DE3935925A1 - Passiver flatterdaempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen passiven Flatterdämpfer für einen aerodyna­ mischen Flügel.

Ein typisches Merkmal für den Mechanismus einer dynamischen Instabili­ tät, wie das sogenannte Flattern eines aerodynamischen Flügels, ist das Vorhandensein mindestens zweier gekoppelter Schwingungsformen benachbar­ ter Frequenz, bei denen z. B. Strömungsenergie so in Schwingungsenergie umgesetzt wird, daß mindestens eine am Flattermechanismus beteiligte Schwingungsform angefacht wird. Derartige dynamische Instabilitäten sind gefährliche Phänomene, die innerhalb kürzester Zeit zum Bruch der Flü­ gelstruktur führen können.

Zur Beseitigung einer derartigen dynamischen Instabilität von umströmten elastischen Strukturen, wie z. B. das Flügelflattern, werden im allgemei­ nen entweder Versteifungen der Struktur oder ein Massenausgleich oder eine Dämpfung beweglicher Teile vorgenommen. Die vorgenannten Maßnahmen sind mit erheblichem Gewichtszuwachs verbunden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Maßnahme zur Unterdrückung von dynamischen Instabilitäten, insbesondere einen Flatterdämpfer zu schaf­ fen, welcher leichter, möglichst wartungsarm und auch nachträglich mon­ tierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch einen nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten passiven Flatterdämpfer gelöst.

Ein derartiger Flatterdämpfer wirkt wie ein Servosystem, jedoch rein passiv und nutzt die aerodynamischen Kräfte eines entsprechend aerodyna­ misch wirksamen Elementes, z. B. eines Winglets, dessen Anstellwinkel mit geeigneter Phase und Amplitude derart verändert wird, daß die derart entstehenden aerodynamischen Kräfte der Flatterbewegung des gesamten Flügels entgegenwirken. Die Steuerung dieses aerodynamisch wirksamen Elementes geschieht dabei durch eine im Flügel angeordnete träge Masse, deren relative Lageveränderung zum Flügel bei einer Flatterbewegung die jeweilige Stellung des aerodynamisch wirksamen Elementes verändert. Da­ durch wird vermieden, daß sich eine periodische Flatterbewegung aufbaut.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

An der Spitze eines Flügels 1 ist innerhalb eines aerodynamisch verklei­ deten Gehäuses 1.2 ein Pendel 3 so angebracht, daß die Pendelachse 4 pa­ rallel zur Flügellängsachse 1.1 verläuft. Das Pendel 3 trägt am Ende ei­ ne träge Masse 2 und wird über Seitenschenkel 3.1. und 3.2 zum einen durch eine Feder 7 in einer mittleren Ruhelage gehalten und bei Bewegung durch einen Dämpfer 8 gedämpft. Die Feder 7 und der Dämpfer 8 stützen sich dabei jeweils am Gehäuse 1.2 ab.

An der im Flügel 1 und im Gehäuse 1.2 drehbar gelagerten Achse 4 ist in Verlängerung zum Flügel 1 ein Winglet 6 fest verbunden, derart, daß des­ sen Anstellwinkel im Ruhezustand etwa demjenigen des Flügels 1 ent­ spricht und bei Bewegungen des Pendels senkrecht zur Flügellängsachse relativ zum Flügel 1 in positive oder negative Anstellung verdreht wird.

Das Pendel 3 bildet zusammen mit der trägen Masse 2 sowie der Feder 7 und dem Dämpfer 8 ein gedämpftes schwingungsfähiges System, dessen Ei­ genschwingungsverhalten möglichst breitbandig und auf den Flatterfre­ quenzbereich des Flügels abgestimmt ist.

Die Wirkungsweise dieses Flatterdämpfers ergibt sich wie folgt: Bei einer störungsbedingten Aufwärtsbewegung des Flügels 1 verursacht die Trägheit der Masse 2 am Pendel 3 eine Verdrehung des Winglets 6 der­ art, daß die durch die Pfeile 5 angedeutete Luftströmung 5 eine nach un­ ten gerichtete Kraft auf das Winglet 6 ausübt. Diese wird über die Achse 4 und das Gehäuse 1.2 an den starr mit diesem verbundenen Flügel 1 über­ tragen und somit die Aufwärtsbewegung des Flügels kompensiert. Entspre­ chend gegenläufig wirkt der Flatterdämpfer bei einer Abwärtsbewegung des Flügels 1.

Der Flatterdämpfer benötigt keine zusätzlichen Energien und läßt sich somit problemlos an einen aerodynamischen Flügel oder an eine andere in einer Strömung befindliche Struktur, die zu dynamischen Instabilitäten neigt, anbringen.

Claims (6)

1. Passiver Flatterdämpfer für einen aerodynamischen Flügel, ge­ kennzeichnet durch eine im Bereich der Flügelspitze angeordnete, in Richtung der Flatterbewegung des Flügels (1) bewegliche träge Masse (2), welche aufgrund seiner Trägheit ein aerodynamisch wirksames Element (6) derart steuert, daß eine Flatterbewegung des Flügels (1) durch eine ent­ gegengerichtete aerodymamische Kraft des Elementes (6) kompensiert wird.

2. Flatterdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse (2) durch ein Feder-Dämpfer-System (7, 8) in einer Ruheposi­ tion gehalten wird.

3. Flatterdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse (2) als Pendel (3) ausgebildet ist, welches in einer senkrecht zur Flügellängsachse (1.1) verlaufenden Richtung auslenkbar ist.

4. Flatterdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (3) um eine in Flügellängsrichtung (1.1) verlaufende Achse (4) drehbar ist, wobei die Achse (4) mit dem aerodynamisch wirksamen Element (6) und dem Pendel (3) fest verbunden ist.

5. Flatterdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das aerodynamische Element als Winglet (6) ausgebildet ist.

6. Flatterdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Feder-Dämpfer-Systems (7, 8) in Verbindung mit der trägen Masse (2) auf die Flatterfrequenz des Flügels (1) abgestimmt ist.