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Leitwerk für Luftfahrzeuge Die möglichste Verkleinerung des Luftwiderstandes
hat für Luftfahrzeuge, besonders Flugzeuge, große Bedeutung, nicht nur wegen der
vom Luftwiderstande abhängigen Fluggeschwindigkeit, sondern auch wegen des von ihm
abhängigen Gleitverhältnisses. Daher wüide es einen erheblichen Fortschritt bedeuten,
wenn es gelänge, von den üblichen Höhen- und Seitensteuerflächen die eine oder andere
Steuerfläche überflüssig zu machen. Der Fortfall der zum Seitensteuern dienenden
senkrechten Leitwerksflächen würde überdies den weiteren Vorteil ergeben, daß die
häufig auftretenden Luftböen keinen fühlbaren Einfluß mehr haben auf die Richtungseinhaltung
beim Starten und beim Fliegen. Auch würde die Sicht des Flugzeugführers nach hinten
nicht mehr behindert werden.
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Diese Erwägungen haben zu der Erfindung geführt, nach der ein Teil
der Leitwerksflächen, vorzugsweise die üblichen senkrechten Leitwerksflächen, mit
denen man bisher die Seitensteuerung bewirkte, fortfallen können. Erfindungsgemäß
können die Flächen des einzigen vorhandenen Leitwerks, vorzugsweise die Höhensteuerflächen
oder ein Teil von ihnen, aus ihrer normalen Mittelstellung heraus in eine solche
Stellung gebracht werden, daß die (ideelle) Achse, uni die die Stellungsänderung
stattfindet, mit der Längsrichtung des Luftfahrzeuges in Flugrichtung einen stumpfen
Winkel bildet. Dabei ist jede Ruderfläche ganz oder teilweise um zwei im Winkel
gegeneinanderstehende Achsen drehbar, d. h. in ihrer Anstellung veränderlich.
Hieraus ergeben sich Querkräfte, deren eine Komponente die gewünschte Seitensteuerwirkung
hat. Die auf der ersten Drehachse senkrecht stehende zweite Drehachse kann der ersten
Drehachse auf der anderen Flugzeugseite ungefähr parallel verlaufen. Um beim Seitensteuem
nicht auch eine ungewollte Höhenstenerwirkung eintreten zu lassen, wird gleichzeitig
mit der Abwärtsbewegung des einen Höhenruderteiles der einen Seite ein Höhenruderteil
der anderen Seite um eine Achse ebenfalls abwärts bewegt, die der Achse ungefähr
parallel ist, um welche der erste Ruderteil abwärts bewegt wird, beispielsweise
die Klappen 5
und 3 der Abb. :i. Der auf der einen Seite des Rumpfes
entstehende Abtrieb wird dann ausgeglichen durch den auf der anderen Seite entstehenden
Auftrieb.
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Durch die Erfindung wird weiterhin dafür gesorgt, daß diese neuartige
Seitensteuerung mittels der Höhensteuerflächen nicht durch unnötig starke Vergrößerung
des Luftwiderstandes erkauft wird. Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind
die zu beiden Seiten des Rumpfes befindlichen Steuerflächen pfeilfönnig angeordnet;
ferner können sie gekrümmt werden, und gleichzeitig ist ihr Anstellwinkel änderbar.
Bei pfeilförmiger Anordnung der Steuerflächen genügt die Krümmung der Steuerfläche
in einer Richtung, um eine Fläche zu schaffen, bei deren
Beaufschlagung
der Luftstrom eine Kraftkomponente erzeugt, die die gewünschte Seitensteuerwirkung
hat. Da jedoch bei dieser Art des Seitensteuerns auch eine nicht gewollte (wenn
auch nur schwache) Höhensteuerwirkung eintritt, wird außerdem der AnsteHwinkel der
Steuerflächen der anderen Seite geändert, so daß der gewünschte Auftrieb oder Abtrieb
zum Ausgleich der genannten Höhensteuerwirkung erzeugt werden kann. Diese Ausgleichkräfte
haben zur Folge, daß das Flugzeug sich zur Seite neigt, sich in die Kurve legt;
sie sind also nicht etwa nachteilig.
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Bei der pfeilförmigen Anordnung der Steuerflächen hat die Änderung
des Anstellwinkels (nach einfacher geometrischer Überlegung) ihrerseits ebenfalls
die Erzeugung von Querkräften zur Folge.
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Es ist bereits ein Leitwerk bekanntgeworden, welches, in der Flugrichtung
gesehen, V-Form hat. Bei ihm sind die Steuerflächen so verstellbar, daß gleichgerichtete
Seitenstenerkräfte erzeugt werden können. Dieses bekannte Leitwerk hat aber erhebliche
Nachteile. Einmal müssen die Steuerflächen unverhältnismäßig groß ausgeführt werden,
weil für die Höhensteuerwirkung nur die Projektion der V-förmig angeordneten Leitwerksflächen
in die waagerechte Ebene nutzbar ist. Die großen Steuer--flächen ergeben aber nicht
nur eine Gewichtsvermehrung, sondern vor allem auch eine Vergrößerung des Luftwiderstandes.
Weiterhin erschwert die V-förmige Anordnung der Leitwerksflächen auch die Richtungseinhaltung
beim Starten und beim Fliegen, wenn seitliche Luftböen auftreten.
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Auf der Zeichnung ist in Abb. i der Grundgedanke der Erfindung erläutert.
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Abb. 2 zeigt die Draufsicht auf das Leitwerk nach einer Ausführungsform
der Erfindung. Abb. 3 und Abb. 4 zeigen (unter vereinfachenden Annahmen)
die von den Steuerflächen nach Abb.:z einnehmbaren Stellungen.
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Abb. 5 ist die vergrößerte Darstellung einer Ausführungsform
des Stellzeuges, in der Pfeilrichtung A der Abb. 2 gesehen.
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Abb. 6 ist ein Grundriß zu Abb. 5.
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Abb. 7 ist ein Schnitt nach der Linie VII-VII der Abb.
6.
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Abb. i zeigt in schematischer Darstellung den Grundriß des hinteren
Teiles eines Flugzeuges. Das Leitwerk, das sowohl zum H öhensteuern als auch zum
Seitensteuern dient, besteht aus den im wesentlichen waagerecht angeordneten festen
Flächen i und 2 mit den Teilen 3, 4, 5
und 6, die um die pfeilförmig
angziordneteil Achsen 7, 8, 9, io klappbar sind. Zum Höhensteuern werden
zwei symmetrisch zum Rumpf ii angeordnete Klappen gleichzeitig im gleichen Sinne
verstellt. Wenn also beispielsweise die Klappen 5 und 6 gleichzeitig
nach unten verstellt werden, ergibt sich eine Vergrößerung des Auftriebes des Flugzeugendes,
so daß der Flugzeugschwanz gehoben wird.
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Soll dagegen eine Seitensteuerung stattfinden, dann werden zwei (oder
je zwei) diagonal zueinanderliegende Klappen in entgegengesetztem Drehsinne,
d. h. beide nach oben oder beide nach unten, verstellt. Wenn beispielsweise
die Klappe 3
nach unten und die Klappe 5 ebenfalls nach unten verstellt
wird, erzeugt einerseits die Klappe 3 einen Abtrieb und die Klappe
5 einen ebenso großen Auftrieb, so daß die Höhensteuerwirkung gleich Null
ist. Andererseits aber entsteht auch infolge der pfeilförmigen Anordnung der (ideellen)
Achsen 7 und 9 durch beide Klappen 3 und 5 durch den
Luftstrom eine Kraftkomponente in der Querrichtung. Daher können mit dem vorhandenen
einzigen Leitwerk sowohl Höhensteuerungen als auch Seitensteuerungen bewirkt werden.
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Hiernach wird es klar, daß man nicht nur die sonst üblichen Seitensteuerflächen
durch die Höhensteuerflächen, sondern auch umgekehrt die üblichen Höhensteuerflächen
durch erfindungsgemäß ausgebildete Seitensteuerflächen ersetzen kann; allerdings
bietet das erste größere Vorteile.
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Abb. z zeigt einen Grundriß des neuen Flugzeugsch-#vanzes, dessen
Flossen zweierlei Bewegungen ausführen können. Die Stellungen, in die die Flossen
bei diesen Bewegungen kommen-, sind in Abb. 3 und 4 unter der vereinfachenden
Annahme dargestellt, daß die Flossen auf ihrer ganzen Länge gleiche Breite und gleiche
Stärke hätten. Beide Flossen i:z und 13 können sowohl gekrümmt als auch verwunden,
d. hin ihrem Anstellwinkel verändert werden. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
können die Verlängerungen 14, 15 der Holme 16, 17 nach unten oder oben gekrümmt
werden. Andererseits können die Holme 16, 17 mit ihren Verlängerungen 14, 15 verdreht
werden. (Bei hinreichender Größe der Flossen genügt die Verdrehung der äußeren Flossenteile,
so daß die Hohne 16, 17 aus nur je einem Teil gebildet werden können, der
nur innerhalb des Bereichs seiner elastischen Verformung verdreht wird.) Ähnlich
wie nach Abb. i findet beim Höhensteuern nur eine Verwindung der elastischen Ruder,
und zwar vorwiegend ihrer äußeren Teile, statt. Werden die Teile 14, 15 gleichmäßig
in demselben Sinne verdreht, dann ergibt sich beim Blick gegen die Ruder das Bild
nach Abb. 3, wonach die Flossenteile 14, 15 im Bereich ihrer ganzen
Länge die schräge Lage 14', i5'eingenonuxien haben und auch die Hohne 16, 17 verdreht
sind, jedoch in abnehmendem Maße zu ihrer Einspannstelle 18, ig hin.
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Beim Seitensteuern wird die eine Flosse gekrümmt, beispielsweise der
Flossentefl 15 nach unten (vgl. Abb. 4). Infolge der Anordnung der
Holme
17, 15 schräg zur Längsachse des Flugzeuges entsteht bei der Beaufschlagung des
gekrümmten Flossenteiles 15 durch den Luftstrom eine Kraftkomponente quer zur Flugrichtung.
Die Krümmung des Flossenteiles 15 hat nun aber auch eine unbeabsichtigte Vergrößerung
ihres Auftriebes zur Folge. Um diesen Auftrieb auszugleichen, wird gleichzeitig
mit dem Krümmen der Fläche 15 der Ruderteil i? so verdreht, daß er einen Abtrieb
erzeugt. Abb. 4 zeigt links den ruderartigen Teil 14 nach oben gelegt mit dem verdrehten
Hohn 16. Abb. 4 zeigt rechts den Holm 17 und den ruderartigen Teil 15, der außerdem
gekrümmt ist. Diese Verdrehung im Sinne der Erzeugung eines Auftriebes geschieht
zum Ausgleich des Abtriebes, der durch die Verdrehung der Flosse 12 entsteht, die
ja in Rücksicht auf die Erzeugung einer ausreichenden Onerkraft zur Steuerung um
die Hochachse nicht zu klein sein darf.
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Die Mittel zur Erzeugung dieser Formänderungen der Flossen sind in
den Abb. 2, 5, 6 und 7
dargestellt. Vom Führersitz führen zwei Stangen
2o, 21 zu einem in einer Gabel 22 und einem Doppelhebel 25, 26 endigenden
Zapfen 23, der um die Bolzen:24, 27 schwenkbar ist. Der Bolzen
27 sitzt in einem Zapfen 28, an dem die Nabe 29 eines V-förmigen Hebels
30, 31 befestigt ist. Am Doppelhebel 25, :z6 sind Stangen
322, 33 angelenkt, die gelenkig an Hebeln 34, 35 von Rohren
36, 37 angreifen und- die Verdrehung dieser Rohre veranlassen können. Die
Rohre 36, 37 sind an den Holmen 16, 17 nahe der Übergangsstelle
50, 51 der biegungssteifen, drehschwachen Holmenteile 16, 17 zu deA biegungsschwachen
Hohnenteilen 14, 15 befestigt.
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An den äußeren Enden des V-förmigen Hebels 30, 31 sind Rollen
38, 39 gelagert, die sich in Schlitzführungen 40, 41 der Gegenarme von Winkelstücken
42, 43 führen, welche auf den Zapfen 44, 45 drehbar gelagert sind. An den« Winkelstücken
42, 43 sind Zugmittel 46, 47, 48, 49 befestigt, mit denen die in Ab#. 4 angedeutete
Krümmung der Flossen bewirkt wird. Die Angriffspunkte der Stangen 3:2,
33 am Doppelhebel 25, 26 liegen exzentrisch zu dem Zapfen
23, so daß diese Stangen bei der Drehung des Zapfens 2, eine Bewegung ausführen,
also auch, wenn der Zapfen 23 keine Schwenkung um den Bolzen 27 macht.
Die Angriffspunkte der Stangen 32,
33 sind so angeordnet, daß bei reiner
Drehung des Zapfens 23 (ohne gleichzeitige Schwenkung) aus seiner Mittellage
heraus eine Stange sich um einen größeren Betrag nach außen als die andere Stange
sich nach innen bewegt.
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Bei Höhenstenerungen werden die Stangen2o, 2 1 (Abb. 2) gleichmäßig
in demselben Sinne verstellt. In diesem Falle führt der Zapfen 23
keine Drehung
aus. Daher bleibt der V-förmige Hebel 30, 31 dann in Ruhe, so daß auch die
WinkelstÜcke 42, 43 ihre normale Lage beibehalten und die Zugmittel 46, 47, 48,
49 unbetätigt bleiben. Der Zapfen:23 macht dann aber eine Schwenkung um den Bolzen
27. Hierbei wird der Doppelhebel 25, 26 verschwenkt, aber nicht verdreht,
so daß die Stangen 32, 33
gleichmäßig nach hinten oder nach vorn bewegt werden.
Diese Bewegung überträgt'sich durch die Hebel 34, 35 auf die Rohre
36, 37, so daß diese verdreht werden und ihrerseits die Verdrehung der Flossen
1:3, 13 (Abb. 2) bewirken. Diese Verdrehung geschieht an beiden Flossen gleichmäßig,
wie dies in Abb. 3 dargestellt ist. Damit tritt die gewünschte Höhensteuerwirkung
auf.
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Wenn andererseits eine Seitensteuerung erfolgen soll, dann werden
die zum Führersitz führenden Stangen 2o, 21 entgegengesetzt verstellt. Damit ergibt
sich eine Verdrehung des Zapfens 23 sowie des mit ihm gekuppelten Bolzens
28 und des mit diesem verbundenen V-förmigen Hebels 30, 31. Außerdem
verdreht sich auch &r Doppelhebel 2,5, 26. Bei der Drehung des V-förmigen
Hebels 30, 31 (Abb. 5 und 6) im Uhrzeigersinne bewegt die Rolle
39 durch den abwärts gebogenen Teil der Schlitzführung 41 das WinkelstÜck
43 um den Zapfen 45 im Uhrzeigersinne, womit das Anziehen des Zugmittels 48 und
das Nachlassen des Zugmittels 49 verbunden ist. Die Folge hiervon ist eine Krümmung
der rechts in Abb. 5 und 6 befindlichen Flosse nach unten.
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Die andere Rolle 38, die am Hebel 30 gelagert ist, bewegt
sich bei der betrachteten Drehung des V-fönnigen Hebels 30, 31 im waagerechten
Teil der Schlitzführung 40. Infolgedessen bleibt das Winkelstück 42 unbeeinflußt,
so daß die links befindlicbe Flosse ihre Form beibehält.
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Bei der genannten Drehung des V-förmigen Hebels 30, 31 findet,
wie erwähnt, auch eine Schwenkung der Angriffspunkte der Stangen 32,
33
am Doppelhebel ?,5, 26 statt. Infolge der besonderen Anordnung dieser Stangenangriffspunkte
wird hierbei die Stange 33 nur wenig nach innen gezogen, aber die Stange
32 um einen größeren Betrag nach außen bewegt. Daraus ergibt sich eine kleine
Drehung des Rohres 37
und eine Verwindung der rechten Flosse im Sinne der
Erzeugung eines Auftriebes und andererseits eine stärkere Verdrehung des Rohres
36,
womit eine größere Verwindung der linken Flosse im Sinne der Erzeugung
eines entsprechenden Abtriebs verbunden ist. Die beiderseitigen Verwindungen werden
hierbei so bemessen, daß unter Berücksichtigung der vorerwähnten Krümmung der einen
Flosse die resultierende Höhensteuerkraft gleich Null wird. Zufolge der pfeilfönnigen
Flossenanordnung ist aber mit der beschriebenen Verwindung der einen Flosse und
der Krümmung der anderen Flosse die Erzeugung verhältnismäßig sehr großer Seitensteuerkräfte
verbunden.
Die Mittel zur Erzeugung der Querkräfte zum Zwecke der
Seitensteuerung können sein: Krümmung der Steuerflächen, Verdrehung der Steuerflächen,
Verschwenkung von Klappen an den Steuerflächen und alle sonstigen bekannten Mittel
zur Erzeugung von Querkräften.