DE678398C

DE678398C - Device for generating a medium flow force, in particular on aircraft

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Publication number: DE678398C
Application number: DESCH99258D
Authority: DE
Original assignee: WILHELM SCHMIDT DR ING
Current assignee: WILHELM SCHMIDT DR ING
Priority date: 1932-10-23
Filing date: 1932-10-23
Publication date: 1940-07-30

Description

Wird in einem Strömmittel, beispielsweise Wasser oder Luft, ein außergewöhnlich schnell umlaufender Rotor etwa rechtwinklig zu seiner Achse hin und her bewegt, und zwar so, daß die Hinbewegung langsam, die Herbewegung jedoch schlagartig schnell erfolgt, so bildet sich während der langsamen Hinbewegung rings um den Rotor herum ein mit ihm umlaufender und mitwandernder Strömmittelring heraus, der während der schlagartig schnellen Herbewegung gegen den Rotor zurückbleibt und dadurch zerstört wird. Außerdem tritt zu Beginn der schlag-artig schnellen Herbewegung hinter dem Rotor ein starker Unterdruck auf, gleichbedeutend mit einer Kraft entgegen der schnellen Herbewegung. Diese Kraft ist um so größer, je schneller der Rotor umläuft. Während der weiteren Herbewegung wandert der Unterdruck und damit auch die am Rotor angreifende Kraft entgegenBecomes exceptionally fast in a fluid such as water or air rotating rotor moves back and forth approximately at right angles to its axis, in such a way that the Moving to the front is slow, but the moving is suddenly quick, it is formed during the slow forward movement around the rotor is one that revolves and moves with it Fluid ring out, which remains during the sudden rapid movement against the rotor and thus destroyed will. In addition, at the beginning of the sudden rapid movement behind the rotor occurs a strong negative pressure, equivalent to a force against the rapid movement. This force is greater, the faster the rotor rotates. During the further movement the negative pressure and thus also the force acting on the rotor moves in the opposite direction

so dem Umlaufsinne des Rotors zur Seite und verschwindet mit zunehmender Herbewegung.so to the side of the direction of rotation of the rotor and disappears with increasing movement.

Eine derartige am Rotor angreifende Kraft kommt auch dann zustande, wenn die Rotorachse nicht, wie oben ausgeführt, ihrer Ausgangslage parallel bleibt, sondern um eines ihrer Enden geschwenkt wird. Dabei muß die Hinundherbewegung nicht in einer Ebene liegen, sondern sie kann auch auf einer beliebig krummen Fläche, beispielsweise auf einem Zylinder- oder Kegelmantel erfolgen. Schließlich kann der oben angeführte Kreiszylinder durch einen anderen zylindrischen oder kegelförmigen Rotor ersetzt werden.Such a force acting on the rotor also arises when the rotor axis does not, as explained above, remain parallel to its starting position, but to one of its Ends is pivoted. The to-and-fro movement does not have to lie in one plane, but it can also be used on any curved surface, for example on a cylinder or cone shell. Finally, the above-mentioned circular cylinder can be replaced by a another cylindrical or conical rotor can be replaced.

Wird der Rotor nicht nur hin und her, sondern außerdem noch vorwärts bewegt, so überlagern sich den oben geschilderten Vorgängen noch die bekannten Vorgänge des Magnusrotors.If the rotor is not only moved back and forth, but also forwards, then superimpose the processes outlined above are also the known processes of the Magnus rotor.

Vom Magnusrotor aber unterscheidet sich der hin und her bewegte Rotor wie folgt: zunächst im Gegenstande dadurch, daß er mit einem Strömmittelring arbeitet, der eine ungewöhnlich große Umlaufzahl des Rotors voraussetzt, und daß er außerdem nicht eine Bewegung in nur einer Richtung, sondern in der Hauptsache eine Hinundherbewegung ausführt, die zwar von einer Bewegung in nur einer Richtung begleitet sein kann, aber nicht zu sein braucht, ferner in der Wirkung dadurch, daß er auch dann eine Kraft liefert, wenn er auf der Stelle hin und her bewegt wird, also die Bewegung in nur einer Richtung fortfällt, und daß diese Kraft nicht quer zur Herbewegung, sondern im wesentlichen der Herbewegung entgegen wirkt, zudem sich dauernd ändert. Die so erzeugte Kraft beruht auch nicht auf dem sogenannten Magnuseffekt; denn mit diesem ließe sich zwar eine Kraft quer zur Herbewegung, nicht aber eine solche erklären, die, wie im oben behandelten Falle, im wesentlichen der Herbewegung entgegen gerichtet ist. Sie beruht vielmehr auf dem eigen-The rotor that moves back and forth differs from the Magnus rotor as follows: first in the subject by working with a fluid ring, the one unusual A large number of revolutions of the rotor presupposes, and that it also does not move in only one direction, but mainly a back and forth movement, which is of a movement can be accompanied in only one direction, but need not be, furthermore in its effect, because it also delivers a force when it is to and fro on the spot is moved, so the movement ceases in only one direction, and that this force is not transversely to the backward movement, but essentially counteracts the backward movement, moreover constantly changes. The force generated in this way is also not based on the so-called Magnus effect; because this could explain a force perpendicular to the movement, but not one, which, as in the case dealt with above, are essentially directed in the opposite direction to the reciprocation is. Rather, it is based on the individual

artigen, oben .dargelegten Verhalten des Strömmittelringes gegenüber dem ihn durchbrechenden Rotor.like behavior of the fluid ring described above compared to the rotor breaking through it.

Ein derartiger langsam hin und schlagartig schnell her bewegter, außergewöhnlich schnell umlaufender Rotor möge mit Schlagrotor bezeichnet werden, um ihn von vornherein als einen neuen Rotor zu kennzeichnen, der mit dem ■ bekannten Magnusrotor nichts zu tun hat. Dabei ίο lehnt sich die Bezeichnung Schlagrotor an die Bezeichnung Schlagflügel an, die für hin und her bewegte Flügel allgemein gebraucht wird.Such a thing that moves slowly back and forth suddenly, exceptionally quickly revolving rotor may be referred to as a beater rotor in order to define it from the outset as a to identify a new rotor that has nothing to do with the ■ well-known Magnus rotor. Included ίο is based on the designation impact rotor Designation flapping wing, which is generally used for wings that move back and forth.

Da die durch den Schlagrotor erzeugte Schlagkraft bei gegebener Hinundherbewegung um so größer ist, je schneller der Rotor umläuft, so kann man mit Hilfe des Schlagrotors auch darm eine ganz erhebliche Kraft erzeugen, wenn man die Hinundherbewegung des Rotors ähnlich derjenigen der Ruder im Ruderboot in ruderartig langsamer Aufeinanderfolge ausführt, dafür aber den Rotor möglichst schnell umlaufen läßt. Gerade diese Eigenschaft macht den Schlagrotor zur Lösung des bisher insbesondere auch für Flugzeuge noch ungelösten Schlagproblems (Antrieb, Steuerung und Stabilisierung von Flugzeugen durch hin und her bewegte Teile) geeignet. Bekanntlich versuchte man dieses Problem durch Aufundabbewegung des ganzen Flügels zu lösen. Das war aber nicht möglich, weil die Aufundabbewegung des ganzen Flügels zur Erzeugung der notwendigen Schlagkraft in schneller Aufeinanderfolge hätte durchgeführt werden müssen und deshalb große Schwierigkeiten bot. Derartige Schwierigkeiten treten beim Schlagrotor nicht auf, da sowohl der notwendig schnelle Umlauf des Rotors als auch seine Hinundherbewegung in ruderartig langsamer Aufeinanderfolge verhältnismäßig leicht durchführbar ist.Since the impact force generated by the impact rotor for a given reciprocating movement is so is bigger, the faster the rotor rotates, so you can gut with the help of the impact rotor produce quite a considerable force if one sees the reciprocating motion of the rotor similar to that the rudder in the rowing boat performs in a row-like slow succession, but instead lets the rotor rotate as fast as possible. It is precisely this property that makes the impact rotor to solve the hitherto unsolved impact problem, especially for aircraft (Propulsion, control and stabilization of aircraft by moving parts back and forth) suitable. As is well known, this problem was attempted by moving the whole thing up and down To solve the wing. But that was not possible because of the up and down movement of the whole wing to generate the necessary impact force in quick succession must be and therefore presented great difficulties. Such difficulties arise does not occur with the impact rotor, as both the necessary rapid rotation of the rotor and its back and forth movement in a row-like slow succession relatively easy is feasible.

Ein solcher bisher noch nicht bekannter Schlagrotor bildet den Hauptgegenstand der . Erfindung. Darüber hinaus erstreckt sich die Erfindung über die im folgenden behandelte Zuordnung des Schlagrotors zu einem Flugzeugflügel (Trag- oder Steuerflügel).Such a hitherto unknown impact rotor forms the main subject of the . Invention. In addition, the invention extends over the assignment dealt with below of the impact rotor to an aircraft wing (hydrofoil or control wing).

Es ist bereits bekannt, einem rumpffesten Flugzeugflügel einen oder mehrere Rotoren zuzuordnen, die etwa quer zur Flugrichtung entweder über dem Flügel liegen oder von oben her in diesen eingelassen oder in einer Art Flügelspalt untergebracht sind. Bei allen diesen Zuordnungen ist die Lage des Rotors in bezug auf den Flügel unveränderlich. Derartige Rotoren haben im wesentlichen die Aufgabe, die Strömung entlang der Flügeloberseite und damit den Flügelauftrieb zu erhöhen.It is already known to assign one or more rotors to a fixed aircraft wing, which are approximately transverse to the direction of flight either above the wing or from above embedded in these or housed in a kind of wing gap. With all of these assignments the position of the rotor in relation to the wing is invariable. Such rotors essentially have the task of controlling the flow along the upper side of the wing and thus the To increase wing lift.

Demgegenüber ist die Zuordnung eines Schlagrotors zu einem festen Flügel, d. h. eines Rotors, der gegen den festen Flügel hin und her bewegt wird, bisher noch nicht bekanntgeworden. Bild ι und 2 zeigen beispielsweise eine solche Zuordnung in der Draufsicht und im Schnitt, bestehend aus einem rumpffesten Flügel α und einem gegen diesen etwa rechtwinklig zur Flügelsehne hin und her bewegbaren Schlagrotor b, wobei der gestrichelte Kreis die zu verschiedenen Zeiten verschiedene Lage des Schlag-' rotors zum rumpf festen Flügel andeuten soll. Die Lagerung und der Antrieb des Rotors wird ganz wesentlich erleichtert, wenn man nach Bild 3 nur sein inneres Lagert hin und her zu bewegen braucht. Das wird beispielsweise dadurch möglich, daß man das äußere Lager c eines kegelförmigen Rotors als Kugelschalenlager ausbildet, um das der Rotor hin und her geschwenkt werden kann. Da die am Rotor angreifende Kraft nach dem Flügelende zu infolge der Schwenkbewegung des Rotors noch stärker abnimmt, als dies bereits infolge der kegelförmigen Gestalt des Rotors der Fall ist, so wird durch diese Anordnung gegenüber der oben behandelten auch eine bedeutende Verkleinerung der Flügelbeanspruchung erreicht.In contrast, the assignment of an impact rotor to a fixed wing, ie a rotor that is moved back and forth against the fixed wing, has not yet become known. Figure ι and 2 show, for example, such an assignment in plan view and in section, consisting of a fuselage-fixed wing α and a blow rotor b that can be moved back and forth approximately at right angles to the wing chord, the dashed circle showing the different position of the blow at different times. 'rotors intended to indicate wings fixed to the fuselage. The storage and the drive of the rotor is made much easier if you only need to move its inner bearing back and forth as shown in Figure 3. This is possible, for example, by designing the outer bearing c of a conical rotor as a spherical shell bearing around which the rotor can be pivoted back and forth. Since the force acting on the rotor towards the end of the wing decreases even more as a result of the pivoting movement of the rotor than is already the case due to the conical shape of the rotor, this arrangement also significantly reduces the stress on the wing compared to the one discussed above.

Ähnlich wie der mit dem Flügel fest verbundene Rotor liefert auch der Schlagrotor zunächst einmal eine Beschleunigung der Strömung entlang der Flügeloberseite und damit eine Erhöhung des Auftriebes. Diese ist ganz erheblich, da der Rotor infolge seiner langgestreckten Gestalt ein verhältnismäßig breites Flügelstück erfaßt.Similar to the rotor firmly connected to the wing, the impact rotor initially delivers once an acceleration of the flow along the upper side of the wing and thus an increase in lift. This is quite significant because the rotor is relatively wide due to its elongated shape Wing piece detected.

Darüber hinaus aber hat der Schlagrotor noch folgende wesentlichen Vorteile für den Antrieb, die Steuerung und Stabilisierung von Flugzeugen :In addition, however, the impact rotor has the following essential advantages for the drive, the control and stabilization of aircraft:

Erfolgt die Hinundherbewegung des Rotors beispielsweise nach Bild 2 abwärts schlagartig schnell, aufwärts hingegen verhältnismäßig langsam, so tritt während der schnellen Abwärtsbewegung, wie oben dargelegt, eine am Rotor i°° angreifende Schlagkraft auf, die zu Beginn der Abwärtsbewegung dieser entgegenwirkt, d. h. nach vorn oben gerichtet ist und sich mit zunehmender Abwärtsbewegung noch mehr nach vorn dreht, falls der Rotor so umläuft, daß sich «°5 seine Oberseite von vorn nach hinten bewegt. Hierdurch wird ein Antrieb des Flugzeuges durch den Schlagrotor möglich, d. h. durch eine Vorrichtung, die sich infolge ihrer langgestreckten Gestalt der Flügelform viel besser anpaßt als der «1° heute übliche Propeller.If the rotor moves back and forth abruptly, as shown in Figure 2, for example fast, upwards on the other hand relatively slowly, so during the fast downward movement, As explained above, an impact force acting on the rotor i °°, which at the beginning of the Downward movement counteracts this, d. H. is directed forward upwards and with increasing Downward movement turns even more forward if the rotor rotates so that «° 5 its top moved from front to back. This creates a propulsion system for the aircraft possible through the impact rotor, d. H. by a device that is elongated as a result of its Shape fits the wing shape much better than the «1 ° common propellers today.

Außer dem Antriebe von Flugzeugen ermöglicht der Schlagrotor auch eine Steuerung derselben. Beispielsweise kann man durch unsymmetrische Betätigung der beiden in Bild 3 oder der beiden äußeren in Bild 5 dargestellten Rotoren eine Drehung des Flugzeuges sowohl um seine Längs- als auch um seine Hochachse herbeiführen. Eine Drehung des Flugzeuges um seine Querachse läßt sich durch ungleiche Betätigung der in Bild 4 und 6 dargestellten hintereinanderliegenden Rotoren erzeugen. DieIn addition to the propulsion of airplanes, the impact rotor also enables the same to be controlled. For example, by asymmetrically actuating the two in Figure 3 or of the two outer rotors shown in Figure 5 both cause the aircraft to turn bring about its longitudinal as well as its vertical axis. One turn of the plane its transverse axis can be changed by unequal actuation of the one shown in Figures 4 and 6 Generate rotors lying one behind the other. the

Claims

Elevation and rudder control of the aircraft can also be carried out by special control wings which, similar to the wing discussed above, are equipped with a beater rotor and are attached to the end of the fuselage of the aircraft. The unequal actuation of the rotors will expediently extend to a change in their reciprocation. However, it can also consist in a change in its number of revolutions or better in a change in the speed of rotation of the air entrained by the rotor within the fluid ring, for example by a control flap e shown in Figure 6, which is pivoted into the fluid ring around an axis approximately parallel to the rotor axis can. Since the rotor moving back and forth also provides a force when it is moved back and forth on the spot, in contrast to the commonly used control with oars, a control with the help of the impact rotor "also works when that The aircraft is stationary or only flies very slowly. This is particularly advantageous for aircraft take-off and landing. " If an aircraft that is equipped with a wing, for example as shown in Figure 3, whose rotors are rotating, but may initially be firmly connected to the wing to facilitate the following consideration, is given a rotation about its longitudinal axis located approximately in the direction of flight, for example by If a violent vertical gust lifts one end of the wing, the wing and thus also the rotor experience a kind of rapid movement in the form of a pivoting movement about the longitudinal axis of the aircraft. According to the explanations above, the rotor opposes this backward movement with a violent resistance, which strongly dampens the pivoting of the rotor and thus also the rotation of the aircraft, is greatest at the beginning of the pivoting and also occurs when the aircraft is flying very slowly or even stands still. Because of these properties, the rotor is excellently suited for stabilization in that, contrary to all other previously known means, such as rudder or stabilization surfaces, it also enables the aircraft to be stabilized very slowly or at a standstill. This applies not only to the rotor firmly connected to the wing, but also to the beater rotor, which is moved back and forth against the fixed wing. A similar consideration can also be made about the stability of the aircraft around its transverse or vertical axis. ΡΑΊENT CLAIMS:

1. A device for generating a "Strömmittelkraft with the aid of a rotating cylindrical or conical body (rotor), which is about executes a movement at right angles ¹ to its axis with its axis either its initial position is parallel or is pivoted about one of its ends, in particular for drives as well as for the control and stabilization of aircraft, characterized in that the movement takes place back and forth and in particular more rapidly (suddenly) in one direction than in the opposite direction.

2. Device according to claim 1, further characterized in that it alone or is assigned to several of a fixed wing or control wing, namely so that the reciprocation of the rotor against the fixed wing is approximately perpendicular to whose tendon takes place.

3. Device according to claim 1 and 2, further characterized in that its a control flap is assigned, which is about an axis, approximately parallel to the rotor axis, in the fluid ring surrounding the rotor can be pivoted in.

For this purpose ι sheet of drawings

RERMN. OEDRIICKT IN ΠΕΙ '