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Auftriebsvorrichtung für ein Tragflügel-Flugzeug
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Die Erfindung betrifft eine Auftriebsvorrichtung für ein Tragflügelflugzeug
mit einer sich beiderseits des Flugzeugrumpfes erstreckenden Tragflügelanordnung,
die mehrere übereinander angeordnete Tragflügel aufweist.
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Auftriebsvorrichtungen dieser Art sind in den verschiedensten Ausführungen
bekannt. Ihr Aufbau bietet jedoch keine entscheidenden Vorteile gegenüber derzeit
überwiegend gebauten TragflUgelanordnungen mit nur einem Tragflügel, sei es an jeder
Seite des Rumpfes oder über den Rumpf hinweg zu beiden Seiten durchgehend.
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Es ist auch eine Auftriebsvorrichtung bekannt, bei der die Tragflügelanordnung
einen größeren Haupttragflügel mit einer nach unten aufklappbaren Ausnehmung aufweist,
in der ein Schaufelgitter während des Schnellflugs abgeschlossen gelagert ist. Für
den Langsamflug wird die Ausnehmung aufgeklappt und das Schaufelgitter nach unten
und vorn herausgeschwenkt, so daß es mit der An- und Abströmrichtung der Luft etwa
gleiche Winkel einschließt und der Luft vor und hinter dem Schaufelgitter in der
jeweiligen Strömungsrichtung gleiche Querschnitte zur Verfügung stehen. Dabei entsteht
die Auftriebswirkung nicht oder nur zu einem sehr geringen Teil durch Stauwirkung
unter dem Haupttragflügel, sondern unmittelbar an den Ablenkschaufeln entsprechend
der der durchströmenden Luft aufgezwungenen Richtungsänderung. Diese Anordnung ist
nicht nur aufwendig, sondern erfordert auch einen sehr stabilen Haupttragflügel,
der sämtliche Auftriebskräfte in den Flugzeugrumpf
überträgt. Der
Haupttragflügel hat ein entsprechend dickes Profil, das besonders bei hohen Geschwindigkeiten
einen hohen Luftwiderstand bietet.
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Bei einer anderen bekannten Auftriebsvorrichtung mit mehreren schräg
von vorn nach hinten aufsteigend übereinander angeordneten Tragflügeln sind zwischen
einem obersten und einem untersten gewölbten Haupttragflügel mehrere llilfstragflügel
mit flachen oberen und unteren Flächen angeordnet. Die hinteren Teile aller Tragflügel
sind wie Landeklappen nach unten schwenkbar. Bei größter Geschwindigkeit sind die
Tragflügel so eingestellt, daß die Haupttragflügel die ganze Last tragen. Die Haupttragflügel
müssen daher ebenfalls entsprechend dick bemessen sein, so daß sie einen hohen Luftwiderstand
bieten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auftriebsvorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die bei gegebenem Auftrieb einen geringeren
Luftwiderstand bietet und/oder sehr gute Kurzstart- und Kurzlande-(STOL-)Eigenschaften
hat.
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Nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Anströmwinkel,
der Schaufelwinkel, das Teilungsverhältnis, die Staffelung und das Profil von ein
Schaufelgitter bildenden Tragflügeln der Tragflügelanordnung so gewählt und/oder
wählbar sind, daß in allen Fluggeschwindigkeitsbereichen ein optimaler Schaufelgitter-Effekt
erzielt wird.
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Auf diese Weise wird eine Widerstandsverringerung erreicht, da die
Tragflügel im Gitter aufgrund der gitterartigen Konstruktion ein dünneres Profil
haben können, was eine Verminderung der Stirnwiderstandsfläche gibt, und außerdem
ist damit eine optimalere Führung der Strömung gewährleistet. Sodann wird im Langsamflug
ein Abreißen der Strömung durch den Schaufelgitter-Effekt verzögert.
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Um den erforderlichen Auftrieb bei jeder gewünschten Geschwindigkeit
zu erzielen, können die Tragflügel des Gitters jeweils
um eine eigene,
senkrecht zu ihrem Profil stehende Achse relativ zum Flugzeugrumpf gleichzeitig
um gleiche oder verschiedene Winkel schwenkbar sein. Eine andere Möglichkeit besteht
darin, daß das Tragflügelgitter um eine Achse schwenkbar ist. Eine dritte Möglichkeit
besteht darin, daß der hintere Teil der Tragflügel des Gitters relativ zum vorderen
um gleiche oder verschiedene Winkel schwenkbar ist. Von diesen Möglichkeiten können
auch zwei oder alle kombiniert werden.
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Sodann ist es günstig, wenn das Tragflügelgitter zwischen zwei vertikal
übereinander angeordneten Rahmen-Tragflügeln angeordnet ist, deren Tiefe mindestens
gleich der maximalen Vertikalprojektionstiefe des Tragflügelgitters ist und die
an den Enden (Flügel spitzen) durch eine vertikale Platte verbunden sind. Die Rahmen-Tragflügel
erhöhen die Gesamtfestigkeit der Anordnung, während die End-Platte zur Verringerung
der Randwirbel an den Tragflügel-Enden und damit zur weiteren Reduzierung des Luft
widerstands beiträgt.
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Ferner kann dafür gesorgt sein, daß die Rahmen-Tragflügel durch mindestens
eine weitere vertikale Platte verbunden sind und in den durch die Rahmen-Tragflügel,
die Platten und den Flugzeugrumpf begrenzten Fächern je ein Tragflügelgitter angeordnet
ist.
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Diese Ausbildung ergibt eine fachwerkartige Aussteifung der Tragflügelanordnung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand einer schematischen
Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Tragflügelanordnung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische
Ansicht eines Flugzeugs mit einer Tragflügelanordnung nach den Fig. 1 und 2,
Fig.
4 eine Vorderansicht eines Flugzeugs mit einer Tragflügelanordnung, die mehr als
zwei Tragflügelgitter aufweist, die E'ig. 5 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele
von verstellbaren Tragflügelanordnungen und Fig. 8 eine perspektivische Ansicht
einer weiteren Tragflügelanordnung.
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Die an jeder Seite eines Flugzeugrumpfes ausgebildeten Tragflügelanordnungen
nach den Fig. 1 bis 4 weisen ein oder mehrere Tragflügelgitter 1 nach Art eines
Schaufelgitters einer Strömungsmaschine auf. Dieses Tragflügelgitter 1 besteht aus
mehreren in gleichen Abständen schräg übereinander in einer von hinten nach vorn
geradlinig aufsteigenden Ebene angeordneten Tragflügeln 2 mit gewölbtem Profil.
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Die Tragflügelgitter 1 sind in einem Rahmen angeordnet, der aus zwei
vertikal übereinander angeordneten gewölbten Tragflügeln 3 und 4 sowie diese Tragflügel
3, 4 an den Enden und zwischen den Tragflügelgittern 1 verbindenden vertikalen Platten
5 und 6 besteht.
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Die Tiefe der Rahmen-Tragflügel 3 und 4, das ist die Länge der Profilsehne
am betrachteten Flügelquerschnitt, ist mindestens gleich der maximalen Tiefe einer
vertikalen Projektion der Tragflügelgitter 1 auf die Rahmen-Tragfläche 3 oder 4.
Der Profilquerschnitt der Rahmen-Tragflächen 3, 4 ist größer als der der Gitter-Tragflächen
2. Die Gesamtdicke (oder Höhe) der Tragflügelanordnung 1 bis 6 kann der eines herkömmlichen
Einzelflügels gleicher Tragfähigkeit bzw. Festigkeit entsprechen. Dennoch kann die
Flügeltiefe und Spannweite dieser Anordnung bei vergleichbarem Auftrieb kleiner
als die eines Einzelflügels gewählt werden. Gleichzeitig ergibt sich wegen des Abstands
der Tragflügel ein geringerer Staudruck. Mit anderen Worten, der Auftriebsbeiwert
dieser Tragflügelanordnung liegt höher als der eines Einzeltragflügels gleicher
Tragfähigkeit. Dies erklärt
sich im wesentlichen damit, daß die
zahlreichen gewölbten Tragflächen der Gitteranordnung die anströmende Luft in einem
verhältnismäßig großen Strömungsquerschnitt und dementsprechend größere Luftmassen
nach unten umlenken. Darüber hinaus besteht wegen der verhältnismäßig geringen Tragflügeltiefe
und der gegenseitigen aerodynamischen Beeinflussung der Tragflügel des Gitters auch
bei großem Anstellwinkel in geringerem Maße die Gefahr, daß die Luftströmung auf
der Oberseite der Tragflügel abreißt. Dies verbessert die Langsamflugeigenschaften,
insbesondere für den Landeanflug. Die Wölbung aller Tragflächen und ein positiver
Einstellwinkel zwischen der Flugzeug-Längsachse und der Profilsehne stellen sicher,
daß auch im Schnellflug, insbesondere bei Maximalgeschwindigkeit des Flugzeugs,
noch ein hinreichender Auftrieb trotz geringer Flügeltiefe herrscht. Die Platte
5 am Ende der Tragflügelanordnung verringert eine Randwirbelbildung.
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Die Fig. 5 bis 7 stellen schematisch verschiedene Möglichkeiten zur
Verstellung des Einstellwinkels, d.h. des Winkels zwischen der Profil sehne der
Tragflügel 2 und der Flugzeug-Längsachse, oder des Anstellwinkels bzw. Anströmwinkels
oc, d.h. des Winkels zwischen der Profil sehne und der Bewegungs- oder Anströmrichtung
A und gegebenenfalls des Schaufelwinkels ß dar, wobei t die Teilung und 2 die Länge
der Profil sehnen des Schaufelgitters 1 bezeichnet.
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Nach Fig. 5 sind alle Tragflügel 2 des Tragflügelgitters 1 um eine
eigene Achse 7 drehbar, und zwar alle Tragflügel 2 gleichzeitig, ohne daß sich der
Neigungswinkel der Tragflügel-Gitterebene, z.B. der mit allen Drehachsen 7 zusammenfallenden
Ebene, ändert.
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Nach Fig. 6 sind die hinteren Teile 8 aller Tragflügel 2 entsprechend
herkömmlichen Landeklappen gleichzeitig um eine Achse 9, z.B. aus der Schnellfluglage
nach unten, schwenkbar. Diese Ausführung wird bevorzugt, weil sie gleichzeitig eine
Veränderung des Tragflügel-Profils ermöglicht.
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iiizch Fig. 7 ist das Tragflügelgitter 1 als ganzes um eine gemeinsame
achse 10 schwenkbar, wobei die Tragflügel 2 durch Platten 11 starr verbunden sind.
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Lig. 8 stellt ein weiteres, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
dar, bei dem pille Tragflügel 2' des Tragflügelgitters 1' gleich ausgebildet sind
und sich der Abstand bzw. die Teilung der Tragflügel 2' zum äußeren Lnde hin verringert.
außerdem sind die Tragflügel 2' in Draufsicht trapezförmig.
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bie Ausführungen nach den Fig. 5 bis 8 können auch kombiniert werden.
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.)le Auftriebsvorrichtung kann zusätzlich mit Luftschrauben versehen
sein, die den Antrieb bewirken. Statt dessen können auch reine Strahltriebwerke
vorgesehen sein.