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"Symmetrische Flügelanordnung" Die Erfindung betrifft eine symmetrische
Flügelanordnung zum Steuern und Stabilisieren eines Fahrzeuges, insbesondere Wasserfahrzeuges,
bestehend aus einem unverdrehbar gelagerten Hauptflügel und mindestens einem um
eine zum Fahrzeug ortsfeste Achse drehbaren und damit anstellbaren Hilfsflügel.
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Es sind verschiedene Tragflügel-Systeme bekannt, bei denen zwei oder
mehr Flügel zusammenwirken und sich gegenseitig derart beeinflussen, daß die größte
Querkraft, die sie zusammen erzeugen können, wesentlich größer ist als die Querkraft,
die ein einziger symmetrischer Tragflügel erzeugen kann, der die gleiche Gesamt-Flügelfläche
besitzt. Bei diesen Systemen ist außerdem das Verhältnis der größten Querkraft zum
kleinsten Vortriebs-Widerstand günstiger als bei einem einzigen Tragflügel. Diese
bekannten Systeme lassen sich nach ihren Eigenschaften in vier Gruppen einteilen:
Die
erste Gruppe ist durch einen kleinen feststehenden symmetrischen Leitkopf gekennzeichnet,
hinter dem ein großer symmetrischer Tragflügel angeordnet ist, der um eine zum Fahrzeug
feststehende Achse gedreht und dadurch angestellt wird. Nach der Anstellung entsteht
nicht nur an ihm, sondern auch am Leitkopf eine Querkraft. Aus diesem Grunde muß
der Leitkopf hier als Flügel betrachtet werden, obwohl er im allgemeinen nicht so
bezeichnet ist. Der Leitkopf und der drehbare Flügel können zusammen die Strömung
mehr umlenken und deshalb auch mehr Querkraft erzeugen, als ein gleich großer symmetrischer
Tragflügel allein.
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Das erforderliche Drehmoment zum Anstellen des drehbaren Flügels ist
aber stets größer als das erforderliche Drehmoment zum Anstellen eines balancierten
symmetrischen Tragflügels gleicher Wirkung. Deshalb ist auch der Anstell-Antrieb
teurer als bei einem Balanceflügel.
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Zwischen dem Leitkopf und dem drehbaren Flügel befindet sich ein Spalt.
Dieser Spalt ist bei allen bekannten symmetrischen Leitkopf-Systemen so geformt,
daß die Spaltöffnungen auf beiden Flügelseiten gleich groß sind. Meistens hat der
Spalt die Form eines Kreisring-Ausschnittes. Wenn der drehbare Flügel angestellt
ist, dann entsteht in dem Spalt eine Strömung von der Druckseite zur Saugseite des
Flügels. Für diese Strömung muß die Grenzschicht auf der Flügel-Saugseite Energie
abgeben. Dadurch erhöht sich die Gefahr, daß die Strömung auf der Saugseite des
Flügels bei größeren Anstellwinkeln abreißt. Die schädliche Wirkung der Spaltströmiing
begrenzt also bei diesen Flügel-Systemen die Fähigkeit zur Erzeugullg von Querkraft.
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Die zweite Gruppe zeichnet sich durch einen großen symmetrischen Hauptflügel
aus, der an seinem hinteren Ende einen kleinen symmetrischen Hilfsflügel trägt,
für den auch die Bezeichnungen "WölbungsklappeXt und "Schwanzflosse" geläufig sind.
Der Hauptflügel wird hier um- eine zum Fahrzeug feststehende Achse gedreht und dadurch
angestellt. Der Hilfsflügel ist um eine zum Hauptflügel nicht aber zum Fahrzeug
feststehende Achse drehbar und dadurch anstellbar. Der Spalt zwischen den beiden
Flügeln hat bei diesen Systemen die Form eines Kreisringabschnittes. Die Spaltströmung
bremst also auch hier die Grenzschicht auf der Saugseite des Flügels ab. Außerdem
entsteht bei angestelltem H fsflügel ein knick in der gemeinsamen Skelettlinie von
Haupt- und Hilfsflügel sowie ein besonders kleiner Wölbungsradius auf der Saugseite
im Bereich dieses Knickes. Die schädliche Spaltströmung und die schädliche Wirkung
des kleinen Wölbungs-Radius am Knick verstärken sich gegenseitig im ungünstigen
Sinne. Beide Einflüsse vergrößern die Gefahr des Abreißens der Strömung auf der
Saugseite. Hierdurch wird bei diesen Flügel-Systemen die Fähigkeit zur Querkraft-Erzeugung
begrenzt.
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Die dritte Gruppe der Mehrfach-Flügel-Systeme ist aus dem Flugzeugbau
bekannt. Sie weist einen großen Hauptflügel und einen oder mehrere kleine Hilfsflügel
auf 1 die vor oder hinter dem Hauptflügel angeordnet sind. Der Hauptflügel ist mit
dem Flugzeugrumpf unbeweglich verbunden und wird zusammen mit dem Rwçf angestellt.
Einige Hilfsflügel sind ebenfalls unbeweglich. Andere Hilfsflügel dagegen können
verschiedene Bewegungen ausführen. Diese Gruppe ist weiterhin dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Spalt zwischen zwei Flügeln
von der Druckseite zur Saugseite
hin sich düsenförmig verengt und tangential in die Strömungsrichtung auf der Saugseite
einmündet. Durch diese Formgebung wird die Strömung im Spalt beschleunigt, so daß
sie beim Verlassen des Spaltes die Grenzschicht auf der Flügel-Saugseite mit zusätzlicher
Energie versorgt. In dieser Gruppe ist die Spaltstrbmung insofern nützlich, als
sie die Gefahr des Abreißens der Strömung auf der Flügel-Saugseite verringert.
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Diese Wirkung kann sehr stark sein. Das vorteilhafte Zusammenwirken
von zwei derartigen Flügeln möge das folgende Beispiel zeigen.
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Wenn hinter einem großen Hauptflügel ein kleiner Hilfsflügel angeordnet
ist, und dieser gegenüber dem Hauptfliigel so angestellt ist, daß der Spalt zwischen
den beiden Flügeln die oben erwähnte Bedingung erfüllt, dann verstärkt der Hilfsflügel
die Zirkulation des Hauptflügels und damit auch die Querkraft des Hauptflügels.
Wenn dagegen der Hauptflügel nicht angestellt ist, dann erzeugt der angestellte
Hilfsflügel eine Zirkulation um den Hauptflügel, so daß an ihm eine große Querkraft
entsteht, obwohl er nicht angestellt ist.
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Diese bekannten Systeme haben aber den Nachteil, daß sie nur in einer
Querkraft-Richtung große Querkräfte erzeugen können. In der anderen entgegengesetzten
Querkraft-Richtung sind nur sehr kleine Querkräfte möglich. Deshalb sind diese Flügel-Systeme
für Schiffs-Ruderanlagen und Schlingerdämpfungsanlagen nicht geeignet.
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Die letzte Gruppe der Mehrfach-Flügel-Systeme besitzt zwei oder mehr
um ebensoviele Achsen drehbare Flügel, wobei die
Achsen gegenüber
dem Fahrzeug feststehen. Bei diesen Systemen ist aber eine mehrfache Flügel-Lagerung
und ein mehr--facher Flügel-Anstell-Antrieb erforderlich. Diese Anordnung ist technisch
aufwendiger und damit teurer als eine einfache Lagerung mit einem Anstellantrieb.
Für die Flügelanordnung, die der Erfindung zugrunde liegt, kann sie daher außer
Betracht bleiben.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Flügelanordnung
zu schaffen, die technisch und wirtschaftlich einfacher als die bekannten Flügelsysteme
ist, jedoch deren vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die
Querschnitte von Haupt- und Hilfsflügel so auszubilden, daß bei angestelltem Hilfsflügel
der zwischen ihnen von der Druckseite zur Saugseite verlaufende Spalt sich düsenförmig
verengt und tangential in die Strömungsrichtung auf der Saugseite einmündet. Dabei
kann entweder der Hauptflügel ein spitzes Schwanzende besitzen, um die der Hilfsfliigel
drehbar ist oder der Hauptflügel ein breites-hohles Schwanzende aufweisen, in dem
sich das Kopfstück des Hilfsflügels bewegt, wobei- die tangentiale Verlängerung
der äusseren Form des Hauptflügels den gewölbten Teil des Hilfsflügels in jeder
möglichen Stellung unter einem endlichen Winkel trifft.
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Es ist aber auch möglich, die symmetrische Flügel-Anordnung zum Steuern
und Stabilisieren eines Fahrzeuges, insbesondere eines Wassertahrzeuges, so auszubilden,
daß er aus einem unverdrehbaren Hauptflügel und zwei hinter diesem angeordneten
Hilfsflügeln besteht. Erfindungsgemaß ist der dem
Hauptflügel benachbarte
Hilfsflügel um eine zum Hauptflügel ortsfeste Achse verdrehbar und der in der Längsachse
hinter dem ersten Hilfsflügel liegende zweite Hilfsflügel um eine zuin ersten Hilfsfliigel
feste Achse drehbar.
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Die Flügelanordnung der Erfindung weist den besonderen Vorteil auf.
daß am Hauptflügel eine große Querkraft entsteht, obwohl der Hauptflügel nicht angestellt
wird. Dadurch entfällt eine aufwendige und teuere Lagerung des Hauptflügels.
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Nur der sehr viel kleinere Hilfsfliigel muß noch gelagert werden.
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Die Spaltströmung kann keine Festkörper in den Spalt hineinreißen,
da diese, wie an sich bekannt, vom Hauptflügel zur Seite geschleudert werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt.
Die Figuren 1 und 2 zeigen Anwendungsbeispiele und die Figuren 3 bis 5 verschiedene
Möglichkeiten zur Ausbildung der Flügelanordnung.
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In Figur 1 ist das Heck eines Schiffes dargestellt mit einem Schiffsruder,
das aus einem festen Hauptflügel 1 und einem drehbaren Hilfsflügel 2 besteht.
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Figur 2 zeigt dagegen den Querschnitt eines Schiffsrumpfes mit den
beiden Flügeln 3 und 4 einer Schlingerdämpfungsanlage, die je au9 einem Haupt- und
einem oder mehreren Hilfsflügeln bestehen können.
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Die Querschnittdarstellung nach Figur 3 zeigt den feststehenden Hauptflügel
2 mit spitzem Schwanzende 5. Um eine in der Schwanzspitze 5 liegende, zum Fahrzeug
feste Achse ist der Hilfsflügel 2 drehbar gelagert. Er kann die verschiedenerl,
voll
ausgezeichneten oder strichpunktiert dargestellten Lagen einnehmen. Bei der voll
ausgezeichneten Stellung des Hilfsflügels 2 entsteht an dem Hauptflügel 1 die Auf
triebskraft A. Von dem Schwanzende 5 des Hauptflügels 1 und dem Kopf des Hilfsflügels
2 wird ein Spalt 6 gebildet, der sich bei angestelltem Hilfsflügel von der Druckseite
D im Beispiel nach Figur 3 zur Saugseite S düsenförmigverengt.
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Dabei entsteht im Spalt 6 eine Strömung, die tangential in die Strömungsrichtung-auf
der Saugseite einmündet. Durch die besondere Form des Spaltes wird die Strömung
in ihm beschleunigt1 so daß sie beim Verlassen des Spaltes die Grenzschicht auf
der Saugseite mit zusätzlicher energie versorgt. Die Gefahr des Abreißens der Strömung
auf der Saugseite ist somit wesentlich verringert.
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Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der Hauptflügel 1 mit einem
breiten hohlen Schwanzende 7 versehen, in dem sich dasKopfstück 8 des Hilfsflügels
2 bewegt. Der Hilfsflügel 2 kann sich dabei um eine Achse 9-drehen, die zum Schiff
ortsfest gelagert ist. Der Spalt 10 zwischen dem Schwanzende 7 und dem Kopfstück
8 ist bei angestelltem Hilfsflügel wieder düsenförmig ausgebildet, so daß dieselbe
Wirkung auftritt, wie sie im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 beschrieben wurde.
Das Kopfstück 8 des Hilfsflügels 2 ist dabei so ausgebildet, daß die tangentiale
Verlängerung der äußeren Form des Hauptflügels 1 den gewölbten Teil des Hilfsflügels
in jeder möglichen Stellung unter einem endlichen Winkel trifft.
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Schließlich zeigt Figur 5 einen Hauptflügel 1 mit 2 hintereinander
angeordneten Hilfsflügeln ii und 12. Der Hauptfügel 1 und der Hilfsflügel 11 weisen
dabei je ein breites hohles Schwanzende 13 und 14 auf. Der Hilfsflügel 11 ist um
eine Achse 15- verdrehbar, die ortsfest zum Hauptflügel 1
gelagert
ist. Die Drehachse 16 des zweiten Hilfsflügels 12 ist ortsfest in bezug auf den
Hilfsflügel 11 angeordnet.
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Zwischen dem Hauptflügel 1 und dem Hilfsflügel 11 sowie zwischen dem
Hilfsflügel 11 und dem Hilfsflügel 12 sind wieder Spalte 17, 18 vorhanden, die bei
einer Anstellung der Hilfsflügel düsenförmig sich verengen und dadurch die Wirkung
der Flügelanordnung verstärken.
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8 Seiten Beschreibung 4 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung mit 5 Figuren