DD292186A5 - Schlagfluegelflugzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schlagfluegelflugzeug. Das Schlagfluegelflugzeug ist fuer die Freizeitgestaltung, den Sport, die Wirtschaft und das Militaer einsetzbar. Das Schlagfluegelflugzeug, bestehend aus Rumpf, Leitwerken und bewegtem Schlagfluegel, hat erfindungsgemaesz nur einen Schlagfluegel, der zugleich Tragfluegel ist. Er ist starr und in sich nicht verdrehbar. Eine Kinematik, angetrieben von einem Kurbeltrieb, bewegt ueber einen Fluegellenker den Schlagfluegel an allen Stellen der Spannweite mit gleicher Amplitude sinusfoermig auf einer Kreisbahn auf und ab. Waehrend dieser Bewegung wird der Schlagfluegel um seine Querachse periodisch gedreht. Figur{Schlagfluegelflugzeug; Rumpf; Leitwerke; Schlagfluegel; Tragfluegel; Kinematik; Kurbeltrieb; Fluegellenker}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Schlagflügelflugzeug, welches für die Freizeitgestaltung, Sport, Wirtschaft und Militärwesen einsetzbar ist. Es ist vorzugsweise dort anwendbar, wo Flüge mit geringer Geschwindigkeit und minimalem Fluglärm erforderlich sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Flugzeuge der Kategorie entsprechend dem obengenannten Anwendungsgebiet sind derart bekannt, daß ihr Antriebsmittel der Propeller ist. Der Propeller erzeugt den Vortrieb, der dem Luftwiderstand bei der entsprechenden Fluggeschwindigkeit das Gleichgewicht hält. Alle Antriebsvorrichtungen in Luft arbeiten nach dem Prinzip, daß die Luft angesaugt und beschleunigt ausgestoßen wird. Beim Propeller ist es der Propellerstrahl, dem durch einen Motor kinetische Energie zugeführt wird. Diese Energie wird durch Reibung in Wärme umgesetzt. Nimmt die Geschwindigkeit des Propellerstrahles zu, steigt der Energieverlust stärker als der Schubgewinn.

Das Problem eines effektiven und damit ökonomischen Flugzeugantriebes besteht also prinzipiell darin, den für eine gewünschte Geschwindigkeit erforderlichen Schub eines Flugzeuges aus einem großen erfaßten Strömungsquerschnitt und einer kleinen Geschwindigkeitserhöhung in diesem Querschnitt zu gewinnen. Da man Propeller wegen ihres Gewichtes, der begrenzten Fahrwerkhöhe und des erzeugten Drehmomentes nicht beliebig groß machen kann, sind der Vergrößerung des Strömungsquerschnittes objektive Grenzen gesetzt.

Es ist weiterhin bekannt, als Antrieb den Schlagflügel zu verwenden. Schlagflügelflugzeuge besitzen einen Energiespeicher zur Schlagflügelbetätigung und einen weiteren zur Vortriebserzeugung. Der erstgenannte Energiespeicher dient während des Flügelniederschlagos der Unterstützung der Schlagkraft und wird während des Flügelaufschlages erneut aufgeladen. Der andere Energiespeicher dient dem Antrieb der Fahrwerksräder während dem Start. Als Antriebskraft wird Muskelkraft eingesetzt (DD-PS 2643500).

Die meisten Schlagflügelflugzeuge sind nach dem Grundprinzip realisiert, daß sie einen Tragflügel zur Auftriebserzeugung und einen Schlagflügel zur Vortriebserzeugung besitzen. Beide sind in ihrer Funktion voneinander getrennt. Entweder sind die Schlagflügel am Rumpf vor oder hinter dem Tragflügel oder an den Enden der Tragflügel. Die letzte Ausführung kommt dem Vogelflügel sehr nahe, der längs der Spannweite in sich verdrehbar ist. Der Auftrieb wird dabei vorwiegend in Flügelmitte und der Vortrieb vorwiegend an den Flügelenden erzeugt. Diese Lösungen weisen aber entweder große aerodynamische Mängel auf oder erfordern hohen mechanischen Aufwand.

ZIsI dor Erfindung

Es Ist ein Schlagflügelflugzeug zu schaffen, welches einen geringen Energieverbrauch orfordert, im Segel- bzw. Gloitflug eine hohe aerodynamische Güte aufweist und In seinem Gewicht gering ist. DIo Mängel der bekannten Lösungen sollen beseitigt werden.

Darlegung dos Wesons der Erfindung

Der Erfindung liegt dio Aufgabe zugrunde, ein Schlagflügelflugzeug zu schaffen, welches zur Schlagflügelbetätigung ovti. einen Energiespeicher verwendet und welches sowohl mit Muskolkraft als auch motorisch angetrieben werden kann. Das Flugzeug soll in Enten- odor Normalkonfiguration mit nur einem starren Schlagflügel ausgerüstet sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Flugkörper, bestehend aus Rumpf mit Höhen- und Seitenleitwerk und einem über ein Hebelsystem bewegten Schlagflügel mit einem durch Muskolkraft oder Motor angetriebenen Kurbeltrieb, dadurch gelöst, daß dor Schlagflügel starr und in sich nicht verdrohbar ist und zugleich Tragflügel ist. Dor Schlagflügel ist somit über die gesamte Spannweite ausgedehnt und an allen Stellen der Spannweite mit gleicher Amplitude sinusförmig auf einer Kreisbahn, vorzugsweise im Winkel von 90° auf- und abschlagbar. Dabei wird dor Einstollwinkol des um seine Querachse drehbaren Schalgflügols periodisch immor so gesteuert oder geregelt, daß der Auftrieb in allen Schlagphasen etwa konstant ist und beim Abschlag ein Vortrieb entsteht, der größer ist als der zusätzliche Widerstand beim Aufschlag, dieser Schlagflügel erfaßt den durch die Spannweite begrenzten maximalen Strömungsquerschnitt. Aus dieser Lösung resultiert überraschender Weise, daß sich Rumpf und Nutzlast mit ihrer großen trägen Masse im stationären Flugzustand auf einer horizontalen Flugbahn bewegen, während sich der Schlagflügel auf einer sinusförmigen Flugbahn bewegt. Dabei kann die Vortriebserzeugung durch die Schlagamplitude und/oder die Schlagfrequenz an das jt «veils gewünschte Flugregimo angepaßt werden und immer mit optimalem Wirkungsgrad erfolgen. _P,

Der unterschiedliche Drehmoment- bzw. Kraftbedarf beim Auf- und Abschl&g des Schlagflügels kann in bekannter Weise durch einen Kraftspeicher als Energiespeicher, vorzugsweise eine Zugfeder, ausgeglichen werden. Dieser wird beim Aufschlag, wo ein negatives Antriobsmomont wirkt, durch dio Antriebskraft geladen.

Die Auf- und Abbewegung dos Schlagflügel erfolgt über einen Kurbeltrieb, dessen erstes Pleuel am Flügellenker direkt angelenkt ist. Ein zweites Pleuel, das zur Kurbel des ersten Pleuel um etwa 90° versetzt ist, wirkt auf den Schenkel eines Winkelhebels. Der andere Schenkel desselben Winkelhebels ist zugleich der antriobsseitige kurze Stab des Parallelogramms des Flügellenkers. Am gegenüberliegenden kurzen Stab des Parallelogrammes ist der Schlagflügel befestigt. Das zweite Pleuel bewirkt während des Auf- urrl Abschwenkens des Flügellenkers durch das erste Pleuel die Verschiebung des Parallelogramms dos Flügellenkers, wodurch der Einstellwinkel des Schlagflügels verändert wird.

Es ist vorteilhaft, zum Gleit- und Segelflug den Schlagflügel in seiner oberen Stellung zu arretieren, wodurch or nur noch die Funktion eines Tragflügels ausübt.

Es ist weiterhin möglich, den Flügel in Rumpfmitte zu teilen und gegeneinander verdrehbar auszuführen. Mittels zwei der beschriebenen Flügellenker erfolgt die Drehbewegung der Flügel unabhängig voneinander. Dadurch kann eine Quersteuerung überlagert werden. Es ist ebenfalls möglich, dom Mechanismus zur Einstellwinkelsteuerung dos Flügels eine Bewegung zur Höhensteuerung durch den Flügel zu überlagern.

Es ist möglich, die Flügellenker im Rumpf anzuordnen und über Dichtungen nach außen zum Schlagflügel zu führen, oder den Flügellenker außen am Rumpf anzuordnen und nur eine Achse zum Antrieb desselben nach außen zu führen. Das erfindungsgemäße Schlagflügelflugzeug hat die Vorteile, daß der Auftrieb und Vortrieb mit einem starren Flügel realisiert wird, wodurch sich das Gewicht und der Luftwiderstand verringern. Die Auftriebsverteilung des Schlagflügels ist auch in der Schlagphase elliptisch und damit optimal. Die Re-Zahl ist über die ganze Spannweite durch dio größere Bahngeschwindigkeit des schlagenden Flügels erhöht, was eine geringere Fluggeschwindigkeit ermöglicht. Der erfaßte Strömungsquerschnitt hat maximale Größe. Er ist das Produkt aus Spannweite und Schlagamplitude. Das Schlagflügelflugzeug läßt sich in Normal- und Entenkonfiguration realisieren. Die Entenbauweise hat dabei den Vorteil, daß der Schlagflügel ohne Pfeilung ausgeführt werden kann und frei hinter dem Rumpf schlägt. Die Normalkonfiguration muß mit aus Schwerpunktgründen negativ gepfeiltem und damit schwererem Schlagflügel ausgerüstet werden, wenn er ebenfalls hinter dem Rumpf unterhalb des Leitwerkträgers schlagen soll. Ein gerader Schlagflügel würde die Führung des Flügelhauptholmes in einem vertikalen Schlitz des Rumpfes erfordern.

Die Normalkonfiguration hat aber den Vorteil der teilweisen Energierückgewinnung aus der gewellten Flügelnachlaufströmung durch das Höhenleitwerk auf Grund des Knoller-Betz-Effektes. Das Höhenleitwerk glättet die Wirbelstraße und setzt einen Teil der Strömungsenergie wieder in Schub um.

Ausführungsbeispiel

In der zugehörigen Zeichnung ist ein Schlagflügelflugzeug im Schnitt mit seinem Antriebsmechanismus für Muskelkraftantrieb im Prinzip dargestellt.

An einem Rumpf 1, der auch den Piloten aufnimmt, ist am Höhenleitwerksträger 2 das Höhenleitwerk 3 und am Seitenleitwerksträger4 das Seitenleitwerk 5 angeordnet. An einem Flügellenker 6, der als Parallelogramm ausgebildet ist, ist der Schlagflügel 7 angelenkt. Im unteren Teil des Rumpfes 1 ist eine Tretkurbel 8 angeordnet. Mit der Tretkurbel 8 ist ein Antriebsrad 9 verbunden, welches über eine Kette 10 einen Kurbeltrieb 11 bewegt. Die Tretkurbel 8 betätigt der Pilot. Die Schlagbewegung des Flügels 7 erfolgt über den Kurbeltrieb 11, dessen erstes Pleuel 12 am Flügellenker 6 direkt angelenkt ist. Ein zweites Pleuel 14,

das zur Kurbel des orston Pleuel 12 um etwa 90° vorsetzt Ist, wirkt auf den Schenkel eines Winkelhebole 13. Der andere Schenkol dos Winkolhobols 13 Ist zugleich der antriobssoitigo kurze Stab des Parallelogramms dos Flügellenkers 6. Am gegenüberliegenden kurzen S*. ib des Parallelogramms dos Flügollonkors 6 ist der Schlagflügel 7 befestigt. Das Plouol 14 bewirkt während dos Auf- und Abschwonkons dos Flügellonkors 6 durch das Plouel 12 die Vorschiobung des Parallelogrammes des Flügollonkors 6, wodurch dor Einstollwinkel dos Schlagflügels 7 vorändert wird.

Mit dor Trotkurbol 8 wird Ubor eine weitoro Kotto ein Radfahrwork angetrieben (nicht gezeichnet), um beim Start dos Schlagflügelflugzeug zu boschlounlgen.

Claims (8)

1. Schlagflügelflugzeug, bestehend aus dem Rumpf mit daran, angeordnetem Höhen- und Seitenleitwerk und einem über ein Hebelsystem bewegten Schlagflügel und einem Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagflügel (7) zugleich Tragflügel ist, daß der Schlagflügel (7) starr und in sich nicht verdrehbar ist, daß der Schlagflügel (7) an jeder Stelle der Spannweite mit gleicher Amplitude sinusförmig auf einer Kreisbahn auf- und abbewegbar und während dieser Bewegung um söine Querachse periodisch derart drehbar ist, daß der Auftrieb in allen Schlagphasen etwa konstant ist und beim Abschlag ein Vortrieb entsteht, der größer als der zusätzliche Widerstand beim Aufschlag ist.

2. Schlagflügelflugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagflügel (7) über einen Flügellenker (6), der als Parallelogramm ausgebildet ist, über zwei Pleuel (12; 14) mit einem Kurbeltrieb (11) verbunden ist.

3. Schlagflügelflugzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagflügel (7) in seiner oberen Stellung arretierbar ist.

4. Schlagflügelflugzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Flügellenker (6) ein sich beim Aufschlag des Schlagflügels (7) aufladender Kraftspeicher verbunden ist.

5. Schlagflügelflugzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher eine Zugfeder ist.

6. Schlagflügelflugzeug nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagflügel (7) in Rumpfmitte geteilt ist und beide Hälften zur Quersteuerung durch zwei Flügellenker (6) um die Querachse gegeneinander verdrehbar sind.

7. Schlagflügelflugzeug nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügellenker (6) im Rumpf (1) angeordnet ist und durch Dichtlippen nach außen zum Schlagflügel (7) geführt ist.

8. Schlagflügelflugzeug nach Anspruch 1 bic 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügellenker (6) außerhalb des Rumpfes (1) angeordnet ist und seine Bewegung durch eine Welle erfolgt, die durch die Rumpfwand nach außen ge/ührt ist.