DE602004002166T2

DE602004002166T2 - Störklappe und deren Betätigungsverfahren zur Verbesserung der aerodynamischen Güte einer Flügeloberfläche

Info

Publication number: DE602004002166T2
Application number: DE602004002166T
Authority: DE
Inventors: Jerôme Milliere
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: US6981676B2; FR2859976B1; EP1516813B1; US20050061922A1; DE602004002166D1; ATE337961T1; FR2859976A1; EP1516813A1; ES2270311T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der aerodynamischen Güte einer Flügeloberfläche mit Hilfe von Störklappen sowie ein Flügelsystem mit einer Störklappe zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, dass Flugzeuge auf ihren Flügeln Hinterkantenklappen aufweisen, die ihnen ermöglichen, den Auftrieb der Flügel in bestimmten Flugphasen zu verbessern. Solche Hinterkantenklappen können einnehmen:

– eine eingefahrene Position, in welcher sie in aerodynamischer Kontinuität mit den Außen- und Innenflächen des Flügels sind, der sie trägt, und bei dem sie einen Bereich der Hinterkante bilden;
– die ein oder andere von mehreren ausgefahrenen Positionen, die in Bezug auf die eingezogene Position ausgestellt sind und die Flügelaußenfläche ausbauchen und die Flügelinnenflächen des Flügels hohl machen.

Im Übrigen ist es üblich, dass die modernen Flugzeuge, insbesondere die zivilen Transportflugzeuge, in ihren Flügeln bewegliche Störklappen aufweisen, die auch als "Luftbremsen" oder in Englisch "Spoiler" bezeichnet werden. Solche Störklappen bilden aerodynamische Steuerflächen und sie sind in der Flügelaußenfläche eingebaut, im Allgemeinen hinter der Kastenstruktur derselben und vor den Hinterkantenklappen, auf deren Außenfläche ihre eigenen Hinterkanten aufliegen.
Unter der Betätigung von Betätigungseinrichtungen, zum Beispiel hydraulischen, elektrischen oder mechanischen Stellgliedern, können die Störklappen einnehmen:

– eine zurückgezogene Position, in welcher sie in der Außenfläche des entsprechenden Flügels liegen und dabei die aerodynamische Kontinuität dieser Außenfläche sicherstellen;
– die ein oder andere von mehreren ausgefahrenen Positionen, in welchen sie gegenüber der Außenfläche des entsprechenden Flügels vorstehen und in Bezug zu dieser Außenfläche schräg stehen.

So fügen sich die Störklappen in der zurückgefahrenen Position in das aerodynamische Profil der Außenfläche der Flugzeugflügel ein. Demgegenüber bringen die Störklappen in jeder der ausgefahrenen Positionen – von denen jede einer spezifischen Funktion zugeordnet ist und durch einen Wert des Anstellwinkels in Bezug zu der entsprechenden Außenfläche definiert ist – eine Verminderung des Auftriebs und eine Verbesserung des Luftwiderstandes mit sich, deren Größen von dem Anstellwinkel und der Oberfläche der Störklappen abhängen und die zu unterschiedlichen Zwecken verwendet werden können, wie:

– Verringerung der Geschwindigkeit des Flugzeugs während der Landephasen und gegebenenfalls einer Unterbrechung des Abhebens;
– Verringerung der Geschwindigkeit des Flugzeugs im Flug oder Verbesserung der Neigung des Flugzeugs im Sinkflug;
– Aufsetzen des Flugzeugs auf dem Boden, um die Abbremsung während der Landephase oder der Unterbrechung des Abhebens zu verbessern;
– Steuern des Rollens des Flugzeugs im Flug unter asymmetrischer Einwirkung auf die Störklappen der zwei Flügel;
– Erzeugung eines Gierens durch eine Art asymmetrische Wirkung der Störklappen der zwei Flügel, was zu einem Entgegenwirken auf die Effekte einer Motorpanne während des Abhebens beiträgt; oder
– Hilfe bei der Verminderung des Flügel/Rumpf-Einspannmoments, der starken Lastfaktoren (Manövrierungen, Windböen), indem die Verteilung des Auftriebs entlang der Flügel modifiziert wird.

Wie bereits oben erwähnt wurde, liegt die Hinterkante der Störklappen auf den Hinterkantenklappen, derart, dass, wenn sich die Störklappen in einer zurückgezogenen Position befinden und die Heckkantenklappen in eingefahrener Position sind, die aerodynamische Kontinuität untereinander sichergestellt ist.
Wenn jedoch eine Hinterkantenklappe eine ausgefahrene Position einnimmt, während sich die entsprechende Störklappe in der zurückgezogenen Position befindet, ergibt sich zwischen der Störklappe und der Hinterkantenklappe eine aerodynamische Diskontinuität, welche für die Funktionsweise der letzteren nachteilig ist.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diesen Nachteil zu beseitigen.
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung das Verfahren zum Gewähren der aerodynamischen Kontinuität an der Außenfläche eines Flugzeugflügels zwischen einer Störklappe in eingezogener Position und einer Hinterkantenklappe in ausgefahrener Position, wobei die Anordnung der Störklappe und der Hinterkantenklappe derart ist, dass sich die Hinterkante der Störklappe in zurückgezogener Position auf der Hinterkantenklappe in eingezogener Position abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich die Hinterkantenklappe in ausgefahrener Position befindet, während sich die Störklappe in der zurückgezogenen Position befindet, die Länge der Störklappe parallel zu ihrer Weite vergrößert wird, derart, dass sich die Heckkante der Störklappe zur Heckkantenklappe erstreckt und auf der Außenfläche derselben abstützt, um so den durch die Ausstellung der Hinterkantenklappe erzeugten Bruch der aerodynamischen Kontinuität auszugleichen.
Es sei angemerkt, dass, um den Raumbedarf der Störklappen in zurückgezogener Position und die Abmessung ihrer Ausstellglieder zu verringern, das Patent GB-1 349 739 einerseits vorsieht, jede der Störklappen in Form mehrerer Elemente zu verwirklichen, die teleskopartig ineinander gepasst sind, und andererseits die Länge der teleskopartigen Störklappen parallel zu ihrer Weite durch die Wirkung von Steuerelementen zwischen ihrer zurückgezogenen und ihrer ausgefahrenen Position und umgekehrt, zu variieren.
So weist eine Störklappe, wenn sie inaktiv in der zurückgezogenen Position ist, eine reduzierte Oberfläche und Raumeinnehmung auf, wenn sie dagegen in der ausgefahrenen Position aktiv ist, ihre Oberfläche vergrößert wird, so weit, bis sie den Wert annimmt, der der Störklappe ermöglicht, ihre Funktion vollständig zu erfüllen.
Im Übrigen beschreibt die Druckschrift US-4,720,066 eine Anordnung von Hinterkantenklappe und Störklappe, derart, dass während des Reiseflugs (das heißt, wenn sich die Hinterkantenklappe in einer eingefahrenen Position und nicht in einer ausgefahrenen Position befindet) die Hinterkantenklappe dazu verwendet wird, das Gelenk der Störklappe zu steuern, wobei die Störklappe, ohne dass die Länge modifiziert wird, so gesteuert wird, dass sie der Heckkantenklappe folgt und kein Spalt zwischen beiden auftritt.
Um das Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen, ist es von Vorteil, ein in dieser Bauart bekanntes Störklappensystem zu verwenden, mit:

– Betätigungsmitteln, die die bewegliche Störklappe aus der zurückgezogenen Position in eine ausgefahrene Position und umgekehrt fahren lassen können; und
– Steuermitteln, die die Länge der Störklappe variieren lassen können, wobei das Störklappensystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuermittel so ausgebildet sind, dass sie die Länge der Störklappe variieren lassen, wenn sich diese in der zurückgezogenen Position befindet.

Die Steuermittel für die Länge der Weite der Störklappe und die Betätigungsmittel für das Ausfahren und Zurückziehen derselben können durch voneinander unabhängige Elemente gebildet werden, außer dass sie gegebenenfalls in ihren Betriebsweisen synchronisiert sind. In einer bevorzugten Ausführungsform jedoch sind die Steuermittel für die Länge der Weite durch die Betätigungsmittel gebildet, welche das Zurückziehen und das Ausfahren der Störklappe ermöglichen. In diesem Fall liegen die Betätigungsmittel, welche das Zurückziehen und das Ausfahren der Störklappe ermöglichen, auf dem Element derselben an, das ausgebildet ist, die Weite parallel zu verschieben.
Wenn, wie oben erwähnt, die Steuermittel durch die Betätigungsmittel für das Ausfahren und das Zurückziehen der Störklappe gebildet werden, werden Blockagemittel vorgesehen, die die Störklappe in der zurückgezogenen Position während der Betätigung der Betätigungsmittel blockieren können, wodurch sich die Länge der Weite derselben variieren lässt.
Um zwischen diesen die teleskopartigen Elemente der Störklappe und der zurückgezogenen Position zu halten, werden in vorteilhafter Weise elastische Elemente vorgesehen, welche gegen dem Rest der Störklappe die ein oder mehreren Elemente derselben pressen und diese parallel zur Weite verschieben können.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung werden verständlich machen, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen ähnliche Elemente.
Die 1 zeigt in schematischer und teilweiser Draufsicht einen Flugzeugflügel gemäß der vorliegenden Erfindung mit seinen Störklappen und seinen Hinterkantenklappen, jeweils in einer zurückgezogenen Position und in einer eingefahrenen Position.
Die 2 ist eine schematische, vergrößerte Teilansicht im Schnitt entlang der Linie II-II in 1.
Die 3 zeigt in einer ähnlichen Ansicht wie 2 die Störklappe in einer ausgefahrenen Position und die Hinterkantenklappe in einer eingefahrenen Position.
Die 4 zeigt in ähnlicher Weise wie in den 2 und 3 die Erstreckung der Störklappe in der zurückgezogenen Position, wobei die Hinterkantenklappe sich in der ausgefahrenen Position befindet.
Der Flugzeugflügel 1, der ausschnittsweise und schematisch in Draufsicht in 1 dargestellt ist, umfasst eine Angriffskante 2, eine Hinterkante 3, eine Außenfläche 4 und Flügelwurzel 5.
Die Hinterkante 3 des Flügels 1 wird durch die Anordnung einer Mehrzahl von einander angrenzender Hinterkantenklappen 6 an die Hinterkante gebildet.
In der Außenfläche 4, stromaufwärts der Hinterkantenklappen 6 (in Bezug zum Strömungsverlauf auf dem Flügel 1), sind eine Mehrzahl von Störklappen 7 angeordnet.
Wie die 2 zeigt, umfasst jede Störklappe 7 einen Vorderkantenbereich 7A und einen Hinterkantenbereich 7B, wobei letzterer teleskopisch in dem Vorderkantenbereich 7A eingepasst ist, um sich gegen die Wirkung einer Feder 8, die gegen den Bereich 7A drückt, gegenüber dieser verschieben zu können.
Am Rand seiner Vorderkante 9 ist der Bereich 7A an der Struktur 10 des Flügels 2 um eine Achse 11 parallel zur Vorderkante 9 angelenkt.
In der in den 1 und 2 dargestellten zurückgezogenen Position stützt sich die Hinterkante 12 des Bereichs 7B – welche die Hinterkante der Störklappe 7 bildet – auf einer Hinterkantenklappe 6 in zurückgezogener Position R ab, und die Länge CR der Weite C der Störklappe 7 ist durch die Wirkung der Feder 8 festgelegt, welche den Bereich 7B gegen den Bereich 7A drückt. Zwischen diesen Bereichen 7A und 7B gibt es nur einen Schlitz 13 von sehr geringer Breite und die Außenfläche 14 der Störklappe 7 gewährleistet die aerodynamische Kontinuität zwischen der Außenfläche 4 des Flügels 1 und der Außenfläche 15 der Klappe 6.
Ferner ist der Bereich 7B der Störklappe 7 mit der Struktur 10 des Flügels 1 mittels eines durch ein Stellglied 16 gebildetes Stützbein verbunden, dessen Enden 17 und 18 jeweils an der Struktur 10 bzw. dem Bereich 7B angelenkt sind.
In der zurückgezogenen Position der Störklappe 7 (1 und 2) übt das Stellglied 16 einen Druck aus, um diese in der zurückgezogenen Position zu halten.
Im Übrigen kann die Stellklappe 7 in der zurückgezogenen Position durch eine steuerbare Blockiereinrichtung verriegelt werden, welche diese an einer Drehung hindert. Eine solche Blockiereinrichtung zur Antirotation kann von sehr unterschiedlicher Bauart sein, zum Beispiel mechanischer, elektrischer oder elektromechanischer. Vorzugsweise, wie dies in den 2 bis 4 dargestellt ist, wird ein Elektromagnet 19 verwendet, zum Beispiel montiert auf der Struktur 10 und so ausgelegt, dass dieser mit einem Beschlag 20 zusammenwirkt, der dann auf dem Bereich 7A der Stellklappe 7 montiert ist. Die Kraft der Blockierung der Drehung desselben ist dann rein elektromagnetisch und kann gegebenenfalls eventuell überwunden werden.
Wenn die Blockiereinrichtung 19, 20 entaktiviert ist und sich die Hinterkantenklappe in ihrer zurückgefahrenen Position R befindet (siehe 3), wird das Stellglied 16 aktiviert, vergrößert sich die Länge desselben, derart, dass gleichzeitig und fortschreitend die Störklappe 7 um die Achse 11 schwenkt und sich ausfährt und die Länge ihrer Weite C gegen die Wirkung der Feder 8 zunimmt. Wie dies in 3 für eine Position gezeigt ist, die entsprechend einem Drehwinkel θ ausgefahren ist, hat die Weite C einen Wert CD größer als CR.
Natürlich ist es selbstverständlich, obwohl in 3 nur die einzige ausgefahrene Position, die einem Winkelwert θ entspricht, dargestellt ist, dass die Stellklappe 7 in anderen Anwendungen ein oder mehrere weitere Ausfahrpositionen entsprechend anderer Werte dieses Winkels einnehmen kann.
Im Übrigen muss darauf hingewiesen werden, dass die in den schematischen 2 bis 4 aus Gründen der Klarheit nicht die Gleitelemente dargestellt sind, wie Kugellager oder dergleichen, die zwischen den zwei Bereichen 7A und 7B angeordnet sind.
Wie schematisch in 2 dargestellt ist, tritt, wenn bei zurückgezogener Position der Störklappe 7 die Hinterkantenklappe 6 aus ihrer zurückgefahrenen Position R in eine Ausstellposition S gelangt, ein Spalt 21 zwischen der Hinterkante 12 der Störklappe 7 und der Außenfläche 15 der Hinterkantenklappe 6 auf, was aerodynamische Turbulenzen an der Außenfläche 4 des Flügels 2 erzeugt, da es keine aerodynamische Kontinuität zwischen der Außenfläche 14 der Störklappe 7 und der Außenfläche 15 der Hinterkantenklappe 6 mehr gibt.
Die 4 zeigt schematisch, wie gemäß der vorliegenden Erfindung dieser Nachteil beseitigt wird, indem die erweiterbare Störklappe 7 verwendet wird, um die aerodynamische Kontinuität der Außenflächen 4, 14 und 15 sicher zu stellen, wenn die Hinterkantenklappe 6 eine Ausstellposition S einnimmt:
Zu diesem Zweck wird die Drehung der Störklappe 7 durch Betätigung der Blockiereinrichtung 19 und 20 blockiert und das Stellglied 16 betätigt, damit dieses die Länge der Störklappe 7 parallel zu seiner Weite C bis auf einen Wert CR1 (größer als CR) vergrößert, derart, dass sich die Hinterkante 12 der Störklappe 7 zur Hinterkantenklappe 6 hin vorschiebt und auf der Außenfläche 15 derselben zur Abstützung kommt.

Claims

Verfahren zum Verbessern der aerodynamischen Kontinuität der Außenfläche eines Flugzeugflügels zwischen einer Störklappe (7) in zurückgezogener Position und einer Hinterkantenklappe (6) in ausgestellter Position, wobei die Anordnung der Störklappe und der Hinterkantenklappe derart ist, dass die Hinterkante der Störklappe in zurückgezogener Position auf der Hinterkantenklappe in eingefahrener Position abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich die Hinterkantenklappe (6) in der ausgestellten Position befindet, während sich die Störklappe (7) in der zurückgezogenen Position befindet, die Länge der Störklappe parallel zu ihrer Weite (C) vergrößert wird, derart, dass sich die Hinterkante der Störklappe zur Hinterkantenklappe hin vorschiebt und auf der Außenfläche derselben abgestützt wird, um so den durch das Ausstellen der Hinterkantenklappe erzeugten Bruch der aerodynamischen Kontinuität auszugleichen.
Flugzeugflügel (1) mit: – wenigstens einer Hinterkantenklappe (6), die so ausgebildet ist, dass sie sich zwischen einer eingefahrenen Position und wenigstens einer ausgestellten Position verschieben kann; und – wenigstens einer Störklappe (7), welche eine parallel zu ihrer Weite (C) variable Länge aufweist und so ausgebildet ist, dass sie sich zwischen einer zurückgezogenen Position und wenigstens einer ausgefahrenen Position verschieben kann, wobei die Anordnung der Störklappe (7) und der Hinterkantenklappe (6) derart ist, dass sich die Hinterkante (12) der Störklappe (7) in der zurückgezogenen Position auf der Hinterkantenklappe (6) in der eingefahrenen Position abstützt und die Störklappe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bestimmt ist und umfasst: – Betätigungsmittel (16), die so ausgebildet sind, dass sie die bewegliche Störklappe (7) aus der zurückgezogenen Position in eine ausgefahrene Position und umgekehrt bewegen lassen; und – Steuermittel (16), die so ausgebildet sind, dass sie die Länge der Weite (C) der beweglichen Störklappe (7) variieren lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (16) so ausgebildet sind, dass sie die Länge der Störklappe (7) variieren lassen, wenn sich diese in der zurückgezogenen Position befindet.
Flugzeugflügel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel für die Länge der Weite (C) durch die Betätigungsmittel (16) gebildet werden, welche das Zurückziehen und das Ausfahren der Störklappe (7) ermöglichen.
Flugzeugflügel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Blockiermittel (19, 20) umfasst, die so ausgebildet sind, dass sie die Störklappe (7) während der Betätigung der Betätigungsmittel (16) in der zurückgezogenen Position blockieren, wodurch die Länge der Weite derselben variiert werden kann.
Flugzeugflügel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiermittel (19, 20) eine elektromagnetische Blockierwirkung ausüben.
Flugzeugflügel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, in welchem die Störklappe (7) aus Elementen (7A, 7B) gebildet wird, die teleskopisch eingepasst sind, wobei wenigstens eines (7B) der Elemente so ausgebildet ist, dass sich dieses parallel zu der Weite (C) der Störklappe (7) verschieben kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (16), welche das Einziehen, das Ausfahren und die Steuerung der Länge der Störklappe (7) ermöglichen, auf dem Element (7B) derselben zur Anlage kommen, das so ausgebildet ist, dass es sich parallel zu der Weite (C) verschieben lässt.
Flugzeugflügel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (16) ein Stellglied sind.
Flugzeugflügel nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Mittel (8) vorgesehen sind, welche gegen den Rest (7A) der Störklappe (7) das Element (7B) derselben drücken, das so ausgebildet ist, dass es sich parallel zu der Weite (C) verschieben lässt.
Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Flügel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 aufweist.