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Leitwerk, insbesondere für Flugzeuge Die Erfindung betrifft Leitwerke,
insbesondere für Flugzeuge, die gegenüber den bekannten Leitwerksausführungen die
gewünschten Wirkungen mit kleinerem Aufwand an Fläche und Baugewicht sowie mit geringerem
Luft- bzw. Flüssigkeitswiderstand erzielen lassen.
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Die meisten der bisher bekannten Leitwerksausführungen bestehen aus
einer Kombination von kreuzweise bzw. V-förmig aufeinanderstehenden Seiten- und
Höhenrudersystemen. Bei derartigen Anordnungen war man genötigt, relativ große Dämpfungs-
und Steuerflächen bzw. Leitwerksabstände zur Erzielung der notwendigen Stabilität
und Steuerwirkung um die verschiedenen Achsen anzuwenden. Abgesehen davon sind sämtliche
bisher bekannten Leitwerksausführungen festigkeitsmäßig schwieriger auszuführen
als die nachstehend beschriebene dreieckförmige Leitwerkskombination in Form eines
hohlen Prismas.
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Zur Erläuterung ist in Abb. 1 die Gesamtansicht eines Flugzeuges mit
dreieckförmigem Leitwerk gezeigt, wobei natürlich auch eine Anordnung möglich ist,
bei der umgekehrt das waagerechte Höhenruder und die dazu gehörigen Rumpfgurte unten
und die V-förmigen Flächenteile darüber angeordnet sind. Abb. 2 stellt dasselbe
Leitwerk wie in Abb. 1 dar, jedoch in Strömungsrichtung gesehen.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind die einzelnen Leitwerksflächen
mit allen seitlichen oberen bzw. unteren Begrenzungen derart miteinander verbunden,
daß das Gesamtleitwerk dadurch die Form eines hohlen dreieckigen Prismas mit in
Strömungsrichtung liegender Achse bekommt. Als Träger dieses Leitwerks können drei
Gurte 1, 2, 3 dienen, deren Verlängerung gleichzeitig die Gurte eines aus einem
dreifachen Rohrsystem bestehenden Rumpfes bilden.
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Dadurch, daß beim Dreieckleitwerk in Form eines hohlen Prismas die
einzelnen Dämpfungsflächen 4, 5 und 6 nicht mehr einseitig frei im Raum enden, sondern
mit ihren seitlichen Begrenzungen nicht nur miteinander, sondern auch mit den Rumpfgurten
1, 2 und 3 verbunden sind, entsteht natürlich eine besonders feste und leichte Rumpfleitwerksträger-Konstruktion.
Durch diese Anordnung wird weiterhin erreicht, daß sich nicht mehr wie bei den herkömmlichen
Bauformen die Strömung von der Druck- zur Sogseite über die freien Leitwerksenden
ausgleichen kann. Die Folge ist, daß dadurch der induzierte Widerstand herabgesetzt
und somit die Wirksamkeit des Leitwerks erhöht wird.
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Umgekehrt führen vorerwähnte aerodynamische Vorteile dazu, daß man
nunmehr zur Erzielung der erforderlichen Leitwerkswirkung mit einem geringeren Leitwerksquerschnitt
bzw. mit kleinerer Leitwerksspannweite auskommen kann. Insbesondere bei kleineren
Flugzeugen braucht man nun derartige kleinere Leitwerke nicht mehr für den Straßentransport
vom Rumpf abmontierbar zu machen. Konstruktiv bedingt das wesentliche Einsparungen
an Montageelementen und Gewicht, abgesehen davon, daß dadurch gefährliche Falschmontagen
durch verwechselte Anschlüsse sicher vermieden werden.
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Es kommt hinzu, daß bisher bei den üblichen Bauweisen sich der Druckmittelpunkt
der einzelnen Leitwerksflächen immer in einem größeren Abstand von der neutralen
Rumpfachse befand, so daß bei den verschiedenen Steuerausschlägen zusätzlich zu
den Biegungsbeanspruchungen meistens auch noch eine erhebliche Drehbeanspruchung
des Rumpfes durch das Drehmoment entstand, das sich aus der Leitwerkskraft mal Abstand
des Druckmittelpunktes von der neutralen Rumpfachse ergab. Bei der erfindungsgemäßen
Ausführung des Leitwerkträgers in Form eines prismenförmigen Gitterrumpfes befinden
sich die einzelnen Leitwerksteile jedoch innerhalb der Rumpfaußenkonturen. Dadurch
entstehen, bezogen auf die neutrale Rumpfachse, nur noch ganz geringe Drehmomente,
zu deren Aufnahme keine so festen und schweren Bauelemente benötigt werden wie bei
den bisherigen Leitwerksausführungen.
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Das dreieckförmige Leitwerk in Form eines hohlen Prismas ergibt jedoch
bezüglich der einzelnen Flächen noch weitere aerodynamische Vorteile. So haben z.
B. die Dämpfungsflächen 4 und 5 (Abb. 1 und 2), die dabei miteinander einen Winkel
bilden, eine doppelte Wirkung. Sie dienen einmal bei seitlicher Anblasung mit ihrer
seitlichen Projektion als Seitenruderdämpfung, also zur Stabilisierung um die Hochachse
des Fahrzeuges. Zum anderen dienen die Flächen 4 und 5 mit ihrer vertikalen Projektion
auch als Höhenruderdämpfungsfläche, also zur Stabilisierung um die Querachse. Als
Höhenruderdämpfungsfläche um die Querachse dient aber auch die Fläche 6.
Darüber
hinaus stehen aber als Höhenruderdämpfungsflächen auch die Vertikalprojektionen
der Seitenruderflächen 7 und 8 zur Verfügung. Die zusätzliche Ausnutzung dieser
Seitenruderflächen 7 und 8 als Höhenruderdämpfung ist möglich, weil diese Flächen
beim Dreieckleitwerk nur zur Seitensteuerung und eventuellen Trimmung dienen, so
daß sich bei deren Betätigung die Ausschläge der Flächen 7 und 8 bezüglich der Höhenruderwirkung
kompensieren, obwohl andererseits deren Dämpfungswirkung erhalten bleibt. Daraus
ergibt sich, daß mit einem dreieckförmigen Leitwerk in Form eines hohlen Prismas
nach dem oben beschriebenen Erfindungsgedanken infolge des Zusammenwirkens der Flächen
4, 5, 6, 7 und 8 eine erheblich größere Höhenruderdämpfung bzw. Stabilität um die
Querachse erreicht werden kann als bei den bisher üblichen Leitwerken gleicher Größenordnung.
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Für die Höhenruderwirkung braucht man andererseits beim Dreieckleitwerk
in Form eines hohlen Prismas nicht wie beim V-Leitwerk die Flächen 7 und 8 heranzuziehen,
sondern kann dafür allein mit der Fläche 9 auskommen. Das ermöglicht wiederum, daß
wir die Flächen 7 und 8 nunmehr aber noch für Höhenruder-Trimmaufgaben durch gleiches
Heben oder Senken der Flächen mittels bekannter Antriebsmechanismen zur Verfügung
haben. Das Dreieckleitwerk ermöglicht also, daß die Flächen 7 und 8 bei gleichsinniger
Verschwenkung als Seitensteuerung und bei gegensinniger Betätigung als Höhenruder-Trimmung
und darüber hinaus, unabhängig von obigen Betätigungen, als Höhenruderdämpfung zur
Verfügung stehen. Dadurch bleibt die Ruderfläche 9 ausschließlich für Höhenruder-Steuerungsaufgaben
erhalten.
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Über obiges hinaus sind dreieckförmige Leitwerke in Form eines hohlen
Prismas mit sinngemäß ähnlichen Möglichkeiten bezüglich der Kombination der verschiedenen
Dämpfungs-, Steuer- und Trimmaufgaben denkbar, bei denen z. B. zur Erzielung eines
besseren Drehmomentenausgleichs der Luftschraube oder aus Sichtgründen der Seitenruderteil
nicht V-förmig, sondern vertikal und dafür der Höhenruderteil V-förmig aufgebaut
ist.
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Abb.1 zeigt weiterhin, daß bei Anwendung der Rumpfleitwerkskombination
nach dem Erfindungsgedanken innerhalb der drei Rumpfgurte genügend Platz für eine
Druck-Luftschraube 10 vorhanden ist. Diese bewirkt neben einer Absaugung der Strömung
des Hauptflügels vor allem auch eine beschleunigte Strömung in Richtung des Leitwerkes,
wodurch dessen Wirksamkeit weiterhin verstärkt wird.
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Die Leitwerkskombination von Leitwerksträger und Leitwerk in Form
eines hohlen Prismas in Verbindung mit den drei Rumpfgurten ergibt also gegenüber
den bekannten Formen erhöhte aerodynamische Wirkungen, verbunden mit höherer statischer
Festigkeit, geringerem Gewicht, kleineren Dimensionen und günstigen Anwendungsmöglichkeiten
für Triebwerke aller Art. Dem Flugzeugkonstrukteur sind durch Ausnutzung dieser
Vorteile neue Möglichkeiten gegeben.