DE684406C

DE684406C - Airplane with lifting screw in the air flow of the propeller

Info

Publication number: DE684406C
Application number: DEW101590D
Authority: DE
Inventors: Dr Carl Westphal
Original assignee: CARL WESTPHAL DR
Current assignee: CARL WESTPHAL DR
Priority date: 1937-07-24
Filing date: 1937-07-24
Publication date: 1939-11-29

Description

Durch Versuche wurde gefunden, daß die Hubkraft einer Schraube mit annähernd senkrechter Achse sich erhöht, wenn die Schraube statt in ruhender Luft in einem S waagerechten Luftstrom arbeitet. Im Windkanal der aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen wurde ein von einem Elektromotor angetriebener Propeller senkrecht zur Windrichtung aufgehängt so, daß die Hubkraft 5" und das Drehmoment M des Propellers an Waagen, die Drehzahl η des Propellers am Elektromotor abgelesen werden konnten. Der Propeller hatte einen Durchmesser von 32 cm und ein mittleres Stei- gimgsverhältnisH/D = o, 5.Experiments have shown that the lifting force of a screw with an approximately vertical axis increases when the screw works in an S horizontal air stream instead of in still air. In the wind tunnel of the aerodynamic research institute in Göttingen, a propeller driven by an electric motor was suspended perpendicular to the wind direction so that the lifting force 5 "and the torque M of the propeller could be read on scales, the speed η of the propeller on the electric motor. The propeller had a diameter of 32 cm and an average gradient ratio H / D = 0.5.

Wie die Tabelle I zeigt, wurden dem Winde im Kanal Geschwindigkeiten ν gegeben, die von ο bis 40 m/s anstiegen. Der Propeller lief mit einer Umdrehungszahl« = etwa 5700 in der Minute. Die Drehzahl η und der Durchmesser des Propellers ergaben dann die Umfangsgeschwindigkeit des Propellers u — 95 m/s.As Table I shows, the winch in the canal was given speeds ν that increased from ο to 40 m / s. The propeller ran at a speed of about 5700 per minute. The speed η and the diameter of the propeller then gave the circumferential speed of the propeller u - 95 m / s.

Die Werte ν und u wurden im Fortschrittsgrad = v/u zusammengefaßt. Dieser Fort- schrittsgrad v/u ist maßgebend für die Strömungsverhältnisse. Die Hubkraft S wurde als Funktion von v/u auch noch durch den Schubbeiwert k_s = S/0,5 ρΐι² F ausgedrückt, worin F (= r² π) die Propellerkreisfläche bedeutet und ρ die Luftdichte.The values ν and u were combined in the degree of progress = v / u . This degree of progress v / u is decisive for the flow conditions. The lifting force S was also expressed as a function of v / u by the thrust coefficient k _s = S / 0.5 ρΐι ² F , where F (= r ² π) means the propeller circular area and ρ the air density.

Das Propellerdrehmoment M wurde ähnlich wie der Schubbeiwert k_s definiert, nur steht der Propellerradius noch im Nenner. Es ist der Drehmomentbeiwert k_d The propeller torque M was defined similarly to the thrust coefficient k _s , only the propeller radius is still in the denominator. It is the torque coefficient k _d

= M/o, 5 ρ μ² r F. = M / o, 5 ρ μ ² r F.

Aus den Werten M und η berechnet sich die Kraftleistung L, durch welche der Motor dem Propeller η Umdrehungen in der Minute erteilt, nach der Formel: L = M η π/30 (s. umstehende Tabelle).The power output L through which the motor gives the propeller η revolutions per minute is calculated from the values M and η according to the formula: L = M η π / 30 (see table below).

Die Daten der Tabelle I sind im Kurvenblatt I graphisch gegeben. Man ersieht daraus, daß der Schubbeiwert k_s über v/u = ο bis vju = 0,3 geradlinig ansteigt, um dannThe data in Table I are given graphically in curve sheet I. It can be seen from this that the shear coefficient k _s increases in a straight line via v / u = ο to vju = 0.3, and then

abzuflachen, und daß der Drehmomientbeiwertfe zunächst abfällt (bis-v/a= 0,3), um dann progressiv zu wachsen. Die unterste strichpunktierte Kurve gibt die ansteigenden^ Werte von k_s, bezogen auf k_s0 = 1,00. . "\-^% Aus der bemerkenswerten Tatsache, · dbß %■' der Leistungsbedarf L des Propellers (als Funktion von k_d) für eine konstante Drehzahl ra mit wachsendem ν sinkt, während die Hubkraft S¹ steigt, folgt, daß bei gleichbleibender Motorleistung L die Hubkraft 6" mit wachsendem ν entsprechend stärker ansteigt.to flatten out, and that the torque coefficient fe first drops (to-v / a = 0.3) and then increases progressively. _{The bottom dash-dotted} curve shows the increasing ^ values of k _s , related to k s0 = 1.00. . "\ - ^% From the remarkable fact that · dbß % ■ 'the power requirement L of the propeller (as a function of k _d ) for a constant speed ra decreases with increasing ν , while the lifting force S ¹ increases, it follows that with constant engine power L the lifting force 6 "rises correspondingly more strongly with increasing ν.

Tabel

VV ηη v/uv / u 00 SS. MM. (1000)(1000) kdkd 0,10680.1068 (kg)(kg) (mkg)(mkg) 26,8526.85 (1000)(1000) 00 56655665 0,2120.212 1,1921.192 0,03100.0310 32,032.0 4,374.37 10,1310.13 56905690 0,3170.317 1,4281.428 0,02790.0279 36,736.7 3,923.92 20,2420.24 57155715 0,4230.423 1,6551.655 0,02740.0274 4M4M 3,8i3.8i 30,330.3 57105710 0488504885 1,8651,865 0,02790.0279 45,o45, o 3,883.88 40,3340.33 57005700 2,022.02 0,03040.0304 46,346.3 4,254.25 40,3540.35 494Ο494Ο i,555i, 555 0,02540.0254 4,724.72

Den Grad dieser stärkeren Steigerung des Hubnutzeffektes zeigt das Kurvenblatt II. Die Motorleistung wurde hier konstant gehalten, so daß die gestrichelte Kurve von k_d in der gleichen Höhe von 4,37 verläuft.The degree of this greater increase in the stroke efficiency is shown in curve sheet II. The engine output was kept constant here, so that the dashed curve of k _{d runs} at the same height of 4.37.

Hierbei steigt die ausgezogene Kurve von k_s sehr viel stärker an als auf dem Kurvenblatt I, um freilich jenseits vju = 0,4 steil abzustürzen.In this case, the solid curve of k _s rises much more sharply than on curve sheet I, but of course it drops off steeply beyond vju = 0.4.

Das Kurvenblatt II laßt z. B. erkennen, daß eine Hubschraube, die in ruhender Luft bei einer Umfangsgeschwindigkeit u = 95 m/s 100 kg hebt, und zwar durch eine Motorleistung L und bei dem Fortschrittsgrad vju = 0,3, unter übrigens gleichen Umständen in einem Winde von 28,5 m/s bei einem vju = 0,3 jetzt 173 kg hebt.The curve sheet II let z. B. recognize that a lifting screw that lifts 100 kg in still air at a circumferential speed u = 95 m / s, through an engine power L and with the degree of progress vju = 0.3, under the same circumstances in a wind of 28 , 5 m / s with a vju = 0.3 now lifts 173 kg.

Es ist schon vorgeschlagen worden (amerikanische Patentschrift ι 890 τ 98) an einem Flugzeug eine motorisch angetriebene Schraube mit nahezu senkrecht zur Längsachse des Flugzeugs stehender Achse so anzuordnen, daß sie im Luftstrom des Vortriebspropellers arbeitet. Hierbei liegen aber die äußeren Teile der Flügel nicht im Luftstrom. IJm die-It has already been proposed (American patent ι 890 τ 98) on one A motorized propeller with almost perpendicular to the longitudinal axis of the aircraft Aircraft vertical axis to be arranged so that it is in the air flow of the propeller is working. Here, however, the outer parts of the wings are not in the air flow. IJm the-

sen Machteil zu vermeiden und insbesondere zu erreichen, daß die äußeren Teile der dem Luftstrom entgegenbewegten Schraubenflügel im Luftstrom des Vortriebspropellers liegen, werden gemäß der Erfindung die Schrauben mit nahezu senkrechter Achse paarweise und kehrsinnig umlaufend so angeordnet, daß in bekannter Weise ihre Schraubenkreise sich schneiden und die Flügel in bekannter Weise zahnradartig ineinandergreifen, wie in Abb. 3 dargestellt ist.sen disadvantage to avoid and in particular to achieve that the outer parts of the dem Air flow opposing propeller blades are in the air flow of the propeller, are according to the invention, the screws with an almost vertical axis in pairs and reversely arranged circumferentially so that their screw circles are in a known manner cut and the wings mesh like a gear in a known manner, as in Fig. 3 is shown.

Die Abb. 4 und 5 zeigen ein Flugzeug mit Schraubenanordnung nach der Erfindung.Figs. 4 and 5 show an aircraft with a screw arrangement according to the invention.

Claims

Claim:

Airplane with a motor-driven propeller located in the air flow of the propulsion propeller A screw with an axis almost perpendicular to the longitudinal axis of the aircraft, characterized in that it is reversible circumferential screws are arranged in pairs so that in per se known 8g ter way the screw circles intersect and the wings mesh like a gear.

1 sheet of drawings