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Schwanzloses Flugzeug, dessen Flügel in einer nach vorn offenen Pfeilform
angeordnet sind Die theoretische und experimentelle Flugtechnik setzt uns heute
in die Lage, ein Drachenflugzeug bis auf geringe Abweichungen in seinen Leistungen
vorauszuberechnen. Die Wichtigkeit der Herabsetzung der Widerstände zur Leistungserhöhung
ist allgemein bekannt. Bei der Berechnung werden die Widerstände der Auftrieb erzeugenden
Tragflächen getrennt von den übrigen schädlichen Widerständen erfaßt. Die Widerstände
der Tragflächen selbst sind bei allen Drachenflugzeugen unvermeidlich und können
innerhalb beschränkter Grenzen durch richtige Auswahl des Profils, der Tragflächenumrisse
und der Tragflächenanordnung nur noch beeinflußt werden. Zu den schädlichen Widerständen
rechnet man die Widerstände aller anderen Zwecken als der Auftriebserzeugung dienenden
Teile, z. B. des Rumpfes, des Fahrwerkes, der Motoreinbauten usw. und der Steuerungs-
und Stabilisierungsflächen bei den üblichen Anordnungen :derselben hinter dem Tragwerk.
Eine einzelne Fläche mit dem gebräuchlichen nach oben gewölbten Profil ist immer
instabil, d. h. die Druckpunktwanderung bei der Störung :einer Gleichgewichtslage,
bei welcher die Luftkraftresultierende durch den Schwerpunkt geht, ruft Momente
hervor, welche das System noch weiter aus der Gleichgewichtslage zu entfernen suchen.
Zur Stabilisierung des Tragwerkes wurde nun denn Vorbilde der Natur, dem Vogel,
entsprechend eine Stabilisierungsfläche angewendet, welche als Schwanzfläche hinter
dem Tragwerk liegt. Diese Form des Drachenflugzeuges mit hintenliegendem Schwanzleitwerk
hat sich allmählich als Normaltyp herausgebildet, obwohl dieVerringerung des Gesamtleistungswirkungsgrades
durch diese Anordnung auf der Hand liegt. Die Anordnung .des Leitwerkes vor dem
Tragwerk, das Entenflugzeug, konnte sich dagegen nicht durchsetzen, obwohl hier
die Leistungsverminderung wegfiel, weil das Leitwerk zum Gesamtauftrieb beitrug.
Der Grund dafür liegt u. a. im statistischen Aufbau, in den ungünstiger Sicht- und
Armierungsverhältnissen bei Kriegsflugzeugen u. dgl.
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Die Nachteile des normalen Rumpfflugzeuges mit hirtenliegendem Leitwerk
treten mit zunehmender Verfeinerung der aerodynamischen Gestaltung und mit der Vergrößerung
der Flugzeuge immer mehr in Erscheinung. Aus Gründen der Stabilität und Steuerbarken
sind große Teile des leitwerktragenden Rumpfes zur Unteribringung von Lasten nicht
mehr auszunutzen. Diese Nachteile können durch ein schwanzloses Einflächenflugzeug
vermieden werden, vorausgesetzt daß es gelingt, die Fläche zu stabilisieren und
in jeder Lage steuerbar zu erhalten. Der erste Versuch eines leitwerklosen Flugzeuges
wurde von D u n n e unternommen. EinestarkePfeilform nach hinten sollte in Verbindung
mit einer verwindbaren Fläche die Stabilität und in beschränktem Maße auch die Steuerbarkeit
sichern.
Wenn auch bei diesem Flugzeug der schädliche Widerstand eines nur der Verbind -ng
zwischen Tragfläche und Leitwerk dienenden Rumpfes und eines besonderen Leitwerkes
wegfiel, so konnte es sich doch wegen seiner nicht alle Anstellwinkel und Fluglagen
umfassenden Steuerbarkeit nicht durchsetzen. Dazu kommt wie auch bei späteren ähnlichen
derartigen Konstruktionen, bei welchen die der symmetrischen Steuerbarkeit und Stabilisierung
dienendenOrgane hinter dernSchwerpunkt angeordnet sind, der Nachteil der ungünstigen
Leistungsbeeinflussung, welche die des normalen Rumpfflugzeuges mindestens erreicht
und sie bei gleicher erstrebter Ruderkraft noch übertrifft. Der nächste Schritt
zur Beseitigung der erwähnten Nachteile des Flugzeuges ohne eigentliches Leitwerk
mit denselben Nachteilen der Leistungsverminderung durch die Steuerungsorgane wie
beim normalen Rumpfflugzeug wäre das Flugzeug ohne eigentliches besonderes Leitwerk
mit Anordnung der Steuerungsorgane für die symmetrischen Bewegungen vor dem Schwerpunkt
entsprechend der Zweiflächenanordnung bei der Ente. Die primitivste Form eines derartigen
Flugzeuges wäre die in,der englischen Patentschrift 203 654 veröffentlichte
Anordnung einer nach vorn gestellten pfeilförmigen Fbiche mit den Steuerungsorganen
dex symmetrischen Bewegungen vor dem Schwerpunkt. - Bei der Entstehung und Begründung
der englischen Erfindung wurde allerdings dieser Vorteil nicht erkannt und konstruktiv
ausgewertet, was aus der eingezeichneten gleichzeitigen Verwendung von Organen zur
symmetrischen Steuerung hinter d'em Schwerpunkt (innenliegende Klappen) hervorgeht,
welche die obenerwähnten Nachteile der Leistungsverminderung bringen. Eine wesentliche
Verbesserung bedeutet die Ausbildung und Gestaltung eines Flugzeuges ohne besonderes
Leitwerk nach den im folgenden angegebenen Richtlinien.
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rDas Ziel der Erfindung ist ein Flugzeug, welches in jeder Lage und
bei jedem Anstellwinkel des Flugbereiches zwischen den absoluten Höchstwerten des
Norrwalkraftbeiwertes einwandfrei steuerbar ist. Hinsichtlich der symmetrischen
StabiIitätseigensahaften soll es dem normalen Rumpfflugzeug mindestens ebenbürtig
sein. Die schädlichen Widerstände eines nur der Steuerung und Stabilisierung dienenden
besonderen Leitwerkes sollen vermieden werden. Die Sicht und die Armierungsmöglichkenten
sowohl in Beziehung auf Angriff als auch Verteidigung sollen besser sein als die
des normalen Flugzeuges. Die Trägheitsmomente rum die Quer- und Hochachse sollen
zur Erzielung größerer Wendigkeit absolut kleiner werden als beim normalen Flugzeug
und zur Vermeidung des Trudelns von gleicher Größenordnung mit dem Trägheitsmoment
um die Längsachse sein. Die Steuerwirkung soll deshalb bei verhältnismäßig kleinen
Ruderkräften groß sein. Der aerodynamische Gesumtwirkungsgrad soll besser sein als
der normaler Flugzeuge und dem mit dem Drachenflugzeug- erreichbaren nahekommen.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Flugzeug ist in der Zeichnung
dargestellt.
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Eine Tragfläche bildet in ihrem mittleren Teil ein in der Flugrichtung
nach vorn offenes V. Dole äußeren Enden der Tragflächen bilden in der Verbindungslinie
der Punkte, welche gleiches Verhältnis ihres Abstandes von der Vorderkante zur Flächentiefe
haben, mit der Symmetrieebene des Flugzeuges einen Winkel von 9o° oder haben nur
eine :geringe Abweichung nach oben oder unten von dieser Stellung. Die äußeren Teile
tragen in bekannter Weise Klappen, welche bei gleichsinniger Bewegung die Höhen-
tnd Tiefensteuerung, bei ungleichsinniger Bewegung die Quersteuerung bewerkstelligen.
Die Flächenprofile der Tragflächen werden zweckmäßig symmetrisch gewählt, damit
in allen Lagen die höchste Steuerwirkung erzielt wird und das Sturzflugmoment verschwindet.
Bei Verzicht auf höchste Steuerbarkeit in allen Lagen können die inneren Teile auch
ein gewölbtes Profil haben, während die äußeren Teile zweckmäßig auch dann noch
symmetrisch .gestaltet werden. Das Verhältnis der inneren, nach vorn pfeilförmigen
Teile zu den äußeren, ohne Pfeilform oder nur reit geringer positiver oder negativer
Pfeilform angeordneten Teilen und der Grad der Pfeilform ist durch die Stabilitätsforderung
bei gegebener Schwerpuniktlage festgelegt. Dabei muß und kann auch ohne weiteres
den statischen, dynamischen und aerodynamischen Forderungen nach der Konzentration
-der größeren Flächeninhalte auf die inneren Teile Rechnung getragen werden. Die
Abbildung zeigt eine diesen Gesichtspunkten entsprechende Formgebung. und Flächenverteilung.
Die hier nicht einsgezeichneten und auch die eigentliche Erfindung nicht berührenden
Seitenleitwerke werden zur Verringerung des induzierten Widerstandes zweckmäßig
als Endscheiben mit spreizbaren Hinterenden. ausgebildet. Wenn diese Anordnung bei
der unsymmetrischen Stabilität sich störend bemerkbar macht, können die Seitenleitwerke
auch von den Flächenenden nach rückwärts gegen die Querachse durch -den Schwerpunkt
verschoben werden. Es ist auch möglich, diese Rückverlegung -dies Seitenleitwerkes
durch Pfeilform der äußeren Teile nach rückwärts
zu erzielen. Immerhin
bleibt auch in Beziehung auf die unsymmetrische Stabilität gegenüber dem Flugzeug
mit Pfeilform nach vorn über die ganze Spannweite immer ein Vorteil bestehen.
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Die beste Steuerbarkeit in allen Fluglagen wird erzielt durch die
Verwenidungeines symmetrischen Profils für die inneren und die äußeren Flächenteile.
Durch Verwendung eines symmetrischen Profils wird auch das Sturzflugmoment Null,
so daß auch in. dieser Lage die Steuerbarkeit keine Schwierigkeiten macht. Die Symmetrie
der äußeren Flächenteile gewährleistet bei gleichsinnigem (Höhenruder) und ungleichsinnigem
(Querruder) Ausschlag den höchsen Wirkungsgrad, weil durch Erhöhung der Wölbung
mit Hilfe der Klappen der Auftriebsbeiwert beim symimetrischen Profil am meisten
gesteigert werden kann.
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Eine eingehende Untersuchung der gesamten dynamischen Stabilität ergibt,
daß die beim entsprechenden normalen Flugzeug auftretenden Schwerpunktschwingungen
bis zu sehr hohen Anstellwinikeln beim oben beschriebenen schwanzlosen Flugzeug
bedeutend stärker gedämpft sind. Die Längsstabi= lität ist deshalb besser als beim
normalen Flugzeug. Die Leistungsverbesserung wird durch Wegfall eines besonderen
Leitwerkes (Widerstandsverminderung) und' durch die im gleichen Sinne wie die eingeleitete
Änderung der Luftkräfte am Tragwerk wirkenden Ruderkräfte erreicht.
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Durch die Möglichkeit der Sitzanordnung für den Führer vor dem mittleren
Tragflächenteil und durch die fehlende Pfeilform der äußeren Teile wird das Sichtfeld
bis in die Nähe des Idealfalles erhöht.
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Eine starre Armierung kann in :derselben Weise wie beim normalen Flugzeug
angebracht werden, während bei Rückendeckung mit beweglicher Armierung durch den
Wegfall des Leitwerkes ein nahezu unbegrenztes Schußfeld frei bleibt.
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Die Verringerung der Trägheitsmomente um die Quer- und Hochachse und
in geringerem Maße auch *um die Längsachse geht aus der Zeichnung hervor.
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Durch die gleiche Größenordnung der Trägheitsmomente um die Hoch-
und Längsachse einerseits und durch die kleine absolute Differenz der Trägheitsmomente
«um die Längs- .und Querachse andererseits ist eine Trudelgefahr ausgeschlossen
(s. Report 47 Aeronautical Research Institute Imperial University Tokyo, K i n g,
Flugeigenschaften beim Trudeln). Die größere Wendigkeit wird durch die Verringerung
der Trägheitsmomente u.nd die Erhöhung der Ruderkräfte gewährleistet.
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Die beschriebenen Vorteile bleiben sinngemäß auch bei Mehrdeckeranordnungen
bestehen.
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Die Vorteile der Erfindung sind zusammengefaßt folgende: Geringer
Raumbedarf, größere Wirtschaftlichkeit, Vereinfachung des Aufbaues, Wegfall nichttragender,
nur der Stabilisierung und Steuerung dienender Teile, bessere Sicht, bessere Armierungsmöglichkeiten,
keine Trudelgefahr, bessere Wendigkeit und Steuerbarken, höhere Leistungen.