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Flugzeugtragfugel.
Bei Flugzeugflügeln tritt im überzogenen Fluge die Gefahr eines plötzlichen Kippens um die Flugzeuglängsachse auf, die anschliessend zu dem gefürchteten Trudelzustand führt. Flugzeuge, die mit dieser unangenehmen Eigenschaft behaftet sind, sind nicht nur stets eine Gefahr für unkundige Piloten, sondein gestatten auch nicht, die auf Grund des an sich vorhandenen Höchstauftriebes mögliche geringste Landegeschwindigkeit zu erreichen, denn schon eine geringe Überschreitung des dem Höchst- auftrieb zugeordneten Anstellwinkels hat den Verlust der Querstabilität zur Folge.
Man hat diese Nachteile durch verschiedene Mittel mit mehr oder weniger Erfolg beseitigt.
Man hat die Flügel an den Aussenenden mit Profilen ausgebildet, deren Verhältnis von Grösstdicke zu Tiefe grösser ist als das der Flügelprofile an der Flügelwulzel. Damit hat man von dem Umstand Gebrauch gemacht, dass prozentual dickere Profile einen grösseren zulässigen Anstellwinkelbereich haben als dünne. Das verbreitetste Mittel ist wohl das Verwinden oder Schränken der Flügel, derart, dass an der Flügelwurzel die Profile einen grösseren geometrischen Anstellwinkel haben als an den Flügelenden.
Unter diesen geschränkten Flügeln gibt es auch solche, bei denen sich die dickste Stelle des Flügelprofils stets im ersten Drittel der Flügeltiefe befindet, es nimmt jedoch der Krütnmungshalbmesser der Nase des Profils (Schnittes) - bei annähernd gleicher Flügeldicke in verschiedenen Schnitten-nach der Flügelwurzel hin zu.
Alle diese bekannten Mittel zur Erhaltung der Querstabilität im überzogenen Fluge haben das gemeinsame Bestreben, den Flügel so zu gestalten, dass die Aussenenden den kritischen Anstellwinkel später erreichen als die Flügelwurzel. Die bekannten Mittel erzielen die Querstabilität mit mehr oder weniger Erfolg, in jedem Falle aber unter Inkaufnahme aerodynamischer Nachteile, Verteuerung der Herstellung und/oder Erschwerung der Wartbarkeit.
Der Flugzeugtragflügel gemäss der Erfindung gehört zu jenen Flügeln, deren freies Ende den kritischen Anstellwinkel später erreicht als die Wurzel und die in etwa einem Drittel der Flügeltiefe am dicksten sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Krümmungshalbmessers der Nase des Flügelquerschnittes zur grössten Flügeldicke in den Flügelquerschnitten im Bereiche des freien Flügelende grösser ist als in den Flügelquei schnitten im Bereiche der Flügelwurzel. Die Erfindung umfasst ferner eine abgeänderte Form dieses Flügels, bei der die Nasen der Flügelquerschnitte von der Flügelwurzel bis etwa zur Mitte der Flügelspannweite Unstetigkeiten, wie Leisten, Riefen, Stufen, Spitzen oder Rauhigkeiten, aufweisen.
Die Veränderungen, denen die Flügelnase längs der Spannweite gemäss der Erfindung unterworfen ist, bewirken, dass die Strömung an den Flügelaussenenden bei grossen Anstellwinkeln noch anliegt, wenn die Strömung an der Flügelwurzel bereits abgerissen ist, und liegen im Staupunkt, also in einem Bereich des Profils, in dem im Schnellflug die Strömungsgeschwindigkeit gleich Null ist. Das hat zur Folge, dass der Widerstand im Schnellflug von den Massnahmen gemäss der Erfindung nicht beeinflusst wird. Bei grossen Anstellwinkeln rückt der Staupunkt weiter nach hinten auf die Druckseite, und es tritt an dem vordersten Teil der Profilnase, an dem gemäss der Erfindung die Veränderungen vorgenommen sind, eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit auf.
Da vom Staupunkt bei grossen Anstellwinkeln bis zum vordersten Punkt des Profils immerhin nur ein geringer Abstand ist, ist die Grenzschicht an dem vordersten Teil der Profilnase noch laminar. Bekanntlich ist die laminare Grenzschicht in weit geringerem Masse als die turbulente Grenzschicht fähig, das Ablösen der Strömung zu verhindern. Die gemäss der Erfindung vorgenommenen Veränderungen der Profilnase zielen darauf
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ab, im Bereich der Flügelwurzel die Strömung an der Flügelnase in dieser laminaren Grenzschicht so zu beeinflussen, dass die Strömung zuerst in dem Bereich der Flügelwurzel abreisst, während an den Aussenenden der Flügel die Strömung noch anliegt.
Es sei erwähnt, dass in den Anfängen der Fliegerei bereits der Vorschlag gemacht worden ist, das Flügelprofil derart längs der Spannweite zu verändern, dass die dickste Stelle im Bereich der Flügelenden unmittelbar an der Nase liegt, gegen den Rumpf zu jedoch in etwa der Hälfte der Flächentiefe, wodurch sich an der Flügelwurzel eine spitze, an den Enden des Flügels eine stark gerundete Nase ergibt. Diese veralteten Flügel können mit dem Flügel nach der Erfindung nicht verglichen werden, da ihre dicksten Stellen nicht durchwegs im ersten Drittel der Flügeltiefe gelegen sind.
Sie mussten nach heutigen Erkenntnissen sehr schlechte aerodynamische Eigenschaften haben, während der Flügel gemäss der Erfindung nachweislich unverändert gute Leistungen aufweist, weil die dickste Stelle des Profils stets in dem günstigsten Teil, also etwa in einem Drittel der Flügeltiefe, liegt ; Auch liegen die Unstetigkeiten, Rauhigkeiten oder geringen Krümmungsradien beim Flügel gemäss der Erfindung im Staupunkt des Schnellfluges, also dort, wo bekanntlich die Strömungsgeschwindigkeit und damit der Widerstand Null ist.
Das mit den Mitteln der Erfindung an den rumpfnahen Teilen des Flügels erzielte frühere Ablösen der Strömung ist vorteilhafter als das mit Hilfe der bisher bekannten Mittel erzielte. Denn erfahrungsgemäss fällt nach dem Eintreten der Strömungsablösung der Auftrieb bei zunehmendem Anstellwinkel an Profilen mit gemäss der Erfindung geänderten Nasen nur mässig ab. Daraus ergeben sich günstige Trudeleigenschaften, und der Abfall des Höchstauftriebes ist so gering, dass es bisher nicht gelungen ist, ihn zu messen.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt. Fig. l sei beispielsweise ein Flügelschnitt, der dem Flügel gemäss der Erfindung zugrunde gelegt ist. Die Form der Flügelnase wird gemäss der Erfindung längs der Spannweite Veränderungen unterworfen. Im Bereich der Flügelenden ist der Krümmungsradius der Flügelnase gross, und das Profil hat einen Umriss, der mit vollen Linien in Fig. 1 dargestellt ist. Bis zur Flügelmitte nimmt der Krümmungsradius der Nase des Flügelschnittes ab und kann unter Umständen Null werden, so dass ein Profil mit einer Spitze an der Flügelnase entsteht, wie mit punktierte Linien in Fig. 1 dargestellt. Die dazwischenliegenden Flügelschnitte weisen Nasen von mittlerem Krümmungsradius auf, wie mit gestrichelten Linien dargestellt.
Vielfach werden die Flügelprofile längs der Spannweite nicht nur ähnlich im Verhältnis zur Flügeltiefe verkleinert (Trapez-oder elliptische Flügel), sondern es wird auch die prozentuale Dicke verändert, beispielsweise nach den Flügelende zu verkleinert. Dabei verwandelt sich nach geometrischen Gesetzen der Krümmungskreis des dünnen Profils in eine hochstehende Ellipse. Gemäss der Erfindung wird der Krümmungshalbmesser der Nase bei solchen Flügeln, d. h. bei Flügeln mit sich ändernder prozentualer Dicke, längs der Spannweite derart verändert, dass, bezogen auf das oder die auf gleiche prozentuale Dicke umgeformten Ausgangsprofile gemäss Fig. 1, der oben gegebenen Kennzeichnung der Erfindung entsprochen wird, also der Krümmungshalbmesser an den Flügelenden gross, im Bereich der Flügelwurzel klein ist.
In den Fig. 2-8 sind Ausführungsformen von Unstetigkeiten an der Flügelnase dargestellt, die zu gleichen und ähnlichen Folgen führen. Gemäss Fig. 2-5 sind Leisten an der Nase von normalen Flügelschnitten angebracht, die gemäss Fig. 2 eine Dreiecksform, gemäss Fig. 3 eine Trapezform, gemäss Fig. 4 eine doppelte Dreiecksform und gemäss Fig. 5 einen gerundeten Vorsprung an die Profilnase anfügen. Es lassen sich auf diese Weise die verschiedenartigsten Unstetigkeiten an der Flügelnase hervorrufen und durch Flugversuche derart verändern, bis das Optimum der Wirkung erzielt wird.
Insbesondere lässt sich auf diese Weise die Grösse der mit Unstetigkeiten versehenen Spannweite ermitteln, bei der die beste gewünschte Wirkung eintritt.
Diese beste Wirkung wird dann eintreten, wenn gemäss der Erfindung der vorderste Teil der Nase des Flügelschnittes im mittleren Bereich der
Spannweite über eine Länge von etwa der halben Spannweite eine oder mehrere Unstetigkeiten oder Rauhigkeiten aufweist.
Gemäss Fig. 6 ist eine Rauhigkeit a an der Flügelnase angebracht und gemäss Fig. 7 und 8 Unstetigkeiten durch Riefen (Fig. 7) und Stufen (Fig. 8).
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Flugzeugtragflügel, dessen freies Ende den kritischen Anstellwinkel später erreicht als die Wurzel und der in etwa einem Drittel der Flügeltiefe am dicksten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Krümmungshalbmessers der Nase des Flügelquerschnittes zur grössten Flügeldicke in. den Flügelquerschnitten im Bereiche des freien Flügelendes grösser ist als in den Flügelquerschnitten im Bereiche der Flügelwurzel.