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Schraubenflieger mit nur einer Hubschraube. Die Erfindung betrifft
einen Schraubenflieger mit nur einer Hubschraube und ist im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß um eine senkrechte, in. einem wagerechten Träger befestige Welle
ein Gestell angeordnat ist, das um diese Welle gedreht werden kann. Der wagerechte
Träger hat an seinen Enden Triebschrauben mit gelenkigen Flügeln, deren Drehungsebenen
verstellbar sind. Das um die Welle drehbare Gestell ist mit Stoff bespannt und bildet
gewissermaßen eine Nabe, die so geformt sein kann, daß sie imstande ist, an dem
dynamischen Auftrieb des Flugzeuges teilzunehmen; sie trägt radiale Flügel, deren
Richtung und Drehungsebene geändert werden können, und zwar entweder selbsttätigoder
nach dem Willen des Führers, so daß dämit die verschiedenen Manöver zum, Steuern
und Stabilisieren ausgeführt werden. können.
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Zu diesem Zweck sind die Flügel einerseits dem Einfluß von radial
stehenden. Stabilisierungsflächen unterworfen, deren Bewegungen unter den ärodynamischen
Wirkungen und denjenigen der Zentrifugalkraft selbsttätig die Veränderung des Angriffswinkels
der genannten Flügel besorgen; anderseits dem Einfluß einer Daumenschraube, die
in Kardananordnung eingebaut und ebenfalls imstande ist, durch. ihre Lagenänderungen
den Angriffswinkel der Flügel während ihrer Drehung zu ändern; außerdem ist man
imstande, durch die Handhabung einer weiteren Vorrichtung, die neben der selbsttätigen
Einstellung durch die Stabilisierungsflächen und der Steuerung durch ,die Daumenscheibe
vor sich gehen kann, den Angriffswinkel aller Flügel gleichzeitig um denselben Betrag
zu ändern.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt,
und zwar ist Abb. i ein senkrechter Schnitt durchs einen Schraubenflieger, Abb.
2 ein Grundriß dazu, Abb.3 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtungen zur Änderung
des Angriffswinkels der Flügel der Hubschraube in. größerem Maßstabe.
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Der Schraubenflieger nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus
einem kreisrunden Gestell mit einem Träger i, der durch speichenartig angeordnete
Drähte 2 mit einem senkrechten Mittelpfosten 3 von der Gestalt einer Pyramide oder
eines Prismas verspannt ist. An .der Felge dieses runden. Gestells, das mit einer
geeigneten Stoffhülle bekleidet oder auch als, Schwimmer ausgebildet sein kann,
wenn. es. den Motor einschließt, sind eine Anzahl Flügel s befestigt, deren Angriffswinkel
sich .selbsttätig oder nach Belieben des Führers ändern können, wie nachstehend
erläutert wird. Diese Flügel 5 drücken während ihrer Drehbewegung, die sie zusammen
mit dem kreisförmigen Gestell ausführen, auf die Luft.
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Da die Flügel der Hubschraube sich mit großer Geschwindigkeit drehen
müssen und deshalb bedeutenden Zentrifugalkräften unterworfen werden, kann: man.
die folgende Art des Einbaus anwenden (Abb. 3).
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Die angreifenden Kanten eines jeden Flügels werden von Stäben 6, 7
gebildet, die in geeigneter Weise profiliert sein können und die ziemlich parallel
zu der radialen Symmetrieebene des Flügels angeordnet sind. Diese Stäbe sind im
Innern eines Überzuges 8 untergebracht, so @daß der Überzug 8 unter der Wirkung
der Zentrifugalkraft, die die Stäbe auseinander zu treiben sucht, gespannt werden
und im Betrieb eine ebene Fläche bilden wird. Es lassen sich auch zwischen .den
äußeren Stäben 6, 7 noch andere Stäbe 9, die ebenfalls annähernd: parallel sind
und Zwischenstützen bilden, einfügen, so .daß sie, wenn die Befestigungspunkte aller
Stäbe auf einem Bogen von zweckmäßiger Krümmung ro geführt werden, bei großen Umdrehungsgeschwindigkeiten
der sie umgebenden Hülle 8, die beliebiger Art sein kann, eine zweckmäßige Form
geben.
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Durch die Mitte des Gestells geht eine senkrechte Achse i i oder eine
Nabe, die eine Art kleinen Turm im Innern des Mittelpfostens 3 des Gestells bildet.
Die senkrechte Achse bzw. der kleine Turm ist auf einem wagerechten Träger 12 befestigt.
Die motorische Antriebsvorrichtung zur Erzeugung der Drehbewegung des runden Gestells
i und der daran sitzenden Flügel s ist entweder auf einem festen Teil (kleiner Turm
und wagerechter Träger) oder auf einem beweglichen Gestell und im Innern der Hülle
q. desselben, untergebracht. Bei letztgenannter Anordnung dreht sich die Antriebsvorrichtung
zugleich mit .der Hubschraube und erhält mit Hilfe einer geeigneten
Transmission
an den festen Teilen ihre Stützpunkte für d_e Kraftübertragung.
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Da der kleine Turm und der wagerechte Träger 12 dem Motor zum Antrieb
der Hubschraube als Stützpunkte dienen, muß .die Drehung des. Trägers 12 verhindert
werden. Zu diesem Zweck sind an den Enden dieses letzteren Schrauben 13 mit senkrechter
Drehungsebene vorgesehen.. Diese Schrauben erhalten ihren Antrieb von dem Motor
durch Vermittlung der Hubschraube 5 (und: Transmission 14). Der Führer kann, außerdem
nach Belieben und unter Benutzung einer besonderen Steuervorrichtung die Drehungsebene
der Schrauben 13 verstellen, zu einem noch zu erläuternden Zweck.
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Die Schrauben 13, welche ziemlich schnelle Winkelverstellungen erfahren,
die imstande sind, gyroskopische Drehmomente hervorzurufen, die ihre Haltbarkeit
in Frage stellen können., sind derart eingerichtet, daß ihre Flügel sich selbsttätig
verstellen können. Zu. diesem Zweck sind diese Ausgleichsschrauben 13 mit Hilfe
von Drehzapfen 15 zusammengebaut, die senkrecht zur Drehachse der Schrauben stehen,
so d'aß die Schraubenflügel bei ihrer Drehung eine mehr oder weniger schiefe Stellung
zu ihrer Drehachse einnehmen können, anstatt beständig senkrecht dazu zu bleiben.
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Die Flügel s der Hubschraube sind ebenfalls einstellbar, und zwar
selbsttätig oder nach dem Belieben des Führers. Zu diesem Zweck sind die Flügel
mit der Felge i, .die ihnen die 'Drehbewegung mitteilt, gelenkig verbunden ,so daß
sie einen veränderlichen, Angriffswinkel annehmen können. Dazu hat jeder Flügel
zwei Stäbe 6 und 7. Der eine @deiselben 6 ist an der Felge i angelenkt; der andere
Stab 7 sitzt an e?nem doppelten Schlitten 16, 17. Der eine Schlitten 16 kann durch
die entgegengesetzt ziehenden Seile 18, i9 senkrecht verschoben. werden; .die Seile
gehen dabei über die Leitrollen 2o, 21, d_e von Armen am Gestell getragen werden.
Der andere Schlittern 17 kann: bei der Bewegung des ersten Schlittens mitgenommen
werden, kann aber auch gegen diesen durchil eine selbsttätige Vorrichtung verschoben
werden, .die von den radialen Stabilisierungsflächen beeinflußt wird. Die letzteren
bestehen aus je einer Hilfsfläche oder einem Hilfsflügel 22, und ihre Wirkung erstreckt
sich auf jeden Flügel 5. Die größte Ausdehnung hat jeder Hilfsflügel in Richtung
.des Radius der Hubschraube. Er ist außerdem an dem Gestell i gelenkig be= festigt
und kann durch eine beliebige Übertragungseinrichtung 23 auf den Schlitten 17 einwirken,
der den verschieblichen Stab 7 des zugehörigen Flügels 5 hält. Ein Gewicht 24 ist
auf einer den Flügel 22 über seine Befestigungsstelle am. Gestefl der Hubschraube
verlängernden Stange25 angeordnet. Das Gewicht 24 und seine Entfernung von der Schwingungsachse
der Fläche 22 sind so bemessen., daß der Schwerpunkt des ganzen so nahe .der Schwingungsachse
gelegen ist, als es erforderlich ist.
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Damit der Führer nach seinem Belieben den Angriffswinkel der Flügel
der Hubschraube verändern kann, ist der Schlitten 16 (Abb. 3) durch Seile gehalten,
die über die Leitrollen 28, 29 zu den. Bügeln anderer Rollen 26, 27 gehen.
Die obere Rolle 26 und die untere a7 dienen als Vorlegerollen, für Steuerseile 18,
i9, deren eines Ende zu einem Steuerhebel 30
führt, der vom Führer gehandhabt
werden kann. Die anderen Enden, sind an einem doppelten Rollenbügel 3 r befestigt,
dessen Rollen 32 den Rand einer Platte 33 zwischen sich fassen. Diese Platte bildet
eine Daumensteuerscheibe und ist in Kardanaufhängung im Mittelpfeiler ir eingebaut;
sie kann ebenfalls Winkelverstellungen> erhalten, und zwar durch entsprechende Bewegungen
.des Steuerhebels 30.
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Die Arbeitsweise des Schraubenfliegers ist folgende.
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Aufsteigen: Während- der Drehung der _Hubschraube gibt man den Ausgleichsschrauben
13 eine solche Stellung, daß ihre Triebkräfte dem Drehmoment der Hubschraube das
Gleichgewicht halten.
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Für die Zwecke der Steuerung ist es indessen unerläßlich., d'aß man
das dem Drehmoment der Hubschraube entgegenwirkende Moment verändern kann. Indem
man. die Rotationsebene derAusgleichsschrauben 13 dreht, kann man nach Belieben
die Richtung des wagerechten Trägers und der Gondel beibehalten oder sie imr Gegenteil
dazu in @demeinen oder anderen. Sinn sich mit einer gewünschten Geschwindigkeit
.drehen lassen.
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In der Tat kann: man den Schrauben 13 bei geeigneter Anordnung derselben
eine solche Stellung geben, daß ihre Triebkräfte dem Drehmoment der Hubschraube
5 bei stationärem Flug das, Gleichgewicht hält. Das. läßt sich beispielsweise dadurch.
erreichen, daß man die Drehungsebene der Schrauben 13 in die Längssymmetrieebene
.des Trägers 1a legt. Um das dem Drehmoment widerstehende Moment zu verändern, genügt
es,@die Triebkräfte der Schrauben zu verändern. Indem man .die Rotationsebene der
Ausgleichsschrauben 13 um eine senkrechte Achse .dreht, verkleinert man, nach Belieben
die Komponente einer jeden .der ausgleichenden Triebkräfte, die senkrecht zu dem
Träger 12 gerichtet ist.
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Wenn die Triebkräfte den Wert übersteigen, welcher genauen Ausgleich
geben würde, kann man durch Verändern der Stellung der
Schrauben
13 die Richtung des wagerechten Trägers 1a beibehalten oder sie in dem einen
oder anderen Sinne mit beliebiger Gescb:windigkeit drehen.
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Wenn man, anstatt die beiden Schrauben 13
parallel zu verstellen,
sie nach entgegengesetzter Richtung verdreht, erhält man eine Anordnung, bei welcher
das Drehmoment der Hubschraube immer ausgeglichen, werden kann, welche aber die
Vorwärtsbewegung unterstützt. Dreht man die Ebene der Schraul-en 13, so kehrt
man den Drehsinn des Kräftepaares um, und das ist, wie gezeigt werden soll, notwendig,
wenn der Schraubenflieger im Scli,tvebeflug absteigt, nachdem der Motor angehalten
ist: Vorwärtsbewegung: Bei reinem Aufwärtsflug wirken die Hilfsflügel 22 so, daß
die den Flügeln 5 der Hubschraube gegebene Neigung eine derartige ist, daß Ausgleich
zwischen der Komponente der Zentrifugalkraft und dein Luftdruck auf die Flügel bestellt.
Um -die Vorwärtsbewegung des Fliegers zu erhalten, läßt man die Neigung der Flügel
sich so ändern, daß ihr Angriffswinkel während einer halben Umdrehung kleiner, während
der anderen halben Umdrehung größer wird. Diese Neigungsänderungen zwischen zwei
Maxima und zwei Minima lassen eine Komponente des Luftdrucks auf die Flügel 5 entstehen,
welche die Vorwärtsbewegung des Flugzeuges in gewünschter Richtung ergibt. Dabei
ist aber zu bemerken, daß diese Art und Weise der Steuerung, die nicht auf die Befestigungsstelle
der beständig senkrecht zur vertikalen Achse rotierenden Flügel einwirkt, bedeutende
Massendrücke als Komponente der Zentrifugalkraft erzeugt.
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Um diesen Übelstand zu vermeiden, läßt inan gleichzeitig mit der Veränderung
des Angriffswinkels des Flügels 5 in geeigneter Richtun,g_ den Befestigungspunkt
an dem Gestell i sich verschieben, derart, daß die Flügel 5 vermittels der Scheibe
33 nicht mehr um die vertikale Achse rotieren, sondern um eine ideelle Achse, die
gegen die Drehachse des Apparates geneigt steht.
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Dies wird dadurch ausgeführt, daß man .die Scheibe 33 nach der Richtung
neigt, in welcher man fliegen will, und, zugleich den Hebel 30
ausschwingt
und dadurch den Angriffswinkel der Flügel 5 verändert. Im übrigen fahren die Hilfsflügel
:2z fort, selbsttätig auf die Flügel 5 einzuwirken, und zwar derart, daß sie selbsttätig
den passenden Angriffswinkel annehmen. Diese Hilfsflügel üben also ihre Wirkung,
wie schon erklärt, aus, indem sie selbsttätig die Verschie:l.enheit der Drücke berichtigen,
welche durch die Vorwärtsbewertung des Flugzeuges erzeugt wird.
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Man kann natürlich auch eire Vor<<-ärtsbewegung erhalten., wenn
man die Achse der Hubschrauben wirklich gegen den wagerechten Träger 1z neigt.
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Während der Vorwärtsbewegung wird die Drehungsebene :der Ausgleichsschrauben
13 so verstellt, daß keine Bremsung des Fluges erfolgt. Es genügt, den Ebenen dieser
Schrauben 13 entsprechende Neigungen in entgegengesetzter Richtung zu geben,
um das Drehmoment der Hubschraube ohne Beeinträchtigung der Vorwärtsbewegung aufzuheben.
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Für Rückwärtsbewegung wird die Neigung der Flügel 5 der Hubschraube
umgekehrt und zugleich die Ebene der Ausgleichsschrauben 13 um i8o° gedreht.
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Abstieg bei abgestelltem Motor: - Landung: Wenn der Motor abgestellt
ist, fährt die Hubschraube fort, sich: zu drehen dank ihrer bisherigen Geschwindigkeit
und die Umdrehungsgeschwindigkeit nimmt allmählich ab. Das Flugzeug beginnt sich
zu senken. Während dieser Bewegung verstellen die Flügelaa selbsttätig die Flügel
s der Hubschraube, so claß sie .den. Angriffswinkel einnehmen, der für die schraubenförmige
Bahn., die sie beschreiben, vorgesehen war. Die normale Bewegung stellt sich ein,
wenn die Komponente in dieser Richtung gleich dem passiven Widerstand der sich drehenden
Flächen und- die vertikale Komponente gleich dem Gewicht des Flugzeuges ist. Der
Schraubenflieger steigt im kreisenden Schwebeflug nieder, indem er sich um seine
vertikale Achse,dreht.
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Da der Träger 1,2 keinem Drehmoment vom Motor zu widerstehen hat,
welches ihn umgekehrt zur Hubschraube zu drehen sucht, und da im Gegenteil diese
letztere durch: den Widerstand der Luft, der auf die entsprechend geneigten Flügel
s wirkt, in Bewegung gehalten wird, so ist es angebracht, beim Abstieg gleichzeitig
die Ebene der Ausgleichsschrauben 13 so zu verdrehen, daß die Richtun- des
Drehmomentes, welches sie erzeugt, umgekehrt wird.
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Im :Moment der Landung kann der Führer durch Verstellung der Scheibe
33 oder des Hebels 3o den Angriffswinkel der Flügel 5 vergrößern und so die lebende
Kraft der sich drehenden Masse benutzen, um den Sturz zu mildern.
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Stabilisierung: Die Erhaltung des Gleichgewichts des Schraubenflie-ers
ist insofern erleichtert, als: er einen Kreisel von sehr großer Trägheit darstellt
und deshalb eine sehr große natürliche Stabilität besitzt.
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Wenn nämlich der Schraubenflieger das Bestreben hat, unter dem Einfluß
irgendeiner :Ä.nderung eine Schlingerbewegung anzunehmen, so wird diese infolge
der Kreiseleigenschaft des ganzen in eine langsame Präzisionsbewegung
verwandelt,
die eine Stampfbewegung bildet.
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Um dem -zu begegnen, wird der Führer in angemessener Weise die Scheibe
33 handhaben müssen, so daß der Angriffswinkel der Flügel 5 der Hubschraube während
ihrer D@reh.ung geändert wird. Daher wird man, wenn beispielsweise mit der Scheibe
33 der Angriffswinkel vergrößert wird, wenn die Flügel 5 die halbe Drehung nach
vorn' ausführen, während er verkleinert wird, für die Rückwärtsbewegung, ein Moment
.erzeugen, welches bestrebt ist, den Apparat aufbäumen zu lassen. Es ist übrigens
zu bemerken, daß, wenn man dieses Aufbäumen haben will, man auf den Schraubenflieger
ein Drehmoment ausüben muß, das .das Bestreben hat, ihm eine Schlingerbewegung zu
erteilen, die dann durch ,die Kreiselwirkung so umgewandelt wird, daß sie als Präzisionsbewegung
im Sinne des Aufbäumens in Erscheinung tritt.
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Die Übertragungsmittel, welche die vom Führer gehandhabte Steuervorrichtung
30 mit der Scheibe 33 verbinden, müssen ,deshalb für diesen Zweck entsprechend.
eingerichtet sein.
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Die Flügel s der Hubschrauben sind also, abgesehen von. ihrer selbsttätigen
Einstellung unter der Wirkung ihrer radialen Hilfsflügel 22, der Einwirkung der
zentralen Scheibe 33 unterworfen, die vom Führer verstellt wird,.
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Die Steuerbewegung, welche die Neigung der Scheibe 33 verändert, ändert
auch den Angriffswinkel der Flügel auf einem Teil ihrer Bahn, der durch die Richtung
und den Betrag der Verstellung bestimmt wird.
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Die Steuerbewegung des Hebels 30, -der gleichzeitig einen Zug auf
dieselben Steuerseilenden ausübt, verändert den Angriffswinkel aller Flügel s, wobei
diese Änderung gleichmäßig ist.
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Die Steuerbewegung, die gleichzeitig die Veränderung der Neigung der
Scheibe 33 und .die Verstellung .der Steuerseilenden bewirkt, ist gleichbedeutend
mit der Verschiebung des Befestigungspunktes der Flügel 5, derart, daß ihre Drehungsebene
parallel zu der Ebene der Scheibe 33 wird, während der Angriffswinkel der Flügel
5 aber für die Vorwärtsbewegung konstant bleibt.
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Dieselben Bewegungen würde man erreichen können, wenn man. wirklich
die Drehachse der Flügel s gegen die vertikale Achse und eine gelenkige Scheibe
33 anwenden würde, die beliebig exzentrisch- gestellt werden kann.