DE608521C - Schwingenflugzeug - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Schwingenflugzeug, welches beim Flügelschlag den bereits bekannten Effekt der Schräganblasung zum Erzeugen von Auftrieb und Vortrieb ausnutzt. Das Zustandekommen der Schräganblasung wird durch Anbringen der Flügel an Schwenkachsen bewerkstelligt, die abseits der Flügel und tiefer als die Flügel liegen. Infolge dieser Lage der Schwenkachsen können die durch Verstrebungen versteiften Flügel um die Schwenkachsen seitlich hin und her bewegt werden.

Die fortschrittliche Wirkung dieser Anordnung besteht im wesentlichen in einer Lösung der Festigkeitsfrage im Schwingflügelaufbau, in einer Verbesserung des Auftriebes der Flügel, insbesondere bei sehr hohen Anstellwinkeln, sowie im Erzeugen eines Vortriebes durch Schräganblasung mittels der seitlichen Bewegung der Flügel im Fluge, ohne daß ein Verdrehen der Flügel um eine Querachse oder ihr Verwinden erforderlich ist.

Die Wirkung der Schräganblasung von Tragflügeln ist in der Zeitschrift für Flugtechnik und Motorluftschiffahrt Nr. 10 vom 28. Mai 1930 beschrieben. Das Wesentliche sei hier kurz zusammengefaßt. Schräg- j anblasung verhindert das Ablösen der Strömung. Infolgedessen können die am Anblaserand auftretenden mit zunehmendem Anstellwinkel wachsenden Saugkräfte beträchtlich größer werden, als dies bei Normalanblasung der Fall ist. Die resultierende Luftkraft am Tragflügel wird durch das Anwachsen der Saugkräfte wesentlich größer ausfallen und auch stärker vornübergeneigt sein als bei Normalanblasung, daher die hohe Tragwirkung schräg angeblasener Tragflügel im Langsamflug unter großem Anstellwinkel. Am normalen Flugzeug erkennt man diese Eigenschaft im Flugzustande des Seitenrutsches, der bekanntlich unter großem Anstellwinkel eingeleitet wird. Der Winkel, den die seitwärts gerichtete Flugbahn des Flugzeuges hierbei mit der Längsachse des Flugzeuges einschließt, heißt der Schräganblasewinkel.

Die Vermehrung der Saugkräfte am Anblaserand findet auch bei Anwendung kleiner Schräganblasewinkel statt, allerdings weniger stark, als dies unter großem Schräganblasewinkel möglich ist. An Flügeln mit dicker, runder Vorderkante tritt die Erscheinung stärker auf als an Flügeln mit dünner, runder Vorderkante. Geometrisch ähnliche Flügel verschiedener Größe zeigen bei Schräganblasung trotz gleich großer Reynoldsscher Zahlen verschieden große Saugwirkungen.

Es gibt vielerlei Kombinationen unter den Flügelstellungen, bei denen Tragflügel mit Erfolg schräg angeblasen werden können. Eine der wichtigsten Stellungen ist auf der Zeichnung angegeben. Es zeigen

Abb. ι eine Ausführungsform des Schwingenflugzeuges. in der Vorderansicht und

Abb. 2 den Grundriß desselben.

Abb. 3 zeigt einen Flügelausschnitt und

Abb'. 4 die Seitenansicht dieses Flügelausschnittes mit Stielen und Schwenkachse. .

Jede der beiden Flügelzellen besteht aus einem Flügel i, einem Stiel 2, einer Absteifung 3 und einer Schwenkachse 4. Diese Teile bilden ein verdrehungssteifes Fachwerk. Die symmetrisch ausgeführten Flügelzellen sind mittels der Schwenkachse 4 am Flugzeugrumpf 5 oder an einem anders geformten Gerüst angelenkt. Die Bewegung der Flügelzellen erfolgt mittels einer Kurbelwelle 6, deren Pleuelstangen im Eckverband 7 der Flügelzellen angreifen, dort, wo der Flügel und der Stiel 2 zusammenlaufen. DieKurbelwelle "6 wird mittels Zahnrad oder Kette angetrieben, wenn der Motor 8 unten steht; kommt der Motor in Höhe der Kurbelwelle 6 zu liegen, so erfolgt direkter Antrieb.

Die Flügel 1 sind, von hinten oder von ao vorn gesehen, ■ längs der Spannweite gekrümmt. Abb. ι zeigt es. Durch die Krümmung der Flügel nach einer Spirale ist es möglich gemacht, daß die Flügelelemente in bezug auf die Schwenkachsen längs der Spannweite unter einem nahezu gleichen seitlichen Neigungswinkel zu liegen kommen, Abb. 3 macht die seitliche Neigung des Flügels ι im Winkel τ an einem Ausschnitt aus der Flügelkrümmung verständlich. Wie die linke Seite der Abb. 1 veranschaulicht, kann man sich den Bogen des Flügels aus Krümmungsausschnitten zusammengesetzt denken, indem Flügelelemente nach Abb. 3 an verschieden langen Stielen unter annähernd gleichen Neigungswinkeln τ aneinandergereiht sind. Auf diese Weise entsteht die spiralförmige Krümmung der Flügel i, wobei der Pol der Spirale in der Schwenkachse 4 der Flügel liegt. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende:

Die beiden starren Flügelzellen 1, 2, 3, 4 erhalten durch den vorgesehenen Kurbelantrieb während der Vorwärtsbewegung des Flugzeuges eine fortwährend auseinander- und wieder zusammenstrebende Bewegung. Die auseinanderstrebende Bewegung der Flügel ist in der Abb. 2 durch die Richtungspfeile V₁ bezeichnet, die Vorwärtsbewegung der Flügel wie des Flugzeuges überhaupt ist durch die Richtungspfeile V₂ kenntlich gemacht. Der Einzelflügel bestreicht also bei Auswärtsbewegung die resultierende Flugbahn V, wie beim Seitenrutsch eines Drachenflugzeuges, während der Flugzeugrumpf mit Insassen unverändert in der Richtung V₂ fortschreitet, also den Seitenrutsch der Flügel nicht mitmacht. Der Winkel, den die resultierende Flugbahn V der Flügel mit der Richtung V₂ bildet, oder genauer ausgedrückt, den die V und V₂ entsprechenden Strömungen miteinander bilden, ist der Schräganblasewinkel der Flügel, dessen Elemente den Neigungswinkel τ besitzen.

Beim Zusammenstreben der Flügel kehrt sich die Richtung der Pfeile um, während die von F₂ natürlich dieselbe bleibt. Die Flügel bewegen sich daher, im Grundriß betrachtet, in Zickzackbahnen, so daß neben den positiven auch negative Schräganblasewinkel vorkommen. Außerdem besitzen die Flügelelemente in der Vorderansicht beträchtet, wegen der Drehungen der Flügelzellen um die Schwenkachsen, eine auf- und abwärts gerichtete Bewegung, wie in der Abb. ι (rechts) durch eine gestrichelt gezeichnete Flügelzelle angedeutet ist.

Der Zweck dieser eigenartigen Bewegungsform der Flügel ist das Hervorrufen der Schräganblasung im Fluge. Beim Auseinaniderstreben der Flügel werden die positiven Schräganblasewinkel der Flügel erzeugt und, wie erklärt wurde., als Folgeerscheinung die Saugkräfte an der Vorderkante der Flügel hervorgerufen. Dadurch entsteht an den Flügeln ein erheblicher Auftrieb und gleichzeitig ein Vortrieb an der Vorderkante der Flügel, der das Flugzeug in Richtung der Pfeile V₂ vorwärts zieht.

Bei bestimmter Richtung der resultierenden Bewegung V der Flügel erreicht die Größe der Vortriebskraft an der Flügelvorderkante ein Maximum. Dieses Maximum tritt auf, wenn die seitliche Bewegung V₁ der Flügel schneller ist als die Vorwärtsbewegung V₂, also im Langsamflug.

Im Langsamflug mit dem Schwingenflugzeug ist es aber notwendig, ebenso wie beim Drachenflugzeug, unter großem Anstellwinkel zu fliegen. Im Fluge unter sehr großem An-Stellwinkel der Flügel, der in bekannter Weise durch das sogenannte Ziehen des Flugzeuges mit dem Höhenruder oder beim Durchsacken des Flugzeuges zustande kommt, erreicht man, daß beim Zusammenstreben der Flügel, trotz der hierbei erzeugten negativen Schräganblasewinkel ein positiver Anstellwinkel der Flügel zum Relativwinde vorhanden ist.

Der Schnellflug mit dem Schwingenflugzeug geschieht wie beim Drachenflugzeug unter kleinem Anstellwinkel. Der Anstellwinkel der Schlagflügel zur Flugbahn oder zur Rumpf achse soll hierbei etwa o° betragen. Die Übereinstimmung der Rumpfachse mit der Flugbahn kann mit Hilfe des Höhenruders in bekannter Weise erreicht werden. In diesem Flugzustande treten nun während der Periode negativer Schräganblasung, also beim Zusammenstreben der Flügel, negative Anstellwinkel der Schlagflügel zum Relativwinde auf.

Es ist bekannt, daß bei gewissen Profilen auch unter negativem Anstellwinkel Auftrieb erzeugt werden kann. Das gilt auch für Schwingenflugzeuge vorliegender Art während der Periode negativer Schräganblasung. Natürlich dürfen die hierbei erzeugten negativen Schräganblasewinkel nicht allzu groß ausfallen, sie dürfen —7⁰ bis —io° nichtüberschreiten. Messungen an Tragflügeln, die unter diesen negativen Schräganblasewinkeln ausgeführt worden sind, haben genügend großen Auf trieb zum Fliegen ergeben; es wurden Ca-Werte bis zui 0,4 vorgefunden. Die kleinen negativen Schräganblasewinkel entstehen im Schnellfluge bei der beschriebenen Einrichtung zwangsläufig, sobald die Fluggeschwindigkeit F₂ größer gehalten wird als die seitliche Geschwindigkeit F₁ der Flügel. Naturgemäß können, beim Einhalten der weiter oben geforderten o°-Anstellung der Flügel zur Flugbahn, die positiven Schräganblasewinkel nicht größer werden als die Winkel der negativen Schräganblasung. Größere positive Schräganblasewinkel sind für den Schnellflug nicht erforderlich. Es kann gemäß vorgenommenen Versuchen mit kleinem positivem Schräganblasewinkel etwa doppelt so großer Auftrieb erzielt werden als mit kleinen negativen Schräganblasewinkeln.

Damit wäre erklärt, wie der zum Horizontalflug erforderliche mittlere Auftrieb mittels aus und ein bewegter Schlagflügel erzeugt werden kann. Hierzu kommt, daß durch Boote, die mit Tauchflossen nach Art der den Gegenstand dieser Erfindung bildenden Schlagflügel ausgestaltet worden sind, ein praktischer Beweis dafür erbracht worden ist, daß auch bei jedem Auseinanderstreben der Flossen oder Flügel die zur Beschleunigung erforderliche Vortriebskraft erzeugt wird.

Infolge der Auftriebsunterschiede bei Ausundeinbewegung der Schlagflügel wird, wie bei jedem Schwingenflugzeug·, während der Zeit des Zusammenstrabens der Flügel Höhenverlust eintreten. Dieser muß, um einen im wesentlichen waagerechten Flug zu erzielen, natürlich in der Zeit des Auseinanderstrebens der Flügel wiedergewonnen werden, und zwar durch Auftriebsüberschuß beim Auseinanderstreben der Flügel. Die Wellenhöhe der, von der Seite gesehen, von dem Schwingenflugzeug bei Ausübung des Horizontalfluges beschriebenen Flugbahn nimmt mit der Zunahme der Zahl der Flügelschläge in der Zeiteinheit sowie bei günstiger aerodynamischer Ausbildung des Flugzeuges ab.

Beim Eintreten des Auftriebsmankos im Fluge tritt einfaches Durchsacken des Flugzeuges ein, wobei die Richtung der Längsachse des, Flugzeuges notwendigerweise nicht mitzuschwanken braucht. Es entsteht dadurch ohne besonderes Hinzutun des Führers ein Gleitflug unter großem Anstellwinkel; beim Eintreten des Auftriebsüberschusses steigt das Flugzeug in ähnlicher Weise, d.h. auch wieder ohne Richtungsschwankung der Längsachse des Flugzeuges.

Diese vorstehend durchgeführte Zerlegung des schnellen Horizontalfluges läßt erkennen/ daß während der Periode des Gleitfluges keine Motorkraft verbraucht wird. Es kann sogar dadurch Energie vor dem Verlust bewahrt werden, daß die Kraft des Auftriebes, welche das Zusammenstreben der Flügel verursacht, in bekannter Weise Federn spannt, die zwisehen beiden Flügeln angeordnet sind. Die Federspannung kann beim Auseinanderstreben der Flügel zu nutzbringender Arbeitsleistung verwendet werden.

Beim Stillstand des Motors wird die Kurbelwelle 6 durch die Wirkung des Auftriebes der Flügel in der Stellung der Abb. 2 festgehalten. Das Flugzeug ist dann wie ein normales Segelflugzeug zu verwenden.

Die F-Stellung der Flügel ist durch entsprechende Neigung der Flügelzellen, d. h. durch Vergrößern oder Verkleinern des Abstandes der Schwenkachsen 4 gegenüber dem Abstand der Angriffspunkte des Flügelantriebes am Eckverband 7, bestimmbar.

Die Tragflügel können am Flächenende mit Querrudern versehen sein, deren Betätigungsseile im Flügel über den ■ Eckverband 7 und die Schwenkachse 4 zum Steuerknüppel führen.

Die Schlagflügeleinrichtung kann auch im Modellbau Verwendung finden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schwingenflugzeug mit durch längsseits der Flügel einfallende Strömung erzeugtem Vor- und Auftrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel flugquer nach einer Spirale gekrümmt ist, deren Pol in der Schwingachse des Flügels liegt.

2. Schwingenflugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (1), der Stiel (2) und die Absteifung (3) mit der Schwingachse (4) eine starre Zelle bilden, welche mit der Schwingachse (4) in Lagern sitzt, so daß die Zelle durch Pleuelstangen, die im Eckverband (7) der Zelle angreifen, seitlich hin und her bewegt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen