DE605663C - Verfahren und Einrichtung zur Erhaltung der Auftriebskraft von Flugzeugtragfluegeln und anderen Quertriebskoerpern beim UEberschreiten des kritischen Anstellwinkels - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
15. NOVEMBER 1934

. REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 605663 KLASSE 62b GRUPPE 4os

Dr. Gian Domenico Mattioli in Padua, Italien

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. August 1933 ab

Bei Flugzeugen besteht ein die Sicherheit des Fluges besonders staxk beeinträchtigender Umstand, der das Flugzeug zum Trudeln bringen kann, darin, daß die Auf triebskurve als Funktion der Anstellung des Flügels bis zu einem bestimmten Wert des Anstellwinkels, etwa 14 bis 16 °, ansteigt und von diesem Punkt an rasch zu fallen beginnt. Daraus folgt, daß ein Luftfahrzeug, wenn es sich absichtlich oder unwillkürlich unter einem diesen kritischen Wert übersteigenden Anstellwinkel einstellt, unlenkbar wird und der Führer, wenn er nicht sehr geschickt ist, ins Trudeln gerät. Es kann wohl behauptet werden, daß ungefähr siebzig Prozent sämtlicher Unglücksfälle beim Flug dieser Ursache zuzuschreiben sind.

Es ist daher für die Flugtechnik ein Problem von wesentlicher Bedeutung, das Abfallen der Auftriebskurve beim Überschreiten des kritisehen Anstellwinkels zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird eine Erhaltung der Auftriebskraft von Quertriebskörpern, wie Tragflügeln und Leitwerkflächen von Luftfahrzeugen, Luftschrauben, Schiffspropellern u. dgl., in solchem Ausmaße erreicht, daß die Auftriebskurve bis zu einem Anstellwinkel von etwa 32 bis 34° ansteigt oder nicht absteigt.

Die Erfindung geht davon aus, die sich um einen Ouertriebskörper herum büdende Abströmung zu beeinflussen. Es ist bekannt, daß auf Quertriebskörper, wenn sie sich in einer Strömung befinden oder sich selbst in einem ruhigen Fluidum bewegen, das umgebende Mittel eine Kraft ausübt, deren zum Strom normale Komponente, der Auftrieb, von der Geschwindigkeit der Zirkulation des Fluidums um die Querschnitte des Quertriebs- oder Tragkörpers abhängig ist. Um die Auftriebskomponente zu vergrößern, ist es zweckmäßig, die Zirkulation des den Tragflügel umgebenden Mittels soviel als möglich zu steigern. Nun hat die Erfahrung gezeigt, daß die Zirkulation um den Tragkörper abnimmt, sobald die Stromlinien auf dessen Oberseite, d.h. auf der Seite, nach welcher die dynamische Wirkung gerichtet ist, sich ablösen oder abreißen, bevor sie sich wieder mit denen vereinigen, welche die Unterseite des Tragkörpers bestreichen. Dieses vorzeitige Abreißen der Stromlinien ereignet sich beispielsweise bei gewöhnlichen Tragflügeln von Flugzeugen, sobald der Anstellwinkel genügend große Werte erreicht.

Auf Grund dieser Feststellungen wird erfindungsgemäß die Verminderung des Auftriebes von Flugzeugtragflügeln und anderen Quertriebskörpern beim Überschreiten des dem höchsten Auftrieb entsprechenden kritischen Anstellwinkels durch Einwirken auf die der

Flügeloberfläche zunächst liegende Strömungsschicht, die sogenannte Grenzschicht des Fluidums, gehindert, indem diese Grenzschicht des Fluidums in der Zone der Eintrittskante des Quertriebskörpers in turbulente Bewegung versetzt wird.

Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung wird nach der Erfindung beispielsweise dadurch erhalten, daß in der to Zone der Eintritts- oder Vorderkante des Tragkörpers wenigstens ein Organ vorgesehen wird, dessen Querschnitt von der Größenordnung der Dicke der zu beeinflussenden Grenzschicht ist. Durch diese Anordnung wird bei großen Anstellwinkeln, die über den kritischen Anstellwinkel hinausgehen, das allmählich beschleunigte Ablösen der Stromlinien an der Oberseite des Tragflügels bei zunehmendem Anstellwinkel verhindert oder wenigstens vermindert und damit in einem weiten Anstellungsbereich eine wesentlich konstante Tragkraft erzielt. Wenn das oder die erfindungsgemäß vorzusehenden Organe an Stellen angeordnet-werden, die von denen leicht abweichen, an welchen das angegebene Ergebnis erzielt wird, läßt sich auch einfach nur eine Vergrößerung des Anstellwinkels für größten Auftrieb im. Vergleich zu einem dieser Anordnung entbehrenden Tragflügel erzielen.

Dadurch, daß die Schicht des mit dem Tragflügel in Berührung befindlichen Fluidums in Wirbelbewegung versetzt wird, ist das Anhaften des Fluidums an dem Tragflügel beträchtlich vermindert und somit die Wirkung der Viskosität verringert, welche die Hauptursache des vorzeitigen Abreißens der Stromfäden ist. Das oder die zur Strömungsbeeinflussung bestimmten Organe können z. B. aus Drähten, Lamellen, Stäben verschiedener Art bestehen, welche in der in der Eintritts- oder Vorderkante des Tragkörpers gelegenen Zone angeordnet werden.

Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung beispielsweise einige Ausführungsformen der Strömungsbeeinflussungseinrichtung nach der Erfindung und läßt deren Wirkungsweise näher erkennen. Abb. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform im Querschnitt und in schaubildlicher Wiedergabe. Abb. 3 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher das strömungsbeeinflussende Organ aus einem Stab besteht. In Abb. 4 sind verschiedene Profile dieses Stabes wiedergegeben. Abb. 5 und 6 zeigen Anordnungen mit zwei und mit drei Strömungsteilenden Organen. Abb. 7 läßt die Vereinigung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung mit dem bekannten sog. Schlitzflügel erkennen. Abb. 8 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei einem Drehzylinder. Bei der Anordnung nach Abb. 1 und 2 ist vor dem Flugzeugflügel B in geeigneter, experimentell zu bestimmender Lage in der Gegend der Eintrittskante, welche schematisch durch die gestrichelte Linie R angedeutet ist, ein Draht A gespannt, welcher das Turbulenz erzeugende Organ bildet. Der Draht A ist am Flügel B auf irgendeine Weise, z. B. mittels zweier am Flügel B angebrachter Tragarme C, befestigt, wie Abb. 2 zeigt.

Gemäß Abb. 3 besteht das strömungsbeeinflussende Organ, welches erfindungsgemäß den Zweck hat, die Grenzschicht des den Flügel B umgebenden Mediums in Turbulenz zu versetzen, aus einem in der Zone der Eintrittskante R angeordneten Blatt oder einem Stab A₁. Der Querschnitt dieses Blattes oder Stabes, welcher von derselben Größenordnung wie die zu beeinflussende Grenzschicht ist, kann eine beliebige Form erhalten, wofür in Abb. 4 sieben Auslührungsbeispiele angegeben sind.

Bei der in Abb. 5 dargestellten Anordnung sind zwei Drähte A_z vorgesehen, die wieder in der Zone der Eintrittskante des Tragflügels B angeordnet sind, während gemäß Abb. 6 in der Zone der Eintrittskante eines größeren Flügels B drei Drähte A₃ gespannt sind. Die Drähte A₂, A₃ der Abb. 5 und 6 können ähnlich wie der Drahte der Abb. 1 und 2 am Flugzeugflügel gehalten sein.

In der Abb. 7 ist vor dem .Hauptflügel B unter Freilassung des Schlitzes D ein kleinerer Hilfsflügel angeordnet. Das die Strömung beeinflussende Organ A₁ wird erfindungsgemäß vor der Eintrittskante des Flügels B angeordnet, und zwar im wesentlichen längs der unteren Öffnung des Schlitzes D.

Bei Verwendung der Erfindung an Schiffsoder Luftschrauben wie auch bei anderen Propellern, deren Wirkung sich aus der Bewegung eines Tragflügels in einem sie umgebenden lop Fluidum. ableiten läßt, werden das oder die Strömungsbeeinflussenden Organe vor der Kante des im Fluidum sich bewegenden Flügels angeordnet. Bei Drehzylindern oder in ähnlichen Fällen ist als Anstellwinkel der Winkel zu verstehen, welcher dem Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der beweglichen Oberfläche und der Fortschreitungsgeschwindigkeit entspricht. Wie Abb. 8 zeigt, wird bei einem solchen Drehzylinder das strömungsteilende Organ, das z. B. aus zwei Drähten A₅ besteht, in der Gegend der Eintrittskante der Bogenflächei⁷ angeordnet, welche einen Teil des im Pfeüsinne χ umlaufenden Zylinders E umgibt, der sich in einem-in der Richtung y strömenden Medium befindet.

Die Erfindung kann im einzelnen auch in einer von den Beispielen der Zeichnung abweichenden Weise ausgeführt werden. Beispielsweise lassen sich anstatt eines oder mehr-erer kontinuierlicher Elemente auch Teilelemente anordnen, welche miteinander gleich-

gerichtet sein können oder nicht. Ferner können Mittel zur Regelung der Wirkung der strömungsbeeinflussenden Organe, z. B. zur Regelung der Spannung der Drähte, vorgesehen werden. Die die Strömung beeinflussenden Organe, wie z.B. Drähte, Streifen, Stäbe, können auch durch. Zwischenträger gehalten werden. Schließlich können die Strombeeinflussungsorgane auch zu anderen Zwecken dienen, indem ίο sie beispielsweise gleichzeitig als Luftleiter für Radiosender verwendet werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Erhaltung der Auftriebskraft von Flugzeugtragflügeln und anderen Quertriebskörpern beim Überschreiten des kritischen Anstellwinkels, dadurch gekennzeichnet, daß die der Oberfläche des

   ao Quertriebskörpers zunächst liegende Strömungsschicht, die sogenannte Grenzschicht des Fluidums, durch in der Zone der Eintrittskante des Quertriebskörpers vorgesehene Beeinflussungsmittel in turbulente

   as Bewegung versetzt wird,
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eintrittskante des Quertriebskörpers mindestens ein im Querschnitt die Größenordnung der Dicke der Grenzschicht aufweisendes Organ derart angeordnet ist, daß dadurch das Fluidum der Grenzschicht am Quertriebskörper in turbulente Bewegung versetzt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die strombeeinflussenden Organe aus Drähten, Streifen, Blättern oder Stäben bestehen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die strombeeinflussenden Organe aus einer Vereinigung von Drähten, Streifen, Stäben oder gleichwertigen Körpern bestehen.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die strombeeinflussenden Organe aus gleichgerichteten oder nicht gleichgerichteten Teilelementen bestehen.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die strombeeinflussenden Organe zwangsläufig oder selbsttätig beweglich sind.
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die strombeeinflussenden Organe von am Quertriebskörper angebrachten Trägern gehalten sind, die mit Spannungsreglern zusammenarbeiten können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen