DE2627393A1 - Drehfluegelvorrichtung - Google Patents

Description

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Firma Wave-Rider, Incorporated, 28 Linden Lane, Duxbury, Massachusetts (USA)

Drehflügelvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Drehflügelvorrichtung und insbesondere auf eine solche, die um ihre Längsachse drehbar und relativ zu einem umgebenden Fluid vorwärts bewegbar ist, wobei ihre Längsachse einen kleinen Anstellwinkel in bezug auf die Vorwärtsflugrichtung einnimmt, um auf die Vorrichtung eine Vorspannungs- bzw. Beeinflussungskraft auszuüben, die rechtwinklig zur Längsachse und in der Ebene derselben sowie der Vorwärtsflugrichtung verläuft.

Es sind sehr viele Luftprojektile, Wurfgeräte oder dergleichen bekannt geworden, die mit einer Drehbewegung durch die Luft geworfen oder vorwärts bewegt werden. Typische Beispiele sind Fußbälle, sogenannte 'Frisbee¹ Fluguntertassen, sogenannte 'Whiffle¹ Bälle und Bumerangs. Diese und ähnliche Projektile oder Wurfgeräte sollen gleitende oder übertriebene bzw. besondere Flugbahnen beschreiben. Sie sind jedoch entweder ziemlich schwer, schwierig abzufangen, nur schwer auf einer flachen sowie geradlinigen Bahn zu halten oder nur mit Mühe weit zu werfen. Keines dieser Projektile ist einerseits gewichtsleicht und andererseits so gestaltet, daß eine lange, flache.sowie geradlinige Flugbahn erreicht werden kann, die in einer weichen Landung endet.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines gewichtsleichten Projektils, insbesondere Luftprojektils,

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das gedreht Und vorwärts bewegt werden kann. Es soll eine Drehflügelvorrichtung geschaffen werden, die größere _f insbesondere aeronautische Vorteile ausmacht und einen extrem breiten Bereich verschiedener Anwendungen hat, wozu beispielsweise Freijrlugprojektile, festgelegte oder angebundene sowie sich in die Höhe hebende Vorrichtungen, Windmühlen bzw. -schrauben und Flugzeuge gehören. Die meisten Anwendungsfälle können ohne oder mit einem Antrieb erfolgen. Und schließlich soll ein Luftspielzeug geschaffen werden, das klein, gewichtsleicht, preiswert herzustellen, sicher und spielbegeisternd ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Drehflügelvorrichtung der genannten Art vorgeschlagen, die sich erfindungsgemäß durch eine Vielzahl von unter Seitenabstand weitgehend innerhalb der gewölbten Wandungen eines imaginären, hohlen, stirnseitig offenen und im wesentlichen zylindrischen Aufbaues angeordneten Flügelsegmenten auszeichnet, die um die Längsachse der Vorrichtung drehbar angebracht sind, wobei der Schwerpunkt der Vorrichtung auf der Längsachse derselben liegt und die Vorrichtung in bezug auf ihre Längsachse statisch sowie dynamisch ausgewuchtet ist.

Das Projektil, Wurf- bzw. Windgerät oder dergleichen ist demnach eine Drehflügelvorrichtung, die folgende Eigenschaften hat: Sie dreht sich wie ein Flugzeugpropeller nach vorne? sie entwickelt einen vertikalen Auftrieb ähnlich wie ein Hubschrauberrotor; sie unterstützt eine Auto- bzw. Selbstrotationsdrehbewegung ähnlich einer Windmühle bzw. -schraube; sie hält ihre kinetische Energie ähnlich einem Schwungrad; sie unterliegt einer automatischen Selbsteinstellung bezüglich ihres Steigungs- bzw. Anstellungswinkels, um das Erzeugen eines vertikalen Auftriebs zu optimieren; sie ist aerodynamisch selbststabilisierend und sie nutzt höchst wirksame Flügelsegmente mit kleinem Strömungswiderstand aus. Durch diese Besonderheiten erhält die Vorrichtung eine praktisch geradlinige und sehr lange bzw. weite Flugbahn.

Die vorliegende Erfindung überstreicht die breite Kategorie von entweder angetriebenen oder nicht angetriebenen Drehflügelvor-

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richtungen. Die bevorzugte Ausfuhrungsform ist ein Freiflug-Luftprojektilspielgerät , das dazu bestimmt ist, manuell geworfen und abgefangen zu werden. Die Drehflügelvorrichtung kann um ihre Längsachse gedreht und relativ zum auftretenden Wind oder anderen Fluidumgebungen vorwärts bewegt werden. Die Vorrichtung ist selbstausrichtend, so daß ihre Längsachse in bezug auf die Vorwärtsflugrichtung einen Anstellwinkel einnimmt. Dieser erzeugt auf die Vorrichtung einwirkende Vorspannungs- bzw. Beeinflussungskräfte, mittels derer auf die Vorrichtung ein rechtwinkliger Auftrieb ausgeübt und die Vorrichtung zu einer Autorotation veranlaßt wird. Die Vielzahl der Flügelsegraente wird durch Halterungsmittel,, wie Ringe, positionsmäßig für eine Drehung um die Längsachse der Vorrichtung festgelegt. Die Drehflügelvorrichtung kann manuell geworfen, mechanisch vorwärts bewegt, angetrieben, angebunden bzw. gefesselt oder an einer Stelle fixiert v/erden, wobei ein Fluid, wie Wind oder Wasser, die Vorrichtung umströmt. Wenn diese gedreht und unter einem Anstellwinkel zur Flugrichtung ausgerichtet wird, wird ein Auftrieb erzeugt, der rechtwinklig in der Ebene des Winkels verläuft, und die Autorοtationsdrehung wird durch Autorotationskräfte unterstützt.

Die grundlegende Vorrichtung erfordert nur unter Seitenabstand angeordnete Flügelsegmente, die gedreht werden, um die imaginäre und im wesentlichen zylindrische Oberfläche zu überstreichen. Es können wenige oder viele Flügelsegmente vorhanden sein, die verschiedene Größen, Formen und Ausrichtungen haben können. Ein Mindesterfordernis besteht darin, daß sie um die Längsachse der Vorrichtung statisch sowie dynamisch ausgewuchtet sind. Wenn die Vorrichtung geworfen oder in anderer Weise vorwärts bewegt wird, behält sie ihre gerade und flache Flugbahn infolge einer automatischen (d.h. selbständig arbeitenden) Wechselwirkung von gyroskopischen Präzessions-, Steigungs- bzw. Anstellwinkeleinstellungs-, Selbststabilisierungs- und Autorotationseigenschaften. Wenn sich das vorwärts gerichtete Bewegungsmoment vermindert bzw. wenn die Vorwartsgeschwxndigkeit sinkt, vergrößert die Vorrichtung ihren Anstellwinkel und behält ihre Rotationsbewegung, um einen konstanten vertikalen Auftrieb aufrechtzuerhalten. Hier-

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durch ergeben sich die beschriebene flache Bahn und ein weiches Absteigen bzw. Sinken am Ende des Fluges.

Die Vorrichtung arbeitet auch als ein gefesseltes bzw. angebundenes Gerät, beispielsweise als Drachen, oder als ein bewegliches Gebilde an einer feststehenden Halterung, beispielsweise als Windmühle bzw. -schraube oder Wetterfahne bzw. Windanzeiger, oder als eine angetriebene bzw. vorwärts bewegte Vorrichtung. Im letztgenannten Fall könnte die Vorrichtung das Hauptauftriebsmittel füi ein Flugzeug, ein Bodenfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug sein. Die Vorrichtung erzeugt allgemein rechtwinklig zur Richtung des Vorwärtsfluges (oder der relativen Bewegung) einen Auftrieb oder eine sonstige Vorspannungs- bzw. Beeinflussungskraft, und die Vorrichtung ist deshalb für eine große und praktisch nicht beschränkte Anzahl von Anwendungsfällen ausnutzbar, bei denen ein Auftrieb erforderlich ist.

Beim relativen Vorwärtsbewegen der Drehflügelvorrichtung durch das umgebende Fluid wird ein kleiner aufwärts gerichteter Anstellwinkel relativ zur Vorwärtsflugrichtung eingestellt, um auf die Vorrichtung eine aufwärts gerichtete Auftriebskraft auszuüben. Vorzugsweise verlaufen die Flügelsegmente parallel zueinander sowie parallel zur Längsachse der Vorrichtung, und sie haben vorzugsweise stromlinienförmige Ränder bzw. Kanten. Die Flügelsegmente werden zweckmäßigerweise durch vordere und hintere Halterungsringe festgelegt, die die vorderen sowie rückwärtigen Spitzen der Flügelsegmente erfassen und stabilisieren. Die Halterungsringe verlaufen rechtwinklig zu den Flügelsegmenten und haben stromlinienförmige Ränder bzw. Kanten. Die bevorzugte Ausführungsform ist ein Wurfspielzeug, dessen Massenzentrum bzw. Schwerpunkt im Bereich der vorderen Hälfte seiner Längsachse angeordnet ist. Das Wurfspielzeug ist relativ zur Längsachse statisch und dynamisch ausgeglichen bzw. ausgewuchtet, und es fliegt über eine beträchtliche Distanz in einer überraschend flachen, geradlinigen Bahn.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: - 5 -

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Figur 1 - in einer perspektivischen Ansicht ein Kind, das eine erfindungsgeraäße Drehflügelvorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform eines Luftprojektils bzw. Wurfgerätes wirft,

Figur 2 - das Luftprojektil in einer perspektivischen Ansicht, Figur 3 - das Luftprojektil in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht zum Aufzeigen des Anstellwinkels während des Fluges,

Figur 4 - das Luftprojektil in einer Vorderansicht in Richtung seiner Längsachse,

Figur 5 - ein Flügelsegment in einem Schnitt längs der Linie 5-5 aus Figur 3,

Figur 6 - einen vorderen Halterungsring in einem Schnitt längs der Linie 6-6 aus Figur 3,

Figur 7 - das Luftprojektil in einer Vorderansicht entlang der Flugrichtung zum Darstellen des Anstellwinkels,

Figur 8 - in einer perspektivischen Ansicht eine modifizierte Ausführungsform der Drehflügelvorrichtung, wobei Arme bzw. Speichen an den Halterungsringen und an einer Achse befestigt sind, die durch nicht dargestellte Antriebsmittel gedreht wird,

Figur 9 - in einer perspektivischen Ansicht eine andere abgewandelte Ausführungsform der Drehflügelvorrichtung mit propellerförmigen Speichen, die an den Halterungsringen und an der in Lagern gehaltenen Achse befestigt sind,

Figur 1o - in einer perspektivischen Ansicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Drehflügelvorrichtung mit propellerförmigen Speichen, die an den Halterungsringen und an der Achse befestigt sind, die durch einen mechanischen oder elektrischen Antrieb gedreht wird,

Figur 11 - in einer perspektivischen Ansicht eine Wetterfahnenbzw. Windanzeigerausführungsform,

Figur 12 - in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel in Form eines gehaltenen bzw. angebundenden Drachens ,

Figur 13 - in einer perspektivischen Ansicht eine Windmühlenbzw, -schraubenausführungsform - 6 -

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Figur 14 - in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel in Form einer Rückengepäck-Flugantriebseinheit,

Figur 15 - in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel in Form eines angetriebenen Automobils und

Figur 16 - in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel in Form eines angetriebenen Busfahrzeugs.

Figur 1 zeigt ein Kind, das ein Luftprojektil 1o als die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wirft. Das Projektil oder Wurfgerät wird nach Art eines Fußballs nach vorne und drehend geworfen, um eine spiralige bzw. schraubenförmige Bewegung zu erzeugen.

Gemäß den Figuren 2 bis 4 ist das Projektil 1o eine Drehflügelvorrichtung mit einer Vielzahl von unter Seitenabstand angeord-. neten Flügelsegmenten 12. Die größere oder Hauptabmessung eines jeden Segments 12 wird als seine Längsachse bezeichnet, während die kleinere oder schmalere Abmessung als Querachse bezeichnet wird. Die Flügelsegmente 12 erstrecken sich um die und innerhalb der Wandungen einer imaginären, hohlen, stirnseitig offenen und im wesentlichen zylindrischen Anordnung. Mit anderen Worten sind die Flügelsegmente innerhalb der geometrischen Grenzen der gewölbten Wandungen (mit einer endlichen bzw. begrenzten Dicke) eines imaginären weitgehend zylindrischen Gebildes angeordnet.

Die Figuren 2 und 3 zeigen, daß jedes Flügelsegment in der bevorzugten Ausführungsform folgende Eigenschaften hat: (a) Seine Längsachse verläuft weitgehend parallel zu den Längsachsen der anderen Flügelsegmente; (b) seine Längsachse verläuft im wesentlichen parallel zur Längsachse 14 des Projektils; (c) es hat an beiden Längsseiten, also an den Seiten mit der größeren Abmessung, ähnliche stromlinienförmige Ränder bzw. Kanten 16; (d) es hat eine Querachse, das heißt eine kleinere Breitenabmessung, die allmählich zum vorderen Ende des Projektils ansteigt; (e) es hat eine allmählich zur Vorderseite des Projektils ansteigende radiale Dicke; (f) es ist eines von insgesamt etwa zehn Flügelsegmenten; (g) es hat im wesentlichen parallele obere und untere Hauptober-

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flächen 18 sowie 2o; (h) es hat einen Rotationsbogen X-X, der überall gleich weit von der Längsachse des Projektils entfernt ist.

Die Flügelsegmente 12 sind für eine Drehung um die Längsachse 14 des Projektils angebracht. Das Befestigungsmittel enthält bei der bevorzugten Ausführungsform je einen vorderen und rückwärtigen Halterungsring 22 und 24. Diese Ringe erfassen die vorderen sowie hinteren Spitzen der Flügelsegmente, um sie positionsmäßig in dem im wesentlichen zylindrischen Aufbau festzulegen. Es ist ersichtlich, daß in der bevorzugten Ausfuhrungsform jeder Halterungsring parallel zu dem anderen Halterungsring verläuft und stromlinienförmige vordere sowie rückwärtige Ränder bzw. Kanten 26 hat, wobei der vordere Halterungsring eine größere Masse als der rückwärtige Halterungsring aufweist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Flügelsegmente 12 im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Eigenschaften haben können: Sie erstrecken sich alternativ nicht parallel zur Längsachse 14 des Projektils; sie verlaufen untereinander nicht parallel; sie haben keine stromlinienförmigen Ränder bzw. Kanten 16; sie haben eine konstante Breite und Dicke; sie haben insgesamt wenige oder viele Segmente oder sind sogar ein einzelnes spiral- bzw. schraubenförmiges Segment; sie haben keine parallelen oberen und unteren Hauptoberflächen 18 sowie 2o; und/oder sie haben einen Rotationsbogen X-X, der nicht überall gleich weit von der Längsachse 14 entfernt ist, und/oder sie sind unter einem Winkel zum Rotationsbogen abgekantet bzw. abgeschrägt oder gekippt. Ferner können die Halterungsringe 22 und 24 im Rahmen der vorliegenden Erfindung alternativ als ein einzelner Ring ausgebildet sein oder vollständig entfallen, nicht durchgehend sein, nicht zueinander parallel verlaufen, keine stromlinienförmigen Ränder bzw. Kanten 26 aufweisen und/oder bezüglich ihrer Masse gleich sein.

Es wurde oben ausgeführt, daß die Flügelsegmente 12 innerhalb der gewölbten Wandungen eines imaginären, hohlen, stirnseitig offenen und im wesentlichen zylindrischen Aufbaues angeordnet sind. Die-

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ser Aufbau könnte ein Zylinder mit einem runden bzw. kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt sein. Vorzugsweise ist er jedoch zum Zwecke einer Spritzformung als Kegelstumpf ausgebildet, dessen Seiten mit der Längsachse 14 einen Winkel von etwa 1° bilden (mit einem zulässigen Winkelbereich von etwa ο,25 bis 5 ). Vorzugsweise hat der im wesentlichen zylindrische Aufbau ein Durchmesser-Längen-Verhältnis von etwa 3 t 2 (mit einem zulässigen Bereich von etwa 1 : 5 bis 5:1). Das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser beträgt etwa 3,oo : 2,88 (mit einem z.ulässigen Verhältnisbereich von etwa 3_foo : 2,5o bis 3,oo : 2,95). Der Innendurchmesser beträgt etwa 7,7 cm (mit einem zulässigen Bereich von etwa 6,5 bis 9,ο cm). Der Außendurchmesser beträgt etwa 8,ο cm (mit einem zulässigen Bereich von etwa 6,7 bis 9,2 cm). Die Dicke der Wandungen entspricht der Dicke der Flügelsegmente.

Das Projektil sollte ferner aus einem hochfesten Polyäthylen mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 1 g/cm hergestellt werden, so daß das Projektil bzw. Wurfgerät schwimmt, wenn es ins Wasser fällt. Hinsichtlich einer optimalen Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit wird das Projektil vorzugsweise nach dem Spritzgußverfahren hergestellt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die vorstehenden Beispiele bezüglich des bevorzugten Materials und Herstellungsverfahrens im Rahmen der vorliegenden Erfindung geändert werden können.

Das Projektil hat einen auf der Längsachse 14 befindlichen Schwerpunkt 28 (siehe Figur 3). Es muß in bezug auf die Längsachse 14 statisch und dynamisch ausgeglichen bzw. ausgewuchtet sein. Vorzugsweise befindet sich das Massenzentrum bzw. der Schwerpunkt 28 vor einer die Längsachse 14 halbierenden Ebene und etwa unter einem Abstand von der Vorderseite des Projektils, der einem Anteil von 3/8 der Längsabmessung des Projektils entspricht.

Das Projektil 1o ist dafür bestimmt, manuell geworfen zu werden. Andere Formen der beanspruchten Drehflügelvorrichtung eignen sich für ein anfängliches Antreiben mittels einer mechanischen Start-

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oder Abschußvorrichtung, zu einem Fesseln bzw. Festhalten mittels einer flexiblen Leine, zu einem Drehen auf einer feststehenden Stütze, zu einem ständigen Antreiben durch ein einstückiges bzw. eingebautes Hilfsantriebsmittel und/oder zu einem anfänglichen oder ständigen Vorbewegen relativ zur Luft- oder Wasserumgebung mittels irgendeiner natürlichen oder künstlichen Leistungs- bzw. Kraftquelle.

Unter Bezug auf die bevorzugte Ausfuhrungsform des Projektils 1o ist es ersichtlich, daß dieses dafür gedacht ist, im wesentlichen wie ein Fußball nach .vorne und drehend geworfen bzw. bewegt zu werden. Der WurfVorgang sollte ferner so erfolgen, daß das vordere Ende des Projektils gemäß Figur 3 etwas nach oben gekippt ist. Somit ergibt sich ein Winkel oi zwischen der Längsachse 14 des Projektils-und der Flugrichtung D. Wenn die Längsachse 14 und die Flugrichtung D beide in einer vertikalen Ebene liegen, ist der Anstellwinkel ein reiner Steigungswinkel ohne einen Kursabweichungs- bzw. Windwinkelanteil. Wenn jedoch die die Längsachse 14 und die Flugrichtung D enthaltende Ebene nicht vertikal verläuft, dann ist eine Kursabweichungs- bzw. Windwinkelkomponente vorhanden.

Wenn sich das Projektil 1o in Vorwärtsrichtung durch die Luft odei das Wasser dreht, führt der Anstellwinkel zum Erzeugen einer das Projektil beeinflussenden Vorspannungskraft, die im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse 14 und in der diese Längsachse und die Flugrichtung enthaltenden Ebene wirkt. Die Vorspannungskraft ist die Resultierende der Auftriebskomponente und der Strömungswiderstandskomponente am Projektil. Wenn dieses ausschließlich unter einem Aufwärtssteigungswinkel geworfen wird, liegt die Vorspannungskraft in einer vertikalen Ebene. Wenn das Projektil mit einer Kursabweichungs- bzw. Windwinkelkomponente geworfen wird, liegt die Vorspannungskraft nicht in einer vertikalen Ebene.

Da das Projektil Io zwei Bewegungsarten aufweist, nämlich eine Drehbewegung und eine Vorwärtsbewegung, ist eine Erläuterung der Art und Weise, wie auf das Projektil ein Auftrieb ausgeübt wird,

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notwendigerweise etwas komplex. Es wird angenommen, daß bei dem beanspruchten Aufbau der Vorrichtung aerodynamische, gyroskopische und vielleicht auch noch andere Kräfte in Verbindung miteinander in. der Weise wirken, daß das Projektil eine gerade und flache Flugbahn durchführt. Dieses Ergebnis wird dadurch möglich, da/ während des ganzen Fluges ein im wesentlichen konstanter vertikaler Auftrieb und stabilisierende Momente erzeugt werden. Es gibt viele variable Faktoren, die den Flugweg des Projektils beeinflussen. Wichtig sind hierbei die Windgeschwindigkeit sowie die Windrichtung und auch die Drehzahl, die Vorwärtsgeschwindigkeit und der Anstellwinkel des Projektils. Andere Faktoren können ebenfalls den Flugweg beeinflussen, jedoch in einem kleineren Ausmaß.

Das Projektil beschreibt einen flachen Flugweg, da die Größe des auf die Flügelsegmente und die Halterungsringe (die letzteren haben nur eine geringere Bedeutung) ausgeübten Auftriebs im wesentlichen konstant gehalten wird. Es ist zu erwarten, daß die Größe des erzeugten Auftriebes abnimmt, wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit des Projektils fällt. Bei dem vorliegenden Projektil bleibt jedoch die Größe des durch die Flügelsegmente erzeugten Auftriebes erhalten, da das Aspektverhältnis, die wirksame Auftriebsfläche und der Anstellwinkel steigen.

Wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit des Projektils kleiner wird und die Auto- bzw. Selbstrotation (die noch erläutert wird) die Flügelsegmente zu einem weitgehenden Aufrechterhalten ihrer Drehzahl veranlaßt, gelangt der Luftstrom über die Flügelsegmente längs eines Pfades, der enger bzw. dichter mit ihrer Querachse ausgerichtet ist. Dies führt zu einem größeren wirksamen Auftrieb, und zwar aus demselben Grunde, der auch dazu führt, daß rechtwinklige Flügel mit großem Aspektverhältnis bzw. großer Flügelstreckung (beispielsweise Flügel von Seglern) eine größere Auftriebsleistungsfähigkeit als zurückgeschwenkte bzw. pfeilartig angeordnete Flügel mit kleinem Aspektverhältnis bzw. kleiner Flügelstreckung haben (beispielsweise ebene Flügel von Strahlflugzeugen - jet plane wings). Mit anderen Worten werden die Flügelsegmente der bevorzugten Ausführungsform in bezug auf den aultretenden Wind langer und schmaler. - 11 -

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Beim Verlangsamen der Vorwärtsgeschwindigkeit des Projektils und beim Vergrößern des Aspektverhältnisses bzw. der FlügelStreckung der Flügelsegmente wird auch die effektive Auftriebsfläche eines jeden Flügelsegments größer. Die engere bzw. stärkere Ausrichtung des Luftstroms mit der Querachse der Flügelsegmente führt dazu, daß die von der Vorderkante zur Hinterkante strömende Luft über mehr als die effektive Flügelfläche streicht, insbesondere an den Flügelspitzen. Beim Ansteigen des Aspektverhältnisses und der wirksamen Auftriebsfläche der Flügelsegmente bewegt sich ferner das AuftriebsZentrum 3o in bezug auf den Schwerpunkt 28 nach vorn. Hierdurch wird ein im Gegenuhrzeigersinn gerichtetes Moment um den Schwerpunkt 28 erzeugt, was zu einer Vergrößerung des.Anstellwinkels führt. Beim Auftreten dieses 'Aufrichtens¹ steigt die Auftriebskraft. Wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit des Projektils sinkt und die Hauptauftriebskraft abzufallen neigt, gleichen das vergrößerte Flügelaspektverhältnis und die vergrößerte wirksame Auftriebsfläche diese Verminderung aus, indem eine wirksamere Auftriebsoberfläche gebildet und diese unter einem größeren Anstellwinkel ausgerichtet werden.

Es ist festzustellen, daß sich jedes Flügelsegment pro Zyklus über 36o dreht und hierbei auf das Projektil eine sich ständig ändernde Auftriebskraft ausübt (siehe Figur 7). Jedes Flügelsegment hat eine maximale Auftriebswirksamkeit bei ο sowie bei und eine minimale Auftriebswirksamkeit bei 9o sowie bei 27o°. Tatsächlich ist die Auftriebswirksamkeit relativ hoch für alle Zyklusabschnitte mit Ausnahme derjenigen von etwa 75° bis 1o5° und 255° bis 285°.

Relativ zum auftretenden Wind erfolgt eine Umkehrung der Flügelsegmente bei jeder Halbperiode (bei 9o° und bei 27o°), und es wird angenommen, daß ein oben und unten symmetrisch gewölbter Flügel wirksamer ist als der in Figur 5 dargestellte Flügel. Der bei der bevorzugten Ausführungsform benutzte asymmetrische Flügel ist durch Massenproduktionszwänge vorgegeben.

Im Flug neigt das Projektil aus zumindest drei Gründen zum Auf-

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rechterhalten eines geradlinigen Flugpfades. Erstens erzeugt die Drehbewegung einen gyroskopisehen bzw. Kreiselstabilisierungseffekt. Zweitens erzeugt der hohle Aufbau des Projektils einen selbststabilisierenden 'Wetterfahneneffekt¹. Drittens steigt der Anstellwinkel der wirkenden Flügelsegmente infolge des automatischen Stexgungsexnstellungseffekts der Vorrichtung. Diese drei Kräfte wirken automatisch in der Weise miteinander, daß eine weitgehend konstante Flugbahn des Projektils erhalten bleibt. '

Es ist festzustellen, daß beide Seitenränder 16 der Flügelsegmente stromlinienförmig ausgebildet sind, so daß das Projektil gleichermaßen wirksam mit einer Drehbewegung im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn geworfen werden kann. Daher können Links- und Rechtshänder dasselbe Projektil mit ähnlichen Ergebnissen benutzen. Bei Anwendungen mit nur einer erforderlichen Drehrichtung würde ein Flügel mit einer verdickten und mehr abgerundeten Vorderkante wirksamer sein als der in Figur 5 dargestellte Flügel.

In Figur 5 ist ein Kraftvektordiagramm zum Aufzeigen der Autobzw. Selbstrotation dargestellt. Beim Auftreffen des Luftstroms F auf das Flügelsegment 12 werden rechtwinklig zum Luftstrom F ein Auftrieb L und parallel zum Luftstrom F ein Strömungswiderstand bzw. Rücktrieb D erzeugt. Die resultierende Kraft R ist gemäß der Darstellung in bezug auf die radiale Linie P-P, die rechtwinklig zum Rotationsbogen X-X verläuft, nach vorne gerichtet. Es ist festzustellen, daß die resultierende Kraft R stets gegenüber der Linie P-P nach vorne verläuft, wenn der Auftrieb in bezug auf den Rücktrieb ausreichend groß ist. Wenn dieses zutrifft', neigt die Kraftkomponente R dazu,das Flügelsegment 12 längs des Rotationsbogens X-X nach vorne zu ziehen, und dieser Vorgang wird als Autobzw. Selbstrotation bezeichnet. Sie tritt in einer ähnlichen Weise im unteren Rotationshalbkreis auf, wenn der Flügel umgekehrt ist. Die Autorotationskraft der bevorzugten Ausführungsform 1o veranlaßt die vorwärtsgetriebene, sich drehende Vorrichtung zu einer fortgesetzten Drehbewegung mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl faktisch während des gesamten Fluges.

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Die Vorrichtung wirkt auch als sehr wirkungsvolles Kreisel- bzw. Schwungrad zum Speichern und Freigeben von kinetischer Energie. Dieser Schwungradeffekt begünstigt die Zeitspanne der Rotation und unterstützt auch die Rotation zwischen den Impulsen der von den Flügelsegmenten erzielten Autorotationskraft. Die Autorotationskräfte verstärken natürlich den Kreisel- bzw, Schwungradeffekt und unterstützen das Aufrechterhalten der gyroskopischen bzw. Kreiselstabilität.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird für den anfänglichen Antrieb ein manueller Vorwärts- und Drehwurf ausgenutzt. Danach wirken die aerodynamischen und gyroskopischen Mittel automatisch im Sinne einer Aufrechterhaltung des Auftriebs, der Flugstabilität und der Drehzahl sowie einer Steuerung des Anstellwinkels. Durch Anwenden dieser automatischen Mittel werden ein gleichförmiger Auftrieb und eine RichtungsStabilität erzeugt, um hierdurch einen geraden und flachen Flug zu erreichen.

Mit der vorstehenden Erörterung ist die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschlossen. Verschiedene modifizierte Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 8 bis 16 dargestellt. Bei diesen Varianten wird die Drehflügelvorrichtung nicht manuell gedreht sowie manuell vorbewegt, sondern alternativ über stromlinienförmige Speichen bzw. Arme an einer Längsachse befestigt sowie durch nicht dargestellte Antriebsmittel um die Achse gedreht-und vorbewegt (siehe Figur 8), oder über einen mehrschaufeligen Propeller an einer Achse befestigt und durch nicht dargestellte Mittel vorwärts bewegt (siehe Figur 9), oder über einen mehrschaufeligen Propeller an einer Achse befestigt und mittels eines den Propeller antreibenden Motors vorwärts bewegt (siehe Figur 1o).

Figur 8 zeigt das Grundkonzept einer Drehflügelvorrichtung mit vorderen und rückwärtigen herkömmlichen Speichen bzw. Armen 32 und 34, die an ihren äußeren Enden an den vorderen und hinteren Halterungsringen 22 sowie 24 befestigt sind. Die inneren Enden der Speichen sind entweder an einer Drehachse 36 oder an zwei

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Naben (oder an einer langen einzigen Nabe) befestigt, die von einer stationären Achse 36 getragen werden .Die Vorrichtung wird um die oder mit der Achse mittels einer nicht dargestellten Antriebsquelle gedreht. Die Vorrichtung wird ferner relativ zur umgebenden Atmosphäre mittels einer nicht dargestellten Antriebsquelle vorwärts bewegt, wie einem Halteseil· oder einer festen Drehstelle oder einem motorgetriebenen Antriebsmittel.

Figur 9 zeigt das Grundkonzept einer Drehflügelvorriehtung mit vorderen sowie rückwärtigen propellerförmigen Speichen 38 und 4o, die an ihren äußeren.Enden entsprechend an beiden vorderen und hinteren Halterungsringen 22 und 24 festgelegt sind. Die inneren Enden der Propeller sind entweder an einer von zwei Lagern 37 gehaltenen Rotationsachse 36 oder zwei Naben befestigt, die von einer stationären Achse 36 getragen werden. Die Vorrichtung wird relativ zur umgebenden Atmosphäre durch eine nicht dargestellte Antriebsquelle vorwärts bewegt, wie ein Zug- bzw. Halteseil, eine feststehende Drehstelle oder Anlenkung, einen Motor zum Antreiben anderer (nicht dargestellter) Propeller oder weitere motorgetriebene Antriebssysteme. Die Vorrichtung wird durch die Reaktion der dargestellten Propeller auf das Vorwärtsbewegen der Vorrichtung durch die umgebende Atmosphäre gedreht.

Figur Io zeigt das Grundkonzept einer Drehflügelvorriehtung mit vorderen und hinteren propellerförmigen Speichen 38 und 4o, die in einer Figur 9 ähnelnden Weise an den Halterungsringen 22 sowie 24 und der Achse 36 befestigt sind. Die Propeller werden von einem Motorantriebsglxed 42 angetrieben, wodurch die Vorrichtung zu einer Vorwärtsbewegung relativ zur umgebenden Atmosphäre veranlaßt wird. Das Antriebsglied 42 begründet auch eine Drehung der Vorrichtung beim Vorwärtsbewegen.

Die Figuren 8 bis 1o dienen lediglich zum Aufzeigen von drei modifizierten Varianten der vorliegenden Erfindung. Bei allen drei Ausführungsformen sind Mittel zum Drehen der Vorrichtung mit ihrer oder um ihre Achse und zum Vorwärtsbewegen der Vorrichtung durch die umgebende Atmosphäre vorgesehen. Die Figuren 11 bis 16

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zeigen auf den Ausführungsformen der Figuren 8 bis 1o basierende spezifische Ausführungsbeispiele bzw. Anwendungsfälle.

Figur 11 zeigt eine Wetterfahne bzw. einen Windanzeiger 54, die bzw. der die Windrichtung und die ungefähre Windgeschwindigkeit angibt. Der Windanzeiger 54 weist einen feststehenden vertikalen Ständer 56 mit einer Universalhalterung bzw. kardanischen Aufhängung 58 an seinem oberen Ende auf. Die Halterung bzw. Aufhängung 58 ist um eine vertikale Achse frei schwenkbar und weist einen horizontalen Stift bzw. Bolzen auf, an dem eine Windanzeigerstange 6o schwenkbar angebracht ist. Die Halterung oder Aufhängung 58 enthält auch einen feststehenden Anschlag zum Begrenzen der Größe des Winkels, die die Windanzeigerstange 6o durch Absenken unter die Horizontale einnehmen kann. An einem Ende der Windanzeigerstange 6o befindet sich eine Drehflügelvorrichtung 62 ähnlich derjenigen aus Figur 9.Diese hat vordere und hintere Propeller 38 sowie 4o, die an ihren Spitzen entsprechend an den vorderen und hinteren Halterungsringen 22 und 24 befestigt sind. Die Propeller sind ferner an ihren inneren Enden an einer langen rohrförmigen Nabe 64 festgelegt, die auf der Windanzeigerstange 6o drehbar angebracht ist. Die letztere dreht sich um den vertikalen Ständer 56, um in herkömmlicher Weise die Windrichtung anzuzeigen. Außerdem zeigt der Windanzeiger 54 ohne eine Instrumentierung die ungefähre Windgeschwindigkeit an. Diese Funktion ergibt sich durch die Einwirkung des Windes auf die Drehflügelvorrichtung 62.

Bei leichtem Wind dreht sich die Vorrichtung 62 langsam unter einem großen Anstellwinkel, wobei ein kleiner, jedoch ausgeprägter Auftriebswert erzeugt wird. Deshalb nimmt die Wetterfahne bzw. der Windanzeiger 54 eine Lage maximaler Anstellung ein, wie es in Figur 11 gestrichelt dargestellt ist. Wenn die Windgeschwindigkeit zunimmt, drehen die Propeller die Vorrichtung 62 mit einer größeren Drehzahl, um hierdurch einen größeren Auftrieb zu erzeugen. Diesem vergrößerten Auftrieb wird in einem beschränkten Ausmaß durch den verminderten Anstellwinkel der Windanzeigerstange 6o entgegengewirkt, die um die Anlenkungshalterung 58 schwenkt,

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so daß die Wetterfahne bzw. der Windanzeiger 54 die in Figur 11 dargestellte mittlere Position einnimmt= Bei höheren Windgeschwindigkeiten drehen die Propeller die Vorrichtung 62 mit wiederum höheren Drehzahlen, um einen noch größeren Auftrieb zu erzeugen. Diesem wird bis zu einem gewissen Ausmaß durch den weiter verminderten Anstellwinkel entgegengewirkt. Dieser größere Auftrieb veranlaßt den Windanzeiger 54, die in Figur 11 gestrichelt dargestellte horizontale Position einzunehmen. Der Windanzeiger 54 arbeitet in der Weise, daß er gleichzeitig die Windrichtung und Windgeschwindigkeit optisch anzeigt. Die Drehflüge !vorrichtung 62 läuft von selbst an und fällt in die Kategorie der vorliegenden Erfindung, bei der feststehende Anlenkungsmittel zum Vortreiben der Vorrichtung relativ zur umgebenden Atmosphäre und Propellermittel zum Drehen der Vorrichtung um ihre Längsachse vorhanden sind.

Figur 12 zeigt ein drachenartiges Gebilde 66 mit einem äußeren Rahmen 68 und einem vertikalerstabilisierenden Heckteil 7o. Der Rahmen 68 enthält vordere und hintere Stummelachsen 72 und 74. Ein flexibles Halteglied 76 (beispielsweise eine Drachenschnur) ist am äußeren Rahmen 68 an einem Punkt befestigt, der etwas vor dem AuftriebsZentrum des drachenartigen Gebildes liegt. Eine der Vorrichtung aus Figur 9 ähnelnde Drehflügelvorrichtung 78 ist drehbar an den Stummelachsen 72 und 74 angebracht. Die Vorrichtung 78 hat mehrflügelige vordere und rückwärtige Propeller 8o und 82, die an ihren Spitzen an vorderen und hinteren Halterungsringen 22 und 24 befestigt sind. Die inneren Enden der Propeller werden drehbar von den Stummelachsen getragen. Das drachenartige Gebilde 66 wird in einer herkömmlichen Weise geflogen. Die Propeller veranlassen die Vorrichtung 78 als Reaktion zum Luftstrom zu einem Drehvorgang. Wenn die Windgeschwindigkeit und die sich ergebende Drehzahl ansteigen, erfolgt eine Vergrößerung des Auftriebs und der Position des drachenartigen Gebildes. Bei abnehmender Windgeschwindigkeit und daraus resultierender Drehzahl sinkt der Auftrieb. Trotz verminderter Drehzahl erzeugt das drachenartige Gebilde jedoch einen beträchtlichen Auftrieb, da die Vorrichtung 78 beim Fallen bzw. Absinken gegenüber dem Wind einen

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vergrößerten Anstellwinkel einnimmt, der auch bei niedrigen Windgeschwindigkeiten einen bedeutenden Auftrieb erzeugt.Das drachenartige Gebilde aus Figur 12 kann als ein Spielzeugdrachen produziert werden. Er kann jedoch auch zum Tragen einer Nutzlast geeignet bzw. angepaßt werden, wie einer Person oder einer Apparatur. Eine interessante Möglichkeit bestünde darin, einen mit einer Radioantenne ausgerüsteten Drachen hinter einem Schiff zu schleppen, um den Nachrichtenempfang zu verbessern. Die Drehflügelvorrichtung 78 der Drachenausführungsform ist selbstanlaufend und fällt in die Kategorie, bei der ein Halte- bzw. Zugmittel zum Vorbewegen der Vorrichtung relativ zur umgebenden Atmosphäre und Propellermittel zum Drehen der Vorrichtung um ihre Längsachse vorhanden sind.

Figur 13 zeigt eine Windmühle bzw. -schraube 84 mit einem äußeren Rahmen 68, einem vertikalen Heckteil 7o und vorderen sowie hinteren Stummelachsen 72 sowie 74 ähnlich denjenigen, wie sie bei dem drachenartigen Gebilde 66 aus Figur 12 benutzt werden. Der Rahmen 68 ist an einer Universalhalterung bzw. kardanischen Aufhängung 58 an einem großen bzw. hohen vertikalen Aufbau 86 angelenkt. Die Halterung bzw. Anlenkung 58 befindet sich an einem Punkt etwas vor dem Auftriebszentrum der Windmühle bzw. -schraube. Eine Drehflügelvorrichtung 88, die derjenigen aus Figur 9 ähnelt, ist an den Stummelachsen drehbar angebracht. Die Vorrichtung 88 hat mehrflügelige vordere sowie rückwärtige Propeller 8o und 82, die an ihren Flügelspitzen direkt an den Enden der Flügelsegmente 12 befestigt sind. Bei dieser Konfiguration entspricht die Anzahl der Propellerflügel eines jeden Propellers der Anzahl von Flügelsegmenten, und die Halterungsringe entfallen deshalb.

Die Windmühle bzw. -schraube 84 kann zum Erzeugen elektrischer Leistung oder für entsprechende Zwecke benutzt werden. Herkömmliche Windmühlen haben gewöhnlich Abstell- oder komplizierte Überdrehzahlsteuerungen, um das Zerfallen oder Zerstören der Schaufeln oder ihrer Halterungen unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften infolge einer hohen Drehzahl und von axialen Kräften zu vermeiden. Die Windmühle bzw. -schraube 84 benötigt keine derar-

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tigen Abstell- bzw. Abschalt- oder Überdrehzahlsteuerungen. Dies ist ein ganz erheblicher Vorteil, da hierdurch ein Betrieb während hoher Windgeschwindigkeiten möglich ist, wenn die höchste Windmühlendrehzahl oder das größte Drehmoment (und die sich daraus ergebende größte Leistungserzeugung) erreicht werden kann. Bei leichtem Wind veranlassen die Propeller die Vorrichtung 88 zu einem langsamen Drehen. Bei zunehmender Windgeschwindigkeit steigt der Wert des vertikalen und Autorotationsauftriebes, und die Vorrichtung 88 nimmt eine mehr horizontale Lage ein, wodurch der Anstellwinkel vermindert wird«, Bei hohen Windgeschwindigkeiten erstreckt sich die Vorrichtung 88 praktisch horizontal, wodurch der Anstellwinkel auf Null vermindert wird. Diese automatische Einstellung des Anstellwinkels führt zu einer wirksamen Ausrichtung der Flügelsegmente 12 in starken Winden und verhindert zerstörende axial rückwärts gerichtete oder zentrifugale Kräfte. Im Vergleich hierzu unterliegt eine herkömmliche Windmühle bei starkem Wind schädlichen Belastungskräften in Rückwärtsrichtung längs der Rotorachse wie auch entsprechend schädlichen Zentrifugalkräften. Diese Kräfte werden bei der Windmühle bzw. -schraube 84 praktisch eliminiert. Die Drehflügelvorrichtung 88 der Windmühlenausführungsform ist selbstanlaufend und fällt in die Kategorie mit einem feststehenden Anlenkungsmittel zum Vorwärtstreiben der Vorrichtung relativ zur umgebenden Atmosphäre und mit Propellermitteln zum Drehen der Vorrichtung um ihre Längsachse.

Figur 14 zeigt eine Rückengepäck-Flugantriebseinheit 9o mit einem an einem -Flieger zu befestigenden Rückengepäck 92. Dieses ist auch so gestaltet, daß es eine kleine, jedoch leistungsfähige Antriebswelle, wie einen Innenverbrennungsmotor 94, enthält. Die Einheit 9o weist ein oder mehrere Drehflügelvorrichtungen 96 auf, die derjenigen aus Figur 1o ähneln und die jeweils an einer drehbaren Achswelle 98 angebracht sind. Jede Vorrichtung hat einen rückwärtigen Propeller 1oo, der bezüglich seiner Flügelspitzen am rückwärtigen Halterungsring 24 und bezüglich seiner inneren Enden an iner Nabe befestigt ist, die sich mit der Achswelle 98 dreht. rede Achswelle 98 wird von Lagern getragen, die in einem V-förmi-

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gen Stabilisator 1o2 festgelegt sind, welcher eine Antriebswelle einschließt und eine einstellbare Anstellungstrimmungs-Steuerflache 1o4 enthält. Der Motor 94 ist mit der Antriebswelle verzahnt, und diese wiederum ist mit der Achswelle verzahnt, um die Vorrichtung 96 zu drehen. Von Hand gehaltene Steuerungsglieder werden durch den Flieger betätigt, um die Motordrehzahl einzustellen und die Steuerflächen 1o4 entsprechend zu verlagern bzw. auszurichten.

Es wird nunmehr der Flugbetrieb erläutert. Für ein Abheben bringt der Flieger den Motor auf volle Leistung, um die zwei Vorrichtungen (in Gegendrehung) bis zur maximalen Drehzahl hochzufahren. Der Flieger rennt dann in den Wind und lehnt sich zurück, um einen maximalen Anstellwinkel für einen maximalen Auftrieb vom Boden zu erreichen. Im Flug wird eine Vorwärtsgeschwindigkeit durch die Drehbewegung der Propeller erzeugt. Ein vertikaler Auftrieb ergibt sich durch die Drehung bzw. Geschwindigkeit und den Anstellwinkel der Flügelsegmente. Ein Drehen (Seitenbewegung und Rollen) wird durch eine Kombination von Arm- und Beinpositionierungen des Fliegers und durch eine entsprechende Positionierung der Steuerfläche herbeigeführt. Die Anstellung für ein Aufsteigen und ein Absenken wird in ähnlicher Weise erzeugt. Das Landen erfolgt ähnlich wie das Abheben, jedoch mit dem Unterschied, daß die Motordrehzahl allmählich vermindert wird und eine sehr kleine Vorwärtsbewegung erforderlich ist. Das heißt, daß der Anstellwinkel vergrößert bzw. maximal gemacht und die Drehzahl allmählich vermindert werden.

Das Fliegen mit der Rückengepäck-Flugantriebseinheit 9o stellt für den Flieger ein packendes Erlebnis dar. Durch Änderung der Position seines Körpers kann der Flieger vollständig seinen Flugweg beeinflussen bzw. steuern. Figur 14 zeigt beispielsweise den Flieger in einer stromlinienförmigen 'Fangstellung¹, die eine hohe Fluggeschwindigkeit bewirkt. Beim Ändern seiner Körperposition ändert der Flieger die Lage des gemeinsamen Schwerpunkts. Beim Ändern der Position der Steuerflächen 1o4 verändert der Flieger auch die Lage des gemeinsamen AuftriebsZentrums. Beide-

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Positionierungen beeinflussen die Anstell-, Wind- und Roll- bzw. Schlingerwinkel der Drehflügelvorrichtungen 96. Diese hat einen Eigenantrieb und fällt in die Kategorie mit motorgetriebenen Mitteln zum Drehen der Vorrichtung um ihre Längsachse und mit motorgetriebenen Propellermitteln zum Vorbewegen der Vorrichtung relativ zur umgebenden Atmosphäre.

Figur 15 zeigt eine Flugantriebseinheit 1o6, die ein automobilähnliches Fahrzeug 1o8 enthält, an dem ein oder mehrere Drehflüge !vorrichtungen 11ο angebracht sind. Das Fahrzeug 1o8 enthält eine Antriebsquelle wie auch Mittel zum dreh- bzw. schwenkbaren Einstellen des Anstellwinkels der Drehflügelvorrichtungen 11o. In praktisch allen anderen Punkten ähnelt die Einheit 1o6 der Rückengepäck-Flugantriebseinheit 9o. Um die Flugeinheit 1o6 zu fliegen, geht der Fahrer in einer ähnlichen Weise vor, wie sie bezüglich des Fliegers mit der Rückgengepäckeinheit 9o beschrieben wurde. Zum Abheben bringt der Fahrer den Motor auf volle Leistung, um die sich entgegengesetzt drehenden Vorrichtungen 96 mit einer maximalen Drehzahl anzutreiben. Die Vorrichtungen werden rückwärts bis zu einem maximalen Anstellwinkel geschwenkt, und das Fahrzeug ^:1o8 wird in den Wind gefahren. Dieses Vorgehen führt zum Erzeugen eines maximalen Auftriebs, um den Flug der Einheit zu starten. Nach dem Abheben wird die Vorwärtsgeschwindigkeit durch die Drehzahlbeeinflussung des Motors gesteuert. Eine Steuerung der Roll-, Anstellungs- bzw. Steigungs- und Seitenbewegungen erfolgt durch Schwenken der Vorrichtungen 11ο und durch Ausrichten bzw. Positionieren der Steuerflächen 1o4. Das Landen der Einheit 1o6·erfolgt ähnlich wie das Landen der Rückengepäckeinheit 9o.

Figur 16 zeigt eine Flugantriebseinheit 112, die ein busartiges Fahrzeug 114 enthält, an welchem vordere und hintere Drehflügelvorrichtungen 116 angebracht sind. Das Fahrzeug 114 enthält zwei unabhängige Antriebsquellen wie auch zwei unabhängige Mittel zur Dreh- bzw. Schwenkeinstellung der Anstellwinkel der Drehflügelvorrichtungen 116. In allen anderen Punkten ähnelt die Einheit 112 der Automobil-Einheit Io6 und der Rückengepäckeinheit 9o. Das

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Fliegen der Einheit 112 entspricht weitgehend dem Fliegen der Automobileinheit 1o6. Der einzige-Unterschied besteht darin, daß die zwei Drehflügelvorrichtungen 116 bezüglich der Anstellung und der Propellerdrehzahl unabhängig steuerbar sind. Hierdurch erhält der Fahrer ein Mittel zum Steuern der Gesamtanstellung bzw. -Steigung der Einheit 112 durch unabhängiges Einstellen des relativen Auftriebes der getrennten Drehflügelvorrichtungen 116.

Die Figuren 14 bis 16 dienen zum Aufzeigen von Beförderungsmitteln, die am Boden oder durch die Luft bewegt werden können. Sie können auch auf einer Wasseroberfläche oder unter Wasser betrieben werden. Die Flugantriebseinheiten sind kompakt und haben zivile sowie militärische Anwendungsbereiche.

Die dargestellten Drehflügelvorrichtungen haben feste Flügelsegmente. Um die Auftriebswirksamkeit der Flügelsegmente noch weiter zu verstärken, ist es möglich, ein mechanisches System vorzusehen um die Anstellung bzw. Steigung der sich drehenden Flügelsegmente halbzyklisch bzw. in jedem Halbzyklus zu modifizieren.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist davon auszugehen, daß die vorliegende Erfindung eine sehr grundsätzliche Bedeutung hat. Zwar wurde die Erfindung an einem Luftprojektil als einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, doch erfolgte dieses nur aus Einfachheitsgründen und nicht zur Beschränkung der vorliegenden Erfindung. Diese überdeckt einen breiten vorstellbaren Bereich von Drehflügelvorrichtungen mit und ohne Antrieb. Mit der obigen Beschreibung werden viele mögliche Variationen und Modifikationen der Erfindung vorgeschlagen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung bezüglich ihrer Einzelheiten und Anwendungen nicht auf die spezifisch beschriebenen oder dargestellten Details beschränkt ist, da zahlreiche weitere Änderungen und Abwandlungen möglich sind.

- Patentansprüche -

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Claims (53)

1. Patentansprüche

   J Drehflügelvorrichtung, die um ihre Längsachse drehbar und relativ zu einem umgebenden Fluid vorwärts bewegbar ist, wobei ihre Längsachse einen kleinen Anstellwinkel in bezug auf die Vorwärtsflugrichtung einnimmt, um auf die Vorrichtung eine Vorspannungs- bzw. Beeinflussungskraft auszuüben, die rechtwinklig zur Längsachse und in der Ebene derselben sowie der Vorwärtsflugrichtung verläuft, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von unter Seitenabstand weitgehend innerhalb der gewölbten Wandungen eines imaginären, hohlen, stirnseitig offenen und im wesentlichen zylindrischen Aufbaues angeordneten Flügelsegmenten (12), die um die Längsachse (14) der Vorrichtung drehbar angebracht sind, wobei der Schwerpunkt (28) der Vorrichtung auf der Längsachse (14) derselben liegt und die Vorrichtung in bezug auf ihre Längsachse (14) statisch sowie dynamisch ausgewuchtet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Anstellwinkel (οό) in bezug auf die Vorwärtsflugrichtung eine aufwärts gerichtete Steigungs- bzw. Anstellwinkelkomponente enthält, um auf die Vorrichtung eine aufwärts gerichtete Auftriebskraftkomponente auszuüben.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Anstellwinkelsteuerungsmittel zum Steuern der Größe der auf die Vorrichtung einwirkenden Vorspannungs- bzw. Beeinflussungskraft.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anstellwinkelsteuerungsmittel aerodynamisch und/oder gyroskopisch und/oder mechanisch und/oder elektrisch arbeitet.
5. 5. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Flugsteuerungsmittel zum Steuern der Flugeigenschaften zwecks Aufrechterhaltung einer im wesentlichen geraden und flachen Flugbahn. - 23 -

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6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flugsteuerungsmittel aerodynamisch und/oder gyroskopisch und/oder mechanisch und/oder elektrisch arbeitet,
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch manuelle Mittel um ihre Längsachse (14) gedreht und vorwärts bewegt werden kann.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Spritzgußteil ausgebildet ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus hochfestem Polyäthylen mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 1,oo g/cm besteht.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner gekennzeichnet durch aerodynamische Mittel zum automatischen und allmählichen \ergrößern des Anstellwinkels der Vorrichtung beim Vermindern ihrer Vorwärtsgeschwindigkeit.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Auftriebszentrum (3o) der Vorrichtung beim automatischen und allmählichen Vergrößern ihres Anstellwinkels automatisch und allmählich in Längsrichtung von dem Massenzentrum bzw. Schwerpunkt (28) nach vorne bewegt.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner gekennzeichnet durch aerodynamische Mittel, die die Vorrichtung autorotationsmäßig zu einem fortgesetzten Drehen um ihre Längsachse (14) mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl veranlassen, wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit der Vorrichtung absinkt und der Anstellwinkel (^ ) derselben ansteigt.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner gekennzeichnet durch aerodynamische Mittel zum Erzeugen einer auf die Flügelsegmente (12) einwirkenden sowie weitgehend konstanten resultierenden Auftriebskraft, um eine weitgehend

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    flache Flugbahn zu erhalten, wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit der Vorrichtung abfällt, der Anstellwinkel (o£ ) der Vorrichtung ansteigt und die Drehzahl der Vorrichtung weitgehend konstant bleibt.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Aufbau ein Kegelstumpf ist, dessen Seiten mit der Längsachse (14) der Vorrichtung einen Winkel im Bereich von o,25° bis 5° einschließen.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelsegmente (12) weitgehend parallel zueinander verlaufende Längsachsen haben.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse eines jeden Flügelsegments

    (12) weitgehend parallel zur Längsachse (14) der Vorrichtung verläuft.
17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse eines jeden Flügelsegments

    (12) in bezug auf die Längsachse (14) der Vorrichtung einen Winkel von weniger als 45 bildet.
18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelsegment (12) zumindest eine strom· linienförmige Seitenkante (16) hat.
19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelsegment (12) zwei symmetrische stromlinienförmige Seitenkanten (16) hat, um ein Drehen in jeder Richtung zu erleichtern und hierbei ähnliche Flugeigenschaften zu erzeugen.
20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Flügelsegment (12) eine Breite hat,

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    die in Richtung zum vorderen Ende des im wesentlichen zylindrischen Aufbaues allmählich ansteigt.
21. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Flügelsegment (12) eine Dicke hat, die in Richtung zum vorderen Ende des fm wesentlichen zylindrischen Aufbaues allmählich ansteigt.
22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Halterungsring (22, 24) zum drehbaren Festlegen der Flügelsegmente (12) vorgesehen ist und alle Flügelsegmente (12) erfaßt sowie stabilisiert.
23. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß vordere und rückwärtige Halterungsringe (22, 24) zum drehbaren Festlegen der Flügelsegmente (12) vorgesehen sind, die die vorderen und hinteren Spitzen der Flügelsegmente (12) erfassen sowie stabilisieren.
24. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halterungsring (22, 24) stromlinienförmige Ränder bzw. Kanten (26) hat.
25. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenränder (16) der Flügelsegmente (12) zur Steigerung der Drehzah^und die vorderen sowie rückwärtigen Ränder bzw. Kanten (26) der vorderen sowie rückwärtigen Halterungsring (22, 24) zur Steigerung der Vorwärtsgeschwindigkeit stromlinienförmig ausgebildet sind.
26. 26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt (28) in bezug auf eine die Längsachse (14) der Vorrichtung halbierende Ebene nach vorne verlagert ist.
27. 27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt bzw. das Massenzentrum (28)

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    der Drehflügelvorrichtung im Bereich der vorderen 25 % bis 5o % der Längsachse (14) der Vorrichtung angeordnet ist.
28. 28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Halterungsring (22) eine größere Masse als der rückwärtige Halterungiring (24) hat.
29. 29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Aufbau ein Durchmesser-Längen-Verhältnis im Bereich von 1:5 bis 5 : 1 hat.
30. 30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Aufbau ein Außendurchmesser-Innendurchmesser-Verhältnis im Bereich von 3,oo : 2,5o bis 3,oo : 2,95 hat.
31. 31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3o, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Aufbau einen Innendurchmesser im Bereich von 6,5 bis 9,ο cm hat, damit die Vorrichtung bequem über ein Handgelenk oder einen Arm geschoben werden bzw. gleiten kann.
32. 32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Aufbau einen Außendurchmesser im Bereich von 6,7 bis 9,2 cm hat,damit die Vorrichtung zum Werfen bequem erfaßt werden kann.
33. 33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Flügelsegmente (12) etwa der Dicke der gewölbten Wandungen des im wesentlichen zylindrischen Aufbaues entspricht.
34. 34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Flügelsegmente (12) 5 bis 15 Flügelsegmente enthält.

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35. 35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, ferner gekennzeichnet durch Mittel zum automatischen Bilden einer halbzyklischen bzw. bei jeder Rotationshalbdrehung auftretenden Anstellwinkeleinstellung der Flügelsegmente (12).
36. 36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das effektive Aspektverhältnis eines jeden Flügelsegments (12) beim Vermindern der Vorwärtsgeschwindigkeit der Vorrichtung ansteigt.
37. 37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Auftriebsfläche eines jeden Flügelsegments (12) beim Vermindern der Vorwärtsgeschwindigkeit der Vorrichtung ansteigt.
38. 38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehflügelvorrichtung wie ein Schwungrad arbeitet und ihre kinetische Energie beibehält.
39. 39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehflügelvorrichtung wie ein Schwungrad arbeitet und die Rotationsbewegung zwischen den Impulsen einer von den Flügelsegmenten (12) erzielten Autorotationskraft beibehält.
40. 40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß gyroskopische Präzessionskräfte automatisch in eine Wechselwirkung mit den Anstellwinkeleinstellungs-, Selbststabilisierungs- und dynamischen Auftriebskräften treten, um eine weitgehend konstante Flugbahn aufrechtzuerhalten
41. 41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4o, ferner gekennzeichnet durch Mittel zum Drehen der Vorrichtung um ihre Längsachse (14).
42. 42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch ge- · kennzeichnet, daß die Rotationsmittel mechanisch angetrieben sind. - 28 -

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43. 43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsmittel elektrisch angetrieben sind.
44. 44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsmittel einen Propeller (38, 8o, 82, 1oo) enthalten.
45. 45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44, ferner gekennzeichnet durch Mittel zum Vorwärtsbewegen der Vorrichtung relativ zu einem umgebenden Fluid.
46. 46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbewegungsmittel mechanisch angetrieben sind.
47. 47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbewegungsmittel elektrisch angetrieben sind.
48. 48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbewegungsmittel einen Propeller (38, 3o, 82, 1oo) enthalten.
49. 49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 48, ferner gekennzeichnet durch ein Fahrzeug (1o8, 114), auf dem die Vorrichtung angebracht ist.
50. 50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 49, ferner gekennzeichnet durch eine stationäre Abstützung (56, 86), auf der die Vorrichtung beweglich angebracht ist.
51. 51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5o, ferner gekenn-. zeichnet durch Mittel zum Tragen einer Nutzlast.
52. 52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 51, ferner gekennzeichnet durch Haltemittel zum Befestigen der Vorrichtung an einer Nutzlast. - 29 -

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53. 53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 52, ferner gekennzeichnet durch eine an einem Ende der Vorrichtung festgelegte Halteleine (76) oder dergleichen.

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