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Luftschraubenflügel. Die vorliegende Erfindung hat einen Luftschraubenflügel
zum Gegenstande, welcher für Antriebsschrauben o. dgl. insbesondere von Luftfahrzeugen
dienen soll.
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Die Erfindung bezweckt eine Erhöhung der Wirksamkeit der Luftschrauben
durch Verhinderung des Abgleitens unter gleichzeitiger Verdichtung der Luft auf
der Druckseite des Flügelblattes.
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Vorrichtungen zur Verhinderung des Abgleitens der Luft auf der Druckseite
des Flügelblattes sind bereits in verschiedener Weise vorgeschlagen worden, sei
es durch Aufsetzen von zvlindriscben Flächenstücken
an der Druckseite
des Flügelblattes am Rande oder auch im inneren Teil, sei es durch löffelförmige
Ausbildung des Flügelblattes oder durch gleichförmige Abwölbung des äußeren Blatteiles
bei kreissektorförmigem Umriß.
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Auch eine größere Verdichtung der Luft durch Anordnung einer zylindrisch
geformten Randfläche mit spiraliger Leitlinie ist bereits bekannt geworden.
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Bei der gleichförmigen Abwölbung des Blattes ergeben alle die Achse
unter gleichem Winkel schneidenden Wölbungstangenten Berührungslinien, deren Abstand,
senkrecht von der Achse aus gemessen, an allen Punkten gleich ist, während bei der
Löffelform alle die Achse unter gleichem Winkel schneidenden Wölbungstangenten Berührungslinien
zur Folge haben, deren senkrechter Abstand von der Umdrehungsachse in der Richtung
von der Eintritts- zur Austrittskante hin zuerst zunimmt und erst später abnimmt.
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Alle diese Ausbildungen haben jedoch den Nachteil der Bildung von
schädlichen Luftwirbeln und toten Räumen; zylindrisch wie immer geformte Flächenstücke
an Luftschrauben haben ferner den Nachteil, daß sie nicht unmittelbar selbst einen
Antriebsdruck in achsialer Richtung ergeben, sondern diesen Druck nur mittelbar
durch die Luftverdichtung erhöhen.
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Zur Vermeidung aller dieser Nachteile bezweckt die den Gegenstand
der Erfindung bildende Luftschraube bzw. der. zur Herstellung dieser Luftschraube
zur Verwendung gelangende Luftschraubenflügel, dem Flügelblatte eine derartige Form
zu geben, daß die Wirkung der so hergestellten Luftschraubenflügel gegenüber den
bisher bekannten Flügelblattformen eine Verbesserung erfährt, d. h. daß der Antriebsdruck
von derartigen Luftschrauben für die Fortbewegung der Luft oder von Luftfahrzeugen
in der Richtung der Umdrehungsachse der Schraube ein größerer wird als bei anders
hergestellten Schrauben von gleichem Durchmesser.
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Wesentlich für die Größe der Antriebskraft einer Schraube ist nebst
der Form der Schraubenflügel auch noch die Umdrehungsgeschwindigkeit. Die bisher
zur praktischen Anwendung gelangten Flügelformen arbeiten im allgemeinen mit sehr
hohen Umdrehungszahlen und mit verhältnismäßig geringen Flächen. Diese Schrauben
konnten daher im allgemeinen auch nur zur Fortbewegung der Luftfahrzeuge in wagerechter
oder schwach ansteigender Richtung verwendet werden, wobei die Richtung der Schraubenachse
in die Fahrtrichtung, also horizontal oder schwach ansteigend, gestellt wurde.
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Je besser aber die Wirkung einer Luftschraube ist, d. h. einen je
größeren Antriebsdruck man bei einer Luftschraube - umgerechnet auf die Flächeneinheit
des der Luftschraube umgeschriebenen Kreises - erhält, desto leichter wird es möglich
sein, die Luftschraube auch zum lotrechten Antrieb von Luftfahrzeugen, d. h. als
Hubschraube, zu verwenden.
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Je besser die Form des Flügelblattes unter sonst gleichen Umständen
ist, desto geringer wird auch die für die Erreichung des gleichen Antriebsdruckes
notwendige Umdrehungszahl werden'. Eine Verringerung der Umdrehungszahl der Luftschraube
bietet aber maschinentechnisch gleichfalls Vorteile.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt daher vorwiegend in den beiden
eben erwähnten Belangen, Vergrößerung der Wirksamkeit und Verringerung der Umdrehungszahl,
eine Verbesserung der bisher bekannten Luftschrauben.
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Die ursprüngliche Entstehung und Wirkungsweise eines Luftschraubenflügels
F besteht im allgemeinen darin, daß an einer Umdrehungsachse a-x längs einer dazu
senkrecht gestellten Geraden m-za ein gegen die Achse schief geneigtes ebenes Flügelblatt
befestigt und um die Achse gedreht wird (Abb. i). Denkt man sich die Achse lotrecht
gestellt, so ist die dazu senkrechte Gerade zum Auflegen des ebenen Flügelblattes
wagerecht, die auf sie aufgelegte Ebene gegen die wagerechte Ebene geneigt. Wird
nun diese Luftschraube um ihre Achse gedreht, so übt die Luft einen Druck auf das
Flügelblatt aus, «welcher als Antriebsdruck; in achsialer Richtung ausgenutzt werden
kann.
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Dieser Antriebsdruck wird unter sonst gleichen Verhältnissen um so
größer sein, je größer die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schraube bzw. je größer
die Luftmenge ist, welche der Flügelfläche entgegenwirkt. Es ist nun möglich, die
den einzelnen Flächenteilchen zugeführte Luftmenge noch künstlich zu vermehren,
und zwar wäre dies denkbar durch zylindrische Flächen, welche eine schneckenförmige
Spirale mit dem Mittelpunkte in der Schraubenachse zur Leitlinie haben (Abb. 2)
und deren Erzeugende parallel laufen mit der Umdrehungsachse.
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Durch diesen spiraligen Zylinder wird die Luft gewissermaßen von außen
eingefangen und dadurch mehr Luft in den Wirkungsbereich der Luftschraube geführt.
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Abgesehen davon, daß eine derartige Kombination einer Ebene mit einer
spiraligen Zylinderfläche technisch schwierig herstellbar wäre, hätte diese Zylinderfläche
den ungünstigen Umstand zur Folge, daß sie den Umdrehungswiderstand der Achse vergrößern
würde, ohne daß sie selbst einen Antriebsdruck in achsialer Richtung ergeben würde.
Es
handelt sich also darum, diese ungünstigen Umstände zu beseitigen und doch den Vorteil
zu behalten, daß dem Flügelblatte mehr Luft als unter gewöhnlichen Umständen zugeführt
wird. Diesem Zwecke könnte z. B. eine spiralige Schraubenfläche mit geradlinigen
Erzeugenden dienen, bei welcher sich die geradlinigen Erzeugenden einerseits an
die Umdrehungsachse unter einem spitzen konstanten Winkel a anschließen und andererseits
längs einer ebenen Spirale (Abb. 2) fortgleiten.
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Teile solcher spiraliger Schraubenflächen könnten unmittelbar als
Flügelblattflächen Verwendung finden. Sie hätten jedoch den Nachteil, daß der Anprallwinkel
der Luft an die Flügelfläche bei der Eintrittskante ein ungünstiger wäre. Nehmen
wir als Eintrittskante die Schnittlinie des Flügelblattes mit einer durch die Achse
gelegten Ebene an, so ist (lies bei einem nach der zuletzt erwähnten geometrischen
Schraubenfläche hergestellten Flügelblatte eine die Achse unter dein Winkel a schneidende
erzeugende Gerade.
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An der L ufteintrittskante soll ein ähnliches Einfangen der Luft stattfinden
und daher der Winkel, unter welchem das Luftteilchen von der Flügelfläche getroffen
wird, ein möglichst spitzer sein.
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Zu diesem Zwecke wird bei der vorliegenden Erfindung für das Flügelblatt
eine doppelt gekrümmte Fläche benutzt, welche in folgender Weise gebildet wird:
Der Flügelform werden gewissermaßen zwei Leitlinien zugrunde gelegt. Die eine veränderlich
gedachte Leitlinie ist die sich als Schnittlinie des Flügelblattes mit einer durch
die Schraubenachse gelegten Ebene ergebende, gegen die Druckseite konkave Kurve,
welche als Ileridianlinie angesprochen werden kann; die zweite Leitlinie ist eine
Spirale, welche auf einem Zvlinder liegt, dessen Erzeugende parallel zur Schraubenachse
längs einer ebenen Spirale (Abb.2) verlaufen.
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Längs dieser zweiten Leitlinie bewegt sich nun die erstgenannte veränderliche
Meridianlinie unter derart stetiger Veränderung ihrer Form, daß ein in gleichem
Abstande r von der Umdrehungsachse liegender Punkt R,, R2 (Abb.3) im rückwärtigen
Teile des Flügelblattes finit zunehmender Entfernung von der Eintrittskante in der
jeweiligen -Meridianebene einen immer kleineren Tangentenwinkel mit der Umdrehungsachse
ergibt, während die den gleichen Tangentenwinkel a mit der Umdrehungsachse bildenden
Tangenten an das Flügelblatt als Berührungslinie mit diesem die obenerw ähnte Spirale
ergeben.
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Der Lufteintritt unter das Flügelblatt wird dann möglichst stoßfrei
erfolgen, wenn das Flügelblatt längs der sich als Schnittlinien mit Kreiszylindern
ergebenden Ringlinien P, R, bzw. P, R-, auf der Druckseite des Flügelblattes eine
" konkave Krümmung erhält (Abb. 3), wie sie bei Tragflächen von Flugzeugen üblich
ist. Diese Krümmung wird infolge des oben beschriebenen Bildungsgesetzes des Flügelblattes
schon dann erreicht, wenn die Spirallinie P, S, eine krumme Linie ist (Abb. 3),
welche in einer zur Umdrehungsachse des Flügelblattes senkrechten Ebene liegt. Die
konkave Form des Flügelblattes kann beliebig gestaltet werden, indem die Spirale
auf der abgewickelten Z ' linderfläche nicht die Form einer geraden ,v Linie,
sondern beispielsweise gleichfalls die Form einer gegen die Druckseite des Flügelblattes
konkav gekrümmten Linie erhält, wie Abb. 3 rechts abgewickelt zeigt. Das Wesentliche
bei der Bildung dieser erfindungsgeinäßen Form des Flügelblattes ist demnach, daß
alle die Achse des Schraubenflügels unter gleichem Winkel schneidenden Tangenten
der Flügelblattfläche mit dieser Berührungspunkte ergeben, deren geometrischer Ort
eine Spirale ist, deren Abstand, von der Schraubenachse gemessen, von der Lufteintritts-
zur Luftaustrittskante hin stetig abnimmt.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Ausbildung des Luftschraubenflügels in drei Ansichten, und zwar in Abb. d. im Aufriß,
Abb. 5 im Ouerriß, Abb.6 im Grundriß. Der äußere, wirksamere Teil des Flügels a
ist möglichst breit gehalten, während der innere, minder wirksame Teil gegebenenfalls
bei b ausgenommen sein kann. Als Außenrand erscheint firn dargestellten Falle eine
Berührungslinie von sich mit der Achse c unter gleichem Winkel schneidenden Tangenten.
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Die Anzahl der Flügelblätter, welche zu einer Luftschraube o. dgl.
zusammengesetzt werden, ist nicht auf zwei beschränkt, sondern kann auch größer
gewählt werden.