DE603772C - Quertriebskoerper, insbesondere Tragfluegel oder Steuerflaeche fuer Luftfahrzeuge o. dgl. - Google Patents

Description

Quertriebskörper, insbesondere Tragflügel oder Steuerflächen für Luftfahrzeuge 0. dgl., mit von der Unter- zur Oberseite des Querschnittes verlaufenden, an der Oberseite in oder hinter dem Scheitelpunkt der oberen Wölbung mündenden düsenartigen Spalten sind bereits bekannt. Bei diesem bekannten Quertriebskörper liegen Ein- und Austritt der Spalte im Überdruckfeld, so daß eine den Druckstrom zum Umkehren zwingende Saugwirkung nicht auftreten kann. Auch wurde bereits der Vorschlag gemacht, die von der Unter- zur Oberseite des Querschnittes verlaufenden Spalte an der Oberseite vor dem Scheitelpunkt der oberen Wölbung münden zu lassen. Dies dient dazu, die sich bei großen Anstellwinkeln auf der Oberseite des Tragflügels bildende Totluft durch die von der Druckseite des Tragflügels herkommende und durch die Spalte dringende Luft wegzuspülen.

Von diesen bekannten Einrichtungen unterscheidet sich der erfindungsgemäße Quertriebskörper dadurch, daß die die Ein- und Ausströmöffnungen verbindenden Spalte von der Überdruckseite zunächst nach vorn verlaufen, im Innern des Flügels eine Umlenkung erfahren und nach hinten gerichtet auf der Unterdruckseite münden. Durch diese Art der Ausbildung der Spalte bleiben die Flächen des Quertriebskörpers im aerodynamischen Sinne erhalten.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegen stand in Ausführungsbeispielen dargestellt Abb. ι veranschaulicht im Querschnitt einen Quertriebskörper mit einem C-ähnlichen Spalt. Abb. 2 ist ein Querschnitt durch einen mit hintereinanderliegenden Spalten ausgestatteten Quertriebskörper. Abb. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Quertriebskörpers im Querschnitt. Abb. 4 veranschaulicht im waagerechten Schnitt ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Segel. Die Abb. 5 und 6 zeigen im Querschnitt weitere Ausführungsformen des Quertriebskörpers gemäß der Erfindung.

Laut Abb. 1 weist der Flügel 1, dessen Tropfenquerschnitt einen erheblichen, nach vorn verlegten Umrißgipfel hat, einen Umlenkleitgang in Form einer Querspaltdüse 2 auf, der von den beiden sich unmittelbar an einen Eintrittsquerschnitt 3 und einen AustrittsqtTerspalt 4 anschließenden Leitwänden gebildet ist, wobei der Austrittsspalt 4 in der Gipfelzone G, und zwar knapp vor dem Gipfel des Tropfenquerschnittes, der Eintrittsspalt 3 hingegen am Nasenstück, und zwar vor der Gipfelzone, gelegen ist und unter allen· Umständen innerhalb des Tropfenquerschnittumrisses derart verläuft, daß nicht etwa-die Mündung eine Stufe auf der Unterseite bildet, sondern infolge der Überlagerung nach innen eine in der Stromrichtung geschlossene und möglichst unge-

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störte Fortsetzung der Druckfläche ergibt. Die beiden stetig gekrümmten Leitwände reichen nach vorn über beide Mündungsspalte erheblich hinaus und ergeben somit einen Düsenverlauf in Form eines nach hinten offenen C oder einer ähnlichen, gegebenenfalls auch langgestreckten, spitzwinkeligen Umlenklinie, deren Umlenkscheitel 5 stets vor den beiden Mündungsspalten liegt, d. h. daß sowohl der Eintrittsspalt als auch der Austrittsspalt des Umlenkleitganges von der Umlenkstelle aus nach hinten weisen und nächst ihren Mündungen ohne Unterbrechung der Flächen in der Stromrichtung, also möglichst entgegengesetzt zur Flugrichtung, verlaufen.

Dank des völlig innerhalb des Tropfenquerschnittes befindlichen und nach vorn verlaufenden Düseneintrittsspaltes 3, dessen Mündung in starrer oder elastischer Ausbildung dem Stromverbrauch angepaßt ist, ergibt sich keinerlei schädliche Störung des Tragstromes, der somit bis zu seiner vollen Auswertung und Abgabe der dynamischen Druckenergien auf der Druckseite erhalten bleibt. Erst nach der Auswertung der Druckstrommassen und deren relativem Stillstand zur Druckfläche kann deren Umkehr und Abfluß in den Düsen eintrittsspalt 3 erfolgen. Gleichzeitig wird an der in der Gipfelzone G, also schon in der wirksamen Unterdruckzone des Querschnittes gelegenen Ausströmmündung und des nahezu entgegengesetzt zur Flugrichtung gerichteten Düsenaustrittsspaltes 4 ein erheblicher Unterdruck erzielt, der die Umkehrung der ausgewerteten Strommassen an der Unterseite begünstigt und deren Abfluß durch den Umlenkleitgang in das Unterdruckgebiet fördert. Diese Arbeitsweise führt zu einem selbsttätigen Abfluß der durch Reibung und Stauung verbrauchten Strommassen von der Druckfläche und verhütet die Bildung der Grenzschicht (nach Prandtl) und somit auch die Entwicklung der Strömungszone. Gleichzeitig hinterläßt der Durchstrom an den Leitwänden des Umlenkleitganges Druck- +5 Wirkungen, die nach den Gesetzen der Kreisstromlehre auch bei Tragflügeln eine zusätzliche Nutzleistung ergeben und im besonderen durch die Strombahnen des Durchflusses eine stabilisierende Wirkung ausüben. Der Abstrom in das Unterdruckgebiet dient im vorliegenden Falle vorwiegend bei Loslösung der Stromfäden von der Oberfläche zur Regelung der Unterdruckverhältnisse und verhütet dadurch einen vorzeitigen bzw. ungeregelten Druckausgleich durch den Einfall umlagerter Druckschichten.

Die besprochene Ausbildung des Eintrittsspaltes 3 hat bei diesem Arbeitsvorgang den Zweck, unter der Mitwirkung des Beharrungs-Vermögens der Stromkörper beim Anströmen bzw. deren Massenträgheit beim Durchströmen des Kraftmediums den Abstrom unausgewerteter Stromkörper von der Druck- zur Unterdruckseite zu verhindern. Durch die Fortsetzung der Druckfläche über die Vorderkante des Mündungsspaltes in den Flügelkörper werden die aktiven Strommassen an der im vorstehenden Sinne ungestört erhaltenen Anstromfläche zur vollen Abgabe ihrer Strömungsenergien verhalten und wird ein Abstrom durch den Mündungsspalt 3 erst nach einer Umkehr der Druckstrommassen um maximal bis zu 180 °, also erst nach voller Abgabe der Strömungsenergien, ermöglicht. Durch diese Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlage von Quertriebskörpern, insbesondere Tragflügeln u. dgl., wird eine erhebliche Erhöhung des Unterdruckes und somit auch eine absolute Erhöhung des spezifischen Auftriebes sowie der Stabilisierung erzielt.

Gemäß Abb. 2 verlaufen getrennt voneinander mehrere Umlenkleitgänge 2 wieder annähernd in der C-Form, und zwar in der Weise, daß ihre Eintrittsspalte 3 nach vorn ansteigen und nach Umlenkung in kurzen Austrittsspalten 4 entgegengesetzt zur Flugrichtung, vorwiegend in der sich an den Gipfel anschließenden Haupt- und Endzone des Flügelquerschnittes H-E, ausmünden. In Anpassung an die aus der Verjüngung des Tragflügels sich ergebenden Veränderungen der Druckverhältnisse können die Ausströmgänge derart verkürzt werden, daß nur die Ausströmmündungen 4 im unmittelbaren Anschluß an die Einströmgänge 2 verbleiben. Auch können die Leitwände der Ausströmmündungen· auf der Oberseite als federnd biegsame Klappenzungen ausgebildet werden, so daß sich je nach Richtung und Stärke des Durchstromes selbsttätige, mehr oder weniger öffnende Ausströmspalte ergeben. Die Anzahl dieser Umlenk-, leitgänge ist innerhalb des gegebenen Rahmens an Quertriebskörper oder Flächenausbildung unbeschränkt.

Die Ausführung gemäß Abb. 3 besteht aus einem Hauptquertriebskörper 7 und einem diesem vorgelagerten Stirnkörper 8, der mit dem Hauptquertriebskörper zusammen die vollkommene Stromlinienform ergibt. Der Umlenkleitgang 2, beispielsweise in Form einer Querspaltdüse, wird durch die entsprechende gegenseitige Anordnung der beiden Körper 7 und 8 gebildet und besitzt mindestens einen, unteren Einströmspalt 3, der wie -vorBesprochen innerhalb des Querschnitturnrisses liegt, und mindestens einen oberen Austrittsspalt 4, der sich in dem dargestellten Beispiel in der hinter der Gipfelzone G gelegenen Anschlußhauptzone H befindet. Zwischen diesen Ein- „und- Ausströmspalten verläuft der nach vorn über beide Spalte hinausreichende Umlenkleitgang 2 z. B. in Form einer C-ähnlichen Querspalt düse.

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Um nun den Abfluß der ausgewerteten Druckstrommassen über den gesamten Druckabschnitt zu erstrecken, weist die Druckfläche des Stirnkörpers 8 eine weitere Unterteilung mittels der Einströmspalten io auf, wobei die erheblich nach rückwärts verlängerte Druckfläche des Stirnkörpers 8 in ihrem Anschluß an den Hauptquertriebskörper 7 gleichfalls einen Einströmquerspalt 11 ohne Störung der Querschnittsumrißlinie ergibt. Diese Einströmquerspalte, die aus lamellenartiger Schichtung des Bespannungsmaterials gewonnen werden können, verlaufen von unten rückwärts nach innen vorn, derart, daß die Rückwand den Mündungsspalt vertikal zur Druckseite überdeckt und folglich ein Abstrom der Druckstrommassen in den Umlenkleitgang 2 erst nach Umkehr um bis etwa 180 ° ermöglicht wird bzw. die Druckfläche dem Arbeitsstrom im aeroao dynamischen Sinne ungestört erhalten bleibt. Diese Mündungsausbildung stellt somit eine verkümmerte Form der zu Abb. 1 und 2 besprochenen Einströmquerspalte 3 dar. Eine konvexe Krümmung der vorderseitigen Mündungskanten ist zweckmäßig. Auf der Oberseite ist eine gleiche Unterteilung des Stirnkörpers 8 von der Gipfelzone G bis über den Hauptabschnitt H mit Ausströmmündungsspalt in der Richtung von innen vorn nach außen rückwärts vorgesehen, so daß der Abfluß der Umlenkströmung möglichst ungestört in das Unterdruckfeld erfolgen kann. Auch bei dieser Ausführung überragt der Krümmungsscheitel des Leitganges die Ein- und Ausmündungsspalte.

Der im wesentlichen durch die Reibungsund Stauschicht der Druckströmung und den Einfluß des oben an der Gipfelzone G bzw. in der hinter dieser liegenden Zone H gebildeten Unterdruckfeldes geförderte Durchstrom streicht nach Eintritt durch die Mündungsspalte 3, 10, 11 in den unteren Ast des Umlenkleitganges zuerst nach vorn und nach Umlenkung nach hinten und mündet je nach der Lage des Aus- +5 Strömspaltes 4 bzw. dessen Unterteilung in der Zone G bzw. Zone H des Unterdruckfeldes aus. Um eine nutzbare Auswertung des Durchstromes zu erzielen, besteht eine besondere Ausbildung des Umlenkleitganges 2 in einer düsenartigen Verengung am Ausgang seines Druckastes 9 mit nachfolgender Erweiterung beim Übergang in den Unterdruckast, so daß die engste Stelle 9 des Umlenkleitganges am Ende des Druckastes beispielsweise knapp vor Beginn der Umlenkung aus der Richtung nach vorn in die Richtung nach oben und hinten liegt. Die Ausbildung erfolgt im allgemeinen derart, daß der Umlenkleitgang vom unteren Einströmspalt bis zur Umlenkungsstelle enger ist als von der Umlenkungsstelle bis zum oberen Ausströmspalt.

Zur vollen Ausnutzung der Wirkung des durch den Umlenkleitgang 2 ziehenden Durchstromes ist zur Aufnahme seiner Reibungsund Zentrifugalkräfte vor der engsten Stelle 9 des Leitganges dessen innere, den Einströmspalten gegenüberliegende Wand 6 nach der Druckseite zu konkav und zur Durchströmmündung 9 im Sinne einer Turbinenschaufel gekrümmt ausgebildet. Zur . Förderung des Abflusses der Durchströmung weist der Umlenkleitgang nach seinem Krümmungsscheitel bis zu der die Ausströmmündungen enthaltenden Wand des vorgelagerten Stirnkörpers 8 eine konische Erweiterung auf.

Die auf der Druckseite innerhalb der Querschnittumrißlinie gelegenen und nach hinten gerichteten Einmündungsspalte bewirken je nach dem Anstellwinkel des Quertriebskörpers und der dadurch hervorgerufenen Änderung der Stauschicht unter dem Einfluß der Druckströmung sowie dem Einfluß des Unterdruckfeldes eine selbsttätige Regelung des Durchstromes von der Druck- zur Unterdruckseite, deren Nutzwirkung besonders bei der Loslösung der Stromfäden auf der Flügeloberseite zur Geltung kommt und gleichzeitig eine Regelung der Unterdruckverhältnisse herbeiführt.

Die Ausführung gemäß Abb. 3 schließt eine gleichzeitige Anwendung von gemäß Abb. 2 gezeigten Umlenkleitgängen am Hauptquertriebskörper 7 nicht aus und kann ungeachtet des einheitlichen Umlenkleitganges 2 der Haupttragteil 7 bis zu seiner gesamten Ausdehnung mit C-ähnlichen Umlenkkanälen durchbrochen sein. In diesem Falle wird eine vorzeitige teilweise Ablenkung des Umlenkstromes vor der engsten Stelle des Umlenkleitganges bei 9 erzielt. Diese Anordnung dient bei besonders tiefen Flügelquerschnitten oder bei einem erhöhten Verbrauch an Druckströmung, um einen vollen Abzug der verbrauchten Strommassen ohne Druckverluste zu erzielen.

Im vorstehenden Sinne ist gemäß Abb. 4 das Prinzip des Umlenkleitganges auch an Segeln für Schiffe angewandt und im waagerechten Schnitt gemäß der Erfindung dargestellt. Das die Hauptquertriebsfläche bildende Großsegel 19 besitzt am Mast Luftdurchtrittsöffnungen 13 bzw. einen Luftspalt oder sonstige Durchzüge. Beiderseits tangential zum Mast sind Hilfsflächen 14, 15 angeordnet, die das Großsegel mit Abstand bis über die Durchzüge hinaus übergreifen. Der Abstand der Hüfsflächen vom Großsegel wird durch die Lieken 16, 17 bzw. durch Streben oder sonst in geeigneter Weise aufrechterhalten. Durch die Windwirkung wird die Stromlinienform der gesamten Anordnung gebildet, wobei ganz von selbst je nach der Anblasseite der eine Abstand zwischen den Hilfsflächen und dem

Großsegel als Eintrittsspalt 3, der andere als Austrittsspalt 4 wirkt. Um den durch, den Unterdruck auf der Leeseite begünstigten Durchstrom glatt umzulenken, kann ein taschenförmiger Streifen 18 aus Segelleinen eingenäht oder bei drehbaren Masten 12 entsprechend ausgehöhlt ausgebildet sein. Die Anordnung kann auch an anderen Segeln analog vorgesehen werden. Bei der vorstehenden Ausbildung können gleichfalls die Hüfsflächen 14,15 zusätzliche Mündungsspalte 3, 4 durch eine lamellenartige Anordnung von Flächenbändern aufweisen, zwischen denen sich die vorbeschriebenen Mündungsspalte ergeben. Abb. 5 stellt eine weitere Ausbildung des Quertriebskörpers im besonderen für Tragflügel dar, wobei die Einmündungsspalte 10 auf der Druckseite und die Ausmündungsspalte 20 auf der Unterdruckseite, und zwar in der Gipfelzone beginnend und nach rückwärts in der Hauptzone innerhalb der Querschnittsumrißlinie verlaufend, in einer unbeschränkten Anzahl angeordnet sein können, so daß der Umlenkleitgang 2 auf der Druckseite vor seinem Krümmungsscheitel verzweigt einmündet und auf der Oberseite hinter seinem Krümmungsscheitel verzweigt ausmündet. Diese Anordnung verfolgt den Zweck, daß den bei- verschiedenen Anstellwinkeln ändernden Druck- bzw. Unterdruckverhältnissen entsprechend Einström- bzw. Ausströmspalte sich immer an den verlagerten Orten des größten Druckes bzw. Unterdruckes befinden.

Um die jeweils am Orte der größten Unter-Druckwirkung liegenden Ausströmspalte wirksam zu machen bzw. eine dem jeweiligen Anstellwinkel entsprechende möglichst unmittelbare Durchströmung des Umlenkleitganges zu erzielen, sind, wie Abb. 5 zeigt, die Ausströmspalte zwischen federnden Klappenzungen gebildet, so daß sich die jeweils wirksamsten Spalte öffnen.

Die die Ein- sowie Austrittsspalte tragenden Wände der Druck- und Unterdruckfläche des Stirnkörpers 8 können durch lamellenartige Schichtung des Bespannungsmaterials hergestellt und auch elastisch ausgebildet sein. Die elastische Ausbildung kann sich auch auf die Hauptquertriebsfläche 7 erstrecken. Wie in Abb. 6 dargestellt, kann der Leitgang 2 in mehrfacher, untereinander gleicher oder, wie dargestellt, verschiedener Ausführung angeordnet werden. Der vordere Leitgang hat nur einen Einström- und einen Ausströmspalt 3 bzw. 4, während der hintere Leitgang zwei Einströmspalte 10, von denen z. B., wie dargestellt, der vordere sich aus mehreren Teilspalten zusammensetzt und drei Ausströmspalte 20 zeigt, wobei jeder Einströmspalt bis zur düsenartigen Verengung einen besonderen Leitgang besitzt, welche Leitgänge sich nach der engsten Stelle zu einer gemeinsamen Fortsetzung vereinigen. Analog dem Hohn 21, der als Querwand wirkt, können weitere Querwände 22 vorgesehen sein.

Eine besondere Ausbildung der Mündungsspalte und Leitgänge ergibt sich durch lamellenartige Schichtung des Bespannungsmaterials. Und zwar werden bei dieser Ausführung die einzelnen Bespannungsteile, Bänder, Streifen 0. dgl., derart sich zum Teil gegenseitig überdeckend gelagert, daß jeweils die Hinterkante eines Bespannungsteiles bzw. Lamelle, die gleichzeitig gemäß Abb. 5 die Vorderkante 25,27 des Mündungsspaltes bildet, durch die Vorderkante 26, 28 des folgenden Bespannungsteiles bzw. Lamelle nach innen zu überlagert wird. Durch diese Überlagerung der einzelnen Bespannungsteile bzw. Lamellen 0. dgl. entsteht im Ausmaß deren gegenseitiger Überdeckung ein Querspalt, dessen Querschnitt den Erfordernissen entsprechend durch Abstandskeile o. dgl. bzw. auch durch eine abstandhaltende Ausbildung des Bespannungsmaterials bestimmt werden kann. Diese Ausbildungsart ist für die Herstellung der unter- sowie Oberseitigen Wände der Quertriebskörper, insbesondere Tragflügel, vorgesehen und können dazu elastische Materialien verwendet werden. Fügt man die derart ausgebildeten unter- sowie oberseitigen go Wände mit ihrer Innenseite zusammen, und zwar so, daß sich die Vorderkanten der Bespannungsteile 26, 28 treffen, und verbindet man diese miteinander, so ergibt sich daraus gemäß der Erfindung eine Quertriebsfläche mit Umlenkleitgängen, wie bereits bei der Abb. 2 besprochen wurde. Diese Ausbildungsart eignet sich im besonderen für Quertriebsflächen, die somit auch in ihrer gesamten Ausdehnung elastisch sein können.

In analoger Weise, wie an den Beispielen für Quertriebskörper bzw. auch Flugzeugtragflächen beschrieben, können auch Propeller, Hubschräubenflügel, Turbinenlaufradflügel u. dgl. ausgebildet werden, und ist bei tiefen Tragflügelquerschnitten eine Wiederholung der Umlenkleitgänge in der Tiefe nach den geschilderten Ausführungen vorgesehen.

Bei Segeln kann das Hissen, Reffen und Bergen in der gebräuchlichen Art durch Mast- n₀ ringe oder Falle erfolgen, an welchen seitlich oder den Mast umspannend, die den Luftweg begrenzenden Flächen 14, 15 befestigt sind.

Claims (8)

1. Patentansprüche: ¹¹S

   i. Quertriebskörper, insbesondere Tragflügel oder Steuerfläche für Luftfahrzeuge o. dgl., mit von der Unter- zur Oberseite des Querschnittes verlaufenden, an der Oberseite in oder hinter dem Scheitelpunkt der oberen Wölbung mündenden düsen-

   artigen Spalten, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ein- und Ausströmspalte verbindenden Leitgänge von der Überdruckseite zunächst nach vorn verlaufen, im Innern des Flügels eine Umlenkung erfahren und nach hinten gerichtet auf der Unterdruckseite münden.
2. 2. Quertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkleitgang (2) zwischen einem Hauptquertriebskörper (7) und einem diesem vorgelagerten Stirnkörper (8) liegt, wobei der Hauptquertriebskörper zusammen mit dem Stirnkörper eine gemeinsame Stromlinienkörperumrißfonn ergibt.
3. 3. Quertriebskörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausströmöffnungen (20) ergebenden Spalte durch federnde Klappenzungen gebildet werden, die sich selbsttätig öffnen oder schließen.
4. 4. Quertriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ein- und Ausströmspalte enthaltenden Wände aus einzelnen sich nach innen überdeckenden elastischenLamellenbestehen.
5. 5. Quertriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine düsenartige Verengung (9) des Umlenkleitganges (2) am Ende seines Druckabschnittes, beispielsweise knapp vor Beginn der Umbiegung aus der Richtung nach vorn in die Richtung nach hinten, mit nachfolgender konischer Erweiterung in die Unterdruckzone. .
6. 6. Quertriebskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der unteren Einströmöffnung (3') bis zur düsenartigen Verengung (9) reichende Überdruckteil des Umlenkleitganges (2) im Gesamtquerschnitt enger ist als der hinter der Verengung verlaufende Unterdruckteil des Leitganges.
7. 7. Quertriebskörper, insbesondere als Segel, nach den Ansprüchen 1 bis 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Großsegel (19) nahe dem Mast (12) Durchlässe (13) für die Luft aufweist und daß zu beiden Seiten des Segels den Mast berührende Hilfsflächen (14, 15) angeordnet sind, die das Großsegel mit Abstand bis über die Durchlässe hinaus übergreifen.
8. 8. Quertriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Einströmspalte mittels durch Spreizhebel 0. dgl. betätigter Einrichtungen zwangsläufig drossel- und abschließbar aus gebildet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen