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Flugzeug mit Tragflächen,-die an der Wurzel um Hochachsen schwenkbar
sind Die Erfindung betrifft ein Flugzeug mit Tragflächen, die an der Wurzel um zur
Hochachse des Flugzeugs parallele Achsen zwischen einer Querstellung mit großer
Spannweite und einer starken Pfeilstellung mit geringer Spannweite beliebig verschwenkbar
sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Form für ein Flugzeug
anzugeben, das sowohl bei Unterschallgeschwindigkeit als auch bei Überschallgeschwindigkeit
geflogen und gesteuert werden kann und das darüber hinaus mit geringerer Geschwindigkeit
starten und landen kann, als es bisher bei Flugzeugen, die für Flüge mit Überschallgeschwindigkeit
konstruiert sind, möglich war.
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Diese Aufgabe wird bei einem Flugzeug gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß die schwenkbaren Tragflächen von der Hinterkante einer festen Tragfläche
mit dreieckigem Grundriß und vornliegender Spitze ausgehen.
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Wenn ein solches Flugzeug sich in gleichförmigem Horizontalflug befindet,
wirkt das durch die Auftriebskräfte auf die Vordertragfläche erzeugte Kippmoment
in der entgegengesetzten Richtung wie das durch die Auftriebskräfte auf die Haupttragflächen.
erzeugte Kippmoment, so daß der Gleichgewichtszustand erreicht wird. Die Kippstabilität
kann aufrecht erhalten werden, weil das durch den Auftrieb an den Haupttragflächen
erzeugte Kippmoment sich bei einer Änderung des Anstellwinkels schneller ändert
als das durch den Auftrieb an der dreieckigen Vordertragfläche erzeugte Kippmoment
in der entgegengesetzten Richtung.
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Die Haupttragflächen können in an sich bekannter Weise zwischen, einer
ausgespreizten Stellung für Unterschallgeschwindigkeiten und einer Pfeilstellung
für Überschallgeschwindigkeiten bewegt werden-, wobei in der Pfeilstellung die Vorderkanten
der Haupttragflächen mit den entsprechenden Vorderkanten der Vordertragfläche im
wesentlichen fluchten. Wenn die Haupttragflächen ausgespreizt sind, besitzt die
Anordnung vor allen Dingen eine verhältnismäßig große Spannweite, und in ihrer Mitte
wird das sich nach vorn erstreckende Dreieckteil von der Vordertragfläche gebildet.
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Wenn . die Haupttragflächen zurückgepfeilt sind, entspricht die Gesamtanordnung
im Grundriß ungefähr der Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit einem spitzen
Scheitelwinkel. Während die extremste Vorwärtsstellung und die extremste Pfeilstellung
so ausgewählt sind,. daß sich die besten Formen für geringe Unterschallgeschwindigkeiten
bzw. hohe Überschallgeschwindigkeiten .ergeben, können die- Haupttragflächen in
irgendeine zwischen diesen beiden Extremen liegende Grundrißform eingestellt werden.
Die Einstellbarkeit der Pfeilung der- Haupttragflächen ermöglicht es, den größtmöglichen
Wert der Gleitzahl bei allen- Geschwindigkeits- und Höhenverhältnissen zu erreichen.
-Die Erfindung wird an-Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert; in den Zeichnungen zeigen Fig. 1, 2. und 3 jeweils einen Grundriß, eine
Vorderansicht und eine Seitenansicht des Luftfahrzeugs der Erfindung in einer- Flugstellung
mit- geringer Geschwindigkeit, -Fig. 4, -5- und- 6- jeweils den Fig. 1, bis 3 entsprechende
Ansichten. eines Luftfahrzeugs in einer Flugstellung, wie sie bei Überschallgeschwindigkeit
eingenommen- wird, . Fig.7 einen in wesentlich größerem Maßstab gezeichneten Teilquerschnitt,
-der zeigt, - wie das Auftriebselement in Abschnitte unterteilt ist, die zur Einregulierung
ihres- seitlichen V-Winkels gegeneinander verdreht werden können, wenn- die Haupttragflächen
aus einer für niedrige Geschwindigkeiten bestimmten Stellung in eine für hohe Geschwindigkeiten
bestimmte Stellung (oder umgekehrt) . einreguliert werden; in dieser Figur sind
die Abschnitte der Vordertragfläche in ihrer Lage gegenüber der Längsachse für niedrige
Geschwindigkeiten gezeigt; Fig. 8 ist ein ähnlicher Querschnitt wie Fig. 7 und zeigt
die von den Abschnitten der Vordertragfläche bei hohen Geschwindigkeiten eingenommene
Relativlage; Fig. 9 ist ein Teilgrundriß der Fig. 7 und 8; Fig. 10 zeigt (in kleinerem
Maßstab) einen ähnlichen Querschnitt wie Fig. 7 und erläutert die Verwendung einer
»Doppelblasen«-Rumpfanordnung;
Fig. 11 zeigt teilweise eine Einzelheit
aus dem Grundriß der Fig. 4, nämlich die Holmanordnung der Haupttragflächen.
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Wie sich aus den Zeichnungen ergibt, weist das Luftfahrzeug der Erfindung
ein entlang seiner Längsachse X-X in zwei Abschnitte geteiltes Auftriebselement
auf, wobei jeder der beiden Abschnitte bei C so angelenkt ist, daß sich ein Vorderteil
A und ein rückwärtiger Teil B ergeben. Die beiden Vorderteile A
sind
durch einen Teil D getrennt, der äußerlich einem durch Drehung um die Achse X-X
entstandenen Umdrehungskörper entspricht, wobei die erwähnten Vorderteile A zu beiden
Seiten tangential in die zu einer Spitze auslaufende Nase des Teiles D einmünden.
Die obenerwähnte Vordertragfläche setzt sich aus den Teilen A und dem erwähnten
Teil D zusammen; sie bildet im Grundriß eine zusammenhängende Fläche von
dreieckähnlicher Form, wobei sich von den Enden der Dreieckgrundlinie die rückwärtigen
Teile B als Haupttragflächen erstrecken, die um die Achsen C zwischen einer in den
Fig. 1 bis 3 gezeigten ausgespreizten Stellung und einer in den Fig. 4 bis 6 gezeigten
zurückgeschwenkten Pfeilstellung geschwenkt werden können.
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Die ausgespreizte Stellung der Haupttragflächen B, in der das Luftfahrzeug
eine große Spannweite und ein großes Seitenverhältnis aufweist, stellt die beste
Konfiguration für Flüge bei geringen Unterschallgeschwindigkeiten dar, insbesondere
für Starten, Landen und andere bei geringen Geschwindigkeiten durchzuführende Manöver.
Wenn die Haupttragflächen B in die in Fig. 4 gezeigte Pfeilstellung zurückgeschwenkt
sind, bilden sie zwei rückwärtige Verlängerungen der kombinierten dreieckförmigen
Vorderteile A, so daß die Vorderkanten B 1 der Haupttragflächen B
im wesentlichen mit den Vorderkanten A 1 der Vorderteile A fluchten, wobei die Gesamtkonfiguration
im Grundriß einem gleichschenkligen Dreieck mit einem spitzen Scheitelwinkel entspricht;
dabei sind die Haupttragflächen B auf denjenigen Pfeilungswinkel eingestellt, der
entsprechend den jeweiligen Geschwindigkeits- und Höhenverhältnissen die größtmögliche
Gleitzahl ergibt. Irgendein Zwischengrundriß, der wegen sich ändernder Flugbedingungen
zwecks Änderung der Gleitzahl erforderlich werden könnte, kann durch eine entsprechende
Änderung der Pfeilstellung herbeigeführt werden.
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Es ist bekannt, daß ein nur aus einem deieckigen Rumpf bestehendes
Flugzeug swohl.der Richtungnach als auch der Längsneigung -nach unstabil ist und
daß derartige Flugzeuge bisher nur dadurch praktisch brauchbar gemacht werden konnten,
daß man für die Richtungsstabilität eine oder mehrere Flossen anordnete und für
die Längsneigungsstabilisierung Klappen und ähnliche Vorrichtungen an der rückwärtigen
Kante des Dreiecks schwenkbar anordnete. Derartige Maßnahmen sind- nachteilig, a)
weil der kurze Hebelarm, über welchen solche Vorrichtungen ihre Stabilisierungsmomente
erzeugen, bedingt, daß sie eine große Oberfläche haben müssen, und b) weil sich
gezeigt hat, daß ein solches Flugzeug fast ständig mit in den Luftstrom hineinragenden
Längsneigungs-Stabilisierungsteilen geflogen werden muß, so daß die auf Reibung
und Auftrieb zurückzuführenden Widerstände wesentlich erhöht werden.
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Die Hinzufügung von Haupttragflächen zu einer dreieckigen Vordertragfläche
nach Art der Erfindung macht es möglich, die Richtungsstabilität durch die Verwendung
kleiner widerstandserzeugender Oberflächen zu bewerkstelligen, während sich die
Längsneigungs-Eigenstabilität automatisch daraus ergibt, daß sich, das durch den
Auftrieb an den Haupttragflächen erzeugte Kippmoment schneller ändert als das durch
den Auftrieb an der Vordertragfläche bedingte Kippmoment. Die Erfindung liefert
demnach nicht nur die wichtigen Besonderheiten der Richtungs-Eigenstabilität und
der Längsneigung-Eigenstabilität, sondern sie verbessert auch die Gleitzahl, da
die Hinzufügung der Haupttragflächen den Gesamtauftrieb wesentlich erhöht im Vergleich
mit den widerstandserzeugenden Schwanzteilen, die die Gleitzahl der konventionellen
und der dreieckförmigen Flugzeuge herabsetzt.
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Die Verwendung einer dreieckförmigen Vodertragfläche bringt einen
zusätzlichen Vorteil von größter Bedeutung mit sich, weil dadurch eine lange Grundlinie
zur Verfügung steht, an der die Schwenkzapfen C angeordnet werden können. Es wird
dadurch möglich, die Spannweite des Flugzeugs zu erhöhen, und wenn - wie in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung - die Haupttragflächen ihrer Pfeilung
nach einstellbar sind, so kann diese Einstellung durchgeführt werden, ohne daß dadurch
die Nachteile auftreten. (wie z. B. Flächenverlust oder gegenseitige Störung der
Haupttragflächen), denen man begegnet, wenn die Schwenkzapfen der Haupttragflächen
nicht weit genug entfernt angeordnet werden können. Außerdem ist es möglich, bei
Überschallgeschwindigkeit eine höhere Gleitzahl als bisher zu erreichen, und zwar
deswegen, weil die Haupttragflächen, wenn sie zurückgeschwenkt sind, zusammen mit
der Vordertragfläche im Grundriß insgesamt eine Dreiecktragfläche ergeben, aus der
ein -einem gleichschenkligen Dreieck entsprechender, mit seiner Basis auf der rückwärtigen
Kante liegender Bereich herausgeschnitten ist.
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Wie sich aus den Draufsichten Fig. 1, 4 und 11 ergibt, wird vorgeschlagen,
jede Haupttragfläche auf einem Hauptholm B2 aufzubauen, der die Achse des Zapfens
C schneidet und dessen Stummel außerordentlich lang sein kann, z. B. wenigstens
die Hälfte des Abstandes zwischen den Zapfen C-C betragen kann.
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Die Schwenkbewegungen der Haupttragflächen B können mit Hilfe von
Verstellgliedern E durchgeführt werden, deren Zylinder an festen Zapfen A 2 an den
Vorderteilen A und deren Kolbenstangen an den Haupttragflächen an gegenüber den
Achsen C versetzten Punkten B4 befestigt sind; die Verstellglieder werden auseinandergefahren,
um die Haupttragflächen nach vorn in ihre für niedrige Geschwindigkeiten bestimmte
Stellung (und umgekehrt) zu versch@wenken:.
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Die Achsen der Schwenkzapfen C sind gegenüber der XOY-Ebene des Luftfahrzeugs
leicht geneigt, so daß ein kleiner Längs-V-Winkel (der den Zeichnungen nicht zu
entnehmen ist) zwischen dem Teil A und dem Teil B eines jeden Abschnitts des Auftriebselements
in allen Pfeilstellungen gebildet wird. Es ist bekannt, daß die Auftriebskraft auf.
einen Körper mit dreieckigem Grundriß sich mit dem Anstellwinkel langsamer ändert
als bei Tragflächen mit großer Spannweite: Um dem Rechnung zu tragen, ist die Richtung,
in welcher die Achsen C geneigt sind, so gewählt, daß die Vordertragfläche
AA des- Luftfahrzeugs einen etwas größeren Anstellwinkel hat als die Haupttragflächen
BB, und zwar bei allen in Frage kommenden Pfeilungss.tellungen. Es wird so das durch
die von der Vordertragfläche AA erzeugte Auftriebskraft bedingte
Kippmoment
ausgeglichen durch das Kippmoment, das von den an den Haupttragflächen angreifenden
Auftriebskräften erzeugt wird. Durch diese Anordnung wird auch die Längsneigungsstabilität
bei allen Fluggeschwindigkeiten sichergestellt.
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Für die Gierstabilisierung ist jede Haupttragfläche B an ihrer Spitze
mit einer Flosse F versehen, die um eine senkrechte Achse gedreht werden kann und
durch ein Gestänge G mit einem Punkt A 3 an dem zugehörigen Vorderteil A verbunden
ist; das erwähnte Gestänge ist so angeordnet, daß, wenn die Haupttragflächen B genügend
weit zurückgeschwenkt sind, die erwähnten Flossen F parallel zur ZOX-Ebene des Luftfahrzeugs
liegen (Fig. 4 und 5), daß jedoch während der Vorwärtsbewegung der Haupttragflächen
B in die ausgespreizte Lage die Flossen F mehr und mehr nach innen geklappt werden.
Dies bedeutet, daß deren Vorderkanten automatisch nach innen gegen die vertikale
Symmetrieebene des Luftfahrzeugs bewegt werden (Fig. 1 und 2). Wenn die Flossen
F auf diese Weise nach innen geklappt sind, erzeugen sie beim Gieren unterschiedliche
Widerstandskräfte, durch welche die Richtungsstabilität aufrechterhalten bleibt,
da ein Giermoment den Widerstand an derjenigen Flosse, die sich an dem sich nach
vorn bewegenden Haupttragflächenende befindet, erhöht und den Widerstand an dem
sich nach rückwärts bewegenden Haupttragflächenende vermindert. Wenn die Haupttragflächen
nur teilweise zurückgeschwenkt sind, können die Flossen F zwischen der in den Fi,g.
1 und 2 gezeigten, nach innen geklappten Stellung und der in den Fig. 4 und 5 gezeigten
Streckstellung einreguliert werden. In Rückschwenkstellungen, nach Art der in den
Fig. 4 und 5 gezeigten, wird die Richtungsstabilität in üblicher Weise durch Seitenkräfte
erzielt, die ein gutes Stück hinter dem Schwerpunkt angreifen. In allen Stellungen
.der Haupttragflächen B kann die automatische Einstellung der Flossen F durch den
Piloten oder durch den-automatischen Piloten übersteuert werden, so daß die Flossen
F als Steuerruder wirken. Es k önnen z. B. in jedem Gestänge G bei G1 Anordnungen
vorgesehen sein, durch welche die wirksame Länge dieser Gestänge vom Piloten verändert
wird zu dem Zweck, das Luftfahrzeug zu steuern. Die Anordnung von Endflossen für
die Giersteuerung bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß die Leistung durch
Erhöhung der Gleitzahl in dem Bereich der Haüpttragflächenspitzen erhöht wird.
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Jede Haupttragfläche B ist über ihre ganze Länge an der rückwärtigen
Kante mit einer Klappe H versehen, die mit einer geeigneten Einstellvorrichtung
bekannter Art verbunden ist. Diese Klappen H können für die Längsneigungssteuerung
als Höhenruder benutzt werden,. wenn sie beide in der gleichen Richtung, d. h. also
beide nach oben. oder beide nach unten bewegt werden; wenn die beiden Klappen entgegengesetzt,
d. h. also die eine nach oben und die andere nach unten, bewegt werden, können sie
für die Rollsteuerung als Querruder benutzt werden.
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Die einander widersprechenden Bedingungen für die Sicherstellung der
Seitenstabilität, wie sie bei Flugzeugen mit ausgespreizt angeordneten Tragflächen
einerseits und bei Flugzeugen mit zurückgepfeilten Tragflächen andererseits beobachtet
werden, können bei dem vorliegenden Luftfahrzeug dadurch berücksichtigt werden,
daß Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe eine kleine seitliche V-Stellung der
ausgespreizten Haupttragflächen (wobei die Spitzen der Haupttragfläche höher liegen
als die Wurzeln) zu einer umgekehrten V-Stellung der zurückgeschwenkten Haupttragflächen
abgeändert werden. Bei dem dargestellten- Ausführungsbeispiel sind die beiden Abschnitte
des Auftriebselements (von denen jeder die Teile A und B umfaßt) relativ
zueinander um die Längsachse des Luftfahrzeugs schwenkbar, und die erforderliche
Einstellung des V-Winkels wird während des Fluges gleichzeitig mit der Rückstellbewegung
der Haupttragflächen B aus der für kleine Geschwindigkeiten bestimmten Stellung
in eine für große Geschwindigkeiten bestimmte Stellung vorgenommen und umgekehrt.
Zu diesem Zweck weist das Teil D an zwei auf seiner Längsachse im Abstand voneinander
liegenden Punkten zwei Rundspante T auf, zwischen denen ein Querbalken K angeordnet
ist, dessen Enden sich in die Teile A erstrecken, wie in den Fig. 7 bis 9 gezeigt.
Jedes Teil A weist zwei parallel zueinander verlaufende Rippen L auf, die jeweils
vor und hinter dem Balken K liegen und mit Lagerverbindungen L 1 versehen sind,
während ein Drehzapfen M in der Mitte des Balkens K in Richtung der Längsachse verläuft.
Das äußere Ende jedes Arms des Balkens K ist gegabelt und für die Aufnahme von Zapfen
N an einer Mutter P geschlitzt; die Mutter P ist auf einer Leitspindel Q angeordnet,
die drehbar zwischen Lagern R im Teil A gelagert ist. Ein an der erwähnten
Spindel Q
befestigtes Stirnrad S kämmt mit einem Ritzel T, das von einem.
Motor U angetrieben werden kann, und die Anordnung ist so getroffen, daß - während
das Teil D in den Teilen A und B von den erwähnten Rippen L
gehalten wird - die Teile A gegenüber dem Teil D und gegeneinander so gedreht werden
können, daß der seitliche V-Winkel durch wahlweise Betätigung des Motors U verändert
werden kann. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, bewirkt eine Betätigung der Motoren
U derart, daß die Muttern P auf den Leitspindeln Q sich nach oben bewegen, ein Absenken
der Teile A in die umgekehrte V-Stellung, die der Pfeilstellung zugeordnet ist.
Da die Außenumkleidung des Teils D konzentrisch zur Achse des Drehzapfens M ist,
bilden die Kanten des Oberflächenbelags der Teile A bei D 1 ständig einen dichten
Abschluß mit den Seiten der Außenumkleidung, und zwar unabhängig von der Größe des
V-Winkels.
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Es können (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Vorrichtungen für
die Einstellung der Flossen F um parallel zur Längsachse des Luftfahrzeugs verlaufende
Achsen vorgesehen sein, so daß bei nach hinten gepfeilten Haupttragflächen diese
Flossen parallel zur vertikalen Symmetrieebene des Flugzeugs gehalten werden, und
zwar bei allen vorkommenden Werten des seitlichen V-Winkels, den die beiden Teile
des Auftriebselements miteinander bilden.
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Die in Fig. 10 dargestellte -abgeänderte Ausführungsform benutzt
ein Teil D .der »Doppelblasen-Bauart«, in dem zwei Zellen DA.und DB nebeneinander
angeordnet sind; das Teil D kann natürlich auch mehr als zwei solcher Zellen aufweisen.
In vorliegendem Fall sind die Rippen L der Vorderteile A des Auftriebselements um
Zapfen MA, MB drehbar, die in dem Querbalken gehaltert sind und in Richtung
der jeweiligen Längsachsen der erwähnten Zellen DA und DB verlaufen.
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Beim Starten und Landen des Luftfahrzeugs werden die Haupttragflächen
B nach außen bewegt bis sie die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Stellung erreicht haben,
in der sie sich im wesentlichen normal zur Flugrichtung erstrecken und dem Fluzeug
ein großes Seitenverhältnis sowie die Fähigkeit geben, mit geringer Geschwindigkeit
ohne einen allzu großen Anstellwinkel zu fliegen. Bei Pfeilstellungen wie in den
Fig. 4 bis 6
können die Vorderkanten B 1 der Haupttragflächen eine
Lage gegenüber der Druckwelle einnehmen, die die besten Bedingungen für den Flug
bei Überschallgeschwindigkeiten zu erreichen gestattet.
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Die einzelnen Funktionen für die Einstellung der Pfeilung der Haupttragflächen
B und für die Änderung des seitlichen V-Winkels der vorderen Teile A werden mit
Hilfe von Mechanismen ausgeführt, die vom Piloten bedient werden, und zwar so, wie
es im vorstehenden beschrieben wurde. Diese Steuerbewegungen können aber andererseits
auch von Mechanismen durchgeführt werden, die automatisch auf Änderungen der Geschwindigkeit
ansprechen.