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Die
Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug mit einem Antrieb sowie wenigstens
einem dem Antrieb zugeordneten Antriebsblatt.
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Derartige
Luftfahrzeuge sind beispielsweise Propellerfahrzeuge, bei denen
der Propeller über eine
Propellerwelle mit dem Antrieb verbunden ist. Die Propeller weisen
wenigstens zwei Antriebsblätter auf,
welche die Aufgabe haben, eine möglichst
große Menge
Luft entgegen der Bewegungsrichtung des Luftfahrzeuges zu beschleunigen.
Die hierauf entstehende Gegenreaktion liegt in einer auf das Luftfahrzeug
wirkenden Vortriebskraft. Propeller haben jedoch den Nachteil, dass
an ihren Antriebsblättern verlustreiche
Verwirbelungen entstehen. Für
den Flug erforderliche Auftriebskräfte werden mittels Tragflächen oder
Gaszellen realisiert.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Luftfahrzeug aufzuzeigen, dessen der Vortriebskrafterzeugung
zugrunde liegender Wirkungsgrad verbessert ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein
Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Luftfahrzeug
zeichnet sich dadurch aus, dass das Antriebsblatt wenigstens eine
in Richtung der Fahrzeuglängsachse
verlaufende Versteifung aufweist, und dass jedes Antriebsblatt und
der Antrieb über
wenigstens ein Drehgelenkgetriebe miteinander verbunden sind. Mit
dem Drehgelenkgetriebe weist das erfindungsgemäße Luftfahrzeug vorteilhaft
eine Art Schwanzflossenantrieb auf, dessen strömungstechnisches Wirkprinzip dem
Fortbewegungsmechanismus vieler Fischarten im Wasser angenähert ist.
Dabei versetzt der Antrieb das Antriebsblatt über das Drehgelenkgetriebe
in eine schwingende Bewegung, bei der die Versteifung eine Selbsterregung
im Schwingungsverlauf des Antriebsblattes hervorruft. Dabei kommt
es an dem Antriebsblatt zu einer Luftbewegung in Richtung der sich
vergrößernden
Schwingungsamplituden, so dass das Luftfahrzeug eine der Luftbewegung
entgegengesetzte Vortriebsbewegung erfährt. Der der Vortriebskrafterzeugung
zugrunde liegende Wirkungsgrad ist damit maßgeblich verbessert. Das Antriebsblatt
sowie das Drehgelenkgetriebe sind vorzugsweise derart angeordnet,
dass sich die Schwingungsamplituden in einer vertikalen Ebene ausbilden.
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Nach
einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist jedes Drehgelenkgetriebe
mittels wenigstens einer Feder in einer vorbestimmten Nullstellung federnd
gehalten. Der Vorteil dieser Feder liegt darin, dass die Rückstellkräfte annähernd proportional
zu den Auslenkungen des Drehgelenkgetriebes sind, so dass mit dem
Antrieb innerhalb des Drehgelenkgetriebes eine harmonische Schwingung
erzwungen wird. Rückstellkräfte werden
durch Abgabe der in der Feder zwischengespeicherten Formänderungsarbeit frei,
so dass mit dem Antrieb ausschließlich eine die Dämpfung des
Schwingungssystems ausgleichende Erregerfrequenz abgegeben zu werden
braucht. Damit können
der Antrieb sowie den Antrieb mit dem Drehgelenkgetriebe verbindende
Getriebeteile vorteilhaft schwach dimensioniert werden, so dass
für effiziente
Flugeigenschaften erforderliche Auftriebskräfte und Beschleunigungskräfte maßgeblich
herabgesetzt sind und der der Vortriebskrafterzeugung zugrunde liegende
Wirkungsgrad weiter verbessert ist.
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Vorzugsweise
sind dem Antrieb mehrere Antriebsblätter zugeordnet und die Antriebsblätter und der
Antrieb sind über
mehrere Drehgelenkgetriebe miteinander verbunden, wobei jedem Antriebsblatt wenigstens
ein Drehgelenkgetriebe zugeordnet ist. Dadurch, dass dem Antrieb
mehrere, insbesondere zwei Antriebsblätter zugeordnet sind, können von den
bewegten Teilen, insbesondere von den Drehgelenkgetrieben und Antriebsblättern herrrührende Resonanzbewegungen
vorteilhaft vermieden werden. Die Vermeidung derartiger Resonanzbewegungen führt bei
der Vortriebskrafterzeugung ebenfalls zu einer Verbesserung des
Wirkungsgrades.
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Nach
einer nächsten
Weiterbildung der Erfindung sind jeweils benachbart zueinander angeordnete
Drehgelenkgetriebe mittels wenigstens eines Gelenkstabes miteinander
verbunden. Dabei ist der Gelenkstab vorzugsweise derart zwischen
zwei zueinander benachbarten Drehgelenkgetrieben angeordnet, dass
diese gegensinnige Bewegungsrichtungen aufweisen. Im Sinne der Erfindung
ist die Ausbildung des Gelenkstabes nicht zwingend auf eine stabförmige Formgebung
festgelegt.
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Nach
einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist das Drehgelenkgetriebe
wenigstens ein Erregerglied aus, das an der steiferen Seite des
dem Drehgelenkgetriebe zugeordneten an Antriebsblattes angreift.
Folglich bildet das Antriebsblatt im Bereich seines Kräfteangriffs
durch das Erregerglied eine vorgegebene Schwingungsamplitude auf,
die sich mit abnehmender Steifigkeit des Antriebsblattes, also in Richtung
der schlafferen Seite des Antriebsblattes vergrößert. Eine Vortriebsbewegung
kann selbstverständlich
nur dann erzeugt werden, solange die an ein und demselben Antriebsblatt
angeordneten Versteifungen einander nicht aufheben und die vorzugsweise
harmonisch erzwungene Schwingung wenigstens innerhalb des Antriebsblattes
eine Selbsterregung erfährt.
Selbstverständlich
kann die Versteifung am Rahmen der Erfindung auch als eine Verschlaffung
verstanden werden.
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Nach
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist jedes
Drehgelenkgetriebe jeweils vier Getriebeglieder auf, wobei das Erregerglied
innerhalb seines Drehgelenkgetriebes als Koppelglied fungiert. Ein
weiteres Getriebeglied ist als Gehäuse ausgebildet, an welchem
zwei weitere als Kurbelschwingen ausgebildete Getriebeglieder in zwei
zueinander beabstandet gelegenen Punkten angelenkt sind. Die als
Kurbelschwingen ausgebildeten Getriebeglieder sind in von der Gehäuseanlenkung
abgelegenen Punkten über
das als Erregerglied fungierende Koppelglied gelenkig miteinander
verbunden.
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Das
Drehgelenkgetriebe ist vorzugsweise als Parallelkurbeltrieb ausgebildet.
Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, das Drehgelenkgetriebe
mit beliebiger Anzahl an Getriebegliedern sowie mit Getriebegliedern
beliebiger Länge
auszubilden.
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Versuche
haben gezeigt, dass eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges
darin besteht, dass jedes Antriebsblatt eine etwa einem Kreisausschnitt
entsprechende Blattfläche
aufweist, wobei die Blattfläche eine
am Kreisbogen ausgebildete Blattbasis sowie eine von den Kreisradien
ausgebildete Blattspitze aufweist und die Symmetrieachse der Blattfläche in Richtung
der Fahrzeuglängsachse
ausgerichtet ist. Mit einer derartigen geometrischen Ausgestaltung kommt
es an den Antriebsblättern
zu einer auf die Fahrzeuglängsachse
gerichteten Sogwirkung, so dass es an den seitlich zur Fahrzeuglängsachse
beabstandet gelegenen Kanten der Antriebsblätter zur Reduzierung von Verwirbelungen
kommt und damit der Wirkungsgrad bei der Vortriebskrafterzeugung weiter
verbessert ist.
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Eine
besonders zweckmäßige Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges
Besteht darin, dass die Versteifung durch eine an der Blattspitze angeordnete
Feder, sowie wenigstens einen an der Blattbasis quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnete
Querstange ausgebildet ist, wobei an der Feder sowie an der Querstange
jeweils ein Erregerglied angreift. Dieser Kräfteangriff erzwingt dabei innerhalb
des Antriebsblattes eine Schwingung, die sich in Richtung der Feder
vergrößert und
somit die Vortriebsbewegung erzeugt. Eine derartige Ausgestaltung
hat den Vorteil, dass die Antriebsblätter vorteilhaft kostengünstig aus
Folien, Planen oder Tüchern
in Form eines Segels ausgebildet werden können. Selbstverständlich liegt
es jedoch im Rahmen der Erfindung, Antriebsblätter einzusetzen, welche nach
Art einer Flosse eine sich in Richtung der Fahrzeuglängsachse
kontinuierlich verringernde bzw. vergrößernde Steifigkeit aufweisen.
Eine derartige Ausbildung der Antriebsblätter erfordert vorteilhaft
lediglich einen Kraftangriff mittels eines einzigen Erregergliedes,
da die Versteifung hier nicht über
die Aufhängung
des Antriebsblattes realisiert zu werden braucht. Eine der Flosse
eines Fisches mit konstruktiv besonders einfachen Mitteln angenäherte Versteifung
ist dann erreicht, wenn das Antriebsblatt parallel zur Fahrzeuglängsachse
angeordnete Versteifungsrippen aufweist, deren Anzahl mit abnehmendem
Abstand zur Querstange des Antriebsblattes ansteigt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist
in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1:
eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges in einer
Seitenansicht;
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2:
eine Draufsicht auf das Luftfahrzeug gemäß 1;
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3:
eine vergrößerte Teilansicht
des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs
im Horizontalschnitt; und
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4:
eine Seitenansicht der Teilansicht gemäß 3.
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Die 1 zeigt
eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges in einer
Seitenansicht. Das Luftfahrzeug hat einen Antrieb 1 sowie zwei
dem Antrieb 1 zugeordnete, flexibel ausgebildete Antriebsblätter 2, 3.
Jedes Antriebsblatt 2, 3 weist eine in Richtung
der Fahrzeuglängsachse
verlaufende Versteifung auf. Weiterhin sind jedes Antriebsblatt 2, 3 und
der Antrieb 1 über
ein als Parallelkurbeltrieb ausgebildetes Drehgelenkgetriebe 4, 5 miteinander verbunden.
Die benachbart zueinander angeordneten Drehgelenkgetriebe 4, 5 sind
wiederum mittels eines Gelenkstabes 6 miteinander verbunden.
Zur Schwingungserregung weist jedes Drehgelenkgetriebe 4, 5 ein
Erregerglied 7, 8 auf, dass an der steiferen Seite 9, 10 des
dem Drehgelenkgetriebe 4, 5 zugeordneten Antriebsblattes 2, 3 angreift.
Jedes Drehgelenkgetriebe 4, 5 weist jeweils vier
Getriebeglieder auf, wobei das Erregerglied 7, 8 innerhalb
seines ihm zugeordneten Drehgelenkgetriebes 4, 5 als
Koppelglied fungiert. Ein weiteres Getriebeglied ist als Gehäuse 11 ausgebildet,
an welchen zwei weitere als Kurbelschwingen 12, 13 bzw. 14, 15 ausgebildete Getriebeglieder
an zwei zueinander beabstandet gelegenen Drehlagern 16, 17 bzw. 18, 19 angelenkt sind.
Die als Kurbelschwingen 12, 13, 14, 15 ausgebildeten
Getriebeglieder sind beabstandet zu den Drehlagern 16, 17, 18, 19 über das
als Erregerglied 7, 8 fungierende Koppelglied
gelenkig miteinander verbunden. Die Versteifung der Antriebsblätter 2, 3 ist jeweils
durch eine an der schlafferen Seite 20, 21 des Antriebsblattes 2, 3 angeordnete
Feder 22, 23 sowie jeweils eine an der steiferen
Seite 9, 10 des Antriebsblattes 2, 3 angeordnete
Querstange 24, 25 ausgebildet, wobei an der Feder 22 des
Antriebsblattes 2 das Erregerglied 8 angreift,
an der Feder 23 des Antriebsblattes 3 ein Erregerglied 26 angreift
und an den Querstangen 24, 25 die beiden Erregerglieder 7, 8 angreifen.
Das Erregerglied 26 fungiert innerhalb seines Drehgelenkgetriebes 5 als
weiteres Koppelglied, welches dem als Koppelglied fungierenden Erregerglied 8 parallel
geschaltet ist. Die in der 1 gestrichelt
dargestellten Linien verdeutlichen das Schwingungsbild der Antriebsblätter 2, 3 sowie
das Bewegungsbild der einzelnen Getriebeglieder innerhalb ihrer
Drehgelenkgetriebe 4, 5. Außerdem weist das Luftfahrzeug
ein heckseitig an seinem Gehäuse 11 ausgebildetes
Leitwerk 27 auf.
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Die 2 zeigt
eine Draufsicht auf das Luftfahrzeug gemäß 1, aus der
ersichtlich ist, dass jedes Antriebsblatt 2, 3 eine
etwa einem Kreisausschnitt entsprechende Blattfläche 28, 29 mit
einer am Kreisbogen ausgebildeten Blattbasis 30, 31 sowie mit
einer von den Kreisradien ausgebildeten Blattspitze 32, 33 aufweist,
wobei die Symmetrieachse 34 der Blattflächen 28, 29 in
Richtung der Fahrzeuglängsachse
ausgerichtet ist. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen
versehen.
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Die 3 zeigt
eine vergrößerte Teilansicht des
erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs
im Horizontalschnitt. In dieser Figur ist ein am Drehgelenkgetriebe 4 angelenktes
Antriebspleuel 35 dargestellt, über welches der in 1 dargestellte
Antrieb 1 mit den Drehgelenkgetrieben 4, 5 verbunden
ist. Außerdem zeigt
die 3, dass die als Kurbelschwingen 12, 14 fungierenden
Getriebeglieder sowie das Erregerglied 8 paarig ausgebildet
sind. Um die Drehgelenkgetriebe 4, 5 mit dem Antrieb 1 in
eine harmonische Schwingung versetzen zu können, sind die Kurbelschwingen 12, 14 eines
der Drehgelenkgetriebe 4, 5 über Federn 36, 37 und
die Drehlager 16, 18 des jeweils anderen Drehgelenkgetriebes 4 bzw. 5 in
dem Gehäuse 11 federelastisch
verspannt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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Die 4 zeigt
eine Seitenansicht der Teilansicht gemäß 3. In dieser
Figur wurden die im Gehäuse 11 angeordneten
Drehlager 16, 18 als genormte Festlagersymbole
dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.