DE102010005887B4

DE102010005887B4 - Wing with hinged winglet

Info

Publication number: DE102010005887B4
Application number: DE102010005887A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wildschek
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: DE102010005887A1

Abstract

Winglet (12) für den Tragflügel (10) eines Luftfahrzeugs, wobei dieses um eine Klappachse (14) klappbar ist und mittels einer Klappvorrichtung (20) fixierbar ist, die bei Überschreitung einer bestimmten am Winglet (12) angreifenden Seitenlast dieses zum Umklappen um die Klappachse (14) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Winglethinterkante eine Wingletklappe (30) vorgesehen ist, die über eine Zwangskopplung (34, 36, 38) mit dem Tragflügel (10) gekoppelt ist, so dass diese beim Klappen des Winglets (12) betätigbar ist.Winglet (12) for the wing (10) of an aircraft, which is foldable about a hinged axis (14) and by means of a folding device (20) can be fixed, which when exceeding a certain on the winglet (12) attacking side load this for folding around the Folding axis (14) releases, characterized in that in the region of the Winglethinterkante a Wingletklappe (30) is provided, which is coupled via a positive coupling (34, 36, 38) with the wing (10), so that these when folding the Winglets ( 12) can be actuated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Winglet für den Tragflügel eines Luftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a winglet for the wing of an aircraft according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, dass im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Tragflügelprofile, sogenannte Winglets, an den freien Enden der Tragflügel eines Luftfahrzeugs den induzierten Widerstand bei hohen Auftriebswerten reduzieren und dadurch die Handhabung des Luftfahrzeugs und die Stabilität um die Hochachse verbessern. Die Aus- oder Nachrüstung eines Tragflügels mit Winglets führt dabei zu einer Verbesserung der Gleitzahl und somit zu einem reduzierten Spritverbrauch und einer höheren Reichweite der Luftfahrzeuge, insbesondere von Verkehrsflugzeugen.It is known that substantially vertically oriented airfoils, so-called winglets, at the free ends of the wings of an aircraft reduce the induced resistance at high lift values and thereby improve the handling of the aircraft and the stability about the vertical axis. The replacement or retrofitting of a wing with winglets leads to an improvement in the glide ratio and thus to a reduced fuel consumption and a higher range of aircraft, especially commercial aircraft.

Bei großen und somit besonders wirksamen Winglets muss dabei die Tragflügelstruktur vor allem im Außenbereich höhere Lasten aufnehmen, die dadurch entstehen, dass das Winglet seitlich angeströmt werden kann, beispielsweise beim Schiebeflug, Manövern oder seitlichen Böen. Eine solche Versteifung der Tragflügel zur Aufnahme der zusätzlichen Lasten durch die Ausrüstung mit Winglets ist insbesondere bei der Nachrüstung aufwendig und teuer und die gewonnene bessere Gleitzahl wird durch ein höheres Strukturgewicht der Versteifung teilweise zunichte gemacht.In the case of large and therefore particularly effective winglets, the wing structure must absorb higher loads, above all in the exterior area, which arise as a result of the winglet being able to be flowed toward the side, for example during skidding, maneuvers or lateral gusts. Such a stiffening of the wings for receiving the additional loads by the equipment with winglets is complicated and expensive, especially during retrofitting, and the better gliding ratio obtained is partially nullified by a higher structural weight of the stiffening.

Die US 2005/0 133 672 A1 und die US 2008/0 308 683 A1 offenbaren jeweils ein Winglet gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, das bei großen Lasten wegklappen kann.The US 2005/0 133 672 A1 and the US 2008/0 308 683 A1 each discloses a winglet according to the preamble of claim 1, which can fold away at large loads.

Die US 5 988 563 A offenbart ein Luftfahrzeug mit einem wegklappbaren Winglet, bei dem das in die Tragflächenebene geklappte Winglet als Verlängerung der Tragfläche wirkt. Derartige Klappmechanismen zum Wegklappen eines Winglets erfordern baulich aufwändige und schwere Klapp- und Haltemechanismen am Ende der Tragflügel, was nicht nur das Gewicht des Tragflügels erhöht sondern auch eine das Gewicht weiter erhöhende Versteifung des Tragflügels selber erfordert.The US 5 988 563 A discloses an aircraft with a foldaway winglet in which the winglet folded into the wing plane acts as an extension of the wing. Such folding mechanisms for folding away a winglet require structurally complex and heavy folding and holding mechanisms at the end of the wing, which not only increases the weight of the wing but also requires a further increase in weight stiffening of the wing itself.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Winglet für den Tragflügel eines Luftfahrzeugs bereitzustellen, das auch bei erhöhten auf das Winglet wirkenden Kräften nicht signifikant weggeklappt werden muss, aber andererseits auch nicht so steif und fest und damit baulich schwer ausgebildet sein muss, um solche Lasten unverändert aufzunehmen.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a winglet for the wing of an aircraft which does not have to be folded away significantly even when the forces acting on the winglet are elevated, but on the other hand does not have to be so stiff and strong and therefore structurally heavy to include such loads unchanged.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention the object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist im Bereich der Winglethinterkante eine Wingletklappe vorgesehen, die über eine Zwangskopplung mit dem Tragflügel gekoppelt ist, so dass die Wingletklappe beim Wegklappen des Winglets betätigt wird und zwar in einer solchen Richtung, dass der effektive Anstellwinkel des Winglets gegenüber der seitlichen aerodynamischen Last reduziert wird. Durch diese Reduktion des Anstellwinkels des Winglets gegenüber der seitlichen aerodynamischen Last wird der Effekt der Last auf das Winglet reduziert und somit auch das in den Tragflügel zu übertragene Moment verkleinert.According to the invention, a winglet flap is provided in the region of the wingleth edge, which is coupled to the wing via a positive coupling, so that the winglet flap is actuated when the winglet is folded away in such a direction that the effective angle of attack of the winglet relative to the lateral aerodynamic load is reduced , This reduction of the angle of attack of the winglet with respect to the lateral aerodynamic load reduces the effect of the load on the winglet and thus also reduces the moment to be transmitted to the wing.

Eine bevorzugte Ausbildung der Zwangskopplung umfasst einen L-förmigen Hebel, dessen einer Hebelarm mit dem Tragflügel und dessen anderer Hebelarm mit einem Ruderhorn der Wingletklappe gekoppelt ist. Durch eine solche kinematische Zwangskopplung ergibt sich eine korrelierende Auslenkung der Wingletklappe relativ zum Klappwinkel des Winglets selber, wodurch eine baulich sehr einfache und wirksame und wenig fehleranfällige Kopplung erreichbar ist. Alternativ kann die Zwangskopplung auch auf andere Art und Weise, beispielsweise über eine Hydraulikeinrichtung, erfolgen.A preferred embodiment of the positive coupling comprises an L-shaped lever whose one lever arm is coupled to the wing and whose other lever arm is coupled to a rudder horn of the winglet flap. By such a kinematic forced coupling results in a correlative deflection of the winglet flap relative to the folding angle of the winglet itself, whereby a structurally very simple and effective and less error-prone coupling can be achieved. Alternatively, the positive coupling can also take place in other ways, for example via a hydraulic device.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Klappachse gegenüber der Luftfahrzeuglängsachse einen Winkel in vertikaler Ebene einschließt, wobei die Klappachse in Bewegungsrichtung des Luftfahrzeugs ansteigt. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise zwischen 10° Grad und 50°, noch bevorzugter zwischen 20° und 40°. Diese schräge Anordnung der Klappachse gegenüber der Luftfahrzeuglängsachse bewirkt, dass das Winglet beim Umklappen gleichzeitig auch seinen Anstellwinkel gegenüber der seitlich wirkenden aerodynamischen Last verringert, wodurch das in die Tragflügel zu übertragene Moment noch zusätzlich reduziert wird, mithin das Winglet zur Erreichung der gleichen Entlastung weniger weit abklappen muss.An advantageous development of the invention provides that the folding axis relative to the aircraft longitudinal axis includes an angle in the vertical plane, wherein the folding axis increases in the direction of movement of the aircraft. This angle is preferably between 10 degrees and 50 degrees, more preferably between 20 degrees and 40 degrees. This oblique arrangement of the folding axis relative to the aircraft longitudinal axis causes the winglet at the same time also reduces its angle of attack relative to the laterally acting aerodynamic load, whereby the transmitted moment in the wing is further reduced, thus the winglet to achieve the same relief less far has to fold down.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Klappvorrichtung im geklappten Zustand des Winglets auf dieses ein Rückstellmoment ausübt um zu erreichen, dass bei Nachlassen der seitlichen Lasten das Winglet wieder in den ursprünglichen Zustand zurückklappt. Vorzugsweise umfasst die Klappvorrichtung dazu eine Art Arretiereinrichtung, damit das Winglet nach Erreichen des Normalzustandes in diesem erneut verriegelt wird. Bei Verwendung der oben beschriebenen Beuleinrichtung ist dieser Zustand erreicht, wenn die Beulelemente wieder gestreckt sind, also jegliche Ausbeulung beseitigt ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the folding device in the folded state of the winglet exerts on this a restoring moment in order to achieve that upon release of the lateral loads, the winglet folds back to the original state. Preferably, the folding device comprises a kind of locking device, so that the winglet is locked again after reaching the normal state in this. When using the buckling device described above, this state is reached when the buckling elements are stretched again, so any bulge is eliminated.

Der Klappbereich, um den das Winglet um die Klappachse geklappt werden kann, beträgt vorzugsweise 5° bis 30°. The folding area, around which the winglet can be folded around the folding axis, is preferably 5 ° to 30 °.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt:The invention will be further explained with reference to the accompanying drawings. Showing:

1: eine schematische Ansicht eines Tragflügelausschnitts mit angebrachtem Winglet von vorne; 1 a schematic view of a wing section with attached winglet from the front;

2: eine schematische Schnittansicht des Tragflügels gemäß 1 mit zwei alternativen Ausführungsformen von Wingletklappachsen; 2 a schematic sectional view of the wing according to 1 with two alternative embodiments of winglet flaps;

3: eine schematische Darstellung einer Wingletbefestigung mittels einer Beuleinrichtung; 3 a schematic representation of a Wingletbefestigung by means of a buckling device;

4: eine schematische Schnittansicht des Tragflügels gemäß 1 mit einer Wingletklappe; 4 a schematic sectional view of the wing according to 1 with a winglet flap;

5: eine schematische Ansicht der Ausführungsform von 4 von oben. 5 FIG. 3 is a schematic view of the embodiment of FIG 4 from above.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Tragflügelausschnittes 10 mit einem angebrachten Winglet 12 von vorne. Das Winglet 12 ist dabei um eine Klappachse 14 klappbar ausgebildet wobei eine Klappvorrichtung 20 vorgesehen ist, die sich am Tragflügel 10 abstützt und im normalen Zustand das Winglet 12 starr in der in 1 gezeigten Stellung fixiert, hingegen bei einer seitlich angreifenden Last, die durch die Pfeile A und B angedeutet werden, ein seitliches Abklappen des Winglets 12 ermöglicht. 1 shows a schematic view of a wing cutout 10 with an attached winglet 12 from the front. The winglet 12 is a folding axis 14 foldable formed with a folding device 20 is provided, which is on the wing 10 supports and in the normal condition the winglet 12 rigid in the in 1 fixed position shown, however, at a side attacking load, which are indicated by the arrows A and B, a lateral folding of the winglet 12 allows.

2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines nicht beanspruchten Tragflügels 10 mit einer Seitenansicht des Winglets 12, wobei in dieser Figur zwei unterschiedliche Ausrichtungen der Klappachse dargestellt sind. In einer ersten Ausführung ist die Klappachse 14a in Längsrichtung des nicht dargestellten Luftfahrzeugs, also genau in Bewegungsrichtung ausgerichtet. Mit dem Bezugszeichen 14b ist eine alternative Klappachse dargestellt, die in vertikaler Richtung geneigt ist, so dass ein Teil des Winglets (in der Figur der linke untere Teil) starr bleibt und nur der Bereich oberhalb der Klappachse 14b abklappt. 2 shows a schematic sectional view of an unclaimed wing 10 with a side view of the winglet 12 , wherein in this figure, two different orientations of the folding axis are shown. In a first embodiment, the folding axis 14a in the longitudinal direction of the aircraft, not shown, so aligned exactly in the direction of movement. With the reference number 14b an alternative folding axis is shown, which is inclined in the vertical direction, so that a part of the winglet (in the figure, the left lower part) remains rigid and only the area above the folding axis 14b knocking down.

In 3 ist eine schematische Darstellung einer Wingletbefestigung mittels einer als Beuleinrichtung ausgeführten Klappeinrichtung 20 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile wie in den anderen Figuren. Die Beuleinrichtung 20 umfasst zwei flache Beulelemente 22, die über Rollen 24 geführt sind. Die tragflügelseitigen Enden der beiden Beulelemente 22 können sich an einem Anschlagselement 26 abstützen, das Teil des Tragflügels 10 ist. Die gegenüberliegenden Enden der Beulelemente 22 sind beiderseits der Klappachse 14 an einem Stützteil 28 befestigt, das Bestandteil des Winglets 12 ist. Im Normalzustand – also ohne seitliche Lasten – wäre das in 3 gezeigte Winglet 12 vertikal, in welchem Fall die beiden Beulelemente 22 geradlinig, also unausgebeult sind und am Anschlagselement 26 anliegen. Auf diese Weise liegt eine starre Verbindung zwischen Winglet 12 und Tragflügel 10 vor, weil jede auf das Winglet 12 seitlich wirkende Last L als Druckkraft über das eine oder andere Beulelement 22 auf das Anschlagselement 26 übertragen wird und somit das Winglet 12 unbeweglich bleibt.In 3 is a schematic representation of a Wingletbefestigung means designed as a buckle flapper 20 shown. Like reference numerals designate like parts as in the other figures. The bulge device 20 includes two flat buckling elements 22 that about roles 24 are guided. The wing-side ends of the two buckling elements 22 can be attached to a stop element 26 support the part of the wing 10 is. The opposite ends of the Beulelemente 22 are on both sides of the folding axis 14 on a support part 28 attached, the component of the winglet 12 is. In the normal state - without lateral loads - that would be in 3 shown winglet 12 vertically, in which case the two buckling elements 22 straight, so are not bulged and the stop element 26 issue. In this way, there is a rigid connection between the winglet 12 and wings 10 because each one on the winglet 12 side-acting load L as a compressive force on one or the other Beulelement 22 on the stop element 26 is transferred and thus the winglet 12 remains immobile.

Sofern jedoch eine seitlich angreifende Last L einen Schwellwert überschreitet, der durch die Knicklast des auf Druck belasteten Beulelements 22 definiert ist, beult oder knickt dieses druckbelastete Beulelement 22 (in 3 das untere) seitlich aus und ermöglicht schlagartig eine Beweglichkeit des Winglets 12 um die Klappachse 14. In der 3 ist dementsprechend das Winglet 12 nach rechts geklappt dargestellt. Gleichzeitig wird das zweite, nicht belastete (in 3 oben dargestellte) Beulelement 22 vom Stützteil 28 mitgezogen und hebt vom Anschlagselement 26 ab.If, however, a laterally acting load L exceeds a threshold value which is determined by the buckling load of the pressure-loaded buckling element 22 is defined, bulges or buckles this pressure loaded Beulelement 22 (in 3 the lower) from the side and allows sudden mobility of the winglet 12 around the folding axis 14 , In the 3 is accordingly the winglet 12 folded to the right. At the same time, the second, not loaded (in 3 shown above) Beulelement 22 from the support part 28 pulled along and lifted from the stop element 26 from.

4 zeigt eine schematische Schnittansicht des Tragflügels 10 mit einem Winglet 12, mit einer an deren Hinterkante angeordneten Wingletklappe 30. Dabei ist die Klappachse 14 horizontal ausgerichtet. Es wäre vorteilhafterweise auch möglich, bei dieser Ausführung die Klappachse 14 vertikal gekippt auszubilden wie die Klappachse 14b in 2. 4 shows a schematic sectional view of the wing 10 with a winglet 12 with a winglet flap at the rear edge 30 , Here is the folding axis 14 aligned horizontally. It would also be advantageously possible, in this embodiment, the folding axis 14 tilted vertically form like the folding axis 14b in 2 ,

5 zeigt eine schematische Darstellung der Ausführung von 4 und zeigt eine Ansteuerung der Wingletklappe 30. Hierzu ist an der Wingletklappe 30 ein Ruderhorn 32 angebracht, das mittels einer beidseitig gelenkig gelagerten Koppelstange 34 an einem Arm eines L-Hebels 36 gekoppelt ist. Der andere Arm des L-Hebels 36 ist mittels einer weiteren Koppelstange 38 an einem tragflügelseitigen Anlenkpunkt 40 angelenkt. Der Drehpunkt 42 des L-Hebels 36 ist in einiger Entfernung von der Klappachse des Winglets 12 aufgehängt, sodass ein durch den Pfeil P angedeutetes Wegklappen des Winglets 12 eine Mitbewegung des L-Hebel-Drehpunktes 42 in der Zeichenebene nach rechts oder links bewirkt. Da der Anlenkpunkt 40 demgegenüber fix ist, führt dies zwangsläufig zu einem Verdrehen des L-Hebels 36 (bei einer Bewegung des Winglets 12 in der Zeichenebene nach rechts gegen den Uhrzeigersinn), wodurch über die Koppelstange 38 und das Ruderhorn 32 die Wingletklappe 30 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn betätigt wird. Dies bewirkt einen gegen die Last wirkenden veränderten Anstellwinkel des Winglets 12 und erzeugt damit eine Gegenkraft, die der angreifenden Seitenlast entgegenwirkt. 5 shows a schematic representation of the embodiment of 4 and shows an activation of the winglet flap 30 , This is on the winglet flap 30 a rudderhorn 32 attached, by means of a double-sided articulated coupling rod 34 on one arm of an L-lever 36 is coupled. The other arm of the L-lever 36 is by means of another coupling rod 38 at a wing-side pivot point 40 hinged. The fulcrum 42 of the L-lever 36 is at some distance from the folding axis of the winglet 12 suspended, so that indicated by the arrow P folding away the winglet 12 a co-movement of the L-lever pivot point 42 in the drawing plane to the right or left effected. Because the articulation point 40 On the other hand, fix, this inevitably leads to a twisting of the L-lever 36 (during a movement of the winglet 12 in the plane of the drawing to the right counterclockwise), resulting in over the coupling rod 38 and the rudderhorn 32 the winglet flap 30 is also operated counterclockwise. This causes a change in the angle of attack of the winglet acting against the load 12 and thus generates a counterforce, which counteracts the attacking side load.

Claims

Winglet ( 12 ) for the wing ( 10 ) of an aircraft, this being a folding axis ( 14 ) is hinged and by means of a folding device ( 20 ) that can be fixed when exceeding a certain one on the winglet ( 12 ) engaging side load this for folding around the folding axis ( 14 ) releases, characterized in that in the region of the Winglethinterkante a winglet flap ( 30 ) is provided, which via a forced coupling ( 34 . 36 . 38 ) with the wing ( 10 ), so that when folding the winglet ( 12 ) is operable.

Winglet according to claim 1, characterized in that the folding device ( 20 ) comprises at least one buckling device that bulges when a threshold load is exceeded.

Winglet according to claim 1, characterized in that the positive coupling an L-shaped lever ( 36 ), whose one lever arm with the wing ( 10 ) and its other lever arm with a rudder horn ( 32 ) of the winglet flap ( 30 ) is coupled.

Winglet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the folding axis ( 14b ) relative to the aircraft longitudinal axis forms an angle which is preferably between 10 ° and 50 °, preferably between 20 ° and 40 °.

Winglet according to one of the preceding claims, characterized in that the folding device ( 20 ) in the folded state of the winglet ( 12 ) exerts on this a restoring moment.