DE2737597C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluggerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das Fluggerät der vorgenannten Art kann als Flugdrachen be­ zeichnet werden, welcher an einer Leine angeleint ist. Es kann beispielsweise im Schlepp von Land- oder Wasserfahrzeugen Verwendung finden.

Ein Fluggerät der eingangs genannten Art ist Gegenstand der DE-OS 20 46 446. An dessen Profilkörper ist eine Vielzahl von Steuerleinen quer und längs verteilt befestigt. Infolge der vielen Steuerleinen ist es schwierig, das Fluggerät zu steuern. Es ist als Fallschirm geeignet, nicht jedoch als Flugdrache für Bodenstarts, da es hierzu erforderlich wäre, den Profilkörper ausgespannt zu halten, damit er von der an­ strömenden Luft aufgeblasen werden kann. Gleichzeitig müßten die Steuerleinen gespannt gehalten werden, damit sie sich nicht verwirren, was von einer Person nicht ausführbar ist.

Das gleiche gilt für das Fluggerät nach der US-PS 38 06 071, wo die Steuerleinen an der Unterseite des Profilkörpers in einer Reihe längs der Vorderkante angeordnet sind.

Das Fluggerät der US-PS 32 85 546 gleicht demjenigen der DE- OS 20 46 446, weist also ebenfalls die Nachteile einer schwierigen Steuermöglichkeit und seiner Eignung nur als Fallschirm auf.

Es besteht die Aufgabe, das Fluggerät so auszubilden, daß ein Bodenstart von einer Person ohne Schwierigkeiten aus­ führbar ist und im Flugzustand auf einfache Weise auch kom­ plizierte Flugmanöver ausführbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unter­ ansprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Flugge­ räts in der Verwendung als Flugdrachen in einem ersten Flugzustand,

Fig. 2 eine Ansicht des inneren Aufbaues des Pro­ filkörpers des Flugkörpers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung der Profilform des Profil­ körpers,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Fluggeräts,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Fluggeräts bei einer Fluglage mit hoher Windgeschwin­ digkeit,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Fluggeräts bei einer relativ geringen Windgeschwindig­ keit und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht bei einer re­ lativ hohen Windgeschwindigkeit.

Der flexible luftaufblasbare Profilkörper 1 dient als Flügel und umfaßt eine im wesentlichen rechteckige obere Haut 2 und eine im wesentlichen rechteckige untere Haut 3, welche endseitig entsprechend der Fig. 3 durch End­ wandungen 4 miteinander verbunden sind.

Die obere und die untere Haut 2, 3 sind längs ihrer Längs­ kanten 5 und 6 miteinander verbunden, welche die Vorder- und die Rückkanten des Profilkörpers 1 bilden. An den Schmalseiten sind die Häute 2, 3 durch die Endwandungen 4 miteinander verbunden.

Die Verbindung der Häute 2, 3 miteinander und mit der Wandung 4 kann durch Nähen, durch Schweißen oder durch Kleben erfolgen.

Die Häute 2, 3 und die Endwandungen 4 bestehen aus einem flexiblen, nicht dehnbaren und luftundurchlässigen Mate­ rial.

Wenn die Häute 2, 3 und die Endwandungen 4 miteinander verbunden sind, dann entsteht beim Gebrauch ein luftauf­ blasbarer Profilkörper.

Das Innere des Profilkörpers ist durch innere Wandungen 8 unterteilt in getrennte Kammern 7 A, 7 B, 7 C . . . usw. Die­ se Trennwände 8 haben die gleiche Profilform wie die End­ wandungen 4, nämlich die Form des Flügelprofils eines Flugzeugs. Die Wandungen 8 sind mit den Häuten 2 und 3 miteinander verbunden. In einer Ausführungsform als Dra­ chen betrug die Gesamtabmessung 1830 mm × 620 mm, wobei der Profilkörper durch neun Wandungen 8 in zehn Kammern unterteilt war. Die Lage der Wandungen 8 ist durch die Linie 9 angedeutet.

Eine im wesentlichen rechteckigen Öffnung 10 zum Einlei­ ten der Luft in den Profilkörper 1 ist längs der gesam­ ten Länge der Vorderkante 5 der oberen Haut 2 vorgese­ hen. Durch diese Öffnung 10 tritt Luft in alle Kammern 7 A, 7 B, 7 C . . . usw. ein. Die Öffnung 10 wird gebildet durch eine Gaze oder einen anderen netzförmigen Streifen 11, dessen obere Längskante 12 mit der Oberkante der Öff­ nung 10 und dessen untere Längskante 13 mit der Vorder­ kante der unteren Haut 3 verbunden ist. Die Enden des Streifens 11 sind mit den Endwandungen 4 verbunden.

Eine Tasche 15 dient zur Aufnahme eines flexiblen Holms 16, wobei diese Tasche 15 längs der Vorderkante der Haut 3 verläuft. Die Tasche 15 hat eine Vorderkante 17 und eine Hinterkante 18 und ist längs dieser Kanten mit der Unterseite der unteren Haut 3 verbunden. Alternativ da­ zu kann der Bereich der vorderen Kante der unteren Haut 3 nach hinten umgebogen sein, wodurch auf diese Weise durch den überlappten Teil eine Tasche 25 gebildet wird.

Der Holm 16 besteht aus einem Material hoher Flexibili­ tät bei einem geringen Gewicht. Der Holm ist vorzugswei­ se hohl ausgebildet und besteht aus einem glasfaser- oder kohlestoffaserverstärktem Kunststoffmaterial. Bei einem Drachen mit den obenerwähnten Dimensionen ist der Holm in zwei Abschnitte zerlegbar. Jeder Abschnitt ist leicht konisch ausgebildet, so daß die Steifigkeit des Zentralbereichs des zusammengesetzten Holms größer ist als diejenige der beiden Endbereiche, so daß sich die Endbereiche stärker deformieren können als der Zentral­ bereich.

Wenn der Holm 16 in die Tasche 15 eingesteckt ist, dann stehen dessen Enden 19, 20 über den Profilkörper 1 über, so daß an diesen überstehenden Enden 19, 20 Steuerlei­ nen 21, 22 befestigbar sind. Hierdurch wird auch si­ chergestellt, daß die Holmenden die Häute 2, 3 beschä­ digen können. Zusätzlich sind an den Führungskanten Ringe 19 A, 20 A vorgesehen, so daß beim Einsetzen des Holms dieser in bezug auf die Kanten genau positionier­ bar ist. Die beiden anderen Enden der Steuerleinen 21, 22 sind mit einer Steuerstange 23 verbunden, mit wel­ cher der Benutzer des Fluggeräts dieses zu halten ver­ mag.

Der Profilkörper ist also infolge der nebeneinander angeordneten Kammern 7 A, 7 B . . . mehrzellig aufgebaut. Diese Kammern 7 definieren eine Reihe von Trichtern oder Windsäcken, in die jeweils die anströmende Luft durch den Streifen 11 einzutreten vermag und hierbei die ein­ zelnen Räume aufbläst. Es ergibt sich somit ein Profil­ körper mit ausreichender Steifigkeit, d. h. mit einer Steifigkeit, daß sich ein beim Anströmen von Luft sta­ biler Profilkörper ergibt.

Um das Fluggerät als Drachen benutzen zu können, wird der Holm 16 in die Tasche 15 eingeschoben und die Steu­ erleinen 21, 22 werden an den Enden 19, 20 des Holms 16 befestigt. Die Art der Befestigung der Steuerleinen 21, 22 kann auf verschiedene Weise gelöst werden.

Der Profilkörper wird so angeordnet, daß der Luftein­ laßstreifen 11 gegen den ankommenden Wind gerichtet ist. Die Steuerstange 23 wird von der Person, die das Fluggerät fliegen lassen will, gehalten. Der Wind bläst in das Innere des Profilkörpers und füllt die verschie­ denen Kammern 7. Werden die Steuerleinen 21, 22 gespannt, dann hebt der Profilkörper ab und schwingt nach oben in die Luft, wobei seine Flughöhe begrenzt ist durch die zur Verfügung stehende Länge der Steuerleinen 21, 22.

Die Fluglage des Profilkörpers 1 wird bestimmt durch eine Kombination von Kräften, die auf den Profilkörper wirken. Diese Kräfte umfassen aerodynamische Auftriebs­ kräfte, die durch das Vorbeiströmen der Luft an den Häu­ ten 2, 3 entstehen, Zugkräfte, die an den Steuerleinen 21, 22 wirken, die Wirkung des Winddruckes, der auf den angeleinten Profilkörper wirkt, das Gewicht des Profil­ körpers und des Holms und die Wirkung des Aufblasens der einzelnen Kammern 7 infolge der Kanalisierung der anströ­ menden Luft.

Diese vorgenannten Kräfte resultieren in einer Fluglage, bei welcher der Profilkörper in Strömungsrichtung gese­ hen hinter dem Holm, d. h. hinter dessen Anlenkpunkt an­ geordnet ist. Die Auftriebskräfte wirken hinter diesem Anlenkpunkt.

Während des Flugs wird die durch den Profilkörper 1 ein­ genommene Fluglage in bezug auf die Steuerleinen 21, 22 bestimmt durch die Luftgeschwindigkeit längs der Häute 2, 3. Die Fluglage variiert in erheblichem Umfange mit den Änderungen dieser Geschwindigkeit. Beim Flug ist ei­ ne Reihe von Änderungen der Fluglage und der Form des Profilkörpers in bezug auf die Ebene der beiden Steuer­ leinen 21, 22 zu verzeichnen. Die Ebene, die die beiden Steuerleinen 21, 22 zusammen mit dem Holm 16 einnehmen, wird nachfolgend Befestigungsebene genannt.

Nachfolgend wird der einfachste Fall vorausgesetzt, bei welchem die Befestigungsebene horizontal und parallel zur Steuerstange 23 verläuft. Es sei hierbei vorausge­ setzt, daß die Steuerleinen 21, 22 gerade verlaufen und nicht nach unten durchhängen.

Ist die Windgeschwindigkeit relativ gering, dann strömt die Luft mit relativ geringer Geschwindigkeit über die Häute 2, 3, so daß die resultierenden Kräfte auf den Profilkörper 1 derart sind, daß der Holm 16 im wesent­ lichen gerade verläuft, d. h. nur relativ geringförmig gekrümmt oder deformiert ist. Unter diesen Verhältnis­ sen nimmt der Profilkörper 1 eine Flugstellung ein, bei welcher der Anströmwinkel relativ klein ist, d. h. im Be­ reich zwischen 0° bis 10° liegt. Der Profilkörper liegt also im wesentlichen horizontal, wobei seine Hinterkante geringfügig niedriger liegt als die Vorderkante. Die ge­ naue Fluglage ist abhängig vom aerodynamischen Profil des Profilkörpers, von der Lage des Schwerpunkts des Profilkörpers, von den horizontalen und vertikalen Kom­ ponenten der Spannung der Steuerleinen 21, 22 und von der Windgeschwindigkeit.

Wird die Windgeschwindigkeit erhöht, führt dies zu einer Erhöhung der Luftgeschwindigkeit längs der Häute 2, 3, wobei dann auch infolge des Luftwiderstands der Holm 16 eine gekrümmte Form annimmt. Die Enden des Holms 16 be­ wegen sich hierbei gegeneinander in der Ebene der Befe­ stigungsebene.

Zusammen mit dieser Deformation des Holms treten die fol­ genden sichtbaren Änderungen am Profilkörper auf:

• 1. Der Profilkörper deformiert sich von einer im wesent­ lichen rechteckigen Form in eine gekrümmte Form ähnlich einem Abschnitt einer konischen Fläche, bei welcher die Vorderkante eine Querabmessung aufweist, welche unterschiedlich ist zu derjenigen der Hinterkanten, da die Ecken der letzteren nicht in der gleichen Wei­ se wie die Ecken der Vorderkante verformt werden und da das Aufblasen der Kammern nicht konstant ist, längs der Länge des Profilkörpers.
• 2. Der Profilkörper ändert seine Fluglage von der im we­ sentlichen horizontalen Lage zu einer im wesentlichen vertikalen Lage, so daß der Winkel mit der Ebene der Steuerleinen groß wird. In dieser Stellung ist die An­ strömfläche des Profilkörpers relativ groß.
• 3. Der Holm, welcher gekrümmt ist, dreht um die Befesti­ gungspunkte, so daß die Ebene, die der Holm 16 einnimmt, geneigt ist gegenüber der Ebene der Steuerleinen, wobei die Neigung derart ist, daß der Mittelpunkt des Holms oberhalb der Ebene der Steuerleinen sich befindet.
• 4. Aufgrund der Faktoren 1, 2 und 3, welche gleichzeitig auf den Profilkörper wirken, ergeben eine rasche Be­ schleunigung seiner Bewegung in Richtung auf einen rechten Winkel zur Ebene der Steuerleinen 21, 22.

Die folgenden Beobachtungen ermöglichen in etwa eine Analyse dieser Fluglage.

Wenn die Windgeschwindigkeit gering ist, d. h. bei einer Windgeschwindigkeit, bei welcher der Holm im wesentli­ chen gerade ist, sind die Flugcharakteristiken des Pro­ filkörpers 1 im wesentlichen bestimmt durch die aerody­ namischen Kräfte, welche sich aufgrund der Profilform des Profilkörpers ergeben. Diese Auftriebskräfte werden bestimmt durch die Windgeschwindigkeit längs der oberen und der unteren Haut 2, 3 und deren Profilform. In die­ sem Beispiel definiert die Profilform im Bereich der Füh­ rungskante die klassische Bedingung, die notwendig ist, um eine Auftriebskraft zu ergeben, während die Form im Bereich der Hinterkante in Verbindung mit der flachen Form an der Oberseite des Profils (siehe Fig. 3) dazu führt, daß bezüglich der Kräfte umgekehrte Verhältnisse im Vergleich zu den Verhältnissen an der Vorderkante ent­ stehen, d. h. eine nach unten gerichtete Kraft. Weiterhin ist die Kräfteverteilung längs der Länge des Profilkör­ pers so, daß die Windkräfte, welche im Zentralbereich des Holms 16 wirken, nicht ausreichend sind, um diesen Holm zu einer merkbaren Kurvenform zu deformieren. Folglich wird also die Form des Profilkörpers 1 nicht verändert.

Wird die Windgeschwindigkeit erhöht, dann werden die ver­ schiedenen Druckdifferentiale infolge der Flügelquer­ schnittsform des Profilkörpers erhöht. Da die Enden des Holms 16 an den Steuerleinen 21, 22 befestigt sind, wird hierbei die Spannung in den Steuerleinen verändert, was zu einer Deformation des Holms 16 führt. Durch die resul­ tierenden Druckdifferentiale, die auf den Profilkörper und den Holm wirken, wird die Hinterkante des Profils ge­ streckt, vorausgesetzt, daß die Vorderkante nicht ein­ fällt, so daß der Profilkörper bestrebt ist, eine trapez­ förmige Form einzunehmen, bei welcher die Hinterkante län­ ger sein würde als die Vorderkante. Da das Material des Profilkörpers jedoch nicht dehnbar ist und da durch den aufblasbaren Aufbau ein Einfallen des Profilkörpers ver­ hindert wird, wird dadurch die Fluglage geändert. Hier­ durch dreht sich der Profilkörper um den Holm von einem ge­ ringen Winkel der Windangriffsfläche in eine Stellung, bei welcher der Profilkörper eine Form annimmt, bei welcher er ein gekrümmtes Profil aufweist, das vom Grad der Holmde­ formation bestimmt wird. Infolge der nach unten wirkenden Kräfte an der Hinterkante des aerodynamischen Flügelpro­ fils dreht sich der Profilkörper 1 relativ zur Ebene der Steuerleinen 21, 22 nach unten. Die an der Vorderkante wir­ kenden Auftriebskräfte unterstützen diese Drehwirkung.

Infolge der Änderung der Fluglage ändert sich auch die Luftströmung längs der Häute 2, 3. Diese Änderung ist kom­ pliziert und bewirkt eine weitere Änderung der Fluglage zusätzlich zu derjenigen infolge der Holmdeformation, wegen der Veränderung des Mittelpunkts der aerodynami­ schen Druckkräfte, der Änderung der aerodynamischen Auf­ triebskraft und der Zugkräfte, sowie der Veränderung der Komponenten der Spannung in den Steuerleinen längs und rechtwinklig zur Stellung des Profilkörpers.

Wenn die Windgeschwindigkeit sich erhöht, werden in ent­ sprechender Weise die Windkräfte erhöht, welche auf den Holm und den Profilkörper wirken, so daß sich die Defor­ mation des Holms erhöht und die resultierende Fluglage des Profilkörpers sich verändert.

Durch Verändern der relativen Spannung in den Steuerlei­ nen 21, 22 ist es für die Person, welche den Flug steu­ ert, möglich, die Richtung des Flugs zu verändern. Die­ se Steuermöglichkeit ist gegeben in einem weiten Bereich der Windgeschwindigkeit und Windbedingungen. Die Steuer­ bewegungen werden ausgeführt durch Verändern der Lage der Steuerstange 23 relativ zu den Steuerleinen 21, 22. Durch Verändern der Spannung in den Steuerleinen und durch Bewe­ gungen der Steuerstange ist es somit möglich, den Flug­ körper Flugmanöver ausführen lassen zu können.

Die gekrümmte Form des Profilkörpers führt zu einem Luft­ schachteffekt, der sich in einer leichten Handhabung aus­ wirkt, derart, daß der Flugkörper leicht zu handhaben ist durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen an den Steuer­ leinen 21, 22.

Es wird angenommen, daß die Enden der Holmdeformation, die Krümmung des Profilkörpers und die Neigung der den Mittelbereich des Holms und die Befestigungsbereiche um­ fassenden Ebene bei speziellen Windgeschwindigkeiten da­ hingehend wirken, daß die Widerstandskräfte, d. h. die Widerstände gegen die auf den Profilkörper wirkenden Flug­ kräfte zu einem Minimum werden. Diese Situation rührt da­ von her, daß die Anlenkung des Profilkörpers praktisch vor der Führungskante liegt, und daß der Körper sich prak­ tisch frei bewegen oder deformieren kann in eine Stellung und Form, bei welcher er den geringsten Luftwiderstand bietet.

Die Windgeschwindigkeit, mit der die Luft über die Häute 2, 3 strömt, hängt ab von der Windgeschwindigkeit, der Profilform, der Lage des Profilkörpers und der Geschwin­ digkeit des Profilkörpers in bezug auf die Ebene der Steuerleinen.

Wie insbesondere der Fig. 3 entnehmbar ist, ist die Ober­ seite des Profils relativ flach, während die untere Sei­ te konvex ausgebildet ist. Diese Formenkombination führt dazu, daß an der Vorderkante eine Auftriebskraft und an der Hinterkante eine nach unten wirkende Kraft wirken.

Es können jedoch auch andere Profilformen Anwendung fin­ den, wobei die Formen so gewählt sein sollten, daß an der Vorderkante eine Auftriebskraft und an der Hinterkante ei­ ne nach unten wirkende Kraft entsteht.

Claims (10)

1. Fluggerät in Form eines aus einem flexiblen Material bestehenden hüllenartigen Profilkörpers, der längs seiner Vorderkante eine Lufteintrittsöffnung aufweist, der im Inneren durch quer zur Vorderkante verlaufende Wandungen in Kammern unterteilt ist und welcher Verankerungen für Steuerleinen aufweist, wobei die gegen die Vorderkante anströmende Luft über die Lufteintrittsöffnung den Profilkörper aufbläst und im aufgeblasenen Zustand hält, dadurch ge­ kennzeichnet, daß längs der Vorderkante (5) ein den Profilkörper (1) längs dieser Vorderkante (5) in ausgezogener Stellung haltender Holm (16) vorgesehen ist und die Verankerungen für zwei Steuer­ leinen (21, 22) im Bereich der Enden (19, 20) dieses Holms (16) vorgesehen sind.

2. Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Holm (16) flexibel ausge­ bildet ist.

3. Fluggerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Holm (16) in seinem mittleren Bereich steifer ausgebildet ist als in seinen End­ bereichen.

4. Fluggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm (16) in eine längs der Vorderkante (5) verlaufende Tasche (15) eingesteckt ist.

5. Fluggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Enden (19, 20) des Holms (16) am Profilkörper (1) Ringe (19 A, 20 A) vorgesehen sind, durch die die an den Enden (19, 20) des Holms (16) befestigten Steuerleinen (21, 22) geführt sind.

6. Fluggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeblasene Profilkörper (1) eine einem Tragflächenprofil ent­ sprechende Querschnittsform einnimmt, bei welcher im Bereich der Vorderkante (5) eine Auftriebskraft und im Bereich der Hinterkante (6) eine nach unten gerichtete Kraft wirkt.

7. Fluggerät nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unterseite der Querschnitts­ form konvex gekrümmt ist.

8. Fluggerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberseite der Querschnittsform geradlinig verläuft.

9. Fluggerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Holm (16) aus einem Faserver­ stärkten Kunststoffmaterial besteht.

10. Fluggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteintritts­ öffnung durch einen Streifen (11) eines netzartigen Materials abgedeckt ist.