Gurney Klappe - Gurney flap

Eine Gurney-Klappe auf der Unterseite eines Newman-Profils (aus dem NASA Technical Memorandum 4071).

Die Gurney-Klappe (oder Weidenschnabel ) ist eine kleine Lasche, die von der Hinterkante eines Flügels vorsteht . Typischerweise wird bei einem Satz rechten Winkel zu der druckseitigen Oberfläche des Strömungsprofils und Projekte 1% bis 2% der Flügelsehne . Diese Hinterkantenvorrichtung kann die Leistung eines einfachen Tragflügels auf fast das gleiche Niveau wie eine komplexe Hochleistungskonstruktion verbessern.

Das Gerät arbeitet, indem es den Druck auf der Druckseite erhöht, den Druck auf der Saugseite verringert und dazu beiträgt, dass die Grenzschichtströmung bis zur Hinterkante auf der Saugseite des Schaufelblatts anliegt. Gängige Anwendungen treten bei Autorennen , Hubschrauber Höhenleitwerke und Flugzeugen , wo hohe Lift ist von wesentlicher Bedeutung, wie Banner-Schlepp Flugzeuge.

Es ist nach seinem Erfinder und Entwickler, dem amerikanischen Rennfahrer Dan Gurney, benannt .

Geschichte

Das in Fig. 1 des US-Patents RE19412 von E. F. Zaparka von 1935 gezeigte "Flügel mit variablem Auftrieb" . Es ist ein beweglicher Mikrolappen, ähnlich dem festen Gurney-Flap.
Ein Gurney-Flap an der Hinterkante des Heckflügels eines Porsche 962

Die ursprüngliche Anwendung, die von der amerikanischen Automobilrennsport- Ikone Dan Gurney entwickelt wurde (der von seinem amerikanischen Rennfahrer Bobby Unser dazu herausgefordert wurde ), war ein rechtwinkliges Stück Blech, das starr an der oberen Hinterkante des Heckflügels seines Open-Wheel- Rennwagen der frühen 1970er Jahre. Das Gerät wurde nach oben zeigend installiert, um den vom Flügel erzeugten Abtrieb zu erhöhen und die Traktion zu verbessern . Er testete es in der Praxis und stellte fest, dass es einem Auto ermöglicht, Kurven mit höherer Geschwindigkeit zu fahren und gleichzeitig in den geraden Abschnitten der Strecke eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen.

Die erste Anwendung der Klappe erfolgte 1971, nachdem Gurney sich vom Fahren zurückzog und begann, sein eigenes Rennteam hauptberuflich zu leiten. Sein Fahrer Bobby Unser hatte auf dem Phoenix International Raceway ein neues, von Len Terry mit einer frühen CAD-Kamera entworfenes Auto getestet und war mit der Leistung des Autos auf der Strecke unzufrieden. Gurney musste vor dem Rennen etwas tun, um das Vertrauen seines Fahrers wiederherzustellen, und erinnerte sich an Experimente, die in den 1950er Jahren von bestimmten Rennteams mit Spoilern an der Rückseite der Karosserie durchgeführt wurden, um den Auftrieb aufzuheben (auf diesem Entwicklungsstand wurden die Spoiler nicht als potenzielle Leistungsverbesserer, lediglich Geräte zur Aufhebung des destabilisierenden und potenziell tödlichen aerodynamischen Auftriebs). Gurney beschloss, der oberen Hinterkante des Heckflügels einen "Spoiler" hinzuzufügen. Das Gerät war in weniger als einer Stunde hergestellt und montiert, aber Unsere Testrunden mit dem modifizierten Flügel verliefen in ähnlich schlechten Zeiten. Als Unser vertrauensvoll mit Gurney sprechen konnte, verriet er, dass die Rundenzeiten mit dem neuen Flügel verlangsamt wurden, weil er nun so viel Abtrieb erzeugte, dass das Auto untersteuerte . Alles, was man brauchte, war, dies auszugleichen, indem man vorne Abtrieb hinzufügte.

Unser erkannte sofort den Wert dieses Durchbruchs und wollte ihn vor der Konkurrenz, auch seinem Bruder Al , verbergen . Gurney wollte nicht auf die Geräte aufmerksam machen und ließ sie offen. Um seine wahre Absicht zu verbergen, täuschte Gurney neugierige Konkurrenten, indem er ihnen sagte, die abgestumpfte Hinterkante sollte Verletzungen und Schäden beim Schieben des Autos von Hand verhindern. Einige kopierten das Design und einige von ihnen versuchten sogar, es zu verbessern, indem sie die Klappe nach unten zeigten, was die Leistung tatsächlich beeinträchtigte.

Gurney konnte das Gerät mehrere Jahre im Rennsport einsetzen, bevor der wahre Zweck bekannt wurde. Später diskutierte er seine Ideen mit dem Aerodynamiker und Flügeldesigner Bob Liebeck von der Douglas Aircraft Company . Liebeck testete das Gerät, das er später "Gurney-Flap" nannte, und bestätigte Gurneys Feldtestergebnisse mit einer 1,25%-Chord-Flap auf einem symmetrischen Newman-Profil. Sein 1976er AIAA-Papier (76-406) "Über das Design von Unterschallprofilen für hohen Auftrieb" führte das Konzept in die Aerodynamik-Community ein.

Gurney übertrug seine Patentrechte an Douglas Aircraft, aber das Gerät war nicht patentierbar, da es im Wesentlichen einer beweglichen Mikroklappe ähnelte, die 1931 von E. F. Zaparka patentiert wurde, zehn Tage vor Gurneys Geburt. Ähnliche Geräte wurden auch von Gruschwitz und Schrenk getestet und 1932 in Berlin vorgestellt.

Theorie der Arbeitsweise

Die Gurney Klappe erhöht den maximalen Auftriebskoeffizienten ( C L, max ), verringert den Angriffswinkel für Nullhub (α 0 ), und erhöht die Kopflast Nickmoment ( C M ), die mit einer Zunahme der konsistent ist Wölbung des Tragflügel . Es erhöht auch typischerweise den Luftwiderstandsbeiwert ( C d ), insbesondere bei niedrigen Anstellwinkeln, obwohl für dicke Tragflächen eine Verringerung des Luftwiderstands berichtet wurde. Ein Nettovorteil des gesamten Auftriebs-zu-Widerstands-Verhältnisses ist möglich, wenn die Klappe basierend auf der Grenzschichtdicke entsprechend dimensioniert ist .

Die Gurney-Klappe erhöht den Auftrieb, indem sie den Kutta-Zustand an der Hinterkante ändert . Der Nachlauf hinter der Klappe ist ein Paar gegenläufiger Wirbel, die abwechselnd in einer von Kármán-Wirbelstraße abgeworfen werden . Zusätzlich zu diesen hinter der Klappe abgestrahlten Spannweitenwirbeln werden bei großen Anstellwinkeln vor der Klappe abgestrahlte sehnenweise Wirbel wichtig .

Durch den erhöhten Druck auf die untere Fläche vor der Klappe kann der obere Flächensog bei gleichem Auftrieb reduziert werden.

Hubschrauberanwendungen

Doppelte Gurney-Klappen auf einem Bell 222U-Hubschrauber

Gurney-Klappen haben eine breite Anwendung bei horizontalen Stabilisatoren von Hubschraubern gefunden, da sie über einen sehr weiten Bereich sowohl positiver als auch negativer Anstellwinkel arbeiten. Bei einem Extrem, bei einem starken Steigflug, kann der negative Anstellwinkel des Höhenleitwerks bis zu –25° betragen; im anderen Extrem, bei der Autorotation , kann sie +15° betragen . Infolgedessen haben mindestens die Hälfte aller im Westen gebauten modernen Hubschrauber sie in der einen oder anderen Form.

Die Gurney-Klappe wurde erstmals bei der Sikorsky S-76 B-Variante angewendet , als Flugtests ergaben, dass das Höhenleitwerk der ursprünglichen S-76 keinen ausreichenden Auftrieb bot. Die Ingenieure montierten eine Gurney-Klappe an der NACA 2412 invertierten Tragfläche, um das Problem zu lösen, ohne den Stabilisator von Grund auf neu zu gestalten. Der Bell JetRanger wurde auch mit einer Gurney-Klappe ausgestattet, um ein Einfallswinkelproblem im Design zu korrigieren, das zu schwierig direkt zu korrigieren war.

Der Eurocopter AS355 Twinstar Hubschrauber verwendet eine doppelte Gurney Klappe, die Projekte von beiden Oberflächen des vertikalen Stabilisators . Dies wird verwendet, um ein Problem mit der Auftriebsumkehr in dicken Tragflächenabschnitten bei niedrigen Anstellwinkeln zu korrigieren. Die doppelte Gurney-Klappe reduziert die Steuereingaben, die für den Übergang vom Schwebeflug in den Vorwärtsflug erforderlich sind .

Siehe auch

Verweise

Externe Links