DE3431137A1

DE3431137A1 - Side tube and sail for small aircraft, such as hang-gliders, having flexible wings

Info

Publication number: DE3431137A1
Application number: DE19843431137
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 4040 Neuss Graske
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-24
Filing date: 1984-08-24
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE3431137C2

Abstract

A side tube and sail for small aircraft, such as hang-gliders, having flexible wings. The side tube is curved vertically (with its concave side downwards) with maximum curvature on the central tube, reducing continuously to the end of the surface and reaching zero. This corresponds to the sail curvature in normal flight; the sail has the same incidence angle everywhere. The leading edge of the sail is curved vertically (with the concave side to the rear) with maximum curvature at the supporting point of the side tube, reducing towards the central tube and surface end and reaching zero. The side tube is pressed into this curvature and, via the wing-tip edge which is installed in a force-fitting manner, braces the horizontally curved sail trailing edge (with the concave side to the rear) which thus braces the sail at the rear. The curvature is reduced continuously corresponding to the distribution of lift from the central tube, and reaches zero. The sail is rigid without any sail laths, with a uniform profile. The after-leech rope is pulled flat in diving flight; the incidence angle of the central two-thirds of the wing is increased with simultaneous S-flap formation. An adequately aligning torque is produced. Further stabilising measures (for example bound-up sail laths) are unnecessary.

Description

Segel Beschreibung Seitenrohr und Segel für Kleinfluggeräte wie z.B. Hänge -gleiter mit flexiblen Flügeln.Sail description Side tube and sails for small aircraft such as Hanging glider with flexible wings.

Der gattungsgemäße Flügel besteht aus einem zwischen Seitenrohr 6 und Zentralrohr 1 ausgespannten Segel 4. Diese Bauweise schafft drei Probleme: Erstens wölbt sich im Fluge das Segel dem Auftrieb folgend über die von Zentral - und Seitenrohr gebildete Ebene hinaus (sog. Tunell), wodurch die mittleren Teile des Flügels unter einem kleineren Anstellwinkel als die zentralrohr - und flächenendennahen Teile des Flügels angeströmt werden.The generic wing consists of a side tube 6 between and central tube 1 stretched sail 4. This design creates three problems: First In flight, the sail arches over the central and side tubes following the lift formed plane addition (so-called tunell), whereby the middle parts of the wing under a smaller angle of attack than the parts close to the central tube and the end of the surface of the wing.

(Winkel zwischen Profilsehne 2 und ihrer Projektion 3 in Fig. 1) Im gesamten, erfliegbaren Anstellwinkelbereich wird immer nur ein Teil des Flügels unter einem günstigen An -stellwinkel angeströmt, der größere Rest trägt wenig zur Auftriebserzeugung, aber viel zur Widerstandserzeugung bei.(Angle between profile chord 2 and its projection 3 in Fig. 1) Im entire, flyable angle of attack range is always only a part of the wing Flow at a favorable angle of attack, the greater part contributes little Buoyancy generation, but contributes a lot to the generation of drag.

Daraus resultieren schlechte Werte für geringstes Sinken, sowie für den erreichbar besten Gleitwinkel.This results in poor values for the slightest sink as well as for the best possible glide angle.

Zweitens wölbt sich das Segel über den jeweiligen Längs -schnitt durch den Flügel hinaus (der die Profilsehne 2 bildet); dort am höchsten, wo die Segelhinterkante am leichtesten nach vorne zu raffen ist. So entsteht im Mittelteil'des Flügels ein dickes, hochgewölbtes Profil, das zu Zentralrohr und Flächenende hin stark abflacht. Gleichzeitig entstehen Falten und Verwerfungen im Segel.Second, the sail arches over the respective longitudinal section the wing out (which forms the chord 2); highest there, where the trailing edge of the sail is easiest to gather to the front. This creates a in the middle part of the wing thick, high-arched profile that flattens sharply towards the central tube and surface end. At the same time, folds and warps appear in the sail.

Drittens kann bei kleinen Anstellwinkeln (Sturzflug, Fall -böen) das Segelprofil zusammenfallen oder zur Flügelunter -seite hin umschlagen. Es resultieren unbeherrschbare Flug -zustände (Flattersturz, Überschlag).Thirdly, with small angles of attack (swooping, falling gusts) the The sail profile collapse or fold over to the underside of the wing. It result uncontrollable flight conditions (flutter fall, rollover).

Den unter zweitens aufgeführten Problemen wirkt man durch Einführen zahlreicher, teils profilierter, Segellatten ent -gegen. Sie sollen das Segel gleichmäßig aufspannen und eine gleichmäßige Profildicke gewährleisten. Das tun sie auch in ihrer unmittelbaren Umgebung. Doch da sich ihre Anzahl nicht beliebig steigern läßt (Gewicht, Umstände beim Auf - und Abrüsten, das unter Einführen bzw Entfernen der Segel -latten vonstattengeht), bleiben zwischen ihnen Bereiche, indenen das Segel von dieser erzwungenen Form abweicht.The problems listed under second are dealt with by introducing them numerous, partly profiled, battens against. You should aim the sail evenly clamp and ensure a uniform profile thickness. They do that in their immediate surroundings. But since their number cannot be increased at will (Weight, circumstances when setting up and dismantling, inserting and removing the Sail battens), areas remain between them in which the sail deviates from this forced form.

Segel Es resultieren Einziehungen, Verwerfungen, meist auch Ab -schnitte mit zahlreichen kleinen Falten daraus.sail The result is retractions, faults, and mostly also sections with numerous small folds from it.

Dem unter drittens aufgeführten Problem begegnet man durch Hochbinden (Abspannungen zum Turm oder zur Oberverspannung des Fluggerätes) einer oder mehrerer dieser Segellatten. Die zu -sätzlichen Seile erhöhen den Bauaufwand und den Luftwider -stand. Außerdem reicht diese Maßnahme alleine nicht aus, die nötige Flugstabilität um die Querachse zu erzielen. Es ist zusätzlich eine sehr starke Schränkung der Flügelenden er -forderlich, was die Flugleistungen weiter verschlechtert.The problem listed under third is countered by high binding (Bracing to the tower or to the upper bracing of the aircraft) one or more these battens. The additional ropes increase the construction effort and the aerodynamic drag -was standing. In addition, this measure alone is not enough, the necessary flight stability to achieve the transverse axis. There is also a very strong limitation of the Wing tips required, which further worsens flight performance.

Dem unter erstens aufgeführten Problem begegnet man durch straffes Spannen des Segels. Die Materialfestigkeit setzt hierbei Grenzen. Anstellwinkeldifferenzen im Flügel von zehn Gad oder weniger sind bislang nicht erreicht. Das straff gespannte Segel ist zudem recht böenempfindlich. Es gibt plötzlichen Auftriebsänderungen nur wenig nach.The problem listed under the first is countered by tight Tensioning the sail. The material strength sets limits here. Angle of attack differences in the wing of ten degrees or less have not yet been achieved. The taut Sail is also quite sensitive to gusts. There are sudden changes in lift only little after.

Ein weiterer Versuch, dieses unter erstens aufgeführte Problem des flexiblen Flügels zu lösen, war, das Seitenrohr vertikal zu krümmen. Man ging davon aus, daß die Profil -sehnen des Flügels im Normalflug alle auf dem Mantel eines Zylinders lägen und schlug eine entsprechende Krümmung des Seitenrohres vor. Diese Annahme wäre richtig, hätte jede Profilsehne gleichen Anteil am Gesamtauftrieb, wie durch Linie 8 in Fig. 2 dargestellt. Da sich aber der Flügel dieser Gattung aus konstruktiven, wie aus Gründen der Flugmechanik, längs der Spannweite stark verjüngt, am Flächenende im Normalflug eine auftriebsmindernde Umströmung erfolgt und das Flächenende gegenüber dem zentralrohrnahen Teil des Flügels eine Schränkung aufweisen muß, ergibt es sich, daß der Auf trieb äe Profilsehne von einem Maximalwert am Zentralrohr längs der Spannweite nahezu linear abnimmt lind am Flügelende Null erreicht. Der Auftrieb ist über dem Flügel verteilt, wie durch Linie 7 in Fig. 2 dargestellt. Dann liegen aber die einzelnen Profilsehnen nicht auf einem Zylindermantel sondern auf einer gekrümmten Fläche, deren Krümmung vom Zentralrohr zum Flächenende hin linear abnimmt und dort Null erreicht.Another attempt to solve this problem of the To solve the flexible wing was to bend the side tube vertically. One went away from the fact that the profile tendons of the wing in normal flight all on the mantle of a Cylinder and suggested a corresponding curvature of the side tube. These The assumption would be correct if each profile chord had an equal share of the total lift, as shown by line 8 in FIG. But since the wing of this genus for structural reasons, as well as for reasons of flight mechanics, strong along the wingspan tapered, at the end of the wing there is a flow-reducing flow around the wing in normal flight and the end of the surface opposite the part of the wing close to the central tube has a twist must have, it follows that the drive on äe profile chord of a maximum value decreases almost linearly at the central tube along the span and zero at the wing tip achieved. The lift is distributed over the wing as indicated by line 7 in FIG. 2 shown. But then the individual profile chords do not lie on a cylinder jacket but on a curved surface, the curvature of which extends from the central tube to the end of the surface decreases linearly and reaches zero there.

Dies ist in Fig. 1 von der durchgezogenen Linie zwischen Segel 1 und 5 dargestellt, die unterbrochene Linie zeigt einen Kreisbogen. In Fig. 3 zeigen die durchgezogenen Linien die kegelform, die durch die Auftriebsverteilung 7 Fig. 2 er -zeugt wird. Die unterbrochenen Linien zeigen ein Segel, wie es sich im Fluge bei Verwendung eines, wie vorher beschriebenen Seitenrohres (die Vorderkante des Flügels als schräger Schnitt durch einen Zylinder, dessen Achse parallel zum Zentralrohr liegt), ausbilden würde. Man sieht, die Profilsehnen sind - zentralrohrnah - geringer angestellt als dieses; im äußeren Flügeldrittel sind sie dann wesendlich stärker angestellt. Es bestehen also wieder beträchtliche Anstellwinkelunterschiede in dem Flügel.This is shown in Fig. 1 by the solid line between sail 1 and Fig. 5, the broken line shows an arc of a circle. In Fig. 3 show the solid lines the conical shape, which is caused by the lift distribution 7 Fig. 2 is generated. The broken lines show a sail as it is in flight when using a side tube as previously described (the front edge of the Wing as an oblique section through a cylinder, the axis of which is parallel to the central tube lies), would train. You can see that the profile chords are less close to the central tube hired as this; in the outer third of the wing they are then essentially stronger employed. So there are again considerable differences in the angle of attack Wing.

Ziel der Erfindung ist es, das Flügelseitenrohr und das Segel so zu gestalten, daß: erstens im Normalflug alle Profilsehnen parallel zueinander liegen, also unter gleichem Anstellwinkel angeströmt werden, wie durch die durchgezogenen Linien 3 in Fig. 3 dargestellt.The aim of the invention is to make the wing tube and the sail so too design so that: firstly in normal flight all profile chords are parallel to each other, So the flow is at the same angle of attack as through the solid line Lines 3 shown in FIG. 3.

(Die für die Kurvensicherheit und ein beherrschbares Strömungs -abrißverhalten erforderliche Schränkung des Flügels wurde nicht eingezeichnet, da sie nur in einer Größenordnung von zwei bis drei Grad liegt, sich vom Randbogen 5 aus in den Flügel hinein fortsetzt und nichts mit der am Anfang auf -geführten ungewollten Schränkung des Segels zu tun nat.).(Those for cornering safety and a controllable flow stall behavior required twisting of the wing was not shown, as it is only in one The order of magnitude of two to three degrees extends from the edge arch 5 into the wing continues into it and nothing with the unwanted twist mentioned at the beginning of the sail to do nat.).

zweitens das Segel im Normalflug ein gleichbleibendes Profil aufweist. Das Segel soll faltenfrei stehen. Hilfskonstruk -tionen wie Segellatten sollen vermieden werden.secondly, the sail has a constant profile in normal flight. The sail should be crease-free. Auxiliary structures such as battens should be avoided will.

drittens das Segel sich bei sehr kleinen Anstellwinkeln (Fall -böen, Sturzflug) so verformt, daß diese Verformung ohne weitere Hilfsmittel ein ausreichend aufrichtendes Moment er -zeugt.thirdly, the sail moves at very small angles of attack (gusts of fall, Dive) deformed in such a way that this deformation is sufficient without further aids righting moment creates.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Segel und Seitenrohr nach Anspruch 1 und 2 erreicht. Dabei werden vertikale Krümmung des Seitenrohres, horizontale Krümmung der Segelhinterkante und horizontale Krümmung der Segelvorderkante, die die Größe der Vorspannung des Seitenrohres bestimmt, so auf das ver -wendete Seitenrohr abgestimmt, daß das Segel im Flug völlig faltenfrei steht, ein gleichmäßiges Profil konstruktiv vorher - Segel bestimmter Höhe aufweist, der Flügel keine unbeabsichtigten Schränkungen zeigt. Die Profilhöhe wird durch die Stärke der Krümmung des Schnittes der Segelhinterkante, sowie durch die Spannung, die ihr das Seitenrohr über den Randbogen erteilt, bestimmt. Segellatten, die die Segelhinterkante am Seitenrohr abstützen, sind nicht mehr nötig. Die Krümmung der Hinter -kante nimmt vom Zentralrohr zum Flächenende hin kontinuierlich ab und geht dort gegen Null, weil der Auftrieb gleichermaßen verteilt ist und damit auch die Kraft, mit der er die hinteren Segelteile nach vorne ziehen will.This is achieved according to the invention by a sail and side tube according to claim 1 and 2 reached. Thereby vertical curvature of the side pipe, horizontal Curvature of the trailing edge of the sail and horizontal curvature of the leading edge of the sail, the the size of the pre-tensioning of the side pipe is determined, so on the side pipe used tuned so that the sail is completely wrinkle-free in flight, a uniform profile constructive beforehand - sail has a certain height, the wing does not shows unintended restrictions. The profile height is determined by the strength of the curvature the cut of the trailing edge of the sail, as well as the tension that you put on the side tube granted over the margin, determined. Sail battens that hold the trailing edge of the sail on the side tube are no longer necessary. The curvature of the trailing edge decreases from the central tube towards the end of the surface continuously and goes there towards zero because of the buoyancy is equally distributed and thus also the force with which it moves the rear parts of the sail wants to pull forward.

Geht der Gesamtauftrieb gegen Null, (z. B. Sturzflug) so geht auch seine, das Segel hochwölbende Wirkung gegen Null, die hinteren Segelteile werden durch die Vorspannung des Seiten -rohres nach unten gezogen und nähern sich der durch Zentral -rohr und Flächenende gebildeten Ebene. Dadurch erfahren die Profilsehnen Änderungen wie in 3 Fig. 5 dargestellt. Sie er -halten einen S-Schlag mit gleichzeitiger Anstellwinkelver -größerung; es entsteht ein aufrichtendes Moment um die Quer -achse. (Die vor der Achse liegenden Profilteile erzeugen Dank Anstellwinkelvergrößerung wieder Auftrieb, die Wölbungsumkehr hinter der Querachse erzeugt Abtrieb.) So kann durch eine erfindungsgemäße Gestaltung des Flügels ein stabiles Flugverhalten und ein gleichmäßiges Segelprofil im Normalflug erzielt werden. Unerwünschte Schränkungen des Flügels werden vermieden. Die Flugleistungen verbessern sich dadurch erheblich. Der erhöhte Herstellungsaufwand für Segel und Seitenrohr wird durch den Verzicht auf Segellatten mehr als ausgeglichen. Die Auf - und Abrüstzeiten verkürzen sich beträchtlich.If the total lift approaches zero, (e.g. nosedive) it works too its effect of arching the sail up to zero, the rear parts of the sail become pulled down by the bias of the side tube and approach the plane formed by the central tube and the end of the surface. This is how the profile tendons experience Changes as shown in Fig. 3. You get an S-hit with a simultaneous Increase in the angle of attack; a righting moment arises around the transverse axis. (The profile parts in front of the axis generate an increase in the angle of attack buoyancy again, the curvature reversal behind the transverse axis generates downforce.) So can a stable flight behavior and a design of the wing according to the invention a uniform sail profile can be achieved in normal flight. Unwanted restrictions of the wing are avoided. This improves flight performance considerably. The increased manufacturing effort for sail and side tube is due to the waiver more than balanced on battens. The setup and dismantling times are reduced considerably.

Segel Zeichenerklärungen und BeSpiile Die Zeichnungen stellen dar: Fig. 1 den Flügel eines herkömmlichen Hängegleiters im Flug mit der hochgewölbten Segelhinterkante und einigen einge -zeichneten Profilsehnen zur Verdeutlichung der starken An -stellwinkeldifferenzen im Segel. Dabei ist: 1 Zentralrohr 2 Profilsehnen 3 deren Projektion auf die Ebene, in der Zentralrohr und Seitenrohr liegen 4 Segel 5 Randbogen 6 Seitenrohr.Sails, explanations of symbols and examples The drawings show: Fig. 1 shows the wing of a conventional hang glider in flight with the arched one Trailing edge of the sail and some profile chords drawn in to illustrate the strong differences in the angle of attack in the sail. Thereby: 1 central tube 2 profile chords 3 their projection onto the plane, in the central tube and side tube are 4 sails 5 edge bend 6 side tube.

Fig. 2 zeigt die Auftriebsverteilungen, aufgetragen über der jeweiligen Krümmung des Flügels (Schnitt von Zentralrohr 1 zu Randbogen 5). Die unterbrochene Schnittlinie 1 - 5 ist ein Kreisbogen und würde konstanten Auftrieb über der gesamten Spannweite erfordern, wie durch Linie 8 dargestellt. Tatsäch -lich entspricht die Auftriebsverteilung der Linie 7, wobei sich das Segel wie im durchgezogenen Schnitt 1 - 5 wölbt.Fig. 2 shows the lift distributions plotted over the respective Curvature of the wing (section from central tube 1 to edge curve 5). The interrupted one Section line 1 - 5 is an arc of a circle and would have constant lift over the entire Require span as shown by line 8. In fact, it corresponds to Buoyancy distribution of line 7, with the sail as in the solid section 1 - 5 arches.

Fig. 3 zeigt mit den durchgezogenen Linien die Fläche, in der die Profilsehnen 2, bei Ausgestaltung des Seitenrohres nach Anspruch 1, liegen. Mit den unterbrochenen Linien zeigt sie die Fläche, in der die Profilsehnen 2 lägen, würde das Seiten -rohr 6 in seiner Krümmung als schräger Zylinderschnitt aufge -faßt. Man sieht erhebliche Anstellwinkeldifferenzen zwischen Innen - und Außenflügel.Fig. 3 shows with the solid lines the area in which the Profile chords 2, when designing the side tube according to claim 1, lie. With the broken lines show the area in which the profile chords 2 would lie, the curvature of the side tube 6 would be conceived as an oblique cylinder section. You can see considerable differences in the angle of attack between the inner and outer wings.

Fig. 4 zeigt den Schnitt eines Segels nach Anspruch 2 im Auf -riss. Dabei ist 1 das Zentralrohr, 5 der Randbogen, 6 das Seitenrohr (= Segelvorderkante), 9 die Segelhinterkante, 10 die Abstützstelle des Seitenrohres (von dort aus geht ein Spannseil zum Nasensporn, oder das Querrohr zum Zentralrohr).Fig. 4 shows the section of a sail according to claim 2 in elevation. 1 is the central tube, 5 the edge curve, 6 the side tube (= leading edge of the sail), 9 the trailing edge of the sail, 10 the support point of the side tube (from there a tension rope to the nasal spur, or the cross tube to the central tube).

Fig. 5 zeigt einen Flügel nach Anspruch 1 und 2. Wegen der ttbersicht wurde die horizontale Krümmung der Segelhinterkante Segel nicht dargestellt. Es sind 2 wieder einige Profilsehnen im Normalflug, 3 zeigt die Sehnen in der Form, die sie bei Auf -triebsverlust (Sturzflug) einnehmen. Man sieht einen ausge -prägten S-Schlag der Sehnen, besonders im Mittelteil des Flügels mit Anstellwinkelvergrößerung vorne und Wölbungsum -kehr hinten. So entsteht ein kräftig aufrichtendes Moment.Fig. 5 shows a wing according to claims 1 and 2. Because of the overview became the horizontal curvature of the trailing edge of the sail sail not shown. There are 2 again some profile tendons in normal flight, 3 shows the tendons in the form, which they take in the event of loss of lift (dive). You can see a pronounced one S-beat of the tendons, especially in the middle part of the wing with an increase in the angle of attack at the front and reverse curvature at the back. This creates a powerfully straightening moment.

Claims

Sail claims Side tube and sails for small aircraft such. B. Suspended ladder with flexible wings, characterized by: in a vertically curved shape Side pipe. The curvature of the ear it corresponds to the curvature of the surface that the Wants to take up the sail in normal flight, so that the sail along the span is everywhere the flow is at the same angle (= angle of attack). This is one from the central pipe from continuously decreasing curvature along the span, the one at the end of the surface goes to zero. The concave side points downwards.

The maximum height of the camber depends on the tension of the sail, which is used in normal flight should prevail, dependent. (Fig. 3 solid knees; Fig. 2 solid section 1 - 5) (öa wing according to claim 1, whose cusps also have a ge -krünnt cut the leading and trailing edge. The maximum curvature of the leading edge of the sail is at the support point (10) of the side pipe. It takes from then on to the central pipe and to the The wingtip decreases continuously and reaches zero at each point. She corresponds the shape of a tense arch held in the support point (10).

The maximum curvature of the trailing edge of the sail is on the central tube and takes towards the end of the surface continuously to go towards zero there. Side pipe, The edge curve and trailing edge of the sail are frictionally connected to one another at the end of the wing tied together.

The concave side of the curves points backwards.

The side tube is supported in this curvature of the sail leading edge spread in, receives a pre-tension and tightens like the bow of a string, the rear parts of the sail (hatched area in Fig. 4).