DE102011108883B4

DE102011108883B4 - Strömungskörper mit einem Basiskörper und einer Vorderkante

Info

Publication number: DE102011108883B4
Application number: DE102011108883.4A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schlipf; Xavier Hue
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: US9102394B2; DE102011108883A1; US20130026295A1

Abstract

Strömungskörper (2), aufweisend
– einen Strömungskörperbasiskörper (4, 44) mit mindestens einem ersten Schalenelement (8, 54) und
– eine Strömungskörpervorderkante (6, 42) mit mindestens einem zweiten Schalenelement (22, 56) und mindestens einem Klemmkörper (18) und
– mindestens einem Aufnahmeraum (16, 50), der von mindestens einem der Klemmkörper (18) teilweise begrenzt wird,
wobei der Strömungskörperbasiskörper (4, 44) an einem vorderen Ende (12) mindestens einen Vorsprung (14, 52) aufweist, der mit dem mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) derart korrespondierend geformt ist, dass der mindestens eine Vorsprung (14, 52) in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) eingreifen kann,
wobei der mindestens eine Klemmkörper (18) innen an der Strömungskörpervorderkante (6, 42) und beabstandet von einem sich über den Klemmkörper (18) erstreckenden, hinteren Ende (40) des mindestens einen zweiten Schalenelements (22, 56) angeordnet ist,
wobei der Aufnahmeraum (16, 50) von einer Innenseite des mindestens einen zweiten Schalenelements (22, 56) überdeckt wird,
wobei das mindestens eine zweite Schalenelement (22, 56) stetig auf das mindestens eine erste Schalenelement (8, 54) drückt und
wobei das hintere Ende (40) des mindestens einen zweiten Schalenelements (22, 56) bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs (14, 52) in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) auf dem mindestens einen ersten Schalenelement (8, 54) bündig aufgespannt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Strömungskörper mit einem Basiskörper und einer Vorderkante sowie ein Flugzeug mit einem Tragflügel als Strömungskörper.
Hintergrund der Erfindung
An Flügeln von modernen Verkehrs- und Transportflugzeugen mit einem hohen Abfluggewicht werden umfangreiche Anforderungen gestellt. Zum einen sollte das Gewicht der Flügelstruktur möglichst gering sein, die mechanische Festigkeit und Elastizität jedoch für extremere Flugmanöver ausreichen, die als eine Auslegungsgrundlage angenommen werden. Eine hohe Zuverlässigkeit muss ebenso gewährleistet werden wie eine besonders niedrige Anzahl von Einzelteilen, um die Sicherheit des Flugzeugs zu erhöhen und die Wartbarkeit zu verbessern. Neben den Festigkeits- und Zuverlässigkeitsaspekten wird von einer Flügelkonstruktion verlangt, dass sie zur Erreichung eines möglichst geringen Widerstands möglichst schlank ist, dennoch einen möglichst hohen Auftrieb erreicht, wobei insbesondere an der Oberseite des Flügels eine laminare Strömung angestrebt wird.
Ein Flügel eines modernen Flugzeugs weist zumindest einen sog. Flügelkasten auf, in dem mehrere zweiholmige Biegeträger vorhanden sind, die mit Hilfe von Rippen und durch Längsversteifungselemente versteiften Ober- und Unterschalen zu einem kastenartigen Element verbunden werden. Dieser sogenannte Flügelkasten dient hauptsächlich zur Aufnahme von mechanischen Beanspruchungen während des Flugs. Die Ober- und Unterschale des Flügelkastens sind zur Erreichung eines gewünschten aerodynamischen Verhaltens entsprechend geformt und werden durch eine abgerundete Flügelvorderkante und eine sich verjüngende Flügelhinterkante zu einem Gesamtprofil mit einem möglichst geringen Luftwiderstand ergänzt.
Im Stand der Technik existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Anschlusskonstruktionen, mit denen Flügelvorderkanten an Flügelkästen angeschlossen werden. Diese Konstruktionen weisen stets Winkel, Verbindungskörper oder ähnliche Elemente auf, die sowohl mit dem Flügelkasten als auch der Flügelvorderkante über Niete oder andere Verbindungsmittel verbunden werden. Dies führt dazu, dass zwischen einer Oberschale des Flügelkastens und einem Hautfeld einer Flügelvorderkante beispielsweise ein Spalt oder eine Stufe entsteht, was insbesondere bei höheren Fluggeschwindigkeiten zu einer Störung der laminaren Strömung führt.
GB 162 918 A offenbart Streben, Holme und Flügel für ein Flugzeug, bei dem die Komponenten teilweise derart konstruiert sind, dass sie großen Belastungen standhalten, während andere Bestandteile eine Verkleidung oder Abdeckung darstellen und aus einem derart dünnen Material gefertigt sind, dass sie nur gering belastbar sind. Um die verschiedenen Komponenten miteinander zu verbinden, werden diese an den Kanten in Längsrichtung gebogen und zusammengeschoben, so dass eine Feder einer Komponente in einer Nut einer anderen Komponente angeordnet ist. Diese Anordnung wird anschließend durch Punktschweißen oder Nieten verbunden.
US 2008/0 164 376 A1 offenbart den Aufbau der Profilnase einer Tragfläche. Verschiedene Komponenten der äußeren Hülle der Profilnase werden in Form eines Stumpfstoßes gegeneinander angeordnet. Im Inneren der Profilnase wird an der Verblendungsstelle ein an den Enden J-förmig geformter Versteifungsholm angebracht. Mit Hilfe von Nieten werden die verschiedenen Komponenten der Profilnase an dem Versteifungsholm befestigt.
US 2 473 728 A offenbart die Verbindung verschiedener Außenhautkomponenten einer Tragfläche. Die Abschnitte der Außenhaut werden in Form eines Stumpfstoßes angeordnet, so dass sich die beiden Komponenten zwar berühren, aber nicht überlappen. Mit Hilfe von Nieten wird an die Kanten der sich gegenüberstehenden Komponenten jeweils eine Nut und auf der anderen Komponente eine Feder angebracht. Sowohl die Nut als auch die Feder weisen im Überlappungsbereich eine zylinderförmige Vertiefung auf, die parallel zu den Rändern der Außenhautkomponenten verläuft. In diese Vertiefung wird seitlich ein zylinderförmiger Stab eingeführt, wodurch ein Entfernen der Feder aus der Nut verhindert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung liegt folglich darin, einen Strömungskörper bereitzustellen, der einen Basiskörper und eine Vorderkante aufweist, die unter Verringerung oder Eliminierung sämtlicher Störstellen zur Erreichung einer laminaren Umströmung des Strömungskörpers miteinander verbunden sind. Die Aufgabe kann weiterhin auch darin liegen, die Montage eines Strömungskörpers zu vereinfachen und die Montagezeit zu verkürzen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Strömungskörper mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Strömungskörper einen Strömungskörperbasiskörper mit mindestens einem ersten Schalenelement auf und eine Strömungskörpervorderkante mit mindestens einem zweiten Schalenelement und mindestens einem Klemmkörper und mindestens einem Aufnahmeraum, der von mindestens einem der Klemmkörper teilweise begrenzt wird, wobei der Strömungskörperbasiskörper an einem vorderen Ende mindestens einen Vorsprung aufweist, der mit dem mindestens einen Aufnahmeraum derart korrespondierend geformt ist, dass der mindestens eine Vorsprung in den mindestens einen Aufnahmeraum eingreifen kann, wobei der mindestens eine Klemmkörper innen an der Strömungskörpervorderkante und beabstandet von einem hinteren Ende des mindestens einen zweiten Schalenelements angeordnet ist, wobei das hintere Ende des mindestens einen zweiten Schalenelements bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs in den mindestens einen Aufnahmeraum auf dem mindestens einen ersten Schalenelement bündig aufgespannt ist.
Im Rahmen der Erfindung ist der Strömungskörper als ein aerodynamisch wirksamer Körper angesehen, der insbesondere in Form eines Flugzeugtragflügels realisiert sein kann. Die Erfindung soll jedoch nicht auf derartige Tragflügel beschränkt werden, sondern soll allgemein einen Gegenstand definieren, der einen Strömungskörperbasiskörper und eine Strömungskörpervorderkante aufweist.
Der Strömungskörperbasiskörper wird als ein Hauptteil des Strömungskörpers angesehen, der beispielsweise die mechanischen Lasten trägt und mit Schalenelementen die an den Strömungskörper gestellten aerodynamischen Aufgaben erfüllt. Der Strömungskörperbasiskörper weist mindestens ein erstes Schalenelement auf, welches beispielsweise eine Oberschale oder eine Unterschale sein kann, zwischen denen sich Versteifungselemente oder dergleichen erstrecken können. Hierbei kommt es nicht darauf an, ob es tatsächlich eine Ober- oder Unterschale ist, solange die nachfolgend aufgeführten Eigenschaften erfüllt werden können. Der Strömungskörperbasiskörper weist ein Aufnahmeende auf, an dem die Strömungskörpervorderkante anzuordnen ist und an der ein Vorsprung angebracht ist, der eine Lasteinleitung von und zu der Strömungskörpervorderkante ermöglicht.
Die Strömungskörpervorderkante weist mindestens ein zweites Schalenelement auf, das sich beispielsweise über eine wesentliche oder die gesamte räumliche Erstreckung der Strömungskörpervorderkante erstreckt, so dass Ober- und Unterschalen nicht unbedingt voneinander zu trennen sind. Vielmehr kann das zweite Schalenelement dazu dienen, eine kontinuierliche Form- bzw. Richtungsänderung einer Oberfläche von einer Oberschale zu einer Unterschale des Strömungskörperbasiskörpers bereitzustellen. An der Strömungskörpervorderkante ist bevorzugt an dessen Innenseite mindestens ein Klemmkörper angeordnet, der einen Aufnahmeraum aufweist. Die Art der Befestigung des Klemmkörpers an der Strömungskörpervorderkante ist praktisch beliebig und kann zur Verringerung von in die Strömung ragenden Verbindungsmitteln besonders das Schweißen, Kleben, Ein- oder Auflaminieren oder andere Verbindungsverfahren umfassen. Bevorzugt erstreckt sich das zweite Schalenelement über den Klemmkörper, so dass der Aufnahmeraum von einer Innenseite des zweiten Schalenelements überdeckt wird.
Der Aufnahmeraum des mindestens einen Klemmkörpers ist dazu eingerichtet, den Vorsprung des Strömungskörperbasiskörpers zu umschließen, um im Idealfall eine formschlüssige Verbindung damit einzugehen. Der Vorsprung ist demnach derart geformt, dass er in den Aufnahmeraum bringbar ist, um damit eine Kraftübertragung von der Strömungskörpervorderkante zu dem Strömungskörperbasiskörper und umgekehrt zu ermöglichen. Bei einer Verbindung der Strömungskörpervorderkante mit dem Strömungskörperbasiskörper liegt aufgrund der Erstreckung des zweiten Schalenelements dieses bündig auf dem den Vorsprung beherbergenden ersten Schalenelement auf. Damit ist gleichzeitig eine Kraftübertragung zwischen der Strömungskörpervorderkante und dem Strömungskörperbasiskörper ermöglicht und es können Verbindungsmittel eingespart werden, die sich durch die Schalenelemente nach außen zu der aerodynamisch wirksamen Oberfläche erstrecken und gleichzeitig kann durch das bündige Aufliegen jegliche Art von Spalt oder Stufe verringert oder gänzlich eliminiert werden.
Als Aufnahmeraum wird eine geometrische Form angesehen, die zum Aufnehmen eines Objekts geeignet ist. Der Aufnahmeraum weist dafür Begrenzungswände auf, die zumindest an einer Seite geöffnet sind, um das Eintreten des Objekts zu gestatten. Das Objekt im Sinne der Erfindung ist ein Vorsprung an der Strömungskörpervorderkante, so dass der Aufnahmeraum eine Öffnung aufweist, die das Eintreten der Strömungskörpervorderkante erlaubt und eine Tiefenerstreckung zum vollständigen Aufnehmen besitzt.
Der Strömungskörper weist damit im Vergleich zu einem herkömmlich gefertigten Strömungskörper die gleichen aerodynamischen Qualitäten auf, während jedoch die Teileanzahl zur Verbindung der Strömungskörpervorderkante mit dem Strömungskörperbasiskörper deutlich verringert ist und gleichzeitig auch der Übergang zwischen Strömungskörpervorderkante und Strömungskörperbasiskörper aus aerodynamischer Sicht deutlich verbessert ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Vorsprung des Strömungskörperbasiskörpers als eine Abwinklung an dem vorderen Ende des ersten Schalenelements realisiert. Im Wesentlichen beschreibt dies, dass ein relativ kleiner Teilbereich des ersten Schalenelements zu einer Haupterstreckungsebene abgewinkelt ist. Kennzeichnend für die Abwinklung ist eine deutliche Winkeländerung und Bildung einer Lasche, die in einen korrespondierenden Aufnahmeraum des mindestens einen Klemmkörpers einbringbar ist. Damit wird eine leichte Einleitung einer in der Haupterstreckungsrichtung verlaufenden Kraft in das erste Schalenelement ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Strömungskörpervorderkante mehrere Klemmkörper auf, die zueinander beabstandet angeordnet sind und sich in einer gemeinsamen Befestigungsebene erstrecken. Die Strömungskörpervorderkante kann damit über eine Vielzahl von einzelnen Klemmkörpern gleichmäßig eine Kraft über eine Befestigungsebene in den Strömungskörperbasiskörper einleiten, so dass es, je nach Anzahl der eingesetzten Klemmkörper, nicht zu einer Verkantung oder einer unzulässigen mechanischen Beanspruchung des ersten Schalenelements kommt.
In einer ebenso vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Klemmkörper mehrfach unterbrochen. Ein sich entlang einer Befestigungsebene erstreckender Aufnahmeraum könnte stellenweise durch einen oder mehrere Ausschnitte in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen durchbrochen sein, um insgesamt Gewicht des Klemmkörpers und damit der Strömungskörpervorderkante zu reduzieren und dennoch eine gleichmäßige Befestigung der Strömungskörpervorderkante an dem Strömungskörperbasiskörper zu realisieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Klemmkörper als ein Falz ausgeführt, dessen Innenflächen den mindestens einen Aufnahmeraum teilweise begrenzen. Der Klemmkörper ist demnach ein abgewinkeltes, flächiges Bauteil mit einer Befestigungslasche und einer sich davon erstreckenden Haltefläche, an der der Aufnahmeraum liegt. Ein Falz ist dabei als ein Knick, eine Abwinklung oder ein Umschlag aufzufassen, der sich im Wesentlichen um 180° um die Haltefläche erstreckt. Ein durch den Falz gebildetes freies Ende und die Haltefläche berühren sich idealerweise nicht, sondern sind zueinander beabstandet angeordnet. Der Abstand zwischen dem freien Ende des Falzes und der Haltefläche ist derart zu dimensionieren, dass der Vorsprung des Strömungskörperbasiskörpers dort einbringbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der mindestens eine Vorsprung mindestens einen Durchbruch auf, der derart dimensioniert ist, dass der mindestens eine Klemmkörper durch den mindestens einen Durchbruch auf den mindestens einen Vorsprung aufschiebbar ist. Die Montage der Strömungskörpervorderkante an den Strömungskörperbasiskörper kann dadurch deutlich vereinfacht werden, denn das Aufschieben oder Aufstecken des Vorsprungs in den Aufnahmeraum des mindestens einen Klemmkörpers muss nicht zwangsläufig über die gesamte Länge des Vorsprungs bzw. der Strömungskörpervorderkante erfolgen. Weist der Vorsprung einen oder mehrere Durchbrüche auf, die mit einem oder mehreren Klemmkörpern, deren Ausschnitten, lichten Öffnungen oder dergleichen korrespondierend positioniert sind, kann die Strömungskörpervorderkante in einem leichten seitlichen Versatz an den Vorsprung gebracht werden, so dass der oder die Klemmkörper in den Durchbrüchen des Vorsprungs liegen, um anschließend durch eine Bewegung in der oder parallel zu der Ebene des Vorsprungs ein Aufschieben des Klemmkörpers auf den Vorsprung realisiert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der mindestens eine Vorsprung in mindestens einem zu dem mindestens einen Durchbruch weisenden Bereich eine Rampenform auf, durch die ein Aufschieben des mindestens einen Klemmkörpers auf den mindestens einen Vorsprung erleichtert wird. Der Begriff der Rampenform bezeichnet dabei eine abfallende Erstreckung des Vorsprungs zu den Durchbrüchen hin.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich der mindestens eine Aufnahmeraum von einer Einführbreite zu einer Klemmbreite hin. Ein seitliches Aufschieben kann dabei zunächst mit einer geringen Kraft durchgeführt werden, die sich sukzessive mit fortschreitendem Aufschieben erhöht, bis beispielsweise ein Verklemmen des Vorsprungs in der oder den Aufnahmeräumen des oder der Klemmkörper erfolgt. Das Ansetzen der Strömungskörpervorderkante an den Vorsprung wird dabei deutlich erleichtert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das hintere Ende des mindestens einen zweiten Schalenelements eine Schäftung zum Anschmiegen an das erste Schalenelement auf. Damit werden beim Aufliegen des ersten Endes des zweiten Schalenelements eine bündige Oberfläche und ein harmonischer Übergang von dem zweiten Schalenelement zu dem ersten Schalenelement realisiert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steht das mindestens eine zweite Schalenelement in einem Bereich zwischen dem mindestens einen Klemmkörper und dem hinteren Ende bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs in den mindestens einen Aufnahmeraum unter einer Spannung, die das hintere Ende auf dem mindestens einen ersten Schalenelement bündig aufspannt. Das zweite Schalenelement kann etwa bei nicht montierter Strömungskörpervorderkante eine stärkere Krümmung aufweisen als vorgegeben, die beim bündigen Auflegen des ersten Endes des zweiten Schalenelements auf das erste Schalenelement zu einem leichten Anpressen und damit einer stets harmonischen Gestaltung des Übergangs führt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Breite des mindestens einen Aufnahmeraums derart dimensioniert, dass bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs in den mindestens einen Aufnahmeraum der mindestens eine Vorsprung zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des Aufnahmeraums formschlüssig anliegt. Die Strömungskörpervorderkante wird dadurch besonders einfach und zuverlässig in der vorgegebenen Position gehalten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Breite des mindestens einen Aufnahmeraums derart dimensioniert, dass bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs in den mindestens einen Aufnahmeraum ein Riegelkörper zwischen dem mindestens einen Vorsprung einer Begrenzungsfläche des Aufnahmeraums einbringbar ist. Es ist bei dieser Maßgabe nicht notwendig, die Strömungskörpervorderkante seitlich auf den Strömungskörperbasiskörper aufzuschieben, was beispielsweise bei sehr großen Flügelvorderkanten, einer hohen Anzahl an Klemmkörpern und einer möglicherweise nicht linearen Erstreckungsrichtung des Vorsprungs besondere Vorteile aufweist. Die Strömungskörpervorderkante kann in einer Endposition an den Vorsprung gebracht werden, so dass der Vorsprung in den Klemmkörpern positioniert ist. Der Zwischenraum, der sich noch in dem mindestens einen Aufnahmeraum befindet, kann durch den Riegelkörper gefüllt werden. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Vorsprung Verbindungsmittel aufweist, an denen der Riegelkörper gehalten wird. Diese Verbindungsmittel sind beispielsweise Öffnungen, Durchbrüche, Bohrungen oder dergleichen, durch die sich Niete, Schrauben, Klammern oder andere Elemente hindurch erstrecken können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung weist ferner einen Toleranzausgleichsriegel auf, wobei bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs in den mindestens einen Aufnahmeraum die tiefenmäßige Erstreckung des Aufnahmeraums des mindestens einen Klemmkörpers um eine Toleranzstrecke größer ist als die Erstreckung des in den mindestens einen Aufnahmeraum eingreifenden Teils des Vorsprungs und der Toleranzausgleichsriegel die Toleranzstrecke überbrückt. Der Toleranzausgleichsriegel ist zwischen dem Vorsprung der Strömungskörpervorderkante und dem Aufnahmeraum des Klemmkörpers ein Toleranzausgleichriegel einzusetzen, so dass Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Strömungskörperbasiskörpers und der Strömungskörpervorderkante ausgeglichen werden. Der Aufnahmeraum sollte aus diesem Grunde größer, d. h. mit einer größeren Tiefenerstreckung, dimensioniert werden, als für die eigentliche Befestigungsfunktion notwendig. Durch Einsetzen von unterschiedlichen Toleranzausgleichsriegeln kann das gewünschte Maß eingestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Strömungskörpervorderkante und der Strömungskörperbasiskörper mit einer geteilten Rippenstruktur mit einer Strömungskörpervorderkantenrippe und einer Strömungskörperbasiskörperrippe ausgebildet, die in einem Verbindungsbereich jeweils eine Vertiefung aufweisen, die in zusammengesetzter Form der geteilten Rippenstruktur den Klemmkörper bilden. Beispielsweise können die Strömungskörperbasiskörperrippe und die Strömungskörpervorderkantenrippe jeweils eine beispielsweise absatzförmige Einbuchtung als Vertiefung aufweisen, die in einer zusammengesetzten Form der zweiteiligen Rippenstruktur zueinander gewandt sind und zusammen den Aufnahmeraum zur Aufnahme der Strömungskörpervorderkante bilden. Eine derartige Konstruktion ist besonders für die Verwendung an einem Flugzeugflügel geeignet. Ein zweites Schalenelement kann mit der Strömungskörpervorderkantenrippe verbunden werden und könnte sich deutlich über den Ort des Aufnahmeraums hinaus erstrecken. Die vorteilhaften und vorangehend genannten Merkmale, etwa die Schäftung, können mit dieser Ausführungsform kombiniert werden. Die Strömungskörpervorderkantenrippe und die Strömungskörperbasiskörperrippe können Stege aufweisen, die zur Befestigung der Strömungskörpervorderkantenrippe und der Strömungskörperbasiskörperrippe oder der Schalenelemente mit der Strömungskörpervorderkantenrippe und der Strömungskörperbasiskörperrippe aufweisen. Das Verbinden kann das Verkleben, Vernieten, Verschweißen oder dergleichen umfassen. Eine mögliche Teilungslinie beginnt vorteilhafterweise an einer Anschlussfläche des zweiten Schalenelements, von dem aus sich der über den Strömungskörperbasiskörper liegende Teil des zweiten Schalenelements erstreckt. Bei Festlegung der Lage und des Winkels einer solchen Teilungslinie kann die Zugänglichkeit für die Verbindung der Strömungskörpervorderkantenrippe und der Strömungskörperbasiskörperrippe berücksichtigt werden.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst, das einen als Tragflügel ausgebildeten vorangehend dargestellten Strömungskörper aufweist, wobei der Strömungskörperbasiskörper als Flügelkasten und die Strömungskörpervorderkante als Flügelvorderkante realisiert sind.
Kurze Darstellung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung des Strömungskörpers in einem vereinfachten Seitenschnitt.
2a, 2b und 2c zeigen die Befestigung der Strömungskörpervorderkante an dem Strömungskörperbasiskörper gemäß einer ersten Ausführungsform in einem vereinfachten Seitenschnitt (2a), einer vereinfachten Draufsicht (2b) und einer vereinfachten dreidimensionalen Darstellung (2c).
3 zeigt einen Klemmkörper in einer vereinfachten, dreidimensionalen Darstellung.
4 zeigt ein Detail einer Verbindung zwischen der Strömungskörpervorderkante und dem Strömungskörperbasiskörper in einem vereinfachten Seitenschnitt.
5 zeigt eine vereinfachte Seitenschnittdarstellung einer Flügelvorderkante und eines Flügelkastens mit einer Ausnehmung für eine Krüger-Klappe.
6a bis 6c zeigen die Befestigung der Strömungskörpervorderkante an dem Strömungskörperbasiskörper gemäß der zweiten Ausführungsform in einem vereinfachten Seitenschnitt (6a), einer vereinfachten Draufsicht (6b) und in einer weiteren vereinfachten Draufsicht (6c).
7 zeigt ein Detail der Verbindung zwischen Klemmkörper und Abwinklung gemäß der zweiten Ausführungsform.
8 zeigt ein Flugzeug, das mit einem als Tragflügel ausgebildeten Strömungskörper ausgerüstet ist.
Detaillierte Darstellung exemplarischer Ausführungsformen
In 1 wird etwas vereinfacht ein Strömungskörper 2 gezeigt, der einen Strömungskörperbasiskörper 4 und eine Strömungskörpervorderkante 6 aufweist. Der Strömungskörperbasiskörper 4 besitzt ein erstes Schalenelement 8, welches mit Versteifungsbauteilen 10 ein kastenartiges Objekt bildet. Das erste Schalenelement 8 weist an einem Aufnahmeende 12 einen Vorsprung in Form einer Abwinklung 14 auf, die mit einem Aufnahmeraum 16 eines Klemmkörpers 18 korrespondierend geformt ist. Der Klemmkörper 18 ist an einer Innenseite 20 der Strömungskörpervorderkante 6 an einem zweiten Schalenelement 22 angebracht. Der Klemmkörper 18 ist besonders bevorzugt über eine Schweißnaht 24 mit dem zweiten Schalenelement 22 verbunden, um so die Anzahl von sich nach außen erstreckenden Verbindungsmitteln zu beschränken. Alternativ können auch Klebe- und Laminierverbindungen oder andere Verbindungsarten gewählt werden.
Die Besonderheit des Strömungskörpers 2 liegt darin, dass in dem Aufnahmebereich 12 ein sehr glatter und harmonischer Übergang zwischen dem zweiten Schalenelement 22 und dem ersten Schalenelement 8 realisiert wird, dort praktisch keine Spalten und Stufen entstehen und die Laminarität der Umströmung des Strömungskörpers 2 nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere bei der Verwendung des Strömungskörpers 2 an einem Flugzeug in Form eines Tragflügels mit einem als Flügelkasten ausgeführten Strömungskörperbasiskörper 4 und einer als Flügelvorderkante ausgeführten Strömungskörpervorderkante 6 ergeben sich besonders große Vorteile hinsichtlich der aerodynamischen Leistung.
Die Strömungskörpervorderkante 6 wird, wie in den nachfolgenden 2a bis 2c dargestellt, an dem Strömungskörperbasiskörper 4 befestigt. Die Strömungskörpervorderkante 6 wird relativ zu dem Strömungskörperbasiskörper 4 positioniert, so dass der Aufnahmeraum 16 in einem Bereich der Abwinklung 14 des Strömungskörperbasiskörpers 4 liegt. In 2b wird dargestellt, dass die einzelnen Klemmkörper 18 in Durchbrüche 26 der Abwinklung 14 eingreifen können, um dann auf die nicht unterbrochenen Bereiche der Abwinklung 14 geschoben zu werden. 2b zeigt die Endposition zweier Klemmkörper 18, die an dem zweiten Schalenelement 22 angeordnet sind. Die Darstellung in 2b umfasst nur einen Ausschnitt der Strömungskörpervorderkante 6 und der Abwinklung 14 bzw. des ersten Schalenelements 8, es ist selbstverständlich, dass weitere Klemmkörper 18 vorhanden sein können.
In 2c wird anschaulich in einer dreidimensionalen Darstellung die Abwinklung 14 und ein Ausschnitt 26 gezeigt, in den ein Klemmkörper 18 eingreifen kann, um dann in der Zeichnungsebene nach links verschoben zu werden. Zur Erleichterung des Aufschiebens kann die Abwinklung 14 in einem Bereich nahe des Ausschnitts 26 eine Rampenform 28 aufweisen, die sich durch einen Kantenwinkel α zu der Erstreckungsachse 30 der Abwinklung 14 kennzeichnet.
Zur weiteren Erleichterung des Aufschiebens wird eine vorteilhafte Gestaltung des Klemmkörpers 18 in 3 gezeigt. Der Klemmkörper 18 ist hier als ein blechartiger Winkel mit einem Falz 32 gezeigt, dessen Breite sich von einer Breite b₂ an einem Einführende 34 zu einer Breite b₁ an einem Halteende 36 verjüngt. Beispielhaft kann auch die höhenmäßige Erstreckung des Aufnahmeraums von einer Höhe h₂ am Einführende 34 zu einer Höhe h₁ am Halteende 36 verringert werden.
4 zeigt ein Detail einer Abwinklung 14 und eines Klemmkörpers 18 für eine erste Ausführungsform. Wie ersichtlich ist, ist das erste Schalenelement 8 so geformt, dass eine abgesenkte Aufnahmefläche 38 zur Aufnahme des zweiten Schalenelements 22 vorhanden ist. Damit das zweite Schalenelement 22 einen möglichst bündigen Übergang zu dem ersten Schalenelement 8 bewirkt, weist dieses eine Schäftung bzw. eine sich verjüngende Dicke auf. Zur weiteren Steigerung der Dauerhaftigkeit des harmonischen Übergangs kann ein hinteres Ende 40 des zweiten Schalenelements 22 so positioniert sein, dass in einem nicht montierten Zustand der Bereich zwischen dem Ende 40 und der Position des Klemmkörpers 18 eine stärkere Krümmung des zweiten Schalenelements 22 vorliegt als im montierten Zustand. Hierdurch wird eine Vorspannung erreicht, durch die das zweite Schalenelement 22 stetig auf das erste Schalenelement 8 drückt.
In 5 wird eine Strömungskörpervorderkante 42 und ein Strömungskörperbasiskörper 44 gezeigt, die für die Verwendung an einem Flugzeugflügel ausgebildet sind. Der Klemmkörper wird hierbei durch eine zweiteilige Rippenstruktur mit einer Strömungskörpervorderkantenrippe 46 und einer Strömungskörperbasiskörperrippe 48 ausgebildet, die jeweils eine Vertiefung 49, 51, jeweils etwa als eine absatzförmige Einbuchtung, aufweisen, die in einer zusammengesetzten Form der zweiteiligen Rippenstruktur zueinander gewandt sind und zusammen einen Aufnahmeraum 50 zum Einführen einer Abwinklung 52 eines ersten Schalenelements 54 bilden. Ein zweites Schalenelement 56 ist mit der Strömungskörpervorderkantenrippe 46 beispielsweise über eine Verklebung oder Verschweißung verbunden und erstreckt sich deutlich über den Ort des Aufnahmeraums 50 hinaus, weist eine Schäftung auf und bildet einen sehr harmonischen Übergang mit dem ersten Schalenelement 54. Auch eine innenliegende Vernietung an Rippenfüßen oder dergleichen kann zielführend sein. Bei der verklebten Variante empfiehlt sich eine Vernietung mit dem zweiten Schalenelement 56 auf der Unterseite. Der vordere Rippenteil wird bevorzugt mit dem zweiten Verschalungsbauteil 56 vormontiert. Die hintere, flügelseitige Strömungskörperbasiskörperrippe 48 wird mit dem ersten Schalenelement 54 vormontiert und kann innenliegende Vernietungen und/oder eine Verklebung oder Verschweißung aufweisen. Nach dem Zusammenfügen der Strömungskörpervorderkante 42 und des Strömungskörperbasiskörpers 44 und dem Verspannen der beiden Komponenten können die Strömungskörpervorderkantenrippe 46 und die Strömungskörperbasiskörperrippe miteinander vernietet werden. Alternativ ist auch eine Verschraubung, eventuell in der Kombination mit Scherbolzen, denkbar.
Eine mögliche Teilungslinie beginnt vorteilhafterweise an einer Anschlussfläche des zweiten Schalenelements 56, von dem aus sich der über den Strömungskörperbasiskörper 44 liegende Teil des zweiten Schalenelements 56 erstreckt. Bei Festlegung der Lage und des Winkels einer solchen Teilungslinie kann die Zugänglichkeit für die Verbindung der Strömungskörpervorderkantenrippe 46 und der Strömungskörperbasiskörperrippe 48 berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise können Untergurte der Strömungskörpervorderkantenrippe 46 und der Strömungskörperbasiskörperrippe 48 über eine Laschenverbindung oder einen Doppler verbunden werden. Durch die Architektur kann die Strömungskörpervorderkante 42 als vormontierte Subkomponente ausgeführt werden. Auch die Toleranz der Lage von Kinematik-Lasteinleitungspunkten kann dadurch einfacher eingehalten werden.
Eine an der Unterseite der Strömungskörpervorderkante 42 und des Strömungskörperbasiskörpers 44 gezeigte größere Ausnehmung 58 dient zur Aufnahme einer Krüger-Klappe.
In den 6a bis 6c wird eine abweichende Gestaltung im Vergleich zu 2a und 2b gezeigt, bei der eine Strömungskörpervorderkante 6 mit Klemmkörpern 18 an eine Abwinklung 14 gebracht wird, um anschließend mit in den Aufnahmeräumen 16 der Klemmkörper 18 eingebrachten bzw. eingeschobenen Riegelkörpern 60 fixiert zu werden.
7 zeigt in einer etwas detaillierten Darstellung, dass der Aufnahmeraum 16 des Klemmkörpers 18 etwas größer dimensioniert ist als bei dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass neben der Abwinklung 14 auch der Riegelkörper 60 einbringbar ist. Zum zusätzlichen Ausgleich von Fertigungstoleranzen erstreckt sich der Aufnahmeraum 16 über einen größeren Bereich als notwendig, wobei der überflüssige leere Raum mit einem Toleranzausgleichsriegel 62 gefüllt wird.
Schließlich zeigt 8 stark schematisiert ein Flugzeug 64, das zwei Tragflügelhälften 66 mit jeweils einem Flügelkasten 68 und einer Flügelvorderkante 70 aufweist, wobei der Flügelkasten als Strömungskörperbasiskörper anzusehen ist. Durch eine verbindungsgemäß vorteilhafte Gestaltung der Verbindung zwischen Flügelkasten und Flügelvorderkanten kann die Beeinflussung der Laminarität der aerodynamischen Strömung verringert werden, so dass die aerodynamische Leistung gesteigert werden kann und gleichzeitig die Teileanzahl innerhalb der Tragflügelhälften 66 zur Anbindung von Strömungskörpervorderkanten 70 sinkt.
Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein” oder „eine” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
Bezugszeichenliste

2: Strömungskörper
4: Strömungskörperbasiskörper
6: Strömungskörpervorderkante
8: erstes Schalenelement
10: Versteifungsbauteil
12: Aufnahmeende, Aufnahmebereich, vorderes Ende
14: Abwinklung, Vorsprung
16: Aufnahmeraum
18: Klemmkörper
20: Innenseite
22: zweites Schalenelement
24: Schweißnaht
26: Ausschnitt, Durchbruch
28: Rampenform (nicht gezeigt)
30: Erstreckungsachse
32: Falz (nicht gezeigt)
34: Einführende
36: Halteende
38: Aufnahmefläche
40: hinteres Ende
42: Strömungskörpervorderkante
44: Strömungskörperbasiskörper
46: Strömungskörpervorderkantenrippe
48: Strömungskörperbasiskörperrippe
49: Vertiefung
50: Aufnahmeraum
51: Vertiefung
52: Abwinklung
54: erstes Schalenelement
56: zweites Schalenelement, zweites Verschalungsbauteil
58: Ausnehmung
60: Riegelkörper
62: Toleranzausgleichsriegel
64: Flugzeug
66: Tragflügel, Tragflügelhälfte
68: Flügelkasten
70: Strömungskörpervorderkante, Flügelvorderkante
α: Kantenwinkel
b₁: Breite
b₂: Breite
h₁: Höhe
h₂: Höhe

Claims

Strömungskörper (2), aufweisend – einen Strömungskörperbasiskörper (4, 44) mit mindestens einem ersten Schalenelement (8, 54) und – eine Strömungskörpervorderkante (6, 42) mit mindestens einem zweiten Schalenelement (22, 56) und mindestens einem Klemmkörper (18) und – mindestens einem Aufnahmeraum (16, 50), der von mindestens einem der Klemmkörper (18) teilweise begrenzt wird, wobei der Strömungskörperbasiskörper (4, 44) an einem vorderen Ende (12) mindestens einen Vorsprung (14, 52) aufweist, der mit dem mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) derart korrespondierend geformt ist, dass der mindestens eine Vorsprung (14, 52) in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) eingreifen kann, wobei der mindestens eine Klemmkörper (18) innen an der Strömungskörpervorderkante (6, 42) und beabstandet von einem sich über den Klemmkörper (18) erstreckenden, hinteren Ende (40) des mindestens einen zweiten Schalenelements (22, 56) angeordnet ist, wobei der Aufnahmeraum (16, 50) von einer Innenseite des mindestens einen zweiten Schalenelements (22, 56) überdeckt wird, wobei das mindestens eine zweite Schalenelement (22, 56) stetig auf das mindestens eine erste Schalenelement (8, 54) drückt und wobei das hintere Ende (40) des mindestens einen zweiten Schalenelements (22, 56) bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs (14, 52) in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) auf dem mindestens einen ersten Schalenelement (8, 54) bündig aufgespannt ist.
Strömungskörper (2) nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung (14) als Abwinklung an dem vorderen Ende (12) des mindestens einen ersten Schalenelements (8, 54) realisiert ist.
Strömungskörper (2) nach Anspruch 1, wobei die Strömungskörpervorderkante (6, 42) mehrere Klemmkörper (18) aufweist, die zueinander beabstandet angeordnet sind und sich in einer gemeinsamen Befestigungsebene erstrecken.
Strömungskörper (2) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Klemmkörper (18) mehrfach unterbrochen ist.
Strömungskörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Klemmkörper (18) als ein Falz (32) ausgeführt ist, dessen Innenflächen den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) teilweise begrenzen.
Strömungskörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Vorsprung (14, 52) mindestens einen Durchbruch (26) aufweist, der derart dimensioniert ist, dass der mindestens eine Klemmkörper (18) durch den mindestens einen Durchbruch (26) auf den mindestens einen Vorsprung (14, 52) aufschiebbar ist.
Strömungskörper (2) nach Anspruch 6, wobei der mindestens eine Vorsprung (14, 52) in mindestens einem zu dem mindestens einen Durchbruch (26) weisenden Bereich eine Rampenform (28) aufweist, durch die ein Aufschieben des mindestens einen Klemmkörpers (18) auf den mindestens einen Vorsprung (14, 52) erleichtert wird.
Strömungskörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der mindestens eine Aufnahmeraum (16, 50) von einer Einführbreite (b₁) zu einer Klemmbreite (b₂) verjüngt.
Strömungskörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das hintere Ende (40) des mindestens einen zweiten Schalenelements (22, 56) eine Schäftung zum Anschmiegen an das erste Schalenelement (8, 54) aufweist.
Strömungskörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine zweite Schalenelement (22, 56) in einem Bereich zwischen dem mindestens einen Klemmkörper (18) und dem hinteren Ende (40) bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs (14, 52) in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) unter einer Spannung steht, die das hintere Ende (40) auf dem mindestens einen ersten Schalenelement (8, 54) bündig aufspannt.
Strömungskörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breite des mindestens einen Aufnahmeraums (16, 50) derart dimensioniert ist, dass bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs (14, 52) in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) der mindestens eine Vorsprung (14, 52) zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des Aufnahmeraums (16, 50) formschlüssig anliegt.
Strömungskörper (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Breite des mindestens einen Aufnahmeraums (16, 50) derart dimensioniert ist, dass bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs (14, 52) in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) ein Riegelkörper (60) zwischen dem mindestens einen Vorsprung (14, 52) einer Begrenzungsfläche des Aufnahmeraums (16, 50) einbringbar ist.
Strömungskörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Toleranzausgleichsriegel (62), wobei bei Eingreifen des mindestens einen Vorsprungs (14, 52) in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) die tiefenmäßige Erstreckung des Aufnahmeraums (16, 50) des mindestens einen Klemmkörpers (18) um eine Toleranzstrecke größer ist als die Erstreckung des in den mindestens einen Aufnahmeraum (16, 50) eingreifenden Teils des Vorsprungs (14, 52) und der Toleranzausgleichsriegel (62) die Toleranzstrecke überbrückt.
Strömungskörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungskörpervorderkante (6, 42) und der Strömungskörperbasiskörper (4, 44) mit einer geteilten Rippenstruktur mit einer Strömungskörpervorderkantenrippe (46) und einer Strömungskörperbasiskörperrippe (48) ausgebildet sind, die in einem Verbindungsbereich jeweils eine Vertiefung (49, 51) aufweisen, die in zusammengesetzter Form der geteilten Rippenstruktur den Klemmkörper (18) bilden.
Flugzeug (64) mit einem als Tragflügel (66) ausgebildeten Strömungskörper (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Strömungskörperbasiskörper (4, 44) als Flügelkasten (68) und die Strömungskörpervorderkante (6, 42) als Flügelvorderkante (70) realisiert sind.