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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruchs I.
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Bei
Gleitschirmen sowie Kites entstehen im Flug mit kleinem Anstellwinkel
häufig
Deformationen des Segels im Nasenbereich. Diese werden durch eine
Veränderung
der Druckverhältnisse
hervorgerufen, in dem sich das Gleitschirm- oder Kiteprofil befindet.
Der Luftdruck vor der Nase nimmt solch einen hohen Wert an, dass
er die Profilnase verformt. Diese Verformungen wirken sich negativ
auf Leistung und Sicherheit aus.
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Ein
Profil mit deformierter Nase erzeugt mehr Turbulenzen als mit definierter,
undeformierter Nase. Dies hat eine Vergrößerung der Grenzschicht zur
Folge, was wiederum den Widerstand des Profils und somit auch den
des Gleitschirms oder Kites erhöht.
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Des
Weiteren verändert
eine Deformation der Nase die konstruierte, berechnete Profilform.
Die Folge sind unvorhersehbare Flugeigenschaften.
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Eine
deformierte Nase stellt außerdem
ein weiteres Sicherheitsrisiko dar. Eine deformierte Zelle weist
eine geringere Eigenstabilität
auf. Sie kollabiert bei kritischer Anströmung leichter. Der Schirm klappt so
in Turbulenzen oder anderen Flugzuständen schneller ein und verliert
die Flugfähigkeit.
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In
der Vergangenheit wurden verschiedene Systeme entwickelt, die diese
Verformungen des Segels im Nasenbereich am Gleitschirm oder Kite
im Flug bei kleinen Anstellwinkeln unterbinden sollen.
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So
wurde neben der konventionellen Eintrittsöffnung auch in die Nase eine Öffnung eingebaut, welche
den hohen Druck vor der Nase und den niedrigeren Druck in der Zelle
ausgleichen soll.
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Dieses
System funktioniert nicht, da weder ein ausreichender Druckabbau
vor der Nase noch ein ausreichender Druckausbau in der Zelle erreicht wird.
Die Luft fließt
stattdessen durch die Öffnung
in der Nase in die Zelle hinein und aus der Eintrittsöffnung wieder
hinaus. Die Druckverhältnisse
bleiben nahezu unverändert.
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Bei
großen
Anstellwinkeln, zum Beispiel während
eines Strömungsabrisses,
stellt dieses System sogar einen Nachteil dar. Die Luft strömt nun durch
die Eintrittsöffnung
in die Zelle und aus der Öffnung
in der Nase wieder heraus. Der stabilisierende Druck in der Zelle
ist geringer. Die ausströmende
Luft aus der Öffnung
in der Nase reißt
die Strömung
um das Profil mit. Ein Wiederanlegen der Strömung wird erschwert.
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Dieses
Problem bei großen
Anstellwinkeln ließe
sich eliminieren, indem statt einer Öffnung in der Nase ein Ventil
in der Nase eingesetzt wird, das es zulässt, dass Luft in die Zelle
hineinströmen
kann, nicht aber wieder hinaus. Bei kleinen Anstellwinkeln findet
jedoch weiterhin kein genügend
großer
Druckausgleich zwischen Zelleninnen- und Zellenaußenseite
statt, sodass die Nase nach wie vor deformiert wird.
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Ein
solcher Druckausgleich würde
stattfinden, wenn die Eintrittskante verschlossen wird und nur die Öffnung oder
das Ventil in der Nase für
die Belüftung
der Zelle zuständig
ist.
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Hier
treten jedoch weitere Probleme auf. Die Befüllung der Zellen mit Luft beim
Start oder nach Entleeren in der Luft, beispielsweise hervorgerufen durch
einen Strömungsabriss
oder durch eine Einklappung, wird durch die fehlende Eintrittsöffnung erschwert,
wenn nicht sogar verhindert. Dies hätte deutlich anspruchsvollere,
teilweise sogar unbeherrschbare Extremflugzustände zur Folge.
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Nicht
nur das schwere Befüllen
der Zelle mit Luft macht Probleme, auch das Entlüften der Zellen. Fliegt der
Gleitschirm durch Turbulenzen, so ist oft ein schnelles Entlüften der
Zellen von Nöten,
um Energie zu absorbieren, die ansonsten einen eventuellen Extremflugzustand
verschärfen
kann.
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Durch
ein Ventil an der Eintrittsöffnung
wird Belüftung
erlaubt, nicht jedoch Entlüftung.
Das Problem der fehlenden Energieabsorption bleibt bestehen.
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Kombinationen
aus den angeführten
Systemen sind möglich,
würden
jedoch nur noch weitere Probleme mit sich bringen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Verformung der Nase bei kleinen Anstellwinkeln
zu unterbinden, ohne jedoch Nachteile im Extremflug hervorzurufen. Dies
soll durch einen generell höheren
Druck innerhalb der Zelle, sowohl bei großen, als auch bei kleinen Anstellwinkeln,
gewährleistet
werden, ohne jedoch auf die Möglichkeit
einer schnellen Entleerung der Zelle verzichten zu müssen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
I gelöst.
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Dabei
kommt eine Druckausgleichsmöglichkeit ähnlich einer
Eintrittsöffnung
und einer Öffnung im
Nasenbereich zum Einsatz. Es befindet sich eine Trennwand innerhalb
der Zelle, die den Nasenbereich von dem Rest der Zelle trennt.
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Bei
kleinen Anstellwinkeln wird so gewährleistet, dass ein Druckausgleich
im Nasenbereich stattfindet, der nicht durch einen Luftfluss zur
Eintrittsöffnung
aufgehoben wird. In der Kammer in der Nase herrscht ein ähnlich hoher
Luftdruck wie vor der Nase außerhalb
des Profils. So entstehen keine Kräfte, die auf die Nase einwirken.
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Die
Nase wird nicht deformiert.
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Da
die Teilzelle in der Nase nur ein kleines Volumen hat, ist eine
schnelle Be- und Entlüftung
der Zelle gewährleistet.
Der Luftfluss bei Start, Einklappungen oder anderen Begebenheiten
wird nicht behindert. Extremflugeigenschaften werden auf diese Weise
nicht negativ beeinflusst.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, dass das System kein großes Gewicht
hat. So bleibt der Gleitschirm leicht. Durch die Positionierung
des Systems in der Nase wird der Schwerpunkt des Schirms trotzdem leicht
nach vorne verschoben, was den Flugeigenschaften zu Gute kommt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher
beschrieben.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Gleitschirm- oder Kitezelle.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Erfindung in einer Gleitschirm-
oder Kitezelle.
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3 zeigt
im senkrechten Schnitt den Füllvorgang
der Nasenkammer.
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4 zeigt
einen Teil der mit der Erfindung ausgerüsteten Zelle von schräg oben.
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Im
Nonmalflug liegt der Punkt mit dem höchsten Luftdruck in der Nähe der Eintrittsöffnung (1).
Wird der Anstellwinkel verkleinert, wandert dieser Punkt weiter
nach vorne auf die Nase. Die Zellnase hält diesem Druck nicht stand
und deformiert.
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Die
Erfindung besteht darin einen Druckausgleich auf beiden Seiten des
Obersegels (2) im Nasenbereich zu schaffen, wodurch keine
Kräfte
entstehen können,
die das Obersegel (2) im Nasenbereich zum Verformen bringen.
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Dies
wird durch eine Öffnung
in der Nase (3) ermöglicht,
welche diesen Druckausgleich zulässt.
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Statt
der Öffnung
(3) kann auch ein Ventil zum Einsatz kommen, welches nur
Luftströmung
in eine Richtung erlaubt.
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Damit
nicht ein weiterer Druckausgleich mit der das Untersegel (4)
umströmenden
Luft durch die Eintrittsöffnung
(1) stattfinden kann, wird der Nasenbereich durch eine
Trennwand (5) von der Hauptzelle (6) getrennt.
Es entsteht eine Nasenkammer (7).
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Statt
einer Eintrittsöffnung
(1) kann auch ein Ventil zum Einsatz kommen, welches nur
Luftströmung
in eine Richtung erlaubt.
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Die
Trennwand (5) wird so angebracht, dass sie einen Luftaustausch
zwischen Nasenkammer (7) und der Hauptzelle (6)
nicht zulässt.
Dies geschieht beispielsweise durch ein befestigen der Trennwand an
Ober- (2) und Untersegel (4) sowie seitlich an
den Rippen (8) – siehe 2.
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Für ein besonders
schnelles Füllen
und Entleeren der Nasenkammer (7), wird dessen Volumen möglichst
klein gehalten. So können
die Seiten der Trennwand (5) an den gleichen Stellen wie
das Obersegel (2) mit den Rippen (8) verbunden
sein.
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Die
Trennwand (5) kann je nach Bedarf entweder breiter oder
schmaler als die Zellbreite sein. So kann durch Materialüber- oder
-unterschuss die Geometrie der Zelle oder der Trennwand (5)
beeinflusst werden.
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Das
System kann derart konstruiert sein, dass sich die Nasenkammer (7)
erst bei kleinen Anstellwinkeln durch Belüftung durch die Öffnung (3) oder
das Ventil in der Nase bildet. Bei großen Anstellwinkeln besteht
so nur die Hauptzelle (6) – siehe 3.