DE3815283A1

DE3815283A1 - Flapping wing inertia control

Info

Publication number: DE3815283A1
Application number: DE19883815283
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Rinnau; Hans Raehmer
Original assignee: RINNAU HANS JOACHIM
Current assignee: RINNAU HANS JOACHIM
Priority date: 1988-05-05
Filing date: 1988-05-05
Publication date: 1989-11-16

Abstract

A flapping wing propulsion system having a flapping wing inertia control for producing an effective "coupled parallel/rotating flapping movement", the lift force P acting virtually on the leading edge of the wing on the flapping surfaces which are mounted at the cross-sectional centre of gravity such that they can rotate to a limited extent and are held in an unstable manner in the basic position by springs, and the wing thus rotates into the respective flapping direction, which is carried out by inertia forces, remaining in this state during the parallel flapping movement. In addition, at the end of each upward stroke and downward stroke, the mass of the wing arrangement is absorbed by low-damping springs which store the excess flapping energy and feed it back into the drive process. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Schwingen- bzw. Flossen-An triebe mittels Schlagflügeln, die in Luft oder Wasser wirken.The invention relates to wing or fins drives by flapping wings in air or water Act.

Eine Grundvoraussetzung zur Gewinnung eines effek tiven Vortriebs bei Schlagflügeln ist der "gekoppelte Parallel-Dreh-Schlag" der in der Natur, wie z. B. bei den Vögeln, durch getrennte Auf- und Ab-Schlagmuskeln mit automatischer Verdrehung, dem sog. "pronieren" und "supinieren" bewirkt wird (W. Nachtigall "Warum die Vögel fliegen", Verlag Rasch und Röhrig 1985, S. 34).A basic requirement for obtaining an effek tive propulsion for flapping wings is the "coupled Parallel-twist-blow "in nature, such as in the Birds, with separate up and down beating muscles automatic rotation, the so-called "pronate" and "supinate" is effected (W. Nachtigall "Why die Birds fly ", Verlag Rasch and Röhrig 1985, p. 34).

Diesen Effekt mit technischen Mitteln zu bewirken ist insbesondere für den bemannten Schwingenflug noch nicht befriedigend gelöst.To achieve this effect with technical means is still especially for manned wing flight not solved satisfactorily.

So ist bekannt, elastische oder elastisch aufgehängte Schlagflügel bei nur Parallelschlag durch die Luftkräfte in die notwendige Anstellung zu verdrehen (OLS 26 34 500). Der Nutzeffekt dieser passiven Methode ist gering, weil naturgemäß die Wirkflächen den Weg des geringsten Wider standes nehmen; Der Drehschlag muß schon auch kraftbe aufschlagt sein. Rein mechanische Paralleldrehschlag vorrichtungen, wie der bekannte Voith-Schneider-Propel ler, ergeben zwar einen exakten Bewegungsablauf, sind aber durch den größten Getriebeaufwand zu schwer, zu ver lustbehaftet und aufwendig. Ein anderer Vorschlag, mit gekoppelten fluidtechnischen Kraft- und Steuer-Mitteln den notwendigen Bewegungsablauf zu erhalten, ist zwar hocheffektiv und massearm, aber rel. kompliziert und aufwendig (DPA 36 08 991). Weiter wurde vorgeschlagen, an parallel geführten Schlagflügeln den Kraftangriff vor dem Schwingenschwerpunkt angreifen zu lassen, um auf diese Weise die Schlagflügel in die jeweilige Schlagrichtung zu verdrehen. Dies erwies sich aber als praktisch wirkungslos, da ohne weitere Mittel damit nur eine reine Auf- und Ab-Bewegung der Schlagflächen in jeder gegebenen Lage bewirkt wird, und das ohne den notwendigen Verdreheffekt.So it is known to be elastic or elastically suspended Flapping wing with only parallel flapping by the air forces to the required position (OLS 26 34 500). The benefit of this passive method is low because naturally, the active surfaces are the path of least contradiction take a stand; The twist must also be powerful be hit. Purely mechanical parallel rotation devices like the well-known Voith-Schneider-Propel ler, result in an exact movement sequence, are but because of the greatest gear effort too difficult to ver lusty and expensive. Another suggestion with coupled fluid power and control means to get the necessary movement is indeed highly effective and low in mass, but rel. complicated and complex (DPA 36 08 991). It was further suggested the force attack on parallel flapping wings to attack before the swing center to this way the flapping wings into each To twist the direction of impact. But this turned out to be practically ineffective, since without any additional means just a pure up and down movement of the striking surfaces is effected in any given situation, and that without the necessary twisting effect.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit rel. einfachen und leichten Mitteln und nur Parallelschlag kräften einen wirksamen Schlagflügelantrieb zu schaffen.The invention has for its object with rel. simple and easy means and only parallel strikes forces to create an effective flapping wing drive.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit einer Weiterentwicklung der vorgenannten Anord nung noch ein "gekoppelter Parallel-Dreh-Schlag" initi iert werden kann, wenn die im Querschnittsschwerpunkt 4 drehbar gelagerten Schlagflügel 1 in einer Parallelfüh rung in einer Gleichgewichtsanordnung gelagert wird. Das wesentliche dabei ist, daß eine exzentrische Kraft PA mit der inneren Kraft PB, die gebildet wird aus den Massen der Parallelführung und den darauf drehbaren Schlagflächen mit elastischen Mitteln in einem labilen Gleichgewicht gehalten werden. Damit wird erreicht, daß eine rel. geringe Parallelschlagkraft nach oben bzw. unten erst eine Verdrehung und dann erst ein Auf- bzw. Herab-Ziehen der gedrehten Schlagflügel 1 bewirkt.This object is achieved in that with a further development of the aforementioned arrangement, a "coupled parallel rotary flapping" can be initiated if the flapping wing 1 rotatably mounted in the cross-sectional focus 4 is stored in a parallel guide in an equilibrium arrangement. The essential thing here is that an eccentric force PA is held in an unstable equilibrium by elastic means with the internal force PB which is formed from the masses of the parallel guide and the face surfaces which can be rotated thereon. This ensures that a rel. low parallel impact force upwards or downwards causes a twisting and only then a pulling up or down of the turned flapping wings 1 .

Durch die Parallelkräfte erhalten die bedingt beweglichen Schlagflügel 1 und deren Träger 7 aber große Impulse, was zu Überschwingen und damit Disharmonien der Schwingbewegung führen kann. Erfindungsgemäß wird dies zum Positiven umgemünzt, in dem die Schlagflächen in einer gewünschten Endstellung mittels rel. langhubi ger Federelementen 12 aufgefangen, dabei die überschüs sige Parallelschlagenergie gespeichert und wieder als Antriebskraft in die andere Schlagrichtung geführt wird.Due to the parallel forces, the conditionally movable flapping wings 1 and their support 7 receive large impulses, which can lead to overshoot and thus disharmonies of the oscillating movement. According to the invention, this is converted to the positive in that the striking surfaces in a desired end position by means of rel. Langhubi ger spring elements 12 collected, the excess parallel impact energy stored and again as a driving force in the other direction is performed.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß mit einfachen und leichten Mitteln ein wir kungsvoller Schlagflügelantrieb geschaffen wird, mit dem z. B. auch an bemannten Fluggeräten die Vorteile eines Schwingenantriebs, insbesondere ein höherer Komplexwir kungsgrad und damit ein günstigeres Flugverhalten als mit Luftschrauben erreicht werden kann.The advantages that can be achieved with the invention exist in that we are using simple and easy means kung wing drive is created with the z. B. also on manned aircraft the advantages of a Swing arm drive, especially a higher complex degree of efficiency and thus more favorable flight behavior than can be achieved with propellers.

Als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 eine Pendelschwinge mit dieser Trägheitssteuerung in der Seitenansicht dargestellt: Auf einer von einem Schwenkantrieb um ca. 90 Grad angetriebenen Welle 6 sind Mitnehmer 8 befestigt. Die Schlagflügel 1 selbst sind drehbar auf einem auf der Reversierantriebswelle 7 be grenzt frei beweglichen Schlagflügelträger 7 befestigt.As an exemplary embodiment of the invention, a pendulum rocker with this inertia control is shown in side view in FIG. 1: drivers 8 are fastened on a shaft 6 driven by a swivel drive by approximately 90 degrees. The flapping wings 1 themselves are rotatably mounted on a be movable on the reversing drive shaft 7 be movable flapping wing carrier 7 .

Letzterer wie die Schlagflügel 1 sind reibungsarm gela gert, wobei diese Lager 11 sowohl Drehbewegungen wie auch evtl. Längsverschiebungen aufnehmen müssen, wozu sich sowohl gewisse Linearkugellager wie Gleitlager eignen. In diesem Fall verbinden Koppelglieder 9 die Mitnehmer 8 mit einem Kraftangriffspunkt vor dem Schlagflügelschwerpunkt 4 in etwa in Höhe der Schlagflügel vorderkanten. Der Ausschlag der Schlagflügelträger 7 wird durch rel. langhubige Federelemente 12 begrenzt.The latter, like the flapping wings 1, are low-friction gela, these bearings 11 must accommodate both rotational movements and possibly longitudinal displacements, for which both certain linear ball bearings and plain bearings are suitable. In this case, coupling links 9 connect the carriers 8 to a force application point in front of the focal wing center of gravity 4 at approximately the front edge level of the flapping wing. The deflection of the flapping wing carrier 7 is rel. long stroke spring elements 12 limited.

Die Funktion ist dabei folgende: Die vom Schwenkmotor bewegten Mitnehmer 8 laufen stets in der jeweiligen Drehrichtung vor, so daß die Schlagflügelnasen 1 aus ihrer durch die Federn 5 bewirkte Mittelstellung gezogen werden und damit die gewünschte Drehanstellung erhalten. Dies ist einerseits bedingt durch die Trägheit der Schlagflächenanordnung, was durch den Luftwiderstand der Schlagflächen in Schlagrichtung verstärkt wird.The function is the following: The pivot moved by the motor driver 8 always running in front in the respective direction of rotation, so that the impact blade lugs are pulled out of their 1 caused by the springs 5 center position and thus obtain the desired rotational job. On the one hand, this is due to the inertia of the face arrangement, which is increased by the air resistance of the face in the direction of impact.

Fig. 2 zeigt die Anordnung von vorn und Fig. 3 in der Draufsicht. Fig. 2 shows the arrangement from the front and Fig. 3 in plan view.

In Fig. 4 ist eine andere Grundanordnung angedeutet, bei der die Schlagflügelträger 7 in Vertikalführungen 10 laufen. Der Oszillierkraftangriff erfolgt wie vorher vor dem Schlagflügelquerschnittsschwerpunkt 4. Hier wird durch die Feder 5 die Masse von den Schlagflügeln 1 und dem Schlagflügelträger 7 in einem labilen Gleichge wicht gehalten. Auch hier sind rel. langhubige Feder elemente 12 zum Auffangen der durchpendelnden Schlag flügelanordnung 1 und 3 vorgesehen.Another basic arrangement is indicated in FIG. 4, in which the flapping wing carriers 7 run in vertical guides 10 . As before, the oscillation force attack occurs before the focal cross section 4 . Here, the mass of the flapping wings 1 and the flapping wing support 7 is held in a labile equilibrium by the spring 5 . Rel. long-stroke spring elements 12 for collecting the swinging flapping wing arrangement 1 and 3 provided.

Die Anwendungsmöglichkeit ist nicht nur auf die angegebenen Beispiele beschränkt, sondern läßt sich z. B. auch bei Wippenparallelführungen anwenden.The application is not only on the limited examples given, but can be z. B. also apply to parallel rocker guides.

Claims

1. flapping inertia control to effect a "coupled parallel rotary stroke" on flapping wings ( 1 ) on which an oscillating parallel flapping force ( 2 ) acts eccentrically, characterized in that the flapping wings ( 1 ) on conditionally freely movable parallel guides ( 3 ) in cross-sectional focus ( 4 ) are rotatably mounted, this arrangement being kept in an unstable balance by springs ( 5 ).

2. pendulum flapping wing system according to claim 1, characterized in that on a (quasi) coaxially guided reversing drive shaft ( 6 ) freely rotatable a flapping wing support ( 7 ) is arranged on which the flapping wing ( 1 ) itself in the cross-sectional focus ( 4 ) are rotatably attached and a driver ( 8 ) attached to the reversing shaft ( 6 ) engages on the leading edge of the wing via coupling links ( 9 ).

3. parallel flapping arrangement on longitudinal guides ( 10 ) according to claim 1 in which the parallel impact force ( 2 ) acts on the leading edge of the wing, characterized in that a flapping wing support ( 7 ) on vertical guides ( 10 ) is slidably arranged and the mass of the entire wing arrangement internally by means of springs is kept in an unstable balance.

4. Devices for claims 2 and 3 for parallel and rotary storage, characterized in that bearing elements ( 11 ) are used which can accommodate both rotary and longitudinal movements, such as. B. ball bearing bushes or plain bearings.

5. Device for collecting excess parallel impact energy on a flapping wing arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that long-stroke spring elements ( 12 ) are used.