DE1064816B - Flugzeug mit Schwingfluegeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht siöh auf ein Flugzeug mit Schwingflügeln, die in Richtung der Spannweite aus gelenkig miteinander verbundenen Teilen bestehen.

Bei den bekannten Flugzeugen dieser Art sind die Achsen der Gelenke senkrecht zur Flügelebene angeordnet. Damit soll erreicht werden, den Gesamtflügel zusammenklappen und ihn an den Rumpf anlegen zu können.

Demgegenüber verlaufen nach der Erfindung die die Teile verbindenden Gelenkachsen parallel oder annähernd parallel zur Flügelebene. Diese Ausführung trägt der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis Rechnung, daß der wa'hre Knotenpunkt des Schwingungsvorganges nicht mit dem Gelenkpunkt des Schwingflügels am Rumpf zusammenfällt, sondern weiter außen liegt und mit'dem aerodynamischen Auftriebsmittelpunkt des schwingenden Flügels zusammenfällt. Die Erfindung unterscheidet daher deutlich zwischen dem inneren, zum Rumpf gelegenen Flügelteil, der vorwiegend tragende Fläche ist, und dem äußeren Flügeliteil, der neben seiner tragenden Eigenschaft insbesondere auch eine vortrieberzeugende Aufgabe hat. Die beiden unter den Tragflügeln liegenden Schwingungsknotenpunkte sind dabei als raumfeste Linien zu denken, um welche sich der Schwingungsvorgang abspielt.

Zweckmäßig ist jeder Schwingflügel in Richtung der Spannweite durch mindestens zwei Gelenke unterteilt.

Durch die gelenkige Aufgliederung der schwingenden Massen über die ganze FJügelspannweite wird ein harmonisches Schwingen der ganzen fliegenden Massen erreicht. Durch eine entsprechende Steuerung kann dabei erreicht werden, daß die Außenflügel größere Ausschläge beim Schwingen machen können als die mitschwingenden Innenflügel.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß sich ein derart aufgebautes Schwingenflugzeug bereits mit der Muskelkraft eines einzelnen Menschen eine gewisse Zeit im Horizontalflug halten kann. Wählt man als Antriebskraft einen entsprechend bemessenen Motor, dann läßt sich ein genügender Vorschub und Auftrieb erzeugen, um die Maschine in der Luft zu haltern und zum Steigflug zu bringen.

Die Zeichnung bringt ein Ausführungsbeiepiel für das Schwingenflugzeug, und zwar in Form eines Segelflugzeugs mit einem Muskelkraftmotor für den Schlagflügielantrieb, um die Maschine bei Wegfall von Steigwind durch Schlagen der Flügel eine gewisse Zeit im Horizontalflug zu halten. Dabei zeigt

Fig. 1 einen schematisdien Längsschnitt durch den Rumpf der Maschine mit dem Antrieb für die Schwingflügel,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Maschine von

Flugzeug mit Schwingflügeln

Anmelder:

Walther Filter,
Langenhagen (Ham.), Eiderweg 23

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 10. Oktober 1955

Walther Filter, Langenhagen (Hann.),
ist als Erfinder genannt worden

vorn, wobei nur der rechte Schwingflügel in seiner ganzen Ausdehnung dargestellt ist,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Maschine gemäß den Fig. 1 und 2 mit den wesentlichen Elementen des Schwingsystems, wobei nur der rechte Teil der Maschine vollständig dargestellt ist,

Fig. 4 das Seilzugsystem für das mit dem Innenflügel gekoppelte Schwingen des Außenflügels,

Fig. 5 eine andere Lösung für das mit dem Innenflügel gekoppelte Schwingen des Außenflügels,

Fig. 6 ein Diagramm des angestrebten Verlaufs der Anstellung der einzelnen Schwungfedern mit der Ableitung des dafür erforderlichen Winkelausschlags des Flügelquerschnitts,

Fig. 7 das allgemeine Schema der hydraulischen Steuerung,

Fig. 8 der allgemeine Einbau des Steuerzylinders im Zusammenhang mit dem Steuerschieber und die Übertragung der Bewegung des Steuerschiebers auf die einzelnen Federn des Außenflügels.

Am mit einer durchsichtigen Haube 1 abgedeckten Flugzeugrumpf 2 mit dem Seitenruder 3 und der Höhenflosse 4 sind beiderseits zwei untereinander gleiche Flügelstummel 5 angesetzt. An diese Flügelstummel 5 sind über Gelenke 6 schwingfähige Innenflügel 7 und an den Enden dieser Innenflügel 7 über weitere Gelenke 8 die gegenüber dem Innenflügel wiederum in der Vertikalen beweglichen, allgemein! mit 9 bezeichneten Außenflügel angeschlossen. Die Außenflügel 9 bestehen aus einer Flügelwurzel 10, die sich nach außen in einzelne Federn 11 aufgliedert. Die Federn 11 sind mit ihren Schäften in der Wurzel 10 der Außenflügel 9 so gelagert, daß sie um ihre Längsachse zur Änderung des Anstellwinkels verdrehibar sind. An den Innenflügeln 7 sitzen die üblichen Querruder 12. Die Hauptholme 13 der beiden Innenflügel 7 sind im Rumpf an ein gemeinsames Führungsstück 14

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ariigelenkt. Dieses Fü'hrungsstück kann längs einer oder mehrerer senkrechter Führungen 15 auf und ab gleiten. Um dem Führungsstück 14 und damit den Schwingflügel η 7, 9 eine auf und ab schwingende Bewegung zu erteilen, ist das Führungsstück 14 in ein Seilzugsystem mit Kraftspeichern 16 und 17, im Beispiel Gummipakete, eingegliedert, das vom Piloten über eine längs des Holms 18 verschiebbare Fußraste 19 in eine Wechselbewegung versetzt wird. Drückt der Pilot mit seinen Füßen die Fußraste 19 nach vorn, dann zieht er über die Seilrollen 20 und 21 mit dem Seil 22 im Beispiel das Führungsstück 14 nach oben. An diesem Führ.ungsstüek 14 ist aber über das Seil 23 und die Rolle 24 das Gummipaket 17 angehängt, das über die Spannrolle 25 im Rumpf spannbar ist. Dadurch wird der aus dem Gummipaket 17 bestehende Kraftspeicher aufgeladen und zieht beim Aufhören des Fußdrucks am Ende des Nachvornschiebens der Fußraste 19 die Fußraste wieder in die Ausgangslage zurück. Zum .Abfangen dieser Bewegung ist am Führungsstück 14 über ein weiteres Seil 26 das zweite Gummipaket 16 angehängt. Dieses Gummipaket 16 ist an einer zweiten, neben der Spannrolle 25 auf der gleichen Achse sitzenden Spannrolle 27 befestigt und spannbar. Beim Rücklauf der Fußraste 19 unter dem Zug des Gummipakets 17 wird das Gummipaket 16 aufgeladen und die Schwingungsbewegung der Flügel 7, 9 nach unten vom Gummipaket 16 abgefangen. Dabei werden die Schwingflügel 7 und 9 aus dem größten Ausschlag wieder so weit zurückgeholt, daß der Pilot das Schwingen der Fußraste 19 fortführen kann. Durch diese Anordnung schwingt das Führungsstück 14 gleichmäßig auf und ab.

Aus Bewegungsgründen ist die Fußraste so eingerichtet, daß der Pilot sie mit den Füßen auch zurückholen und damit die Wirkung der Gummizüge unterstützen kann. Die Spannregelung beider Gummipakete 16 und 17 erfolgt vom Pilotensitz aus über Schneckengetriebe und Zahnräder durch Verdrehen der beiden Spannrollen 25 und 27. Der Pilot kann damit die Spannung der Gummipakete 16 und 17 so einstellen, daß im Flug der Tragflächenauftrieb gegen sein Eigengewicht und den unveränderlichen Gewichtsanteil der -Maschine ausgeglichen wird und die Schwingflügel im ruhigen Gleitflug, d. h. bei ruhender Fußraste 14, in der Horizontalen bleiben und nicht hochklappen. In dieser Stellung der Fußraste kann man auch eine Rast vorsehen.

Wie die Fig. 2 zeigt, machen die Außenflügel 9 beim Schwingen der Innenflügefl 7 um die Gelenke 6 durch das Aufundabgleiten des Führungsstücks 14 mit dem daran angelenkten Hauptholm 13 längs der vertikalen Führungsstange 15 einen größeren Winkelausschlag als die Innenflügel 7. Beim Ausführungsbeispiel ist dies durch Seilzüge erreicht. Dazu trägt die Gelenkachse jedes Außenflügels 9 eine mit dem Außenflügel starr verbundene Rolle 28. Diese Rolle 28 ist um die feste Achse 29 am Außenende jedes Innenflügdls 7 drehbar. Von den Festpunkten 30 und 31 am Außenende jedes Flügelstummels 5 sind Seilzüge 32, 33 über Kreuz zur Rolle 28 geführt, dort gegenseitig herumgelegt und dann an der Rolle befestigt. In der Regel wird man nicht nur je ein Seil 31 und 32, sondern mehrere über die ganze Flügelbreite parallel nebeneinander mit Abstand liegende Seile benutzen, d. h., man muß sich die Befestigungspunkte 30 und 31 als Befestigungsacihsen und die Rolle 28 als eine längliche Walze vorstellen. Der Ausschlag der Außenflügel 9 wird dann in Abhängigkeit vom Ausschlag der Innenflügel 7 gleichsinnig durch das Verhältnis des Rollendurchmessers zum Abstand der Befestigungsachsen 30, 31 an den Flügelstummeln 5 bestimmt. Je kleiner der Durchmesser der Rollen 28 ist, um so größer wird der Winkelausschlag der Außenflügel 9 gegenüber den Innenflügeln 7.

Es ist auch ein solcher Anschluß der Seilzüge 32, 33 denkbar, daß sich die Außenflügel 9 so gegen den Innenflügel 7 bewegen, daß sie etwa horizontal zu den Iiineniflügeln 7 bleiben. Dann dürfen sich die Seilzüge

ίο 32, 33 natürlich nicht überkreuzen. Bei dieser Lösung verringert sich die vertikale Amplitude des Flugzeugmittelteils beim Schwingen.

Man kann schließlich die Befestigung der Seilzüge gemäß Fig. 5 aus den Innenflügeln auch noch in den Rumpf hineinverlegen und die Verbindungsgerade durch die Befestigungslinien 30 und 31 zur vertikalen Rumpfachse winklig verstellbar machen; z. B. durch Verlegung der Befestigung auf ein Steuerorgan, ζ. Β. wie ein Steuerknüppel 34. An diesem Steuerorgan greifen dann die Seilzüge 32, 33 beider Schwingflügel an. Beim Verdrehen des Steuerorgans gegenüber der Senkrechten durch den Rumpf wird der Ausschlagwinkel des einen Außenflügels gegenüber dem anderen vergrößert und die Stabilisierung der Maschine in der Horizontalen um die Rumpfachse zum Kurvenflug ermöglicht. Diese Lösung empfiehlt sich besonders für Nurflügelflugzeuge, wobei die Flügel pfeilförmig am Rumpf angeordnet sein können.

Zur Erzeugung von Vortrieb sind bei der Erfindung die Außenflügel 9 in einzelne Federn 11 aufgegliedert, deren Achsen etwa in Richtung des Flügelhauptholms liegen und in Abhängigkeit vom FlügelausscMag anstellbar sind. Dazu ist jede im Querschnitt wie eine Tragfläche ausgebildete Feder um ihren die Längsachse bildenden Kiel drehbar in der sogenannten Wurzel 10 des Außenflügels 9 gelagert. Als Wurzel 10 wird dabei das geschlossene, nicht in Federn aufgegliederte, unmittelbar am Gelenk 28, 29 liegende Stück des Außenflügels 11 bezeichnet. Die Federkiele laufen in dieser Wurzel 10 in Schäfte 35 aus. Die Schäfte 35 sind in der Wurzel 10 um ihre Achse drehbar gelagert und untereinander z.B. durch Zahnräder 36 so gekuppelt, daß alle Federn 11 um den gleichen Anstellwinkel drehbar sind.

Das Anstellen erfolgt beim Ausführungsbeispiel hydraulisch mit Öldruck in Abhängigkeit vom Ausschlag der Außenflügel 9 gegenüber den Innenflügeln 7, solange die Flügel schwingen. Bei ruhenden Flügeln ist der Anstellwinkel unabhängig vom Filügelausschlag, mit dem die Maschine gerade zur Ruhe gebracht wird, auf den normalen Anstellwinkel eingestellt, z. B. etwa 3°. Zur hydraulischen Veränderung des Anstellwinkels der einzelnen Federn 11 ist im Beispiel im Flügelstummel 5 ein Druckzylinder 37 vorgesehen, dessen Kolben 38 über die Kolbenstange 39, das Gelenk 40 und eine Schubstange 41 am auf und abgehenden Führungsstück 14 angelenkt ist und damit in Abhängigkeit vom Flügelausschlag hin- und hergeschoben wird. In der Horizontallage der Flügel, d. h. beim Ausschlagwinkel Null, steht dieser Kolben 38 genau in der Mitte des Zylinders 37. Anfang und Ende des Zylinders sind über Druckleitungen 42 und 43 mit den Schubzylindern 44 und 45 verbunden. Die Schubzylinder 44 und 45 bestehen asus zwischen den Ständern 46 und 47 befestigten und durch eine Scheibe 48 miteinander gekuppelten Bälgen. Wenn man den Zylinder 44 durch Füllung nach rechts ausdehnt, wird die Scheibe 48 durch gleichzeitiges Absaugen von Drucköl aus dem Zylinder 45 nach rechts verschoben. Umgekehrt wird die Schei'l>e 48 durch Füllung des Zylinders 45

Claims (16)

und Absaugen von Drucköl aus dem Zylinder 44 nach links verschoben. Die Scheibe 48 ist über geführte Stoßstangen 49 mit einer Platte 50 verbunden, die eine Schneckenstange 51 trägt. Auf der Schneckenstange 51 ist ein Zahnrad 52 geführt, das sich unter dem Vor- und Rückhub der Schneckenstange 51 und dadurch über die Zahnradvorgelege 36, die Schäfte 35 der einzelnen Federn 11 einheitlich verdreht. Jeder Hub des Kolbens 38 im Zylinder 37 nach links oder rechts verschiebt deshalb die Schneckenstange 51 ebenfalls nach links oder rechts und verdreht über die Zahnräder 52 und 36 die Federn 11 des Außenflügels 9. Bei der Erfindung wird der Anstellwinkel derart gesteuert, daß sich d*ie einzelnen Profil sehnen der Querschnitte der Federn 11 während eines Flügelischl!ags gsmäß Fig. 6 auf einer Sinuslinie bewegen. Daraus ergibt sich für den Anstellwinkel der einzelnen Federn ein kosinusförmiger Verlauf, wie er ebenfalls aus der Fig. 6 ersichtlich ist. Da aber die Federn 11 für den günstigsten Vortrieb gegenüber der reinen Sinuislinie »o bereits etwas angestellt «ein müssen, wird sich der Anstellwinkel in der Praxis nicht genau nach einer Kosinuislinie ändern, sondern demgegenüber etwas verzerrt oder versetzt sein. Die während eines Ab- oder Aufschlags der Flügel auf den jeweiligen Zylinder 44 oder 45 gegebene ölfüllung würde die einzelne Feder 11 immer in der gleichen Richtung weiter anstellen, während der Anstellwinkel in der Wirklichkeit beim Durchgang des Flügels durch die Mittellage umkehren muß. Bei der Erfindung wird die Umkehr dadurch erreicht, daß das Drucköl in den Zylindern 44 und 45 immer nur jeweils etwa für den halben Flügelschlag, d. h. bis zum Durchgang durch 'die Mittellage, wirksam ist; die Rückführung der Federn und damit der Scheibe 48, d. h. die Umkehrung des Anstellwinkels bis zum Ende des Flügelschlags dagegen durch eine Gegenkraft, z. B. eine Federkraft, herbeigeführt wird. Diese Gegenkraft ist in der Fig. 7 durch die zwischen der Scheibe 48 und den Ständern 46 und 47 eingespannten Schraubenfedern 53 und 54 symbolisch dargestellt. Man muß nicht unbedingt solche Spannfedern vorsehen, sondern kann 'die Druckzylinder 44 und 45 als in sich spannende Gummimuffen ausbilden. Die Rückführung des Zylinders 44 bzw. 45 setzt aber voraus, daß in den nach dem Durchgang durch die MitteMage zu verkleinernden Zylinderraum kein öl mehr aufgegeben wird. Außerdem muß der ölaufschlag vorher schon langsam abgefangen werden und nachher ilm zweiten Zylinder langsam wieder hochlaufen. Dazu ist zwischen den beiden Steuerleitungen 42 und 43 ein Überströmventil 55 vorgesehen, dessen öffnungsweite in Abhängigkeit vom Ausschlag des Außenflügels 9 gesteuert ist. Dieses Ventil besteht aus einer doppelseitig wirkenden Düse 56, in der ein Steuerschieber 57 vom Außenflügel 9 hin- und hergeschoben wird. Dazu ist der Steuerschieber 57 über die Steuerstange 58 gemäß Fig. 8 am Punkt 59 der Wurzel 10 das Außenflügels 9 angdenkt. Das Profil 60 des Steuerschiebers 57 muß auf den in Abhängigkeit vom Ausschlag der Flügelwurzel 10 und damit des Außenflügels 9 gewünschten Anstellwinkel der Federn 11 abgestimmt sein. Da der Schieber in Durchzug für den Abschlag nicht in umgekehrter Richtung für den Flügeliabschlag wieder für den Flügelaufschlag verwendbar ist, muß der Schieber 57 bei der Bewegungsumkehr plötzlich wieder in die Ausgangsstellung zurückgeholt werden. Dieses plötzliche Zurückholen kann man hydraulisch, mechanisch durch ein Kippsystem oder elektrisch durch Relaisschalter erreichen Für Flugzeuge mit Schwanzleitwerk ist gemäß Fig. 1 und 3 in der Höhenflosse eine Dämpfiungsfläche 4 vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Bewegung des Führangsstückes 14 auf und ab geschwenkt wird und damit den Schwanz der Maischine zugleich mit dem Bug hebt und senkt und so das Nicken des Rumpfes in seiner Längsachse während des Schwingens der Schwingflügel verhindert. P A T E N T A N S \' K (t C H E :

1. Flugzeug mit Schwingflügeln, die in Richtung der Spannweite aus gelenkig miteinander verbundenen Teilen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Teile verbindenden Gelenkachsen parallel oder annähernd parallel zur Flügelebene verlaufen.

2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwingflügel in Richtung der Spannweite durch mindestens zwei Gelenke unterteilt ist.

3. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwingflügel nach dem Rumpf zu mit einer Hdlmveriängerung versehen ist, an der elastische Mittel angreifen, die den Schwingflügel in seiner mittleren Betriebsstellung halten.

4. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Rumpf zunächst liegende Gelenk an starr angesetzten Flügelstummeln sitzt.

5. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Führungsstück (14) für ein Schwingflügelpaar, das in einer oder mehreren Führungen mittels eines Kraftspeichersystems und einer Antriebskraft auf und ab schwingbar ist.

6. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftspeichersystem aus zwei über das Führungsstück (14) mit Seilzügen verbundenen Gummipaketen besteht, die vom Pilotensitz aus in ihrer Spannung veränderlich sind.

7. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelausschlag des äußeren Flügelteils zwangläufig größer als der des inneren Flüigelteils ist.

8. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Flügelteil am inneren Flügelteil über eine Rolle oder Walze drehbar gelagert und durch im inneren Flügelteil geführte Seilzüge mit zwei Festpunkten am Ende des Flügelstummels verbunden ist.

9. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festpunkte für die Seite eines Paares der äußeren Flügelteile in einem gemeinsamen Steuerorgan im Flugzeugrumpf zusammengefaßt sind, durch das die Rollen bzw. Walzen unterschiedlich verstellbar sind, wodurch die beiden äußeren Flügelteile auf unterschiedlich^ Ausschläge gebracht werden können.

10. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Flügelteil in fingerartige Einzelflügel aufgeteilt ist, die hydraulisch um ihre Längsachse schwenkbar sind.

11. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Steuerung zur Veränderung des Anstellwinkels der fingerartigen Einzelflügel in Abhängigkeit von der jeweiligen Schwingungsphase aus einem Druckzylinder besteht, in dem ein vom inneren Flügel-

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teil bzw. vom Führungsstück (14) gesteuerter Druckkolben hin und her gleitet, wobei die beiden Stirnseiten des Druckzylinders mit den beiden Stirnseiten eines gleichsinnig doppeltwirkenden elastischen Steuerzylinders verbunden sind, der an ein eine Schneckenstange hin und her schiebendes Element, z. B. eine Scheibe, gekuppelt ist und die Schneckenstange von einem Steuerrad zur Verdrehung der fingerartigen Einzelflügel um ihre Längsachse gesteuert wird.

12. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerrad ein Zahnrad oder Seilrad ist und über weitere Zahnräder mit 'den Schäften der fingerartigen Eirüzelflügel gekuppelt ist.

13. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückführung der Schneckenstange in ihre mittlere Betriebslage elastische Mittel vorgesehen sind, die im Gegendruck gegen die hydraulisch wirkenden Verschiebekräfte für die Schnecken«tauge arbeiten, derart, daß nach dem Flügeldurchgang durch die Horizontale zwischen den beiden Druckleitungen vom Druckzylinder zu dem gleichsinnig doppeltwirkenden SteuerzyLinder ein vom Winkelausschlag des äußeren Flügelteils gesteuertes Überströmventil vorgesehen ist, das nach jedem halben Vor-

und Rückhub des Druckkolbens im Druckzylinder das Druckmittel durch Überlauf in die andere Druckleitung vom Druckzylinder nach einer Winkelfunktion abschaltet.

14. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmventil als Steuerorgan einen der Winkelfunktion im Profil angepaßten Ventilkörper, z. B. einen Kulissenschieber oder eine Kulissennadel hat, der Ventilsitz gelenkig mit dem inneren Flügelteil und der Ventilkörper gelenkig mit dem äußeren Flügelteil verbunden sind.

15. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit der die fingerartigen Einzelflügel beim Aussetzen der Schwingflügelbewegung unabhängig von der Schwingflügelstellung jeweils sofort einheitlich auf einen vorbestimmten Anstellwinkel einstellbar sind.

16. Flugzeug nach den Ansprüchen 1 bis 15 in Anwendung auf Flugzeuge mit Schwanzleitwerk, dadurch gekennzeichnet, daß im Höhenleitwerk eine mit der Schwingungsphase der Schwingflügel veränderliche Dämpfungsfläche vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 289 829.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen