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1、(19)*DE202016000269U120160324* (10) DE 20 2016 000 269 U1 2016.03.24(12)GebrauchsmusterschriftB64D 27/18 (2006.01)(21) Aktenzeichen: 20 2016 000 269.5(22) Anmeldetag: 14.01.2016(47) Eintragungstag: 16.02.2016(45) Bekanntmachungstag im Patentblatt: 24.03.2016(51) Int Cl.:Die folgenden Angaben sind de

2、n vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen(54) Bezeichnung: Tragflgel mit integrierten Triebwerksgondeln(57) Hauptanspruch: Tragflgel, mit auf jeder Flugzeugsei- te mindestens einer E trmffnung 8 entlang seiner Vor- derkante und mindestens einer Ausstrmffnung 28 entlang seiner Hinterkante dad

3、urch gekennzeichnet, dass sich im In- neren des Tragflgels der E trmffnung 8 und der Aus- strmffnung 28 zugeordnete Geblseeinheiten 10 befinden die nebeneinander angeordnet sind.(73) Name und Wohnsitz des Inhabers:Bck, Alexander, 82288 Kottgeisering, DEDE 20 2016 000 269 U12016.03.24die Strmung auf

4、den Oberseiten der Klappenele- mente stabilisiert und so am Ablsen gehindert.0007 Die Erhhung der Wlbung und das ber- strmen der Luft durch die Verbindungsspalte fh- ren jedoch auch zu einer starken Erhhung des Str- mungswiderstandes des Tragflgels, so dass die- se hheren Rasten-Stellungen nur bei d

5、er Landung und nicht fr den Start Verwendung finden. Ebenfalls zu Untersttzung der Radbremsen bei der Landung nach dem Aufsetzen werden Bremsklappen senk- recht nach oben ausgeschwenkt. Die Bremsklappen bewirken dabei nicht nur einen bremsenden Aufstau der Luft vor der Klappe, sondern erffnen auch e

6、i- nen sehr groen Verbindungskanal von der Untersei- te auf die Oberseite der Tragflche, welcher den Zu- sammenbruch des kompletten Auftriebs bewirkt. Da- durch erhht sich der Anpressdruck des Fahrwerks auf die Landebahn, wodurch die Wirksamkeit der Radbremsen gesteigert wird.0008 Um mglichst wenig

7、Treibstoff zur Erzeugung des notwendigen Vortriebs zu verbrauchen mssen die Blser der Mantelstromtriebwerke bei der Aus- legung des Flugzeugs mglichst gro bemessen sein um einen mglichst groen Luftmassenstrom zu erfassen, welcher in Flugrichtung nach hinten be- schleunigt wird.0009 Die Vergrerung de

8、r Blser hat zwingend ei- ne Vergrerung der Durchmesser der Triebwerks- gondeln zur Folge, welche die Blser umfassen ms- sen. Dadurch ergibt sich eine erhhte von der Str- mung benetzte Oberflche der Gondel, welche einen erhhten Reibungswiderstand zur Folge hat und da- mit die Treibstoffe parung aus d

9、er Durchmesser- vergrerung teilweise kompensiert.0010 Der Effekt einer nahezu konstanten Anstrm- geschwindigkeit zum Blser in einer Triebwerksgon- del beruht zum groen Teil auf dem kritischen Druck- verhltnis, welcher dieser aufbaut um am hinteren Ende der Triebwerksgondel die verdichtete Luft mit S

10、challgeschwindigkeit aus der Schubdse auszubla- sen. Dadurch ist die Strmung im Inneren der Gon- del nahezu von den Umgebungsbedingungen ab- gekoppelt, was die bereits beschriebenen Vorteile hat. Wird jedoch der Durchmesser des Blsers ver- grert, muss sein Druckverhltnis gesenkt werden um den Schub

11、konstant zu halten. Damit wir an der Schubdse nicht mehr mit Schallgeschwindig- keit ausgestrmt wodurch die Entkoppelung von In- nen nach Auen verloren geht. Die fhrt zu Fehlan- strmungen am Blser. Um dies auszugleichen muss entweder eine Blattverstellung am Blser oder ei- ne variable Schubdse vorge

12、sehen werden. Beide Manahmen fhren zu einer weiteren Erhhung der Triebwerksmasse beziehungsweise der Gondelmas- se was wiederum zu einer Erhhung des Treibstoff- verbrauches fhrt.BeschreibungTechnisches Gebiet0001 Die Erfindung betrifft einen Flugzeug-Tragfl- gel mit integrierten Triebwerken nach dem

13、 Oberbe- griff des Anspruchs 1.Stand der Technik0002 An einem Flugzeug befindet sich ein Tragfl- gel zur Erzeugung von Auftrieb sowie, im Allgemei- nen bei mehrmotorigen Flugzeugen, daran befestigte Triebwerke zum Erzeugen von Vortrieb.0003 Die Triebwerke sind nach dem Stand der Technik Mantelstromt

14、riebwerke mit einem Blser und einem Kerntriebwerk, die in Triebwerksgondeln ber Pylone am Tragflgel befestigt sind. Die Triebwerks- gondeln bewirken dabei eine relativ konstante An- strmgeschwindigkeit zum Blser innerhalb der Gon- del, unabhngig von der Fluggeschwindigkeit. Dies ermglicht eine starr

15、e Anbindung der Schaufelbltter an die Blsernabe sowie eine hhere Fluggeschwin- digkeit im Gegensatz zu freien Propellern.0004 Zur Untersttzung der Radbremsen zur Ver- zgerung des Flugzeugs bei der Landung nach dem Aufsetzen sind an den Triebwerksgondeln Klappen- systeme eingebaut, welche der Umlenku

16、ng der Trieb- werks-Blasstrahle entgegen der Flug- bzw. Rollrich- tung dienen um damit Bremsschub zu erzeugen.0005 Der Tragflgel beinhaltet im Allgemeinen ein vorderes und hinteres Klappensystem, welches zur Erhhung des Auftriebs beim Start und bei der Lan- dung dient. In einer ersten Raste wird die

17、 Auftriebs- erhhung hauptschlich durch die Vergrerung der Tragflgelflche und im kleineren durch Verwlbung bewirkt, was durch Schwenken und Ausfahren des vorderen Klappensystems nach vorne unten und durch Ausfahren des hinteren Klappensystems nach hinten und geringfgiges Schwenken nach unten er- reic

18、ht wird.0006 In weiteren Rasten wird das hintere Klappen- system durch weiteres axiales Ausfahren in Kombi- nation mit einer Schwenk- und Drehbewegung der Klappensegmente verstellt. Beide Manahmen be- wirken eine weitere Erhhung der Flche und der Wlbung des Tragflgels, was mit einer weiteren Auf- tr

19、iebserhhung einhergeht. Um eine Strmungsab- lsung im Bereich des hinteren Klappensystems zu vermeiden, werden dabei durch das axiale Verfahren Verbindungsspalte zwischen den Klappenelementen geffnet, die ein berstrmen von Luft von der Unter- seite auf die Oberseite der Klappenelemente ermg- lichen.

20、Durch den dort herrschenden hohen Druck- unterschied und der daraus folgenden hohen Str- mungsgeschwindigkeit der berstrmenden Luft wird2/16DE 20 2016 000 269 U12016.03.240011 Weiter ergibt sich eintallationsproblemder0018 Dazu werden die Triebwerksgondeln nicht mehr ber Pylone an der Tragflche befe

21、stigt, son- dern in diese integriert. Die so entstandene Trieb- werksgondel-Tragflgel-Kombination wird im Folgen- den als Gondelflgel bezeichnet.0019 Fr diesen werden mehrere vom Durchmes- ser kleine Geblseeinheiten nebeneinander entlang der Tragflgelerstreckung im Inneren des Gondel- flgels im Bere

22、ich der grten Profildicke angeord- net. An der Vorderseite des Gondelflgels befin- det sich eine E trmffnung entlang seiner Erstre- ckung, durch welche Luft in den Gondelflgel e tr- men und zu den Geblseeinheiten gelangen kann. An der Hinterseite des Gondelflgels befindet sich ei- ne entsprechend Au

23、sstrmffnung aus der die Luft von den Geblseeinheiten kommend wieder aus dem Gondelflgel ausstrmt.0020 Die Querschnittsflche der trapezfrmigen E trmffnung entspricht ungefhr der Summe der kreisfrmigen Querschnittsflchen der zugeordne- ten Geblserotoren der Geblseeinheiten. Die Quer- schnittsflche der

24、 Ausstrmffnung ist etwas kleiner und wirkt als Dse.0021 Um ein Rckstrmen der Luft zwischen den kreisrunden Geblserotorflchen und den im We- sentlichen trapezfrmigen Querschnitten des Gon- delflgelinneren zu verhindern sind Leitflchen in den freibleibenden Zwickeln eingebaut um diese zu ver- schlieen

25、.0022 Die vorderen Leitflchen sind dabei so ge- formt, dass sie den trapezfrmigen vorderen Str- mungskanal gleichmig in die kreisfrmigen For- men der Geblserotoren berfhren und dabei die Strmung beschleunigen. Die hinteren Leitflchen sind umgekehrt geformt und berfhren den kreis- frmigen Strmungskan

26、al wieder in die rechteckige Form, wobei die Strmung dabei verzgert wird. Die vorderen und hinteren Leitflchen bilden zusammen mit einem Geblserotor eine Geblseeinheit.0023 Die von der Strmung benetzte Oberflche dieser Konfiguration ist unter Beibehaltung der axia- len Lnge dabei gleich oder kleiner

27、 als die einer frei tallierten Triebwerksgondel, sofern das Verhltnis von Hhe zu Breite der Einlaufffnung gleich oder grer als ca. 1/8 ist. Dies ist dadurch zu erklren, da bei der Integration der Triebwerksgondel in den Tragflgel hinein die Auenflche der Gondel sowiedie des Pylons entfllt.0024 Damit

28、 wird eine Erhhung des Reibwider- standes durch den im Prinzip ungnstigen trapezfr- migen Strmungsquerschnitt vermieden.0025 Wie schon erlutert ist bei einer Erh- hung des Blser-Luftmassenstromes und AbsenkungGondel am Tragflgel. Da bei Flugzeugen die Trieb- werksgondeln niemals den Boden berhren dr

29、fen, auch nicht bei einer misslungenen Landung mit ex- tremer Schrglage, drfen diese nicht ber eine ge-dachte Linie zwischen Fahrwerk und Tragflgel-Spit- zen herausragen. Wird der Gondeldurchmesser ver- grert, muss bei gleicher Spannweite des Tragfl- gels das Fahrwerk erhht werden um diese Bedin- gu

30、ng zu erfllen. Ein erhhtes Fahrwerk ist, sofern es noch ohne zustzliche Ausbuchtungen am Rumpf talliert werden kann, zumindest schwerer als ein krzeres und trgt damit ebenfalls zu einer Erhhungdes Treibstoffverbrauches bei.0012 Als weitere Problematik von weiter vergrer- ten Triebwerksgondeln ist da

31、s Verhalten des Flug- zeugs fr den Fall des Ausfalls eines Gondelantrie- bes zu nennen. Dabei erhht sich der Strmungswi- derstand der ausgefallenen Gondel drastisch und in etwa proportional zur deren Querschnittsflche.0013 Fr den Triebwerksausfall beim Start muss damit fr grere Gondeln ein immer gre

32、rer Schubberschu an den verbleibenden Triebwerken vorgehalten werden um noch eine geringe Steigfhig- keit zu garantieren. Die Triebwerke weichen damit im- mer weiter von einer optimalen Abstimmung fr den normalen Flug ab was wieder einen Mehrverbrauch von Treibstoff zur Folge hat.0014 Zustzlich stei

33、gt das Giermoment berpro- portional, da durch die Erhhung des Gondeldurch- messers zusammen mit der Fahrwerksproblematik auch der Abstand der Triebwerksgondel zur Rumpf- mitte erhht werden muss. Zur Kompensation muss das Seitenleitwerk vergrert werden was eine wei- tere Gewichtserhhung zur Folge hat

34、 und damit den Treibstoffverbrauch vergrert.0015 Beide Effekte wirken sich besonders stark bei Flugzeugen mit nur zwei Triebwerken aus.0016 Es ist damit offensichtlich, dass mit dem Kon- zept von tallierten Triebwerksgondeln der Treib- stoffverbrauch nur bis an eine gewisse Grenze verrin- gert werde

35、n kann, da dem Vorteil eines vergrerten erfassten Luftmassenstroms immer strker Treibstoff verbrauchende Nachteile entgegenwirken.Darstellung der Erfindung0017 Gegenstand dieser Erfindung ist eine weitere Treibstoffe parung durch Vergrerung des Luft- massenstromes zur Schuberzeugung, unter Erhal- tu

36、ng aller Funktionsmerkmale eines aktuellen Trag- flgels mit Triebwerksgondeln unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile.3/16DE 20 2016 000 269 U12016.03.24des Blser-Druckverhltnisses zur Verringerung des Treibstoffverbrauches entweder eine Blattverstellung am Geblserotor oder eine variable Schubds

37、e not- wendig. Wenn im Gondelflgel aus Kosten- und Ge- wichtsgrnden Geblserotoren mit starren Rotorblt- tern verwendet werden sollen, welche mit einem ge- ringen Druckverhltnis und hohen Massenstrmen betrieben werden, ist eine variable Schubdse not- wendig. Durch die lineare Anordnung der Geblsero-

38、toren entlang der Erstreckung des Tragflgels wird diese besonders einfach durch eine ber mehre- re Geblseeinheiten durchlaufende Dsenklappe am Ende des unteren Teils des Gondelflgels aufgebaut. Um mit einer Dsenklappe alle Geblseeinheiten ab- stimmen zu knnen ist diese dabei so weit zurck- gesetzt,

39、dass die einzelnen Blasstrahlen der Gebl- seeinheiten vor dieser schon wieder zu einem einzi- gen geme amen Blasstrahl zusammengefhrt sind.0026 Zur Erhaltung des Auftriebs am Gondelflgel muss die Dsenstrmung immer parallel zur Str- mung auf der Oberseite des Gondelflgels abstr- men. Um dies bei unte

40、rschiedlichen ffnungsquer- schnitten der Dsenklappe sicher zu stellen endet diese etwas vor dem Ende der Hinterkante des obe- ren Teils des Gondelflgels. Der so nach hinten ber- stehende obere Teil muss so gro bemessen sein, dass er eine ausreichende ausrichtende Wirkung auf den Dsenstrahl hat.flug

41、eine Reduzierung des Strmungswiderstandes bewirkt.0030 Die Schubumkehr zur Untersttzung der Radbremsen bei der Landung ist im Gondelflgel wie in einer freien Gondel als Kaskaden- oder Klap- pen-Schubumkehrer mglich. Beim Gondelflgel be- finden sich die Ausstrmffnungen des umgelenkten Luftstrahls auf

42、 der Unterseite. Die Ausblasung wird dabei so gestaltet, dass sich einzelne unterbrochene Blasstrahlen nach vorne ausbilden um einen Druck- aufbau unter dem Gondelflgel und damit das Entste- hen eines Auftriebs zu vermeiden.0031 Im Inneren des Gondelflgels werden dabei Verschlussklappen in den Strmu

43、ngskanal der ein- zelnen Geblse eingeschwenkt, welche die Verbin- dung zur Dse versperren und im unteren Teil des Gondelflgels den Bereich der Ausstrmffnungen freigeben. Je nach Bauart wird bei einer Strmungs- umlenkung durch eine Kaskade auen am Gondelfl- gel unten e chubumkehrdeckel nach hinten we

44、g- gefahren oder bei einer Umlenkung durch Klappen eine solche ausgeschwenkt.0032 Der obere Teil des Gondelflgels ist als Tor- sionskasten aufgebaut um diesem die notwendige Steifigkeit gegen Verwindung zu verleihen. Der un- tere Teil des Gondelflgels dient mechanisch haupt- schlich der bertragung v

45、on Zugkrften, welche durch Auskreuzungen bertragen werden. Das Kon- zept des Gondelflgels ist damit durch die grere Profildicke, im Vergleich zu bekannten Tragflgeln, erheblich steifer und damit auch leichter, wodurch sich ein weiterer Vorteil bezglich Treibstoffe pa- rung ergibt.0033 Offensichtlich

46、 ist auch, dass im Vergleich zu einer tallierten Triebwerksgondel erheblich an Bauhhe gespart wird, was das Problem der Fahr- werksanpassung fr die schrge Landung vermeidet.0034 Die Geblserotoren der nebeneinander an- geordneten Geblseeinheiten werden einzeln bevor- zugt durch Hochleistungs-Elektrom

47、otoren angetrie- ben, welche ber ein mehrfach redundantes Hy- bridsystem aus gasturbinenbetriebenen Generatoren und Hochleistungsbatterien oder nur ber solche Bat- terien ihre elektrische Leistung beziehen.0035 Die Elektromotoren sind in Motorgondeln ein- gebaut, welche bevorzugt an den Auskreuzunge

48、n zwischen dem oberen und unteren Teil des Gondel- flgels befestigt sind. Die Motorgondeln sind str- mungsgnstig ausgeformt. Die Streben der Auskreu- zungen sind im Bereich des Strmungskanals der Geblseeinheit tragflgelartig ausgebildet und stellen neben ihrer mechanischen Funktion zustzlich ein Lei

49、tgitter fr die drallbehaftete Strmung aus den Ge- blserotoren dar. Zwischen den Auskreuzungen kn-0027 Optional kann die Etrmffnung ebenfallsdurch eine Diffusorklappe vorne am unteren Teil desGondelflgels nach demselben Prinzip wie die D- senklappe variabel gestaltet werden. Dies ermglicht eine weite

50、re verbesserte Anpassung der Strmung im Gondelflgel, wodurch Verluste verringert werden und damit Treibstoff eingespart werden kann.0028 Das bei Flugzeugen nach dem Stand der Technik bekannte vordere und hintere Klappensys- tem wirdbeimGondelflgelbernommen und nur ge- ringfgig verndert. Eine Vernder

51、ung betrifft die be- kannten Krgerklappen sofern diese fr das vorde- re Klappensystem angewendet werden. Solche Klap- pen knnen beim Gondelflgel wegen der E trm- ffnung nicht angewendet werden. Es ist aber mg- lich Klappen oder Vorflgel von der Oberseite nach vorne unten zu schwenken und somit diese

52、lbe Funk- tion zu erhalten.0029 Das hintere Klappensystem ist vom Aufbau unverndert muss jedoch stabiler aufgebaut werden, da es bei ausgefahrenen Klappen in die Umlenkung des Schubstrahles nach unten zur weiteren Steige- rung des Auftriebs eingebunden ist, was bei separat aufgehngten Triebwerksgond

53、eln nicht der Fall ist. Dies ist ein weiterer Vorteil fr die Treibstoffe pa- rung, da durch die Auftriebserhhung die Tragflgel- flche verkleinert werden kann und dies im Strecken-4/16DE 20 2016 000 269 U12016.03.24nen noch weitere Strmungsprofile zur Verbesserung der Leitgitterfunktion angeordnet we

54、rden. Durch das Leitgitter wird der Drall der Strmung nach den Ge- blserotoren in Druck und/oder axiale Strmungsge- schwindigkeit umgewandelt und dient daher der Er- hhung des Wirkungsgrades der Geblseeinheit.0036 Durch die groe Anzahl von Geblserotoren mit separaten Antrieben steigt die Ausfallwahr

55、schein- lichkeit einer Geblseeinheit im Gesamtantriebssys- tem. Dies ist ein allgemeines Problem von mehrmoto- rigen Flugzeugen, welches durch die Auslegung des Gesamtantriebssystems fr den Ausfall einer oder mehrerer Komponenten gelst wird.0037 Fr den Gondelflgel in der bisher beschrie- benen Form

56、wre dieser Fehlerfall besonders kri- tisch, da durch das Zusammenfhren der Blasstrah-0041 Durch die Mglichkeit der Anpassung der Fl- gelgeometrie bei einem Ausfall einer Geblseeinheit entsteht dabei im Gegensatz zu einer tallierten Gondel kaum ein zustzlicher Gondelwiderstand, der mit zustzlich tall

57、ierter Triebwerksleistung kom- pensiert werden msste. Dies gilt ebenfalls fr das deshalb auch nicht auftretende zustzliche Giermo- ment, was eine Anpassung des Seitenleitwerks ver- meidet.0042 Deshalb und unter Bercksichtigung der ho- hen Anzahl an redundanten Geblseeinheiten muss beim Gondelflgel nur e ehr geringer Schubber- schu fr einen Fehlerfall vorgehalten werden, was es ermglicht das System sehr nahe am Optimum fr den normalen Flugfall auszulegen, was Treibstoff spart.0043 Fr den Flug im Geschwindigkeitsbereich knapp unter der Schallgeschwindigkeit ist