DE19857749A1 - Wing profile and ground effect vehicle - Google Patents

Wing profile and ground effect vehicle

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Abstract

The invention relates to an aerofoil which has a round nose (41) and a slightly tapered trailing edge (42), especially an aerofoil of a ground effect vehicle, with a median line (43) which is cambered downwards. The aim of the invention is to create a longitudinally and vertically stable aerofoil without any further aerodynamic measures. To this end, the highest camber of the median line (43) lies between 50 % and 90 % of the depth of the aerofoil and the torque (44) that is exerted in a positive sense of rotation in the direction of the trailing edge (42) is compensated by the centre of gravity being located in front of the centre of lift. The invention also relates to a ground effect vehicle with at least one aerofoil of this type.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tragflügelprofil mit einer runden Nase und einer schlank auslaufenden Hinterkante, insbesondere als Tragflügel eines Bodeneffektfahrzeuges.The invention relates to a wing profile with a round Nose and a slim trailing edge, in particular as a wing of a ground effect vehicle.

Zur Erzeugung eines aerodynamischen Auftriebes werden geome­ trisch unterschiedlich geformte Tragflügelprofile verwendet, die unter einem Anstellwinkel α in bezug auf die wirkende Luftströmung ausgerichtet werden. Hierbei erfährt der ange­ strömte Tragflügel eine senkrecht zur Anströmrichtung wirkende Auftriebskraft und eine Widerstands kraft, die parallel zur Strömungsrichtung gerichtet ist. Aus den genannten Kräften ergibt sich eine Kraftresultierende. Es ist bekannt, daß die aerodynamischen Eigenschaften eines Tragflügels mit seiner Pro­ filform zusammenhängen. So erhöht eine Vergrößerung des Nasen­ radius den Anstellwinkelbereich der ablösungsfreien Strömung. Je dicker ein Profil ist, desto stärker wirkt sich der Formwi­ derstand aus. Dünne Profile haben bei kleinen Anstellwinkeln nahezu lediglich einen Reibungswiderstand, erlauben aber auch nur kleine Anstellwinkeländerungen. Solche Profile eignen sich lediglich für hohe Geschwindigkeiten. Durch eine starke Trag­ flügeloberseitenwölbung kann man die günstigsten Gleitzahlen nach höheren Auftriebswerten verlegen, muß aber eine stärkere Wanderung des Druckpunktes bei Anstellwinkeländerungen in Kauf nehmen. Druckpunktfest sind symmetrische Profile oder solche mit einer s-förmigen Profilmittellinie (sogenannte s-Schlagprofile). Daneben sind noch unsymmetrische Profile je nach gewünschtem Gebrauchszweck bekannt. Der geometrische Auf­ bau von Tragflügelprofilen erfolgt durch die genannte Profil­ mittellinie, die Skelettlinie, welche die Wölbung und Wölbungs­ verteilung des Tragflügelprofiles vorgibt, um die eine Dicken­ verteilung des Tragflügelprofiles vorgenommen wird. To generate an aerodynamic lift, geome differently shaped wing profiles are used, that at an angle of attack α with respect to the effective Air flow to be aligned. This tells the ange the wing flowed perpendicularly to the direction of flow Buoyancy and a resistance force that is parallel to Direction of flow is directed. From the forces mentioned the result is a force result. It is known that the aerodynamic properties of a wing with its Pro filform related. This increases the size of the nose radius the angle of attack of the non-detachable flow. The thicker a profile, the stronger the Formwi the state. Thin profiles have small angles of attack almost only a frictional resistance, but also allow only small changes in the angle of attack. Such profiles are suitable only for high speeds. Through a strong support wing top curvature you can find the cheapest glide ratio relocate to higher lift values, but must have a stronger one Migration of the pressure point when changing the angle of attack in purchase to take. Symmetrical profiles or such are pressure point fixed with an S-shaped profile center line (so-called s impact profiles). In addition, there are still asymmetrical profiles known according to the intended use. The geometric opening Construction of wing profiles is carried out by the profile mentioned midline, the skeletal line, which shows the bulge and bulge Distribution of the wing profile specifies the thickness distribution of the wing profile is made.  

Symmetrische Profile besitzen eine gerade Skelettlinie mit einer symmetrischen Dickenverteilung, d. h., die Tragflügelober­ seite und die Tragflügelunterseite liegen spiegelsymmetrisch zu der geraden Skelettlinie. Die von solchen Tragflügelprofilen erzeugten Auftriebskräfte und Drehmomente werden bei einem Anstellwinkel α gleich 0° zu 0.Symmetrical profiles have a straight skeleton line a symmetrical thickness distribution, i.e. i.e., the wing upper side and the underside of the wing are mirror-symmetrical the straight skeleton line. That of such wing profiles generated buoyancy forces and torques at one Angle of attack α equal to 0 ° to 0.

Nach dem Stand der Technik bekannte unsymmetrische Profile haben eine nach oben gewölbte Skelettlinie, womit neben weite­ ren Eigenschaften insbesondere eine Erhöhung des Auftriebsbei­ wertes ca angestrebt wird. Flügel dieser Art, von denen ein Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt ist, erzeugen ein kopflastiges Moment. Aus diesem Grund können mit solchen Trag­ flügelprofilen keine im Bodeneffekt eigenstabile Flügel formen realisiert werden. Verwendet man solche Tragflügelprofile, so sind zusätzliche stabilisierende aerodynamische Maßnahmen erforderlich, wie beispielsweise die Verwendung eines Höhen­ leitwerkes oder die Ausgestaltung eines Canardflügels oder einer Tandem-Anordnung von zwei Tragflächen.Unsymmetrical profiles known from the prior art have an upwardly curved skeleton line, which, in addition to other properties , is aimed in particular at increasing the lift coefficient c a . Wings of this type, an exemplary embodiment of which is shown in FIG. 1, generate a top-heavy moment. For this reason, wing profiles of this type cannot create wing shapes that are inherently stable in the floor effect. If such wing profiles are used, additional stabilizing aerodynamic measures are required, such as the use of a vertical stabilizer or the design of a canard wing or a tandem arrangement of two wings.

Der Vorteil der in Fig. 1 dargestellten Tragflügelprofile besteht darin, daß diese Tragflügel auch bei einem Anstellwin­ kel von 0° bereits eine Auftriebskraft erfahren.The advantage of the wing profiles shown in Fig. 1 is that these wings already experience an uplift force even at an angle of 0 °.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tragflügelprofil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ohne weitere aerodynamische Maßnahmen, wie z. B. ein Höhenleitwerk, längs- und höhenstabil ist. Diese Aufgabe soll durch die geometrische Gestaltung insbesondere die Wölbung, Wölbungsverteilung, Hin­ terkantengestaltung in Kombination mit der Schwerpunktlage erreicht werden. Der Tragflügel soll insbesondere unter vari­ ierbarem Anstellwinkel in einem Bodeneffektfahrzeug verwendbar sein. It is an object of the present invention to provide a wing profile to create the type mentioned above, which without further aerodynamic measures such. B. a horizontal stabilizer, longitudinal and is stable in height. This task is supposed to be done by the geometric Design in particular the curvature, curvature distribution, Hin Edge design in combination with the center of gravity can be achieved. The wing should in particular under vari usable angle of attack usable in a ground effect vehicle his.  

Die Aufgabe wird durch ein Tragflügelprofil nach Anspruch 1 gelöst, bei dem die Skelettlinie nach unten gewölbt ist. Durch diese Maßnahme entsteht ein "schwanzlastiges" Moment, d. h., das aerodynamisch wirksame Drehmoment wirkt im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Fall entgegengesetzt, d. h. im Uhrzeiger­ sinn. Das im positiven Drehsinn in Richtung der Hinterkante wirkende Drehmoment wird durch entsprechende Anordnung des Schwerpunktes vor dem Auftriebsmittelpunkt kompensiert, so daß sich eine statisch stabile aerodynamische Konfiguration ergibt. Der Nachteil, daß das Tragflügelprofil aufgrund der nach unten gerichteten Wölbung der Skelettlinie bei kleinen Anstellwinkeln eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt, kann durch einen ent­ sprechend erhöhten Anstellwinkel ausgeglichen werden.The object is achieved by a wing profile according to claim 1, in which the skeleton line is curved downwards. This measure creates a "tail-heavy" moment, that is, the aerodynamically effective torque acts in contrast to the case shown in FIG. 1 in the opposite direction, ie clockwise. The torque acting in the positive direction of rotation in the direction of the trailing edge is compensated for by a corresponding arrangement of the center of gravity in front of the center of the lift, so that a statically stable aerodynamic configuration results. The disadvantage that the wing profile generates a downward force due to the downward curvature of the skeleton line at small angles of attack, can be compensated for by a correspondingly increased angle of attack.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further developments of the invention are in the subclaims described.

Um den Anstellwinkel zu minimieren, kann in weiterer Ausgestal­ tung der Erfindung die Wölbung der Skelettlinie so ausgebildet werden, daß die Lage der größten Wölbung der Skelettlinie im Bereich zwischen 30% und 90% der Profiltiefe liegt, d. h., die stärkste Krümmung der Skelettlinie wird in den hinteren Bereich des Tragflügelprofiles verlegt. Nach einer besonderen Ausge­ staltung der Erfindung ist die Skelettlinie im vorderen Bereich, vorzugsweise bis zu einem Bereich von 35% bis 55% der Profiltiefe im wesentlichen linear ausgebildet.In order to minimize the angle of attack, tion of the invention, the curvature of the skeletal line is formed be that the location of the largest curvature of the skeletal line in the Range is between 30% and 90% of the profile depth, d. i.e., the strongest curvature of the skeletal line is in the back area of the wing profile. After a special edition staltung of the invention is the skeletal line in the front Range, preferably up to a range of 35% to 55% the profile depth is essentially linear.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung und zur Vermei­ dung eines überhöhten Anstellwinkels wird die Wölbungsvertei­ lung derart gestaltet, daß die Hinterkante nach unten bis zu einer Länge von maximal 50% der Profiltiefe ausgeschlagen wird. Hierdurch wird die Wirkung wie bei einer Landeklappe erzielt, d. h., der Auftriebsbeiwert wird auf Werte über 1 ver­ größert bei weiterhin positivem Drehmoment. According to a further embodiment of the invention and for avoidance The bulge distribution becomes an excessive angle of attack tion designed so that the rear edge down to with a maximum length of 50% of the profile depth becomes. This makes the effect like a flap achieved, d. that is, the lift coefficient is changed to values above 1 increases with continued positive torque.  

Nach weiteren Ausgestaltungen werden die Tragflügeloberseite und die Tragflügelunterseite zumindest bis 40% der Profiltiefe konvex gewölbt ausgebildet oder die Tragflügelunterseite im vorderen, sich bis zu 40% der Profiltiefe erstreckenden Bereich konvex, im mittleren Bereich leicht konkav und im hin­ teren Bereich (durch Ausbildung einer nach unten ausgeschlagenen Hinterkante) wieder konvex ausgebildet. Der hintere Bereich liegt bei 50 bis 100% der Profiltiefe. Die vorstehend beschriebenen Tragflügel werden erfindungsgemäß bei Bodeneffektfahrzeugen verwendet, insbesondere in Form eines Bodeneffektfahrzeuges mit nur einem Tragflügel. Die Ausgestal­ tung des Tragflügels kann vor- oder rückgepfeilt oder auch ungepfeilt ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, eine Trag­ fläche mit negativer V-Form zu verwenden, um den Auftriebsan­ teil durch Aufstauen der Luft unter dem Tragwerk zu nutzen. Dementsprechende Bodeneffektfahrzeuge sind grundsätzlich nach dem Stand der Technik, beispielsweise aus der WO 98/10968 bekannt.According to further refinements, the wing upper side and the underside of the wing at least up to 40% of the profile depth convex or the wing underside in front, extending up to 40% of the tread depth Convex area, slightly concave in the middle area and in the back lower area (by training one down knocked out rear edge) again convex. The rear area is 50 to 100% of the profile depth. The The wings described above are according to the invention at Ground effect vehicles used, especially in the form of a Ground effect vehicle with only one wing. The Ausgestal wing can be swept forward or backward or else be unswept. It is also possible to carry a surface with a negative V-shape to use the buoyancy to use part by damming the air under the structure. Corresponding floor effect vehicles are basically after the prior art, for example from WO 98/10968 known.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigenExemplary embodiments of the invention are described below of the drawings. Show it

Fig. 1 ein nach dem Stand der Technik bekanntes Trag­ flügelprofil mit nach oben gewölbter Skelettli­ nie, Fig. 1 shows a known prior art support wing profile with an upwardly arched Skelettli never

Fig. 2 bis 4 Tragflügelprofile gemäß der vorliegenden Erfin­ dung in unterschiedlichen Ausführungsformen. Fig. 2 to 4 wing profiles according to the present inven tion in different embodiments.

Unter dem Tragflügelprofil versteht man die Form der Quer­ schnittskontur eines Tragflügels.The wing profile is the shape of the cross cutting contour of a wing.

Die in Fig. 1 nach dem Stand der Technik bekannten Tragflü­ gel 10 besitzen eine runde Nase 11 und eine schlank auslaufende Hinterkante 12. Die Skelettlinie 13 des unsymmetrisch ausgebil­ deten Tragflügels verläuft nach oben gewölbt. Durch diese Aus­ gestaltung ergibt sich ein durch den Pfeil 14 angedeutetes negatives Drehmoment. Mit einem solchen Tragflügel lassen sich positive Auftriebsbeiwerte, die maximal < 1 sind, erreichen.The Tragflü gel 10 known in FIG. 1 according to the prior art have a round nose 11 and a slender trailing edge 12 . The skeleton line 13 of the asymmetrically trained wing extends arched upwards. This design results in a negative torque indicated by the arrow 14 . With such a wing, positive lift coefficients that are <1 maximum can be achieved.

In einer ersten Ausführungsform nach Fig. 2 besitzt der dort dargestellte Tragflügel 20 mit runder Nase 21 und schlank aus­ laufender Hinterkante 22 eine Skelettlinie 23, die nach unten gewölbt ist. Diese Ausgestaltung führt zu einem positiven Drehmoment (siehe Pfeil 24). Die Tragflügeloberseite 25 ist ebenso wie die Tragflügelunterseite 26 konvex ausgebildet. Die bei einem Anstellwinkel α von 0° vorliegenden negativen Auf­ triebsbeiwerte lassen sich durch entsprechend höhere Anstell­ winkel kompensieren.In a first embodiment according to FIG. 2, the wing 20 shown there has a round nose 21 and a slim line from the trailing trailing edge 22, a skeleton line 23 which is curved downwards. This configuration leads to a positive torque (see arrow 24 ). The wing top 25 , like the wing bottom 26, is convex. The negative lift coefficients at an angle of attack α of 0 ° can be compensated for by correspondingly higher angles of attack.

Nach einer Weiterbildung des Tragflügels 30 gemäß Fig. 3 wird eine Wölbungsverteilung gewählt, bei der die Skelettlinie 33 im vorderen, an die runde Nase 31 folgenden Bereich linear ausge­ bildet und im hinteren Bereich, d. h. in der Nähe der Hinter­ kante 32, gewölbt verläuft. Das ebenfalls positive Drehmoment ist mit Pfeil 34 bezeichnet. Die Tragflügelunterseite ist auch in diesem Ausführungsbereich konvex ausgebildet, während die Tragflügeloberseite 35 im vorderen Bereich konvex und im hinte­ ren Bereich leicht konkav ausgebildet sind.According to a further development of the wing 30 shown in FIG. 3, a curvature distribution is selected in which the skeleton line 33 forms linearly in the front area following the round nose 31 and in the rear area, ie in the vicinity of the rear edge 32 , is curved. The likewise positive torque is indicated by arrow 34 . The underside of the wing is also convex in this embodiment, while the upper side 35 of the wing is convex in the front area and slightly concave in the rear area.

Eine weitere Ausführungsform des Tragflügels 40 ist Fig. 4 zu entnehmen. Dieser Tragflügel besitzt einen nach unten abgesenk­ ten Hinterkantenbereich 42, d. h., die Skelettlinie 43 ist im vorderen Bereich, etwa bis zur Hälfte der Profiltiefe linear ausgebildet und erst im hinteren Bereich leicht gewölbt. Die Tragflügeloberseite 45 ist im vorderen Bereich konvex ausgebil­ det und erst im hinteren Bereich leicht konkav. Die Tragflügel­ unterseite ist aufgrund der abgesenkten Hinterkante 42 von der Nase 41 ausgehend zunächst konvex, im mittleren Bereich konkav und schließlich wieder konvex im hinteren Bereich ausgebildet.Another embodiment of the wing 40 is shown in FIG. 4. This wing has a downwardly lowered trailing edge area 42 , ie the skeleton line 43 is linear in the front area, approximately up to half the profile depth, and is only slightly curved in the rear area. The wing top 45 is convex in the front area and only slightly concave in the rear area. The underside of the wing is, owing to the lowered rear edge 42, starting from the nose 41 , initially convex, concave in the central region and finally convex again in the rear region.

Claims (8)

1. Tragflügelprofil (10) mit einer runden Nase (11) und einer schlank auslaufenden Hinterkante (12), insbesondere als Tragflügel (10) eines Bodeneffektfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Skelettlinie (23, 33, 43) nach unten gewölbt ist, wobei das in positivem Drehsinn in Richtung der Hinter­ kante (22, 32, 42) wirkende Drehmoment (24, 34, 44) durch Anordnung des Schwerpunktes vor dem Auftriebsmittelpunkt kompensiert wird.1. wing profile ( 10 ) with a round nose ( 11 ) and a slender tapering trailing edge ( 12 ), in particular as a wing ( 10 ) of a ground effect vehicle, characterized in that the skeleton line ( 23 , 33 , 43 ) is curved downwards, whereby the torque ( 24 , 34 , 44 ) acting in the positive direction of rotation in the direction of the trailing edge ( 22 , 32 , 42 ) is compensated for by arranging the center of gravity in front of the center of buoyancy. 2. Tragflügelprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Wölbung der Skelettlinie (33) im Bereich zwischen 30% und 90% der Profiltiefe liegt.2. Wing profile according to claim 1, characterized in that the largest curvature of the skeleton line ( 33 ) is in the range between 30% and 90% of the profile depth. 3. Tragflügelprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Skelettlinie (33, 43) im vorderen Bereich, vorzugsweise bis zu einem Bereich von 35% bis 55% der Profiltiefe im wesentlichen linear verläuft.3. wing profile according to claim 1 or 2, characterized in that the skeleton line ( 33 , 43 ) in the front region, preferably up to a range of 35% to 55% of the profile depth is substantially linear. 4. Tragflügelprofil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine bis zu einer Länge von maximal 50% der Profiltiefe nach unten ausgeschlagenen Hinterkante (42).4. wing profile according to claim 3, characterized by a up to a length of a maximum of 50% of the profile depth downward trailing edge ( 42 ). 5. Tragflügelprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflügeloberseite (25) und die Tragflügelunterseite (26) zumindest bis 40% der Profil­ tiefe konvex gewölbt sind.5. wing profile according to one of claims 1 to 4, characterized in that the wing top ( 25 ) and the wing underside ( 26 ) are curved convexly at least up to 40% of the profile. 6. Tragflügelprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflügelunterseite (46) im vor­ deren, sich bis zu 40% der Profiltiefe erstreckenden Bereich konvex, im mittleren Bereich leicht konkav und im hinteren Bereich, vorzugsweise 50% bis 100% der Profil­ tiefe wieder konvex ausgebildet ist.6. wing profile according to one of claims 1 to 5, characterized in that the wing underside ( 46 ) in the front, extending up to 40% of the profile depth area convex, slightly concave in the central area and in the rear area, preferably 50% to 100 % of the profile depth is again convex. 7. Bodeneffektfahrzeug mit mindestens einem Tragflügel, der ein Tragflügelprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf­ weist.7. Ground effect vehicle with at least one wing, the a wing profile according to one of claims 1 to 6 points. 8. Bodeneffektfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß nur ein Tragflügel mit einem Tragflügelprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.8. ground effect vehicle according to claim 7, characterized net that only one wing with a wing profile is provided according to one of claims 1 to 6.
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