DE627771C - Flugzeug - Google Patents

Description

Es ^st bekannt, daß lange, schmale Tragflügel bei Flugzeugen einen um so kleineren induzierten Widerstand aufweisen, als das Seitenverhältnis, d! h. das Verhältnis mittlere Flügeltiefe zu Flügelspannweite, immer kleiner wird, die Flügel also immer schlanker werden. Der induzierte Widerstand nähert sich bei äußerst schmalen und auch sonst zweckmäßig gebauten Flügeln dem Werte Null, und

ίο es bleiben fast nur noch der Reibungswiderstand der Flügel- und Rumpfoberfläche und die sog. schädlichen Restwiderstände, die man sowieso möglichst zu vermeiden trachtet, übrig. Um die schädlichen Widerstände zu verringern, hat man seit Jahrzehnten die äußere Verspannung der Flügel, die früher aus Streben und runden Drähten oder Drahtseilen bestanden, verlassen und die Flügel selbst frei tragend.gebaut. Obwohl die Flügel

ao dadurch schwerer und auch dicker wurden, so gilt doch die frei ■fragende Bauart, wenigstens bei Eindeckern, bis heute als die Form des geringsten Widerstandes. Durch das rasche Anwachsen des Flügelgewichtes mit abnehmendem Seitenverhältnis wurde aber sehr bald eine Grenze erreicht, die heute mit einem Seitenverhältnis von 1: 30 bei Segelflugzeugen bereits überschritten sein dürfte. Das Rüstgewicht der Maschine beträgt hierbei bereits das Fünffache der Nutzlast. Die Flügel werden außerordentlich, biegsam, und es besteht die Gefahr, daß sie durch Eigenschwingungen in der Luft abbrechen. Allein schon durch die schweren Flügel mußte die Fläche der Flügel fast verdoppelt werden, worin wieder das hohe Rüstgewicht begründet liegt. Für Motorflugzeuge, welche nicht nur das Gewicht einer einzigen Person, sondern große Gewichte für Fahrgasträume und Motoren in der Mitte zu tragen haben, war bisher an solche Seiten-Verhältnisse, wie sie aerodynamisch erwünscht sind, nicht im entferntesten zu denken. Dies war um so bedauerlicher, als man wußte, daß die Pferdestärken, die nötig waren, um das Flugzeug in der Luft zu erhalten, bei einem Seitenverhältnis von 1 : 30 nur den sechsten Teil von denen "betragen würden, welche bei einem Seitenverhältnis von 1 : 5 nötig wären.

Man hat zwar versucht, bei Segelflugzeugen durch verhältnismäßig kurze Streben, welche nicht bis zu */₃ der Flügelspannweite reichten (abgestrette Bauart), die statischen Verhältnisse zu verbessern, aber es blieben immer noch mindestens ²/₃ der Flügelspannweite frei tragend und damit schwer und doch elastisch. Man ist aber nicht darauf gekommen, eine richtige Außenverspannung, also Abfangen von Punkten des Flügels über die halbe Flügellänge hinaus, auszuführen, weil man überzeugt war, daß der schädliche Luftwiderstand dieser Außenverspannung zu groß sei.

Nun hat aber eineeingehendeUntersuchung der Einzelwiderstände, die eine solche Außenrerspannung erzeugt, das Ergebnis gebracht,

daß bei geeigneter Formgebung der Außenverspannung der schädliche Einfluß der Außenverspannung wesentlich Heiner ist als die "Verbesserung- des Flugzeuges durch das bessere Seitenverhältnis. Insbesondere bei außergewöhnlich günstigem Seitenverhältnis tritt dieser Vorteil stark hervor.

Die Erfindung besteht in der praktischen Auswertung der Erkenntnis, daß durch die vo Anwendung der an sich- bekannten Außenverspannung auf Tragflügel mit eineih. Seitenverhältnis von schlanker als I : 20 überraschende Vorteile erzielbar sind, ' "

Wichtig für die Erreichung dieser Vorteile ist die Durchbildung der Außoiversparmung mit möglichst geringem Luftwiderstand. -.t?azu kommen die an sich bereits bekannten Profildrähte äri^vStelle -der Drahtserle "in-Anwendung." Die'' bisher verwendeten" Pr öfildrähte neigen aber zu Schwingungen quer zur Flugrichtung, da, im ■· Gegensatz; -zu\ tundeti"* Drähtehr tei"scfiräger Anbläsühg' der Angriff der Luftkräfte von vorn; nach,-hinten, .und zurück wandert, so daß der fläch geformte Draht beständig gedreht wird. Diesem Nachteil hilft die Erfindung damit ab, daß die Pronldrähte nach einem sog."dFucTcpüfikffesten , Profil, d. h. mit einer S-förmigen Mittellinie,... geformt sind, bei welchem die Luftkraft imrrier äfi derselben Stelle bleibt,- der Draht also" nicht verdreht werden kann. Wird der Draht , nicht Mn" und "her verdreht, so hat er auch keinen Anlaß zu schwingenden Bewegungen quer zür"-Flugrichtung, und die Störung ist beseitigt: Versuche haben dies bestätigt. Durch- die. Verwendung von S-förmig durch- ;_: gebildeten Profildrähten wird daher erst die vorteilhafte" Verwendung τοπ- Profildrähte:iernjöglieht. ■- *-- - _Λ ■■·■ - '■'

' ;Die Erfindung ist in den Fig. 1 bis 8 ver-. anschaulichfe Fig.' r zeigt das die Grenze bil-' :,; dende Seitenverhältnis von -ι :2ο an einem Flugzeuggrundriß mit· rechteckigen - Tragfliigelnf^Figv, 2 "-mit trapezförmigen.. Tragflügeln,-Fig.-3, die Vorderansicht, eines". Landflugzeugesy Fig. 4 Grundriß und Fig: 5 Vor-. deransicht eines Wasserflugzeuges■■' mit einem Seitenverhältnis von ι :4ο, Fig. 5 a die Anordnung von -Stüteschwimmern, Fig. 6 den 50. Querschnitt ■ - der. bisherigen Profildrähte, Fig._:7;und 8 Profildrahtquerschnitte nach der Erfindung* · · .■■...-.

- Man. sieht jtn Fig. 1 Und 2; bei welchen das Verhältnis der . mittleren Flügeltiefe zur Flügelspiannweite 1 :20. beträgt, daß es sich bei der Erfindung um so schlanke, Flügel für Motorflugzeuge handelt, wie sie bisher kaum bei Segelflugzeugen ausgeführt wurden. ■ Fig. 3 und 4 zeigt demgegenüber Vorderansicht und Aufsicht eines Landeindeckers rnit_: eirigezqgenem _; Fahrgestell mit einem Seitenverhältnis von ι ; 40. Über dem Rumpf erhebt sich eine kräftige Strebe 1 bis zum Punkt 2. Bei 3 sind die Tragflügel 4 angeschlossen, die nach dem Rumpf 5 sowie nach dem oberen Punkt 2 mit den Profilspanndrähten 6 verbunden .sind. ,Das Neue an dieser an sich bekannten Außenverspannung ist das ungewöhnliche Seitenverhältnis von z. B. 1 : 40, wie es der Grundriß zeigt. Dort ist auch ersichtlieh, daß die schlanken Tragflächen 4 auch noch nach dem vorderen und hinteren Ende des Rumpfes durch die Profildrähte 7 verspannt sind. '

Fig. S zeigt die Vorderansicht, eines Wasserflugzeuges.' Während aber sonst Wasserflugzeuge entweder Stummel am Rumpf oder seitlich liegende Tragschwimmer jri der Nähe

■ des Rumpfes oder ganz außehlie'g'ende Stützschwimmer aufweisen, wird bei der gezeichneten Bauart sowohl die Seitenstabilität als auch das ^Herausheben des Rumpfes· aus "dem Wasser durch""die "WäsTertfagfläcEenS" be- -" wirkt. Im, Gegehsiatz: zu den bekannten Stummeln sind diese" Tragflächen viel schlanker .. ausgebildet. Ihre Form ist für das gezeichnete Beispiel im Grundriß in Fig. 4 durch die

■ gestrichelten- Binienr KenStlich. Die Wasser- -Jxagflächen8 haben bis zu den Strebeng ein Seitenverhältnis von 1:17. Von den Streben 9 an ist die Verspannung nach, den Außenflügeln 10 im Grundriß dreieckig. Die Wassertragflächen8 sind" ihrerseits wieder mit Streben 11 und Profildrähten 12 verspannt, die in dem gezeichneten Beispiel zum Teil mit der Hauptverspanrrung verbunden, sonst aber auch ganz unabhängig von der ;Hauptverspannung sein können. Durch das'gunstige Seitenverhältnis der Wassertragflächen hebt sich das Flugboot leichter aus 'dem Wässer heraus. Das Profil kann viel dünner als bei den üblichen Stummeln und daher mit wesentlich geringerem Luftwiderstand ausgeführt .werden. Der Bereich der Erfindung erstreckt sich daher nicht nur auf die eigentlichen Tragflügel, sondern mit einem. Seitenverhältnis von "schlanker als; ι: 8 auch auf Wassertragflächen. Diese Stützschwimmer haben das gleiche aufrichtende Stabilitätsmoment wie die bisherigen Stummel, nur daß. sie es bei kleinerem Querschnitt durch ihre größere Länge erreichen. Das Abkommen vom Wasser wird after darüber hinaus durch* die größere Spannweite wesentlich erleichtert.

■Das Herausheben-des Flugzeuges aus dem Wasser kann auch· unter-Wegfall der Wasserträgflächen 8 in üblicher Weise dem Rumpf 21 überlassen werden, der' dann eine hierfür zweckmäßige Form erhält. Die seitliche Stützung wird dann nur von, den Stütz- oder iap Fühlschwimmern 22 übernommen werden (Fig. 5 a). Diese sind als-riehtige Tragflächen

mit einem Seitenverhältnis von schlanker als ι : 2, aber so dünn ausgeführt, daß sie einer Außenverspannung bedürfen, um die Wasserschläge auszuhalten. Diese Außenverspannung kann entweder durch die Festlegung der Spanndrähte 24 und 25 an der Fläche 22 geschehen oder indem die Stützfläche 23 unter den Knotenpunkt 26 verlegt wird, wobei zweckmäßigerweise zwei Streben 27 die Außenverspannung .darstellen. Auch können beide Arten, so wie in Fig. 5 a gezeichnet, gleichzeitig übereinander verwendet werden. Die gezeichneten Bauarten sind nur Beispiele und schließen andere Anwendungen der Erfindung nicht aus.

Fig. 6 zeigt ein bisher übliches Profil (Querschnitt) eines Profilspanndrahtes. Alle Profile mit gerader Mittellinie 14 haben die Eigentümlichkeit, daß die Luftangriffskraft 15 bei dem Anstellwinkel α in der Flugrichtung nach hinten (in der Zeichnung nach rechts) in .die Lage 16 wandert, wenn der Anstellwinkel die Größe β erreicht. Die Folge ist eine Verdrehung des Profildrahtes nach dem gezeichneten Pfeil 17 (Fig. 6). Der Anstellwinkel wird dadurch wieder kleiner, der Tragquerschnitt biegt aber dann infolge seiner Massenträgheit nach der anderen Seite aus, wo sich dasselbe Spiel in entgegengesetzter Richtung wiederholt. Da der Draht fortgesetzt abwechselnd Luft von oben und unten bekommt, wird er durch seine Drehschwingung gleichzeitig zum kräftigen seitlichen Ausschwingen veranlaßt. Ist die Mittellinie nur einseitig gekrümmt, wie bei gewöhnlichen Flugzeugtragflügeln, so geschieht bekanntlich die Wanderung des Luftangriffes umgekehrt wie in Fig. 6; d.h. bei einer zufälligen Vergrößerung des Anstellwinkels wandert die Luftkraft nach vorn und vergrößert den Anstellwinkel noch mehr. Dadurch werden unmittelbar noch heftigere Ausschläge des Profildraht tes quer zur Flugrichtung die Folge sein.

Erst die Verwendung der bei Flugzeugflügeln bereits bekannten sog. druckpunktfesten Profile (Fig. 7 und 8), welche durch eine S-förmige Mittellinie 18 gekennzeichnet sind, beseitigt diese Nachteile. Die Anwendung des bekannten S-Profils auf Profilspanndrähte zur Verhinderung von Schwingungen ist neu und hat folgende Wirkungen: bei zufälligen Änderungen der Anblaserichtung, also Änderung des Anstellwinkels gegenüber .der bewegten Luft, geht die Luftkraft* immer durch den gleichen Punkt 19 des Profils. Es entsteht also kein verdrehendes Moment auf den Profildraht, sondern bei dem größeren Anstellwinkel β nur ein leichtes Heben des Drahtes infolge der größerenAuftriebkraft2O. Bei der Verkleinerung des Anstellwinkels geht der Draht wieder in seine ursprüngliche Lage zurück, ohne taktmäßige Schwingungen auszuführen. Fig. 8 zeigt auch ein Profil mit S-Linie, das aber hinten stumpf ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß seine Tragflügel bei einem Seitenverhältnis schlanker als 1 : 20 oder, falls sie als Stummel von Flugbooten ausgebildet sind, bei einem Seitenverhältnis schlanker als ι : 8 in an sich bekannter Weise über mehr als ein Drittel ihrer Spannweite durch Außenverspannung versteift sind.

2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Stützschwimmer als Flügelschwimmer mit einem Seitenverhältnis schlanker als ι : 2 ausgebildet und durch Außenverspannungen, gegebenenfalls unter Anschluß an die Tragflügel, versteift sind.

3. Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, .dadurch gekennzeichnet, daß die als Außenverspannung dienenden Profildrähte einen Querschnitt mit doppelt gekrümmter Mittellinie besitzen.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen