Hochauftriebssysteme - von der Flugzeugkonfiguration zur ... · PDF fileB757, B767, B777 , A300, A310, A320, A330/A340, A320 Hydraulikantrieb (B727, B737) Ritzel-Zahnstange (B757,

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  • Martin Recksiek, EYCL

    Hochauftriebssysteme -von der Flugzeugkonfiguration zur Systementwicklung

    Presented by

    Martin Recksiek

    HAW Hamburg, 16.12.2004

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    Inhalt

    Notwendigkeit fr Hochauftriebssysteme

    Konfigurationsaspekte

    Aerodynamische Anforderungen

    Kinematik- und Systembeispiele

    A340 Hochauftriebssystem

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    Notwendigkeit fr Hochauftriebssysteme

    Mit zunehmender Reisefluggeschwindigkeit durch leistungsstrkere Kolbenmotoren erhhte sich das Verhltnis der Geschwindigkeiten von Reiseflug und Start/Landung, so dass Hochauftriebssysteme notwendig wurden.

    Die Einfhrung von Strahltriebwerken verlangte noch hhere Reisefluggeschwindigkeiten, um diese in einem optimalen Betriebspunkt zu betreiben.

    Fr gute Flugleistungen in der Reiseflugphase bei hohen Reisefluggeschwindigkeiten werden Flgel als Pfeilflgel mit hoher Flchenbelastung G/S ausgefhrt.Ohne Hochauftriebshilfen wrde ein solcher Flgel bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten nicht gengend Auftrieb erzeugen und hohe Landegeschwindigkeiten wren die Folge.

    In den frhen Tagen der Zivilluftfahrt war das Verhltnis zwischen Reisefluggeschwindigkeit und der Geschwindigkeit bei Start und Landung relativ gering ( 2:1), so dass keine Hochauftriebssysteme ntig waren. Dennoch wurden teilweise einfache Klappensysteme verwendet, um

    - eine bessere Gleitpfadkontrolle zu erreichen (z.B. mit Split Flap, eine Art Unterseiten-Spoiler)- die Sicht des Piloten durch Reduktion der sonst notwendigen Lngsneigung zu verbessern

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    Notwendigkeit fr Hochauftriebssysteme

    Hochauftriebssysteme dienen dem Zweck den Auftrieb in den LangsamflugphasenStart und Landung zu erhhen.Weiterhin ist eine Widerstandserhhung in der Landephase notwendig.

    Das Ausfahren von Vorder- und Hinterkantenklappen (Slats und Flaps) fhrt zu CA und CW.

    SvionKonfiguratCA A =2

    2),(

    Flaps

    Slats

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    Notwendigkeit fr Hochauftriebssysteme

    Startphase: - Ziel ist eine Auftriebserhhung mit minimaler Widerstandserhhungzur Verkrzung der erforderlichen Startbahnlnge

    - durch erhhten Widerstand wird der Steigwinkel reduziert- ein Einfahren der Klappen darf in der Steigphase erst oberhalb von 400 fterfolgen JAR 25.111

    GWF

    Landephase: - geringe Anfluggeschwindigkeit (VREF), um eine kurze Landebahnlngezu ermglichen

    - hoher Auftriebsbeiwert auf Grund der geringen Anfluggeschwindigkeit- entsprechender Widerstand zur Erzielung eines notwendigen Gleitwinkels- bei Steilanflgen ist ein entsprechend hoher Widerstand notwendig

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    Notwendigkeit fr Hochauftriebssysteme

    Steilanflug: - Notwendig um Hindernisfreiheit (Obstacle Clearance) sicherzustellen oderzur Lrmreduktion.

    - Als Steilanflug gilt ein Anflug mit einem Bahnneigungswinkel von 4.5- Der maximal erreichbare Bahnneigungswinkel ist durch die Krfte-, bzw.Geschwindigkeitspolare und der fr die Landung notwendige geringeAnfluggeschwindigkeit gegeben

    - Die Widerstandserhhung sollte optimalerweise ohne Spoiler erfolgen, daSpoiler den Auftrieb reduzieren und daher einen grsseren Anstellwinkelnotwendig machen, um den notwendigen Auftrieb (A = G cos) zu erhaltenDurch den grsseren Anstellwinkel wird der Abstand zu max reduziert unddamit die Manvrierbarkeit verschlechtert

    max

    GF

    CC

    GWF

    A

    W

    =

    sin

    Clean Wing Konfiguration

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    Konfigurationsaspekte

    Die Festlegung der Gesamtflugzeugkonfiguration erforderteinen Kompromiss zwischen Einzelaspekten, wie: - Flgel-Rumpf-Integration

    - Hochauftriebkonfiguration- Triebwerk-Integration- Fahrwerk-Integration- etc.

    Mit diesem Kompromiss werden die sich aus den Marktanforderungen ergebenden Flugzeuganforderungen bestmglich erfllt.

    Anforderungen an das Hochauftriebssystem fr gute aerodynamische Wirksamkeiten:- mglichst durchgehende, unterbrechungsfreie Klappen(Kontinuitt in Spannweitenrichtung)

    - grosse Klappenspannweite- geringe Flgelpfeilung- geringe Flgel/Rumpf Interferenz

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    Konfigurationsaspekte

    Beispiele fr Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Anforderungen:

    hohe Reisefluggeschwindigkeit

    notwendige Flgelpfeilung schlanker Flgel

    Biege-Torsionskopplung, vor allem beigrosser Spannweite

    Gefahr der Ruderumkehr bei aussen liegendem Querruder undBettigung im High Speed

    Verwendung eines All Speed Aileronoderunterschiedliche Aileron frLow Speed und High Speed

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    Konfigurationsaspekte

    Vermeidung von Tail-Strike bei erforderlichem Anstellwinkel,

    Bodenfreiheit des Triebwerks

    Notwendige Fahrwerklnge

    Kompromiss zwischen Fahrwerkslnge (Gewicht) und Abstand

    Triebwerk-Flgel (Interferenz des Triebwerksstrahl mit dem

    Hinterkantenklappen) notwendig.

    gegebenfalls ist ein Thrust Gate bei ausgefahrenen Landeklappen notwendig

    B737

    Fahrwerk-Integration

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    Konfigurationsaspekte

    Knick zwischen Innenklappe und Aussenklappe

    Dichtungen zur Vermeidung von Spaltstrmungen Umlenkgetriebe im Antriebsstrang

    Die Festlegung der Fahrwerkslage des Hauptfahrwerks wird bestimmt durch

    - notwendigen Abstand zum Schwerpunkt (Lngsstabilitt)- erforderliche Seitenstabilitt- Drehradius Bei Integration in den Flgel erfordert dieses einen entsprechenden

    Flgelinnenbereich

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    Aerodynamische Anforderungen

    Neben der Stellflchenkonfiguration muss auch der Klappentyp festgelegt werden

    Fr Vorderkantenklappen (Slats) und Hinterkanteklappen (Flaps) gibt es verschiedene Klappentypen mit unterschiedlichen Eigenschaften

    Die Auswahl des Klappentyps ist wiederum ein Kompromiss und von verschiedenen Kriterien abhngig- Stellflchenkonfiguration- Systemkomplexitt- erforderliche aerodynamische Performance:

    optimale Startgleitzahl:(grosses A/W, bzw. cA/cW)

    notwendiger Auftrieb bei limitierter Heckfreiheit

    hoher Widerstand und hoher Auftrieb bei der Landung

    1

    WA

    GF

    AW

    GF

    GWF

    F

    G

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    Sv

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    Aerodynamische Anforderungen

    Klappentypen - bersicht

    Hinterkante

    Vorderkante

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    Aerodynamische Anforderungen

    Neben Auswahl des Klappentyps werden seitens der Aerodynamik die Gap-Overlap Anforderungen definiert.

    Ein weiteres wichtiges Kriterium fr die Startleistung (L/D) ist die Charakteristik des Fowler-Weges und zugehrigen Klappenwinkels. Hier ist im allgemeinen ein hoher Fowler-Weg bei geringen Klappenwinkeln gewnscht.

    Klappenwinkel

    GapOverlap

    Fowlerweg