DE1025275B

DE1025275B - Hydraulic gear for flapping wings or fins

Info

Publication number: DE1025275B
Application number: DER19605A
Authority: DE
Inventors: Martin Reindl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-09-08
Filing date: 1956-09-08
Publication date: 1958-02-27

Description

Hydraulisches Getriebe für Schlagflügel oder -flossen Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Flugzeuges, mit Schlagflügeln.Hydraulic transmission for flapping wings or fins The invention relates to the drive of a vehicle, in particular an airplane Flapping wings.

Sie geht von der Erkenntnis aus, daß bei Schlagflügeln der größte Auftrieb erzeugt wird, wenn die Bahn der Flügel eine stehende Ellipse darstellt. Sinngemäß wird der größte Vortrieb erreicht, wenn die Bahn der Flügel eine liegende Ellipse darstellt.It is based on the knowledge that with flapping wings the greatest Lift is generated when the path of the wing is a standing ellipse. Correspondingly, the greatest propulsion is achieved when the path of the wings is horizontal Represents ellipse.

Den bisherigen Erfindungen und Konstruktionen, die sich damit befassen, haftet der Mangel an, daß sie mit mehr oder weniger komplizierten mechanischen Getrieben arbeiten, die in der Herstellung nicht nur kostspielig sind, sondern auch vermehrte Störungsmöglichkeiten bieten.The previous inventions and constructions that deal with it, adheres to the defect that they are equipped with more or less complicated mechanical gears labor that is not only costly to produce, but also increased Offer disruption possibilities.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden, indem ein hydraulisches Getriebe verwendet wird. Bei diesem Getriebe wird nicht nur die Kraftübertragung, sondern auch die Umsteuerung auf hydraulischem Wege ausgeführt, derart, daß eine Kreisbewegung der Schwingen stufenlos in eine stehende oder liegende Ellipse umgeformt werden kann.These disadvantages are avoided by the invention by using a hydraulic Gearbox is used. With this transmission, not only is the power transmission, but also the reversal carried out hydraulically, such that a The circular movement of the rockers is continuously transformed into a standing or lying ellipse can be.

In der Zeichnung sind Ausführüngsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 das Schema einer Schwinge, Fig. 2 den Druckgeber, Fig. 3 die Seitenansicht des Druckgebers, Fig. 4 die Arbeitszylinder, Fig. 5 das Schema für ein Flügelpaar, Fig. 6 das Schema für zwei Flügelpaare, Fig. 7 das Schema für Vortriebserzeugung, Fig. 8 das Schema für Auftriebserzeugung, Fig.9 die Ruhestellung der Schwinge für Vortriebserzeugung, Fig. 10 die Ruhestellung der Schwinge für Auftriebserzeugung.In the drawing exemplary embodiments of the invention are shown, namely Fig. 1 shows the scheme of a rocker, Fig. 2 the pressure transducer, Fig. 3 the Side view of the pressure transducer, FIG. 4 the working cylinder, FIG. 5 the scheme for a pair of wings, Fig. 6 the scheme for two pairs of wings, Fig. 7 the scheme for generating propulsion, Fig. 8 the scheme for the generation of lift, Fig. 9 the rest position of the rocker for Propulsion generation, Fig. 10 the rest position of the rocker for the generation of lift.

Das Schema einer Schwinge ist in Fig.1 dargestellt. Hierbei ist A die Schwinge, B der Schwingendrehpunkt, in dem die Schwinge allseitig schwenkbar aufgehängt ist, C der Schwingenfußpunkt, an dem die Arbeitszylinder D und E angelenkt sind.The scheme of a rocker is shown in Fig.1. Where A is the rocker arm, B the pivot point of the rocker arm, in which the rocker arm can be pivoted in all directions is suspended, C is the base of the swing arm to which the working cylinders D and E are hinged are.

Beschreibt der Schwingenfußpunkt C eine Kreisbahn, so wird die Schwinge A ebenfalls eine Kreisbahn beschreiben. Die Bewegung des Schwingenfußpunktes C wird durch den Druckablauf in den Arbeitszylindern D und E herbeigeführt. Der Druckablauf wird durch den Druckgeber (Fig. 2) bestimmt.If the swing arm base point C describes a circular path, the swing arm becomes A also describe a circular path. The movement of the swing base point C is brought about by the pressure sequence in the working cylinders D and E. The printing process is determined by the pressure transmitter (Fig. 2).

In einem Lagerbock 1 läuft ein durch einen Motor 2 beliebig angetriebenes Rad 3, das auf seiner Achse zwei um 90° gegeneinander versetzte Kurbeln 4 und 5 trägt. Am Lagerbock 1 sind schwenkbar vier Druckzylinder 6, 7, 8, 9 angebracht, deren Kolbenstangen paarweise mit den Kurbeln 4 und 5 verbunden sind. Wird das Rad 3 in Pfeilrichtung gedreht, so wird der Kolben 10 hochgezogen und das Öl im Zylinder 6 durch den Druckschlauch 12 in den Arbeitszylinder D gepreßt, wo der Kolben 18 in Pfeilrichtung bewegt wird. Das ÖI zwischen Kolben 18 und Druckschlauch 14 fließt dabei in den Zylinder 6 zurück. Gleichzeitig wird der Kolben 11 im Zylinder 8 aus seiner Mittelstellung vollends herabgedrückt und das Öl durch den Druckschlauch 15 in den Arbeitszylinder E gepreßt, wo sich der Kolben 19 aus seiner Mittelstellung herabbewegt und das Öl zwischen Kolben 19 und Druckschlauch 13 in den, Zylinder 8 zurückfließt. Da die Arbeitszylinder D und E um 90° gegeneinander versetzt sind, ergibt sich die Tatsache, daß bei jeder Umdrehung des Rades 3 der Schwingenfußpunkt C ebenfalls eine Umdrehung machen wird.In a bearing block 1, one driven by a motor 2 runs at will Wheel 3, which has two cranks 4 and 5 offset from one another by 90 ° on its axis wearing. Four pressure cylinders 6, 7, 8, 9 are pivotably attached to the bearing block 1, the piston rods of which are connected in pairs to the cranks 4 and 5. Will the wheel 3 rotated in the direction of the arrow, the piston 10 is pulled up and the oil in the cylinder 6 is pressed through the pressure hose 12 into the working cylinder D, where the piston 18 is moved in the direction of the arrow. The oil flows between piston 18 and pressure hose 14 while doing this back into the cylinder 6. At the same time, the piston 11 in the cylinder 8 is turned off its center position is fully pressed down and the oil through the pressure hose 15 pressed into the working cylinder E, where the piston 19 is out of its central position moved down and the oil between piston 19 and pressure hose 13 in the cylinder 8 flows back. Since the working cylinders D and E are offset from one another by 90 °, there is the fact that with each revolution of the wheel 3, the swing base point C will also make one turn.

Wird das Überströmventil 16 so weit geöffnet, daß infolge Überströmens nur noch die Hälfte des Öles zum -Arbeitszylinder D gelangt, so wird der Kolben 18 naturgemäß nur noch den halben Hub machen, was zur Folge hat, daß der Schwingenfußpunkt C eine stehende Ellipse beschreibt. Wird das Überströmventil 16 geschlossen, dafür das Überströmventil 17 geöffnet, das den Ölzufluß zum Arbeitszylinder E regelt, so wird der Schwingenfußpunkt C eine liegende Ellipse beschreiben.If the overflow valve 16 is opened so far that as a result of overflow only half of the oil reaches the working cylinder D, the piston becomes 18 of course only make half the stroke, which means that the base of the swing arm C describes a standing ellipse. If the overflow valve 16 is closed, for that the overflow valve 17 is open, which regulates the flow of oil to the working cylinder E, so the swing base point C will describe a lying ellipse.

Durch die beschriebene Anordnung ist es, also möglich, die Bewegung der Schwinge stufenlos von einer stehenden Ellipse über Kreisbahnen zu einer liegenden Ellipse umzuformen und diesen Bewegungsformen durch dementsprechende Regulierung der Überströmventile 16 und 17 beliebige, dem jeweiligen Flugzustand angepaßte Hubgrößen zu geben.The described arrangement makes the movement possible the rocker steplessly from a standing ellipse over circular paths to a lying one To reshape ellipses and these forms of movement through appropriate regulation of the overflow valves 16 and 17 any stroke sizes adapted to the respective flight condition admit.

In Fig.5 ist der Antrieb für ein Schwingenpaar dargestellt. Hierbei sind die beiden Zylinder 6 und 8 des Druckgebers der besseren Übersicht halber getrennt gezeichnet. An den Zylindern 6 und 8 des Druckgebers sind paarweise die Arbeitszylinder D 1 und D2, E1 und E2 durch die Druckschläuche 12, 13, 14 und 15 angeschlossen. Um eine unterschiedliche Hubgröße der Schwingen gegeneinander zu erreichen, sind die paarweise gekoppelten Verteilerventile 20 und 21, 22 und 23 angebracht. Werden z. B. die Ventile 20 und 21 so eingestellt, daß der Arbeitszylinder D 1 mehr Öl und der Arbeitszylinder D 2 weniger Öl bekommt, so wird der Schwingenfußpunkt C 1 eine längere, C2 eine kürzere Ellipse beschreiben. Zwangläufig bekommt die zum Schwingenfußpunkt C 1 gehörige Schwinge gegenüber der anderen Schwinge vermehrten Vortrieb, d. h., das Schwingenflugzeug wird eine Bewegung um seine Hochachse ausführen.The drive for a pair of rockers is shown in FIG. Here the two cylinders 6 and 8 of the pressure transducer are separated for the sake of clarity drawn. The working cylinders are in pairs on cylinders 6 and 8 of the pressure transducer D 1 and D2, E1 and E2 connected by the pressure hoses 12, 13, 14 and 15. To a different Stroke size of the rocker against each other reach, the paired coupled distribution valves are 20 and 21, 22 and 23 appropriate. Are z. B. the valves 20 and 21 adjusted so that the working cylinder If D 1 receives more oil and the working cylinder D 2 receives less oil, then the rocker base becomes C 1 describe a longer, C2 a shorter ellipse. Inevitably it gets to Swingarm base point C 1 increased swingarm compared to the other swingarm Propulsion, d. that is, the swing arm aircraft will move around its vertical axis.

Werden die Ventile 22 und 23 so eingestellt, daß der Arbeitszylinder E 1 mehr Öl und der Arbeitszylinder E2 weniger Öl bekommt, so wird der Schwingenfußpunkt C1 eine höhere und C2 eine niedrigere Ellipse beschreiben. Zwangläufig bekommt die zu C1 gehörige Schwinge gegenüber der anderen Schwinge vermehrten Auftrieb, d. h., das Schwingenflugzeug wird eine Bewegung um seine Längsachse ausführen. Bei einer entgegengesetzten Einstellung der Ventile 20,21 und 22, 23 werden die Bewegungen des Schwingenflugzeuges ebenfalls entgegengesetzt sein. (Quer- und Seitenruderwirkung !) Der unter Fig.5 beschriebenen Anordnung, die einem Schwingenflugzeug mit einem Schwingenpaar entspricht, wohnt noch ein gewisser Nachteil inne. Wenn die Schwingen abwärts schlagen, wird sich der Rumpf heben, beim Aufwärtsschlagen der Schwingen aber wird er sich etwas senken. Das ergibt während des Fluges eine ständige Wellenbewegung des Rumpfes. Um diesen Umstand auszuschalten, wird das hydraulische Getriebe zum Antrieb von zwei Schwingenpaaren, die gegensinnig schlagen, herangezogen.If the valves 22 and 23 are adjusted so that the working cylinder E 1 receives more oil and the working cylinder E2 receives less oil, so becomes the base of the swing arm C1 describe a higher and C2 a lower ellipse. Inevitably gets the The swing arm belonging to C1 has increased lift compared to the other swing arm, d. H., the swing plane will move about its longitudinal axis. At a opposite setting of the valves 20,21 and 22, 23 are the movements of the swing plane also be opposite. (Aileron and rudder effect !) The arrangement described under Fig. 5, which is a swing plane with a Pair of arms, there is still a certain disadvantage inherent in them. When the swing flapping downward, the torso will lift as the wings flap upward but will he lower himself a little. This results in a constant wave movement during the flight of the trunk. To eliminate this fact, the hydraulic transmission is used to Driven by two pairs of swing arms that strike in opposite directions.

Da die Schwingen wohl im gleichen Drehsinne, aber um 180° versetzt, rotieren, muß der Abstand zwischen den vorderen und den hinteren Schwingendrehpunkten relativ groß gehalten sein. Dadurch wird ein wechselndes Kippmoment um die Querachse hervorgerufen. Um dieses Kippmoment zu beseitigen, schlagen die Schwingen kreuzweise; somit fallen Auftriebsmittelpunkt und Schwerpunkt stets zusammen, und das Schwingenflugzeug hat ständig eine ruhige Lage.Since the wings are probably in the same direction of rotation, but offset by 180 °, rotate, the distance between the front and rear swing arm pivot points must be be kept relatively large. This creates an alternating tilting moment around the transverse axis evoked. To eliminate this overturning moment, the wings strike crosswise; thus the center of lift and the center of gravity always coincide, and so does the swing plane always has a quiet location.

Um nun trotz des kreuzweisen Schwingenschlages den Hub rechts- oder linksseitig verändern zu können, werden die beiden rechten und die beiden linken Schwingen jeweils paarweise betrieben (Fig. 6).In order to move the stroke right or left despite the crosswise swing of the swing arm To be able to change on the left side, the two right and the two left Swing operated in pairs (Fig. 6).

Bezugnehmend auf die bisher beschriebene Wirkungsweise von Druckgeber und Arbeitszylindern unterscheidet sich Fig. 6 davon nur durch den Wegfall der Verteilerventile und durch die Gruppierung der Arbeitszylinder und deren Anschluß, wobei die Arbeitszvlinder D 1 und D2, E 1 und E 2 die beiden rechten Schwingen, die Arbeitszylinder D 3 und D 4, E3 und E4 die beiden linken Schwingen bewegen. Hierbei sind D 1 und D2, E 1 und E 2 an die Druckzylinder 6 und 8 angeschlossen, und D 3 und D 4, E 3 und E4 sind an die Druckzylinder 7 und 9 angeschlossen.Referring to the previously described mode of operation of pressure transducers and working cylinders, FIG. 6 differs therefrom only in the omission of the distribution valves and the grouping of the working cylinders and their connection, the working cylinders D 1 and D2, E 1 and E 2 being the two right-hand rockers, the working cylinders D 3 and D 4, E3 and E4 move the two left rockers. Here, D 1 and D2, E 1 and E 2 are connected to the printing cylinders 6 and 8, and D 3 and D 4, E 3 and E4 are connected to the printing cylinders 7 and 9.

Die Arbeitszylinder D 1 und D 2 sind gegenläufig aufgehängt und parallel gespeist, und die Arbeitszylinder E1 und E2 sind parallel aufgehängt, jedoch gegenläufig gespeist. Dadurch ergibt sich die Tatsache, daß die Schwingenfußpunkte C1 und C2 und damit die zugehörigen Schwingen im gleichen Drehsinne, aber um 180° versetzt, rotieren.The working cylinders D 1 and D 2 are suspended in opposite directions and parallel fed, and the working cylinders E1 and E2 are suspended in parallel, but in opposite directions fed. This results in the fact that the swing base points C1 and C2 and thus the associated rockers in the same direction of rotation, but offset by 180 °, rotate.

Die Arbeitszylinder D3 und D4, E3 und E4 arbeiten spiegelbildlich angeordnet im gleichen Sinne, jedoch den rechtsseitigen Arbeitszylindern gegenüber um 180° versetzt, d. h., wenn die zu C1 und C2 gehörigen Schwingen aufwärts schlagen, dann schlagen die zu C2 und C3 gehörigen Schwingen abwärts, und umgekehrt. Die vier Schwingen werden also ständig kreuzweise schlagen.The working cylinders D3 and D4, E3 and E4 work in mirror image arranged in the same sense, but opposite the working cylinders on the right offset by 180 °, d. i.e. when the wings belonging to C1 and C2 strike upwards, then the wings belonging to C2 and C3 beat downwards, and vice versa. The four So wings will constantly beat crosswise.

Mit den Überströmventilen 17 und 24 kann rechts-oder linksseitig mehr oder weniger Auftrieb erzeugt und damit eine Querruderwirkung hervorgerufen werden. Mit den Überströmventilen 16 und 25 kann rechts- oder linksseitig mehr oder weniger Vortieb erzeugt und damit eine Seitenruderwirkung hervorgerufen werden.With the overflow valves 17 and 24, more can be done on the right or left or less lift and thus an aileron effect. With the overflow valves 16 and 25, more or less can be done on the right or left Propulsion generated and thus caused a rudder effect.

An dieser Auf- und Vortriebsverlagerung ist die Vorspannung der Schwingendrehpunkte B beteiligt (Fig. 7).The preload of the pivot points is at this upward and forward shift B involved (Fig. 7).

Die Schwingen sind an ihren Drehpunkten Bin Gummigelenken 27 und 29 gelagert. Diese handelsüblichen Gummigelenke bestehen aus einem sehr starkwandigen Gummiring, an dem auf Außen- und Innenseite ein Metallring aufvulkanisiert ist. Je nach Wandstärke und Elastizität des Gummiringes kann der Metallinnenring gegenüber dem Außenring verdreht werden. Diese Bedingungen sind so ausgewählt, daß die Verdrehung nur 90° betragen kann. Wird das Gummigelenk so eingestellt, daß die Ruhestellung der Schwinge fast waagerecht ist (Fig.9), so ergeben sich bei Beschreiben einer Kreisbahn Kräfte am Schwingendrehpunkt B, die in ihrer Richtung und ungefähren Stärke durch Pfeile gekennzeichnet sind. Aus Fig.7 ist ersichtlich, daß die Auf- und Vortriebskräfte die Ab- und Rücktriebskräfte überwiegen.The swing arms are rubber joints 27 and 29 at their pivot points stored. These commercially available rubber joints consist of a very thick-walled one Rubber ring on which a metal ring is vulcanized on the outside and inside. Depending on the wall thickness and elasticity of the rubber ring, the metal inner ring can be opposite twisted around the outer ring. These conditions are chosen so that the twist can only be 90 °. If the rubber joint is adjusted so that the rest position If the rocker arm is almost horizontal (Fig. 9), this results in a Circular orbit forces at the arm pivot point B, in their direction and approximate strength are indicated by arrows. From Figure 7 it can be seen that the lifting and propulsive forces the downforce and return forces predominate.

Wird das Gummigelenk aber so eingestellt, daß die Ruhestellung der Schwinge fast senkrecht ist (Fig.10), so ergeben sich die in Fig. 8 ersichtlichen Kräfte. Vor- und Rücktriebskräfte können sich durch genaue Einstellung des Gummigelenks aufheben, während die Auftriebskräfte überwiegen. Das Schwingenflugzeug wird also je nach Hubhöhe der Schwingen senkrecht steigen, stillstehen oder sinken.If the rubber joint is adjusted so that the rest position of the The rocker arm is almost vertical (FIG. 10), the results shown in FIG. 8 Powers. Forward and reverse forces can be achieved through precise adjustment of the rubber joint cancel while the buoyancy forces predominate. So the swing plane will rise, stand still or fall vertically depending on the lifting height of the rocker arms.

Der gleiche Erfolg kann auch bei kardanischer Aufhängung der Schwingen erzielt werden, hierbei übernimmt die Eigenelastizität der Schwingen die Rufgabe der Gummigelenke.The same success can also be achieved with a cardanic suspension of the swingarm can be achieved, here the inherent elasticity of the wings takes over the calling the rubber joints.

Werden die Schwingen verkleinert und der Form von Flossen angepaßt, so läßt sich nach dem gleichen Prinzip ein Unterwasserfahrzeug antreiben, das dann fischähnliche Schwimmbewegungen ausführen kann.If the wings are made smaller and adapted to the shape of fins, so an underwater vehicle can be propelled according to the same principle can perform fish-like swimming movements.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Vehicle, especially aircraft, with flapping wings, which are angularly supported on all sides at their stile roots, characterized in that that each flapping wing is driven by two hydraulically operated pistons (E, D) that attack the stile offset by 90 ° at a distance from its joint (B) and one of which is an up and down movement and the other is a back and forth movement of the wing (A).

2. Vehicle according to claim 1, characterized in that the stroke of both pistons can be controlled separately, so that the spar follows the path of a standing one or a lying ellipse.

3. Vehicle according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the pistons are controlled hydraulically.

4. Vehicle according to claim 1 to 3, characterized in that the stroke of the piston is controlled by overflow valves (16, 17, 24, 25) takes place.

5. Vehicle according to claim 1 to 4 with at least one Pair of flapping wings, characterized in that distribution valves (20, 21, 22, 23) the stroke of the pistons can be controlled so that the aircraft is rotated around the vertical and / or around the longitudinal axis.

6. Vehicle according to claim 1 to 5 with two pairs of flapping wings one behind the other, characterized in that the pistons are controlled so that the front wing on one side with the rear wing on the other hand moves in phase.

7. Vehicle after Claim 1 to 6, characterized in that the spars of the flapping wings are prestressed Rubber joints are mounted, so that the pitch of the wings by the air resistance automatically changed during the stroke movement. B.

Vehicle according to claim 7, characterized characterized in that the rest angle of attack of the wings is variable to selectively mainly to be able to generate lift or propulsion.

9. Vehicle according to claim 1 to 8 as a watercraft, characterized in that the hydraulically operated Piston drive fins.