DE3731210A1 - Schlagfluegelflugzeug mit holmen und rippen aus werkstoff dessen elastizitaetsmodul in laengsrichtung abnimmt - Google Patents

Description

Angaben zur Gattung

Die Erfindung ist eine Weiterent­ wicklung der Segel- und Drachen­ flugzeuge. Sie soll ermöglichen, daß der Start ohne fremde Hilfe auch von ebener Erde aus erfolgen kann und aufwindschwache Zonen ohne Höhenverlust überflogen werden können.

Stand der Technik

Bisher sind alle Versuche ge­ scheitert, das Prinzip des Vogel­ fluges, der als die wirtschaft­ lichste Art des Fliegens angesehen wird, nachzuahmen. Das Studium der einschlägigen Literatur und der Forschungsberichte der letzten hundert Jahre zeigt, daß die Elasti­ zität der Vogelflüge für das Fliegen eine große Bedeutung hat. Die Vogel­ flügel bestehen aus den Skelett­ knochen und den Federn. Dadurch ist die Vorderkante fest und der Feder­ teil bei Belastung nachgiebig.

Der Federteil wird zur Flügelspitze und zur Hinterkante hin allmählich verformungsfähiger. Die Zunahme der Verformungsfähigkeit zeigt sich auch an den Federn. An diesen nimmt die Biegungssteifigkeit von der Spule zur Spitze hin allmählich ab bis fast auf die Steifigkeit der Feder­ fahne.

An der Flügeloberseite sind die Federn biegungssteifer als die an der Unterseite.

Bei der Schwingenbetätigung werden die Vogelflügel bei Beginn des Niederschlages um einige Grad nach vorne und bei Beginn des Aufschlags nach hinten geneigt, dadurch können sich die Flügel leichter den Luft­ strömungen anpassen. Auffällig ist, daß beim fliegenden Vogel die Verformungen an den Flügelspitzen und am hinteren Rand der Flügel am größten sind. obwohl die Aerodyna­ mik nachgewiesen hat, daß die spezi­ fische Flächenbelastung an diesen Stellen stark abnimmt.

Professor Dr. Erich von Holst und Karl Herzog haben nach ihren Flug­ versuchen mit "künstlichen Vögeln" (1968) festgestellt, daß der Auf- und Niederschlag bei Vögeln mit einer phasenverschobenen Drehschwingung gekoppelt ist.

Kritik des Standes der Technik und Aufgabe

Karl Herzog hat am Schluß seines Be­ richts geprüft, ob die Erkenntnisse, die sie bei den Flugversuchen mit den "künstlichen Vögeln" gewonnen haben, sich evtl. technisch nutzen lassen und muß dies bei den zu dieser Zeit zur Verfügung stehenden Werkstoffen verneinen. Er sieht: "unüberwindliche Schwierigkeiten schwingungstechnischer Natur", . . . beide Schwingungsabläufe in ein richtiges Verhältnis zu bringen wird bei noch größeren Flugapparaten, besonders wegen der Massenwirkung der schwingenden Flächen immer schwie­ riger, wenn nicht sogar unmöglich." Heute stehen uns die faserverstärk­ ten Verbundstoffe zur Verfügung. Bei diesen ist der E-Modul abhängig von dem Faservolumenanteil des Werkstückes. Da man den Volumenanteil bei der Herstellung eines Werk­ stückes verändern kann, ist es mög­ lich, z. B. den Tragflächenholm und die Tragflächenrippen mit abnehmendem E-Modul herzustellen. Dadurch können auch bei abnehmender Belastung die gewünschten oder für erforder­ lich gehaltenen Verformungen erzielt werden.

Lösung der Aufgabe

Um die für die Verformung und Festig­ keit günstigsten örtlichen Holmquer­ schnitte zu ermitteln, sind umfangreiche Berechnungen durchzuführen.

Es ist gelungen für ein einsitziges Flugzeug Holme und Tragflächenrippen zu konstruieren, die den Anforderun­ gen entsprechen. Bei Lagerung der Holme in Gelenkköpfen hat sich ergeben, daß die Tragflächen bei Schwingen­ betrieb Verformungen erfahren und Bewegungen durchführen, die denen der Flügel großer Vögel ähnlich sind. Die phasenverschobene Drehschwingung stellt sich automatisch ein, sie wird ausgelöst durch die Luftkräfte und die Massenwirkung der Tragflächenteile.

Das von Erich von Holst und Karl Herzog für unlösbar gehaltene Problem ist durch eine solche Kon­ struktion gelöst.

Erzielbare Vorteile

Es wird ein vielseitig verwend­ bares Sportgerät entstehen und der uralte Traum des Menschen, fliegen zu können wie ein Vogel, wird in Erfüllung gehen.

Beschreibung der wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispieles

Die zwei Systemzeich­ nungen zeigen in Vorderansicht und Seitenrißschnitt die wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiel und werden wie folgt beschrieben:

Der Pilot sitzt auf einem dreiräd­ rigen Fahrgestell (a), auf dem eine Kielstange mit Stabilisierungsfläche (Schwanzfläche) (b) montiert ist. Die Kielstange trägt das Gelenkkopf­ tragstück (c), in dem die Tragflächen­ holme gelagert sind. An den Holmen sind die profilbildenden Rippen (d) befestigt. Der Pilot kann mit seinen Beinen eine Tretkurbel (e) in Be­ wegung setzen. Die Drehbewegungen werden auf eine Kurbelwelle (f) über­ tragen. An beiden Enden der Kurbel­ welle befindet sich ein Kurbelarm (g). Die gleichgerichteten Kurbelarme sind durch je eine Zugstange (h) mit dem dar­ überliegenden Flächenholm (i) ver­ bunden, so daß die Tragflächen in Schwingung versetzt werden können.

Die Zugstangen (h) befinden sich in Greifweite des Piloten, so daß der Pilot durch sie die Be­ wegung der Tragflächen zum Zwecke der Steuerung des Flug­ zeuges beeinflussen kann.

Literaturhinweise

1. August von Parseval
"Mechanik des Vogelfluges"
Verlag G. F. Bergmann, Wiesbaden 1889
Seite 70 oben u. Seite 74, Abs. 1 u. 2.
2. Flugversuche mit "künstlichen Vögeln"
von Prof. Dr. Erich von Holst,
beschrieben in Karl Herzog
"Anatomie und Flugbiologie der Vögel"
Verlag Gustav Fischer, Stuttgart 1968
Seite 47 Zeile 7-14 und
Zusammenfassung Seite 166-167
3. Westfälische Akademie der Wissen­ schaften
Vorträge N 236
Werner Nachtigall
"Biophysik des Tierfluges" 1974
Seite 113-127-146
besonders zu beachten Seite 120-121
"Kohlenstoff- und Aramidfaser­ verstärkte Kunststoffe"
VDI-Verlag Reihe Ingenieur­ wissen 1977
Seite 74 u. 75.

Claims (5)

1. Schlagflügelflugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflächen­ holme und -rippen aus Werkstoff gefertigt werden, dessen Elastizi­ tätsmodul in Längsrichtung abnimmt. Dadurch können bei der Schwingen­ betätigung die Verformungen der Tragflügel an ihren Enden zunehmen, trotz der an diesen Stellen ab­ nehmenden spezifischen Belastung.

2. Schlagflügelflugzeug nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflächenrippen aus einem oberen und unterem Freiträger be­ stehen, wobei der untere mit ge­ ringerem E-Modul ausgeführt wird, damit er durch den Druck von unten sich an den oberen anlegt und das durch die beiden Freiträger ge­ bildete Profil sich an die Strömungs­ verhältnisse anpassen kann.

3. Schlagflügelflugzeug nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflächen über ein Tret­ kurbelgetriebe durch Beinmuskelbe­ tätigung ohne oder mit Hilfsmotor oder nur durch Motor mittels der am Tretkurbelgetriebe befestigten Zug­ stange in Schwingung versetzt oder zum Stillstand gebracht werden können.

4. Schlagflügelflugzeug nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflächenholme und die Zugstangen in Gelenkköpfen ge­ lagert sind, so daß beim Nieder­ schlag die Tragflächen sich etwas nach vorne und beim Hochschlag etwas nach hinten neigen können.

5. Schlagflügelflugzeug nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Flugzeugs nach dem Prinzip der Schwerpunkt­ verlagerung durch Veränderung der Flügelstellung mittels der Zug­ stangen erfolgen kann.