CH405083A

CH405083A - Schuberzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: CH405083A
Application number: CH333263A
Authority: CH
Inventors: Fischer Hans
Original assignee: Fischer Hans
Priority date: 1963-03-16
Filing date: 1963-03-16
Publication date: 1965-12-31
Also published as: US3231220A; AT240701B; GB1061771A

Description

Schuberzeugungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Schuberzeugungsvor- richtung mit wenigstens einem Tragflügelrotor ge mäss .denn bekannten Voith-Schneider-Prinzip, dessen Zweck insbesondere die Erzeugung von dynami- schem Auftrieb in der Luft äst,

um den Senkrecht start und @die Senkrechtlandung von Luftfiahrzeugen zu ermöglichen.

Auf dem genannten Prinzip beruht ein bis jetzt in technisch tauglicher. Weise lediglich für Wasser- fahrzeuge verwendeter Propeller, (der im wesent- lichen ran einer vertikalen Antriebswelle stirnseitig einen horizontalen Teller mit mehreren sachsenpar allelen, einenends frei abstehenden Tragflügeln auf weist,

die je .um ihre eigene Längsachse drehbar angebracht sind .und mit der Welle um deren Achse rotieren. Gleichzeitig führt jeder Tragflügel unter der Einwirkung eines Steuermechanismus eine Rela- tivbewegung um idie eigene Längsachse paus,

durch welche Bewegung während jedes vollen Umlaufes der Welle der Anstellwinkel des Tragflügels von Null auf positive und wieder ,zurück ;

auf negative Werte gesteuert wird. Die Richtung der Nullstellung und der Wert des .Anstellwinkels können dabei be liebig verändert werden, wodurch bei konstanter Drehzahl Richtung und Betrag des Propellerschubs sich einstellen lassen.

Der Voith-Schneider-Propeller ergibt unabhängig vom Modium einen günstigeren Wirkungsgrad als alle andern,

bis heute .bekannten Propellerformen. Da man jedoch bei früheren Versuchen der Anwen dung des Voith-Schnemder-Prinzips für die Auftriebs erzeugung @an Luftfahrzeugen diese Propellerart prak tisch unverändert übernahm, :

ergaben .sich .unförmige Propellergebilde, welche in n Aufbau verhältnismässig kompliziert waren und auch ausser Betrieb beträcht lichen Raum beanspruchten. @Nachtellig waren ins- besondere (das hohe Gesamtgewicht und der Form- widerstand des Propellers, weshalb seine Anwendung an Luftfahrzeugen als Misserfolg endete,

und er als Auftriebspropeller untauglich zu sein schien. Als Vortriebspropeller ist er den heute gebräuchlichen Vortriebsarten :für Luftfahrzeuge ohnehin eindeutig unterlegen.

Da aber unter Aden übrigen bisher bekanntge wordenen und zum Teil erprobten Vorschlägen für Vorrichtungen zur reinen Auftriebserzeugung an Luftfahrzeugen keine einen @einigermassen. befriedi- genden Wirkungsgrad @aufweist und gerade der gute Wirkungsgrad des Voith-Sehneider-Propellers densel ben für diese Aufgabe als ;

geeignet erscheinen lässt, galt es, seine Nachteile gegenüber bisher gescheiter ten Anwendungsversuchen durch konstruktive Lö sungen auf ein tragbares Mass herabzusetzen, was nun mit der vorliegenden Erfindung bezweckt wind.

Die @erfändungsgemässe Schuberzeugungsvorrich- tung zeichnet @sich dadurch aus, @dass am Antriebsteil ides Rotors mindestens :ein Tragflügel bezüglich der Entfernung :seiner Tnaagflügel-Längs@achs,e gegenüber der Rotorachse verstellbar :angeordnet äst.

In ihrer Anwendung @an einem Luftfahrzeug ist .die Schuberzeugungsvorrichtungdazu .bestimmt, Aden ,dynamischen Auftrieb desselben .zu erzielen, wobei der Tragflügelrotor mit seiner ,Rotorachse wenigstens annähernd parallel zur Vortrieb;

snchtung des Luft- fahrzeuges :angeordnet äst und ein Auftriebsorgan @desselben bildet.

Die Erfindung wind anschliessend anhand eines ,auf der beiliegenden Zeichnung dargestellten Aus- führungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist .eine vorwiegend schematische S:eiten- unsicht einer Schuberzougungsvorrächtung im Be- triebszustand. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt zu Fig. 1- Fig. 3 ist eine vorwiegend schematische Seiten ansicht der Schuberzeugungsvornichtung nach Fig.

1, im Ruhezustand.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt zu Fig. 3, und Fig. 5 .ist eine perspektivische Ansicht eines zwei Schuberzeugungsvorrichtungen gemäss Fig. 1-4. auf weisenden Luftfahrzeuges.

Die veranschaulichte Schuberzeugungsvorrichtung weist einen Rotor 10 :auf, der an seinen beiden axialen Enden mit je einem Wellenzapfen 11 in einem Antriebsgehäuse 12 bzw.

13 drehbar gelagert äst. Zwischen den beiden Wellenzapfen 11 und in mechanischer Verbindung mit denselben besitzt der Rotor 10 zwei Tragflügel 14 und 14', welche nach Profil und Länge gleich-, aber mit ihren Flügelein- trittskarten 15 und 15' nach voneinander abgekehr ten Seiten gerichtet sind.

Jeder Tragflügel 14 bzw. 14' ist an seinen Enden über je einen Gelenkkörper 16 bzw. 16' mit dem einen Ende eines Zugstabes 17 bzw. 17 verbunden, dessen -anderes Ende über ein Gelenk 18 bzw. 18' an einem zur Längsachse 19 des Rotors 10 parallelen Drehzapfen 20 bzw.

20' angelenkt ist, der in einem stirnseitig am Wellen zapfen 11 angeordneten Antriebsteller 21 gelagert äst. Diese im gleichen Antriebsteller 21 .gelagerten Drehzapfen 20 und 20' liegen einander diametral zur Rotorachse 19 gegenüber und werden nach dem Voith-Schneider-Prinzip durch einen,auf ,dem Wellen- zapfen 11 angeordneten, z.

B. hydraulisch betätig baren Steuermechanismus 22, der mit dem zum ge genüberliegenden Wellenzapfen 11 des Rotors ge hörender Steuermechanismus 22 synchron :arbeitet, zum Ändern des Anstellwinkels der beiden Trag flügel 14 und 14' gedreht. Die Zugstäbe 17 und 17' sind unter sich und zu beiden Seiten oder Tragflügel gleich lang.

Ebenso sind auch .alle vier Gelenkkörper 16 und 16' unter sich und die Gelenke 18 und 18' unter sich gleich ausgebildet, vorzugsweise z.

B. je als Kardangelenk, und bezüglich ider Rotorachse 19 und der dazu senkrechten, durch die Rotormitte gehenden Querebene 23 symmetrisch angeordnet, so dass :

die, Tragflügel 14 und 14' .mit ihren Längsachsen 24 und 24' stets parallel zur Rotorachse 19 gehalten sind. Da ferner die Antriebsteller 21 des Rotors 10 oder dieselben zusammen mit den bezüehungswe'sen Antriebsgehäusen 12 und 13 exial um eine veränder liche Strecke d jeweils entgegensetzt .gleich verschieb bar sind,

kann der Rotor mit seinen Tragflügeln 14, 14' und Zugstäben 17, 17' zwischen der idie Ruhe lage bildenden Streckstellung gemäss Fig. 3 und 4 und einer extremen Spreizstellung beliebige Betriebs- stellung (z. B.

gemäss Fig. 1 und 2) mit veränder lichem Abstand der Tragflügel-Längsachsen 24 und 24' von der Rotorachse 19 einnehmen. Unter ent sprechender Arretierung fdes Rotors 10 ,und durch Steuerung des Anstellwinkels der Tragflügel 14, 14' mittels des Steuermechanismus 22 können die Trag flügel in der Ruhelage praktisch in Horizontalebenen übereinander (Fig. 3 .und 4)

oder aber in einer die Rotorachse 19 enthaltenden gemeinsamen Horizon talebene nebeneinander eilgestellt werden.

DieWirkung sweise der beschriebenen Sch.uber- zeugungsvorrschtung besteht darin, dass die Trag flügel 14, 14' durch Gegeneinanderschieben der An triebsteller 21 bei rotierendem Rotor 10 unterstützt .durch die vor allem auf die Masse der Gelenkkörper 16, 16' wirkende Zentrifugalkraft C gespreizt wer den (Fig. 1), bis eine z.

B. durch nicht gezeigte steuer bare Anschläge für die Antriebsteller 21 im Gehäuse 12 bzw. 13 bestimmte Spreizstellung erreicht ist, welche bei konstanter Drehzahl des Rotors die zur Schuberzeugung erforderliche Umfangsgeschwindig keit der Tragflügel 14, 14' ergibt.

Während des Spreizvorganges sowie .in der erreichten Betriebs- stellung des Rotors arbeitet der Steuermechianismus 22 dauernd im Sinne der fortlaufenden Änderung des Anstellwinkels der Tragflügel 14, 14' gemäss dem Voith-Schneider-Prinzip zur Erzeugung des Schubes.

Zur Änderung der Schubarbeit kann die Drehzahl des Rotors oder idie Spreizung der Trag flächen oder beides geändert werden.

Bei der Anwendung der beschriebenen Schub- erzeugungsvorrichtung @an einem Flugzeug zur Er zeugung des Auftriebs ergibt sich der geringste Form widerstand, wenn der Tragflügelrotor 10 mit seiner Achse 19 parallel zur Vortriebsrichtung des Flug zeuges gemäss Fig. 5 .angeordnet ist.

Damit das beim Betrieb einer Auftriebsvorrichtung .auf das Flugzeug wirkende Reaktionsmoment durch ein entsprechen- ,des aufgenommen wird, ist eine zweite Auftriebsvorrichtung in bezüglich der Mittelachse 25 des Flugzeugs symmetrische Anordnung zur er sten Vorrichtung vorgesehen, wobei die Rotoren im Betrieb gegenläufig rotieren.

Bei dem in Fig. 5 @dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das Flug zeug vordere rund hintere Tragflächenpaare 26 bzw.

27, die mitje einem Rumpfansatz 28 bzw. 29 von vorn beziehungsweise von hinten in einen Rumpf 30 hineinreichen und darin in Richtung !der Flugzeug- mittelachs@e 25 teleskopartig verschiebbar geführt sind. Die beiden Auftriebsvorrichtungen des Flug zeuges sind mit ihrem Rotor 10 beidseitig des Rump fes 30 iso :

angebracht, @dass sich das eine Antriebs- @gehäuse 12 @am freien Ende der einen bzw. andern Tragfläche 26 und Idas andere Antriebsgehäuse 13 iam freien Ende der einen bzw. andern Tragfläche 27 befindet. Der Rotor 10 ist in der bereits beschriebe- nen Weise ausgebildet.

Beim Betrieb der Rotoren 10 zur Erzeugung des Auftriebes ides Flugzeuges beim senkrechten Aufsteigen oder Absinken (Senk- rechtstart oder Senkrechtlandung) wird,die Spreizung ,der Tragflügel 14 und 14' beispielsweise dadurch erreicht, @dass die beiden Tragflächenpaare 26 und 27 mit ihrem Rumpfansatz 28 bzw.

29 gegeneinander in den Rumpf 30 hineinb.ewegt werden, wodurch sich die Antriebsgehäuse 12 und 13 jeder Auftriebs vorrichtung einander nähern und die Tragflügel- spreizung RTI ID="0002.0213" WI="15" HE="4" LX="1292" LY="2603"> bewirken. In analoger, aber entgegenge setzter Bewegung lässt sich die Streckung der Trag- Hügel herbeiführen, wodurch der Formwiderstand ,

der Rotoren 10 für Iden Horizontalflug des Flug- zeugei in höchst vorteilhafter Weise stark vermindert wird (Fig. 3-5).

Im Gegensatz .zu bekannten Vorschlägen für von der Vortriebsvorrichtung getrennte Auftrie!b:svorrich- tungen !an Flugzeugen ergibt die vorliegende Lösung den technisch wichtigen Fortschritt, dass idie Trag flügel der Auftriebsvorrichtung ausser Betrieb in eine Streckstellung zusammensinken, .in welcher ihr Anteil an der schädlichen ,Stirnfläche ,

des Flugzeugs über- raschend bescheiden .ist. Gleichwohl wirken die Trag flügel 14 und 14' und die z. B. ähnlich flach ausge bildeten Zugstäbe 17 und 17' in ihrer Streckstellung als Tragflächen und leisten .so leinen willkommenen Beitrag zur Verminderung (der Flächenbelastung.

Aus Gründen der Beschränkung des Gewichtes und des aerodynamischen Widerstandes :sucht man den Tragflügeln 14, 14' .und Zugstäben 17, 17' eine möglichst geringe Masse zu geben, was sich bei den vorliegenden Auftriebsvorrichtungen besonders vor- teilhaft verwirklichen lässt, @da :

die Tragflügel und Zugstäbe allein nichtselbsttragend sein müssen, son dern erst beider Rotation durch die auf ,die Gelenk körper 16 bzw. 16' wirkenden Zentrifugalkräfte C bis zum Selbsttragen stabilisiert werden. Diese Ge lenkkörper müssen eine hiefürausreichende Masse besitzen und weisen ein möglichst strömungegerech- tes Gehäuse :auf.

Im Falle von Tragflügeln mit ge rnger Masse werden dieselben nicht mehr biegungs- steif .ausgeführt werden können und sich daher bei -der Rotation unter der Flächenbelastung bogenför mig nach oben wölben, obgleich die bei der Rotation der Zentrifugalkraft ausgesetzten Gelenkkörper die ser Durchbiegung vorteilhaft entgegenwirken. Dieser Erscheinung kann indessen noch dadurch vorgebeugt werden, dass jeder Tragflügel von seinen Längsenden gegen seine Mitte hin in ,

seiner Breite zwischen der Ein- und Austrittskante abnimmt.

Die Vorrichtung zum Spreizen und Strecken der Tragflügel kann in technisch üblicher Weise, z. B. hydraulisch, ausgebildet scin, um eine jeweils gegen läufige Teleskopverschiebung des vorderen und hin teren Rumpfansatzes 28 bzw. 29 im Rumpf des Flugzeugs und :somit über die Tragflächenpaare 26 bzw. 27 translatorisch ,die entsprechende axiale Ver schiebung der Rotorantrieb.steller 21 zu :bewirken. Diese axiale Verschiebung könnte z.

B. auch durch zwischen ,dem Rumpf und (den Antriebstellern des Rotors angeordnete Schwenkorgane unter Anwen dung einer :angemessenen übersetzung oder durch die unmittelbare Axialverschiebung der Antriebstel- ler 21 selbsterzielt werden.

Dabei verbleibtdank der gegenläufig gleich grossen Verschiebung vorne und hinten am Flugzeug idessen Schwerpunkt in unver änderter Lage, was im Vergleich zu Kippflügel- flugzeugen von ,grossem Vorteil ist.

Die in Fig. 5 veranschaulichte Tandemanordnung ,der Auftriebsvorrichtungen ,an einem Flugzeug stellt einen einfachen beispielsweisen Anwendungsfall -des Erfindungsgegenstandes idar. Dank" id-ei fallseitigen Symmetrie ist die Auftriebsvorrichtung -für idie

Vef= wendung .am Flugzeug hervorragend geeignet: Bezüg lich Anzahl und .Anordnung ider Auftriebisvorrichtun- gen besteht seine grosse Varlatiönsmäglichkeit.

Der Wirkungsgrad des Voith-Schneider-Pröpel- fers :in Wasser ist im .Vergleich zu allen andern Propeller-Vortriobsarten vorzüglich. Dies gilt =nach Ansicht von Experten in Fragen ider Aerodynämik ,auch für seinen Wirkungsgrad im M5dimn Luft:

Der Leistungsbedarf wind ,daher voraussichtlich bei der beschriebenen Auftriebisvorriöhtung :geringer sein Aals bei Iden bisher bekanntgewordenen Systemen für Senkrechtstart und -landurig. Als-- Schubvoriichtühg soll der Erfindungsgegenstand aber keineswegs - auf die Verwendung ,an Flugzeugen beschränkt sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Schuberzeugungsvorrichtung mit wenigstens einem Tragflügelrotor gemäss dem Voith-Schneider- Ptrinzip,dadurch gekennzeichnet, idass ,am Antriebs teil (21) ,des Rotors @(10) mindestens ein Tragflügel @(14 bzw.

14') bezüglich ,der Entfernung seiner Tsag- flügel-,Längsachse i(24 ibzw. 24') gegenüber der Rotor- iachse (19) verstellbar angeordnet ist.

Il. Anwendung Ader Schuberzeugungsvorrichtung nach Patentanspruch I ian ,einem Luftfahrzeug, da durch gekennzeichnet, @dass ,der Tragflügelrotor (10) mit seiner Rotorachse .(19) wenigstens annähernd parallel zur Vortriebisrichtung (25) ,des Luftfahrzeuges (angeordnet ist und Bein Auftriebsorgan ,desselben bil det.

UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch I, ,dadurch gekennzeichnet, @dass ,der Tragflügel (14 bzw. 14') mit tels gegenüber,der Rotorachse,(19) ausschwenkbaren Gelenkorganen (16-18 bzw. 16'-18') mit dem An triebsteil (21) ,des Rotors (10) verbunden ist. 2.

Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, idass ,der Tragflügel @(14 bzw. 14') zusammen mit Iden Gelenkorganen (16-.18 bzw. 16'-18') in eine zur Rotorachse (19) wenigstens annähernd parallele Ruhelage einschwenkbar ist. 3.

Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, @dass ,der Antriebsteil des Rotors (10) zwei einander ,axial gegenüberlivgende Naben (21) ,aufweist, mit ,denen der dazwischen angeordnete Tragflügel (14 bzw. 14') b,eiidenends je mittels den Gelenkorganen (16-18 bzw. 16'-a18')ausschwenk- bar verbunden ist. 4.

Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, @dass .am Rotor (10) bezüglich der Rotorachse (19) wenigstens zwei Tragflügel (14 und 14') einander mit ihren Längsachsen (24 und 24') isymmetriisch :

gegenüberliegen. 5. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Naben (21) ,des Rotors @(10) relativ zueinander ,axial verschiebbar sind, um ,die Aus- und Einschwenkung des Tragflügels (14 bzw. 14') zu erlauben.

6. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkorgane (l6--18 bzw. 16'-18') jeweils über je ein Kardangelenk (16 bzw. 18; 16' bzw. 18') einerseits mit dem Tragflügel (14 bzw. 14') und anderseits mit der Nabe (21) verbunden sind. 7.

Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragflügel (14 bzw. 14@ biegsam :dünn .ausgebildet ist und die Gelenkorgane (16 bzw. 16') eine ibei der Rotation des Rotors (10) zum Gestrevkthalten des Tragflügels wenigstens annähernd ausreichende Masse besitzen. B.

Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, @dass der Tragflügel (14 bzw. 14') in der Breite von seinen beiden Enden ,gegen seine litte hin in seiner Breite, zwischen der Ein- und Austrittskante abnimmt. 9.

Anwendung der Vorrichtung gemäss Patent anspruch II, dadurch gekennzeichnet, @dass am Luft fahrzeug wenigstens zwei im Betrieb gegenläufig ,drehende Tragflügelrotoren (10) symmetrisch zur Vortriebsrichtung (25) des Luftfahrzeuges angeord net sind. 10.

Anwendung der Vorrichtung .gemäss Unter- anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, @dass jeder Trag- flügelrotor @(10) zwei Tragflügel (14, 14') aufweist, welche in der Ruhelage in Horizontalebenen über- ,

einander ibzw. in einer gemeinsamen Horizontal- @ebene nebeneinander einstellbar sind, um als Trag- flächen zu dienen.