DE2348304C3

DE2348304C3 - Strömungskörper zur Beeinflussung strömender Medien

Info

Publication number: DE2348304C3
Application number: DE2348304A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7772 Uhldingen Machuta
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1973-09-26
Filing date: 1973-09-26
Publication date: 1980-01-24
Also published as: GB1468281A; FR2272283B1; FR2272283A1; DE2348304B2; DE2348304A1; IT1018966B; US3954230A

Description

Beplankung erstrecken und daß die Beplankungen an ihrer Innenseite, entsprechend der Anzahl der Erhebungen des Skelettträgers, starre, nockenförmig ausgebildete Stützelemente tragen, die mit ihren Gleitflächen an den Gegengleitflächen der Skelettträgererhebungen in ständiger Anlage gehalten sind.

Durch die erfindungsgemäSe Ausbildung wird die Dickenverteilung in Richtung der Profiltiefe des Strömungskörpers und wenn gefordert, gleichzeitig die Profilkrümmung zwangsläufig der jeweiligen Betriebs- ι ο bedingungen angepaßt. Die erforderlichen Bauteile sind einfach herzustellen und weisen nur geringes Gewicht auf. Infolge des einfachen Zusammenarbeiten der Teile des Skelettträgers und der flexiblen Beplankungen sind Störungen bei der Veränderung der Profilform weitestgehend ausgeschlossen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht ferner ein Merkmal darin, daß im Bereich der Profilhinterkante innerhalb der Beplankung ein starrer Führungsholm eingesetzt ist, an dem eine Verstelleinrichtung angreift Über den starren Führungsholm kann mit Hilfe der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit voneinander sowohl die Profildicke, als irnch die Profilkrümmung geändert werden. Durch die Verstellbewegung wird eine Relativbewegung zwischen den flexiblen Beplankungen und dem Skelettträger auf äußerst einfache Weise bewirkt.

In Weiterbildung der Erfindung sind ein oder mehrere Torsionsstäbe vorgesehen, deren eines Ende mit dem Nasenteil des Strömungskörpers fest verbunden und deren anderes Ende unbeweglich gehalten ist. Infolge der gewählten Federcharakteristik des Torsionsstabes lassen sich am Strömungskörper bei einer Biegeverstellung des Skelettträgers vorbestimmte Krümmungsformen und Profildicken einstellen. Außerdem wird damit zwangsläufig eine Anstellung der Profilvorderkante gegenüber der Anströmung erzielt

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt:

F i g. 1 zeigt in einer Seitenansicht ein Fluggerät mit einem Strahltriebwerk und einem Schaufelgitter zur Ablenkung des austretenden Treibgasstrahles,

Fig. la zeigt in einer Ansicht von hinten auf das Fluggerät die Austrittsöffnung der Strahldüse in Verbindung mit dem Schaufelgitter, 4i

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform für die Ausbildung der Strahlabienkschaufeln des Schaufelgitters, wobei die Strahlablenkschaufel in einer Stellung für den Austritt des Treibgasstrahles ohne Ablenkung dargestellt ist,

Fig.3 zeigt eine der Strahlablenkschaufeln des to Schaufelgitters in einer d«n Treibgasstrahl aus seiner Austrittsrichtung aus der Strahldüse ablenkenden Stellung,

Fig.4 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 2 Einzelheiten der Ausbildung der Hinterkante der v·, Ablenkschaufel und eine Verstelleinrichtung,

F i g. 5 zeigt in einer Draufsicht einen Ausschnitt aus der Hinterkante der Ablenkschaufel gemäß F i g. 2,

Fig.6 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 2 eine Andrückeinrichtung innerhalb der Strahl- bo ablenkschaufel,

Fig.7 zeigt in einer Draufsicht auf eine der Strahlablenkschaufeln Einzelheiten der Lagerung.

In F ig. 1 ist mit 1 das Luftfahrzeug bezeichnet, dessen unteres Rumpfteil 2 zur Aufnahme eines Strahltriebwerk kes 3 mit der Strahtaustrittsdüse 4 dient Zwischen dem Strahltriebwerk und der Strahlaustrittsdüse 4 ist das Strahlführungsrohr 5 vorgesehen, durch das zwei Seitenwände 6 bzw. 7 gebildet sind (Fig. ta). Die Strahlaustrittsdüse 4 ist bei der gezeigten Ausführung unterhalb des Flugzeugschwerpunktes S angeordnet Der Strahlaustrittsdüse 4 ist die Strahlablenkeinrichtung 10 zugeordnet die aus einem kaskadenförmigen Schaufelgitter mit Strahlablenkschaufeln 11 besteht und dazu dient den aus der Strahldüse 4 austretenden Treibgasstrahl entweder ohne Ablenkung nach hinten austreten zu lassen oder zur Erzeugung von Vertikalschub in unterschiedliche Richtungen aus der Austrittsrichtung abzulenken. Zwischen den Schaufeln 11 des Schaufelgitters sind die Strahlführungskanäle 9 gebildet. Wie aus Fig.2 und 3 zu erkennen ist sind die einzelnen Strahlablenkschaufeln 11 stromlinienförmig profiliert und symmetrisch ausgebildet Jede der Schaufeln weist ein starres Nasenteil 12 und ein ebenfalls starr ausgebildetes schneidenförmig auslaufendes Hinterkantenteil 13 auf. Ferner ist eine die Oberseite bzw. Unterseite des Schaufelprofi !es bildende Beplankung 15 bzw. 16 vorgesehen, die biegeelastisch ausgebildet ist Die obere und unte·. Beplankung 15 bzw. 16 ist mit dem starren Nasentei! 12 fett verbunden·. Innerhalb der Beplankung 15 bzw. 16 ist im hinteren Bereich der Strahlabienkschaufeln 11 ein Führangsholm 17 eingesetzt an dessen gewölbter Auflagefläche 20 bzw. 21 des Ober- bzw. Untergurtes die Beplankung 15 bzw. 16 in Anlage gehalten ist Die Auflageflächen 20 bzw. 21 am Führungsholm 17 sind in Richtung der Profiltiefe gewölbt ausgebildet Der Führungsholm 17 ist um eine Mittelachse 17' schwenkbar. Die obere und untere Beplankung 15 bzw. 16 ist nicht bis an die starr ausgebildete Hinterkante 13 herangeführt Die Hinterkante 13 trägt fest einen oberen und unteren Beplankungsabschnitt 28 bzw. 29, wobei diese Abschnitte die freien Enden der oberen bzw. unteren Beplankung

15 bzw. 16 in Richtung der Profiltiefe ständig überlappen. Die obere bzw. untere Beplankung 15 bzw.

16 kann gegenüber dem zugehörigen Beplankungsabschnitt 28 bzw. 29 der Hinterkante 13 eine Gleitbewegung in Richtung der Profiltiefe ausführen. Es ist dazu eine Führung vorgesehen, durch die die Beplankung 15 bzw- 16 in gleitender Anlage an den Beplankungsabschnitt 28 bzw. 29 gehalten wird (s. F i g. 4). Innerhalb der Beplankung 15 bzw. 16 ist ein sich im Bereich der die Skelettlinie des Profiles der Ablenkschaufeln einschließenden Ebene vom Nasenteil \2 zur hinterkante 13 erstreckender Skelettträger 30 eingesetzt Dieser Skelettträger 30 ist in Richtung der Profiltiefe gewellt ausgebildet wobei sich die Erhebungen 33 bzw. 34 in Richtung auf die obere bzw. untere Beplankung 15 bzw. 16 erstrecken. Der Skelettträger 30 ist biegeelastisch ausgebildet und in einen Schlitz 37 bzw. 38 im Nasenteil 12 bzw. der Hinterkante 13 fest eingesetzt

An der Innenseite der oberen und unteren Beplankung 15 bzw. 16 sind entsprechend der Anzahl der Erhebungen 33 bzw. 34 des Skelettträgers 30 starre nockenförmig ausgebildete Stutzelemente 39 bzw. 40 befestigt, die mit ihren Gleitflächen 32 bzw. 32' an den Gegengleitflächen des Skelettträgers 30 in ständiger Anlagen gehalten (Ind.

Gemäß Fig.4 und 5 sind am Führungsholm 17 zu beiden Seiten der Strahlabienkschaufeln 11 Führungselemente 41 angebracht die in eine entsprechende Kurvenführungsnut 45 in den Seitenwänden 6 bzw. 7 des Strahlführungsrohres 5 eingreifen. Ferner greift zu beiden Seiten des Furtrungsholmes 17 ein Verstellglied 48 an, das über eine hier nicht dargestellte Antriebsanlage und entsprechende Kraftübertragungsglieder betä-

tigbar ist. Das Verstellglied 48 lagert sich drehbar auf einer Achse 17', die ihrerseits drehbar in einer Bohrung des Führungsholmes 17 angeordnet ist. In die obere und untere Beplankung 15 bzw. 16 sind sich in Richtung der Profiltiefe erstreckende Durchbrechungen 46 eingearbeitet. Durch diese Durchbrechungen 46 greifen Gleitsteine 42 hindurch und legen sich an die Innenseite der oberen und unteren Beplankung 15 bzw. 16 an. Die Gleitsteine 42 sind an den Beplankungsabschnitten 28 bzw. 29 befestigt und halten diese Abschnitte in ständig gieitender Anlage an der Beplankung 15 bzw. 16.

In F i g. 6 ist eine gegenüber F i g. 2 und 3 unterschiedliche Ausführungsform für den inneren Aufbau der Strahlablenkschaufeln 11 dargestellt. Es ist dabei an jedem der als Stutzelemente dienenden Kurvensegmente 39 bzw. 40 mittels eines Trägerteiles 53 bzw. 53' eine Führungsrolle 54 bzw. 54' gelagert Das Trägerteil 53 bzw. 53' stützt sich über Federungen 52 bzw. 52' an den ivui vcincgriiciiicii 39 uiw. 40 au, »ö daß uicsc in ständiger Anlage am Skelettträger 30 gehalten werden.

Wie die Fig. 7 erkennen IaBt, sind innerhalb einer Bohrung im Nasenteil 12 zwei zueinander koaxiale Torsionsstäbe 60 bzw. 60' eingesetzt, deren eines Ende 63 bzw. 63' fest mit dem Nasenteil 12 verbunden und deren anderes Ende 64 bzw. 64' in Bohrungen in den Seitenwänden 6 bzw. 7 (Fi g. la) flugzeugfest gehalten ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Ausführung ist wie folgt:

Bei einer Stellung des Schaufelgitters 10 gemäß F i g. 1 und 2 erfolgt ein freier Austritt des Treibgasstrahles zur Erzeugung von Horizontalschub nach hinten. Die Strahlablenkschaufeln U bilden in dieser Stellung ein symmetrisches, stromlinienförmiges Profil.

Die Stützelemente 39 und 40 sind mit ihrer Gleitfläche 32 bzw. 32' in ständiger Anlage an den Gegengleitflächen der Erhebungen 33 bzw. 34 des biegeelastischen Skelettträgers 30.

Soll eine Ablenkung des Treibgasstrahles aus seiner Austrittsrichtung nach hinten bewirkt werden, so werden die Strahlablenkschaufeln 11 über den Antrieb (nicht dareestellO und die Verstellelieder 48 sowie die Schwenkbolzen 17' zu beiden Seiten der Strahlablenkschaufeln 11 am Führungsholm 17 im Sinne einer Profilkrümmung verändert. Dazu wird der Führungsholm 17 mittels des Führungselementes 41 in den

ι Kurvenführungsnuten 45 bewegt und damit eine Krümmung der Strahlablenkschaufeln 11 eingestellt und zwar unter der Voraussetzung, daß das Nasenteil 12 am Luftfahrzeug 1 fest eingespannt oder gegen die Wirkung einer Federung verstellbar ist Dabei bilden die

ίο Torsionsstäbe 60,60' die Verbindung zwischen Fluggerät und Strahlablenkschaufel. Infolge der Federungscharakteristik der Torsionsstäbe wird auch das Nasenteil der Strahlablenkschaufeln 11 eine Bewegung in der Verstellrichtung ausführen, die jedoch mit zunehmender Verzögerung gegenüber der Verstellbewegung der Hinterkante 13 erfolgt.

Bei der Vcrstellbewegung der Strahlablenkschaufeln 11 im Sinne einer Krümmungsänderung ergibt sich

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Beplankung 15 bzw. 16 und der Skelettträger mit dem Nasenteil 12 fest verbunden ist, daß sich die Beplankungen 15 bzw. 16 außer an ihrer Einspannstelle frei in Richtung der Profiltiefe bewegen können, und daß das Nasenteil 12 festgehalten wird, eine Relativbe wegung zwischen den Beplankungen 15 bzw. 16 gegenüber dem Skelettträger 30. Durch diese Relativbewegung verändert sich die Lage der Stützelemente 39 bzw. iO gegenüber den Erhebungen 33 bzw. 34 de: Skelettträgers 30 und zwar mit zunehmender Krüm mung der Strahlablenkschaufeln 11 im Sinne einer Änderung der Profildicke in der. einzelnen Querschnitten der Strahlablenkschaufeln 11. Die Gleitsteine 42 garantieren dabei eine ständige Anlage zwischen den Beplankungsabschnitten 28 bzw. 29 der Hinterkante 13 und den Beplankungen 15 bzw. 16.

Es ist auch denkbar, den Skelettträger 30 mittels eines Verstellmechanismus in Richtung der Profiltiefe ver schiebbar anzuordnen, so daß eine Veränderung der Profilierung bzw. der Profildicke auch ohne eine zwangsläufige Koppelung mit der Krümmungsveränderung des Strömungskörpers erzielbar ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strömungskörper zur Beeinflussung strömender Medien, insbesondere Strahlablenkschaufel für Ablenkschaufelgitter oder Tragflügel, mit biegeelastischer Beplankung und mindestens einem biegeelastisch verformbaren Skelettträger, sowie zwischen diesem und den Beplankungen angeordneten Stützelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Beplankungen (15,16) am Nasenteil (12) oder am Hinterkantenteil (13) des Strömungskörpers fest angeordnet und am nicht eingespannten Ende (12 oder 13) in Richtung der Profiltiefe beweglich geführt sind und der Skelettträger (30) entweder am Nasenteil (12) oder am Hinterkantenteil (13) fest eingespannt ist, daß der Skelettträger (30) in Richtung der Profiltiefe derart gewellt ausgebildet ist, daß sich die Erhebungen (33 bzw. 34) des Skelettträgers in Richtung auf die obere bzw. untere Beplankung (15 bzw. 16) erstrecken und daß die Beplankungen an ihrer Innenseite, entsprechend der Anzahl der Erhebungen des Skelettträgers starre, nockenförmig ausgebildete Stützelemente (39 bzw. 40) tragen, die mit ihren Gleitflächen (32 bzw. 32') an den Gegengleitflächen der Skelettträgererhebungen in ständiger Anlage gehalten sind.

2. Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Skelettträger (30) gegenüber der Beplankung (15 bzw. 16) in Richtung der Profiltiefe des Strömungskörpers (11) verstellbar ist

3. Strömungskörper nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Profilhinterkante (13) innerhalb der Beplankung (15 bzw. 16) ein starrer Führungsholm (17) eingesetzt ist, an dem eine Verstelleinrichtung (48) angreift

4. Strömungskörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsholm (17) in Richtung der Profiltiefe gekrümmte Auflageflächen (20 bzw. 21) für die Auflage der oberen bzw. unteren Beplankung (15 bzw. 16) aufweist und daß der Führungsholm (17) um eine in Spannweitenrichtung verlaufende Achse (17') schwenkbar ist

5. Strömungskörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (39, 40) der Beplankungen (15 bzw. 16) mittels Andrückeinrichtungen (52,52'; 53, 53'; 54,54') zwangsläufig am Skelettträger (30) in Anlage gehalten sind.

6. Strömungskörper nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Torsionsstäbe (60 bzw. 60') vorgesehen sind, deren eines Ende (63 bzw. 63') mit den Nasenteil (12) des Strömungskörpers fest verbunden und deren anderes Ende (64 bzw. 64') unbeweglich gehalten ist

7. Strömungskörper nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper eine feste Hinterkante (13) aufweist, die mit dem Skelettträger (30) verbunden ist und daß die Hinterkante die obere bzw. untere Beplankung (15 bzw. 16) überlappende Beplankungsabschnitte (28 bzw. 29) trägt.

8. Strömungskörper nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beplankungsabschnitte (28 bzw. 29) mittels Gleitsteinen (42) an der oberen bzw. unteren Beplankung (15 bzw. 16) in Richtung der Profiltiefe beweglich geführt sind.

Die Erfindung betrifft einen Strömungskörpep zur Beeinflussung strömender Medien, insbesondere eine Strahlablenkschaufel für Ablenkschaufelgitter oder Tragflügel, mit biegeelastischer Beplankung und mindestens einem biegeelastisch verformbaren Skelettträger, sowie zwischen diesem und den Beplankungen angeordneten Stützelementen.

Beispielsweise bei Ablenkung der Treibgasstrahlen von Strahltriebwerken für Luftfahrzeuge zur Erzeugung

ίο von Vertikalschub sollen die Schubverluste möglichst gering gehalten werden. Insbesondere bei kaskadenförmig angeordneten Strahlablenkschaufeln, sogenannten Schaufelgittern, ist die Profilierung der Ablenkschaufeln bzw. der Durchtrittsquerschnitt der zwischen den Ablenkschaufeln gebildeten Strahlführungskanäle von Wichtigkeit. In jeder möglichen Ablenkstellung der Strahlablenkschaufeln ergeben sich für eine möglichst verlustlose Strahlablenkung unterschiedliche optimale Profilformen.

Bei der Anpassung der Profilform muß sowohl die Krümmung der Schaufeln als auch gleichzeitig die Profüdicke in den einzelnen Querschnitten verändert werden. Im allgemeinen stehen einer solchen Profilanpassung jedoch konstruktive und sonstige Gesichtspunkte entgegen, so daß bisher in vielen Fällen die erforderliche optimale Profilform nicht verwirklicht werden konnte.

Die gleichen Probleme ergeben sich auch bei Tragflügeln, Rudern oder dergleichen für Luftfahrzeuge.

Beispielsweise ist bei Tragflügeln für Start und Landung eine andere Profilform optimal als für den Schnellflug. Einer Oberführung von der einen zur anderen Profilform stehen jedoch auch hier die bereits erwähnten konstruktiven Schwierigkeiten entgegen.

J5 Tragflügel mit flexibler Beplankung und sogenannten Skelettträgern, die über Stützelemente auf die Beplankung einwirken, sind bereits bekannt Nach der FR-PS 5 49 141 ist bei einem krümmungsveränderlichen Tragflügel eine flexible Beplankung in Verbindung mit einem sich in Richtung der Profiltiefs erstarkenden, ebenfalls flexiblen Träger im Bereich der Skelettlinie vorgesehen. Der Träger nimmt sich in Richtung auf die obere bzw. untere flexible Beplankung erstreckende starre Stützelemente auf, die die Form des Tragflügels bestimmen.

Es sind ferner nach der US-PS 31 09 612 bei einem Flugzeugtragflügel innerhalb der flexiblen Beplankung um ihre Längsachse drehbare, sich in Richtung der Flügeltiefe erstreckende gekrümmte Träger vorgesehen. Die Träger besitzen dabei kurbelwellenartige

so Lager, für die an der Beplankung angreifenden Stützelemente.

Gegenüber dem Bekannten ist es Aufgabe der E^rfindung, einen Strömungskörper zur Beeinflussung strömender Medien zu schaffen, der zur Erzielung

einwandfreier Strömungsverhältnisse eine Änderung bzw. Anpassung der Profilform sowohl hinsichtlich der Profildicke als auch der Profilkrümmung ermöglicht. Die Ausführung soll in hohem Maße betriebssicher sein und ein geringstmögliches Gewicht aufweisen. Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Beplankungen am Nasenteil oder am Hinterkantenteil des Strömungskörpers fest angeordnet und am nicht eingespannten Ende in Richtung der Profiltiefe beweglich geführt sind und dej* Skelettträger entweder am Nasenteil oder am Hinterkantenteil fest eingespannt ist, daß der Skelettträger in Richtung der Profiltiefe derart gewellt ausgebildet ist, daß sich die Erhebungen des Skelettträgers in Richtung auf die obere bzw. untere