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Luftschrauben-Nabenhaube Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen
zur Verbesserung der Luftschraubenleistung schnell fliegender Flugzeuge und insbesondere
auf eine für den vorerwähnten Zweck besonders geeignete Luftschrauben-Nabenhaube.
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Die Untersuchung der bei der Konstruktion von Luftschraubenblättern
für hohe, unter der Schallgeschwindigkeit liegende sowie für im Bereich der Schallgeschwindigkeit
oder im Überschallbereich liegende Fluggeschwindigkeiten auftretende Probleme hat
gezeigt, daß, vom Standpunkt des aerodynamischen Wirkungsgrades aus gesehen, Blätter
mit dünnem Querschnitt sehr wünschenswert sind. Bei der Konstruktion von Luftschraubenblättern
müssen jedoch rein bauliche und mit der Festigkeit zusammenhängende Probleme ebenso
berücksichtigt und gelöst werden wie die mit dem aerodynamischen Wirkungsgrad zusammenhängenden
Probleme. Bei der Konstruktion von Luftschraubenblättern für hohe Fluggeschwindigkeiten
hat es sich als schwierig erwiesen, ein dünnes Blatt zu schaffen, das allen baulichen
Anforderungen gerecht wird, während die rein baulich gut durchkonstruierten Blätter
auf Grund ihrer größeren Dicke bei hohen Fluggeschwindigkeiten einen mangelhaften
Wirkungsgrad aufweisen. Insbesondere muß ein Blatt, welches über den größten Teil
seiner Lage die erwünschten dünnen Querschnitte aufweist, mit einem verhältnismäßig
dicken Schaft versehen werden, um den hinsichtlich der Festigkeit zu stellenden
Anforderungen gerecht zu werden. Luftschraubenblätter mit verhältnismäßig dickem
Schaft sind in aerodynamischer Hinsieht zwar bei Flugzeugen zufriedenstellend, welche
die Schallgeschwindigkeit nicht erreichen, bei der Schallgeschwindigkeit nahekommenden
Geschwindigkeiten sinkt jedoch ihr Wirkungsgrad auf Grund des bei derartig hohen
Geschwindigkeiten am Schaft auftretenden übermäßig starken Luftwiderstandes ab.
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Es ist bereits eine im wesentlichen kegelförmige Luftschrauben-Nabenhaube
bekannt, auf der eine der Zahl der Luftschraubenblätter entsprechende Anzahl radial
verlaufender Rippen so befestigt sind, daß die Lage ihrer Hinterkanten in Umfangsrichtung
derjenigen der Luftschraubenblätter entspricht, wobei jede dieser Rippen als ein
im allgemeinen dreieckiges, gepfeiltes Tragflügelprofil mit sich nach rückwärts
vergrößernder Querschnittsfläche ausgebildet ist, dessen Hinterkanten in Abstand
voneinander zu beiden Seiten der Vorderkante des Schaftteiles des zugehörigen Luftschraubenblattes
liegen und schräg nach vorn und außen zur Vorderkante der Rippe verlaufen.
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Die Erfindung kennzeichnet sich demgegenüber dadurch, daß die Vorderkante
jeder nach rückwärts gepfeilten Rippe von der Nabe der Nabenhaube zu der Vorderkante
des zugehörigen Luftschraubenblattes verläuft und so verwunden -ist, daß sie entlang
ihrer Vorderkante einen sich verändernden Anstellwinkel besitzt und dieser Anstellwinkel
an ihren Hinterkanten im allgemeinen dem Anstellwinkel des Schaftteiles des zugehörigen
Luftschraubenblattes entspricht, wenn dieses auf einen einer hohen Fluggeschwindigkeit
entsprechenden Steigungswinkel eingestellt ist.
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Durch die Anordnung gemäß der Erfindung wird der Vorteil erzielt,
daß die Nabenrippen einen Anstell-oder Steigungswinkel haben, welcher sich über
ihre ganze Länge verändert, so daß er an den verschiedenen Querschnitten der Rippe
um ein geringes verschieden ist. Die Verwindung oder Steigung der Rippe und insbesondere
der Steigungswinkel an ihrer Hinterkante ist von vornherein so gestaltet, daß dieser
im allgemeinen dem Verwindungswinkel des Luftschraubenblattschaftes entspricht.
Hieraus ergibt sich als weiterer Vorteil, daß jede Rippe eine im wesentlichen ununterbrochene
tragflügelförmige und windschlüpfige Verlängerung des Blattschaftes bildet, wenn
das Luftschraubenblatt um seine Steigungsverstellachse in die Stellung für optimale
Leistung bei hoher Fluggeschwindigkeit gedreht ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen an
Hand einer bevorzugten beispielsweisen Ausführungsform näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Luftschrauben-Nabenhaube gemäß der
Erfindung, Fig. 2 einen Teil der Luftschrauben-Nabenhaube in Draufsicht in vergrößertem
Maßstab, Fig. 3 einen Teillängsschnitt der Luftschrauben-Nabenhaube, welcher im
allgemeinen der Linie 3-3 der
Fig.2 folgt, jedoch einen vollständigen
senkrechten Schnitt entlang des gekrümmten, die größte Abmessung aufweisenden Teiles
einer der Rippen zeigt, Fig. 4 einen Teilquerschnitt der Luftschrauben-Nabenhaube
entlang der Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch eine der Rippen
entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 in vergrößertem Maßstab und Fig.6 einen weiteren
Teilquerschnitt der Nabenhaube entlang der Linie 6-6 der Fig. 2.
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In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine konische Luftschrauben-Nabenhaube
10 dargestellt, welche auf einer Luftschraubennabe angeordnet ist und sich von der
Motorverkleidung 12 aus nach vorn erstreckt. Auf der Luftschrauben-Nabenhaube ist
eine Vielzahl von Rippen 14, 14 (vier davon in der Zeichnung dargestellt) vorgesehen,
welche von der Spitze der Nabenhaube kegelig zum hinteren Ende derselben verlaufen.
Jede dieser Rippen ist als ein im allgemeinen dreieckiger Blechhohlkörper ausgebildet,
welcher ein Blech 16 aufweist, das so gefaltet ist, daß eine kegelig verlaufende
Vorderkante 18 entsteht, während die Innenkanten 20, 20 des Bleches in einer noch
zu beschreibenden Weise an der Nabenhaube befestigt und die Hinterkanten 22, 22
in einem Abstand voneinander an der Vorderkante einer im wesentlichen kreisförmigen
Öffnung 24 angeordnet sind, durch welche sich der Schaft eines Luftschraubenblattes
erstreckt. Ein Blech oder Spant 23, welches den Raum zwischen den Hinterkanten 22,
22 abdeckt und an diesen befestigt ist, ist mit einer in Querrichtung verlaufenden
Krümmung ausgebildet, so daß er die Vorderseite des Blattschaftes umgreift. Es ist
also für jedes Luftschraubenblatt eine solche Rippe 14 vorgesehen, wobei die Rippen
in gleichmäßigen Abständen voneinander auf dem Umfang der Luftschrauben-Nabenhaube
10 angeordnet sind.
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Wie bereits erwähnt, ist jede Rippe so verwunden, daß ein sich entlang
der Rippe verändernder Steigungswinkel entsteht. Die Vorderkante 18 einer jeden
Rippe ist hierbei in einer von der Spitze der Nabenhaube zu deren hinteren Teil
verlaufenden Linie gekrümmt, die man als Schraubenlinie mit geringer Steigung bezeichnen
kann, wobei die Vorderkante sich in der Drehrichtung der Luftschraube über die geometrische
Mittellinie der Rippe erstreckt. Die Innenkanten 20, 20 des die Rippe bildenden
Hohlkörpers 16 verlaufen in einem Winkel zueinander, dessen Spitze mit der Spitze
der Nabenhaube zusammenfällt. Die Hinterkanten 22, 22 der Rippe überschneiden sich
somit an der Vorderkante in. einem beträchtlichen Winkel, wobei die Vorderkante
in der Nähe des Schnittpunktes der Hinterkanten, wie bei 26 gezeigt, abgeflacht
sein kann, so daß sie sich im wesentlichen in einer parallel zur Längsachse der
Nabenhaube verlaufenden Ebene erstreckt, Es ist ersichtlich, daß die Steigung der
Rippen 14, 14 der Luftschrauben-Nabenhaube 10 die aerodynamischen Eigenschaften
einer Luftschraube verleiht, deren Schubkomponente den Vortriebswirkungsgrad der
gesamten Luftschraube verbessert. Außerdem wird der Fachmann auch erkennen, daß
die im allgemeinen dreieckige, nach hinten gepfeilte Form der Rippen eine für Flügel
und andere zur Aufnahme von Luftkräften bestimmte Flächen von die Schallgeschwindigkeit
erreichenden und überschreitenden Flugzeugen ganz besonders vorteilhafte Form ist.
Insbesondere verringern die gepfeilten oder kegelig verlaufenden Vorderkanten der
Rippen die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zu den Vorderkanten oder diejenige
Geschwindigkeitskomponente, welche die die aerodynamischen Eigenschaften der ein
Fügelprofil aufweisenden Rippen nachteilig beeinflussende Stoßwelle erzeugt. In
anderen Worten: Die gepfeilten Vorderkanten der Rippen erhöhen die Geschwindigkeit,
bei welcher an der Luftschraube Stoßwellenerscheinungen auftreten.
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Es soll nunmehr der Aufbau des Nabenkörpers oder -gehäuses 10 näher
betrachtet werden. Wie aus den Fig.2 und 3 ersichtlich, kann diese Nabenhaube zweckmäßig
aus einer Vielzahl miteinander verbundener Blechteile gebildet sein. Das Vorder-
oder Spitzenteil 28 ist kegelförmig, während die übrigen Teile 30, 30 kegelstumpfförmig
sind, wobei die Teile mit ihren Kanten aneinanderstoßend angeordnet sind. Zur Verbindung
des kegeligen Teiles 28 mit dem vordersten kegelstumpfförmigen Teil 30 dient ein
innen angeordneter Ring 32 mit einem die Hinterkante des Teiles 28 und die Vorderkante
des Teiles 30 überlappenden Rand, an welchen diese beiden Teile mit aneinanderstoßenden
Kanten beispielsweise mittels Niete 34, 34 befestigt sind. In der dargestellten
Ausführungsform sind fünf solcher kegelstumpfförmiger Teile gezeigt, wobei die (von
vorn an gerechnet) zweiten und dritten Teile, mit ihren Kanten aneinanderstoßend,
mittels eines dem vorstehend beschriebenen Ring 32 gleichenden angenieteten Ringes
32 befestigt sind.
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Das hinterste Teil 30 kann unabhängig auf dem Rand einer Ringplatte
36 angeordnet sein, welche hinter den Luftschraubenblättern an der Luftschraubennabe
38 befestigt ist. Die Hinterkante des hintersten Teiles 30 kann sich beliebig weit
nach hinten erstrecken, während die Vorderkante an der Hinterkante des anschließenden
Teiles 30 anstoßen oder in einem geringen Abstand von dieser angeordnet sein kann.
Die benachbarten Kanten der beiden hintersten Teile 30, 30 sind mit bogenförmigen,
in Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordneten Ausschnitten versehen,
welche sich ergänzen, um zusammen die Öffnungen 24, 24 zu bilden; durch welche sich
die Luftschraubenblätter 40, 40 erstrecken.
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Die dritten und vierten Teile 30; 30 sind entlang ihrer einander benachbarten
Kanten mit dem Rand einer weiteren Ringplatte 42 verbunden, welche vor den Luftschraubenblättern
an der Luftschraubennabe 38 befestigt ist. Die ersten und zweiten Teile 30; 30 sind
in gleicher `Weise mit einer dritten Ringplatte 44 verbunden, welche eine das Vorderteil
der Luftschraubennabe 38 umgreifende mittlere Öffnung aufweist.
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Es versteht sich, daß der Nabenhaubenkörper auf verschiedene andere
Weise hergestellt und befestigt werden kann; es sollten jedoch in jedem Falle kräftige,
im allgemeinen den Teilen 36; 42 und 44 gleichende Querträger vorgesehen werden,
um zu gewährleisten, daß der Nabenhaubenkörper starr auf der Luftschraubennabe befestigt
ist.
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Die Rippen 14, 14 sollten ebenfalls starr auf dem Körper der Nabenhaube
befestigt werden, damit sie den während des Fluges auf sie einwirkenden Luftkräften
widerstehen können. Um eine starre Befestigung einer jeden Rippe zu erzielen, sind
die Innenkanten 20, 20 des den Hohlkörper bildenden Bleches 16 nach außen umgebogen
und beispielsweise mittels Niete 46, 46 am Nabenhaubenkörper befestigt. Ferner sind
eine Vielzahl in Abständen voneinander angeordneter Querspanten 48; 48 vorgesehen,
die an den Seiten des Rippenhohlkörpers angenietet sind, wie am besten aus Fig.
5 ersichtlich. jedes dieser Spanten 48 stellt eine starre Querbefestigung für eine
Rippe dar,
wobei die Spanten, wie in Fig. 4 gezeigt, in Abständen
entlang jeder Rippe angeordnet sind, um die Belastung in der günstigsten Weise zu
verteilen.
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Ferner ist in Fig. 3 zu beachten, daß mit Ausnahme des vordersten
Spants alle Spanten anschließend an einen Befestigungsring 32 oder eine Befestigungsplatte
42 oder 44 der Nabenhaube angeordnet sind, so daß ein mit radialen Armen 52, 52
versehener Stern 50 (Fig. 4 und 6) beispielsweise mittels Niete 54, 54 an dem benachbarten
Ring oder der benachbarten Platte des Nabenkörpers befestigt werden kann. Die Arme
52, 52 erstrecken sich durch Öffnungen im Nabenhaubenkörper in das Innere der Rippen
14, 14 und sind an dem ihnen benachbarten Spant 48 befestigt. Die Spanten und damit
die Rippen sind somit auf den Sternen 50, 50 befestigt und dadurch miteinander verbunden,
während die Sterne 50 ihrerseits fest mit dem den Nabenhaubenkörper tragenden Gerippe
verbunden sind.
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Wie aus einem Vergleich der Fig. 4 und 6 ersichtlich ist, sind die
einander benachbarten Sterne 50, 50 um die Achse der Luftschrauben-Nabenhaube gegeneinander
verdreht. Dies ist selbstverständlich erforderlich, um die Rippen mit dem vorbestimmten
Steigungswinkel starr zu befestigten.
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Wie bereits erwähnt, ist die Verwindung oder Steigung der Rippen auf
die Verwindung der Schäfte der Luftschraubenblätter und auf den Steigungswinkel
abgestimmt, auf welchen die Blätter für hohe Fluggeschwindigkeiten eingestellt werden.
In diesem Zusammenhang ist es wichtig, daß die vorerwähnte Luftschrauben-Nabenhaube
mit ihren Rippen sich bei Änderungen der Steigung der Luftschraubenblätter keinesfalls
störend auswirkt. Die Luftschrauben-Nabenhaube und die nach vorn verlaufenden Rippen
wirken sich nicht ungünstig auf den Betrieb der Luftschraubenblätter aus, wenn der
Anstellwinkel der Blätter in Abweichung von dem für hohe Fluggeschwindigkeiten gewählten
Winkel geändert wird.
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Von Bedeutung ist auch, daß sich die Rippenkonstruktion der Luftschrauben-Nabenhaube
für verschiedene Arten von Luftschraubenblättern sehr vorteilhaft verwenden läßt.
Wenn irgendein Luftschraubenblatt auf einen Steigungswinkel eingestellt wird, bei
welchem der Schaftteil des Blattes sich im wesentlichen in Ausfluchtung mit der
ihm zugeordneten Rippe befindet, bildet die Rippe eine strömungsgünstige, tragflügelförmige
Verlängerung des Blattschaftes, wie aus Fig. 2 ersichtlich, Die Anordnung der Rippe
und des Luftschraubenblattes in Ausfluchtung zueinander vergrößert die in der Sehne
gemessene wirksame Länge des Blattes an den verschiedenen Querschnitten durch dessen
Schaft und erhöht somit sein Schlankheitsverhältnis (Sehnenlänge geteilt durch Dicke).
Es ist bekannt, daß ein Tragflügelprofil, beispielsweise ein Luftschraubenblatt,
mit dem unter Berücksichtigung anderer Überlegungen größtmöglichen Schlankheitsverhältnis
bei geringstem Luftwiderstand den größten Auftrieb ergibt. In Anbetracht der günstigen
Auswirkungen der Rippe der Luftschrauben-Nabenhaube auf den Schaftteil des Luftschraubenblattes
kann gesagt werden, daß durch die Erhöhung des wirksamen Schlankheitsverhältnisses
des Schaftes die nachteiligen Auswirkungen des Luftwiderstandes erst bei über der
gewöhnlichen Geschwindigkeit liegenden Geschwindigkeiten auftreten, wodurch der
aerodynamische Wirkungsgrad erhöht wird.
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Die Luftschrauben-Nabenhaube läßt sich zwar, wie oben ausgeführt,
für verschiedene Arten von Luftschraubenblättern verwenden, jedoch ist das am besten
in Fig. 3 zu sehende Luftschraubenblatt 40 ganz besonders gut für die beschriebene
und dargestellte Ausführungsform der Luftschrauben-Nabenhaube geeignet. Dieses Blatt
40 ist bei 41 mit einem Ausschnitt versehen, so daß die Vorderkante des Blattes
die obere Abflachung 26 der Vorderkante der Rippe überdeckt und somit die Vorderkante
der Rippe 14 und die Vorderkante des Luftschraubenblattes eine im wesentlichen durchgehende
Linie bilden. Jede Rippe 14 kann somit als eine nach rückwärts gepfeilte, sich nach
vorn erstreckende Verkleidung ihres jeweiligen Luftschraubenblattes angesprochen
werden.
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Das innere Ende des Luftschraubenblattes 40 ist, wie bei 43 dargestellt,
abgeschnitten, so daß es mit einem nur ganz geringen Abstand über dem Nabenhaubenkörper
liegt, wodurch eine möglichst große, in der Sehne gemessene Länge des Blattes unmittelbar
anschließend an den Nabenhaubenkörper erzielt wird und sich lediglich der zylindrische
Schaft des Blattes in das Innere des Nabenhaubenkörpers erstreckt.
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Die Erfindung kann innerhalb ihres Rahmens zahlreiche konstruktive
Abänderungen erfahren. Bei einer Rippenform für ein Luftschraubenblatt, dessen Vorderkante
nicht abgesetzt ist, kann es beispielsweise wünschenswert sein, die obere Abflachung
26 der Rippe wegzulassen und die schräg verlaufende Vorderkante 18 der Rippe bis
zum Schnittpunkt der Hinterkanten 22,22 zu führen, so daß dieser Schnittpunkt im
wesentlichen in der gleichen radialen Ebene wie die Vorderkante des Blattes liegt.