DE102008006437A1 - Aerodynamisches Hochleistungsprofil für Luftfahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Aerodynamisches Hochleistungsprofil (10), bei dem zur Erzwingung einer turbulenten Abströmung der Grenzschicht auf der Unterseite (12) in unmittelbarer Nähe der Hinterkante (15) ein Transitionsstreifen (16) angeordnet ist, der sich über die gesamte Länge der Hinterkante erstreckt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein aerodynamisches Hochleistungsprofil für Luftfahrzeuge wie Starr- und/oder Drehflügelflugzeuge.
  • Stand der Technik
  • Bekanntlich ist ein wichtiges Kriterium für die Ausbildung eines aerodynamischen Hochleistungsprofils die Verringerung seines Luftwiderstandes u. a. durch die Aufrechterhaltung einer laminaren Strömung über große Anteile seiner Profiltiefe. In Folge des vorteilhaften Druckgradienten ist hierbei besonderes Augenmerk auf die Grenzschicht an der Unterseite des Hochleistungsprofils gerichtet, die möglichst bis zu der auch stumpf ausgebildeten Hinterkante des Hochleistungsprofils anliegend sein sollte, um eine blasenförmige Strömungsablösung zu vermeiden. Diese als Stall bezeichneten Ablösungseffekte, die zu einer Strömungsunterbrechung und damit zu Leistungseinbußen führen sind bekanntlich von der Reynoldzahl (Re-Zahl) abhängig. Diese unerwünschte Blasenbildung kann auch an Rotorblättern der Haupt- und Heckrotoren von Drehflügelflugzeugen auftreten und mindert auch dort die Umströmung des Rotorblattes und führt zu Verlusten bezüglich der zu erzeugenden Schub- und Pitch-Momente und tritt – wie Versuche zeigen – insbesondere an der stumpfen Hinterkante eines Rotorblattes auf, da dort auch sehr große gegengerichtete Druckgradienten vorhanden sein können.
  • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung von Profilen mit aerodynamischen Flächen, insbesondere von Hubschrauber-Rotorblättern hinsichtlich der damit zu erzeugenden Schübe und Pitch-Momente zu verbessern.
  • Ausgehend von der Erkenntnis, das auch an der Unterseite von Hochleistungsprofilen von aerodynamischen Körpern insbesondere von Rotorblättern ebenfalls eine unerwünschte Blasenbildung stattfindet, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass zwecks Erzielung einer turbulenten Abströmung auf der Unterseite eines Hochleistungsprofils ein über die gesamte Tiefe der Hinterkante sich erstreckender Transitionsstreifen angeordnet ist.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Transitionsstreifen als Zackenband ausgebildet und auf die Unterseite des aerodynamischen Hochleistungsprofils aufgeklebt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Transitionsstreifen als so genanntes Tab, also an/in die Unterseite des aerodynamischen Hochleistungsprofils integrierte Störkante ausgebildet.
  • Durch die Erfindung wird erstmals eine turbulente Abströmung auf der Unterseite von aerodynamischen Hochleistungsprofilen, insbesondere von Rotorblättern mit stumpfer Hinterkante erzwungen, was überraschenderweise zu einer Erhöhung des Auftriebes sowie zu einer Verbesserung der Stabilisierung eines damit ausgerüsteten Drehflügelflugzeuges führt.
  • Ein solcher eine turbulente Trennschicht auf der Unterseite des aerodynamischen Hochleistungsprofils in unmittelbarer Nähe seiner Hinterkante erzwingender Transitionsstreifen ist im einfachsten Falle über die gesamte Tiefe, also den gesamten Radius eines Rotorblattes aufgeklebt; er kann aber auch auf der Rotorblattunterseite als in das Profil des Rotorblattes integrierter Tab ausgebildet sein.
  • Durch die erfinderische Ausbildung eines aerodynamischen Hochleistungsprofils der hier in Frage stehenden Art werden die aerodynamischen Eigenschaften bezüglich Auftrieb und Nickmoment bei vernachlässigbarem Anstieg des Profilwiderstandes erreicht. Hierdurch wird eine Erhöhung des Rotorschubes bei gleicher Rotorleistung erzielt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch den Transitionsstreifen eine geringere Reynoldzahlempfindlichkeit des Hochleistungsprofils und dadurch geringere aerodynamische Auswirkungen wie z. B. instationäre Erregungen am drehenden Rotor eines Drehflügelflugzeuges erreicht werden. Dies führt zu einer höheren Lebensdauer der Rotorblätter und der Rotorblattkomponenten. Entsprechendes gilt für das Profil der Flügel eines Starrflügelflugzeuges.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt eines aerodynamischen Hochleistungsprofils mit stumpfer Hinterkante gemäß der Erfindung für ein Heckrotorblatt eines Hubschraubers und
  • 2 eine Ansicht von unten des in 1 dargestellten Hochleistungsprofils.
  • Das in 1 gezeigte aerodynamische Hochleistungsprofil 10 in Form eines Rotorblattes für einen Heckrotor eines Hubschraubers umfasst eine stark gewölbte Oberfläche 11 und eine schwach gewölbte untere Fläche 12 sowie eine Profilnase 14 und eine stumpfe Hinterkante 15. Es ist so ausgebildet, dass eine Umströmung um das Profil bei geeignet gewählter Re-Zahl über große Anteile der Oberfläche möglichst ohne Strömungsablösung erfolgt. Um – zwecks Erzielung einer turbulenten Abströmung – eine turbulente Grenzschicht auf der Unterseite des Hochleistungsprofils 10 in unmittelbarer Nähe der Hinterkante 15 zu erzeugen ist an der Unterseite der Hinterkante 15 ein Transitionsstreifen 16 vorgesehen. Er erstreckt sich über die gesamte Tiefe, also den Radius R der Hinterkante 15 des Rotorblattes des aerodynamischen Hochleistungsprofils 10, vgl. 2.
  • Der Transitionsstreifen 16 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines Zackenbandes, wie in Detaildarstellung D gezeigt, ausgebildet. Er hat eine Dicke von 0,4 mm und eine Breite von 10 mm und ist an seiner Vorder- und Hinterkante mit Zacken 18 versehen.
  • Die Befestigung des Transitionsstreifens 16 erfolgt über eine dauerhafte Klebverbindung, es ist auch möglich, diesen auf der Profilunterseite durch eine entsprechende Oberflächenausbildung als sogenanntes Tab – Steuerkante – auszubilden.
  • Aus 2 sind ferner die Befestigungslöcher 19 eines Anschlussflansches 20 des als Rotorblatt für einen Heckrotor ausgebildeten Hochleistungsprofils 10 zu ersehen. Der Anschlussflansch 20 ist bei Ausbildung des Hochleistungsprofils 10 als Rotorblatt für einen Hauptrotor anders ausgebildet und entfällt bei Ausbildung des Hochleistungsprofils 10 als Tragfläche für einen Starflügler gänzlich.
  • Durch den Einsatz des vorstehend beschriebenen Transitionsstreifens 16 bzw. Tabs wird eine turbulente Abströmung auf der Unterseite 12 des für die Zirkulation der Strömung ursächlichen Profils und damit für den Auftrieb und das Momenten- und Reynoldszahlverhalten und damit eine Leistungssteigerung bezüglich des erzielbaren Schubes um ca. 3% und mehr erreicht. Dies gilt auch wenn das vorstehend beschriebene aerodynamische Hochleistungsprofil 10 als Hauptrotorblatt eines Hubschraubers oder als Tragfläche eines Starrflüglers ausgebildet ist.
  • 10
    Hochleistungsprofil
    11
    Oberfläche
    12
    untere Fläche
    14
    Profilnase
    15
    Hinterkante
    16
    Transitionsstreifen
    18
    Zacken
    19
    Befestigungslöcher
    20
    Anschlussflansch
    R
    Radius
    D
    Detaildarstellung des Transitionsstreifens

Claims (7)

  1. Aerodynamisches Hochleistungsprofil (10) für Luftfahrzeuge, mit Wölbungen zur Erzielung unterschiedlicher laminarer Grenzschichten an dessen Ober- und Unterseite (11, 12) und stumpfer Hinterkante (15), dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erzielung einer turbulenten Abströmung auf der Unterseite (12) des Hochleistungsprofils (10) ein über die gesamte Tiefe (Radius) der Hinterkante (15) des Profils (10) sich erstreckender Transitionssteifen (16) angeordnet ist.
  2. Aerodynamisches Hochleistungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transitionsstreifen (16) als Zackenband (Zacken 18) ausgebildet ist.
  3. Aerodynamisches Hochleistungsprofil nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transitionsstreifen (16) aufgeklebt ist.
  4. Aerodynamisches Hochleistungsprofil nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transitionsstreifen (16) als in die Unterseite (12) des Hochleistungsprofil (10) nahe der Hinterkante (15) integriertes Tab ausgebildet ist.
  5. Aerodynamisches Hochleistungsprofil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochleistungsprofil als Hauptrotorblatt eines Hubschraubers ausgebildet ist.
  6. Aerodynamisches Hochleistungsprofil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochleistungsprofil (10) als Heckrotorblatt für einen Hubschrauber ausgebildet ist.
  7. Aerodynamisches Hochleistungsprofil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochleistungsprofil (10) als Tragfläche eines Starrflügelflugzeuges ausgebildet ist.
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