DE651236C - Schwingfluegelrad, insbesondere zur Vor- und Auftriebserzeugung an Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

Es sind bereits Schwingflügelräder bekannt, deren Flügel entweder zur Energieabgabe an ein Strömmittel (z. B. als Antriebseinrichtung für Wasser- oder Luftfahrzeuge) oder zur Energieentnahme aus einem Strömmittel (z. B. zum Betriebe von Kraftmaschinen) während eines Umlaufs periodisch verstellt werden. Hierbei wird die Verstellung durch stets normal zu den Flügeln bleibende Führungsglieder bewirkt, die ein allen Fuhrungsgliedern gemeinsames exzentrierbares Organ steuert, jedoch so, daß die geometrischen Achsen der Führungsglieder stets in einem ideellen Punkte zusammenlaufen. Durch die Exzentrierbarkeit des gemeinsamen Organs nach Größe und Richtung der Exzentrizität läßt sich die Winkelgröße der Flügeleinstellung und die Lage ihres Bereiches je nach den Betriebsverhältnissen der mit derartigen Schwingflügelrädern ausgestatteten Fahrzeuge oder Kraftmaschinen ändern.

Die Bedingung, daß sich die Normalen zu den Flügeln stets in einem Punkte zu schneiden haben, hat besonders bei Schwingfiügelrädern für hohe Drehzahlen den Nachteil, daß die Anstellwinkel der Flügel über den in der Luftkrafttechnik zulässigen Höchstwinkel von 14⁰ hinausgehen können, woraus sich ernstliche Störungen in der Wirkungsweise des Schwingflügelrades ergeben würden.

Die Erfindung betrifft ein Schwingflügelrad, welches diesen empfindlichen Nachteil zu beheben gestattet. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung sind die Führungsglieder der Flügel an einem Ring angelenkt, der mit dem exzentrierbaren Organ angetrieben wird, und es sind die Führungsglieder an einem Ring angelenkt, der mit Bezug auf das exzentrierbare Organ in sich verdrehbar ist. Werden die Führungsglieder, was an sich bekannt ist, als krummlinige Schlitzkörper ausgebildet, so besteht ein weiteres Merkmal der Erfindung darin, daß die Schlitzkrümmung so geformt ist, daß sie selbsttätig den Flügelanstellwinkel auf eine aerodynamisch günstige Größe beschränkt. -

. Diese Anordnung gestattet eine geeignete Winkelverstellung des verdrehbaren Ringes in bezug auf das exzentrierbare Organ, nämlich die größten Anstellwinkel kleiner zu haiten und zugleich die kleinsten Anstellwinkel größer zu machen. Auf diese Weise läßt sich das Schwingflügelrad, unter Wahrung aerodynamischer Bedingungen, nach Belieben verschiedenen Betriebsverhältnissen anpassen, und die verschiedenen Anstellwinkel können bei allen diesen Verhältnissen innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden.

Da die Wirkung eines zu großen Anstellwinkels um so stärker in Erscheinung tritt,

je größer die Geschwindigkeit des Flügels auf seiner Flugbahn ist, so sind durch die Schlitzform selbsttätige Mittel gegeben, die^ den größten Anstellwinkel im Verhältnis zu" der jeweiligen Umlaufgeschwindigkeit des* entsprechenden Flügels verkleinern. Die Flügelanstellung läßt sich somit in Abhängigkeit von der Exzentrizität des exzentrierbaren Organs mittels ein.er' geeigneten Vorrichtung zur Übertragung der Bewegung selbsttätig steuern.

Die Einzelheiten der Erfindung sind durch die Zeichnung erläutert.

Fig. ι und 2 sind Skizzen zur allgemeinen

¹S Erläuterung der Arbeitsweise eines Schwingflügelrades, das die besonderen Merkmale der .Erfindung nicht zeigt.

"Fig. 3 zeigt schematisch vereinfacht den Einfluß der Verdrehbarkeit des Ringes.

Fig. 4 ist ein Aufriß eines Teiles eines Schwingflügelrades gemäß der Erfindung.

Fig. 5 zeigt ein Führungsglied mit gekrümmtem Schlitz für die Schwingflügel im Aufriß, und

Fig. 6 zeigt in ähnlicher Weise wie Fig. 5 eine abgeänderte Ausführungsform.

In den Fig. ι und 2 bezeichnen O die Drehwelle des Rades, α, b, c, d, e die um 8* ... 8^e schwingbar gelagerten Flügel und 4^a, 4^b, 4^C, 4^ 4^e.., zu den Flügeln stets senkrecht verlaufende Führungsglieder der Flügel. Diese Führungsglieder sind in der Darstellung der " Fig. ι bei 5^a... 5^e an einem zur Welle O konzentrischen Ring K und bei y^a ... J^e an

³^ einem in bezug auf die Welle O exzentrierbaren Ring L angelenkt. Das Rad läuft mit einer Geschwindigkeit W um und rückt mit einer Geschwindigkeit V vorwärts, so- daß jeder Flügel α ... e eine Zykloide ähnlich A beschreibt. Bei einer bestimmten Stellung von L schneiden sich die Normalen zu den Flügeln a ... e in einem Punkte m und die Verlängerungen der Führungsglieder 4^a... 4^e in einem Punkte m'. In Fig. 2 bezeichnet P den augenblicklichen Pol des Systems, d. h. den Punkt, der durch das Zusammentreffen der Normalen P 8 (Fig. 2) zu den Bewegungsbahnen der verschiedenen Punkte des beweglichen Körpers bestimmt ist.

Damit nun das Rad unter günstigen aerodynamischen Bedingungen arbeiten kann, müssen die einzelnen Flügel a ... β mit der relativen Windrichtung im jeweiligen Umlaufpunkte, d. h. mit der Richtung t^a .,. t^e, einen Winkel« (= A.P—8—m) (Fig. 2) bilden. Soll dieser Winkel für alle Flügel kleiner sein als der in der Aerodynamik höchstzulässige sog. kritische Winkel (praktisch 14⁰), dann muß der Abstand P—m hinreichend klein im Verhältnis zum Minimalabstand des Punktes 8 von den Punkten P und m sein,

d. h.. im" Verhältnis zur Differenz der Halbmesser R und r (Fig. 2).
'.■i Für kleine Vorwärtsgeschwindigkeiten des

'-J^adjes-wird-w klein, R-r verhältnismäßig- groß,

. so"; daß die obenerwähnte Bedingung sich leicht erfüllen läßt.

Wenn aber die Vorwärtsgeschwindigkeit

des Rades zunimmt, wächst das Verhältnis ^,

während das Verhältnis R-r sich verringert. Man kann daher die obenerwähnte Bedingung nur erfüllen, indem man den Abstand P—in derart herabsetzt, daß das Maximum des ^lP—8 — m kleiner als 14⁰ ist. Würde man jedoch den Abstand P—m verringern, so würde man gleichzeitig alle Winkel α verringern und infolgedessen auch die aerodynamischen Drücke auf die Flügel, da diese Drücke den Wert K · 5" · P—8² · W? · sin a haben, wobei K ein gleichbleibender Beiwert und S die Nutzfläche des Flügels ist. Um also eine Resultierende der aerodynamischen Drücke von gegebenem Wert zu erhalten, kann man den Abstand P—m nicht verringern.

Man erkennt aus Fig. 2, daß in gewissen Fällen, namentlich wenn die Vorwartsgeschwindigkeit hoch ist, der Punkt m derart gelegen ist, daß der durch den Flügel und die Tangente zu dessen Bewegungsbahn gebildete Winkel α übermäßig groß werden kann («'). Immerhin tritt dies nur ein für die im betrachteten Augenblick nahe dem Pol P und dem Punkt m gelegenen Flügel, d. h. also für den Flügel, der sich dann im Punkte 8' (Fig. 2) befindet.

Die Einrichtung, die es gestattet, die großen Anstellwinkel der Flügel besonders bei großen Apparaten mit sehr großer Drehzahl durch geringe Abweichung von der Konvergenz der Normalen zu den Flügeln zu verkleinern, besteht darin, daß die Führungsglieder an einem Ring L angelenkt sind, der mit Bezug auf das exzentrierbare Organ in sich verdrehbar' ist. Dies wird in Fig. 3 erläutert.

In Fig. 3 bezeichnen die punktierten Linien die Stellung der Teile 4, 5, 7, die sie in Fig. 1 no haben, 3^a ... 3^e die Parallelen zu den Flügeln ο ,.. e und t'^a ... t'^c die durch S" ... 5^e usw. gezogenen Parallelen zu den Tangenten t^a ... t^e (Fig. 1) an die ZykloideA. Nehmen wir an, daß der durch die Punkte 5 (Fig. 3) gehende Kreis if um einen kleinen Zentrierwinkel ß um den Punkt O gedreht wird und die Führungsglieder 4" ... 4" auch weiterhin durch die Punkte 7" ... 7^e gehen, so ersieht man aus der neuen Stellung3^αα ... 3^ce der Flügel und 4^aa ... 4^ee der Führungsglieder, die in stark- ausgezogenen Linien angegeben

ist, daß die eingetretene Verschiebung eine Vergrößerung der kleinsten Anstellwinkel (Flügel a, b, c, e) und eine Verkleinerung des größten Anstellwinkels (Flügel d) herbeiführt. Auf diese Weise ist es also möglich, die verschiedenen Anstellwinkel innerhalb einer gewissen Grenze zu Halten und ein Abreißen der Strömung zu vermeiden.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der

ίο Erfindung mit fünf Flügeln dargestellt; bei diesem Baumuster sitzt auf der Antriebswelle O eine Scheibe 11 fest, auf der ein Ring 37 drehbar angeordnet ist, beispielsweise durch Schlitze 37⁰, in die auf der Scheibe 11 befestigte Bolzen 37^s hineinragen. An diesem" Ring 37 sind bei 5 Führungsglieder 16 angelenkt, wobei die Gelenkzapfen 5 auf einem zur Welle O konzentrischen Kreis K (Fig. 1 und 3) angeordnet sind. In den zu den Flügeln senkrechten Schlitzen 4 der Führungsglieder gleiten Rollen 20, die von einem exzentrierbaren Organ 21, in diesem Falle ein Fünfeck, getragen und an diesem Organ entsprechend einem Kreis L (Fig. 1 und 3) angeordnet sind. Eine geeignete Vorrichtung gestattet es, die Winkelstellung des Ringes 37 in bezug auf das exzentrierbare Organ 21, d. h. der Kreise K und L zueinander, zu verändern. Diese 'Vorrichtung kann aus einem Ritzel 38 bestehen, welches mit einer Innenverzahnung des Ringes 37 kämmt.

Das exzentrierbare Organ 21 ist bei 24, 25 an parallele und gleich lange Schubstangen 26, 27 angelenkt, die ihrerseits wiederum bei 28,29 an ein Zwischenstück 30 angelenkt sind. Dieses Zwischenstück 30 ist bei 31, 32 an Schubstangen 33, 34 angelenkt, die parallel ■ und von gleicher Länge sind und bei 35, 36 an die Scheibe 11 angelenkt sind. Die Bauteile 24 bis· 36 dienen dazu, dem Fünfeck 21 trotz seiner Exzentrierbarkeit gegenüber der. Scheibe 11 dieselbe Winkelgeschwindigkeit zu wahren.

Die Exzentrizität des Organs 21 mit Bezug

*5 auf die Scheibe 11 kann also geändert werden, ohne deren Winkelstellung zu ändern, indem das Organ 21 durch eine geeignete (nicht dargestellte) Steuerung verstellt wird. Anderseits kann die Winkelstellung des Ringes 37 in bezug auf das Organ 21 geändert werden, und zwar mittels des Ritzels 38, derart, daß die Anstellwinkel der Flügel berichtigt werden.

Ebenso ließe sich eine Berichtigung der Anstellwinkel dadurch erreichen, daß man dem Schlitz 4 der Glieder 16 eine in bezug auf seinen Mittelpunkt unsymmetrische Form gibt. So besitzt das in Fig. 5 dargestellte Glied 96, das dem Glied 16 der Fig. 4 entspricht, einen Schlitz 97, der aus einem geraden und einem gekrümmten Teil besteht. χ ist die Stellung der Leitrolle 20, wenn das exzentrierbare Organ 21 'zur Welle konzentrisch ist. Verschiebt man nun dieses Organ nach oben, so gleitet die Leitrolle in den krummen ⁶S · Schlitzteil und zwingt den Teil 96, sich in der Pfeilrichtung zu drehen. Auf der entgegengesetzten Seite des Rades gleitet die Leitrolle im geraden Teil des Schlitzes und ändert nicht den Winkel, den man mit dem Glied 16 aus Fig. 4 erzielen würde.

In Fig. 6 ist die Rille 99 kreisbogenförmig ausgebildet, so daß bei Verschiebung des exzentrierbaren Organs nach oben das Führungsglied 98 in der Pfeilrichtung abbiegt, und auch das auf dem gegenüberliegenden Teil des Rades befindliche Führungsglied dreht sich in derselben Richtung. Man vergrößert auf diese Weise die Anstellwinkel der jeweils .oberen Flügel und verkleinert gleich- ^8o. zeitig die Winkel der jeweils unteren Flügel.

Die Wahl einer geeigneten Schlitzform gestattet die Änderung des Verhältnisses zwischen der Flügelanstellung und der Exzentrizität des exzentrierbaren Organs.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. SchwingfLügelrad, insbesondere zur Vor- und Auftriebserzeugung an Luftfahrzeugen, dessen Flügel durch parallel zur Flügelnormalen stehende Führungsglieder periodisch verstellt werden, die ein gemeinsames exzentrierbares Organ steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh- ^9S rungsgl ieder (16) an einem in bezug auf das exzentrierbare Organ in sich um einen Zentriwinkel verdrehbaren Ring angelenkt sind.

2. Schwingflügelrad nach Anspruch 1 mit als krummlinige Schlitzkörper ausgebildeten Führungsgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzkrümmung so geformt ist, daß sie selbsttätig den Flügeleinstellwinkel auf eine aerodynamisch günstige Größe beschränkt.

Hierzu r Blatt Zeichnungen