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Dokumentenidentifikation DE60212303T2 16.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001316501
Titel Betätigungssystem für ein aerodynamisches Ruder
Anmelder Northrop Grumman Corp., Los Angeles, Calif., US
Erfinder Young, Kendall G., Crowley, Texas 76036, US;
Pauletti, Stephen L., Mesquite, Texas 75150, US
Vertreter H.-J. Rieder und Partner, 42329 Wuppertal
DE-Aktenzeichen 60212303
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.11.2002
EP-Aktenzeichen 022584262
EP-Offenlegungsdatum 04.06.2003
EP date of grant 14.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse B64C 9/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B64C 9/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B64C 7/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flugzeugsteuerflächen und insbesondere auf ein System zur Betätigung einer Flugzeugsteuerfläche, so dass ein maximaler mechanischer Vorteil des Stellantriebsmechanismus erreicht wird, wenn sich die Steuerfläche auch in ihrer maximal abgelenkten Position befindet.

Hintergrund der Erfindung

Das typische Flügeldesign für ein Flugzeug schließt eine primäre Flügelfläche, oder Tragfläche, ein, die eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei eine Steuerfläche an den Vorder- und Hinterkanten des Flügels vorgesehen ist. Klappen und Querruder sind beides Beispiele für Steuerflächen, wobei Klappen zur Vergrößerung des Flügelauftriebs gestaltet werden und Querruder zur Rollachsensteuerung verwendet werden. Die Klappen an jedem Flügel arbeiten übereinstimmend zur Vergrößerung des Flügelauftriebs durch Vergrößerung der Wölbung des Flügels. Im Vergleich dazu werden Querruder entgegengesetzt geschwenkt, um den Auftrieb auf einen Flügel zu vergrößern, während der Auftrieb auf den gegenüberliegenden Flügel verringert wird, um ein Rollmoment zu erzeugen. Ähnlich sind Höhenruderabschnitte des horizontalen hinteren Endes schwenkbar an dem befestigten Endabschnitt angebracht, um den Auftrieb zu variieren und um eine Neigungssteuerung zu bieten.

Wenn entweder die Klappe oder das Querruder aktiviert werden, rotiert die Steuerfläche relativ zu der Hinterkante des Flügels. Steuerflächen sind typischerweise feste Strukturen, die ihre Gestalt während der Rotation beibehalten. Daher treten Spalte oder abrupte Änderungen im Bereich der Drehbefestigung einer herkömmlichen Steuerfläche auf. Dieser Spalt vergrößert den Wiederstand und verringert die Effizienz der Steuerfläche. Zusätzlich werden, wenn die Steuerflächen rotiert werden, Spalte zwischen den Enden der mit Scharnieren versehenen Steuerfläche und den benachbarten Bereichen des festen Flügels gebildet.

Eine Anzahl patentierter Konstruktionen typisiert den gegenwärtigen Stand der Technik sowohl in Bezug auf die Stellantriebsmechanismen als auch den Wunsch nach Minimierung des Effektes von Diskontinuitäten, die zwischen der Steuerfläche und dem Flügel oder der befestigten Tragfläche, in welcher die Steuerfläche beweglich angebracht ist, auftreten. Beispielsweise offenbaren die US-Patente Nr. 2,670,909 und 5,161,757 beide Stellantriebsmechanismen für eine Flugzeug-Steuerfläche in Form einer Klappe. Die Klappe rotiert sowohl und dehnt sich relativ zu der primären Tragfläche aus. In beiden Fällen gebraucht der Stellantriebsmechanismus ein "Horn" oder gebogenen Schaft innerhalb des Klappenkörpers, der um eine zu der Hinterkante normale Achse rotiert. Allerdings arbeitet der patentierte Mechanismus in jedem Beispiel nur in einer Abwärtsrichtung.

Die US-Patente Nr. 3,944,170 und 4,286,761 offenbaren einen exzentrischen Stellantrieb, der eine Drehung des Klappenkörpers erlaubt.

Das US-Patent Nr. 5,222,699 offenbart eine Flugzeugsteuerfläche von variabler Kontur, welche elastomere Übergangsabschnitte zwischen nach innen gerichteten und nach außen gerichteten Kanten der Steuerfläche von variabler Kontur und einem Hauptflügelbereich gebraucht. Die Übergangsabschnitte beinhalten dicke elastomere Schichten mit überdimensionierten Löchern darin und Stangen, die in den überdimensionierten Löchern positioniert sind. Einige der Stangen sind an dem Hauptflügelbereich befestigt, während andere der Stangen an der Steuerfläche befestigt sind.

Das US-Patent Nr. 3,109,613 offenbart eine Wölbungsvariationsvorrichtung, die den gesamten hinteren Bereich der Flügelstruktur zurückwölbt. Sie behält eine "nahtlose" Scharnierlinie durch Gebrauch einer gleitenden Oberflächenverbindung, aber sie behält keine nahtlosen Ränder.

Das US-Patent Nr. 6,244,542 offenbart eine drehteilangetriebene Kante.

EP 0411680, welches den nächstliegenden Stand der Technik bildet, offenbart einen sich ausdehnenden gebogenen Klappenantrieb.

Demgemäß liegt die Erfindung in einem Flugsteuersystem für eine im Wesentlichen ebenflächige Tragfläche, die sich in Spannweiten- und Tiefenrichtungen erstreckt, aufweisend:

eine Steuerfläche, die an der Tragfläche befestigbar ist, zur Bewegung durch einen Bereich von Stellungen zwischen einer neutralen Stellung, an der eine Luftströmungsbelastung darauf minimal ist, und einer aufwärts abgelenkten Stellung einerseits und einer abwärts abgelenkten Stellung andererseits, wobei die Luftströmungsbelastung an der Steuerfläche ein Maximum entweder in der aufwärts abgelenkten Stellung oder in der abwärts abgelenkten Stellung erreicht; und

einen Betätigungsmechanismus, der vorgesehen ist, um die Steuerfläche zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen zu bewegen, wobei der Betätigungsmechanismus aufweist:

ein Drehteil, das an der Tragfläche zur Drehung um eine sich in Tiefenrichtung erstreckende Drehachse befestigbar ist, und das ein Hornelement mit einem Anschlussende aufweist, welches versetzt ist zu der sich in Tiefenrichtung erstreckenden Drehachse; und

einen Stellantrieb zur Drehung des Drehteils um die sich in Tiefenrichtung erstreckende Drehachse, wodurch die Steuerfläche zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen bewegt wird,

wobei der mechanische Vorteil durch den Betätigungsmechanismus maximiert wird, wenn die Luftströmungsbelastung auf die Steuerfläche ebenfalls in einem Maximum ist,

dadurch gekennzeichnet, dass:

die Steuerfläche zur Schwenkbewegung um eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende Achse durch einen Scharniermechanismus befestigt ist, welcher in Spannweitenrichtung beabstandete erste Scharnierelemente aufweist, welche längliche Öffnungen aufweisen, welche in der Ebene der Tragfläche liegen, und in Spannweitenrichtung beabstandete zweite Scharnierelemente, wobei jedes der zweiten Scharnierelemente einen Montagestift für eine zusammenwirkende Aufnahme in den länglichen Öffnungen eines zugehörigen der ersten Scharnierelemente aufweist, um eine Bewegung der Steuerfläche in Tiefenrichtung zu erlauben;

wobei der Betätigungsmechanismus weiterhin ein langgestrecktes Verlagerungselement aufweist, welches dem Drehteil zugeordnet ist, wobei das langgestreckte Verlagerungselement fest an der Steuerfläche angebracht ist und im Wesentlichen in der Ebene der Steuerfläche liegt;

wobei das Anschlussende des Hornelements schwenkbar an einer Hülse angebracht ist, die gleitfähig mit dem Verlagerungselement zur Bewegung darauf zusammenwirkt; und

wobei die Bewegung der Steuerfläche zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen zufolge des gleitfähigen Zusammenwirkens der Hülse mit dem Verlagerungselement erfolgt.

In den Zeichnungen ist:

1 eine perspektivische Ansicht von einem Flugzeug, das das neue Flugsteuersystem der vorliegenden Erfindung verkörpert;

2 eine Detailperspektivenansicht, die einen Teil von 1 veranschaulicht;

3 eine Draufsicht auf einen Bereich von 1;

4 eine Draufsicht, teilweise im Ausschnitt, mit gewissen Teilen herausgebrochen, die in mehr Detail das Innere der in 3 gezeigten Anordnung veranschaulicht;

5 eine Querschnittsansicht entlang Linie 5-5 in 1;

6 eine Querschnittsansicht entlang Linie 6-6 in 4;

7 eine Querschnittsansicht entlang Linie 7-7 in 6;

8 eine Querschnittsansicht entlang Linie 8-8 in 4;

die 9A, 9B und 9C sind detaillierte diagrammartige Seitenansichten, die sukzessive Stellungen von Komponenten für ein herkömmliches Flugsteuersystem veranschaulichen;

die 10, 11 und 12 sind detaillierte diagrammartige Draufsichten, die sukzessive Stellungen einer Hauptkomponente der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;

die 10A, 11A und 12A sind detaillierte diagrammartige Höhenansichten, die die jeweiligen sukzessiven Stellungen der in den 10, 11 und 12 veranschaulichten Hauptkomponente veranschaulichen;

13 ist eine detaillierte perspektivische Ansicht, im Wesentlichen ähnlich zu 2, aber veranschaulichend ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

14 ist eine Schnittansicht im Wesentlichen entlang Linie 14-14 in 13;

15 ist eine Draufsicht im Wesentlichen ähnlich zu 4, aber veranschaulichend ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

16 ist eine Seitenansicht des in 15 veranschaulichten Ausführungsbeispiels und zeigt davon eine neutrale Orientierung; und

17 ist eine Seitenansicht, ähnlich zu 16, aber zeigt die Komponenten davon in einer abwärts abgelenkten Stellung.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Flugzeugs 20 dargestellt, das Merkmale der vorliegenden Erfindung einschließt. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung in vielen alternativen Formen an Ausführungsbeispielen verkörpert werden kann. Außerdem kann jede geeignete Größe, Kontur oder Typen von Elementen oder Materialien verwendet werden.

Mit fortgesetztem Bezug auf 1 und unter Einbezug nun der 2, 3, 4 und 5 beinhaltet das Flugzeug 20 in üblicher Weise einen Flügel oder eine Tragfläche 22 und eine Steuerfläche 24. Die Steuerfläche 24 ist auf der Tragfläche montiert zur schwenkbaren Bewegung um eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende Achse durch einen Bereich von Stellungen zwischen einer neutralen (durchgezogene Linie) Position, siehe 5, bei welcher die Luftströmungsbelastung darauf in einem Minimum ist, und einer aufwärts abgelenkten Stellung (gestrichelte Linie) in einem Beispiel und einer abwärts abgelenkten Stellung (gestrichelte Linie) in einem anderen Beispiel. Die Luftströmungsbelastung auf die Steuerfläche ist in einem nominellen Maximum entweder in der aufwärts abgelenkten Stellung oder in der abwärts abgelenkten Stellung.

Ein Betätigungsmechanismus 26 (4) ist vorgesehen zur Bewegung der Steuerfläche 24 zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen. Der Betätigungsmechanismus 26 beinhaltet ein Paar von in Spannweitenrichtung beabstandeten Drehteilen 28, wobei jedes Drehteil an der Tragfläche 22 geeignet zur Drehung um eine sich in Tiefenrichtung erstreckende Drehachse 30 montiert ist und ein Hornelement 32 aufweist mit einem Anschlussende 34, das in Spannweitenrichtung von der Drehachse versetzt ist. Ein langgestreckter Übertragungsstab 36 ist geeignet an der Steuerfläche 24 befestigt, so positioniert, um jedem Drehteil 28 angegliedert zu sein, und liegt im Wesentlichen in der Ebene der Steuerfläche. Das Anschlussende 34 des Hornelementes 32 ist drehbar an einer Hülse 38 befestigt, die gleitfähig und drehbar mit der äußeren peripheren Oberfläche des Übertragungsstabes zusammenwirkt. Diese Konstruktion wird klarer mit Bezug auf die 6 und 7 erkannt. In einer bevorzugten Ausführung ist der Übertragungsstab 36 als rohrförmig zu sehen mit einem kreisförmigen Querschnitt, wobei die Hülse 38 entlang der Länge des Übertragungsstabes gleitfähig bewegbar ist.

Unter Rückkehr zu 4 sind in Tiefenrichtung beabstandete Lager 44, 46 auf der Tragfläche 22 vorgesehen zur drehbaren Montage des Drehteils 28um die Drehachse 30. Der Betätigungsmechanismus 26 beinhaltet auch einen geeigneten Drehstellantrieb 48, zum Beispiel, zum Drehen jedes Drehteils 28 um seine Drehachse 30. Dies wird mittels einer Stellantriebswelle 50, die für jedes Drehteil 28 eingesetzt wird, erreicht. Wie dies am besten in 8 zu sehen ist, ist ein Stirnrad 52 koaxial auf jedem Drehteil 28 befestigt, und ein Schneckenrad 54 ist integral ausgebildet und axial ausgerichtet auf der Stellantriebswelle 50, um antriebsmäßig mit dem Stirnrad 52 zusammenzuwirken.

Aufgrund des gleitfähigen Zusammenwirkens des Folgeelementes 38 am Anschlussende 34 des Hornelements 32 mit der Führungsschiene 36 und mit der gerade beschriebenen Anordnung wird, wenn der Drehstellantrieb 48 betätigt wird, die Steuerfläche 24 zwischen den aufwärts und abwärts abgelenkten, in 5 gezeigten Stellungen bewegt.

Natürlich ist es, damit der Betätigungsmechanismus 26 seine Funktion ausführen kann, notwendig, dass die Steuerfläche 24 richtig an der Tragfläche 22 montiert ist. Daher, wie besonders in den 2 und 3 gezeigt, besitzt die Tragfläche einen Rücksprung 56 zur angepassten Aufnahme der Steuerfläche. Der Rücksprung 56 wird teilweise durch eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende Montagefläche 58 definiert, die zu der Steuerfläche 24 hinweist. Das Flugsteuersystem für das Flugzeug 20 beinhaltet außerdem einen Gelenkmechanismus 60, der die drehbare Bewegung der Steuerfläche 24 zwischen den aufwärts und abwärts abgelenkten Stellungen ermöglicht. Der Gelenkmechanismus 60 beinhaltet ein Paar aus in Spannweitenrichtung beabstandeten ersten Scharnierelementen 62, die an der Befestigungsfläche 58 montiert sind und von dieser vorstehen und die im Wesentlichen langgestreckte Öffnungen 64 dadurchgehend aufweisen, die im Wesentlichen in der Ebene der Tragfläche 22 liegen. Ein Paar aus in Spannweitenrichtung beabstandeten zweiten Scharnierelementen 66 ist ähnlich montiert und steht von der Steuerfläche 24 hervor und in Richtung zu der Befestigungsfläche 58. Jedes der zweiten Scharnierelemente 66 weist einen damit integralen Befestigungszapfen 68 auf zur zusammenwirkenden Aufnahme in der langgestreckten Öffnung eines zugeordneten der ersten Scharnierelemente. Die langgestreckten Öffnungen 64 in den Scharnierelementen 62 nehmen die erforderliche Bewegung in Tiefenrichtung der Steuerfläche 24 relativ zu der Tragfläche 22 auf, speziell des Scharniers 66 und des Zapfens 68, wenn sich die Steuerfläche zwischen der neutralen Position und entweder ihren aufwärts oder abwärts abgelenkten Stellungen bewegt.

Mit der schon beschriebenen Konstruktion liegt ein primärer, von der Erfindung offerierter Vorzug in der Tatsache, dass der durch den Betätigungsmechanismus 26 offerierte mechanische Vorteil maximiert ist, wenn die Luftströmungsbelastung auf die Steuerfläche 64 ebenfalls in einem Maximum ist. Um dieses Phänomen zu erklären, wird nun anfänglich Bezug auf die 9A, 9B und 9C genommen, welche diagrammartig einen herkömmlichen Steuerflächenstellantrieb veranschaulichen. In diesem Fall ist eine herkömmliche Tragfläche 70 mit einer zugehörigen herkömmlichen Steuerfläche 72 versehen, die als Ergebnis des Betriebs eines Stellantriebs 74 zwischen angehobenen ( 9A), neutralen (9B) und abwärts abgelenkten (9C) Stellungen bewegt wird. Der Momentenarm in der neutralen oder nicht abgelenkten Stellung der Steuerfläche 72 ist, wie in 9B zu sehen ist, mittels eines Bezugsymbols MA0 gekennzeichnet. Der Momentenarm in der in 9A gezeigten aufwärts abgelenkten Stellung ist mittels eines Bezugssymbols MAauf gekennzeichnet und in der abwärts abgelenkten Stellung von 9C mittels eines Bezugssymbols MAab gekennzeichnet. Somit ist zu sehen, dass MA0 typischerweise größer ist als MAauf und MAab; mit anderen Worten tritt der größte mechanische Vorteil auf, wenn die Steuerfläche 72 in der neutralen, oder nicht abgelenkten, Position ist. Unglücklicherweise nehmen für diese herkömmliche Konstruktion aerodynamische Belastungen zu, wenn die Steuerfläche in Richtung der abgelenkten Positionen der 9A und 9C bewegt werden. Bei üblichen Steuerungen ist der mechanische Vorteil direkt proportional zu dem Momentenarm.

Wie von diesen Figuren zu erkennen ist, treten nominell maximale Luftbelastungen auf die Steuerfläche 72 auf, wenn sich die Steuerfläche in den vollständig nach oben (9A) oder nach unten (9C) abgelenkten Stellungen befindet, aber unglücklicherweise ist dies auch die Position, bei der der geringste mechanische Vorteil auftritt. Um diese Ineffizienz zu überwinden ist es dann erforderlich, dass der Stellantrieb 74 eine besonders große Größe besitzt.

Im Gegensatz ist bei der vorliegenden Erfindung der mechanische Vorteil umgekehrt proportional zu dem Momentenarm. Besonders ist für den Betätigungsmechanismus 26 der vorliegenden Erfindung in einer neutralen Stellung der Steuerfläche 24, siehe 10 und 10A, der mit 76 bezeichnete Drehteilversatz in einem Maximum, so dass sich der Momentenarm des Drehteils 28 in einem Maximum befindet, während die Luftströmungsbelastungen sich in einem Minimum befinden. Ist das Drehteil um 45° gedreht, siehe 11 und 11A, ist die Steuerfläche 24 um näherungsweise 75 % abgelenkt. Während die Luftströmungsbelastungen zunehmen, ist der mit 78 bezeichnete Drehteilversatz gegenüber dem mit 76 bezeichneten verringert, wobei der begleitend verringerte Momentenarm in einem verbesserten mechanischen Vorteil resultiert. In einer vollständig abgelenkten Stellung der Steuerfläche, siehe 12 und 12A, befinden sich die Luftströmungsbelastungen in einem Maximum, während der mit 80 bezeichnete Drehteilversatz Null ist, was in einem maximalen oder tatsächlich unendlichen mechanischen Vorteil resultiert.

Bei einem anderen, in den 13 und 14 zu sehenden Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Flugsteuersystem für das Flugzeug 20 elastomere Übergangsabschnitte 82 auf, die eine Tragfläche 84 und eine zugehörige Steuerfläche 86 verbinden, wobei ein Spalt zwischen der Tragfläche und der Steuerfläche vermieden wird, wie offenbart in dem allgemein an Diller et al. zugeteilten US-Patent Nr. 5,794,893. Die elastomeren Übergangsabschnitte 82 beinhalten elastomeres Material 88 aus Silikongummi oder anderem geeigneten Material, das eine Vielzahl von darin eingebetteten ersten bzw. zweiten Stangen 90, 92 aufweist, und erstrecken sich zwischen der Tragfläche und der Steuerfläche, wobei sich die ersten Stangen 90 im Wesentlichen in Spannweitenrichtung und die zweiten Stangen 92 im Wesentlich in Tiefenrichtung erstrecken. Die Stangen 90, 92 sind vorzugsweise aus einem Material zusammengesetzt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die umfasst: Glasfasern, Kohlenstoff, Stahl und Aluminium.

Wie in 14 zu sehen ist, beinhalten die elastomeren Übergangsabschnitte 82 auch eine Vielzahl von drehbar verbundenen Übergangskupplungen 94, jeweils mit einer Vielzahl der ersten Stangen 90 über die Spannweite der nach innen und nach außen gerichteten elastomeren Übergangsabschnitte und der zweiten Stangen 92, angrenzend an die Schnittstelle zwischen der Steuerfläche 86 und der Tragfläche 84.

Es werden nun die 15, 16 und 17 für noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betrachtet. In diesem Beispiel ist, wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen, eine erste Steuerfläche 100 an einer Tragfläche 102 montiert zur drehbaren Bewegung um eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende Achse im Wesentlichen auf die gleiche Weise, wie für die Steuerfläche 24 und die Tragfläche 22 beschrieben. Eine zweite Steuerfläche 104 ist ebenfalls an der Tragfläche 102 montiert via die erste Steuerfläche 100 zur drehbaren Bewegung um eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende Achse. Die zweite Steuerfläche 104 ist im Wesentlichen parallel zu der ersten Steuerfläche und ist von der ersten Steuerfläche in Tiefenrichtung beabstandet.

Die ersten und zweiten Steuerflächen sind durch eine Bandbreite von Stellungen hinweg zwischen einer neutralen Position (16), bei welcher die Luftströmungsbelastung darauf ein Minimum ist, und einer aufwärts abgelenkten Stellung in einem Beispiel und einer abwärts abgelenkten Stellung (17) in einem anderen Beispiel bewegbar. Die Luftströmungsbelastung auf die Steuerflächen 100, 104 ist ein Maximum, wenn die Steuerflächen entweder die aufwärts abgelenkte Position oder die abwärts abgelenkte Position annehmen.

Ein Betätigungsmechanismus 106, der im Wesentlichen ähnlich zu dem Betätigungsmechanismus 26 ist, ist vorgesehen zur Bewegung der ersten bzw. zweiten Steuerflächen 100, 104 zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen. Der Betätigungsmechanismus 106 beinhaltet ein Paar aus in Spannweitenrichtung beabstandeten aktiven Drehteilen 108, wobei jedes Drehteil an der Tragfläche 102 zur Drehung um eine sich in Tiefenrichtung erstreckende Drehachse 110 montiert ist und ein aktives Hornelement 112 mit einem Anschlussende 114, das von der Drehachse versetzt ist, aufweist. Ein Paar aus in Spannweitenrichtung beabstandeten passiven Drehteilen 116 ist auf der zweiten Steuerfläche 104 zur Drehung um eine sich in Tiefenrichtung erstreckende Drehachse 118 montiert. Jedes passive Drehteil 116 weist ein passives Hornelement 120 mit einem Anschlussende 122, das von der Drehachse 118 versetzt ist, auf. Eine langgestreckte, sich in Spannweitenrichtung erstreckende Führungsschiene 124 ist jedem Paar aus Drehteilen 108, 116 zugeordnet und ist integral ausgeführt mit und im Allgemeinen in der Ebene der Steuerfläche 100. Die Anschlussenden 114, 122 der aktiven bzw. passiven Hornelemente wirken drehbar miteinander zusammen und wirken beide gleitfähig mit der Führungsschiene 124 zusammen. Ein sich in Spannweitenrichtung erstreckender Übertragungsstab 126 verbindet die beiden Sets aus aktiven Drehteilen 108 und passiven Drehteilen 116, um deren einheitliche Bewegung zu gewährleisten.

Ein in diesem Beispiel nicht gezeigter Stellantrieb, der jedoch im Wesentlichen ähnlich zu dem in 4 zu sehenden Drehstellantrieb 48 ist, ist vorgesehen mit zugeordneten Wellen und Zahnrädern zur Drehung jedes aktiven Drehteils 108 um die Drehachse 110. Aufgrund des gleitfähigen Zusammenwirkens der Anschlussenden 114, 122 der aktiven und passiven Hornelemente 112, 120 mit den Führungsschienen 124 werden die ersten und zweiten Steuerflächen 100, 104 dadurch zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen bewegt. Wie in dem Beispiel des mit Hilfe der 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsbeispiels wird der durch den Betätigungsmechanismus 106 offerierte mechanische Vorteil maximiert, wenn die Belastung der Luftströmung auf die Steuerflächen 100, 104 ebenfalls bei einem Maximum ist.

In Wiederholung wird die Aerodynamik eines Flugzeugs, das die Erfindung verkörpert, verbessert mittels der sich ausdehnenden Steuerungen, die eine größere Steuerkraft (Steuerenergie), Rollkraft und Auftriebskraft liefern, da die Länge in Tiefenrichtung direkt proportional zum Auftrieb ist. Außerdem dient die Erfindung hinsichtlich CMT (continuous moldline technology) (kontinuierlicher Formtechnologie) wünschenswert dazu, um jederzeit Spannung auf die elastomeren Übergangselemente zu geben durch Liefern von Spannung einhergehend mit der Drehung der Steuerfläche.


Anspruch[de]
Flugsteuersystem für eine im Wesentlichen ebenflächige Tragfläche (22, 84, 102), die sich in Spannweiten- und Tiefenrichtung erstreckt, aufweisend:

eine Steuerfläche (24, 86, 100), die an der Tragfläche befestigbar ist zur Bewegung durch einen Bereich von Stellungen zwischen einer neutralen Stellung, an der eine Luftströmungsbelastung darauf minimal ist, und einer aufwärts abgelenkten Stellung einerseits und einer abwärts abgelenkten Stellung andererseits, wobei die Luftströmungsbelastung an der Steuerfläche ein Maximum entweder in der aufwärts abgelenkten Stellung oder in der abwärts abgelenkten Stellung erreicht; und

einen Betätigungsmechanismus (26, 106), der vorgesehen ist, um die Steuerfläche zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen zu bewegen, wobei der Betätigungsmechanismus aufweist:

ein Drehteil (28, 108), das an der Tragfläche zur Drehung um eine sich in Tiefenrichtung erstreckende Drehachse (30, 110) montierbar ist, und das ein Hornelement (32, 112) mit einem Anschlussende (34, 114) aufweist, welches versetzt ist zu der sich in Tiefenrichtung erstreckenden Drehachse; und

einen Stellantrieb (48) zur Drehung des Drehteils um die sich in Tiefenrichtung erstreckende Drehachse, wodurch die Steuerfläche zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen bewegt wird, wobei der mechanische Vorteil durch den Betätigungsmechanismus maximiert wird, wenn die Luftströmungsbelastung auf die Steuerfläche ebenfalls in einem Maximum ist,

dadurch gekennzeichnet, dass:

die Steuerfläche zur Schwenkbewegung um eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende Achse durch einen Gelenkmechanismus (60) montiert ist, welcher in Spannweitenrichtung beabstandete erste Scharnierelemente (62) aufweist, welche längliche Öffnungen (64) aufweisen, welche in der Ebene der Tragfläche liegen, und in Spannweitenrichtung beabstandete zweite Scharnierelemente (66), wobei jedes der zweiten Scharnierelemente einen Montagestift (68) für eine zusammenwirkende Aufnahme in den länglichen Öffnungen eines zugehörigen der ersten Scharnierelemente aufweist, um eine Bewegung der Steuerfläche in Tiefenrichtung zu erlauben;

wobei der Betätigungsmechanismus weiterhin ein langgestrecktes Verlagerungselement (36, 126) aufweist, welches dem Drehteil zugeordnet ist, wobei das langgestreckte Verlagerungselement fest an der Steuerfläche angebracht ist und im Wesentlichen in der Ebene der Steuerfläche liegt;

wobei die Bewegung der Steuerfläche zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen zufolge einer gleitfähigen Zusammenwirkung der Hülse mit dem Verlagerungselement erfolgt.
Flugsteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsmechanismus (26, 106) aufweist:

ein weiteres Drehteil (28, 108), wobei das weitere Drehteil in Spannweitenrichtung von dem Drehteil (28) beabstandet ist und an der Tragfläche (22, 84, 102) befestigbar ist zur Drehung um eine sich in Tiefenrichtung erstreckende weitere Drehachse (30, 110), wobei das weitere Drehteil ebenfalls ein Hornelement (32, 112) mit einem Anschlussende (34, 114) aufweist, das von der sich in Tiefenrichtung erstreckenden weiteren Drehachse versetzt ist, wobei das weitere Drehteil so angeordnet ist, dass es durch den Stellantrieb (48) um die sich in Tiefenrichtung erstreckende weitere Drehachse gedreht wird, wodurch die Steuerfläche (24, 86, 100) zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen bewegt wird; und ein langgestrecktes weiteres Verlagerungselement (36, 126), zugeordnet dem weiteren Drehteil, wobei das langgestreckte weitere Verlagerungselement an der Steuerfläche fest angebracht ist und im Wesentlichen in der Ebene der Steuerfläche liegt,

wobei das Anschlussende des Hornelementes des weiteren Drehteils an einer weiteren Hülse (38) drehbar befestigt ist, wobei die weitere Hülse gleitbar mit dem weiteren Verlagerungselement zur Bewegung darauf zusammenwirkt, und wobei die Bewegung der Steuerfläche zwischen den aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen auch aufgrund der gleitbaren Zusammenwirkung der weiteren Hülse mit dem weiteren Verlagerungselement gegeben ist.
Flugsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend in Tiefenrichtung beabstandete Lager (44, 46) zur drehbaren Montage des Drehteils (28), wobei der Stellantrieb (48) einen Drehstellantrieb aufweist, montiert an der Tragfläche (22), und wobei der Betätigungsmechanismus (26) weiter aufweist:

eine Stellantriebswelle (50);

ein Stirnrad (52), fest angebracht an dem Drehteil und koaxial damit; und

ein Schneckenrad (54), fest angebracht an der Stellantriebswelle und antriebsmäßig zusammenwirkend mit dem Stirnrad.
Flugsteuersystem nach Anspruch 3 in Rückbezug zu Anspruch 2, weiterhin aufweisend in Tiefenrichtung beabstandete Lager (44, 46) zur drehbaren Montage des weiteren Drehteils (28) daran, wobei der Betätigungsmechanismus (26) aufweist:

eine weitere Stellantriebswelle (50), axial ausgerichtet mit der Stellantriebswelle (50);

ein weiteres Stirnrad (52), wobei das weitere Stirnrad fest an dem weiteren Drehteil (28) angebracht und damit koaxial ist; und

ein weiteres Schneckenrad (54), wobei das weitere Schneckenrad fest an der weiteren Stellantriebswelle angebracht ist und antriebsmäßig mit dem weiteren Stirnrad zusammenwirkt.
Flugsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tragfläche (22, 84) einen Rücksprung (56) aufweist, um angepasst die Steuerfläche (24, 86) aufzunehmen, wobei der Rücksprung teilweise gebildet ist durch eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende Montagefläche (58), welche zu der Steuerfläche hinweist; und aufweisend einen Gelenkmechanismus (60), der die drehbare Bewegung der Steuerfläche zwischen der nach oben abgelenkten Stellung und der nach unten abgelenkten Stellung ermöglicht. Flugsteuersystem nach Anspruch 5, wobei der Gelenkmechanismus (60) aufweist:

ein Paar in Spannweitenrichtung beabstandete erste Scharnierelemente (62), die von der Montagefläche (58) vorstehen und im Wesentlichen langgestreckte, sich in Tiefenrichtung erstreckende Öffnungen (64) dadurchgehend aufweisen, welche im Wesentlichen in der Ebene der Tragfläche (22, 84) liegen; und

ein Paar von in Spannweitenrichtung beabstandeten zweiten Scharnierelementen (66), die von der Steuerfläche (24, 86) vorragen zu der Montagefläche hin, wobei jedes der zweiten Gelenkelemente einen damit einstückigen Befestigungszapfen (68) aufweist zur zusammenwirkenden Aufnahme in der langgestreckten Öffnung eines zugeordneten der ersten Scharnierelemente.
Flugsteuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das oder jedes Verlagerungselement (36) eine langgestreckte Achse aufweist, die sich im Wesentlichen in Spannweitenrichtung der Steuerfläche (24, 86) erstreckt. Flugsteuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend elastomere Übergangsabschnitte (82), die geeignet sind, die Tragfläche (84) und die Steuerfläche (86) zu verbinden, wobei ein Spalt zwischen der Steuerfläche und der Tragfläche der Steuerfläche vermieden ist. Flugsteuersystem nach Anspruch 8, wobei die elastomeren Übergangsabschnitte (82) elastomeres Material aufweisen, das eine Vielzahl von ersten und zweiten Stangen (90, 92) darin eingebettet aufweist und sich zwischen der Tragfläche (84) und der Steuerfläche (86) erstreckt, wobei die ersten Stangen sich im Wesentlichen in Spannweitenrichtung erstrecken und die zweiten Stangen sich im Wesentlichen in Tiefenrichtung erstrecken. Flugsteuersystem nach Anspruch 9, wobei das elastomere Material Silikongummi aufweist. Flugsteuersystem nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die ersten und zweiten Stangen (90, 92) aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die umfasst: Glasfasern, Kohlenstoff, Stahl und Aluminium. Flugsteuersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die elastomeren Übergangsabschnitte (82) eine Vielzahl von Übergangsstangen aufweisen, die drehbar verbunden sind, jeweils mit einer Vielzahl von ersten Stangen (90), die quer zu der Spannweite der Steuerfläche (86) verlaufen, und einer Vielzahl von zweiten Stangen (92), die an eine Schnittstelle zwischen der Steuerfläche und der Tragfläche (84) angrenzen. Flugsteuersystem nach Anspruch 2, aufweisend:

eine weitere Steuerfläche (104), die an der Tragfläche (102) zur drehbaren Bewegung um eine sich in Spannweitenrichtung erstreckende weitere Achse anbringbar ist,

wobei die weitere Steuerfläche im Wesentlichen parallel zu der Steuerfläche (100) ist und davon in der Tiefenrichtung beabstandet ist, wobei die weitere Steuerfläche bewegbar ist durch eine Bandbreite von Stellungen zwischen einer neutralen Stellung, in welcher die Luftstrombelastung darauf minimal ist und einer aufwärts abgelenkten Stellung, in einem Fall, und einer abwärts abgelenkten Stellung, in einem weiteren Fall, wobei die Luftstrombelastung an der weiteren Steuerfläche maximal ist entweder in der aufwärts abgelenkten Stellung oder in der abwärts abgelenkten Stellung;

wobei der Betätigungsmechanismus (106) weiterhin angeordnet ist, um die weitere Steuerfläche zwischen ihren aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen zu bewegen; und

wobei das Drehteil (108) und das weitere Drehteil (108) ein erstes Paar von in Spannweitenrichtung beabstandeten Drehteilen ausbilden, und wobei die Hornelemente (112) des Drehteils und des weiteren Drehteils aktive Hornelemente sind, wobei ein Drehteilversatz des Drehteils und des weiteren Drehteils sich in einem Minimum befindet, wenn die Luftströmungsbelastung auf die Steuerfläche in einem Maximum ist, wodurch ein maximierter mechanischer Vorteil hervorgerufen wird,

wobei das Flugsteuersystem weiter aufweist:

ein zweites Paar von in Spannweitenrichtung beabstandeten Drehteilen (116), von denen jedes an der zweiten Steuerfläche zur Drehung um eine sich jeweils in Tiefenrichtung erstreckende zusätzliche Drehachse (118) angebracht ist und ein passives Hornelement (120) aufweist, mit einem Endbereich (122), der in Bezug auf die zusätzliche Drehachse versetzt ist, wobei ein Drehteilversatz des zweiten Paares von Drehteilen in einem Minimum ist, wenn die Luftstrombelastung auf der zweiten Steuerfläche in einem Maximum ist, wodurch ein maximierter mechanischer Vorteil hervorgerufen wird,

wobei das langgestreckte Verlagerungselement (126) und das langgestreckte weitere Verlagerungselement (126) weiter zugeordnet sind dem einen bzw. dem anderen des zweiten Paares von in Spannweitenrichtung beabstandeten Drehteilen, wobei die Anschlussenden der passiven Hornelemente des einen Drehteils und des anderen Drehteils drehbar angebracht sind an der Hülse (36) beziehungsweise an der weiteren Hülse (36); und

wobei der Stellantrieb (48) aufgrund der gleitfähigen Zusammenwirkung der Hülse und der weiteren Hülse an dem Verlagerungselement beziehungsweise dem weiteren Verlagerungselement zusätzlich die zweite Steuerfläche zwischen ihren aufwärts abgelenkten und abwärts abgelenkten Stellungen bewegt.






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