DE3800110C2

DE3800110C2 -

Info

Publication number: DE3800110C2
Application number: DE19883800110
Authority: DE
Inventors: Dieter 2300 Kiel De Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-01-05
Filing date: 1988-01-05
Publication date: 1990-06-13
Also published as: DE3800110A1

Description

Die Erfindung betrifft die Leitwerksanordnung für Flugzeuge zur Minderung des induzierten Widerstandes an den Tragflügeln.

Flugzeug-Tragflügel erzeugen ihren Auftrieb dadurch, daß an ihrer Unterseite ein Luft-Überdruck, und an ihrer Oberseite ein Luft- Unterdruck entsteht. Infolge dieser Druckdifferenz strömt die Luft unter dem Flügel nach außen zu den Randbögen, umströmt diese zu der Oberseite des Flügels hin, um dort das herrschende Unter druckgebiet aufzufüllen. Durch diesen Vorgang entstehen an beiden Randbögen sogenannte Randbogenwirbel, die sich als Wirbelschleppen hinter den Randbögen ablösen und damit dem Flugzeug Leistung ent ziehen. Dieser Leistungsentzug wirkt sich in Form eines erhöhten Flugzeugwiderstandes, des "induzierten Widerstandes" aus.

Es sind bisher verschiedene Wege zur Minderung des induzierten Widerstandes beschritten worden. Bekannt ist die Vergrößerung der Flügelstreckung, d.h. die Verwendung schmaler Flügel mit großer Spannweite. Eine scheinbare Spannweiten-Vergrößerung läßt sich aber auch durch Anbringen von Endscheiben oder Turbulenzkeulen am Rand bogen erreichen. So ist bei Nurflügelflugzeugen mit um die Quer achse eigenstabilen Tragflügeln die Anordnung der Seitenleitwerke als Endscheiben bekannt. Doch die Bedingung der Eigenstabilität um die Querachse mindert den Flügelauftrieb.

Im deutschen Patent Nr. 27 26 589 wird die Anbringung mehrerer kleiner, profilierter und zueinander versetzter Flächen am Rand bogen vorgeschlagen. Doch diese Flächen besitzen ihrerseits zu sätzlichen Widerstand, so daß nur ein Kompromiß möglich ist.

Im deutschen Patent Nr. 31 33 957 wird für Entenflugzeuge die Anordnung des Entenflügels vor dem Flügelrandbogen vorgeschlagen, derart, daß der Abwind dem Randbogenwirbel entgegenwirkt. Diese Anordnung bezieht sich nur auf die spezielle Enten-Bauweise.

Im US-Patent Nr. 23 26 819 wird die Aufteilung des üblicherweise am Rumpfheck angeordneten Leitwerks und die Anordnung der Hälften an den Flügelrandbögen beschrieben. Dabei werden aber die Leit werke ausdrücklich an Leitwerksträgern von den Orten der Entstehung der Randbogenwirbel räumlich stromabwärts abgesetzt, so daß sie zur Minderung der Randbogenwirbel nicht mehr beitragen können. Die Minderung der Wirbel und damit des induzierten Widerstandes ist in diesem Patent durch an den Randbögen direkt angeordnete Endscheiben oder Turbulenzkeulen bekannter Art vorgesehen.

Nach dem Stand der Technik ist eine Minderung des induzierten Widerstandes nur durch Inkaufnahme zusätzlicher schädlicher Wider stände oder durch Auftriebseinbußen zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den induzierten Wider stand an einem Tragflügel zu mindern, ohne dabei zusätzliche widerstandbehaftete Bauteile wie Endscheiben oder Turbulenzkeulen zu verwenden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeich nenden Teil des Anspruches 1 gelöst.

Damit wird gegenüber dem Stand der Technik erreicht:
Es können gedrungenere Tragflügel verwendet werden, die aber aerodynamische Qualitäten von solchen größerer Streckung, somit geringerem induzierten Widerstand, aufweisen. Gedrungenere Flügel bieten bautechnisch große Vorteile. Durch die größere Profilhöhe werden nicht nur bessere Unterbringungsmöglichkeiten als bisher für z.B. Tanks und Geräte geschaffen, sondern insbesondere ergeben sich höhere Holme. Da deren Festigkeit mit ihrer Höhe steigt, sinkt entsprechend das Baugewicht des Flügels. Da außerdem durch Verringerung der Spannweite der Hebelarm kürzer wird, sinken auch die an der Flügelwurzel auftretenden Biegemomente, was eine weitere Verringerung des Baugewichtes ermöglicht.

Außerdem bewirkt eine bisher übliche Leitwerkanordnung am Rumpf, insbesondere beim Abfangen, eine Addition des Leitwerkmomentes zu dem vorhandenen Tragflügelmoment. Bei einer erfindungsgemäßen Leitwerkanordnung wird dagegen die vorhandene Torsion des Flügels um das Leitwerkmoment verringert. Auch dies ermöglicht eine leich tere Bauweise. Schließlich ermöglicht der Fortfall des Leitwerkes am Rumpfheck den dortigen Triebwerkeinbau mit dem Vorteil insbe sondere des ungehinderten Luftstrahl-Abflusses.

Es ist also erfindungemäß vorgesehen, daß eine unverzicht bare Baugruppe des Flugzeuges, das Leitwerk, benutzt wird, um durch flächenmäßige Aufteilung und direkte Anordnung an den Tragflügelrandbögen dort als Endscheiben den induzierten Wider stand zu mindern, unter gleichzeitiger Beibehaltung der Funktio nen zur Stabilisierung und Steuerung des Flugzeuges. Um bei der Doppelfunktion als Endscheiben und Leitwerk den Leitwerks-Hebel arm zu erhalten, der normalerweise durch die Länge des Rumpfes oder Leitwerkträgers bestimmt wird, ist dem Flügel eine Pfeilung zu geben.

Eine besondere Möglichkeit der zusätzlichen Minimierung des Rand bogenwirbels und damit des induzierten Widerstandes sei an einer Tragflügelhälfte beschrieben:
Die Stabilisierungsfläche des Höhenleitwerkes eines als Winglet/ Leitwerk am Randbogen angeordneten T-Leitwerkes sei in zwei Hälf ten derart geteilt, daß die äußere Hälfte einen größeren Anstell winkel und die innere Hälfte einen kleineren Anstellwinkel erhält. Der wirksame Gesamtanstellwinkel des Leitwerkes bleibt dabei unver ändert, Stabilisierung und Steuerung durch das Leitwerk bleiben erhalten. Dennoch baut sich unter der äußeren Leitwerkfläche ein Druck auf, der dem an dieser Stelle hochdrehenden Randbogenwirbel entgegenwirkt und ihn mindert. Den gleichen Effekt erhält man durch entsprechend unterschiedliche Profilierung der Leitwerksflächen oder durch z.B. Aufteilung des Höhenruders und dessen Steuerung des Differenzwinkels zur Beeinflussung des Randbogenwirbels und dessen kollektive Rudersteuerung zur Aufrechterhaltung der Steu erfunktion als Leitwerk.

Die Figur zeigt den erfindungsgemäßen Entwurf eines Motorseglers. Der Leitwerk-Hebelarm ist mit "1" bezeichnet.

Claims

1. Leitwerksanordnung für Flugzeuge zur Minderung des induzierten Widerstandes mit im Bereich des Tragflügelrandbogens eines jeden Tragflügels angeordnetem Leitwerk, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leitwerk unmittelbar am Randbogen des Tragflügels befestigt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhaltung des nötigen Leitwerk-Hebelarmes der Tragflügel gepfeilt ist.

3. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß Teilleitwerksflächen oder ganze Leitwerksflächen eine feste Profilierung und/oder Winkelstellung aufweisen, derart, daß Druckverhältnisse geschaffen werden, die die Randbogenwirbel zusätzlich mindern, ohne die Leitwerkseigenschaften zu be hindern.

4. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung und/oder Winkelstellung von Leitwerkflächen in Abhängigkeit vom Flugzustand veränderbar sind.