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Flugzeug mit frei umlaufenden, durch den Fahrtwind angetriebenen Tragflächen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug mit frei umlaufenden, durch den Fahrtwind
angetriebenen Tragflächen (vgl. Patent-Schrift 4167227) und bezweckt insbesondere,
die Lagerung der umlaufenden Flügel, d. h. die Verbindung dieser Flügel mit ihrer
Drehachse, dadurch zu verbessern, daß bei denverschiedenen Winkelstellungen der
Flügel während des Umlaufs eine selbsttätige Änderung des aerodynamischen Einfallwinkels
erfolgt.
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Bei umlaufenden Flügeln erzeugt die Druckschwankung, die infolge des
Geschwindigkeitsunterschiedes der vor- und zurücklaufenden Flügel gegenüber dem
Luftstrom entsteht; eine schwingende oder schlagende Bewegung der Flügel, wobei
sich der vorwärts gehende Flügel wegen des auf ihneinwirkenden größeren Druckes
anhebt, während sich der jeweils zurückgehende Flügel infolge des verringerten Druckes
wieder senkt.
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Diese Erscheinung tritt bei Flügeln auf, deren Einfallwinkel in den
verschiedenenWnkelstellungen in weiten Grenzen veränderlich sind, -und es ist Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, diese Grenzen möglichst eng zu halten.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einfallwinkel
des Flügels mechanisch oder selbsttätig beim Aufwärtsschwingen des Flügels kleiner,
beim Abwärtsschwingen dagegen größer wird, ohne daß die symmetrische Lage der Flügel
zueinander in bezug auf die Drehachse merkbar geändert ist. Auf diese Weise wird,der
normalen Wirkung, nämlich, daß sich der EinfalIwinkel infolge des auf die Flügel
einwirkenden Druckunterschiedes ändert, noch eine zusätzliche, von der Ausbildung
der Gelenkverbindung abhängige Wirkung beigefügt, mit dem Erfolg, daß die Größe
der während einer Umdrehung auftretenden Einfallwinkel verringert wird.
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Zweckmäßig ist die Erfindung in der Weise verwirklicht, daß die in
an sich bekannter Weise in der Grundrißebiene zu der Symmetrieachse des Flügels
geneigte Gelenkachse auch noch in der Aufrißebene derart geneigt ist, daß die Symmetrieachse
des Flügels um das Gelenk herum im wesentlichen in einer Ebene schwingt, die durch
die Drehachse des Flügelsystems hindurchgeht oder zu dieser Achse parallel liegt.
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In ähnlicher Weise wurde bereits vorgeschlagen, in der Grundrißebene
die Gelenke der Flügel eines von einem Motor angetriebenen Hubpropellers schräg
zu stellen, der aus einem Luftschraubenpaar mit übereinander angeordneten und sich
entgegengesetzt drehenden Flügeln besteht.
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Diese alleinige Schrägstellung in der Grundrißebene reicht zwar aus,
um die Größe des Einfallwinkels zu verringern, jedoch ändern die Flügel bei der
Auf- und Abwärtsbewegung ihre gegenseitige Stellung in der Drehebene,
wodurch
die Symmetrie .im Flügelsystem gestört wird und die Flügel Schwingungsstößen ausgesetzt
werden.
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Auf dei Zeichnung ist ein Ausführungsbei-; spiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i einen Grundriß, Abb. z eine Ansicht, Abb.3 eine Stirnansicht
des gemäß der Erfindung befestigten Flügels, und die Abb. 4 und 5 veranschaulichen
graphisch die Wirkung der Gelenkneigung.
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In den Abb. i und 3 deutet der Pfeil x den Drehsinn der Flügel an,
in Abb. z ist der Flügel beim Zurücklaufen dargestellt.
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Eine Welle A bildet die Hauptdrehachse des Flügelsystems; an einem
Halber B sind Flügel C angelenkt. Von dem Halter B ragen Lagerarme D nach außen,
die mit einem als Gelenkachse zur Befestigung der Flügel dienenden Bolzen E ausgerüstet
sind. Wie aus dem in Abb. i dargestellten Grundriß zu ersehen ist, ist der Bolzen
E zur Längssymmetrieachse des Flügels C nicht, wie früher, senkrecht, sondern geneigt
angeordnet, und zwar derart, daß der mit dieser Symmetrieachse gebildete kleinere
Winkel in bezug auf die durch den Pfeil x angedeutete Drehrichtung vorn liegt. Der
Bolzen Eist ferner, wie in Abb. 3 in. Seitenansicht dargestellt ist, auch zur Hauptdrehachse
A geneigt angeordnet. Die Stärke der Neigupg_ hängt selbstverständlich von der Größe
des Einfallwinkels ab, den die Flügel für gewöhnlich beim Auf- und Abwärtsschwingen
einnehmen und der seinerseits durch die aerodynamischen Merkmale der Flügel bedingt
ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsform fällt die Bewegungsebene der
Längssymmetrieachse des Flügels zwar nicht mit der Achse A zusammen, lieb aber im
wesentlichen parallel zu :ihr. Selbstverständlich kann durch Verschiebung der Lagerarme
D nach vorn erreicht werden, daß die Bewegungsebene mit der Achse-4 zusammenfällt.
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In der Abb. 5 deutet der Pfeil t die Vorwärtsbewegung und der Pfeil
r den Drehsinn
des Flügelsystems an. Eine Abwicklung der Abb.5 ist in Abb.4
dargestellt, in. der die Eiüfallwinkel in .den verschiedenen Winkelstellungen der
Flügeleingezeichnet sind.
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Die Kurven stellen die Größe der Einfallwinkel eines durch den Flügel
hindurchgelegten Schnittes P in verschiedenen Winkelstellungen dar.
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Die harmonische Kurve iw veranschaulicht den Fall starrer, d. h. nicht
finit der DreU-achse gelenkig verbundener, umlaufender Flügel. Aus diesem Grunde
ist die Kurve W flacher als die Kurve x, die jedoch auch harmonisch verläuft; in
dieser Kurve ist der Fall dargestellt, daß die Flügel in der üblichen Weise angelenkt
sind, d. h. die Gelenke stehen senkrecht auf der Symmetrieachse der Flügel! Mit
M und m sind die höchsten bzw. tiefsten Stellungen in bezug auf die
vom Flügel beim Flug eingenommene Hauptdrehebene bezeichnet; es ist bemerkenswert,
daß diese Stellungen mit den Winkelstellungen von 9o° bzw. 27o° nicht übereinstimmen.
Die Verschiebung wird durch die Trägheit des Flügels bewirkt, die auf jeden Fall
das Auf- bzw. Abwärtsbewegen des Flügels erst hinter der die Flugrichtung andeutenden
Linie (im Drehsinn der Flügel gerechnet) erfolgen läßt.
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Die Kurve y stellt die Wirkung dar, die infolge der gemäß der Erfindung
gewählten Neigung der Gelenke erzielt wird. Da die größte Änderung des EinfaUwinkels
in der höchsten und tiefsten Flügelstellung :erzielt wird, sind die Punkte der größten
Abweichung gegenüber der Kurve x verschoben.
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Die Kurve z stellt dagegen die geometrische Summe der Kurven
x und y dar; aus ihr ist ersichtlich, daß der Bereich, in dem sich
der Einfallwinkel bei einer vollständigen Umdrehung ändert, durch die Neigung des
Gelenks kleiner geworden ist, und es ist leicht einzusehen, daß dadurch der allgemeine
Wirkungsgrad des Flügelsystems verbessert wird.