DE2125995A1 - Aerodynamisches oder hydrodynamisches Element - Google Patents

Description

tie lyxvindang betrifft ein aerodynamisches uder Ixydr-vdy sc.ics Jie^.ent, wie eiiien flügel oder ein „iütürblatt, das äex'-irt profiliert ist, daß es hw Strum eines flaiden i-Iedi'Oiiis eiii^ i^rafi: ...it eiiier beträciitliciien Querküinponente zar Strö- :.ui.iijsr.L'j.il:uxii} erj?älirr and das aber mindestens einen i^jeii seiner -uau^e ^ixi äaii^res Profil hat, das darcxi eixi endloses Band aus fi^.iiolc:. i'i.ij;ürij.i gebildet and in Umfangsriclitung des Profiles •be,v„ju_;ir ist, ;.-..:bei Elemente vorgesehen sind, um dem Band eine jbg z.x

, deren drehbare Prc-filoberfläci.e dazu dient, do.ι ^ crö-.i-ixi jS;jf f eic t aaf dem ij'ie;>ient ^a /erbessern, sind in /ItJ-JjJ taici^er A-r«. bekannt. Bei diesen bekannten !''armen ■;. ird Cj-^s da ad aber i'iL-llun geleitet, von denen inindestexis eine

:ijü Lx- L

.-. ird and deren Za al im Verhältnis größer ist als

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BAD OFVQtNAt

Eins, um sich einem möglichst vünseuensu-erten gescnlossenem Profil anzunähern. Bekannt ist auc.i, derartige LJ.le./;ente mit verschiedenen Bändern auszustatten, die verschiedene jralj.ru.ri.gs rollen naben und von denen jedes einen Teil des Profiles bildet.

Der riaenteil dieser bekannten Zlei.-.ente bestellt darin, daß sie entweder auf die Anwendung an einfachen Pr-^f i If·. r...en bescxiränlct sind, die nic.it die gewünschten hesu_ täte' erbringen, oder sie haben komplizierte, störanflU-Lige and schere Konstraktionen und sind des-iaLb nicht fir An'i/endungen der vorliegenden Art geeigxiät.

Aus dieseiii Grunde ^aben die bekannten Formen nie.uais das experimentelle Stadi^uü verlassen und die Möglichkeiten, die grundsätzlich bestehen, zeigten sich als nicnt anv/endbar für eine Verbesserung an flugzeugen oder sonstigen s..römungstechnischen Haschinen. <

us isL demgemäß Aufgabe der vorliegenden Srfinau.ig clu aerodynamisches Dzw. liydiodynami sches Element der eingangs ernannten Art zu schaffen, das auf Grund seiner einfachen Konstruktion wenig wiegt, eine große rJetriebssicherheit hat und angeachtet dessen, eine große: i'raiuei t i-i der A isv.m^I der Profilform bietet.

Dieso Aufgabe ist .:1t eine,.. Ljle^.ent der geriiu-iteu ^rt <j^i;Jst,

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• das aacii der 3rfahruxig dadurch gekennzeichnet ist, daß am jle:..ciit eine den; Ule-.ientenprofil a »gepaßte r'ührungsf lache und Mittel ζ ar ZuP Uhr an 9 und Aufrechterhdltung eines Sc nuierfilmes zv/ischeii de.. Band und der r'ührungsebene vorgesexien sind.

\:enn das Band über die entsprechend gebogene rührungsebene geführt wird austeile über eine Anzahl von drehbaren Rollen, ergibt sich kaum eine konstruktive Einschränkung bei der Auswahl eines Prof iles. Das Band verhält sicxi wie eine jiei ub_ire ^ciut des Ble;aeni:es und kann immer mit den. ^lenient kv,-...bl:iiert ·.erden, v/as für die beabsicxitigte Anwendung des Lle.aentes su.ir vorteilhaft ist. Demzufolge können eine VieiiLaai /_:i Beispielen die Vorteile einer gleitenden haut für die Verbesserung der "..irksai.Jceit oder der Kontrollfä-iiglceit uür „irkuiij ies ^ie./.eates voll nutzbar ge...ac^t v/erden.

/ür das Schüler...! ttei, das sich zwischen de.i. Band und seiner .< ILiru.iaseb^ne als SlL: a befindet, wird in den meisten An-•..endangsfäl'.en uas rluid.u;. benutzt, in de.,, sich das Element salbst befindet, da dadurcn eine /erv-isc-anc, des Schn.ier-■iiitLe^-S mit de..; strümenden /i .lidum oder umgekehrt zu koineriei Gc.-'.vlerigkeite.i fü.irt. Es !.,ag jedoc^ uiisLäx.d- geben, in conen die Anronduug eines anderen £c.:..-.ieri..ittels besser oder :-iv---'..'-j/.dig ist. -¹Ur die Aufrechterhaltung des Gchmiermittelfiimes ist die /üurungsebene gejuäß einer ',."eiterbiidung der Erfindung mit üfriiungen versehen, die mit elementen für die Zuführung des 5clL-.\iermittels un"cer erl^ühtei.. Druck in Verbindung stehen. ~^έ-~

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Diese Öffnungen können in Längs- und Umfangsricutuny des profilierten Teiles des Elementes angeordnet sein, aber ts wurde gefunden, daß in den meisten fällen diese Zuordnung in ■Rücksicht auf die großen Differenzen zwischen· den örtlichen Krümmungsradien der meisten dieser Profile nicht ganz zufriedenstellend ist. 1'¹Ur die Spannung, die sicli im rotierenden Band als Ergebnis des Schmiermitteldruclces einstellt und die im wesentlichen über den ganzen Umfang auf "" u.d nicht vorhandener äußerer Tangentialkräfte gleich ist, ergibt sich, daß der Druck, den das Band auf den Schmierfilm ausübt, vom örtlichen ICrämnrangsradius abuüngt. Die örtlichen unterschiede in der Dicke des Schmiermittel.?ilmes, die sic^ auf Srund einer gleichmäßigen Schmiermittelzufuhr ergeben, sind in Rücksicht auf die unterschiede zwischen den Krümmungsradien, für eine gute Führung des Bandes unangemessen groß.

"Jm dieses Problem zu lösen, isr das Element gemäß der Erfindung weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittel Zufuhröffnungen in den Teilen der rührungsebene vorgesehen sind, in denen die Krümmungsradien kleiner sind als die der benachbarten Bereiche. Auf diese Veise körineui die notwendigen Druckunterschiede im Schmiermittelfilm erreicht werden, ohne daß es dabei zu großen Differenzen in der Dicke des Scimiermittelfilmes kommt.

In Teilen mit großen ICrümniungsradien kann die iührungsebene ebenfalls mit Schmiermittelzuführun-jsüff nungen versehen

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so-Li, wobei das Schmiermittel durch diese öffnungen mit einem geringeren Druck als in den Bereichen kleiner Krümmungsradien eingeführt wird. Diese Ausbildungen sind insbesondere für solche jiie.-aente geeignet, deren Längsprofile und damit die Brei tea eier rotierenden Bänder nicht zu groß sind ir.; Verhältnis z-x.. Jmfang der Profile, da sonst das Schmiermittel seitlich a^s dem Spalt zwischen der l-'ührungsebene und den: Band entweichen kann.

i'"'är Bänder, deren Breite in Bezug auf den Profilumfang groß ist, v/erden die Teile der iührungsebene mit großen Krümmungsradien vorzugsweise i.iit öffnungen versehen, die Jiiit einem Sch/nieriiiitteiauslaß /ersehen bzw. verbunden sind.

In den Auslässeα können Strömungswiderstände oder andere Elemente vorgesehen sein, um einen gewissen örtlichen Druck α λ der Auslaßüffnung in der Führungsebene aufrecht zu erhalten.

Der Antrieb des r votier enden Bandes kann in bekannter Heise i.iit einer rotierenden liolle oder Walze bewirkt werden, für ■«/eichen Zweck die /ührungsebene unterbrochen sein muß. Derartige Maßnahmen, fuhren jedocxi zu unerwünschten Komplikationen und um diese zu vewneiden, besteht eine bevorzugte Ausführungs-_% f .,Ij.. des Elementes nach der Erfindung darin, daß dies dadurch .gekennzeichnet ist, daß die rührungsebene mit flachen Nuten versehen ist, die von der Schmiermittelzarahrox^?. -i.-s.^ I χ einer RicAtang /erlaufen, die mit der Dre.irichtung des Bandes einen

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Winkel von weniger als 90° einschließt.

Die -Strömung im Schmiermittelfilm von der Zufuhröffaung au den Stellen mit einem niederen Schmiermitteldruck raft einen kleineren Widerstand in Richtung der Nuten als in entgegengesetzter Richtung hervor, in der sich keine nuten befinden, so daß die Strömung in Richtung der Hüten überv/iegt und die Reibungskräfte, die der Schmiermittelstrom auf das.Band ausübt, hauptsächlich in Richtung der Huten wirken.

Dies erklärt, warum mit KiIfe der Nuten das Band durch die Zufuhr des Schmiermittels a-getrieben werden kann, so daß die üblicherweise angewandten Antriebsmittel wie drehbare Walzen"od. dgl. in Wegfall kommen können.

Bei länglichen Profilen, die eine gewisse Stellung in der Strömung des fluiden Mediums einnehmen, tritt eine rotierende Strömung des Fluidums um das Element ein. Diese drehende Strömung kann den Antrieb des Bandes unterstützen und in besonderen Fällen kann sie vielleicht den Antrieb ganz übernehmen.

Elemente bei denen das Schmiermittel ganz oder zum großen Teil seitlich abgeführt wird, sind vorzugsweise mit Hut en versehen, die in Drehrichtung des Bandes divergieren. Bei Elementen mit sehr breiten Bändern, die Schmiernuttelauslaßöffnungen in der Führungsebene haben, sind die Huten demgegenüber parallel in Richtung der Drehung der Bänder -7-

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angeordnet.

Divergierende Nuten haben noch einen anderen Vorteil, der darin besLexit, daß sie die Position der Bänder in Querrichtung stabilisieren, verausgesetzt, daß die Nuten nicht bis an die liänder der 2ieraen reichen, '„'enn sich der Riemen verschiebt, so bewirkt die Strömung im Sclimiermitteirilra eine entgegengesetzte Querkomponence, die eine stabilisierende Q-erkraft auf das Band ausübt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der zeichnerischen Darstellung ν Ai Ausfüurungsbeispielen nä:ier erläutert. In dieser Darstellung zeigt schematises

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Teil des erfindungsgemäßen Elementes;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Element gemäß der ?]rf indung ;,

Fig. 3 die gegenseitige Anordnung der i.':V^?:a-ingen und Nuten in der Führungsebene des Elementes ger..äß Fig. 2;

Fig. 4 die Führungsebene bei einer anderen Ausführung eines Sleneni.es nach der Erfindung und

Fij. j die Führungsebene einer weiteren Ausführungsf^rm des erfindungsgemäßen Elementes.

Das teilweise in Fig. 1 gezeigte Element, das beispielsweise ein /eil eines x^?lügels eines Flugzeuges ^der eines

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Hub schrauber blatt es sein lc ami, beste..L aus eine..; Teste.. Kern 1, dessen Oberfläche 2 das gleiche ova_e Pr.TiI ".bor seine ganze Länge hat und aus einer halse oder einu,.; endlosen Band 3, das über den Kern 1 gezogen ist. Das Δίΰΐά 3, das aus flexiblem Material besteht, läuft aber die gaii^o Läxige des Kornes 1. In Jmfungsric.it ang isc das Band 3 /.".Iu geringem Spiel über den Kern 1 gelegt. In der Zeichnung ist ein Teil des Bandes 3 weggelassen, um die Oberfläche 2 deutlicher darzustellen.

lenn der Kern 1 mit dem 3and 3 in einen Luftstrom 4 gebracht wird, erfährt er eine Kraft Vuii diesei/, und zwar Icann diese Kraft neben einer Komponente in Gtröüiungsricntuiig eine Kümponente quer zur Strümungsriciitung haben und längs zur Richtung des Kernes 1. Diese senkrechte ICoirtpunenje hängt: von der /or»:; der überfläche 2 bzw. des Profiles ab und von der Stellung des Profiles in Bezug auf die Strüraungsrichtung. Im gezeigten Beispiel liegt die Stroiaungsrichtung parallel zum grüßten Durchmesser des Profiles, das in Bezug auf seinen größten Durchmesser symmetrisch ist. 3ei diesem Beispiel wird Iceine Kraft quer zur Strümungsrichtung erzeugt.

\lenn jedoch das Band 3 in schnelle Rotation um den Kern 1 versetzt wird, wie dis mit Pfeil 3 -.uigedeutet ist, tritt der bekannte I-Iangnuseffeiet auf, der darin besteht, daß der Luftstrom 4 eine vertikale Kraft auf das Band 3 erzeugt.

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Jiese !Craft, die durch das Band 3 auf die Profilfläche 2 and doxi Kern Übertragen wird, wirkt bei der gezeigten Anordnung nach oben, x</enn sich das Band 3 in Richtung des Pfeiles 5 bewegt.

Bei seiner Drehung um das Profil wird der Riemen 3 von dem Schmiermittelf ilm getragen, der sich zwischen der überfläche 2 und dem Band 3 befindet. Bein gezeigten Beispiel bestehe das Schmiermittel aus Luft, so daß der im wesent-.lic-en unvermeidbare Schmiernuttelaustritt Iceine uner-' wünschten Nebenwirkungen hat und keine besonderen Vorkehrungen erfordert.

Der Querschnitt gemäß Fig. 2 und die Ansicnt dei* Cbfii'..--äcx.u 2 in ?ig. 3 zeigen, in welcher Weise der Schmiermittelfilm und die Drehbewegung des Bandes 3 erzeugt und aufrechterhalten werden.

Der feste Kern besteht aus einem dünnwandigen Hohlkörper iüit einem Innehraum 6. Kanäle 7 und 8 sind an den stärksten Krümmungen des Hohlkörpers vorgesehen. Über eine Reihe von öffnungen 9 ist ein Kanal 7 mit dem Spalt 11 zwischen der Oberfläche 2 und dem Band 3 verbunden und der Kanal 8 über eine Reihe von Öffnungen 10. Im oberen Bereich ist der Innenraua 5 mit de..i Spalt 11 über öffnungen 12 im schwach gekrümmten Bereich der Oberfläche 2 verbunden und im . " uxit er en Bereich durch öffnungen 13. Die Kanäle 7 und 8

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stellen mit einem Luf tkonipiessor in Verbindung, der irgendv/o angeordnet sein Icann und hier nicht dargestellt ist. Der Innenraum 6 steht mit der cPfenen Atmosphäre in Verbindung.

Die durch die Kanäle 7 und C über die öffnung 9 und 10 in dem Spalt 11 eingeführte Luft fließt an jeder Seite durch die Auslaßöffnungen 12 und 13 ab und zur gleichen Zeit übt sie einen Druck auf das Band aus, das dadurch unter Spannung gesetzt wird.

Auf Grund dieser Spannung übt das Band umgekehrt einen Druck auf die Luft im Spalt 11 aus. Da dieser Druck in hohem Maße von der Krümmung abhängt, ergeben sich große Untersc'niede an den einzelnen Stellen. Der Druck ist dort am höchsten, wo die Krümmung; am stärksten ist, und im gezeigten Beispiel ist das im Bereich der Öffnungen 9 und 10 der Fall, wo die Luft in den Luftspalt zugeführt v/ird.

Auf bekannte Weise stellt sich bei aerostatischen oder hydrostatischen Lagern ein Gleichgewicht einerseits zwischen der Spannung im Band 3, der örtlichen Krümmung des Bandes 3 und des Druckes des Luftstromes 4, der von außen auf das Band 3 einwirkt und andererseits der örtlichen Weite des Bandes 11, ö3 e sich auf Grund der Druckzufuhr von Luft in den Spalt 11 ergibt, die sie als notwendigen Gegendruck auf das Band 3 ausübt, ein. Dieses Gleichgewicht ist sehr stabil, so daß der von außen auf das Band 3 wirksam

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werdende Druck nur einen geringen Einfluß auf die Spaltbreite xj.at.

ton das Band 3 in die gewünschte Drehung zu versetzen, ist die oberfläche 2 aiit Nuten 14 und 15 versehen. Die Tiefe dieser Nuten ist klein, d.u.# sie ist einige Male größer als die durchsehnittlicae Breite des Spaltes 11. iiur der Deutlic/Jceit halber sind in der Zeichnung die Breite des Spaltes 11 und die Tiefe der Nuten 14 und 15 stark vergrößert dargestellt.

Die Juten 14 laufen von der öffnung 9 aus bis in die Nähe der öffnungen 12 und entsprechend verlaufen die Nuten 15 van der Öffnung 10 aus bis in die liähe der öffnungen 13.

Die Wirkung der Hüten 14 bestellt darin, daß sicu die durch die öffnungen 9 in den Spalt eingeführte Luft nicht selbst in Sichtung der öffnungen 12 und 13 gleiciimäßig verteilt bzw. teilt, sondern daß die Strömung zwischen den Öffnungen 9 und 12 größer ist als die zwischen den öffnungen 9 und 13. Demgemäß übt die Hauptströmung eine größere Reibung auf das Band 3 aus als die Strömung von der öffnung 9 zur öffnung 13. In gleicher ',-.eise verhält es sich mit der Strömung von der öffnung 10 zur öffnung 13 bzw. Öffnung 12·

Auf Grund dieser unterschiedlichen Strömungseinvirlcungen beginnt das Band 3 in .iicatung des ieiles 5 zu rotieren.

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Die Drehung ist dabei im wesentlichen abhängig von der Strömung im Spalt 11. Dies eröffnet die Möglichkeit die Drehung mit Hilfe des Druckes in den Luftzufuhrkanälen 7 und 8 einzustellen und damit das Verhalten des Flügels innerhalb der Luftströmung 4.

Bei der beschriebenen Profilform der Fläche 2 tritt im Spalt 11 keine oder nur eine geringe Luftströmung in Längsrichtung der ' Oberfläche 2 auf, d.h. quer zur Strömungsrichtung. Demzufolge ist diese Form für Flügel od. dgl. geeignet, die ein großes Verhältnis zwischen Länge und Umfang haben. Bei Fällen, in denen das Verhältnis zwischen Länge und Umfang weniger groß ist, kann die Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 zur Anwendung kommen. Auslaßöffnungen 12 und 13 wie bei Fig. 3 fehlen in diesem Falle, und die Luft fließt seitlich aus dem Spalt im Sinne der Pfeile 16 und 17 ab. Die Wirkungsweise ist dabei aber die gleiche. Diese Form kann ebenfalls bei großen Verhältnissen zwischen Länge und Umfang des Profiles zur Anwendung kommen, wenn das breite BAnd durch eine Anzahl schmalerer Bänder ersetzt wird, die mit einer gewissen Distanz nebeneinander laufen.

In Fig. 5 ist eine weitere VAriante gezeigt, die jedoch nicht für breite Bänder geeignet ist. Bei dieser Form hat die Oberfläche 2 eine Anzahl von Luftzuführungsöffnungen 18, die in Umfangsrichtung hintereinander liegen und die mit Nuten 19 in Verbindung stehen. Auslaßöffnungen sind keine vorgesehen, so daß die Luft seitlich den Spalt verläßt. Auf Grund der Schrägstellung der Nuten 19 erhält die Luft im Spalt eine Komponente in Umfangsrichtung, und

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das Band wird in Drehung versetzt. Die Luft muß unter einem Druck in die verschiedenen Öffnungen 18 eingeführt werden, der vom Grad der Krümmung der Ebene 2 abhängt. Diese Form erfordert demgemäß eine sorgfältigere Abstimmung, aber dies wird wieder ausgeglichen durch eine größere Anpaßbarkeit und Verwendbarkeit für kompliziertere Profilformen.

Die Nuten 19 in der Führungsebene 2, die die Kanten des Bandes nicht erreichen, die mit gestrichelten Linien angedeutet sind, haben die Wirkung, daß sie einerQuerversetzung des Bandes 3 entgegenwirken.

Wenn also das Band 3 nach einer Seite läuft, nimmt die Schmiermittelströmung in dieser Richtung infolge des größeren Wider Standes ab, den das ausfließende Schmiermittel auf dieser Seite erfährt. In gleicher Weise nimmt die Strömung auf der anderen Seite auf Grund der Abnahme des Strömungswiderstandes zu. Es ergibt sich dabei eine Querkomponente in der Schmiermittelströmung und damit eine Querkraft auf das Band 3, die gegen die Bandversetzung gerichtet ist und die das Band wieder in seine ursprüngliche Lage zurückstellt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   [ 1./Aerodynamisches oder hydrodynamisches Element, wie ein Flügel oder Rotorblatt, das derart profiliert ist, daß es im Strom eines fluiden Mediums eine Kraft mit einer beträchtlichen Komponente quer zur Strömungsrichtung erfährt, wobei das Element mindestens über einen Teil seiner Länge mit einem äußeren Profil in Form eines Bandes aus flexiblem Material mit Antriebselementen für eine drehende Bewegung des Bandes versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Element eine dem Elementenprofil angepaßte Führungsfläche (2) und Mittel zur Zuführung und Aufrechterhaltung eines Schmierfilmes zwischen dem Band (3) und der Führungsebene (2) vorgesehen sind·

   2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Zuführung eines Schmierfilmes Öffnungen (9»10) in der Führungsfläche (2) vorgesehen sind.

   3. Element gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (9»10) in den Teilen der Führungsfläche (2) vorgesehen sind, deren Krümmungsradien kleiner sind als die der benachbarten·

   4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungen (12,13) in den Teilen der Führungsfläche (2) mit größeren

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   Krümmungsradien mit Elementen zur Aufrechterhaltung eines gegenüber den öffnungen (9»10) im Bereich kleinerer Krümmungsradien niedrigeren Schmiermitteldruckes vorgesehen sind.

   5β Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (12,13) in den Teilen der Führungsfläche mit größeren Krümmungsradien mit Schmiermittelabflußöffnungen in Verbindung stehen·

   6. Element nach jedem der Ansprüche 3-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Pührungsflache (2) mit flachen Nuten (14,15) versehen ist, die vom Schmiermittelabfluß in einer Richtung verlaufen, die mit der Rotationsrichtung des Bandes (3) einen Winkel von kleiner 90° einschließt.

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