DE566398C - Flugzeug mit unter der Wirkung des Fahrwindes umlaufenden Tragflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug mit unter der Wirkung des Fahrwindes umlaufenden Tragflächen. Diese frei umlaufenden Tragflächen sind an ihre Drehachse derart angelenkt, daß sie unabhängig voneinander ausschwingen können. Die umlaufenden Tragflächen sind außen so verspannt, daß diese Verspannungsmittel beim Flug unwirksam sind, so daß alle von den umlaufenden Tragflächen auf den Flugzeugrumpf ausgeübten Kräfte, z. B. Hub- und Zentrifugalkräfte, beim Flug durch die an der Drehachse angeordneten Gelenke hindurch übertragen werden.

Es hat sich herausgestellt, daß die umlaufenden Tragflächen von Flugzeugen der erwähnten Gattung zur Erzeugung von Längsschwingungen in der Drehebene neigen, die jedoch keine großen Amplituden durch Re-

so sonanz bekommen können, wenn die Tragfläche in der Drehebene eine große Steifigkeit besitzt. Unter diesem Gesichtspunkt betrachtet, nimmt die Güte der Tragfläche mit dem Grad der Steifigkeit zu.

as Hingegen ist es wiederum nicht zweckmäßig, daß die Tragfläche in der senkrecht zur Drehebene gerichteten Längsebene große Steifigkeit aufweist, da sich infolge der Ablenkung der Tragfläche aus der zur Drehachse rechtwinkligen Ebene (um solche Ablenkung zu ermöglichen, sind die Tragflächen an die Drehachse angelenkt) Zentrifugalkräfte mit aerodynamischen Kräften und Trägheitskräften derart vereinigen, daß die Tragflächen in der zur Drehebene rechtwinkligen Ebene Biegungsbeanspruchungen ausgesetzt sind. Diese Beanspruchungen werden insoweit aufgehoben, als sich die Tragfläche durchbiegt. Eine große Steifigkeit der Tragfläche würde also eine hohe Beanspruchung der Haupttragholme der Tragfläche zur Folge haben. Obgleich die eine Durchbiegung hervorrufenden zentrifugalen und aerodynamischen Kräfte periodisch auftreten, stellen sich, wie Versuche ergeben haben, doch keine unerwünschten Resonanzschwingungen ein, wenn die Steifigkeit der Tragfläche in der senkrecht zur Drehebene gerichteten Ebene so klein wie möglich ist, soweit sich dies noch mit der allgemeinen Widerstandsfähigkeit und Dauerhaftigkeit der Tragfläche vereinbaren läßt.

Aus diesem Grunde haben nach der Erfindung die Tragflächenflügel senkrecht zur Grundrißebene ein wenigstens zwölfmal so kleines Widerstandsmoment wie in der Grundrißebene. Infolgedessen ist jedem Tragflächenflügel in der Grundrißebene eine

so große Biegungssteifigkeit verliehen, daß die in dieser Ebene durch die Komponenten aerodynamischer und zentrifugaler Kräfte sowie durch Trägheitskräfte hervorgerufenen Beanspruchungen sich praktisch nicht in einer Durchbiegung dieser Holme auswirken, während die Biegungssteifigkeit der Tragfläche in einer zur Grundrißebene senkrechten Ebene so gering ist, daß sich die Tragfläche in ίο einem solchen Maße in dieser Ebene durchbiegen kann, daß die durch die Komponenten aerodynamischer und zentrifugaler Kräfte sowie durch Trägheitskräfte in dieser Ebene sich auswirkenden Beanspruchungen wesent-Hch herabgemindert werden.

Die erwähnten Biegungssteifigkeiten beziehen sich also auf zwei Ebenen, die parallel oder senkrecht zur Grundrißebene, d. h. zu der Ebene liegen, welche die vordere Kante ao des Querprofils der Tragfläche mit deren rückwärtiger Kante verbindet. In diesen zwei Ebenen hat die Tragfläche also annähernd die größte oder geringste Steifigkeit. Da der Neigungswinkel klein ist, ist die Steifigkeit der Tragfläche in den obenerwähnten Ebenen praktisch gleich der Steifigkeit der Tragfläche in ihrer Drehebene oder in der hierzu senkrechten Ebene.

Den vorstehend geschilderten baulichen und aerodynamischen Bedingungen ist nach der Erfindung dadurch Rechnung getragen,, daß jeder Flügel an seiner vorderen Kante geradlinig ausgebildet ist und einen längeren Teil hat, dessen Kanten parallel zueinander verlaufen, während ein schmälerer und kürzerer innerer Teil mit ebenfalls parallelen Kanten in der Bewegungsrichtung nicht schmäler ist als die Hälfte der. Breite des längeren Teiles, wobei ein kurzer, sich verjüngender Teil die inneren und äußeren parallelkantigen Teile miteinander verbindet und die Spitze des Flügels nicht kürzer als die größte Breite und nicht länger als die doppelte größte Breite des Flügels ist. Dadurch, daß die Tragfläche an ihrer äußersten Spitze die größte Breite hat, ist sie in aerodynamischer Hinsicht allen Tragflächen überlegen, die bisher bei Flug-" zeugen mit umlaufenden Tragflächen verwendet wurden. Diese bekannten Tragflächen verjüngen sich merkbar im Grundriß nach der Spitze zu, die mehreremal so lang ist als die größte im Grundriß gemessene Breite der Tragfläche beträgt. Durch Versuche hat sich herausgestellt, daß diese Stelle der Tragfläche, die die höchste Umlaufgeschwindigkeit besitzt, also die nach der Spitze zu liegenden Teile der Tragfläche, die größte Wirkung haben und daß sich die Spitzenverluste nur merklich im Bereich der alleräußersten Spitze der Tragfläche auswirken. Wenn die Tragfläche ferner schräg zur Windrichtung umläuft, verändert sich das Stromlinienquerprofil der sich verjüngenden Teile der Tragfläche, wird ungleichmäßig und daher auch unwirksam. Bei der Tragfläche nach der Erfindung sind diese sich verjüngenden Teile daher so kurz wie möglich gehalten, soweit sich dies mit der Vermeidung einer zu plötzlichen Querschnittsänderung vereinbaren läßt.

Bei dieser Ausbildung der Tragfläche ist zweckmäßig der in der Nähe der Drehachse liegende Teil der Tragfläche etwas breiter bemessen, als es bisher üblich war. Dieser Teil der Tragfläche erhält hierdurch ein gutes Stromlinienquerprofil. Um die nachteiligen Folgen zu verringern, die sich dann einstellen, wenn der glatte, über die inneren Teile der Tragfläche hinwegstreichende Luftstrom abbricht, d. h. wenn sich die Tragfläche zurückbewegt, also entgegen der Flugrichtung des Flugzeuges bewegt, wird diesem inneren Teil der Tragfläche zweckmäßig ein Profilquerschnitt gegeben, bei dem das Verhältnis der Dicke zur Breite groß und die Mittelachse stark gekrümmt ist.

Bei der Tragfläche nach der Erfindung liegt das Massenzentrum des Flügels in bezug auf die Bewegungsrichtung des Flügels hinter dem aerodynamischen Druckzentrum des Flügels. Infolgedessen erzeugen beim Flug die zentrifugalen und" aerodynamischen Kräfte in jedem Punkt der Tragfläche ein Kräftepaar, das das Bestreben hat, die Tragfläche unter Vergrößerung des Neigungswinkels zu verwinden.

Frei umlaufende Tragflächen wurden bisher zur · Erzielung guter aerodynamischer Wirkungen beim Flug so ausgebildet, daß der Neigungswinkel der Tragfläche von ihrer Wurzel nach ihrer Spitze zu (bei unbelastetem Zustand) wächst. Diese Ausbildung ist mit Nachteilen verknüpft, die lieh bei Beginn des Umlaufs der Tragfläche auswirken. Um die Tragfläche in Umlauf zu versetzen, ist nämlich ein kleiner Neigungswinkel i°5 zweckmäßig. Die Tragfläche nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß sie sich bei Beginn des Umlaufes nicht verwindet und einen Neigungswinkel von 1 bis 2⁰ hat. Außerdem hat die Tragfläche nach der Erfindung eine geringe Torsionssteifigkeit, so daß sie unter der Wirkung der obenerwähnten Kräfte in einem solchen Ausmaß nachgiebig verwunden wird, daß der Neigungswinkel an der äußersten Spitze der Tragfläche um etwa 2⁰ gegenüber dem unbelasteten Zustand zunimmt.

Zwei Ausführungsformen der Tragfläche nach der Erfindung sind auf der Zeichnung dargestellt.

Fig. ι zeigt eine umlaufende Tragfläche im Grundriß.

Fig. 2 zeigt ein Bruchstück der Tragfläche nach Fig. ι im Grundriß bei abgenommener Verkleidung in größerem Maßstabe.

Fig. 3 ist ein Querschnitt des im Grundriß schmälsten Teiles der Tragfläche nach Fig. ι; diese Darstellung ist schematisch, da nur das Stromlinienquerprofil und die Art der Befestigung der Stoffbahn gezeigt ist.

Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie C-C ίο der Fig. 2 und zeigt den Hauptholm und die Vorderversteifung der Tragfläche.

Fig. 5 zeigt in einer der Fig. 4 entsprechenden Darstellung eine Abänderungsform, bei welcher der Holm aus einzelnen gewellten Metallblechen zusammengesetzt ist.

Fig. 6 zeigt eine Schelle zur Befestigung der Spanten.

Fig. 7 zeigt ein Bruchstück einer Abänderungsform der umlaufenden Tragfläche im Grundriß.

Fig. 8 zeigt einen Teil der Fig. 7 in größerem Maßstab.

Man kann bei der umlaufenden Tragfläche

20 im Grundriß vier Teile 21, 22, 23, 24 unterscheiden. Die Längskanten der Teile

21 und 23 verlaufen parallel zueinander, so daß die Tragfläche an diesen Stellen im Grundriß gleich breit ist. Die Teile 21 und

23 gehen mit einem sich verjüngenden Teil 22 ineinander über. Im Teil 21 hat die Tragfläche im Grundriß ihre größte Breite. Die Breite des Teiles 23 ist ungefähr gleich zwei Drittel der Breite des Teiles 21. Der sich verjüngende Teil 22 hat in der Richtung der Tragflächenachse gemessen eine Länge, die etwa das Eineinhalbfache der größten Tragflächenbreite beträgt. Die abgerundete Spitze

24 der Tragfläche ist nur wenig langer als die größte Breite der Tragfläche. Hieraus ergibt sich, daß der Tragflächenflügel senkrecht zur Grundrißebene ein etwa zwölfmal so kleines Widerstandsmoment hat wie in der Grundrißebene.

Baulich betrachtet ist der Teil 24 von dem übrigen Teil der Tragfläche getrennt.

Die strichpunktierte Linie 25 deutet die Mittellinie eines Hauptholmes 27 (Fig. 2) an. Die beim Umlauf des Flügels vorne liegende Kante 26 bildet in der ganzen Längenausdehnung der Tragfläche mit Ausnahme an der Spitze 24 im Grundriß eine gerade Linie. Konstruktiv betrachtet besteht die Tragfläche 20 aus einem rohrartigen Hauptholm 27 und einer die Vorderkante der Tragfläche bildenden Verkleidung, die aus einer dreifachen Lage von Planken aus Holz oder einem anderen festen Baustoff besteht. Ferner kommen Spanten 29, eine Längsstrebe 30 und ein Endholm 31 hinzu. Die Spanten liegen dicht beieinander mit einem Zwischenraum, der ein Fünftel bis ein Sechstel der größten Tragflächenbreite beträgt. Die Spanten sind mittels Bolzen o. dgl. an Schellen 32 befestigt, die zu diesem Zweck Ansätze 34 (Fig. 6) aufweisen. Die Schellen 32 sind auf den Holm aufgeschraubt und auf ihm mittels Schraubzwingen 33 befestigt. Um den Holm nicht zu oft durchbohren zu brauchen, können die Schellen abwechselnd nur mittels der Schraubzwingen befestigt werden, während die dazwischenliegenden Schellen auf den Holm hauptsächlich aufgelötet sind.

Die vordere Verkleidung 28 ist in beliebiger Weise, z. B. mittels Schrauben oder durch Aufleimen an den Spanten, befestigt. Auf diese Weise bilden der Holm, die Schellen, ferner die von der vorderen Verkleidung bedeckten Spanten und diese Verkleidung selbst einen innig zusammenhängenden Tragkörper, der im Querschnitt die Form eines plattgedrücktenD hat. Die Steifigkeit dieses Körpers ist in der Grundrißebene weit größer als in der Senkrechtebene, in der die Steifigkeit nur wenig größer ist als diejenige des rohrförmigen Holmes. Fig. 6 zeigt nur den Umriß des Tragkörpers, also ohne die Spanten. Bei der Abänderungsform nach Fig. 5 besteht der Tragkörperholm 270 aus zusammengenieteten gewellten Flacheisen 271, wobei die Metallverkleidung 280 an den Punkten 28 r mit dem Holm vernietet ist. Wegen des kleinen Maßstabes der Fig. 5 sind die Niete selbst nicht gezeichnet.

Fig. 4 zeigt auch die zweckmäßige Gestaltung des Querprofils des schmälsten Teiles 23 der Tragfläche 20.

Die in Fig. 7 und 8 dargestellte Ausführungsform ist aus Metallteilen zusammengebaut. An einem rohrförmigen Holm 272 sind Schellen 320 mittels Schraubzwingen 330 und Muttern 311 befestigt. An die Schellen 320 sind U-förmige Spanten 290 angenietet. Die hinteren Nieten 275 befestigen abwechselnd an den Spanten auch Diagonalverspannungen 274, an deren Enden ein zweiter Holm 273 in beliebiger Weise befestigt ist, der einen U-förmigen oder andersgestalteten Querschnitt haben kann. Die hinteren Enden der Spannglieder 274 können an den Stegen der Spanten 290 befestigt sein, deren Flansche mit "° dem Holm 273 verbunden sind. Die Holme 272, 273 und die Diagonalstreben 274 bilden auf diese Weise einen Dreiecksverband von beträchtlicher Steifigkeit in der Grundrißebene der Tragfläche. Eine Blechverkleidung 282 ist auf die Spanten an den Stellen 283 angenietet, wodurch die Steifigkeit der Tragfläche in die Grundrißebene erhöht wird. Der ganze Tragkörper ist dagegen senkrecht zur Grundrißebene nicht viel steifer als der rohrförmige Holm 272 für sich allein.

Bei beiden der beschriebenen Ausführungs-

formen, wird der Hauptteil der Torsionssteifigkeit von dem rohrförmigen oder aus einzelnen Trägern zusammengebauten Hauptholm aufgebracht.
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Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Flugzeug mit unter der Wirkung des Fahrwindes umlaufenden Tragflächen, dato durch gekennzeichnet, daß die Tragflächenflügel senkrecht zur Grundrißebene ein wenigstens zwölfmal so kleines Widerstandsmoment haben wie in der Grundrißebene.
2. 2. Tragflächenflügel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenzentrum des Flügels in bezug auf die Be-■ wegungsrichtung des Flügels hinter dem aerodynamischen Druckzentrum des Flügels liegt.
3. 3. Tragflächenflügel nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel an seiner vorderen Kante (26) geradlinig ausgebildet ist und einen längeren Teil (21) hat, dessen Kan- as ten parallel zueinander verlaufen, während ein schmälerer und kürzerer innerer Teil (23) mit ebenfalls parallelen Kanten in der Bewegungsrichtung nicht schmäler ist als die Hälfte der Breite des längeren Teiles (21), wobei ein kurzer, sich verjüngender Teil (22) die inneren und äußeren parallelkantigen Teile miteinander verbindet und die Spitze (24) des Flügels nicht kürzer als die größte Breite und nicht länger als die doppelte größte Breite des Flügels ist.
4. 4. Tragflächenflügel nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere parallelkantige Teil (23) ein Flügelprofil aufweist, das in bekannter Weise einen Auftriebskoeffizienten von 120 oder mehr besitzt, und dessen Mittelachse stark gekrümmt ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen