ groß, da der Punkt des Vektors als Produk* aus Gravitation und Translation
Null ist0 Der Strömungs auftrieb selbst sorgt für ein konservatives
System, das gegeben ist durch eine" zweidirnensioriale Tragfläche des
Unterschallbereiches. Das Drehmoment um die Tragfläche, erzeugt
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durch einen reaktiv beginnenden Wirbel, wird laufend durch Druckkräfte
zu neuem Stromfluß für die Tragflächen veranlaßt. Der drallfreie Auftrieb in Verbindung mit dem Drehmoment bildet einen vorderen
Aufstrom, welcher durch die Tragfläche selbst symmetrisch zu einem hinteren Abstrom verändert wird, ohne daß eine Lageveränderung der
Geschwindigkeit des Stromes erfolgt.
Bei einer Tragfläche mit begrenzter Spannweite wird der Strömungsvorgang dadurch hervorgerufen, daß der Druck an den Tragflächenspitzen
auf Null abfällt, wodurch der effektive Drall oder das Drehmoment zu den Seiten der Tragflächen abnimmt, und zwar kontinuierlich.
An den Spitzen der Tragflächen entstehen Wirbel, die somit ständig eine Erneuerung des Moments erfordern, wobei diese Wirbel Verluste
bedingen von einer gleichbleibenden Zirkulationskraft, die sich nach dem bekannten Helmholtz-Gesetz richten. Die Umdrehung der den
beiden Spitzen folgenden Wirbel ruft dagegen einen Wirbel hervor, der zu Null geht, von dem das Drehmoment noch abgezogen wird» diese
Theorie folgt der Tomson Theorie. Damit erscheint die Erneuerung des Dralls oder auch des Drehmomentes anfänglich wirbelartig, endet
jedoch immer in Wärme und zeichnet sich somit als Energieverlust und auch als Verzögerung aus, zwei Kräfte also, die durch das Flugzeugantriebs
system überwunden werden müssen. Bei einer Tragfläche für Überschall-Flugkörper wird der entstehende Strörnungsauftrieb
durch die Schallgeschwindigkeit weiter gefährdet, womit der Drall begrenzt wird und der drallfreie Luftstrom um die Tragfläche
hin veranlaßt wird, in dem Mach-Kegel nach unten zu strömen. Das führt zu einer ähnlichen Abgabe von Energie, die eine zuzügliche
Erneuerung des Strömungsdralls erfordert. Diese Abgabe tritt als Zweidimensionales-Wellensystem auf, wo sie direkt in Hitze umge-
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wandelt wird und nicht die Zwischenstation der dynamischen Auftriebs form
erreicht.
Die Gefährdung derdrallfreien Luftströmung (Auftrieb) an der Tragfläche
resultiert in der Abgabe der Strömung, welche entweder als dynamischer Wirbel (mechanische Energie) oder als Wellenwirbel (Wärmeenergie)
auftritt. Die Abgabe dieser Strömung in Form eines dynamischen Wirbels bietet ein Potential der Energiezurückgewinnung. Die Abgabe dieses
Dralls in Wärmeform schließt dagegen jede Möglichkeit der Energierückgewinnung aus. Dieses wird bev/iesen durch das Helmholtz-Gesetz und
durch die Tomson Theorie und der Zwang zur Abgabe des Aufbaurno#-
mentes reicht bis zur Energieabgabe, welche durch Erhöhung der Luftmassen angemessen reduziert werden kann. Dadurch wird effektiv Energie
von der Strömungsabgabe durch ganz einfache Ausnutzung des Aufwindes
zurückgewonnen.
f !
Im einzelnen kann die bei dynamischer Wirbel- oder Strömungsabgabe
auftretende Energie bei begrenzter Tragflächenspannweite durch Ausnutzung der abwärts fließenden Luftströmung zurückgewonnen werden. Es
ist im Prinzig am einfachsten, diese Energierückgewinnung am Beispiel
eines Formationsfluges zu erklären. Hier erwirkt der Auftrieb des an der Tragflächenspitze des anführenden Flugzeuges auftretenden Wirbels
eine Reibungsreduzierung für das leicht seitlich und nach hinten versetzt fliegende weitere Flugzeug. Derselbe Vorgang wird von Zugvögeln im
Formationsflug angewandt.
Dieses Auftriebsmoment ermöglicht es einem Flugzeug,einen Teil seiner
von ihm erzeugten und ihm folgenden Wirbelenergie wieder auszuwerten.
Dieses ist zum Beispiel Gegenstand des US Patentes Nr. 3. 712. 564. Dieses System macht sich die Abströmung der Tragfläche zunutze und
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sieht eine besondere Tragfläche vor, deren Beschaffenheit äußere
Kaskaden einschließt. Diese Kaskaden sind so angebracht, daß jedes Kas-kadenelement den erzeugten Aufwind des vorgelagerten anderen
ausnutzt, wie bei einem Formationsflug. Um das zu erreichen, gibt die Ab Stromtragfläche den ihr folgenden Wirbel von der T ragfläch enspitze
durch eine starke Flügel schränkung des Angriffswinkels nach
innen wieder. Das äμßer^JΓ^agfläuch-enteil,istjriacl^ hinten Ausgestellt,
um den Luftstrom außen zu deflektieren und liegt somit in dem Aufwind des durch den außen deflektierten Strom transportierten nachfolgenden
Wirbel. Der äußere Kaskadenteil der Tragfläche schichtet einen ausgedehnten Wirbelkern,der weniger Energie hat, was einer weit grösseren
Spannweitenwirkung gleichkommt. Diese Art der Wirbelenergierückgewinnung wird z. B. von allen Vögeln im Formationsflug benutzt.
Das Potential der Wirbelenergierückgewinnung ist verdeutlicht durch
die bekannte Formel der selbst umdrehenden Energie zweier Tragflächenspitzen folgenden Wirbel.
rot
t,
wobei E= selbst umdrehende Energie
Ji = Strömungskraft
ρ = Luftdichte
b* = halbe Spannentfernung zwischen
den Luftwirbelzentren r* = Luftwirbelkernradius
ist.
Diese Formel ergibt eine quantitative Demonstration des Wirbelradius r*
so dass die Energie des Wirbels reduziert wird, und zwar im Verhältnis zur Reduktion der auftretenden Reibung.
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Die gegenwärtige Erfindung geht nun davon aus, daß der Antriebsstrahl
der Düse herangezogen werden kann, um eine variable Dichte des Strömungsfeldes unterhalb der Tragfläche zu erreichen. Gleichzeitig soll
ein Nachlassen des Druckes erzielt werden, der den entladenen Drall in djy^yjoaj^sehnStf^Wirb^lbildung wieder spiegelt, was einer Verbesserung
des Auftriebes gleichkommt und die Wärmeumwandlung der Druckwelle reduziert. T}ie"s~eii"er reicht man, indem die Primär triebwerke so
weit vorne angesetzt werden, daß der Antriebsstrahl unter den Tragflächen in ausgebreiteter Form und mit größerem als atmosphärischem Druck
ausgestoßen wird. Der sich ausdehnende Strahl eleminiert die Bildung
die StoßfläcKenbildung, d.h. die an der Tragflächenvorderkante entstehen-Druckwelle.
Es werden Wirbel direkt unter der Tragfläche durch Düsenstrahl erzeugt, die einen hinteren Aufwind bilden, der zu einer höheren
Strahl geschwindigkeit führt. Damit wird gleichzeitig ein Schräg" nach oben ■
führender Aufstrom hervorgerufen. Dies ermöglicht, daß die Tragflächen in ihrem Winkel reduziert werden können.
Die Druckwelle der Tragfläche wird in ihrem Aufbau bereits von dem
Düsenstrahl beeinflußt. Diese reduzierte Energieabgabe in das darunter liegende Feld in Verbindung mit einer verbesserten Leistung kann auch
veranschaulicht werden in einer erweiterten wirkungsvollen Gurtung bzw. Spannweite des wirbelgeladenen Jetstrahles am hinteren Ende der Tragfläche
in Form eines wirbelartigen Flatterns. Die schwächere Druckwelle ist verbunden mit einer größeren Steigleistungsfälligkeit, womit der durch
das Gewicht des Flugzeuges entstehende Druck abwärts geleitet wird und
somit der Überschallknall reduziert wird.
Die Erfindung erreicht einen nieder strömenden Aufwind im Überschall
flug in Form.eines verdichteten Strömungswirbels. Diese Wirkungsweise
ruft im Überschallbereich ein Strömungsmoment hervor der dynamischen
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Strömungsform, und ermöglicht eine Anordnung, um den durch Wirbel
erzeugten abwärts gerichteten Aufwind auszunutzen und die Reibung zu mindern. Es wird ein Teil der Wirbelenergie zurückgewonnen, indem
ein hinterer Auftrieb unter der Über Schalltragfläche erzeugt wird. Es entsteht sowohl vorn als auch hinten ein symmetrisches Strömungsfeld
erzeugt, wobei dasselbe Auftriebs/Reibungs (L/D) Verhältnis erreicht
wird, wie bei einer Tragfläche im Unterschallbereich,
Durch die Anordnung der Triebwerke vor und unterhalb der Tragfläche,
und zwar so, daß der nötige hintere Auftrieb an der Tragfläche erreicht wird, wird ein breitgespannter Strahl von den Triebwerken mit einem
Überschuß an statischem Druck ausgestoßen. Dieses erwirkt, daß der
Strahlstrom an Dichte zu bzw. abnimmt. Das Strahlungsfeld hebt das durch die Tragfläche erzeugte Druckfeld auf, und zwar hauptsächlich
in seinen höheren Regionen, wodurch ein Geschwindigkeitsgradient im Strahl im Verhältnis zu der Freigabe negativer Wirbelbildung erzielt
wird, um einen hinteren Auftrieb zu erlangen. Weiterhin wird für eine Erweiterung der Wirbelkerne in ihrer Konzentration im Strahl gesorgt,
was einen erv/eiterten Wirbelkernradius (Mach-Kegel) in Bezug auf die korrespondierende Energie der Reibung hervorruft.
Die Tragfläche ist in diesem Auftriebsfeld angeordnet, vorzugsweise
so über dem Jet-Strahl, daß der Kontakt mit den heißen Abgasen der Triebwerke vermieden* wird. Die Erfindung ist eine Verbesserung des
im US Patent 3. 315. 629 beschriebenen Gegenstandes. Dieses Patent bezieht sich auf ein Flugzeugauftriebs system, das mit einer breitgespannten,
konvergierenden/divergierenden Düse ausgerüstet ist, die einen Überschallstrahl unterhalb eii^er Uberschailtragfläche ausstößt.
Durch bestimmte Formen der konvergierenden/divergierenden Düse, z. B. derart, daß sie einen Strahl mit einem Druck größer als der
atmosphärische ausstößt, wird die Anwendung nach der Erfindung zu
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einer Verbesserung der Flugleistung und zu einer Reduzierung des Überschallknalls
führen. Die durch die Tragfläche erzeugten Druckwellen werden durch die Ausdehnung des Strahles weitestgehend aufgehoben. Dabei
werden verdichtete Strömungswirbel im Strahl selbst frei und direkt
unter der Tragfläche konzentriert. Der erzeugte Auftrieb erlaubt die Tragfläche
so anzuordnen, daß ein reduzierter Angriffswinkel in Bezug auf die korrespondierenden Reibungswider stände benutzt werden kann.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Tragfläche und durch die konvergierende/divergierende
Düse, sowie den sich unterhalb"dBi«-Xxagflä€lie_-„ -^
ausdehnenden Strahl und Einzelheiten des Strömungsfeldes.
Fig. 2 zeigt eine Tragfläche in gleichbleibender Höhe und ein Geschwindigkeitsvektor-Diagramm
in Bezug auf das Erdanziehungskraftfeld.
Fig. 3 zeigt den vergleichbaren aufsteigenden Aufwind in Form eines
zweidimensional en Stromes für Unterschall- und Überschall-Tragflächen.
In Fig. 4 sind zwei abwärts fließende Aufwinde für die Energierückgewinnung
der den Tragflächenspitzen folgenden Wirbel im Unterschallbereich und den verdichtbaren Wirbelstrom im Überschallbereich dargestellt.
·-/■'-
Fig. 5 befaßt sich mit dem vergleichbaren Strömungsmoment einer konventionellen Tragfläche und einer Aufwindtragfläche.
Fig. 6 zeigt detailliert die Aufwindwirkungsweise nach der Erfindung.
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Fig. 7 zeigt die vergleichsweise Energierückgewinnung des symmetrischen
Stromes mittels eines "Buseman" Doppeldeckers und des unsymmetrischen
Stromes unterhalb der Aufwindtragfläche.
Fig. 8 stellt die Wirbelkonzentration unterhalb der Überschalltragfläche
dar und zeigt die Verbesserung der Auf Stromtragflächenleistung.
Fig. 9 stellt die Wirbelklappe hinter der Aufstromtragfläche dar,
fixiert durch ein Koordinatensystem zum Jetstrahl und den Zusammenhang zu einem Koordinatensystem, das mit dem Tragflächen- und
Jetstromsystem verbunden ist.
Fig. 10 bezieht sich auf die effektive Gurtung oder'Spannweise, hervorgerufen
durch eine Wirbelflatterung bezogen auf die Angriffswinkelverteilung
und die Druckverteilung entlang dem Jetstrahl.
Fig. 11 ist das vergleichbare Bild eines Aufstromsystemes und eines
konventionellen Systemes.
Die folgende Beschreibung enthält gleiche Bezeichnungen für gleiche oder
ähnliche Teile in den einzelnen Figuren.
Die fortschreitende Bewegung einer Flugzeugtragfläche 20 bei gleichbleibender
Höhe bedarf keiner zusätzlichen Energie, abgesehen von der Energie, die zur Überwindung der Reibungskräfte benötigt wird. In
Fig. 2 sind die Ge schwindigkeits vektor en 21 rechtwinklig zum Erdanziehungsvektor
gezeigt. Der Erfolg öiner solchen erhaltenden Auftriebskraft in Form eines fließenden dynamischen Stromes erfordert
ein symmetrisches Auf- und Nieder Stromfeld (vergleiche Fig. 3a).
Der hier veranschaulichte Unterschallstrom bei einer zweidimensionalen
Tragfläche 23 ist hinsichtlich seines vorderen Aufwindes 24 und
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seines hinteren Abwindes 25 symmetrisch. Der Wechsel in dem Moment
von vorderem Aufstrom und hinterem Niederstrom erzeugt dabei eine
Reaktion s kr aft 26 im Einklang mit Newton' s aweitem Gesetz. Hierdurch
entsteht der Auftrieb 27 und eine Null-Wider Standskomponente 28 infolge
der Symmetrie.
Dieser aufströmende Aufwind ist durch die Unterschallgeschwindigkeit
begrenzta denn bei Über schallge sch wingkeits wie in Fig. 3b gezeigt,
hindert die Schallgrenze die Druckwelle der Über Schalltragfläche 29 in
Abhängigkeit der Vorwärtsbewegungseinen symmetrischen Aufstrom zu
bilden. Daher kommt der Vorwärtsstrom 30 horizontal auf die Tragfläche au und die erreichte Reaktionskraft 26 muß erzeugt werden
durch eine Abwärtsdrehung 31 des Stromes. Zur Vollendung dieser Abwärtsdrehung erzeugt die Überschalltragfläche 29 eine abwärts gerichtete
Schockwelle 32 und die Tragfläche 29 selbst muß nach hinten abwärts gewinkelt sein zur Erzeugung der resultierenden Kraft 26, daß
eine leichte Auftriebskomponente 27 und eine Nachkomponente 28 als Gegenkraft auftreten.
Die Grenzen der Schallgeschwindigkeit schließen nicht die Wirkung des
abwärts gerichteten Aufstromes aus, -wie in Fig. 4 gezeigt. Gemäß Fig» 4a sind die an den Tragflächenspitzen entstehenden Wirbel 33
durch die begrenzte Spannfläche 34 mit einer Energie geladen, die innseits lokalisiert wird durch den Aufwind 35 des Tragflächen Angriffwinkels
„ Durch eine Ausstellung nach hinten der äußeren Fläche wird die Energie in den Aufstrom 37 des folgenden Wirbels 3 gebracht.
Dabei wird ein großer Anteil, der sonst vergeudeten Energie, zurückgewonnen.
Ein Gegenstück dieses Überschallvorganges ist in Fig. 4b gezeigt. Der verdichtete Wirbelstrom 38 begründet in der Tragflächen/
Düsengeometrie bedingt erfindungsgemäß, daß die Tragfläche in dem
durch diesen Wirbel erzeugten Aufwind 39 wirksam ist. Dieses wird
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genauer in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben.
Die zuvor erwähnte Begrenzung der vorwärts gerichteten Druckfortbewegung
einer zweidimensionalen Überschalltragfläche gibt fortdauernd ein Drallrnoment im Luftstrom frei. Bei einer konventionellen Tragfläche
29, wie in Fig. 5a gezeigt, erscheint diese Freigabe in Form einer Stoßwelle 32, deren Energie primär in Hitze umgewandelt wird
und sekundär Wirbellagen 40 bildet durch den ganzen Sog unterhalb der Tragfläche und somit nicht zurückgewonnen werden kann. In dem
Aufstrom sy stein gemäß Fig. 5b wird der Drall bzw. das Moment einer zweidirnensionalen überschalltragfläche in Form eines dynamischen
Wirbels 38 im Antriebsstrahl 41 in solcher Weise fi-eigegeben,
daß sein Aufwind 39 zu dem axialen Fluß 43 so beiträgt, daß
ein aufwärts gerichtetes Strömungsfeld 44 für die Aufstromtragflache
42 entsteht. Die Tragfläche befindet sich dann in diesem Aufstromfeld vorzugsweise so über dem Düsenstrahl, daß ein Kontakt mit den
heißen Abgasen der Triebwerke vermieden wird. Auf diese Art und Weise kann ein großer Teil der Wirbelenergie in Auftriebs energie umgewandelt
und freigewordene Energie im Sog der Stoßwelle 32 verringert werden.
Das Ziel der Erfindung ist, wie Fig. 6 zeigt, die Erzeugung eines aufwärts gerichteten Strömungsfeldes 44 für die Tragflächen. Bezugnehmend
auf Fig. 1 und 5 wird die Tragfläche in einem reduzierten Winkel 45 wirksam und die Kraft 46 mit der reduzierten Widerstandskomponenten
47 wirkt vorwärts treibend auf die Tragfläche. Es besteht in dieser Form eine Beziehung-zwischen der Freigabe von Energie
an dem Sog und der Reduzierung der Stärke der Stoßwellenkante 32 und
des konzentrierten Wirbels irn Strahl unterhalb der Tragfläche in Form
einer Ausbreitung des Abwärtsmomentes über einen größeren Teil der Luft.'
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Das Aufstromtragflächenmodel besteht aus einer zwei dimensional en Tragfläche
42 mit einem nach hinten gerichteten ausgespreizten Strahl 41, der unter der vorderen Kante 48 ausgestoßen wird. Die Tragfläche 42
kann aus drei Teilen in Spannrichtung bestehen, und zwar einem vorderen
Teil 49, einem Mittelteil 50 und einem Hinterteil 51, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Die Strahldüse 52, das vordere Teil 49 und der einwirkende
Strom 41 sind im Detail in Fig. 6 gezeigt.
Der Strahl 41 wird mit mehr als atmosphärischem Druck ausgestoßen,
so daß er sich anfänglich nach oben und nach unten ausdehnt. Der anfängliche Vertikal-Druck und die Luftdurchsatzgeschwindigkeit des
Strahles wurden aus der Richtung kommen, um einen höheren Druck und
damit ein.größeres Ausdehnungspotential in dem oberen Teil des Strahles
53 zu erreichen, womit eine höhere Luftdurchsatzgeschwindigkeit und somit ein größerer Widerstand bei der Abwärtsführung am Ende des
Strahles 54 zu erzielen.
Das vordere Tragflächenteil 49 dreht den aufwärts gerichteten Strom
in die Horizontale, wobei aber genügend Ausdehnung in der oberen Region des Strahles verbleibt, um die Verdichtung, die durch das vordere Tragflächenteil
bei der Drehung des Stromes erzeugt wurde, aufzuheben. Die untere Region 54 des Strahles wird weniger beeinflußt infolge der Entfernung
zur oberen Tragfläche, womit sie beschleunigend wirkt. Diese Asymmetrie sorgt für eine normale Luftdurchsatzgeschwindigkeit 55 im
Strahl, und zwar im Verhältnis zu dem negativen Wirbel 38 oberhalb der Spannachse, wie in Fig. 1 gezeigt.
Die asymmetrische Geschwindigkeit oder Machzahl sorgt für einen ab-
gewinkelten Mach-Kegel 56 von jedem Wirbel 57, hervorgerufen durch
die Strahlenexpansion 59, die die Tragflächenverdichtung 58 aufhebt.
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Die negative Bedeutung der Drehung 60 sorgt für einen Aufwind 39 innerhalb
eines jeden Wirbels, was zu einem axialen Strom 43 beiträgt, um so aufwärts gerichtete Stromlinien in der oberen Region des Strahles
unter dem Tragflächenmittelteil 50 zu schaffen. Damit wird ein größerer Druck auf die Tragflächenunterseite 61 gegeben, womit für einen normalen
Druck-Gradienten 62 in dem Strahl 41 gesorgt wird. Das Tragflächenmittelteü 50 ist so geformt, daß es den Druck mit minimaler
Verdichtung 58 des Stromes für den gewünschten Auftriebswert erhält.
Das TragflächenSfalnterteil 51 ist so geformt, daß as den Strahl 41 an der
hinteren Tragflächenkante 63 zu atmosphärischem Druck expandieren läßt, wobei schädliche Auswirkungen des Druckes vermieden werden.
Die erhöhte Geschwindigkeit, hervorgerufen durch die Expansion des Strahles, bewirkt auch keine schädlichen Auswirkungen an der hinteren.
Tragflächenkante, da der weiter fließende Strahl 41 wie ein wirbelgeladener
Stromstrahl 64 wirkt.
Der stetige Strahlstrom 64 an der hinteren Kante 63 der Tragfläche
weiter- fließ ende Strahl hat nicht die allgemeine Bedeutung eines hohen axilen Momentes der Strahlenklappeä sondern die eines Strahles mit
genügendem Axialmoment für leistungsfähigen Antrieb, dem ein zusätaliches
Moment aus der Wirb el rotation 38 zugeordnet wird, wodurch
ein Druck-Gradient produziert wii'd. Die hintere Komponente in
dem Strom des Strahles verteilt den Staudruck in Abwärtsrichtung. Somit ist der Strahl hinter der Tragfläche nicht allein die Folge einer
Strahlenklappej, sondern korrekter ausgedrückt eine Druck-Spannungs-Schicht
oder Folge einer Wirbelklappe.
Der zusätzliche Auftrieb an der Tragflächenunterseite 61, der durch
den Aufwind 39 hervorgerufen wird, erscheint nicht am Ende des Strahles 54, da der Druck-Gradient 62 durcli dea Strahl selbst erhalten
bleibt. Dieses wird verursacht durch die größere Geschindigkeit des
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Stromflusses in der oberen Region des Strahles infolge des durch den
abgewinkelten Mach-Kegel 56 hervorgerufenen Aufwindes 39. Es erscheint
somit als Drehmoment 38 in diesem Strahl ein abwärts gerichteter Druck, der durch das Wirbelfeld des Strahles verursacht wird.
Die Stärke des Strahles wird nicht allein durch die beschriebene Wirkungsweise erhalten, sie kann ferner je nach Antriebsanforderung bestimmt
werden. Andererseits wird die Spannlänge des vorderen Teiles 49 durch die Strahlendicke beeinflußt, nämlich je dünner der Strahl,
je kürzer die Spannweite des vorderen Teiles.
Die grundsätzliche Voraussetzung besteht darin, daß die durch die Tragfläche verursachte sich erhöhende Verdichtung 58 im Verhältnis
der durch den expandierenden Strahl abnehmenden Dichte 59 sich verändert, womit sich der stetige Wechsel der Dichte summarisch aufhebt,
wodurch der Arbeitsaufwand in der Gaskompression reduziert wird. Die Druckaufhahmen sind gleicher Art und addierbar, womit
sich der Auftrieb erhöht. Deshalb kann wegen desselben Auftriebes
der Angriffswinkel 45 der Tragfläche reduziert werden, verbunden . mit einer Widerstandsreduzierung.
Die physikalischen Vorgänge im Strömungsfeld und in der Struktur des
Vorhergesagten sind im Folgenden detailliert beschrieben: Eine Tragfläche im Überschallbereich kompromiert den unter ihr
dahingleitenden Strom. Die Stärke und Verteilung dieser Kompression sind durch die Wölbung, den Angriffswinkel und andere sich an
der Unterseite der Tragfläche befindliche geometrische Merkmale bestimmt. Dieser Kompressionsdruck wirkt auf den Stromfluß unterhalb
der Tragfläche ein, wobei wegen der Grenzen, der Schallgeschwindigkeit durch die Gaskompression Kräfte entwickelt v/erden, die
dem Vortrieb entgegen wirken. Diese Kompression wird durch Euler's
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Gleichung ausgedrückt:
Wobei" ρ = Luftdichte M = Machzahl U = Geschwindigkeit sind.
Der Leistungsaufwand in dieser Kompression bedeutet einen Energieverlust,
sofern diese Energie nicht zurückgewonnen wird. In einem.symmetrischen
Strom, etwa wie in einer Laval-Düse oder bei einem Buseman-Doppeldecker
ist der Stromfluß in der Lage» sich in einer divergierenden Sektion 65 wieder zu expandieren, wobei der zunehmende Druck eine
Komponente 66, die Leistung erbringt, in der Richtung des Strömungsflusses hat, wie in Fig. 7a gezeigt. Dieses System schafft damit die
Möglichkeit, die Kompressionsenergie zurückzugewinnen und sorgt dadurch für einen isotropischen Vorgang mit gleichbleibendem Energiegehalt.
Die Kräfte, die die Beeinflussung des Stromes zu einem unsymmetrischen
Strom unter einer konventionellen Tragfläche 29 vollziehen, verursachen
eine andauernde Freigabe eines Dralls, welcher in Form einer Stoßwelle 32 und als "Wirbelfläche 40 erscheint. Die Aufstromtragfläche 42 zwingt
diese Freigabe primär in Form von dynamischen Wirbeln 38 direkt unter die Tragfläche, wo ein großer Teil dieser Energie zurückgewonnen
und in Auftrieb umgewandelt wird, wie in Fig. 7b gezeigt. Der erhöhte Auftrieb erlaubt es, daß die Tragfläche in einem reduzierten Angriffswinkel
45 wirksam werden kann und damit die Asymmetrie reduziert, so daß als Resultat die Energie in Form von Schubkräften 66 in dem Ver>hältnis
zu dein reduzierten Widerstand 47 zurückgewonnen wird. Dadurch ist in der Tat der Wirbel 38 in solch einer Art in dem Strahl konzentriert,
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daß er für einen Druck-Gradienten 62 sorgt, der eine untere Tragfläche
wie die eines Buseman Doppeldeckers vortäuscht, vergl Fig. 1.
Dieses Auf strom-Tragflächen-System 42 wandelt in der Tat die Tragflächen-Kompressions-Energie
58 in eine Auftrieb zunähme um, was eine Reduzierung
des Angriffswinkels erlaubte wodurch auch der Widerstand reduziert
wird. Diese Umwandlung wird durch Benutzung der Triebwerk-Schub-Energie erreicht. Dieses sorgt für ein Expasionsfeld 59 , womit das Tragflächen-Kompressionsfeld
58 auf eine kleine Region begrenzt wird, während der negative Wirbel 38 mit dem ihm verbundenen Aufstrom 39 frei wird. Dieser
Umwandlungs vor gang ist somit eine Kettenreaktion im Abwärtsstrom, bzw. in der Strom richtung, und zwar zwangsläufig durch die Kompressions/Expasions-Wechselwirkung
57 in dem abwärts gerichteten Mach-Kegel 56. Man kann dieses auch so ausdrücken, daß der negative Wirbel, der
im J et -Strom frei wird, einen vorwärts gerichteten Störunge strom unter der Tragfläche einleitet, der für eime Verzögerung des gesamten Stromes
im Verhältnis zu der Druckerhöhung sorgt. Dadurch daß der Wirbelstrom 38 für die Druckerhöhung 62 sorgt, wird die Anforderung für die Stromkompression
58S hervorgerufen durch die Tragfläche und mit der ihr verbundenen
Arbeit und Energie, reduziert. D.h. die Kompression der Strömung durch die Tragfläche ist auf eine geringe Flußmenge in der unmittelbaren
Nähe des Vorderteiles 49 der Tragfläche begrenzt, und jede weitere Kompression wird aus ser ordentlich reduziert durch den von dem Wirbel
erzeugten Druck-Gradienten 62O Somit wird durch Umwandlung der Wirbelenergie
der größte Teil der normalen Si rom-Kompression 58 und der
damit verbundene Energieverlust ver mieden»
Das vordere Tragflächenteil beeinflußt den Stromfluß, um Druck im Verhältnis
zur steigenden Dichte zu erzeugen. Normalerweise führt das Kompressionsfeld unter die Tragfläche und schwindet allmählich. So jedoch
wird durch die Expansion 59 kusz unterhalb der Tragfläche das Meiste d
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dieses Kompressionsfeldes 58 aufgehoben. Dieser Annulierungsvorgang
erfordert eise Wirbelabgabe 38 im Störungs strahl in der selben Höhe wie
die Stoß - oder Schockwelle 32 den Wirbel 40 durch normalen Schwund frei gibt.
Erfinderisch ist somit; von Bedeutung, daß bei der Aufstromtragfläche
42 der Wirbel 38 in konzetrierter Form im Strahl 41 frei gegeben wird, bevor die schwachen Kompressionswellen 58 sich zu einem starken Schock
32 verbinden können. Letzteres würde sofort die Wirbelenergie in Hitze umsetzen. Der so frei gewordene Wirbel bewegt sich mit dem Düsenstrahl
nach hinten unterhalb des Tragflächenmittelteiles 50. Dieses Mittelteil kann eine geringe Krümmumg aufweisen, da es ja nur den durch den Aufwind
39 zusammen mit dem Wirbel 38 hervorgerufenen Druck 62 zu verkraften braucht. Damit ist die Forderung erfüllt weitere Drehungen und/
oder Kompressionen des Stromes zu reduzieren. Das Hinterteil 51 kann die Krümmung noch weiter verringern, so daß es einen Druck an der hinteren
Kante 63 der Tragfläche für glatten schockfreien Fluß hervorruft.
Dieser Vorgang gestattet sonst vergäudete Energie wieder zubenutzen und
somit das Potetial für einen Zuwachs an Leistungsfähigkeit zu schaffen, während der Übersehall-Knall merklich reduziert wird. Gegenwärtige
Systeme, die zusätzliche Energie aufwenden müssen um den Schall zu reduzieren, sind klar einer Leistungseinbüße ausgesetzt.
Fig. 1 zeigt die beschriebene StrömungsWirksamkeit. Es sind die Geschwindigkeit
u der Wirbel-,v'und der Druck ρ aufgezeigt. Die quantitative Bestimmung
des Strömungsfeldes wird in dem folgenden Teil besprochen.
Die vertikale Schwankung der Geschwindigkeit ύ bezogen auf das Geschwindigkeits-Diagramm
55 zeigt den Wirbel-Strömungs-Effekt, in dem die Geschwindigkeit in dem oberen Teil des Strahles 53 und unter der Tragfläche
reduziert wird. Dieses im Vergleich zu dem Geschwindigkeitszu-
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wachs in dem unteren Teil des Strahles 54. Die starke Gesch Y/f'n al tjKeif£·*■
minderung 67 an der unteren Grenze 68 des Strahles ist auch gezeigt, ebenso
wie die erhöhte Geschwindigkeit 69 unter dem Strahl, hervorgerufen durch den Wirbelzuwachs in der Störungswelle. Zum Vergleich ist das
übliche Geschwindigkeits-Diagramm gestrichelt eingezeichnet.
Das Wirbelprofil iQ 38 zeigt die Kozentration der Wirbel in dem oberen
Teil des Strahles 53. Dieses Profil ist konsistent mit dem höheren Geschwindigkeits-Gradienten
55 in dieser höheren Region. Weiter ist der Wirbel 38 negativ und somit mit dem Aufstrom 38 verbunden, wie in
Fig. 1 gezeigt. Das Druckprofil ρ 62 zeigt den vertikalen Druck-Gradienten durch den Strahl und im Einzelnen die Zunahme des Druckes in dem
oberen Teil 53 des Strahles. Der geringe Druckanstieg 71 unterhalb des Strahles, hervorgerufen durch den Wirbelaufstrom 39» ist stark liniert
eingezeichnet, während das übliche Profil 72 gestrichel gezeichnet ist.
Die gestrichelten und starken Linien in der Seitenansicht der Fig. 1 zeigen
einen generellen weiteren Vorzug, den negativen Wirbel 38. Ohne diesen Wirbel 38 würde der Strahl viel weiter durch den Druck des Flügels
heruntergedrückt werden. Die äußere Unter strömung des Strahles würde dann wiederum noch mehr von der größeren Abwärtsdeflektion abhängig
sein. Diese größere Abwärtsdeflektion ist mit höherem statischen Druck verbunden ( größere Kompression ) und mit größerem Geschwindigkeitsnachlassen
( veranschaulicht durch die gestrichelten Linien von Druck und Geschwindigkeit ). Daher begrenzt oder reduziert der Wirbel
in dein Strahl das durch das Heben der Tragfläche produzierte Kompressionsfeld.
' .
Der Wirbelvorgangs der für einen außerordentlichen vertikalen Geschwindigkeits-Gradienten
55 in dem Strahl sorgt, steigert den Vorgang und die Übertragung der Strahlenergie des Stromflusses im Zwischenraum 73
zwischen Strahl 41 und Tragfläche 42 und sorgt somit an der Trägflächenunterseite
61 selbst für den. steigenden Druck 62, hervorgerufen durch
24120^9
den Wirbelvorgang im. Strahl. Die Energie des Zwischenraumes in
der gegenwärtigen Tragflächenbegrenzung verschafft eine Strahlenzunahme, die weiter die antreibende Leistungsfähigkeit des Systemes
erhöht.
Wie in Fig 6 gezeigt, sorgt die, durch die Strahlenausdehnung 41 erzeugte
aufwärts gerichtete Schockwelle 74 für einen steigenden Druck auf die vordere obere Fläche 75 der Tragfläche, und zwar relativ zu
dem freien Druck des Stromflusses. Jedoch erfährt die untere Fläche
61 der Tragfläche dieselbe Drucksteigerung durch den Schock und deshalb ist der Unterschied in dem Druck für den Auftrieb 46 unverändert.
Diese Schockwelle oberhalb der Tragfläche vermindert sich schnell durch das nach oben gerichtete Ausdehnungsfeld 76 von der
vorderen oberen Fläche 75 und deshalb ist der Energieverlust dieses Strömungsfeldes oberhalb der Tragfläche gering. Der erhöhte Druck,
der sich durch den Aufstrom 39 unter der Tragfläche 42 entwickelt, macht es der Tragfläche möglich, mit einem reduziertem Angriffswinkel
45 zu wirken. Deshalb wird wegen desselben Auftriebes die Wider Standskraft 47 reduziert. Das Drallmornent 60 hat,durch die
Tragfläche verändert, dieselbe Kraft wie der positive Wirbel 77, der den positiven Auftrieb erzeugt. In Übereinstimmung mit der Thomson
Theorie und mit ihrer Freigabe in Form eines dynamischen Wirbels, hauptsächlich im Strahl 41 konzentriert., wird die Aufwärts strömung 39S
die unter der Tragfläche erzeugt wird, als ein oberer Aufprall der Abwärtsströmung 31 erscheinen. Das Strömungsfeld unter der Tragfläche
ist dann vorn und hinten symmetrisch und die Tragfläche kann mit genügender Krümmung versehen werden, um somit durch den
Strom 44 zu ermöglichen, daß die resultierende Kraft 46 vertikal auf die Tragfläche geführt ist. In diesem begrenzten Maße würde dieses
den Null-Wellen-Widerstand repräsentieren und sich somit der Unterechall
kondotion nähern.
- 19 znQft^ft/n3ß7
ORIGINAL-INSPECTED
Die durch den beschriebenen Wirbelkonzentrationsvorgang erreichte quantitative Bestimmung der Leistungsverbesserung erfordert eine
mathematische Formulierung des Strömungsfeldes. Nach dieser Formel kann der Strom in dem Strahl unter den beschriebenen Voraussetzungen
mathematisch errechnet werden und durch Momentengleichungen zusammen mit geeigneten Grenzkonditionen, die die Tragfläche repräsentieren
und ursprünglichen Kondisionens die die Strahlencharaktere repräsentieren,
ausgedrückt werden . Im einzelnen können die Momentgleichungen mit der Zustandsgieichung verbunden und nach Druck im Sinne des Gesclrwindigkeitsfeldes
aufgelöst werden, einschließlich hinsichtlich der Wirbel dieses Feldes.
Eine ungefähre Analyse hat eine einfache Schätzung der Leistungsverbesserung
erbracht, indem man demonstriert, daß der Druck in einem nicht einheitlichen Strömungsfeld unter der Tragfläche sich wie folgt
ergibt:
/W V Pin
P 3= Druck im Botationsströmungsfeld
P. = Druck im Nicht-Rotati ons strömunesfeld
irr ö
M = Machzahl
= Gaskonstante
" = Schallgeschwindigkeit
= T ragflächen spannlänge
= Wirbel
= Tragflächenangriffswinkel
sind., -
409838/038 7 ORIGINAL IN
_ 3-44-2-Qa-S-
•JLO-
Dieser Ausdruck bezeichnet den Druck 62/71 in einem Rotationsfeld im Sinne des Druckes 72 in einem unregelmäßigen Feld. Das letztere
kann eindeutig in einfachen Fällen durch eine lineare Theorie bestimmt werden und es kann somit durch den konzentrierten Wirbel in
dem Strahl der obige Ausdruck die Modifikation des Druckes zeigen. Das Exponential einschließlich der Machzahl zeigt, daß der Anstieg
des Druckes infolge Rotation als nicht komprimierter Fluß schwindet, andererseits aber mit der Machzahl ansteigt. Physikalisch betrachtet,
kann dieses als Reflektion der effektiven Wirbelbildung auf dem abwärts gerichteten Mach-Kegei einer Wirbelquelle gesehen werden, wodurch
der Störungsfluß begrenzt wird auf einen Aufwind infolge des negativen Wirbels. Der negative Wirbel 38 selbst erscheint in der Exponentialform,
das bedeutet, daß der Druck stark mit der Kraft des Wirbels ansteigt.
Für Flüge in konstanter Höhe bleibt auch der Druck bzw. der Auftrieb
konstant, und zwar im Verhältnis zum Fluggewicht. Es wird somit der steigende Druck 62/71 benötigt, um den Angriffswinkel 45 mit einer
korrespondierenden Widerstandskraft 47 zu benutzen. Die zugehörige Reduktion der Tragfiächendruckkraft 47 entsteht durch den reduzierten
Angriffswinkel 45 und kann benutzt werden zur Verbesserung der Auftriebs/Wider stand sr elation auch für große konventionelle Flugzeuge, wo
der Widerstand aufgrund des Auftriebes etwa die Hälfte des Gesamtwider standes beträgt. Die Verbesserung der Auftriebs/Widerstandsrelation
hervorgerufen durch den komprimierten Wirbelaufwind wird nachfolgend
in einer Formel dargestellt:
- 21 -
409838/0387
AL INSPECTED
Diese Formel ist in Fig. 8 näher ausgeführt, wo die Auf Stromtragfläche
SST hinsichtlich der Auftriebs/Widerstandsrelation zu einer konventionellen Auftriebs/Widerstandsrelation als eine Funktion der Wirbelkonzentration
im Düsenstrom gezeigt ist. Die Fig,, zeigt einen sehr
günstigen Trent in der Nachbarschaft von kleinen Wirbeln, wobei die größte Verbesserungsleistung gegeben ist. Dieser Zuwachs ist nicht
abhängig vom Wechsel der Machzahl im interessierenden Wirkungsbereich. Fig. 8 zeigt, daß die Auftriebs/Widerstandsrelation (L/D),sofern
notwendig, durch Konzentrierung annähernd auf die Hälfte des Drallmomentes in Form des dynamischen Dralls 38 im Jetstrom 41 unter der
Tragfläche 42 hinsichtlich seines Wertes verdoppelt werden kann. Die Wider stands verminderung hervorgerufen durch die Wirbelkonzentration
im Auf Stromvorgang muß korrespondieren mit der Verringerung der Energie, soweit diese in dem Sog freigeworden ist.
Die Geschwindigkeits- und Druck-Darstellungen unter der Tragfläche
werden in Fig. 1 gezeigt. Diese jeweiligen Darstellungen 55 und 62 sind
notwendigerweise umgekehrt, da der Strahl durch einen Krümmungspunkt
an der hinteren Kante der Tragfläche 63 fließt. Die Wirbelform 38 bleibt unverändert und reflektiert den Wirbel, der von der Tragflächenkompressionswelle
58 freigegeben ist. Die hintere Tragflächenkante kann zurückgebogen werden, um dadurch etwas Schub zurückzugewinnen,
aber noch besser, um einen Verlust des Auftriebes zu vermeiden. Auf jeden Fall.wird der höhere Druck in den oberen Teilen des Strahles
diese Region veranlassen, sich anfänglich aufwärts auszudehnen wie Position 78 in Fig. 9a zeigt.
Sobald der Strahl unter der hinteren Kante der Tragfläche vorbeigestrichen
ist, erfährt er ein kleines Axialmoment, wodurch eine hohe antreibende Leistungsfähigkeit entsteht und ein relativ großes konzentriertes
Rotationsmoment 38 erreicht wird, und zwar durch den Trag-
- 22 -ι λ«%λολ ι ι\ *\ t>
η
ORIGINAL INSPECTED
flächenkompressionsprozeß 58. An dem hinteren Teil der Tragfläche
erreicht der Strahl eine doppelte Charakteristik hinsichtlich der Klappe, die als Strahlklappe -wirkt durch das Axialmoment und als Wirbelklappe
durch das Rotationsmoment. Gewöhnlich wird die Strahlenklappe in der Charakteristik infolge des Axialmomentes nur auf eine relativ kurze
Distanz ausgefahren, bis der Stromfluß in die Horizontale abgelenkt ist. Jedoch im Hinblick auf die gleichzeitige Verwendung als Wirbelklappe
abhängig vom Rotationsxnoment sind unabhängig von der Strahlenkrümmung, hervorgerufen durch das Axialmoment, Ausschwenkungen
größerer Länge der Wirbelklappe erforderlich.
Der Wirb.elklappenvorgang kann ähnlich betrachtet werden wie ein bekannter
Rotationszylinder, gezeigt in Fig. 9a. Hierin ist der konzentrierte Wirbel in dem Strahl nachgebildet als Form einer unter dem
hinteren Ende der Tragfläche auftretenden Serie von Rotati ons zylindern.
Man kann dieses analog vielleicht vergleichen mit der unsymmetrischen Hälfte einer Karman Wirbelstraße. Jeder solcher Rotationszylinder 79
führt zu einer höheren Geschwindigkeit des Strahles 41 und würde dann einen positiven Druck 20 an seiner unteren Seite 68 und einen negativen
Druck 81 an seiner oberen Seite 82 durch den Außenstrom hinter dem Zylinder entwickeln, welcher entsteht durch die Differenzwirkung in
der Axialgeschwindigkeit des Stromes zu dem Außenstrom. Diesel' Geschwindigkeitsunterschied wird in einem Koordinatensystem für den
Strahl dargelegt, wie Fig. 9a zeigt. Auch unter Bezugnahme auf Fig. 9b rnit einem gebräuchlichen Koordinatensystem für die Tragfläche werden
die Besonderheiten der Wirbelklappe gezeigt, und zwar mit dem positiven Druck 80 auf der Unterseite des Jetstromes, wobei der äußere
Fluß entgegen der Richtung der Rotationszylinder hinsichtlich ihrer
Drehrichtung verläuft und der negative Druck 81 auf der Oberseite, wo der äußere Fluß in der gleichen Richtung, wie der der Rotationszylinder,
verläuft.
ΑΠ<383β /Ω387
OR!GI!N!Al INSPECTED
Die entwickelte Kraft an der Wirbelklappe 64, dargestellt in Form der
Rotations zylinder j ist natürlich tätsächlich durch den Druckgradienten
in dem Strahl selbst entstanden. Diese Druckgradienten entstehen aus einer abgeleiteten Geschwindigkeit und dem Druck des Strahles, so wie
es von der hinteren Kante der Tragfläche 63 abgeleitet wird. In Wirklich keit können diese Gradienten und die detaillierten inneren Druckgradientenvorgänge
nur bestimmt werden durch eine numerische Lösung. Die hier dargestellt Analogie ist nur der Einfachheit halber gewählt worden.
Die lange effektive Tragflächen-Gurtung (Tragflächensehnung) durch den Wirbelklappenvorgang, wie oben beschrieben, ist in Fig. 10 gezeigt. Die
Wirbelklappe ist mit einer konventionellen Tragfläche und einem konventionellen
Tragflächen/Strahlen-Klappen-System verglichen unter der Voraussetzung eines gleichen totalen Auftriebes und gleicher Tragflächen-Gurtung
bzw» Sehnung.
Fig. 10a zeigt die Angriffswinkel einer einfachen flachen Tragfläche 83,
einer Tragfläche-, die einen reduzierten Angriffswinkel besitzt und die
eine konventionelle Axial-Momenten-Klappe 84 hat, so daß die effektive
Tragflächen-Gurtung bzw. Sehnung um einen relativ geringen Betrag steigt. Ferner eine Tragfläche mit einem sogar noch kleineren Angriffswinkel
verstärkt durch eine Rotations -Mom ent en-Wirb el-Klappe 85,
die eine relativ lange Gurtung oder Sehnung besitzt.
Fig« 10b zeigt die korrespondierende Druckverteilung am untersten
Ende des Strahles für die drei Tragflächen-Systeme der Fig. 10a. Die Krümmung 83 hat den höchsten Druck entsprechend zu der kürzesten
Gurtung bzw. Sehnung. Die Krümmung 84 zeigt den reduzierten Druck entstanden durch die zunehmende effektive Sehnung der Strahlen-Klappe,
jedoch stark abwärts fallend. Die Krümmung 85 zeigt den weiter reduzierten
Druck entsprechend der längeren effektiven Gurtung/Sehnung der Wirbel-Klappe., die langsam abwärts gerichtet ist. Die Fläche unter
409838/0
jeder der drei Krümmungslinien muß natürlich mit dem Gewicht des
Flugzeuges übereinstimmen.
Dieses Aufstromsystem begründet eine Doppel-Tragfläche. Der Wirbel
wird in erster Linie unter der Tragfläche wirksam, um einen steigenden Auftrieb bei reduziertem Angriffswinkel zu erzielen, und zweitens
um hinter der Tragfläche für eine Unterstützung der Wirbel-Klappe zu
sorgen. Der Wirbel wird erzeugt oder freigegeben infolge der Wechselwirkung des expandierenden Strahles mit der unsymmetrischen Tragflächen-Kornpression,
der Wirbel wird durch den Vorgang hinter der Tragfläche, der länger dauert als der Axial-Momenten-Effekt, ausgedehnt,
wie durch den Drehzylinder-Vergleich dargestellt.
Die Basis eines normalen Antriebs-Systems für die Aufs tr om-Technik
ist identisch mit der eines konventionellen Systems und deshalb können konventionelle Gas-Turbinen 86 benutzt werden.
Da ist natürlich noch eine weitere Bedingung, nämlich die einer seitlichen-Ver
zweigung 87, um für den ausgebreiteten Strahl zu sorgen, wie in Fig. 11 gezeigt wird. Diese Verzweigung bietet die Möglichkeit für eine
funktionierende Integration. Zum Beispiel kann ein doppelter Zweck erreicht werden, wennäußere 31as-Klappen bei dem Start und möglicherweise
für das Nachbrennen beim -Reiseflug vorgesehen sind»
Im Bedarfsfall ist die Installation, von besonderen Gebläsen 86, deren
heiße Auspuffgase direkt freigegeben werden vorteilhaft, da die Gebläseluft
als ausgebreiteter Strahl 41 ausgenutzt wird. Dieses wiederum
mit relativ hohem Druck über'die gesamte Fläche verteilt und durch eine
konvergierende/divergierende Düse 52 ausgestoßen. Solch ein System
rt'.t't eine größere Massenbewegung hervor und somit eine höhere Antriebsleistung.
Außerdem ist diese Gebläseluft trocken, womit eine
A09838/03S7
.ruhigere Auftriebs zunähme während des Startes zu erreichen ist, mit
Hilfe einer fernbedienten Nachverbrennung.
Eine weitere Möglichkeit ist der Gebrauch einer zweidimensionalen Stoßdüse für den Reiseflug. Eine solche Anordnung benötigt konventionelle
Gas-Turbinen-Rotationsmaschinen für den Start und das Steigen. Beim
Reiseflug laufen die Rotationsmaschinen 86 leer und deshalb ist keine
ausgebreitete Führungsanlage notwendig wegen des durch den Untertragflächen-Stoß-Strahles
erreichten Schub. Wird die Stoßdüse nur auf den Reiseflug beschränkt, so wird der Nachbrennlärm auf Flughäfen während
des Rollens, des Startens und des Steigens ausgeschlossen. Die Lage der
ausgedehnten Vielfältigkeit 87 oder der Stoß-Düsen-Struktur an der führenden
Kante 48 der Tragfläche gestattet den weiteren Gebrauch als führende Kanten-Klappe, um für eine Zunahme der Tragfläche und
Flügelwölbung bei Start und Landung zu sorgen.
Der Auf Stromvorgang ist auf Reduzierung des Energieverlustefe und des
Widerstandes der zweidimensionalen Tragflächen-Charakteristik gerichtet.
Sofern dieses Ziel erreicht ist, ist es nicht erforderlich,einen extremen
Bereich vorzusehen, um eine dreidimensionale Widerstands-Erleichterung zu erzielen. Daher wird die mit extremen Schub verbundene betriebliche
Erschwernis vermieden und der praktischen, leistungsfähigen Schub-Konfiguration Vorzug gegeben, wie in Fig. 11 gezeigt.
Die Anordnung bildet dementsprechend einen Kompromiß von Vor- und Nachteilen, die hier wie folgt aufgezählt sind:
1. Vorteile
a. Doppeltes Auftrieb/Widerstandverhältnis beim Reiseflug i. größere Reichweite, Nutzlast und Höhe
ii. niedrigere Kosten pro Sitzmeile
b. weit reduzierter Über schalknall
c. weniger Schub
i. erhöhte Spannweite und'Flügelstreckung "
ii. geringer Widerstand
iii. mehr Leistungsauftrieb für gleichen Kraftstoffverbrauch
iv. erhöhter Auftriebskoeffizient beim Starten
d. erhöhte Auftriebs-Kurven-Neigung
i. weniger krasse Bodenauswirkung
ii. keine gesenkte Bugnase
iii. kürzeres vorderes Buggetriebe
iv. weniger Rumpfneigung beim Steigen
e. verbesserte Antriebsleistung
f. ausgebreiteter Trocken-Strahl beim Start
i. Blas-Klappen-Auftriebs-Zunahme
ii. reduzierter Seitenlärm
i. Blas-Klappen-Auftriebs-Zunahme
ii. reduzierter Seitenlärm
2. Nachteile
a. erweiterte Bauweise für die Düsen.
Fig. 11 vergleicht die obengenannten charakteristischen Merkmale einer
Aufsfrom-Tragfläche mit einer konventionellen Tragfläche. Das Aufstrom-System,
ist im allgemeinen gleichzusetzen mit großer Flügelstreckung, geringerem Schub, Unterschalltransport und unter der Tragfläche 42 und
vor der Tragfläche 42 angebrachten Antrieben 86 mit einer ausgebreiteten Düsenwirkung 87.
Der sich nach hinten ausdehnende, abwärts gereichtete Druckfluß durch den
Auffetromvorgang korrespondiert mit einer großen Veränderung des gesamten Strömungsfeldes. So wird die starke Schockwelle 32s , die den Ultraschall-Knall
88 auf der Erde hervorruft, in ihrer Wirkung sehr abgeschwächt (32w) durch eine längere Gurtungs/Sehnungs-Reduzierung des Winkeltragflächensysteme
s, hervorgerufen durch den Wirbelklappenmechanismus 85, der den Druck abwärts verteilt mit der Folge eines reduzierten Überschallknalls
89j wie in Fig. 5 gezeigt.
Die Konzentration des Überschalldrehmomentes in Form eines Wirbel
bei erreichter Flughöhe ergibt in anderen Höhen eine Verbesserung des Verbrennungsproduktes vom Flugzeugmotor 86 und zeigt somit die Tendenzjdas
Verunreinigungsprodukt zu reduzieren. Dies ist ein anderer Weg, vergeudete Energie wieder zu benutzen, um einen brauchbaren Zweck zuzuführen.
Die bevorzugte Art und Weise der Anwendung dieser Erfindung, die beschrieben
und dargestellt worden sind, beschränken die Erfindung nicht allein darauf.
409838/03S7
Claims (8)
1. j Flugzeugtragfläche für Überschallgeschwindigkeiten, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Element der Tragflächenunterseite einen positiven Angriffswinkel in Bezug zur Flugrichtung besitzt und mit
einer Düse bestückt ist, die einen Überschallstrornfluß unter das Tragflächen element ausstößt.
2. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Teil des Tragflächenelementes einen relativ
kleinen "Winkel besitzt.
3. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Tragflächenelement einen negativen Winkel besitzt.
4. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Tragflächenelement eine abwärts gerichtete konkave
Krümmung aufweist.
5. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet·,
daß die Düse unterhalb des Tragflächenelementes im Abstand angeordnet ist, so daß zwischen Düsenstrahl und Tragfläche eine
Luftschicht verbleibt.
409838/03S7
6. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet , daß der Düsenstrahl mit einem Druck größer als der
atmosphärische ausgestoßen wird.
7. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 Ms 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Düse so angeordnet ist, daß sich ein Strahlfluß
zur Vertikalen geneigt ergibt.
8. Flugzeugtragfläche nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Tragflächenelement in einem relativ kleinen
Winkel angeordnet ist,
eine Düse unter dem Tragflächenelement in einem solchen Abstand wirksam ist, daß eine Luftschicht zwischen Düsenstrahl und Tragflächenelement
verbleibt,
die Düse so angeordnet ist, daß der größer als Atmosphärendruck austretende Strahl zur Vertikalen abwärts geneigt austritt.
409838/0367
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---|---|---|---|
US342151A US3904151A (en) | 1973-03-16 | 1973-03-16 | Supersonic upflow wing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2412069A Pending DE2412069A1 (de) | 1973-03-16 | 1974-03-13 | Tragflaeche fuer ueberschall-flugzeuge |
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Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4008866A (en) * | 1973-03-16 | 1977-02-22 | Vehicle Research Corporation | Compression energy transformation system for a supersonic wing |
US4168044A (en) * | 1975-06-06 | 1979-09-18 | Vehicle Research Corporation | Energy conserving supersonic aircraft |
US5358156A (en) * | 1990-07-23 | 1994-10-25 | Vehicle Research Corporation | Supersonic aircraft shock wave energy recovery system |
US5251846A (en) * | 1990-07-23 | 1993-10-12 | Vehicle Research Corporation | Supersonic aircraft shock wave energy recovery system |
US5676333A (en) * | 1990-07-23 | 1997-10-14 | Rethorst; Scott | Supersonic aircraft shock wave energy recovery system |
EP0594625B1 (de) * | 1990-07-23 | 1997-06-11 | Vehicle Research Corporation | Rückgewinnunganlage der stosswelleenergie eines überschallflugzeuges |
US5348256A (en) * | 1992-05-13 | 1994-09-20 | The Boeing Company | Supersonic aircraft and method |
US5634613A (en) * | 1994-07-18 | 1997-06-03 | Mccarthy; Peter T. | Tip vortex generation technology for creating a lift enhancing and drag reducing upwash effect |
US5934607A (en) * | 1997-01-21 | 1999-08-10 | Lockheed Martin Corporation | Shock suppression supersonic aircraft |
US6082679A (en) * | 1997-06-26 | 2000-07-04 | The Boeing Company | Active system for early destruction of trailing vortices |
FR2821605B1 (fr) * | 2001-03-01 | 2003-05-30 | Eads Airbus Sa | Procede et dispositif pour accelerer la destruction d'au moins deux vortex dans le sillage d'un mobile, en particulier d'un avion |
WO2004002823A1 (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Mccarthy Peter T | High efficiency tip vortex reversal and induced drag reduction |
AU2003249321B2 (en) * | 2002-07-19 | 2010-02-18 | Peter T. Mccarthy | Propulsion hydrofoils |
US7861966B2 (en) * | 2005-04-18 | 2011-01-04 | Vehicle Research Corporation | Supersonic aircraft footprint spreading control system and method |
RU2461492C2 (ru) * | 2010-11-01 | 2012-09-20 | Джабраил Харунович Базиев | Профиль крыла летательного аппарата (варианты) |
US8949090B2 (en) * | 2013-01-28 | 2015-02-03 | The Boeing Company | Formation flight control |
US10618638B2 (en) * | 2015-09-22 | 2020-04-14 | Nctar, Llc | Shockwave mitigation system for supersonic aircraft |
EP3309065B1 (de) * | 2016-10-11 | 2020-08-26 | Airbus Defence and Space GmbH | Verfahren zur beeinflussung von querstrominstabilitäten an einem strömungskörper sowie strömungskörpersystem |
CN110072773B (zh) * | 2016-12-12 | 2022-10-21 | 庞巴迪公司 | 飞机缝翼 |
CN114906316A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-16 | 西华大学 | 超声速吹气环量后缘装置和飞行器 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2891740A (en) * | 1957-06-27 | 1959-06-23 | John P Campbell | External-flow jet flap |
FR1372548A (fr) * | 1963-07-30 | 1964-09-18 | English Electric Co Ltd | Aile d'avion supersonique |
US3314629A (en) * | 1964-12-07 | 1967-04-18 | Scott C Rethorst | Shockless supersonic aircraft |
FR1558295A (de) * | 1967-06-27 | 1969-02-28 | ||
US3612446A (en) * | 1969-10-10 | 1971-10-12 | Herbert A Lebert | Means and method for preventing the formation of audible frequencies in fluids passing over an airfoil section |
US3737119A (en) * | 1970-06-15 | 1973-06-05 | Research Corp | Device for sonic boom reduction and improving aircraft performance |
-
1973
- 1973-03-16 US US342151A patent/US3904151A/en not_active Expired - Lifetime
- 1973-09-27 GB GB4539873A patent/GB1441646A/en not_active Expired
- 1973-10-09 IT IT29883/73A patent/IT995688B/it active
- 1973-10-10 FR FR7337980A patent/FR2323577A1/fr active Granted
- 1973-11-30 JP JP48133641A patent/JPS5047399A/ja active Pending
-
1974
- 1974-03-13 DE DE2412069A patent/DE2412069A1/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3904151A (en) | 1975-09-09 |
FR2323577B1 (de) | 1983-04-15 |
FR2323577A1 (fr) | 1977-04-08 |
IT995688B (it) | 1975-11-20 |
JPS5047399A (de) | 1975-04-26 |
GB1441646A (en) | 1976-07-07 |
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