Konzept einer formvariablen Fowlerklappe für Verkehrsflugzeuge

Abstract

Die Tragflügel moderner Verkehrsflugzeuge sind für den Reiseflug optimiert. Daher ist der Einsatz von Hochauftriebshilfen, wie Vorflügel und Hinterkanten-klappen, für die Start- und Landephase erforderlich. Während des Reisefluges sind diese Hochauftriebshil-fen eingefahren und bilden so die Tragflügelvorder-bzw. hinterkante. Eine spezielle Art der Hinterkanten-klappe ist die Fowlerklappe. Der auftriebserhöhende Effekt dieser Klappe hat mehrere Ursachen. Da die Klappe auf sogenannten Tracks nach hinten und unten ausfährt, werden gleichzeitig Flügelfläche und –wöl-bung vergrößert, was eine Auftriebserhöhung hervor-ruft. In dem sich zwischen Flügel und ausfahrender Klappe bildenden Spalt strömt Luft von der Flügelun-terseite nach oben. Durch die Düsenwirkung des Spaltes erhöht sich die Geschwindigkeit dieser Strömung, was zu einer Energieanreicherung der Grenzschicht auf der Klappenoberseite führt. Im Rahmen des Leitkonzeptes Adaptiver Flügel der Partner DLR, DaimlerChrysler Forschung und Daim-lerChrysler Aerospace Airbus, soll das Hochauftriebs-verhalten künftiger Verkehrsflugzeuge durch eine ver-besserte Auslegung der Fowlerklappen optimiert wer-den. Hierbei werden drei Ziele verfolgt. Erstens soll die Anzahl der zur Lagerung der Klappe benötigten Tracks von drei auf zwei reduziert werden. Diese Einsparung führt zu einer Reduzierung von Masse, Komplexität und aerodynamischem Widerstand, sowie zu einer geringeren Belastung der Klappe durch äußere Lagerungszwänge. Das zweite Ziel ist die Reduzierung des aerodynamischen Wi-derstandes, der durch ein Auswehen der Klappenhinterkante hervorgerufen wird. Aufgrund der Elastizität der relativ dünnen Klappenhinterkante kommt es unter Luftlast zu einer Verformung nach oben, was den Widerstand erhöht. Das dritte und wichtigstes Ziel ist die Kontrolle des Spaltes zwischen Flügelhinterkante und Fowlerklappe während des Starts und der Landung. Diese Spaltbreite muß in einem engen Toleranzband gehalten werden, um die aerodynami-sche Funktion des Spaltes zu garantieren. Bei zu großem Spalt erfolgt die Beschleunigung der durchströmenden Luft nur unzureichend. Die Grenzschicht auf der Klappenober-seite wird in diesem Fall nur ungenügend mit Energie ange-reichert, was zu einer partiellen Strömungsablösung und damit zu Auftriebsverlusten führt. Bei einer zu geringen Spaltbreite kommt es zu einer Verstopfung des Klappen-spaltes mit Grenzschicht der Tragflügelunterseite. In diesem Fall wird die Grenzschicht auf der Oberseite der Klappe nicht mehr mit Energie angereichert, was zur Strömungs-ablösung und damit zu Auftriebsverlusten führt. Die Ge-nauigkeit der Spaltbreite über die gesamte Klappenspann-weite hat daher entscheidenden Einfluß auf das Hochauf-triebsverhalten des Flugzeuges.