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Schlitzflügel-Flugzeug
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schlitzflügel-Flugzeug mit einem
VorderflUgel, einem um eine Flugzeug-Querachse drehbaren MittelflUgel und einem
HinterflUgel, von denen der Vorderflügel höher und der HinterflUgel tiefer als der
Mittelflügel liegt und mit dem MittelflU-gel je einen Schlitz zur Auftriebserhöhung
bildet.
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Bei einem bekannten Ultraleichtflugzeug dieser Art, das auch als Hängegleiter
verwendet wird, sind der Vorder-, Mittel- und HinterflUgel relativ zueinander um
ihre Längsachsen bzw. um Querachsen des Flugzeugs verdrehbar, um die durch den Schlitz-
bzw. Spalteffekt zwischen den Flügeln bewirkte Erhöhung des Auftriebs beim Starten
oder Landen bzw. während des Flugs in Abhängigkeit von der gewünschten Fluggeschwindigkeit
verändern zu können.
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Die TeilflUgel der Anordnung sind auf ein zentrales Kielrohr aufgesteckt
und durch aushängbare Spanndrähte, einen Spannmast und ein sogenanntes "Trapez",
in dem der Pilot hängt, versteift. Darüber hinaus sind die TeilflUgel untereinander
durch Spannfäden verbunden.
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Die Spannfäden erstrecken sich bis zu einem Steuerhebel für den Piloten,
so daß er sie straffen oder lockern kann, um die Schlitzweite zu verändern.
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Diese Konstruktion ist trotz der aufwendigen Verspannung der FlUgel
verhältnismäßig labil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlitzflügel-Flugzeug
der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der die FlUgelanordnung bei einfacher Bedienbarkeit
eine höhere Stabilität aufweist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Vorderflügel
und Hinterflügel an ihren Enden durch Wände zu einem geschlossenen Ring starr verbunden
sind und der MittelflUgel in diesen Verbindungswänden drehbar gelagert ist.
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Bei dieser Lösung bilden der Vorder- und HinterflUgel einen rahmenartigen,
in sich steifen Ring bzw. Ringflügel, der noch zusätzlich durch den MittelflUgel
versteift wird, wobei umgekehrt auch der RingflUgel den MittelflUgel an seinen äußeren
Enden abstützt. Zur Änderung des Auftriebs durch Änderung der Schlitz- bzw.
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Spaltweite zwischen Vorder- und Mittelflugel einerseits sowie zwischen
Mittelflügel und Hinterflügel andererseits braucht lediglich der Mittelflügel verdreht
zu werden, sei es von Hand oder mittels Stellmotor, wobei man mit einem einfachen
Getriebe auskommt. Spanndrähte oder Spannfäden entfallen. Die Verbindungswände an
den Flugelenden verhindern gleichzeitig weitgehend einen Luftdruckausgleich um die
FlUgelenden herum, was zur Verringerung des induzierten Widerstands beiträgt. Bei
Verwendung eines Rumpfes sorgen die Verbindungswände für eine Einkammerung der durch
den Rumpf seitlich verdrängten Luft und einer entsprechenden Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit
relativ zu den FlUgeln mit entsprechender Auftriebserhöhung.
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Vorzugsweise sind die beiderseits der Flugzeug-Längsachse liegenden
Hälften des MittelflUgels unabhängig voneinander um die Querachse drehbar. Hierbei
sind die rechte und linke Hälfte auch gegenläufig wie Querruder drehbar. eben der
Steuerung von Rollbewegungen um dle Längsachse ermöglicht dies auch die Steuerung
einer vertikalen Luftströmung durch das Zentrum der Flügelanordnung und damit einen
kontrollierten Sackflug selbst bei sehr steilen Flugbahnen.
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Die Grundrisse von Vorder- und Hinterkante des Rings können jeweils
etwa die Form eines Ovals haben. Diese Form erhöht die Längsstabilität des Flugzeugs
bezüglich der Drehung um eine Querachse, weil der Schwerpunkt des Vorderflügels
näher beim vorderen Ende des Flugzeugs und der Schwerpunkt des Hinterflügels näher
beim hinteren Flugzeugende liegt. Ferner vereinfacht diese Form die Herstellung
eines Gestells (oder Gerippes) des Ringflügels aus Leichtmetallrohren, da diese
zur Erzielung der ovalen Form nur geringfügig verbogen zu werden brauchen, namlich
in allen Fällen um weniger als 900 bezogen auf die Ausgangslage.
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Besonders einfach ist die Ausbildung des Gestells des Ringflügels,
wenn Vorder- und Hinterkante des Rings jeweils aus zusammensteckbaren Rohrabschnitten
gebildet sind. Dies ermöglicht ein einfaches Zerlegen des Gestells fUr einen Transport
und einen entsprechend einfachen Zusammenbau durch Zusammenstecken.
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Hierbei kann eine Steckverbindungsstelle der Rohrabschnitte etwa auf
halber Höhe der Verbindungswände liegen. Auf diese Weise kommt man bei der Formgebung
der Rohrabschnitte zur Anpassung an die RingflUgelform ohne eine Verdrehung eines
Rohrabschnitts um seine Längsachse aus.
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Sodann können die die Vorderkante des Rings bildenden Rohrabschnitte
mit den die Hinterkante des Rings bildenden Rohrabschnitten durch Profilrippen verbunden
sein. Diese Profilrippen können auf einfache Weise dem gewünschten Flügelprofil
angepaßt werden.
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Wenn die Rohrabschnitte mit den Profilrippen durch lösbare Klemmkupplungen
verbunden sind, ermöglicht dies auf einfache Weise ein Zerlegen des Ringflügels
für den Transport.
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Ferner kann dafUr gesorgt sein, daß die Bespannung des Rings aus einem
zweilagigen Streifen aus Tuch oder Kunststoffolie besteht, der im Grundriß wellenförmig
ist und bei dem die beiden Lagen vor dem Bespannen des Rings an ihrem einen Längsrand
und die Ränder der Schmalseiten jeder Lage miteinander verbunden sind, so daß sich
eine an den beiden anderen Längsrändern offene Ringtasche ergibt, und daß nach dem
Überziehen der Tasche über das Gestell des Rings von seiner einen Umfangskante her
die beiden anderen Längsränder lösbar verbunden worden sind. Diese Ringtasche ist
leicht herstellbar, kann leicht über das Ringflügelgestell gezogen und von diesem
wieder abgezogen werden und erhöht die Stabilität des RingflUgels durch Verspannung
der Gestellteile.
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Vorzugsweise weist der Hinterflügel eine positive V-Stellung auf.
Auf diese Weise wird die Steifigkeit des Ringflügels erhöht und ein Freiraum zwischen
jedem der äußeren Enden des Ringflügels und dem Boden geschaffen, wenn keine Räder
oder Kufen vorgesehen sind.
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In einem Durchbruch des Mittelflügels kann ein Zylinder koaxial zur
Drehachse des Mittelflügels mit veränderbarer Drehzahl antreibbar gelagert sein.
Durch diesen Zylinder kann je nach Drehrichtung und Drehzahl der Auftrieb zusätzlich
erhöht oder verringert werden.
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Insbesondere kann der MittelflUgel auf einem die Querachse bildenden
Rohr drehbar gelagert sein. Dieses Rohr trägt zusätzlich zur Versteifung der Flügelanordnung
bei.
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Wenn die Vorderkante des Mittelflügels an der Hinterkante des Vorderflügels
und die Hinterkante des Mittelflügels an der Vorderkante des Hinterflügels unmittelbar
vorbeidrehbar
ist, kann der Mittel.flUgel über eine Verbindungsebene von Hinterkante des Vorderflügels
und Vorderkante des Hinterflügels hinaus, gewUnschtenfalls bis in eine vertikale
Ebene, gedreht werden, um einen Flug möglichst rasch abzubremsen.
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Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der
Zeichnung bevorzugter AusfUhrungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1
einen Grundriß eines AusfUhrungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schlitzflügel-Flugzeugs,
Fig. 2 eine Vorderansicht des Schlitzflugel-Flugzeugs nach Fig. 1, Fig. 3 den Schnitt
A-A der Fig. 1, Fig. 4 eine perspektivische Draufsicht auf einen Teil eines Ringflügel-Gestells
des Flugzeugs nach Fig. 1 vor dem Bespannen in getrenntem Zustand von Rohrabschnitten
des Gestells, Fig. 5 die Bespannung des Ringflügels nach Fig. 1 in kleinerem Maßstab
in abgewickelter Form, Fig. 6 die Seitenansicht der Bespannung nach Fig. 5, Fig.
7 die Bespannung nach Fig. 5 in zu einer Ringtasche geschlossener Form und Fig.
8 eine Abwandlung des MittelflUgels des Flugzeugs nach Fig. 1.
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Nach den Fig. 1 bis 3 besteht das SchlitzflUgel-Flugzeug aus einem
Vorderflügel 1, einem Mittelflügel 2, einem
Hinterflugel 3 und
einem Rumpf 4 mit Seitenruder 5 und Kanzel 6. Mit 7 ist die Vorderkante des durch
den Vorderflügel 1 Uberlappten Mittelflügels 2 und mit 8 die Vorderkante des durch
den MittelflUgel 2 überlappten Hinterflugels 3 bezeichnet. Vorderflügel 1 und HinterflUgel
3 sind an den Enden durch etwa vertikale Wände 9 zu einem geschlossenen Ring starr
verbunden, so daß sich ein RingflUgel ergibt. Der Grundriß dieses Ringflügels 1,
3, 9 ist etwa oval, ebenso der des Mittelflügels 2.
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Beide Hälfte 2a und 2b des Mittelflügels 2 sind unabhängig voneinander
um eine Querachse 10 des Flugzeugs drehbar, wie es in Fig. 3 für die Hälfte 2b dargestellt
ist, und zwar mittels eines nicht dargestellten Steuerwerks.
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Zu diesem Zweck sind die Hälften 2a und 2b des MittelflUgels 2 auf
einem die Wände 9 verbindenden und den Rumpf 4 durchsetzenden Rohr 10 als Drehachse
drehbar gelagert. Bei der Drehung des Mittelflügels 2 bewegen sich die Vorderkante
7 und die Hinterkante des Mittelflügels 2 auf den gestrichelt dargestellten Kreisbahnen
11 und 12, die die Hinterkante des Vorderflügels 1 bzw.
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die Vorderkante 8 des Hinterflügels 3 nahezu tangieren.
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Durch diese Verdrehung verändert sich die Weite des Schlitzes bzw.
Spaltes zwischen VorderflUgel 1 und MittelflUgel 2 einerseits sowie des Schlitzes
bzw. Spaltes zwischen Mittelflügel 2 und Hinterflügel 3 andererseits und der durch
den Schlitz bedingte sogenannte Spalteffekt, der den Auftrieb beeinflußt. Der Mittelflügel
2 läßt sich bis in eine etwa vertikale Stellung drehen, so daß ein Gleitflug abrupt
abgebremst werden kann.
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Der VorderflUgel 1 ist auf dem Rumpf 4 nach Art eines Hochdeckers
und der Hinterflügel 3 unter dem Rumpf 4 nach Art eines Tiefdeckers angebracht.
Es ist aber auch möglich, den HinterflUgel 3 durch den Rumpf 4 hindurch-
zuführen.
Zusätzlich kann wenigstens ein Rad oder eine Kufe an der Unterseite des Flugzeugs
vorgesehen sein.
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Sodann hat der HinterflUgel 3 eine positive V-Stellung.
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Das Gestell des Ringflugels 1, 3, 9 besteht nach Fig.
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4 aus Rohrabschnitten 13 - 20, Verbindungsrohrstücken 21 und flachen
Profilrippen 22, die alle aus Leichtmetall, z.B. Aluminium, bestehen. Die Rohrabschnitte
13 bis 16 bilden die Hinterkante des Ringflügels 1, 3, 9 und die Rohrabschnitte
17 bis 20 die Vorderkante des Ringflügels 1, 3, 9. Die Rohrabschnitte 13 bis 20
jeder Kante des RingflUgels sind zusammensteckbar, wobei die Verbindungsrohrstücke
21 in die Enden zu verbindender Rohrabschnitte gesteckt und mittels radiale Gew,ndebohrungen
in diesen Enden durchsetzender Klemmschrauben, die nicht dargestellt sind, festgeklemmt
werden. Jede der umlaufenden Kanten des Ringflugels 1, 3, 9 wird mithin durch sechs
Rohrabschnitte gebildet, von denen jeweils zwei nicht dargestellt sind. Dabei sind
die Rohrabschnitte 13 und 17, 14 und 18, 15 und 19 sowie 16 und 20 einander gleich.
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Die Profilrippen 22 verbinden die paarweise gleichen Rohrabschnitte
miteinander, wobei die Enden der Profilrippen 22 kreisrunde Ausnehmungen 23 entsprechend
der.
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Durchmesser der Rohrabschnitte aufweisen und die Rohrabschnitte mit
diesen Ausnehmungen 23 teilweise umgreifen. Zusätzlich sind Winkelstücke 24 mit
einem Schenkel an je einem Ende der Profilrippen 22 angenietet und cit ihrem anderen
Ende an dem angrenzenden Rohrabschnitt mittels einer spannbaren Schelle 25 festgeklemmt.
Die Winkelstücke 24 und Schellen 25 sind zur Vereinfachur.g der Darstellung nur
bei der einen Profilrippe 22 dargestellt. Anstelle der Winkelstücke 24 können auch
Rohrstücke mit wenigstens zwei sich diametral gegenberliegenden Axialschlitzen am
einen Ende und einem Ring-
flansch am anderen Ende vorgesehen sein,
wobei die Rohrstücke über die durch die Profilrippen 22 verbundenen Rohrabschnitte
hinweggeschoben und mittels je einer Schelle 25 am betreffenden Rohrabschnitt festgeklemmt
und die Ringflansche an je einem Ende einer Profilrippe 22 angenietet werden.
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Fig. 5 zeigt die Bespannung 26 des Ringflügels in verkleinertem Maßstab
in einer Vorstufe ihrer Herstellung.
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In dieser Vorstufe besteht sie aus einem zweilagigen wellenförmigen
Streifen, dessen beide Lagen 26a, 26b (vgl. die Seitenansicht nach Fig. 6) an ihrem
einen Längsrand 27, z.B. durch eine Naht 28, verbunden sind.
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Die beiden Lagen können aus Tuch oder Kunststoffolie bestehen. Im
einen Falle ist die Naht 28 eine Nähnaht und im anderen Falle eine Schweiß- oder
Klebenaht. Der Streifen 26 nach Fig. 5 wird dann in die Ringform nach Fig. 7 gebogen
und an den Rändern 29 seiner Schmalseiten verbunden, z.B. durch Nähen oder Schweißen.
Dadurch ergibt sich eine an den umlaufenden Längsrändern 30 offene Ringtasche (Fig.
7). Die Ringtasche wird über das Gestell nach Fig. 4 gezogen und an den Längsrändern
30 mittels eines lösbaren Verschlusses geschlossen oder mittels Gummizügen an den
hinteren Enden der Profilrippen verspannt.
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Nach Fig. 8 kann der Mittelflügel 2 alternativ einen sich über den
größten Teil seiner Länge erstreckenden Durchbruch 31 aufweisen, in dem ein hohler
Zylinder 32 koaxial zur Drehachse 10 drehbar gelagert ist. Der Aussendurchmesser
des Zylinders 32 ist so groß gewählt, daß der Zylinder 32 etwas über die Ober- und
Unterseite des Mittelflügels 2 hinausragt. Der Zylinder 32 ist über ein (nicht dargestelltes)
Getriebe mittels eines Antriebs (Motor oder Muskelkraft) um die Drehachse 10 mit
veränderbarer Drehzahl antreibbar. Bei Drehung des Zy-
linders
32 in Richtung des Profils 33 wird die Luft auf der Oberseite des Mittelflügels
in Fahrtrichtung und auf der Unterseite entgegen der Fahrtrichtung mitgerissen.
Dadurch entsteht auf der Oberseite ein zusätzlicher Unterdruck und auf der Unterseite
(wegen des Luftstaus) ein zusätzlicher Überdruck. Die Folge ist ein zusätzlicher
Auftrieb, der von der Drehzahl abhängt. Bei entgegengesetzter Drehrichtung wird
der Auftrieb des Mittelflügels 2 verringert.
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Eine andere Abwandlung kann beispielsweise darin bestehen, daß der
Rumpf 4 weggelassen und stattdessen eine Aufhängevorrichtung für den Piloten vorgesehen
wird, etwa wie sie bei Hängegleitern verwendet wird.
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In beiden Fällen ist das Flugzeug als reines Gleitflugzeug verwendbar.
Es ist aber auch möglich, einen Antriebsmotor mit Propeller vorzusehen.
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In allen Fällen ist das Flugzeug leichtgewichtig, leicht zerlegbar
und leicht transportabel. Selbst bei einer Spannweite von nur etwa sechs Metern
ist ein verhältr.ismäßig hoher Auftrieb bei höherer Stabilität der Flügelanordnung
erreichbar.
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Statt der ovalen Flügelform können Vorder- und Hinterflügel nach hinten
bzw. vorn geradlinig gepfeilt sein, wobei die Vorderkante des Vorderflügels einen
kleineren Winkel als die Hinterkante des Vorderflügels und die Vorderkante des Hinterflügels
einen größeren Winkel als die Hinterkante des Hinterflügels einschließen kann.
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Auch der Mittelflügel kann eine nach hinten geradlinig gepfeilte Vorderkante
und eine nach vorn geradlinig gepfeilte Hinterkante aufweisen, wobei der Vorderflügel
wieder den Mittelflügel und der Mittelflugel den Hinterflügel überlappt.
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Ferner kann der Mittelflugel ebenfalls eine positive V-Form aufweisen.
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Sodann ist es besonders günstig, wenn die Bespannung zur zusätzlichen
Versteifung aufblasbare Kammern auf weist.