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Flugzeug mit senkrechten und wagerechten unbeweglichen Stabilisierungsflächen.
Die Erfindung betrifft Land- und Wasserflugzeuge und bezweckt, deren Stabilität
tun die Stampf-, Schlinger- und Richtungsachse zu erhöhen. Jedes Flugzeug kann als
ein im Raum freies, sich um seinen Schwerpunkt drehendes System betrachtet werden,
wobei die auftretenden Kräfte und Momente sich um diesen Schwerpunkt das Gleichgewicht
halten und der Apparat sich um ihn dreht. Die Erfindung beruht nun in der Erkenntnis,
daß sich eine selbsttätige Sicherung der Längs- und Querstabilität erzielen läßt,
wenn man den Tragflächen eine derartige Gestalt gibt, daß i. jede Drehung des Flugzeuges
um seine Schlingerachse selbsttätig eine die Drehung aufhebende dynamische Bremswirkung
erzeugt, a. jede Drehung des Flugzeuges uni die Stampfachse selbsttätig eine die
Drehung aufhebende dynamische Bremswirkung erzeugt, 3. jede Drehung des Flugzeuges
um seine Richtungsachse selbsttätig eine die Drehung aufhebende dynamische Bremswirkung
erzeugt, q.. jeder Flug des Apparates außerhalb seiner Gleichgewichtsbedingungen
(wie es am Ende jeder Drehung um die Schlinger-, Stampf- oder Richtungsachse der
Fall sein würde) selbsttätig ein statisches Kräftepaar um die entsprechende Achse
erzeugt, derart, daß das Flugzeug in seine Gleichgewichtsstellung zurückkommt.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß. an den seitlichen
Enden der Haupttragfläche und oberhalb dieser ein Paar senkrechter Stabilisierungsflächen
und über diese i ein Paar wagerechter Stabilisierungsflächen vorgesehen sind, die
in der Flugrichtung
eine beträchtliche Länge besitzen. Vorzugsweise
weist jedes Paar einer horizontalen und vertikalen Stabilisierungsfläche in der
Vorderansicht das Profil eines »'["« von verschiedener Schenkellänge auf, dessen
äußerer Schenkel der längere ist, wobei die Gesamtflächensumme jedes Stabilisierungsflächenpaares
ungefähr von der Größenordnung des Haupttragflächenflügels ist. Die Druckmittelpunkte
der horizontalen Stabilisierungsflächen fallen daher auf zwei beträchtlich hinter
der Drehachse und über der Schlingerachse genau symmetrisch liegende Punkte, während
die Druckmittelpunkte der vertikalen Stabilisierungsflächen auf zwei beträchtlich
hinter der Richtungsachse und oberhalb der Scblingerachse liegende Punkte fallen.
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Es sei hier bemerkt, daß die Anwendung von Stabilisierungsflächen
an den Steuereinrichtungen für Flugzeuge bereits bekannt ist. Diese am Flugzeugschwanz
angeordneten Hilfsflächen bewirken jedoch nur eine Erhöhung der Steuerstabilität,
ohne die unter i bis 4 angeführten Bedingungen für die Fahrtstabilität erfüllen
zu können. Demgegenüber ergeben die Stabilisierungsflächenpaare gemäß der Erfindung
eine kräftige Bremswirkung gegen jede Drehung öder Schwingung des Apparates um seine
Schlingerachse, weil der auf die Stabilisierungsflächen ausgeübte Druck verhältnismäßig
stark ist und an den Druckmittelpunkten der oberhalb der Schlingerachse angeordneten
Stabilisierungsflächen angreift, so daß er in bezug auf den Schwerpunkt des Apparates
an einem beträchtlichen Hebelarm wirkt. Da die Druckmittelpunkte der in der Flugrichtung
stark verlängerten Stabilisierungsflächen hinter der von der Stampfachse und der
Richtungsachse gebildeten Ebene liegen, haben sie zugleich eine beträchtliche dynamische
Bremswirkung gegen jede Schwingung in bezug auf diese Achsen zur Folge. Auf diese
Weise bringt der auf die Druckmittelpunkte der Stabilisierungsflächen wirkende Luftdruck
den Apparat in seine Gleichgewichtslage selbsttätig zurück, wenn er sich um diese
oder jene Achse drehen sollte.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung schematisch darstellt.
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Abb. i ist eine Draufsicht, Abb. 2 eine Vorderansicht und Abb.3 eine
Seitenansicht eines in Ruhe befindlichen Flugzeuges.
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Abb.4 ist eine Vorderansicht eines in bezug auf seine Schlingerachse
außerhalb des Gleichgewichtes befindlichen Flugzeuges.
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Abb. 5 ist eine Seitenansicht eines in bezug auf seine Stampfachse
außerhalb des Gleichgewichtes befindlichen Flugzeuges.
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Die Abb.6 ist eine der Abb.5 entsprechende Ansicht, welche die statische
Beeinflussung des Flugzeuges um die Stampfachse veranschaulicht.
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Die Abb. 7 und 8 zeigen in Vorderansicht und Draufsicht die Wirkung
der vertikalen Stabilisierungflächen, wobei die horizontalen Stabilisierungsflächen
der Übersicht halber nicht gezeichnet sind.
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Abb. 9 ist eine Vorderansicht eines infolge Drehung um die Schlingerachse
aus der Gleichgewichtslage geratenen Flugzeuges, welche die statische Wirkung der
Stabilisierungsflächen in diesem Falle darstellt.
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Die Abb. io schließlich zeigt in einer Draufsicht, in der die horizontalen
Stabilisierungsflächen der Übersicht halber fortgelassen sind, die Wirkung der vertikalen
Stabilisierungsflächen, die ein abgelenktes Flugzeug in seine für den Flug erforderliche
Gleichgewichtslage zurückbringt.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bedeuten i und 2 die horizontalen
Stabilisierungsflächen mit ihren bei 3 bzw. 4 gelegenen einander entsprechenden
Druckmittelpunkten, deren Entfernung voneinander 2 L beträgt, wobei
L ihr Abstand von dem gemeinsamen Schwerpunkt bedeutet (vgl. Abb.4). Die
horizontalen Stabilisierungsflächen i und 2 sind den vertikalen Stabilisierungflächen
31 und 41 (Abb.2, und 9) derart übexgelagert, daß jedes_ Stabilisierungsflächenpaar
in der Vorderanicht ein >zT« von ungleichen Schenkellängen bildet, wobei der äußere
Schenkel länger als der nach innen zeigende ist; die Stabilisierungsflächen sind
sowohl untereinander als auch mit den Haupttragflächen fest verbunden, so daß sie
gewissermaßen zwei in der Längsrichtung des Flugzeuges verlaufende T-Träger bilden,
die während des Fluges zur Versteifung des Apparates beitragen.
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Sollte der Apparat aus irgendwelchen Gründen die Neigung zu Schlingerbewegungen
in Richtung des Pfeiles io (Abb. 4) haben, so wirken zwei Kräfte i i in bezug auf
die voneinander sehr entfernten Punkte 3 und 4 mit dem sehr beträchtlichen Hebelarm
2 l; so d'aß sie der Drehung um die Schlingerachse entgegenwirken und diese Drehung
abbremsen.
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Hätte der Apparat aus irgendwelchen Gründen Neigung, im Sinne des
Pfeiles I2 (Abb.5) zu stampfen, so würden auf die Punkte 3 und 4 Kräfte 13 mit einem
Hebelarm h, der in bezug auf den Schwerpunkt 17
von beträchtlicher Länge ist,
-#vii-ken, so da.ßjede Drehbewegung in 'Richtung des Pfeiles 'i2 abgebremst würde.
Außer diesen
bremsenden Einflüssen und außer ihrer Wirkung in Verbindung
mit den entsprechenden vertikalen Stabilisierungsflächen, von denen noch die Rede
sein wird, üben die horizontalen Stabilisierungsflächen auch eine kräftige statische
Wirkung zur Rückführung des Apparates in die Gleichgewichtslage aus. Wenn nämlich
aus irgendeinem besonderen Grunde der Apparat so abgelenkt würde,-wie es die Abb.
6 zeigt, und sich in der Richtung des Pfeiles 14 fortbewegt, so werden an den Punkten
3 und 4 Kräfte 15 angreifen, deren mit dem Hebelarm 12 in bezug auf den Schwerpunkt
17 angreifende Komponenten 16 dem Apparat eine Drehung im Sinne des Pfeiles 18 geben
und ihn somit in die Gleichgewichtslage zurückführen werden.
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Die vertikalen Stabilisierungsflächen entwickeln ihrerseits Bremswirkungen,
zu denen man durch analoge Überlegungen gelangt, indem man z. B. die Abb. 7 und
8 betrachtet. Diese Bremswirkung verhindert jede Schlingerbewegung in Richtung des
Pfeiles 51 (Abb.7) infolge der Kräfte 61 und 71, die mit einem Hebelarm
13 an den entsprechenden Druckmittelpunkten angreifen; ferner verhindert
die von den vertikalen Stabilisierungsflächen herrührende Bremswirkung jede Abweichung
von der gewünschten Bewegungsrichtung im Sinne des Pfeiles ioi um die durch den
Schwerpunkt 17 des Apparates gehende Vertikalachse. In diesem Falle würde die seitliche
Abweichung von der gewünschten Flugrichtung, die durch den Pfeil oo angedeutet ist,
Kräfte i i i und 12i hervorrufen, welche an den Druckmittelpunkten 31 und 41 mit
einem Hebelarm 14 angreifen.
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Aus diesem Zusammenwirken der Stabilisierungsflächen (Abb. g) bzw.
ihrer auf Wiederherstellung des Gleichgewichtszustandes hinzielenden Wirkungen ergibt
sich ein weiterer beträchtlicher Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung: wenn
nämlich der Apparat in Richtung des Pfeiles 131 abgelenkt wird, so werden Kräfte
141 und 151 auf die Druckmittelpunkte der beiden Stabilisierungsflächenpaare wirken.
Die senkrechte Projektion des Paares 1/31 hat die Größe hl, welche geringer ist
als die senkrechte Projektion h2 des entgegengesetzten Flügelpaares. Außerdem ist
der auf das Flügelpaar 2/4i wirkende Hebelarm der Kraft 151 in bezug auf den Schwerpunkt
17 des Apparates erheblich größer als der auf das Flügelpaar 1/31 wirkende Hebelarm
der Kraft 141. Infolgedessen wird das höher gelegene Flügelpaar 2/41 in bezug auf
die Schlingerachse eine überwiegende Rolle spielen, indem es den Apparat wieder
in die Gleichgewichtslage zurückführt.
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Es ist auch ersichtlich, daß die Stabilisierungsflächen, wenn der
Apparat aus seiner Gleichgewichtslage in bezug auf seine beiden Achsen, nämlich
die Schlinger- und Richtungsachse, herausgekommen ist, mit der Richtungsachse des
Apparates einen rechten Winkel bilden. Die Flugbewegung erzeugt einen Druck auf
die Stabilisierungsflächen unabhängig von der Wirkung der Motoren. Da dieser Druck
auf die Druckmittelpunkte der Stabilisierungsflächen wirkt, so wird er ein statisches
Stabilisierungskräftepaar um die Schlingerachse ergeben, so daß der Apparat in seine
normale Gleichgewichtslage zurückgebracht wird.
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Wenn der Apparat aus irgendwelchem Grunde in Richtung des Pfeiles
171 abgelenkt ist, so gilt insbesondere für die vertikalen Stabilisierungsflächen
(Abb. io), daß zwei gleiche Kräfte 181, igi an den Druckmittelpunkten der Stabilisierungsflächen
31 und 41 angreifen werden, deren eine, igi, mit einem kleineren Hebelarm in bezug
auf den Schwerpunkt 17 angreifen wird als die andere, iSi. Die Wirkung der Kraft
181 wird daher überwiegen und das Flugzeug in Richtung des Pfeiles 211 wieder in
die richtige Flugrichtung bringen.
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Es lassen sich an den beschriebenen Ausführungsformen mannigfache
Abänderungen vornehmen und auch sonst geeignete Einrichtungen treffen, ohne den
Rahmen und den Sinn der Erfindung zu verlassen.