DE-102022005062-B4 - Flügelanordnung

Abstract

Flügelanordnung (10) in Form eines Propellerblatts eines Propellers eines Flächenflugzeugs oder eines Tragschraubers oder in Form eines Rotorblatts eines Haupt- oder Nebenrotors eines Flugzeugs mit Tragflächen, eines Hubschraubers oder eines Tragschraubers oder in Form eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage, wobei die Flügelanordnung (10) einen Hauptflügel (12) und einen entgegen einer Strömungsrichtung (22) vor dem Hauptflügel (12) daran beabstandet befestigten Vorflügel (14) umfasst, wobei in einem vertikalen Querschnitt längs der Strömungsrichtung (22) betrachtet eine Länge (D) eines sich entgegen der Strömungsrichtung (22) über eine Länge (A) des Hauptflügels (12) hinaus nach vorne erstreckenden Abschnitts (32) des Vorflügels (14) mindestens 20% einer Gesamtlänge (C) der Flügelanordnung (10) in Strömungsrichtung (22) beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Vorflügel (14) und dem Hauptflügel (12) ein Spalt (16) mit einem Strömungseinlass (18) und einem definierten, unveränderlichen Strömungsauslass (20) gebildet ist.

Inventors

• Erfinder gleich Patentinhaber

Assignees

• Paul-Matthias Schlecht

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20220909

Claims (9)

1. Flügelanordnung (10) in Form eines Propellerblatts eines Propellers eines Flächenflugzeugs oder eines Tragschraubers oder in Form eines Rotorblatts eines Haupt- oder Nebenrotors eines Flugzeugs mit Tragflächen, eines Hubschraubers oder eines Tragschraubers oder in Form eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage, wobei die Flügelanordnung (10) einen Hauptflügel (12) und einen entgegen einer Strömungsrichtung (22) vor dem Hauptflügel (12) daran beabstandet befestigten Vorflügel (14) umfasst, wobei in einem vertikalen Querschnitt längs der Strömungsrichtung (22) betrachtet eine Länge (D) eines sich entgegen der Strömungsrichtung (22) über eine Länge (A) des Hauptflügels (12) hinaus nach vorne erstreckenden Abschnitts (32) des Vorflügels (14) mindestens 20% einer Gesamtlänge (C) der Flügelanordnung (10) in Strömungsrichtung (22) beträgt, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem Vorflügel (14) und dem Hauptflügel (12) ein Spalt (16) mit einem Strömungseinlass (18) und einem definierten, unveränderlichen Strömungsauslass (20) gebildet ist.
2. Flügelanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei in dem vertikalen Querschnitt längs der Strömungsrichtung (22) betrachtet die Summe einer Länge (B) des Vorflügels (14) in Strömungsrichtung (22) und der Länge (A) des Hauptflügels (12) größer ist als die Gesamtlänge (C) der Flügelanordnung (10) in Strömungsrichtung (22).
3. Flügelanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei in dem vertikalen Querschnitt längs der Strömungsrichtung (22) betrachtet eine Länge (B) des Vorflügels (14) in Strömungsrichtung (22) mindestens 50% der Länge (A) des Hauptflügels (12) in Strömungsrichtung (22) beträgt.
4. Flügelanordnung (10) in Form eines Propellerblatts eines Propellers eines Flächenflugzeugs oder eines Tragschraubers oder in Form eines Rotorblatts eines Haupt- oder Nebenrotors eines Flugzeugs mit Tragflächen, eines Hubschraubers oder eines Tragschraubers oder in Form eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage, wobei die Flügelanordnung (10) einen Hauptflügel (12) und einen entgegen einer Strömungsrichtung (22) vor dem Hauptflügel (12) daran beabstandet befestigten Vorflügel (14) umfasst, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und wobei ein in Strömungsrichtung (22) hinterer Abschnitt (30) des Vorflügels (14) einen feststehenden Abschnitt (36) des Hauptflügels (12) überlappt, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem Vorflügel (14) und dem Hauptflügel (12) ein Spalt (16) mit einem Strömungseinlass (18) und einem definierten, unveränderlichen Strömungsauslass (20) gebildet ist.
5. Flügelanordnung (10) nach Anspruch 4 , wobei eine Länge (B) des Vorflügels (14) abzüglich der Länge (D) des sich entgegen der Strömungsrichtung (22) über die Länge (A) des Hauptflügels (12) hinaus nach vorne erstreckenden Abschnitts (32) des Vorflügels (14) mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 15% der Gesamtlänge (C) der Flügelanordnung (10) beträgt.
6. Flügelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vorflügel (14) feststehend an dem feststehenden Abschnitt (36) des Hauptflügels (12) befestigt ist.
7. Flügelanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei der Vorflügel (14) um eine im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung (22) verlaufende Achse (54) beweglich an dem feststehenden Abschnitt (36) des Hauptflügels (12) befestigt ist.
8. Flügelanordnung (10) in Form eines Propellerblatts eines Propellers eines Flächenflugzeugs oder eines Tragschraubers oder in Form eines Rotorblatts eines Haupt- oder Nebenrotors eines Flugzeugs mit Tragflächen, eines Hubschraubers oder eines Tragschraubers oder in Form eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage, wobei die Flügelanordnung (10) einen Hauptflügel (12) und einen entgegen einer Strömungsrichtung (22) vor dem Hauptflügel (12) daran beabstandet befestigten Vorflügel (14) umfasst, und wobei ein in Strömungsrichtung (22) hinterer Abschnitt (30) des Vorflügels (14) einen feststehenden Abschnitt (36) des Hauptflügels (12) überlappt, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem Vorflügel (14) und dem Hauptflügel (12) ein Spalt (16) mit einem Strömungseinlass (18) und einem definierten, unveränderlichen Strömungsauslass (20) gebildet ist.
9. Flügelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungseinlass (18) größer ist als der Strömungsauslass (20), sodass sich durch eine Luftströmung (24) in dem Spalt (16) ein Bernoulli-Effekt einstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese ist in der Form eines Propellerblatts eines Propellers eines Flächenflugzeugs oder eines Tragschraubers ausgebildet. Ebenso kann sie auch in der Form eines Rotorblatts eines Haupt- oder Nebenrotors eines Flugzeugs mit Tragflächen, eines Hubschraubers oder eines Tragschraubers ausgebildet sein. Ferner kann die Flügelanordnung auch in Form eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage ausgebildet sein. Die Flügelanordnung umfasst einen Hauptflügel und einen entgegen einer Strömungsrichtung vor dem Hauptflügel daran beabstandet befestigten Vorflügel, sodass zwischen dem Vorflügel und dem Hauptflügel ein Spalt mit einem Strömungseinlass und einem definierten Strömungsauslass gebildet ist. In einem vertikalen Querschnitt längs der Strömungsrichtung betrachtet beträgt eine Länge eines sich entgegen der Strömungsrichtung über eine Länge des Hauptflügels hinaus nach vorne erstreckenden Abschnitts des Vorflügels mindestens 20% einer Gesamtlänge der Flügelanordnung in Strömungsrichtung. Bei Rotor- oder Propeller-Anwendungen sind Flügelanordnungen der eingangs genannten Art als Rotorblätter oder Propellerblätter vorgesehen. Diese sollen besonders effizient ausgestaltet sein. Aus der AT 10 992 U1 ist eine Flügelanordnung in der Form eines Rotors einer sog. vertikalen Windkraftanlage der eingangs genannten Art bekannt. Der Rotor ist um eine vertikale Drehachse drehbar und weist umfangsseitig vier Rotorblätter mit jeweils vertikaler Erstreckung parallel zu der Drehachse auf. Jedes der Rotorblätter umfasst einen Hauptflügel und einen um eine Drehachse, die parallel zu der vertikalen Drehachse des Rotors verläuft, frei drehbaren Vorflügel. Der Rotor wird immer aus der gleichen Richtung quer zu der Drehachse seitlich mit Wind beaufschlagt. Das führt dazu, dass immer eine Hälfte des Rotors durch den Wind beschleunigt wird, während der Wind auf die andere Hälfte des Rotors abbremsend wirkt. Durch die gewölbte Form der Rotorblätter wird der Rotor im Stand der Technik trotzdem in eine Drehbewegung versetzt. Aus der WO 2005/ 023 645 A1 ist eine Flügelanordnung in der Form einer Tragfläche bekannt, die ein Gebläse zwischen einem vorderen Abschnitt und einem hinteren Abschnitt der Tragfläche umfasst, um die Luftströmung entlang einer Oberseite oder Unterseite der Tragfläche zu beschleunigen. Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, einen in Strömungsrichtung auf einer Oberseite eines Propeller- oder Rotorblatts fließenden Luftstrom zu beschleunigen, ohne gleichzeitig jedoch den Luftwiderstand übermäßig zu erhöhen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Flügelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Der Vorflügel weist in Strömungsrichtung eine relativ lange Erstreckung auf. Insbesondere erstreckt sich der Vorflügel entgegen der Strömungsrichtung soweit über einen vorderen Abschnitt des Hauptflügels hinaus, dass die Länge (D) des sich entgegen der Strömungsrichtung über die Länge (A) des Hauptflügels hinaus nach vorne erstreckenden Abschnitts des Vorflügels mindestens 20% einer Gesamtlänge (C) der Flügelanordnung, umfassend den Hauptflügel und den Vorflügel, in Strömungsrichtung beträgt. Ein vertikaler Querschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet einen Profilschnitt durch die Flügelanordnung, der senkrecht zu einer Längserstreckung der Flügelanordnung verläuft. Der Begriff der Flügelanordnung verdeutlicht lediglich, dass diese aus Hauptflügel und Vorflügel besteht. Dieser Begriff betrifft nicht die Ausrichtung der Flügelflächen zum Rumpf. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Flügelanordnung führt zu einer besonders starken Beschleunigung des Luftstroms auf der Oberseite des Hauptflügels. Dadurch kann der Hauptflügel in einem vertikalen Querschnitt längs der Strömungsrichtung dünner ausgestaltet werden, was wiederum zu einem geringeren Luftwiderstand führt. Das Profil des Hauptflügels kann in dem vertikalen Querschnitt schmaler ausgebildet werden. Die Wölbung des Hauptflügels kann geringer ausgebildet werden als bei herkömmlichen Flügelanordnungen mit Hauptflügel und daran befestigtem Vorflügel. Durch die im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Flügelanordnungen relativ großen Abmessungen des Vorflügels und die relativ kleinen Abmessungen des Hauptflügels kann bei Verwendung der Flügelanordnung als Tragfläche für ein Flugzeug eine relativ hohe Reisegeschwindigkeit erzielt werden. Dennoch kann durch die Flügelanordnung bei Verwendung als Tragfläche für ein Flugzeug ein relativ hoher Auftrieb bei geringen Geschwindigkeiten erreicht werden, was insbesondere beim Starten und Landen des Flugzeugs von Vorteil ist. Dies gilt insbesondere für hohe Anstellwinkel im Langsamflug. Der Vorflügel erstreckt sich über die gesamte Länge oder nur einen Teil der Länge des Hauptflü