DE233267C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-- JVl 233267 KLASSE 77 h. GRUPPE

in ROM.

Dämpfungsvorrichtung für Luft- und Wasserfahrzeuge. Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. März 1909 ab.

Wie bekannt, bedürfen die Luftschiffe zur Unterdrückung von Stampfbewegungen während der Fahrt am hinteren Ende angebrachter Dämpfungsflächen, die flossenartig oder auf andere Weise angeordnet werden. Man verleiht diesen Dämpfungsflächen große Abmessungen, insbesondere wenn sie, unmittelbar auf der Hülle angebracht, in einer gestörten Luftschicht und somit mit geringem Nutzeffekt

ίο arbeiten. Dadurch entsteht .also eine Erhöhung des Gewichtes und des Widerstandes bei der Bewegung, und außerdem können sie auch sonst hinderlich sein.

Auch Flugmaschinen, z. B. die Drachenflieger, bedürfen Dämpfungsflächen, die einen im Verhältnis zur Größe des Apparates sehr beträchtlichen Flächeninhalt besitzen müssen.

Schließlich ist bekannt, daß auch Torpedos

und Unterseeboote, die sich unter ähnlichen Bedingungen im Wasser befinden wie ein Luftschiff in der Luft, Dämpfungsflächen bedürfen, damit sie leicht gesteuert und in der eingeschlagenen Richtung erhalten werden können. Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die zur Erhaltung der Stabilität der sämtlichen oben genannten Fahrzeuge nötige Fläche zu verkleinern, indem man hinten oder zugleich vorn und hinten gesteigerte Wirkung besitzende Flächen so anbringt, daß sie sowohl bei der Vor- als auch bei der Rückwärtsfahrt stets im nämlichen Sinne wirken.

Nach der Erfindung ordnet man nun die Dämpfungsflächen beweglich an statt fest, nämlich mittels Zapfen um eine Achse drehbar, welche sich quer zur Richtung der Bewegung und hinter dem gesamten Widerstand der Fläche befindet. Es ist bekannt, daß bei schwach geneigten ebenen Flächen dieser Widerstand zwischen ¹Z₄ und Y₆ der Länge die Fläche schneidet und' bei Vergrößerung des Einfallwinkeis sich nach dem Schwerpunkt der Fläche hin verschiebt, den er erreicht, wenn die Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung steht.

Es genügt indessen, eine ebene Fläche auf einer durch den Schwerpunkt führenden Querachse zu lagern, um sicher zu sein, daß diese bei jedem Neigungswinkel stets hinter dem Widerstand bleibt.

Wenn es sich um krumme Flächen handelt, muß man von Fall zu Fall die richtige Lage der Achse ermitteln, da die Lage und die Wanderung des resultierenden Luftwiderstandes von der Form der Fläche abhängig ist.

Bei der vorher beschriebenen Anordnung würde die Fläche, falls sie sich vollständig frei drehen könnte, in ihrer der Fahrtrichtung parallelen Stellung nicht verbleiben, sondern bei der geringsten Störung ausschlagen und geneigt sein, sich senkrecht zur Bewegung zu stellen. Um dies zu .verhindern, genügt es, eine elastische Haltevorrichtung anzubringen, und bei zweckmäßiger Regelung dieser Haltevorrichtung kann man erreichen, daß unter der gleichzeitigen Einwirkung der schräg auf die Fläche treffenden Luft und der Gegenwirkung der Haltevorrichtung die Fläche sich

unter einem Winkel einstellt, der nach Belieben bestimmt werden kann, nämlich so, daß der Winkel, unter welchem sie von der Luft getroffen wird, erheblich größer ist als der Winkel, mit welchem sie getroffen werden würde, wenn sie mit dem Fahrzeug fest verbunden wäre.

Wenn man hintere und vordere Flächen so anwenden will, daß sie in gleichem Sinne

ίο wirken, werden die Hinterflächen drehbar auf einer Achse in dem hintersten Viertel der Flächenlänge angeordnet," und zwar am besten in nächster Nähe des hinteren, nicht des vorderen Endes des genannten Längenviertels.

Die Vorderflächen werden dagegen drehbar auf einer im vordersten Viertel befindlichen Achse angeordnet, und zwar am besten in der Nähe der Vorderkante selbst. Mit dieser Einrichtung erlangt man, daß sowohl bei der Vorwärtsals auch bei der Rückwärtsfahrt die jeweilige Hinterfläche bei Schwankungen des Fahrzeuges darauf hinstrebt, einen größeren Neigungswinkel einzunehmen, wodurch ein starkes aufrichtendes Moment erzeugt wird, während die jeweilige Vorderfläche im wesentlichen ihre Lage beibehält, wobei nur sehr geringe Störungen hervorgerufen werden.

In den beiliegenden Zeichnungen sind beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen

Fig. ι und 2 die Dämpfungsfläche eines Luftschiffes in der normalen Stellung und in der abgelenkten Stellung.

Fig. 3 zeigt ein Steuer mit gesteigerter Wirkung nach vorliegender Erfindung.

Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der zum Schwänz gehörigen Fläche mit gesteigerter Wirkung.

Fig. 5 ist ein Diagramm, aus dem ersichtlich ist, in welcher Weise die Wirkung der Fläche mit elastischer Verbindung nach vorliegender Erfindung sich ändert.

Fig. 6 und 7 stellen in Draufsicht bzw. in Seitenansicht eine Dämpfungsfläche mit elastischer Verbindung zur Steuerung eines Unterseebootes in senkrechter Richtung dar.

Fig. 8 zeigt die Vorrichtung im Innern eines Unterseebootes zur Betätigung eines Steuers mit elastischer Verbindung.

Fig. 9 zeigt schematisch die Anwendung der elastischen Verbindung bei einem Drachenflieger.
Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung zur Betätigung einer Gruppe mehrfacher Flächen mit elastischer Verbindung.

Fig. 11 stellt ein lenkbares Luftschiff oder Unterseeboot mit Vordersteuer und Hinterflächen im Ruhezustand und während der normalen Fahrt dar.

Fig. 12 und 13 zeigen die Stellung, die die Flächen der Fig. 11 einnehmen bzw. die Kräfte, die auf sie wirken, wenn während der Vor-r wärts- oder der Rückwärtsfahrt eine Abweichung vorkommt.

Mit der am Heck angebrachten Dämpfungsfläche für lenkbare Lüftschiffe (Fig. 1) beginnend, wird am Heck 1 des Luftschiffes, das sich mit seiner Achse x-y in der Fahrtrichtung ζ bewegt, die Dämpfungsfläche 2 angebracht, indem dieselbe bei 3 an einem Rahmen 4 festgemacht wird, der sie mit dem Heck der Hülle in Verbindung bringt. Die Fläche wird an der Stelle 5 durch zwei mit dem Rahmen 4 an den Stellen 8,9 verbundene Federn 6,7 festgehalten. In dieser Stellung trifft die Fläche des Steuers mit der Mittelebene x-y des Luftschiffes zusammen, und die Federn 6,7 sind gleichgespannt.

Aus Fig, 2, die das Luftschiff in schräger Fahrt darstellt, d. h. wenn die Achse x-y mit der Richtung der Bewegung einen gewissen Winkel macht, ist ersichtlich, wie unter dem bei 10 wirkenden Druck der Luft sich die Fläche um ihre Achse 3 dreht, so daß ihr Neigungswinkel in bezug mit der Luft selbsttätig vergrößert wird. In diesem Falle zieht sich somit die Feder 6 zusammen, während sich die Feder 7 streckt und die Fläche" in einer bestimmten Stellung anhält, bei welcher die Wirkung der Luft durch die entgegengesetzte Wirkung der Federn ausgeglichen wird.

Diese Stellung, d. h.. der endgültige Neigungswinkel der Fläche, hängt einzig und allein von dem Elastizitätsgrad der Federn ab und kann somit bei gleichen Bedingungen beliebig größer als der Winkel sein, den die Achse x-y mit der Richtung ζ macht.

Fig. 3 zeigt dieselbe Anordnung wie die Fig. ι und 2, in derselben sind aber die Befestigungsstellen der Federn 6, 7 mit den Seilen 11, 12 verbunden, die über die Leitrollen 8 und 9 laufen und an einer Einstellvorrichtung endigen, mittels welcher sie verschoben werden können, so daß die beschriebene Fläche auch als Steuer wirken kann.

Aus Fig. 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform ersichtlich, bei welcher die Fläche anstatt durch senkrecht zu ihr angebrachte Federn immer an der Stelle 5 durch eine in ihrer Ebene liegende, zwischen dem Punkt 5 und dem an dem Luftschiff festgemachten Punkt 14 angebrachte Feder 13 festgehalten wird ; in diesem Falle nimmt die Wirkung der Feder rascher zu als der Abweichungswinkel der Fläche.

Da der Druck der Luft auf eine gegen die Richtung des Luftstromes geneigte Ebene im Verhältnis zum Neigungswinkel steht, ist die genannte Wirkung bei gleicher Ausdehnung der Fläche und bei gleicher Geschwindigkeit des Luftschiffes in der, wie oben beschrieben, elastisch verbundenen Fläche eine bedeutend

größere als bei einer gleich großen und ähnlich angebrachten unbeweglichen Fläche, und da hauptsächlich von dem Wert des genannten Druckes die Dämpfungswirkung der Fläche selbst auf das Luftschiff abhängt, so ist diese Wirkung bei der beweglichen Fläche mit elastischer Verbindung eine sehr starke.

Man kann dadurch erlangen, daß, während eine gegebene feste Fläche zur Dämpfung nicht

ίο genügt, die nämliche Fläche, wenn beweglich und mit elastischer Verbindung versehen, dem Luftschiff eine genügende Stabilität verleiht.

Mit einem Wort, die beweglichen Flächen

wirken als wirkliche selbsttätige Steuerruder, die während der Fahrt die Stabilität sichern. Man kann .natürlich bewegliche Flächen mit festen Flächen zugleich benutzen, indem man z. B. eine feste und eine bewegliche Fläche unmittelbar nebeneinander anordnet; das für eine solche zusammengesetzte Dämpfungsfläche dieser Art berechnete Diagramm der Fig. 5 erläutert die Wirkung der elastischen Flächen im Vergleich zu jener der festen Flächen.

Die Linie c-d stellt die negativen Werte der Momente des resultierenden Paares aller entgegenwirkenden Kräfte für ein Luftschiff von ungefähr 3000 cbm dar, das mit einer festen Dämpfungsfläche von 36 qm versehen ist; die Linie a-b stellt die positiven Werte dar der Momente des resultierenden Paares der nämlichen Kräfte für Abweichungswinkel des Luftschiffes innerhalb eines Feldes von ungefähr 30 ° nach rechts und nach links von der Fahrtrichtung unter der Wirkung einer Dämpfungsvorrichtung, die aus 12 qm fester Fläche und 24 qm beweglicher Fläche zusammengesetzt ist.

Zwischen 0° und 5⁰ kommt die aufrichtende

Wirkung der beweglichen Flächen jener von ungefähr 80 qm fester Fläche gleich; dieses Vergrößerungsvermögen nimmt dann mit dem Zunehmen des Schrägheitswinkels ab, bis für einen gewissen Grenzwinkel die Wirkung der beweglichen Flächen der Wirkung von festen Flächen gleicher Ausdehnung gleich wird,

Für ein Unterseeboot von sehr scharfen Drehungsformen, das eine Verdrängung von 100 t und eine Länge von 20 m besitzt, würde zur Ausgleichung der Kippwirkung des Wassers ein wagerechter Dämpfungskiel von 4 qm nötig sein, angenommen, daß sich dieses Boot unter Wasser mit einer Geschwindigkeit von 10 Knoten zu bewegen hat und seine Form jener des oben genannten lenkbaren Luftschiffes ähnlich ist.

Bei der Anwendung der elastisch verbundenen Flächen gemäß vorliegender Erfindung genügt im ganzen ein Kiel von ι qm, vorausgesetzt natürlich, daß man über genügend starke Federn verfügt.

Um zu vermeiden, daß der Bewegung einstarker Widerstand geleistet wird, müssen die Federn, wenn es sich um ein Unterseeboot handelt, im Innern des Bootes untergebracht werden; und in diesem Falle empfiehlt es sich, die Drehachse der Flächen zwischen Y₂ und Y₄ ihrer Länge in der Richtung der Bewegung anzubringen, zum Zweck, das Drehmoment auf der Welle und das Gewicht der Federn zu verringern.

Diese Anordnung ist in den Fig. 6 und 7 in Draufsicht und im Schnitt schematisch dargestellt. In denselben ist 1 das Heck des Bootes, 2 sind die mit der Welle 3 verbundenen Flächen, welche auch zweiteilig sein können, 5, 5 sind zwei Hebelarme, 6, 7 die Federn und 8, 9 zwei feststehende Träger.

Es ist in der Tat bekannt, daß die Tiefenveränderungenfür die Unterseeboote mittels Steuerverstellungen im allgemeinen auf drei Arten erlangt werden:

durch die Anwendung einfacher, gewöhnlich am äußersten Punkt des Buges angebrachter Steuer; durch den Gebrauch doppelter Steuer mit entgegengesetzter Drehung an den beiden Enden des Bootes; durch die Anwendung von in der nämlichen Richtung sich drehenden Steuern an den beiden Enden des Bootes.

Von den drei Systemen ist das erste dasjenige, das die geringste Steuerfläche erfordert und somit die größte Geschwindigkeit gestattet; es ist aber auch das gefährlichste und am wenigsten sichere; denn da man am Bug nicht die großen Flächen anbringen kann, die zur Stabilität während der Fahrt nötig sein würden, so ist das Boot bei den verschiedenen Stellungen nicht stabil; vielmehr erfordert seine Steuerung eine fortwährende erschöpfende Aufmerksamkeit seitens des Steuermannes. Es wird daher das dritte sogenannte parallele Versenkungsverfahren vorgezogen, bei dem jedoch die nötige Fläche derart groß ist, daß die Geschwindigkeit bedeutend verringert wird.

Die Anwendung der Dämpfungsflächen mit elastischer Verbindung ermöglicht die Benutzung des ersten Verfahrens mit aller Sicherheit und ohne irgendwelche Aufmerksamkeit seitens des Steuermannes und verleiht dem Boot eine vollständige Stabilität während der Fahrt bei irgendwelcher Stellung, die es während der Steuerung einnehmen kann.

In diesem Falle kann man außer den festen Flächen auch ein Steuer am Heck oder am Bug anbringen oder sich der festen Flächen selbst als Steuer bedienen, indem man zweckmäßig auf die Befestigungsstellen der Federn wirkt. · .

Fig. 8 stellt eine bezügliche Ausführungsform schematisch dar.

Die Hinterflächen 2 sind mit der einen Hebelarm 4 tragenden Welle 3 verbunden, an dessen Ende sich eine Feder 6 befindet, die mit einem Ende an den Arm 4 und mit dem anderen Ende an einen festen Ring gebunden ist, der sich

in einem gezahnten Sektor 15 befindet, welcher konzentrisch zur Achse 3 ist und in seiner Bewegung durch am. Körper des Bootes festgemachte, in der Figur nicht angegebene Haltevorrichtungen geführt wird. Mit Hilfe der Zahnrädergruppe 16 und der Schraube ohne Ende 17 kann man vom Handrad 18 aus die Bewegung auf den gezahnten Sektor 15 übertragen und somit die Befestigurigsstelle der Feder verschieben, wodurch die anfängliche Neigung der elastischen Fläche geändert wird. Eine ähnliche Anordnung kann in den Torpedos angebracht werden.

In den Drachenfliegern können die elastischen Hinterflächen vorteilhaft angewandt werden; denn durch dieselben wird die zur Stabilität nötige Fläche bedeutend verringert.

Um die Störungen zu vermeiden, die bei dem Auftrieb durch die energische Wirkung der elastischen Flächen hervorgerufen werden, kann man dieselben mit Vordersteuern mit umgekehrter Wirkung verbinden, wie aus dem Schema der Fig. 9 ersichtlich.

In derselben stellen 19 und 20 den Schwanz und den Kopf des Körpers eines Drachenfliegers dar; am Schwanz ist die elastische, durch die Feder 13 zurückgehaltene und eine senkrechte Stange 21 besitzende Fläche 2 angebracht ; am Kopf ist das eine senkrechte Stange 23 besitzende entlastete Steuer 2ΐ^Λ vorgesehen. Die beiden Stangen sind 'durch gekreuzte Drähte 24 miteinander verbunden, so daß die Drehungen der beiden Flächen in umgekehrter Richtung erfolgen. Es kann irgendwelches andere Draht-, Hebel- oder Triebwerksystem, das denselben Zweck erreicht, verwendet werden. ·

Während die elastische Fläche eine gewisse niederdrückende Kraft erzeugt, erzeugt das Vordersteuer gleichzeitig eine gewisse hebende Kraft oder umgekehrt. Die beiden Kräfte können im Werte gleich oder die Steigkraft überwiegend sein, falls dies besser passend ist.

Auf diese Weise wird das Aufrichtpaar ohne Beeinträchtigung der Hubwirkung des Ganzen gesteigert.

In der Figur sind der Klarheit halber die Tragflächen und der Propeller weggelassen worden.

Es ist ferner in allen Maschinen, bei welchen die elastischen Flächen Anwendung finden können, möglich, Flächen reihenweise übereinander zu verwenden.

Fig. 10 stellt die Dämpfungsflächen eines lenkbaren Luftschiffes dar. Es sind dabei drei Reihen Flächen 2', 2", 2"' bei 3', 3", 3'" angeordnet und durch eine steife, bei 5', 5", 5'" gelenkige Stange 25 miteinander verbunden.
Die Federn 6, 7 sind nur bei 5" mit der Mittelfläche verbunden. Die Feder 6 endigt an dem festen Punkt 26 des Luftschiffes. Der ebenfalls feste Punkt 27 des Luftschiffes trägt eine Rolle, um welche sich ein Seil 28 wickelt, an dessen einem Ende die Feder 7 und an dessen anderem Ende ein in der Figur nicht angeführtes Handrad zur Einstellung der elastischen Flächen angebracht ist. Auf diese Weise können die Flächen mit einer einzigen Bewegung eingestellt werden.

Die Anordnung der Hinterflächen, die in Übereinstimmung mit den Vordersteuern wirken, sind in den Fig. 11, 12 und 13 gezeigt, die sich auf den Fall eines sich in der durch den Pfeil ζ angegebenen Richtung bewegenden Luftschiffes oder Unterseebootes beziehen.

In den genannten Figuren ist die Form des lenkbaren Luftschiffes oder des Bootes, bei dem die Flächen zur Anwendung gelangt sind, mit punktierten Linien angegeben.

Die Hinterflächen 2 sind auf einer Achse 3 angeordnet und werden durch die vordere, bei 14 angreifende Feder 13 festgehalten. Die Vordersteuer 22 sind auf einer Achse 29 angeordnet und werden durch die bei 31 angreifende hintere Feder 30 festgehalten. '

Die Drehachse 3 befindet sich im letzten Viertel der von der Vorderkante ab gerechneten Länge des Steuers, und zwar sehr nahe an der Hinterkante selbst.

Die Federn können natürlich in irgendeiner anderen Weise je nach den baulichen Anforderungen angeordnet werden. Wenn das Fahrzeug bei seiner Vorwärtsfahrt abweicht, z. B. nach links, wie Fig. 12 zeigt, entwickeln sich die Kräfte α und b gegen die Flächen 2 und 22.

Die in der oben beschriebenen Weise wirkenden Hinterflächen streben darauf hin, den Abweichungswinkel des Fahrzeuges zu verkleinern, während die Vorderflächen, bei welchen der Druckmittelpünkt hinter die Drehachse fällt, darauf hinstreben, den Abweichungswinkel des Fahrzeuges zu vergrößern. Nun ist aber die auf die Vorderflächen wirkende ablenkende Kraft b sehr gering, während die auf die Hinterflächen wirkende Aufrichtkraft α eine sehr große ist.

Auf diese Weise ist es möglich, die Vorderflächen derartig anzuordnen, daß sie als Steuer wirken, indem man den Befestigungspunkt 31 der Feder 30 verlegt, ohne das Gleichgewicht zu stören.

Diese Einrichtung ermöglicht außerdem die Rückwärtsfahrt unter Beibehaltung der Stabilität, was mit den gegenwärtig bei lenkbaren Luftschiffen und Unterseebooten in Gebrauch befindlichen Steuervorrichtungen nicht möglich ist.

In der Tat sind, wie aus Fig. 13 deutlich ersichtlich, bei Rückwärtsfahrt und bei Schrägstellung der Achse gegen die Richtung der Bewegung die Wirkungen umgekehrt. Die Hinterflächen 2 streben darauf hin, den Abweichungs-

winkel des Fahrzeuges zu vergrößern und rufen eine äußerst geringe störende Kraft α hervor, während die Vorderflächen 22 diesen Winkel verkleinern und eine große Aufrichtkraft b erzeugen.

Da bei der Vorwärtsfahrt die Kraft α entfernter von der Drehachse 3 und die Kraft b näher an der Drehachse 29 als bei der Rückwärtsfahrt ihre Wirkung ausübt, so ist es klar, daß die für die Vorwärtsfahrt geregelten Spannungen der Federn 13 und 30 im Falle der Rückwärtsfahrt nicht mehr entsprechen, vielmehr muß für die Rückwärtsfahrt die Wirkung der Feder 13 geschwächt und jene der Feder 30 verstärkt werden.

Dieses Ergebnis kann mit einer einzigen Bewegung, die die Befestigungspunkte 14, 31 der beiden Federn in der nämlichen Richtung, und zwar gegen das Heck, verschiebt, erreicht werden, welche Bewegung durch die Handhabung eines im Handbereich des Steuermanns befindlichen Vorwärtsfahrt- und Rückwärtsfahrthebels erzielt werden kann, der je nach Bedürfnis in die gewünschte Stellung gebracht wird.

Claims (8)

Patent-Ansprüche:

1. Dämpfungsvorrichtung für Luft- und Wasserfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen derartig drehbar angeordnet sind, daß, in der Fahrtrichtung gerechnet, die Drehachse hinter dem Widerstände der Fläche liegt, und daß die Beweglichkeit der Flächen durch Federn beschränkt wird.

2. Dämpfungsvorrichtung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungen entweder senkrecht oder parallel zur Fläche, auf die sie einwirken, angeordnet sind.

3. Dämpfungsvorrichtung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen willkürlich bewegt werden können, so daß man sie als Steuer benutzen kann.

4. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch ι für Wasserfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn im Schiffsinnern untergebracht sind und an mit der Welle der Flächen verbundenen Armen angreifen.

5. Dämpfungsvorrichtung nach den An-Sprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungspunkt der Feder verschiebbar ist.

6. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch ι für Drachenflieger, dadurch gekennzeichnet, daß elastisch gehaltene Hinterflächen derart mit vorderen Flächen verbunden sind, daß die Flächen entgegengesetzte Neigung einnehmen.

7. Dämpfungsvorrichtung nach Ansprach i, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Anwendung einer hinteren und vorderen Fläche, deren Drehachsen an den den Enden des Fahrzeuges zugewendeten Kanten der Flächen liegen, während die anderen inneren Kanten der Dämpfungsflächen mit dem Schiffskörper elastisch verbunden sind.

8. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungspunkte der Federn der Vorder- und Hinterflächen derartig verschiebbar angeordnet sind, daß die Befestigungspunkte beider Federn gleichzeitig gegen Bug oder Heck verlegt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.