DE102010028490B4 - Flügelprofil mit veränderlicher Krümmung - Google Patents

Abstract

Flügel mit veränderlicher Krümmung, wobei der Flügel eine erste (1) und eine zweite Seite (2) aufweist, die sich zwischen einer Vorderkante (7) und einer Hinterkante (5) erstrecken und wobei die beiden Seiten (1, 2) von einer elastisch verformbaren Außenhaut (3) gebildet werden und im Bereich (6a, 6b) der Hinterkante (5) flächig und verschiebbar aufeinander liegen, und mit Vorrichtungen zur Fixierung ein Ablösen der Kanten voneinander verhindert wird und die Krümmung des Flügels durch die Verschiebung der Bereiche (6a, 6b) der Hinterkante (5) einer oder beider Seiten (1, 2) veränderbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Flügelprofil, dessen Krümmung über die gesamte Breite des Flügels und für die beiden Flügelseiten unabhängig voneinander verändert werden kann. Dabei wird auf Gelenke in der Außenhaut des Flügels verzichtet und es treten keine Knickstellen in der Flügelaußenhaut auf.
• Veränderliche Flügelprofile erlauben die Anpassung an veränderte Strömungsbedingungen. Diese Eigenschaft ist insbesondere für den Windkraftanlagenbau und die Flugzeugindustrie von Interesse. Im Windkraftanlagenbau soll ein Rotor über einen Generator in einem möglichst großen Windgeschwindigkeitsbereich eine konstante Leistung abgeben. Da die Krümmung des Flügels wesentlich für die an den Rotorblättern entstehende Kraft ist, kann die Kraft durch Variation der Flügelgeometrie angepasst und gleichmäßig gestaltet werden.
• Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Lösungen sowohl aus dem Windkraftanlagenbereich als auch aus der Flugzeugindustrie bekannt, die eine teilweise oder vollständige Veränderung der Flügelgeometrie leisten sollen.
• Die DE 198 52 944 C1 beschreibt eine Flügelgeometrie, bei der, im Querschnitt des Flügels gesehen, die vordere und hintere Flügelkante verändert werden können. Während die vordere Kante in Ihrer Neigung zur Unterseite angepasst werden kann, ist es möglich, die Neigung der Hinterkante sowohl zur Unter- als auch zur Oberseite hin zu ändern. Darüber hinaus ist es möglich, die Hinterkante aufzuspreizen, so dass eine Krümmung sowohl zur Ober- als auch zur Unterseite hin entsteht. Um Materialstau in den gestauchten bzw. Überdehnung in den gestreckten Krümmungsbereichen zu vermeiden, verfügt der Flügel über eine elastische Außenhaut. Angetrieben wird die Konstruktion von Aktuatoren, die über Gelenke auf die inneren Strukturelemente in den zu krümmenden Bereichen einwirken. Bei dieser Lösung werden nur Vorder- und Hinterkante des Flügelprofils in ihrer. Krümmung verändert. Abmessung und Form des Flügels im Mittelteil können hingegen nicht variiert werden.
• In der US 5181678 A wird eine Flügelkonstruktion offenbart, die unter einem flexiblen Oberflächenmaterial eine, die Flügelform unterstützende Konstruktion aufweist, die eine veränderliche Krümmung des gesamten Flügelquerschnitts ermöglicht. Die unterstützende Konstruktion wird mit einer Reihe verschiedenartiger Aktuatoren und Bewegungselemente an die erforderliche Krümmung angepasst. Aufgrund der flexiblen Oberfläche ist eine Dehnung oder Stauchung des Materials der Flügeloberfläche ausgeschlossen. In anderen Ausführungsformen wird ein dachziegelartiges Übereinanderliegen von Teilen der Tragflügelhaut vorgeschlagen. Bei einer einfachen elastischen Oberfläche tritt ein Flattern bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten auf. Starre, sich gegenseitig überlappende Oberflächensegmente sind jedoch ungünstig für einen möglichst laminaren Strömungsverlauf.
• Im Folgenden wird die Kante des Flügels, die unter üblichen Bedingungen von der Strömung angeströmt wird, als Vorderkante und die Kante, die in Richtung des abströmenden Fluidstroms liegt, als Hinterkante des Flügels bezeichnet. Der Abstand von Vorder- zu Hinterkante wird nachfolgend als Breite des Flügels bzw. Flügelbreite bezeichnet. Die Vorder- und die Hinterkante sind durch eine erste und eine zweite Seite des Flügels miteinander verbunden. Als Flügelprofil wird der Querschnitt durch den Flügel entlang seiner Breite bezeichnet. Der symmetrische Zustand des Flügelprofils ist erreicht, wenn die erste Seite und die zweite Seite des Flügels identische bzw. annähernd identische, jedoch gespiegelte Krümmungen aufweisen. Dabei wird an einer Ebene, die zwischen Vorder- und die Hinterkante verläuft, gespiegelt.
• Die Begriffe Wölbung und Krümmung werden nachfolgend synonym verwendet. Unter Krümmungsänderung wird die Veränderung des Kehrwertes des Krümmungsradius' der Außenhaut im jeweiligen Punkt verstanden. Bereiche starker Krümmungsänderung sind Bereiche, in denen verglichen mit anderen Bereichen des Flügelprofils, die Änderung des Krümmungsradius' besonders groß ist.
• Erste und zweite Seite stellen Bezeichnungen für gegenüberliegende Seiten des Flügelprofils dar. Dem Fachmann ist unmittelbar einsichtig, dass es sich ebenso um eine rechte oder linke Seite oder um Oberseite und Unterseite des Profils handeln kann. Durch die Symmetrie des Flügelprofils ist lediglich die erwünschte Krümmung in Relation zur Strömungsrichtung relevant.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Flügelprofil vorzuschlagen, das eine Veränderung der Krümmung des Flügelquerschnitts bis hin zur Umkehrung der Krümmungsorientierung ermöglicht und dabei Spannungen, insbesondere Dehnungen und Stauchungen im Material der Außenhaut aufgrund der Veränderung der Flügelgeometrie weitgehend vermeidet.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Flügel mit veränderlicher Krümmung gelöst, wobei der Flügel eine erste und eine zweite Seite aufweist, die sich zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante erstrecken und wobei die beiden Seiten von einer elastisch verformbaren Außenhaut gebildet werden und im Bereich der Hinterkante flächig und verschiebbar aufeinander liegen und die Krümmung einer oder beider Seiten durch die Verschiebung der Hinterkanten der beiden Seiten gegeneinander oder auch gleichsinnig und/oder die Neigung der Vorderkante verändert wird.
• Aufgrund der Steifigkeit und Biegsamkeit des Materials der elastisch verformbaren Außenhaut wölbt sich diese mehr oder weniger auf. Auf diese Weise kann nicht nur der Grad der Krümmung beeinflusst werden, sondern auch die Seite, auf der der Flügel konvex bzw. konkav gewölbt ist, gewechselt werden. Die Bereiche, der Hinterkanten, die flächig aufeinander liegen, sind weitgehend parallel und lediglich durch vorteilhaft vorhandene Führungsvorrichtungen und/oder Gleitmittel voneinander getrennt, die dafür sorgen, dass die Verschiebung der Bereiche gegeneinander kontrolliert erfolgt und die Bereiche sich nicht voneinander lösen.
• Der Flügel weist in seinem Inneren bekannte Stütz- und Tragwerkselemente auf, die die auf den Flügel einwirkenden Kräfte und Momente an einen Träger oder ein Tragwerk (Flugzeugrumpf, Windkraftanlage, Rotor etc.) übertragen. Die Stütz- und Tragwerkselemente dienen auch als Halterung und Widerlager für im Flügel angeordnete Aktuatoren und Krafteinleitungselemente. Der Flügel weist bevorzugt im vorderen Teil an der Vorderkante mindestens ein Krafteinleitungselement auf, auf dem die Außenhaut im Bereich der Vorderkante aufliegt und flächig befestigt ist und das dem Flügel an der angeströmten Seite so seine Form verleiht und die auftretenden Kräfte und Momente aufnimmt. Das Krafteinleitungselement ist bevorzugt ein Hohlprofil, an dem die elastisch verformbar ausgeführte Außenhaut des Flügels vorteilhaft im Bereich der Vorderkante, befestigt ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Krafteinleitungselement rohrförmig, mit kreisförmigem, elliptischem oder ovalem Querschnitt, ausgeführt. Das Krafteinleitungselement besteht in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform aus polygonalen Elementen, die jedoch über abgerundete Teile verfügen, die gewährleisten, dass die Flügelvorderkante eine abgerundete Form erhält. Die Befestigung erfolgt vorteilhaft flächig entlang der Scheitellinie des Krafteinleitungselements, die der vordersten Kante des Flügelprofils in seiner symmetrischen Einstellung entspricht. Das Krafteinleitungselement kann, ausgehend vom symmetrischen Zustand, in Richtung zur ersten oder zweiten Seite geneigt werden. Wesentlich ist, dass bei Neigung des Krafteinleitungselements eine Kraft in Richtung der Seite, zu der die Neigung erfolgt, ausgeübt wird, so dass auf dieser Seite die konkave Krümmungsrichtung vorgegeben wird und auf der entgegengesetzten Seite durch die Steifigkeit in der Außenhaut eine Spannung erzeugt wird, die zu einer konvexen Wölbung führt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Krümmungsrichtung über einen Aktuator bestimmt. Dies ist in Ausführungsformen notwendig, in denen ausgehend vom symmetrischen Zustand die Krümmungsrichtungen der ersten und der zweiten Seite ohne zusätzliche Neigung des Krafteinleitungselements festgelegt werden sollen.
• Als Aktuatoren kommen bevorzugt rotatorische oder translatorische Antriebe zum Einsatz, beispielsweise Elektromotoren oder elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betriebene Linearantriebe.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Krafteinleitungselement ein oder mehrere Formteile auf, auf denen die Außenhaut befestigt ist. So ist es möglich, durch Neigung des Krafteinleitungselements und damit Neigung der Formteile die Neigung der Vorderkante stärker zu variieren.
• Die Außenhaut des Flügels besteht aus einem elastisch verformbaren, biegsamen Material, das jedoch nicht biegeschlaff ist, wie es textile oder folienartige Materialien sind. Das Material der Außenhaut Isst keinen Faltenwurf zu. Bevorzugte Materialien sind dünne Metall-, besonders bevorzugt Leichtmetall-, weiterhin besonders bevorzugt Aluminiumbleche.
• Besonders geeignet sind ebenso Faserverbundwerkstoffe, besonders bevorzugt faserverstärktes Kunststoffmaterial.
• Bereiche der Außenhaut können vorteilhaft aus unterschiedlich dicken und/oder unterschiedlich verstärkten Faserverbundwerkstoffen bestehen. Auf diese Weise sind Bereiche mit dünnerem bzw. schwächer verstärktem Faserverbundwerkstoff leichter zu krümmen, als andere Bereiche. So kann vorteilhaft der Bereich der konvexen Krümmung auf der ersten Seite des Flügels dünner ausgeführt sein, so dass dort die krümmungsändernde Kraft stärker wirksam wird, als in der Nähe der Vorder- oder Hinterkante. Eine analoge Ausführung ist für den konkaven Teil der zweiten Seite des Flügels vorteilhaft.
• Vorteilhaft kommen unterschiedliche Fasermaterialien für unterschiedliche Bereiche des Flügels zum Einsatz. Aufgrund ihrer verschiedenen Eigenschaften reagieren die Fasermaterialien mit unterschiedlicher Steifigkeit auf die krümmenden Kräfte. So kann beispielsweise für Bereiche, die die stärksten Krümmungsänderungen aufweisen müssen, ein geeignetes Fasermaterial ausgewählt werden, dass gemeinsam mit dem Fasermaterial für weniger beanspruchte Bereiche gewickelt oder geflochten und anschließend mit Matrixmaterial getränkt wird. Unterschiedliche Flügelbereiche müssen so nicht in verschiedenen Arbeitsgängen gefertigt und anschließend zusammengefügt werden.
• Vorzugsweise werden wenigstens stärker beanspruchte Teile der Außenhaut aus faserverstärktem Material hergestellt.
• Die Veränderung der Krümmung des Flügelprofils erfolgt, indem die Hinterkanten der ersten und der zweiten Seite gegeneinander oder gegenüber der Vorderkante des Flügelprofils verschoben werden. Vorteilhaft wird die Veränderung der Krümmung durch die Veränderung der Neigung der Vorderkante durch Verdrehung des Krafteinleitungselements unterstützt.
• Es sind vier Grundvarianten der Verschiebung möglich:
• a) Die erste Seite der Außenhaut (siehe auch 3) wird an der Hinterkante gegenüber der zweiten Seite zurückgezogen. Dadurch wölbt sich die erste Seite des Flügelprofils auf, so dass dessen Krümmung zunimmt. Da an der Hinterkante die erste und die zweite Seite des Flügels flächig aufeinanderliegen, wird durch die Aufwölbung (konvex) an der Hinterkante eine Kraft auf die zweite Seite übertragen, die dafür sorgt, dass die konkave Wölbung an der zweiten Seite ebenfalls, jedoch in geringerem Maße, zunimmt. Dieser Effekt wird verstärkt, indem das Krafteinleitungselement weiter in Richtung der zweiten Seite geneigt wird.
• b) Die erste Seite der Außenhaut (siehe auch 4) wird an der Hinterkante gegenüber der zweiten Seite zurückgeschoben. Die Wölbung der ersten Seite des Flügelprofils nimmt ab. Da an der Hinterkante die erste und die zweite Seite des Flügels flächig aufeinanderliegen, wird durch die Aufwölbung (konvex) an der Hinterkante eine Kraft auf die zweite Seite übertragen, die dafür sorgt, dass die konkave Wölbung an der zweiten Seite ebenfalls, jedoch in geringerem Maße, abnimmt. Dieser Effekt wird verstärkt, indem das Krafteinleitungselement weiter in Richtung der ersten Seite geneigt wird.
• c) Erste Seite und zweite Seite werden zurückgezogen, so dass der Abstand zwischen Vorder- und Hinterkante abnimmt. Dadurch werden die konvexe Krümmung auf der ersten Seite und die konkave Krümmung auf der zweiten Seite des Flügels vergrößert. Die Breite des Flügels wird verringert. Das Krafteinleitungselement behält seine Neigung bei.
• d) Erste Seite und zweite Seite werden vorgeschoben, so dass der Abstand der zwischen Vorder- und Hinterkante zunimmt. Dadurch werden die konvexe Krümmung auf der ersten Seite und die konkave Krümmung auf der zweiten Seite des Flügels verringert. Die Breite des Flügels wird erhöht. Das Krafteinleitungselement behält seine Neigung bei.
• Die einzelnen Grundtypen der Verschiebungen können miteinander kombiniert werden, um die gewünschte Wölbung des Flügelprofils zu erreichen. Beispielhaft wird auf die 5 verwiesen, in der gezeigt ist, wie, ausgehend vom symmetrischen Zustand des Flügelprofils, durch gleichzeitiges Zurückziehen der Hinterkanten der Abstand zwischen Vorder- und Hinterkanten abnimmt. Es wird ein symmetrischer Flügelzustand beibehalten, bei dem jedoch die Flügelbreite ab- und die Flügeldicke zunehmen.
• Besonders vorteilhaft ist, dass durch unabhängige Bewegung der Hinterkanten der beiden Seiten die Krümmung jeder Seite weitgehend getrennt von der der anderen Seite veränderbar ist. Bei der Bestimmung der Krümmungsänderung ist jedoch zu berücksichtigen, dass an der Hinterkante die erste und die zweite Seite des Flügels flächig aufeinanderliegen und die krümmende Kraft zumindest teilweise, auch auf die andere Seite übertragen wird. Dadurch wird, wie in den Grundvarianten a) und b) dargestellt, auch die Seite, deren Hinterkante nicht unmittelbar bewegt wird, in ihrer Krümmung verändert.
• Der Flügel weist in seinem Inneren einen oder mehrere Aktuatoren auf, die das Krafteinleitungselement in seiner Neigung zur ersten und zweiten Seite und/oder die Position der Hinterkanten zueinander und zu dem Krafteinleitungselement steuern. Diese Aktuatoren finden ebenfalls in den Stütz- und Tragwerkselementen im Flügelinneren ihr Widerlager bzw. sind an diesen befestigt.
• Über die Steuerung des Krafteinleitungselementes kann in Verbindung mit der Verschiebung der Hinterkanten die Funktion von erster und zweiter Seite vertauscht werden. Wenn im symmetrischen Zustand des Flügelprofils die Neigung des Krafteinleitungselementes in Richtung der zweiten Seite erfolgt, und die erste Seite der Außenhaut zurückgezogen wird, entsteht die konvexe Wölbung auf der ersten Seite des Flügelprofils. Wird die Neigung des Krafteinleitungselementes in Richtung der ersten Seite verändert und die zweite Seite der Außenhaut zurückgezogen, entsteht die konvexe Wölbung auf der zweiten Seite der Außenhaut. Vorteilhaft wird die Ausbildung der entsprechenden Krümmungen durch einen oder mehrere Aktuatoren im Flügelinneren unterstützt, die auf die Innenseiten der Außenhaut in Richtung der gewünschten Krümmung einwirken. Auch die Verschiebebewegungen der ersten und zweiten Seiten werden durch entsprechende auf die Hinterkanten einwirkende Aktuatoren ausgeführt.
• Die Hinterkanten der ersten und zweiten Seite liegen flächig aufeinander. Damit sie von den wirkenden Auftriebskräften nicht in unkontrollierte Bewegungen versetzt oder sogar auseinandergerissen werden, sind sie mit Vorrichtungen zu ihrer Fixierung versehen. Während die Bewegung der Hinterkanten gegeneinander durch die Aktuatoren gesteuert und damit auch beschränkt wird, ist ein Ablösen der Kanten voneinander zu verhindern, ohne die Bewegung gegeneinander zu behindern. Derartiges lässt sich vorteilhaft durch magnetische Schichten in den Hinterkanten bzw. in den flächig aufeinanderliegenden Bereichen der Hinterkanten erreichen. Die magnetischen Schichten können als Magnetfolien, die im Bereich der Hinterkanten verklebt sind, realisiert werden. Zwischen der ersten und der zweiten Seite wird vorteilhaft eine Schmierung oder eine Gleitfolie vorgesehen, um die Reibung zu minimieren. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Außenhaut aus faserverstärktem Material, besonders bevorzugt faserverstärktem Kunststoff, wobei die Magnetschichten als Magneteinlagen bereits bei der Herstellung der Faserverstärkung mit integriert bzw. beim Tränken mit Matrixmaterial mit eingebracht werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die erste und zweite Seite mittels einer Schwalbenschwanzführung oder einer anderen geeigneten formschlüssigen Führung aufeinander gehalten. Eine Schwalbenschwanzführung erlaubt dabei vorteilhaft eine formschlüssig geführte Bewegung der beiden Seiten gegeneinander.
• In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Steuerung der die Flügelkrümmung bestimmenden Aktuatoren über ein rechnergestütztes System.
• Figuren
• Die Figuren zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Flügelprofils. Aus dem Stand der Technik bekannte Einbauten und nicht unmittelbar zur Erläuterung des Aufbaus des Flügelprofils notwendige Details sind nicht dargestellt. Dem Fachmann sind diese jedoch bekannt und er wird sie im Rahmen der Ausführung der Erfindung hinzufügen.
• 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Flügels mit einer ersten Seite (1) und einer zweiten Seite (2). Das Flügelprofil ist hier an der Hinterkante (5) aufgeklappt, wie es vorteilhaft für Reparaturen oder Inspektionen notwendig werden kann. Die beiden Bereiche (6a) und (6b) liegen im Betriebszustand jedoch plan aufeinander (siehe nachfolgende Figuren 2–5, 7–12). Nahe der Vorderkante (7) ist das Krafteinleitungselement (4) dargestellt.
• 2 zeigt den Flügel im symmetrischen Zustand. Der Flügel erreicht seine maximale Breite (b₀). Das Krafteinleitungselement (4) weist keine Neigung auf.
• 3 zeigt wie durch Verschieben des Bereichs (6a) der Hinterkante der ersten Seite in Richtung der Vorderkante (7) und leichte Neigung (α) des Krafteinleitungselements (4) in Richtung der zweiten Seite (2) eine konvexe Krümmung des Flügels auf der ersten Seite (1) und eine konkave Krümmung des Flügels auf der zweiten Seite (2) erreicht wird. Die konkave Krümmung auf der zweiten Seite (2) wird nunmehr durch anschließendes Zurückziehen auch des Bereichs (6b) der Hinterkante der zweiten Seite (2) erhöht, so dass die Außenhaut (3) an der zweiten Seite die Kontur (3') mit erhöhter Krümmung annimmt, wobei die Krümmung der ersten Seite weitgehend unverändert bleibt.
• 4 stellt den entgegengesetzten Fall zu 3 dar. Der Bereich (6b) der Hinterkante der zweiten Seite wird in Richtung der Vorderkante (7) verschoben und das Krafteinleitungselement (4) in Richtung der ersten Seite (1) um einen Winkel (β) geneigt. Es bildet sich auf der zweiten Seite (2) eine konvexe Krümmung heraus, während auf der ersten Seite (1) eine konkave Krümmung entsteht.
• 5 zeigt, wie durch Verschieben der beiden Bereiche (6a) und (6b) der Hinterkanten in Richtung auf die Vorderkante (7) die Breite (b) des Flügels gegenüber der Breite (b₀) im symmetrischen Zustand abnimmt und die Krümmung (hier repräsentiert durch die Dicke (d)) auf beiden Seiten (1) und (2) des Flügels gegenüber der Krümmung im symmetrischen Zustand (Dicke d₀) zunimmt.
• 6 zeigt den vorderen Bereich des erfindungsgemäßen Flügels in einer Ausführungsform, in der das Krafteinleitungselement (4) ein Formteil (8) aufweist. Über die Klebschicht (9) ist die Außenhaut (3) mit dem Formteil (8) verbunden.
• 7 stellt Bereiche des Flügels dar, in denen unterschiedliche Fasermaterial- oder Matrixmaterialdicken realisiert sind. So zeigen die Bereiche (1a) und (2a) eine geringere Wanddicke. Hierbei handelt es sich auch um die Bereiche, die die stärkste Krümmung und die häufigsten Krümmungswechsel realisieren müssen. Die Bereiche (1b) und (2b) im Bereich der Hinterkante (5) benötigen eine geringere Flexibilität. Im Bereich der Vorderkante (7) ist der Bereich (2c) ausgebildet, der eine besonders große Materialstärke aufweist. Dieser Bereich (2c) soll vorteilhaft eine geringere Biegsamkeit haben, damit Neigungen und Drehmomente des Krafteinleitungselements (4) die Krümmungsrichtung auf die gesamte Seite (hier die zweite Seite (2)) übertragen.
• 8 zeigt die räumliche schematische Darstellung eines Flügels, bei dem in verschiedenen Bereichen des Flügels unterschiedliche Faseranordnungen (10), (11) und (12) realisiert sind. So zeigt die Faseranordnung (10) eine Verstärkung des Bereichs, der den stärksten Krümmungsänderungen ausgesetzt ist. Die Faseranordnungen bestehen aus unterschiedlichen Fasermaterialien.
• 9 und 10 zeigen schematisch zwei Lösungen, wie mit Aktuatoren in Form von Linearantrieben ((13) in 8) oder Elektromotoren ((M) in 9) über Umlenkungen (14) die Lage der Hinterkanten zueinander und zur Vorderkante verändert werden kann. Ebenso wird durch Aktuatoren die Neigung des Krafteinleitungselements verändert (nicht dargestellt).
• 11 zeigt, wie die beiden Seiten (1, 2) in den Bereichen (6a, 6b) der Hinterkanten flächig aufeinanderliegen und dabei verschiebbar gegeneinander sind. Die Bereiche (6a) und (6b) weisen eine Schwalbenschwanzführung (17) auf, die mittels Verschraubungen (16) an den jeweiligen Seiten (1, 2) befestigt sind. Die Verschiebung der Hinterkanten (6a, 6b) ist entlang der Schwalbenschwanzführung (senkrecht zur Zeichenebene) möglich.
• 12 zeigt eine flächige und verschiebbare Verbindung in den beiden Bereichen (6a) und (6b) der Hinterkanten. Die magnetischen Schichten (19) sind mittels Klebeschicht (20) auf die Bereiche (6a) und (6b) der Hinterkanten aufgeklebt. Die Gleitschicht (21) ermöglicht eine reibungsarme Bewegung. Die magnetische Orientierung der beiden magnetischen Schichten (19) ist gleichsinnig, so dass ein geschlossener Magnetfeldfluß (18) zwischen den beiden Schichten möglich ist und eine anziehende Kraftwirkung zwischen den beiden Seiten entsteht. Führungselemente, die die Verschiebungsmöglichkeiten der beiden Bereiche (6a, 6b) der Hinterkante (5) auf Verschiebungen parallel zur Breitenausdehnung des Flügelprofils begrenzen, sind vorteilhaft vorhanden, hier jedoch nicht mit dargestellt.
• Bezugszeichenliste

1

erste Seite

1a

Bereich der Außenhaut der ersten Seite mit geringerer Dicke

1b

Bereich der Außenhaut der ersten Seite mit höherer Dicke

2

zweite Seite

2a

Bereich der Außenhaut der zweiten Seite mit geringerer Dicke

2b

Bereich der Außenhaut der zweiten Seite mit höherer Dicke

2c

Bereich der Außenhaut der zweiten Seite mit besonders hoher Dicke

3

Außenhaut

4

Krafteinleitungselement

5

Hinterkanten

6a

flächig aufeinanderliegender Bereich der Hinterkante der Außenhaut der ersten Seite

6b

flächig aufeinanderliegender Bereich der Hinterkante der Außenhaut der zweiten Seite

7

Vorderkante

8

Formteil des Krafteinleitungselements

9

Klebschicht zur Verbindung von Außenhaut und Formteil

10

Faserverlauf im Bereich der Vorderkante

11

Faserverlauf im Bereich der stärksten Krümmungsveränderungen

12

Faserverlauf im Bereich der Hinterkante

13

Linearantrieb

14

Umlenkung

15

Spindelantrieb

16

Verschraubungen

17

Schwalbenschwanzführung

18

Magnetfeldlinien

19

magnetische Schichten (Magnetfolie)

20

Klebeschicht

21

Gleitschicht

22

Aktuator zur Definition der Krümmungsrichtung

M

Motor

α, β

Neigungswinkel des Krafteinleitungselements

b

aktuelle Breite des Flügels

b₀

Breite des Flügels im symmetrischen Zustand

d

aktuelle Dicke des Flügels

d₀

Dicke des Flügels im symmetrischen Zustand

Claims (13)

1. Flügel mit veränderlicher Krümmung, wobei der Flügel eine erste (1) und eine zweite Seite (2) aufweist, die sich zwischen einer Vorderkante (7) und einer Hinterkante (5) erstrecken und wobei die beiden Seiten (1, 2) von einer elastisch verformbaren Außenhaut (3) gebildet werden und im Bereich (6a, 6b) der Hinterkante (5) flächig und verschiebbar aufeinander liegen, und mit Vorrichtungen zur Fixierung ein Ablösen der Kanten voneinander verhindert wird und die Krümmung des Flügels durch die Verschiebung der Bereiche (6a, 6b) der Hinterkante (5) einer oder beider Seiten (1, 2) veränderbar ist.
2. Flügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel im Bereich der Vorderkante (7) in seinem Inneren mindestens ein Krafteinleitungselement (4) aufweist.
3. Flügel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement (4) ein Hohlprofil mit vorzugsweise kreisförmigem, elliptischem oder ovalem Querschnitt ist.
4. Flügel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement (4) ein oder mehrere Formteile (8) aufweist und/oder mit diesen verbunden ist, an denen die Außenhaut (3) befestigt ist, wobei die Formteile (8) die Form im Bereich der Vorderkante (7) des Flügels bestimmen.
5. Flügel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement (4) ausgehend vom symmetrischen Zustand in Richtung der ersten (1) oder der zweiten Seite (2) geneigt werden kann.
6. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (3) wenigstens teilweise aus mindestens einem faserverstärkten Kunststoffmaterial besteht.
7. Flügel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Kunststoffmaterials und/oder dessen Faserverstärkung und/oder das Faserverstärkungsmaterial in Bereichen starker Krümmungsänderungen unterschiedlich zu Bereichen geringer Krümmungsänderung sind.
8. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel in seinem Inneren mindestens einen Aktuator (13, M) aufweist, der das Krafteinleitungselement (4) in seiner Neigung zur ersten (1) und zweiten Seite (2) und/oder die Position der Hinterkanten (5) zueinander und zu dem Krafteinleitungselement (4) steuert.
9. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel in seinem Inneren einen oder mehrere Aktuatoren (22) aufweist, die ausgehend vom symmetrischen Zustand des Flügels die Richtung der Krümmung steuern.
10. Flügel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der die Flügelkrümmung bestimmenden Aktuatoren über ein rechnergestütztes System erfolgt.
11. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen zur Fixierung in den beiden Seiten (1, 2) der Außenhaut angeordnete magnetische Schichten (19) sind, die die beiden Seiten (1, 2) im Bereich (6a, 6b) der Hinterkante (5) flächig und verschiebbar aufeinander halten.
12. Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen zur Fixierung formschlüssige Führungen (17) in den beiden Seiten (1, 2) der Außenhaut (3) sind, die die beiden Seiten (1, 2) im Bereich (6a, 6b) der Hinterkante (5) flächig und verschiebbar aufeinander halten.
13. Verwendung eines Flügels nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Luftfahrzeug oder einer Windkraftanlage.

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