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Steuerung für Flugzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung
für Flugzeuge durch Schwerpunktsverlagerung und Abbiegung,des Rumpfendes.
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Flugzeuge werden für gewöhnlich gesteuert durch Betätigung von Höhen-
und Seitensteuern, d. h. also durch eine rein dynamische Steuerung. Es ist schon
vorgeschlagen worden, die Steuerung eines Flugzeuges nach oben oder unten durch
die üblichen Höhensteuer zu unterstützen durch eine geringe Abbiegung des Rümpfendes
nach unten oder oben oder durch Verschiebung eines am Vorderteil des Flugzeuges
angebrachten Gewichtes, also durch Schwerpunktsverlagerung.
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Hierbei handelte es sich jedoch lediglich um die Unterstützung der
Wirkung des Höhensteuers.
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\Tach der vorliegenden Erfindung wird nun eine Steuerung des Flugzeuges,
und zwar insbesondere eines Schwingenflugzeuges, in beliebiger Richtung dadurch
herbeigeführt, daß das Rumpfende willkürlich abbiegbar ausgebildet wird, so daß
sich durch Abbiegung des Rumpfendes unter Schwerpunktsverlagerung in eine beliebige
Richtung die Steuerung des Flugzeuges (auf gleichzeitig dynamische und statische
Weise) bewerkstelligen läßt.
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Die Abbiegbarkeit des Rumpfendes kann unter Zuhilfenahme von in der
Rumpfinittelachse angeordneten, gegen die Rumpfhaut abgestützten Gelenken erreicht
werden, und die Betätigung diejes Rumpfendes kann geschehen durch an vier über .den
Umfang .der Rumpfhaut verteilten Punkten angeordnete Seilzüge.
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Der Flugzeugkörper wird dabei zweckmäßig durch elastische Organe in
seiner Mittellage gehalten.
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Durch die Erfindung wird das Problem des Startens und Landens auf
einer möglichst kleinen Fläche gelöst, eben .dadurch, daß statische Steuermittel
angewendet wenden, .die daneben auch dynamisch wirken und die eine Steuerung in
jeder Richtung erlauben, da bei der Anwendung von dynamischen. Steuermitteln beim
Starten sowohl als auch beim Landen diese Steuermittel bei den geringen Fluggeschwindigkeiten
unwirksam werden.
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Unter dynamischen Steuermitteln werden alle vorstellbaren, im Raum
angeordnete und an der Flugmaschine gelagerte Flächen verstanden, auf die beim Vorbeistreichen
der Luft, je nach ihrer Einstellung zur Fahrtrichtung, Beschleunigungskräfte ausgeübt
werden, deren Größe sich selbstverständlich mit der Fluggeschwindigkeit ändert.
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Diese Kräfte rufen gemeinsam mit den Vortriebskräften Momente hervor,
aus .denen sich eine resultierende Drehung des Flugzeuges innerhalb eines Raumkoordinatensystems
ergibt.
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Unter statischen Steuermitteln werden solche verstanden, bei denen
durch Massenverlagerungen
unter dem Einfluß des Erdfeldes Momente
hervorgerufen werden, die den Flugzeugkörper um irgendeine Raumachse zu drehen suchen.
Diese durch das Erdfeld hervorgerufenen 'Momente wirken auch bei kleinsten Fluggeschwindigkeiten
steuernd auf das Flugzeug und sind in Bezug zu setzen zu dem ideellen Aufhängepunkt
des Flugzeuges, d. h. zu demjenigen Punkt, den man sich als Angriffspunkt der Flugorgane
am Flugzeugrumpf vorstellen kann.
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Denkt man sich den ideellen Aufhängepunkt eines Flugzeuges mit .dem
Schwerpunkt des Flugzeuges vereinigt, so wäre das Flugzeug in bezug auf die statische
Steuerung labil, weil es durch kleinste Momente nach jeder Richtung hin gedreht,
also bei einer gedachten Beseitigung aller dynamischen Momente auch durch ein kleinstes
Versehen zum Absturz gebracht werden könnte. Je mehr sich der Schwerpunkt des Flugzeuges
entgegengesetzt der Flugrichtung vom Aufhängepunkt der Vortriebsinittel befindet,
um so stabiler wirkt das Flugzeug schon allein in statischer Beziehung, da ja im
Schwerpunkt, hervorgerufen .durch das Erdfeld, das Gewicht des Flugzeuges nach unten
zieht und somit die durch die Flügelkonstruktion gegebene Auftriebskomponente nach
oben weist.
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Aus diesem Grunde liegt der Schwerpunkt aller Insekten hinter dem
Aufhängepunkt, d. h. hinter der Angriffsstelle -der Flügel.
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Fällt nämlich der Gesamtschwerpunkt des Flugzeuges außerhalb des genannten
Angriffspunktes, so wirkt während des Fluges an ihm eine Kraft von der Größe des
.gesamten Körpergewichtes vertikal nach unten, während im Angriffspunkt der Flügel
eine Kraft angreift, deren Richtung zunächst durch die Stellung und wirksame Kraftrichtung
der Flugorgane bestimmt ist.
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Die Resultierende dieser beiden Kräfte ist, wenn man von jeder Steuerwirkung
absehen will, jeweils als wirkliche Flugrichtung ani zusehen.
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Berücksichtigt man lediglich den Einfluß der dvnainisch wirkenden
Steuerung, der, wie schon gesagt, mit zunehmender Geschwindigkeit steigt, so kann
man die unter den gegebenen Verluiltnissen erzielbare größtmögliche Steuerwirkung
auf Grund dvnainischer'Mittel errechnen. , Wendet man (leingegenüber zu Steuerzwecken
die @hencrw:ihnte 'Massenverlagerung an, die (Marin bestellen kann. (1a1.1 ein Teil
, des F lurizeugrunipfes (Abb. 4) nach irgendeiner zwischea @ler liarizontalen till(1
verti- , lcalen Raunla chse verlaufen(len I\',iclititnf, mehr ,# oder weniger abgebogen
wird, so erfährt der Schwerpunkt des abgebo-enen h@@rperteil:s I und (lanlit
der Ges.initscli%N-erptuil<t rles I#Itl#r- i zeugkörpers eineVerlagerung im Rauine.
Dar-1- ergibt sich -zunächst eine statische, durch (las Erdfeld hervorgerufene Steuerwirkun:.
auf das fliegende System, andererseits aber auch durch den abgebogenen Körperteil
an ,ich, der nunmehr. zu dem voraneilenden Körperteil schräg im Rauine steht, eine
starke dynamisch steuernde Einwirkung.
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Es wurde, wie schon hervorgehoben, erkannt, und man kann sich leicht
überzeugen, daß beide Wirkungen das fliegende System qualitativ im selben Sinne
beeinflussen, cl.Ii. also, daß sich beide Steuerwirkungen quantitativ addieren,
und man erkennt hieraus die überraschende Wendigkeit, .die beim Insektenflug beobachtbar
ist.
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In Abb. r bis 4 ist eine beispielsweise mechanische Ausführungsform
zur Erzielung einer statisch und dvnainisch kombinierten Steuerung zur Darstellung
gebracht.
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Am Rumpfe 3o, Abb. 4, ist nach. der Motorleite hin eine Stabkonstruktion
52 befestigt, die in einer Kugelschale 53 ausläuft. In dieser Kugelschale 53 greift
die Kugel 54 der Stabkonstruktion 55 ein, die ihrerseits wieder mit einer Kugelschale
56 versehen ist.
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In die Kugelschale 56 greift die Isugel 57 der Stabkonstruktion 58
ein, und .diese ist an dein der Motorseite abgewendeten Ende des Flugzeugkörpers
3o befestigt.
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Die Stabkonstrüktionen. werden ihrerseits durch stark vorgespannte
Gummistreifen, die einerseits an dem vorderen und hinterer. Teil des Flugzeugkörpers
30 befestigt sind und andererseits an der Stabkonstruktion 55 in ihrer Lage
gehalten, wobei die Verteilung der Gummistreifen so vorgenommen werden kann, daß
das Gewicht des Flugzeugkörpers in Horizontaler Richtung aufgenommen wird.
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Gewünschte Abbiegungen des Flugzeugkörpers in der Horizontalen und
Vertikalen können dann in an sich bekannterWeise durch Verkürzung der einen Seite
und gleichzeitig entsprechende Verlängerung der anderen Seite eines Seilzuges erzielt
werden.
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Ferner kann inan durch gleichzeitige Be-;igung des horizontalen und
vertikalen Seilzuges z. B. eine Abbiegung des Flu"zeu"-Icörpers in beliebiger. schräg
nach oben wei-.;ender Richtung erzielen.
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fIieratis ergibt sich (Mann, wie sich leicht eriliitteln läßt. ein
hriiftesy.:teni, welches verwindend auf (las Flu-zeug wirkt.
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Denkt inan sich z. B. eine Abhiegtin;- de? 1# ltt"zeu;;lcörpers.
in @ler I# lu-richtung, beobachtet, nach rechts oben, so wird der rechte 1# lü@e1
rles I# lu@zeu@#e: durch das entstehende 1@r:ifte(lia@rranun auf statischem ti'ef'e
nach unten 1-edrückt, u11:1 #,leiclizriti:; niul.i durch die dynamische Steuerwirkung
eine anstei"enrlr heclitsl:urve @@etlo@en wer(irn.
Wird der Flugzeugkörper
nach links oben abgebogen, so würde eine entsprechend ansteigende Linkskurve mit
schräg liegendem Flugzeug geflogen. Bei Abbiegungen nach unten reagiert ein solches
Flugzeug entsprechend bei abfallender Kurve. Wählt man als Aufhängepunkt, -d. h.
als Angriffspunkt der Flügel, den Schwerpunkt und bringt .damit die Nutzlast ebenfalls
im Schwerpunkt an, so besteht in bezug auf Aufrechtflug und Rückenflug keinerlei
Unterschied. Wählt man dagegen den Aufhängepunkt der Flügel oberhalb des Schwerpunktes,
so entsteht eine stabilisierende Wirkung in bezug .auf .den Aufrechtflug, der sich
dann immer wieder automatisch einstellen muß, und eine gewisse Unstabilität in bezug
auf Rückenflug, der sich durch die stabilisierenden Kräfte automatisch auszuschalten
sucht. Die diesbezügliche Stabilisierung wirkt sich um so schärfer aus je weiter
sich der Aufhängepunkt vom Schwerpunkt in vertikaler Richtung entfernt: Eine Entfernung
in horizontaler Richtung ändert die Steuerempfindlichkeit und damit die erforderlichen
Steuerkräfte und Höhen und dadurch die Dämpfung .des Flugzeuges unter Verschlechterung
des Wirkungsgrades.
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Bei einer beliebigen Abbiegung des Rumpfes wirken sich .diejenigen
Komponenten, die innerhalb einer durch den Schwerpunkt verlaufenden vertikalen Ebene-liegen,
als eine Steuerung der Höhenlage aus, während .diejenigen Komponenten, die eine
Verdrehung des Flugzeuges um seine Mittellage bewirken, als Verwindung (bzw. als
Seitensteuerung) dienen.