DE2804254C2 - Tragflügel mit Klappe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tragflügel mit einer in einem Lager gehaltenen beweglichen Klappe und einer vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Außenhaut insbesondere auf der Oberseite des Flügels, die von der Tragfläche bis zur Klappe spaltlos durchgehend ausgebildet und in einem Übergangsabschnitt zwischen Tragfläche und Klappe als dünne, biegbare und keine wesentlichen Kräfte übertragende Membran gestaltet ist. Klappen am Ende eines Tragflügels, also das Querruder oder die Wölbungsklappe sind im allgemienen mittels eines Gelenkes am Tragflügel gehalten, das es erlaubt die Klappen nach oben und unten auszuschlagen. Bei der Klappenbetätigung entsteht an der Übergangsstelle zwischen dem Tragflügel und der Klappe ein Knick in der Profilkontur, der unerwünscht ist, da er die Umströmung stört. Zwischen der Klappe und dem Tragflügel ist weiter ein Schlitz vorgesehen, um die Klappenbetätigung mit möglichst wenig Reibungskräften zu ermöglichen. Durch den Schlitz zwischen dem Tragflügel und der Klappe entstehen vagabundierende Strömungen, die die FJügelkräfte nachteilig beeinflussen.

In der DE-OS 21 14 459 ist ein Tragflügel mil Klappe der eingangs angegebenen Art beschrieben. Dabei ist die Klappe durch zwei Lenker mit verschiedenen Drehpunkten mit dem Tragflügel verbunden. Auf diese Weise wird eine Bewegungsbahn der Klappe erhalten, die es ermöglicht, eine elastisch verformbare Abdeckung bzw. eine biegbare Membran anzuordnen, die den Spalt zwischen Klappe und Tragflügel auf der Oberseite verschließt Bei dieser Konstruktion ist es jedoch nachteilig, daß die oberen Gelenkpunkte dieser Lenker, die an einem Ausleger des Tragflügels angreifen, eine Aussparung in der Membran benötigen, da sie nach oben über die Membran vorstehen. Dies ist unerwünscht, da dadurch einerseits die Luftströmung auf der Oberseite gestört wird, andererseits Durchströmöffnungen von der Unterseite auf die Oberseite gegeben sind.

Es ist schon versucht worden, die Klappe lediglich durch elastisch verformbare Elemente mit dem Tragflügel zu verbinden. Die l-'rgcbnissc einer solchen elastisch verformbaren Lagerung der Klappe am Tragflügel befriedigen jedoch nicht. Hs isl nämlich zu beachten, daß bei Segelflugzeugen, bei denen derartige Verbesserungen in erster Linie angewandt werden sollen, die leichte Betätigung der Klappe eine wesentliche Bedingung ist. Zusätzliche Kräfte, die vom Piloten aufzubringen waren, dürfen durch eine Verbesserung der Klappcnlagcrung bzw. der Klappenausbildung nicht entstehen. Insbesondere gilt dies für das Querruder. Weiter ist zu beachten,daß das benutzte Material die gleiche Lebensdauer aufweisen muß wie die Gelenkanordnungcn bisheriger Konstruktionen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tragflügel der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß kein Durchströmspalt zwischen der Klappe und dem Tragflügel entsteht, und daß auch ein Knick in der Profilkontur bei der Ucliitigungder Klappe vermieden wird. Dabei soll die Klappe in gleicher Weise leichtgängig sein wie eine Klappe herkömmlicher Ausbildung.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem Tragflügel der eingangs beschriebenen Ciat-

eo tung und schlägt vor. daß als Lager Kurvenführung».-!! und in diese eingreifende Führungskörper dienen, die bei Betätigung der Klappe die Einspannstelle der Membran an der Klappe auf einer wenigstens annähernden Spiralbahn um die Einspannstelle der Membran an der Tragfläche führen, wobei die Spiralbahn bei der Auslenkung der Klappe aus ihrer Mittelstellung sowohl nach oben als auch nach unten jeweils einen sich verkleinernden Radius aufweist.

Die Erfindung geht von folgender Überlegung aus.

Wenn zwischen der Tragfläche und der Klappe eine Membran angeordnet wird, ist es notwendig, die Membran an den beiden Einspannstellen so zu führen, daß keine Druckkräfte und nach Möglichkeit auch keine Zugkräfte auftreten. Auf die Membran wirkende Druckkräfte würden zu einer unerwünschten Auswölbung führen, deren Lage und Ausbildung schwer kontrollierbar ist, und die zudem zu einer vorzeitigen Beschädigung der Membran bzw. der Einspannstellen führen müi?te. Auch Zugkräfte wären aus ähnlichen Gründen nachteilig. Insbesondere würden aber Zug- oder Druckkräfte zu einem zusätzlichen Widerstand bei der Klappenbetätigung führen, was nicht angängig erscheint. Es ist gefunden worden, daß bei der Führung der Einspannsielle der Membran an der Klappe auf einer geeigneten Spiralbahn es möglich ist, diese unerwünschten Zug- oder Druckkräfte von der Membran fernzuhalten, so daß auf die Membran im wesentlichen nur Biegemomente einwirken, die die Membran im Sinne eines Kreisbogens oder einer kreisbogenähnlichen Kontur, /.. B. einer Parabel verformen.

Ferner wurde gefunden, daß geringfügige Abweichungen von der idealen Bahn der Einspannstelle der Membran an der Klappe in gewissen Grenzen zugelassen werden können, und daß dennoch hinreichend brauchbare Ergebnisse erhalten werden. Dadurch wird es möglich, für die Kurvenführungen hinreichend einfache Konturen zu finden, die sich in der Praxis auch verwirklichen lassen.

Die vorerwähnten Bedingungen für die Bahn der Einspannstclle der Membran an der Klappe führen nun dazu, daß die Membran durch die beiden Einspannstellen ausreichend exakt gehalten und geführt wird. Die Membran kann daher vergleichsweise dünn sein, was wiederum dazu führt, daß auch die Verformungskräfte, die /ur Verbiegung der Membran notwendig sind, klein sind. Sie fallen bei der Klappenbetätigung nicht nennenswert ins Gewicht,

Dadurch, daß die Erfindung als Lager Kurvenführungen und in diese eingreifende Führungskörper verwendet, gelingt es weiter, die Lagerung derart anzuordnen, daß diese immer innerhalb der Außenhaut liegen, so daß es nicht nötig ist, in der Außenhaut Öffnungen vorzusehen. Mittels der Kurvenführungen wiederum ergibt sich eine gute Leichtgängigkcit. wobei die exakte Führung dennoch erhalten bleibt, da nur wenige zueinander bewegliche Teile notwendig sind.

Es ist gefunden worden, daß hervorragende Verhältnisse dann erhalten werden, wenn die Kurvenführungen einen Drehmittelpunkt oder einen Drehpol aufweisen, der etwa in der Membran und etwa in der Mitte zwischen den beiden Einspannstellen an der Klappe und an der Tragfläche angeordnet ist. Diese Lage des Drehmittelpunktes od. dgl. gilt für die Mittelstellung der Klappe. Durch die Kurvenführungen wird es ermöglicht, den theoretischen Drehmittelpunkt auch außerhalb der Pro-Filkontur an/.uordnen, ohne daß an der entsprechenden Stelle Bauteile vorhanden sind, die wieder nachteilige I iiiiliisse auf die Flügelstiömung hätten.

Anstelle eines Drehniiltelpunkls, der relativ unbeweglich bezüglich der Tragfläche oder der Klappe anzunehmen ist. kann auch ein wandernder Drehpol vorgesehen sein, der je nach der Klappenauslenkung seine Lage verändert, um die nach der Hauptüberlegung der Erfindung geforderte Spiralbahn der Kinspannstelle der Membran an der Klappe möglichst gut zu verwirkli-Es ist jedoch gefunden worden, daß sehr gute Ergebnisse erhalten werden, wenn die Kurvenführungen die Kontur von Kreisbögen besitzen. Da der Drehmittelpunkt etwa zwischen den Einspannstellen angeordnet ist, wird sich in guter Annäherung die gewünschte Spiralbahn für die Einspannstellung der Membran an der Klappe ergeben.

Günstig ist es, wenn die Kurvenführungen im wesentlichen U-förmige Kanäle bilden, in die Kugellager mit balligem Außenring als Führungskörper eingreifen. Die ballige Außenkontur hat dabei den Verteil, daß auch bei Verwindungen der Tragfläche die Leichtgängigkeit der Klappe erhalten bleibt

Die Erfindung kann ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand auch dadurch verwirklicht werden, daß die Kurvenführungen aus zwei Abschnitten mit je einem Führungskörper bestehen. Die Bahn des einen Führungskörpers wird dann von dem einen Abschnitt der Kurvenführung bestimmt und die Bahn des anderen Führungskörpers vom anderen Abschnitt Durch dieses Mittel lassen sich die erforderlichen Wanderungen des Momentanpols leicht verwirklichen, zumal darauf zu achten ist, daß die Forderung nach einer spiraligen Bahn der Einspannstelle bei Klappenausschlägen nach beiden Seiten zu erfüllen ist.

Insbesondere können hierbei die beiden Abschnitt jeweils für sich die Konturen von Kreisbögen besitzen, so daß deren Herstellung beispielsweise als Drehteil vereinfacht wird. Es ist klar, daß durch seitliche Versetzung in Spannweitenrichtung der Kurvenführungsabschnitte mit den zugehörigen Führungskörpern eine Vielzahl von Bahnen gestaltet werden können. Es ist jedoch gefunden worden, daß es genügt, wenn die beiden Abschnitte in der gleichen Vertikalebene angeordnet sind, was den Vorteil bietet, daß zusätzliche Verwindungskräfte vermieden werden.

Im allgemeinen ist es zu bevorzugen, die Führungskörper an der Tragfläche und die Kurvenführungen an der Klappe zu befestigen, wenn grundsätzlich auch die umgekehrte Bauweise möglich ist.

Für die Montage ergibt sich eine wesentliche Erleichterung dann, wenn eine Einrichtung zur gegenseitigen Fixierung der Kurvenführungen und der Führungskörper vorgesehen ist. Die Außenhaut der Tragfläche, der Klappe und die Membran können dann in einem einzigen Arbeitsgang gefertigt w erden, wie bei einem Flügelteil ohne bewegliche Klappen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt Es zeigt
so Fig. 1 einen Schnitt durch einen Tragflügel in erfindungsgemäßer Ausbildung,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung der wesentlichen Teile des Tragflügels nach der F i g. 1,

Fig.3 eine Draufsicht auf eine Einzelheit der Erfindung,

F i g. 4 eine Darstellung der F i g. 2 entsprechend der Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 5 und 6 das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4 bo mit nach oben bzw. nach unten ausgelenkter Klappe,
F i g. 7 ein Diagramm und

F i g. 8 ein weiteres, abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Tragflügel 11 ist im wssentlichen aus Kunststoff b'j gefertigt und insbesondere besteht die Außenhaut 1 aus faserverstärktem Kunststoff. Die Erfindung ist in erster Linie bei solchen aus Kunststoff aufgebauten Tragflügeln anwendbar, da sich die Außenhaut in gleicher Wei-

se auch zur Bildung der Membran 2 benützen läßt. Grundsätzlich kann die Erfindung jedoch auch bei anderen Werkstoffen angewandt werden und die Membran 2 könnte auch eine Metallmembran sein.

Im Bereich des Tragflügels ist die Außenhaut 1, wie an sich bekannt, mit einer Versteifung 17 üblicher Gestalt versehen und auch im Bereich der Klappe 5 besitzt die Außenhaut 3 eine Verstärkung bzw. Versteifung 18.

Die Außenhaut 1 und 3 bzw. die Membran 2 wird vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsgang angebracht, wodurch die Einspannstellen 9 und 10 entstehen.

Wenn auf die Membran 2 möglichst keine Zug- oder Druckkräfte wirken sollen und wenn die Verformung dieser Membran 2 möglichst gleichförmig sein soll, um Überbeanspruchungen des Werkstoffes zu vermeiden und auch das Auftreten übermäßiger Reaktionskräftc auszuschließen, dann sollte die Membran 2 z. B. die Form eines Kreisbogens oder einer Parabel besitzen. In der Darstellung der F i g. 2 besitzt dieser Kreisbogen einen vergleichsweisen großen Radius, entsprechend der üblichen Wölbung des Profils des Tragflügeis 11. Wenn aber die Klappe 5 angehoben wird, wird die Form der Membran 2 über eine Gerade in einem Kreisbogen mit obenliegendem Mittelpunkt übergehen und im Idealfall wird sich die Einspannstelle 9 auf einer Spiralbahn bewegen.

Die F i g. 7 verdeutlicht die Form der Spiralbahn S, auf der sich die Einspannstelle 9 um die Einspannsteile 10 bewegt. Für die Einspannstelle 9 gelten die Koordinaten

χ = r ■ sin λ

y = r - (1 — cos λ)

wobei r der sich verändernde Radius der Membran 2 und λ der Außenwinkel der Klappe ist.

Die Spiralbahn 5 kann bei üblicher Auslenkung der Klappe in sehr weitgehender Annäherung als Kreisbahn um den Mittelpunkt 28 angesehen werden, wobei der Mittelpunkt 28 die Strecke zwischen den Einspannstellen 9 und 10 etwa im Verhältnis 3 :1 unterteilt. Die Winkelstellung der Klappe 5 entspricht dagegen mehr einer Schwenkbewegung der Klappe 5 um den Drehpunkt oder Drehpol 12. der etwa in der Mitte zwischen den Einspannstellen 9 und 10 angeordnet ist.

Durch einen einfachen nicht wandernden Drehpunkt 12 ergeben sich geringfügige Abweichungen von der Kreisbogenform der Membran 2. Da jedoch die Maximalausschläge der Klappe begrenzt sind, können diese geringfügigen Abweichungen toleriert werden, da sich dadurch die getriebsrnäßigen Vorraussetzungen für die Kiappeniagerung wesentlich vereinfachen. Wie insbesondere im Zusammenhang mit der F i g. 8 noch näher erläutert werden wird, ist es durch verhältnismäßig einfache Mittel durchaus möglich, die ideale Spiralform vollständig oder doch sehr nahegehend zu verwirklichen.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 bewegt sich die Klappe 5 immer um diesen Mittelpunkt 12 oder mit anderen Worten, die Kurvenführung 6 besitzt die Kontür eines Kreisbogens zum Mittelpunkt 12.

Die Kurvenführung 6, die durch ein Drehteil geschaffen ist, bei dem die nicht benötigten Teile nachträglich abgeschnitten werden, ist an einer Rippe 22 der Klappe 5 befestigt, die in der F i g. 3 dargestellt ist Die Kurvenführung 6 besitzt einen U-förmigen Kanal 15, in dem die Führungskörper 13 und 14 eingreifen. Die Führungskörner 13 und 14 sind im wesentlichen durch Kugellager gebildet, deren Außcnkonmr eine ballige Korni besii/t. um bei einer Vcrwindung des Tragflügels oder der Klappe Klemmerscheinungcn zu vermeiden. Die Führungskörper 13 und 14 sind an einem Arm 20 gohaltcn. dessen Flansch 21 an einem geeigneten Bauteil 23 der Tragfläche befestig! ist.

Der Arm 20 besitzt eine Fixierbohrung 24, du; in der Mittelstellung (F i g. 2) mit der Bohrung 16 der kurvenführung 6 übereinstimmt. Ein durchgesteckter Bolzen beseitigt die Beweglichkeit der Klappe, so daß für die Aufbringung der Außenhaut aus den Teilen 1 und 3 mil der Membran 2 ein starrer Flügel erhalten wird. Nach der Montage wird der Bolzen wieder beseitigt.

Im Sinne der Drehbewegung um den Drehpunkt 12 ist die Außenhaut 25 an der Klappenunterseite geformt, die mit dem üppenartigen Ende 26 der Außenhaut 27 der Tragflügelunterseitc zusammenwirkt. Eine Dichtheit ist an dieser Stcüe von geringerer Bedeutung. Die bogenförmige Außenhaut 25 glättet die Kontur.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig.4. 5 und 6 unterscheidet sich von demjenigen nach den Fig. 1, 2 und 3 dadurch, daß anstelle der einzigen Kurvenführung 6 zwei getrennte Kurvenführungen 7 und 8 vorgesehen sind. Durch diese beiden getrennten Kurvenführungen wird es möglich, eine Lageveränderung des Drehpols 12 zu erreichen, um die Bahn der Einspannstelle 9 möglichst optimal der eingangs erwähnten Spiralbahn S anzupassen. Beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 4. 5 und 6 ist die Lageveränderung des Drehpols 12 so gering, daß sie in den Zeichnungen nicht erkennbar ist.

Die F i g. 5 zeigt die Klappe 5 in der nach oben ausgelenkten Stellung, während in der Fig. 6 die Klappe 5 nach unten ausgelenkt ist. In beiden Fällen verbindet die im wesentlichen kreisbogenförmig verformte Membran 2 ohne Knick die Außenhaut 1 an der Tragfläche mit der Außenhaut 3 an der Klappe. Die Membran 2 ist jeweils sicher von den Einspannstellen geführt und auch bei dünnem Material werden sich unter dem Einfluß der auf die Außenhaut und die Membran wirkenden Kräfte keine unkontrollierten Verformungen der Membran ergeben.

In der Fig. 8 ist schematisch dargestellt, wie der für die Klappenbewegung bzw. die Bewegung der Einspannstelle 9 wesentliche Drehpol seine Lage je nach der Auslenkung der Klappe 5 verändern kann. Die beiden Kurvenführungen 7 und 8 besitzen bei diesem Ausführungsbeispiel zwar im wesentlichen die gleiche Länge der Radien 29 bzw. 31. Die Kurvenführungen sind jedoch derart mit der entsprechenden Rippe der Klappe verbunden, daß sich eine merkliche Distanz zwischen den Zentren 30 und 32 dieser Kurvenführungen ergibt. Dadurch ändert der Momentanpo! der Drehbewegung der Klappe 5 fortlaufend mit der Auslenkung seine jeweilige Lage und es ist leicht möglich, die Spiralbahn zu verwirklichen. Die in die Kurvenführungen 7 und 8 eingreifenden Führungskörper sind in gleicher Weise mit dem Tragflügel verbunden, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Tragflügel mit einer in einem Lager gehaltenen beweglichen Klappe und einer vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Außenhaut insbesondere auf der Oberseite des Flügels, die von der Tragfläche bis zur Klappe spaltlos durchgehend ausgebildet und in einem Übergangsabschnitt zwischen Tragfläche und Klappe als dünne, biegbare und keine wesentlichen Kräfte übertragende Membran gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager Kurvenführungen (6, 7,8) und in diese eingreifende Führungskörper (13, 14) dienen, die bei Betätigung der Klappe (5) die Einspannstelle (9) der Membran an dar Klappe auf einer wenigstens annähernden Spiralbahn um die Einspannstelle (10) der Membran an der Tragfläche führen, wobd die Spiralbahn bei der Auslenkung der Klappe aus ihrer Mittelstellung sowohl nach oben als auch nach unten jeweils einen sich verkleinernden Radius aufweist

2. Tragflügel mit Klappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen (6, 7,8) einen Drehmittelpunkt oder einen Drehpol (12) aufweisen, der etwa in der Membran und etwa in der Mitte zwischen den beiden Einspannstellen (9,10) an der Klappe und an der Tragfläche angeordnet ist.

3. Tragflügel mit Klappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen die Kontur von Kreisbögen besitzen.

4. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen im wesentlichen U-förmige Kanäle (15) bilden, in die Kugellager mit balligem Außenring als Führungskörper (13, 14) eingreifen.

5. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen (7, 8) aus zwei Abschnitten mit je einem Führungskörper bestehen.

6. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Abschnitte der Kurvenführungen (7,8) die Kontur von Kreisbögen besitzen.

7. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte der Kurvenführungen in der gleichen Vertikalebene angeordnet sind.

8. Tragflügel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen (6, 7, 8) an der Klappe (5) und die Führungskörper (13, 14) an der Tragfläche (4) befestigt sind.

9. Tragflügel mit Klappe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (16, 24) zur gegenseitigen Fixierung der Kurvenführungen und der Führungskörper vorgesehen ist.