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Flugzeug mit Aui- und Vortrieb erzeugenden Schwingflügeln
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Die Erfindung betrifft Flugzeuge mit Aui- und Vortrieb erzeugenden
Schwingflügeln.Bei Flugzeugen der herkömmlichen Bauweisen ist mit Ausnahme bei Helikoptern
und Flugzeugen mit Strahltriebwerken ein erheblicher Start- und Landeplatz erforderlich.Außerdem
sind bei allen herkömmlichen Flugzeugen schon wegen der sehr großen Motorleistungen
allein enorme Lärmbelästigungen hinzunehmen. Bei geräuscharmen Schwingflitgelantrieben
ist ea bisher nicht möglich gewesen größere flugzeuge mit solchen Antrieben zu versehen,
besonders weil große Spannweiten nur geringe Flügelausschläge zuließen. Bei Stillstand
des Flugzeuges sind aber große Amplituden von Schwingflügeln deshalb günstig, weil
die Auftriebsbeiwerte bis zum 20-fachen gesteigert werden können gegenüber den Auftriebsbeiwerten,die
bei Höchs@eschwindigkeit erzielbar simd. Da Schwingflügelantriebe besonders geräascharm
sind und insbesondere bei Resonanzschwingbewegungen ein Minimum an Antriebsenergie
benötigen, ist es Autgabe der Erfindung solche Schwingflügelantriebe auch fur Plugzeuge
größerer Abmessungen heranzuziehen.Dabei soll nach Möglichkeit eine geringe Flugzeugspannweite
erreicht werden, ohne den Leistungsbedarf hierbei erhöhen zu müssen. Gleichzeitig
soll auch das in der Luftturbulenz einthaltene Energiereservoir möglichst Toll zum
Antrieb des Flugzeugs nutzbar gemacht werden.
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Geringster Energiebedarf, wegfall von Lärmbelästigungen bei sämtlichen
Flugzuständen, Kurz-und möglichst Senkrecht-Start-und Lande-Möglichkeiten von Flugzeugen
aller Größen sind die wesentlichen Hauptaufgaben der Erfindung, neben Möglichkeiten,
Flugzeuge verlustfrei ohne negative Wendemomente steuern zu können, sei es durch
Änderung der Schwingungsamplituden und/ oder der Pfeilform einzelner Schwingflügel
allein oder mehrerer gleichzeitig oder auch der Schwingungsfrequenzen selbst.
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Diese Aufgaben werden nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem
Flugzeug mit Auf- und Vortrieb erzeugenden Schwingflügeln, di e bei einer Abwärtsbewegung
Energie speichern, bei einer Aufwärtsbewegung dagegen Energie abgeben, wobei die
Energiekapazität der abgegebenen Energie nahezu gleich der gespeicherten Energie
ist, die beim Abwärtsbewegen dem Energiespeicher zufließt, für die Übertragung der
von einem Motor zu erzeugenden Schwingbewegungen der um Schwingachsen schwingenden
bzw. pendelnden-2-@+Zeitschrift für Flugtechnik und Motorluftschiffahrt,1915,S.158
FlUgel
Kugelgelenke an den Enden von Schwingflügelkoppeln angeordnet sind und jeweils ein
Kugelgelenkanschluß an einen Schwingflügelarm einerseits und ein weiterer Kugelgel
enkanschluß jeweils einer Koppel mit einem gemeineamen Zapfen einer kurbel einer
frei rotierbaren Antriebswelle andererseits gelenkform- und kraftschlüssig verbunden
ist, um möglichst verlustfreie Resonanzschwingungen der Flügel erzeugen zu können,
auch während einer gleichzeitigen Änderung der Schwingung~ wnplituden-oder Frequenz,
Ja sogar der Pfeilforn der Schwingflügel. Dabei kann die frei rotierbare Antriebswelle
eines jeden Schwingflügelpaares zwischen und parallel zu den Schwingflügelachsen
angeordnet sein. Zur Veränderung der Flügelpfeilgrundform können die Schwingflügelachsen
während des Fluges beliebig und unanhängig voneinander aus dieser Parallelität herausgeschwenkt
werden.Ebenso können die Koppeln zwischen den Schwingflügelarmen und dem Kurbelzapfen
der Antriebswelle zur Veränderung der Schwingflügelamplitude während des Flug es
in ihrer Länge einzeln und unabhängig von den anderen Koppeln beliebig verändert
werden. Durch Änderung der Drehzahl des Antriebemotoro ist ee weiterhin möglich
die Schwingungsfrequenz bei Bedarf beliebig zu ändern.
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Die Erfindung iet anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Ee zeigen aohematlooh Fig. 1 ein Flugzeug in der Draufsicht, mit zwei hintereinander
angeordneten Schwingfügelpaaren, Fig. 2 eine Ansicht von hinten entsprechend der
Linie II-II der Fig. l, Fig. 3 eine Ansicht von hinten entsprechend der Linie III-IIZ
der Fig. 1, Fig. 4 ein Flugzeug in der Draufsicht entsprechend der Fig. 1, Jedoch
mit geänderten Pieiliormen dreier Schwingflügel, ftg. 5 einen Schnitt entlang der
Linie V-V der Fig, 1, Fig. 6 ein Schaubild eines Energiespeichers, FiC. 7 in Draufsicht
den Antrieb zweier gegenläufiger Wellen mit Kurbelzapfen für den gemeinsamen Anschluß
von Eoppeln für zwei hintereinander angeordnete Schwingflügelpaare.
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Fig. 8 in Seitenansicht ein Flugzeug mit zwei hintereinander liegenden
SchwingflUgeltandemanordnungen, Fig. 9 in Vorderansicht ein Flugzeug entsprechend
Fig. 8 mit nach unten geklapptenl Schwingflügeltr, Fig.lO in Draufsicht ein Flugseug
entsprechend Fig. 8.
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Fig. 11 Amplituden zweier FlUgel in verschiedenen Sectoren.
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Am Rumpi 36 eines Tandemflugzeuges 35 sind nach Fig. 1 in Lagern 31
und 32 Schwingachsen 5,6,7,8 von SchwingflUgeln 1,2, 3 und 4 gelagert, die über
Hebel 21, die fest mit den Schwing achsen verbunden und über Koppeln 15,16,17,18
durch Antrieb wellen 14 in Pendelbewegungen versetzbar sind.Die Koppeln 15, 16,17
und 18 besitzen an ihren Enden Kugelgelenke 20 von denen jeweils ein Kugelgelenk
am Ende der Hebel 21 angreifen, während dae andere Kugelgelenk am Kurbelzapfen 25
einer Kurbel .
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23 der Antriebswelle 14 so befestigt ist, daß auf den Kurbelzapfen25
zwei Koppe@n 15,16 bzw.17 und 18 zur Einwirkung gelangen. Die Antriebswellen 14
der Bugflügel 1,2 sind getrieblich so miteinander verbunden, daß die Antriebswelle
der Bugflügel sich in entgegengesetzter Riohtung zur Antriebswelle der Heckflügel
dreht.Dadurch werden die auf den Kurbelzapfen 25 der Sdwingkoppeln 15,16 wirkenden
Drehmomente von den Drehmomenten des Kurbelzapfens 25 der Koppeln 17 und 18 der
Heckflügel bei einer Drehung der Antriebswelle 14 nahezu vollkommen aufgehoben bzw.
ausgeglichen.FUr' den Antrieb der Wellen 14 wird daher ein Minimum an Energie erforderlich.
Die Antr@ebswellen 14 können über ein Getriebe 38 von einem Rotationimotor 22 @n
rotation versetzt werden oder über einen Drehkolbenzylinder 19 hin- und herbewegbar
sein. An einem Flugzeug können auch mehrere Schwingflügeltandemanordnungen vorgesehen
werden, wie dies zu B. aua Fig. 8 bis 10 zu ersehen ist. Durch die besondere Kugelgelenkanordnung
an den Schwingflügelhebeln 21 und den Kurbelzapfen 25 ist es möglich, die Pfeilform
# Jeden einzelnen Schwingflügels 1,2,3,4 allein unabhängig von der Pfeilfori der
anderen Schwingflügel, z.B. zu Steuerungszwecken, zu ändern oder auch sämtlicher
Schwingflügel zusammen. Zur Änderung der Pfeilform # sind die Lager 31 und 32 der
Schwingflügelachsen 1,2,3,4 auf Je einem Kreisbogen 29,30 beschränkt Terschiebbar,
so daß positive oder negative Pfeilformen erzielt werden können auch während ausgeführter
Schwingbewegungen der Flügel,
Nach Fig. 8, die ein Großraumflugzeug
mit zweistöckiger Rabine 28 in Seitenansicht zeigt, befinden sich bei zwei hintereinander
angeordneten BaldaohintrEgorn 26 an den Außenkanten 27 der Baldachine 24 je zwei
Tandemflügelpaare 1,2,3,4, die in der aus Fig. 7 ersichtlichen Art getrieblich dadurch
eine Antriebsverbindungswelle 44 miteinander verbunden sind. Jeder einzelne der
acht Flügel kann um die Schwingachsen 5,6,7,8 pendeln, wobei neben einer Amplitudenänderung
auch eine individuelle Änderung der Pfeilfori f während des Betriebes möglich ist,
so wie dies z.B. aus der Fig. 10 der hinteren Tandemflügelpaare beim vorderen Bugflügel
1 links nach vorn und beia reohtea Heckflügel 4 nach hinten durch gestrichelte Linien
dargestellt ist.
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Werden die Längen der Koppeln 15,16,17,18 durch einen z.B. innenliegenden
elektischen oder hydraulischen Mechanismus veränderlich ausgebildet, dann können,z.B.
während eines Parkzustandes die Flügel nach unten beigeklappt werden, wie dies aus
Fig. 9 in de der teilweisen Vorderansicht nach Fig. 8 auf der Steuerbordseite veranschaulicht
ist. FUr Parkzwecke werden daher lediglioh Abstellplätze benötigt, die der Rumpflänge,
der Rumpf- bzw. Baldachinbreite und der Gesamthöhe bis zur Oberkante der Baldachine
2$ entsprechen. Durch eine Anordnung mehr er er Baldachinträger 24 über dem Rumpf
bzw. der Kabine 28 können äußerst günstige Flügelstreckungsverhältnisse erreicht
werden, deren verringerten induzierten Widerstände nooh daüber hinaus durch bekannte
Flügelspitzenausbildungen in Form von sogenannten Winglete 45 weiter reduzierbar
sind. Durch Längenänderungen der Koppe@ 15.16,17,18 ist es auch möglich, vor allem
beim Start und auch während des Fluges lie Schwingungsamplituden im Bereich von
1800 in beliebige Sektoren 46,47 zu verlegen, wie dies aus Fig. 11 ersichtlich ist.
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Charakteristisch sind die getrieblichen Verbindungsmöglichkeiten der
Antriebe für die einzelnen Flügelpaare. Durch die Koppeln 15, 16,17,18 ist es möglich
die am Kurbelzapfen 25 auftretenden Kräfte in der x-y-Ebene gegenseitig durch die
Koppeln 15 und 16 bzw.
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17 und 18 selbst zum größten Teil auszugleichen. Die sus diesen in
der x-y-Ebene wirksamen Kräften Py abgeleiteten Pz- Kräfte bewirken aber Drehmomente
um die Antriebswelle 14, die sich jedoch durch die entgegengesetzten Drehrichtungen
der durch des Getriebe 38 miteinander verbundenen Antriebswelle 14 auf die Antrieb
nur
günstig auswirken, und dies sowohl bei eines Antrieb mittels Rotationsmotors oder
eines Drehkolbenzylinders 19.
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In den Fig. 1,4 und 7 iet die getriebliche Verbindung mit da Rötationemotor
22 gezeigt, wobei der Drehkolbenzylinder 19 nicht eingeschaltet ist. Werden keine
vollen Amplituden benötigt, dann kann anstelle des Rotationemotors 22 der Drehkolbenzylinder
19 als Antrieb dienen, wobei die Amplituden und Frequenzen beliebig gewählt werden
können. Beim Rotationsmotor eriolgt die Frequenzregelung durch Änderung der Motordrehzahl,
beim Drehkolbenzylinderantrieb durch Anderung der Pumpendrehzahl. In Fig. 7 ist
auch gezeigt, daß die Kurhelzapfen 25 der hinteren Tandemflügelpaare 1, 2,3,4 um
beispielsweise 900 versetzt sein können, gegenüber denen für den Antrieb der vorderen
Tandemflügelpaare. Die Antriebsverbindungswelle 44 kann auch durch einen Drehmomentenwandler
48 bzw.
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eine hydraulische Kupplung überbrückbar sein.
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Um beim Abstellen des Flugzeuges im Freien einen sicheren Stand z.B.
auf abschüssigem Gelände auch bei Sturm auf den Abstellfläohen zu gewährleisten,
können aue den nach unten geklappten Flügeln jeweils Abstützstreben 43 aus den Flügelhoömen
37 ausgefahren werden, wie dies aus Fig. 11 zu ersehen ist.
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Schließlich zeigt Fig. 5 die Ausweichwinkel £ der verwindbaren Flügel
bei Aui- und Abwärtspendeln 13,14 der einzelnen Flügel 1,2,3,4 und die dabei gemäß
fig. 6 bewirkte Energieabgabe bzw.
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Energiespeicherung des Energiespeichers 9.
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lin Fig. 7 ist die Antriebsverbindungswelle 44 um 900 versetzt dargestellt.Diese
liegt in Wirklichkeit nicht in der x-z-Ebene, sondern in der lotrechten x-z-Ebene
unter den Antriebswelle 14, damit sie nicht mit den Koppeln 15.16.17.18 kollidieren
kann.
Liste der Bezugszeichen 1 Bug-Schwingflügel, links # Winkel
der Pfeilform 2 Bug-Schwingflügel, rechte x Winkel der Schwingungsam@ 3 Heck-Schwingflügel,
linke plitude 4 Heck-Schwingflügel, rechte E Flügelprofil.Ausweioh 5 Schwingachse
für 1 winkel gegenüber Flügel-6 Schwingachse für 2 holm 7 Schwingachse für 3 x Flugzeuglängsachse
@ Schwingachse für 4 y Flugzeugquerachse 9 Energiespeicher 1 Flugzeughochachse 10
Energiespeicher, Maximum 11 Energiespeicher, Minimum 12 Abwärts-Schwingbewegung
13 Aufwärts- Schwingbewegung 14 Antriebswelle 15 Koppel für Bugflügelantrieb 16
Koppel für Bugflügelantrieb 17 Koppel für Heckflügelantrieb 18 Koppel für Heckflügelantrieb
19 Drehkolbenzylinder 20 Kugelgelenk 21 Hebel für Schwingachse 22 Rotationsmotor
23 Kurbel der Antriebswelle 24 Baldachin 25 Kurbelzapfen 26 Baldachinträger 27 Baldachinaußenkante
28 Kabine 29 Kreisbogen 30 Kreisbogen 31 Lager gUr Schwingachse, vorne 32 Lager
für Schwingachse, hinten 33 Lagerrohr ftir Flügelholl 34 Lager der Antriebswelle
35 Tandem-Flugzeug 36 Flugzeugrumpf 39 Flügelholm-(Längsachse) 38 Getriebe 39 Schwingachsenträger
40 Versteifung für 39 41 Versteifung für 39.
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42 Winglet 43 Parkstütze 44 Antriebsverbindungswelle 45 Fahrwerk 46
Obereter Amplitudenseotor 47 Unterster Ampl. -Sector 48 Hydraulischer Drohmomentenwandler
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