CH405083A - Schuberzeugungsvorrichtung - Google Patents

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. 1<B>7</B> 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.  



  Die<U>Wirkung</U>     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 mit<B>je</B> 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 (1)

1. 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 <B>3,</B> 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.