DE701351C - Gefesselter Tragschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf drachenartige Fesseltragschrauber. Das Ziel der Erfindung ist, Vorrichtungen dieser Gattung so auszubilden, daß sie selbsttätig ihre Stabilität in verschiedenen Windstärken wahren und besonders bei geringen Windstärken genügende Aufstiegfähigkeit behalten.

Gemäß .der Erfindung wird das Ziel in der Hauptsache dadurch erreicht, daß die to schwenkbare Umlauf achse der Tragschraube mit dem das Fesselseil haltenden schwenkbaren Gestängeteil derart gekoppelt ist, daß bei einem steileren Anlauf des Fesselseils sich die Tragschraubenumlaufebene flacher gegen den Wind einstellt als bei einem flachen Seilanlauf.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch veranschaulicht.

Abb. ι ist ein Aufriß einer bevorzugten an- ao geseilten Flugvorrichtung nach der Erfindung, von vorn gesehen.

Abb. 2 zeigt dieselbe im Grundriß, wobei Teile weggebrochen sind.

Abb. 3 ist ein Seitenaufriß der Vorrichtung in typischer Flugstellung mit Bezug auf die Waagerechte.

Abb. 4 zeigt die Vorrichtung in Verbindung mit einer bevorzugten Form von Ablauf- und Bedienungseinrichtung und

Abb. 5 zeigt einen erfindungsgemäß konstruierten Personentragdrachen in Verbindung mit einem Seefahrzeug.

Gemäß Abb. 1 bis 3 enthält das Gestell der Vorrichtung ein mittleres Längsglied 4, ein vom Vorderende des Längsgliedes um ein Drittel seiner Länge (oder etwas weniger) im Abstand angeordnetes mittleres, aufrechtes

Glied 5, ein ganz am Vorderende des Längsgliedes angeordnetes Hauptquerglied 6, ein das Glieds am Glied4 abstützendes hinter Diagonalglied 7 und zwei das aufre Glied 5 am Ouerglied 6 abstützende, vorn und nach der Seite auseinandeiiau Glieder 8, 8. Die Gestellteile können aus Aluminiumlegierung oder einem sonstigen geeigneten Rohrwerkstoft* bestehen und in beliebiger Weise miteinander verbunden sein; gemäß der Darstellung bestehen sie aus Holzstangen, die durch kleine Aluminiumpaßstücke 9, 10, 11, 12, 13 usw. zusammengesetzt sind.

«5 Die Vorrichtung ist an ihrem Vorderende mit einer seitlichen Stabilisierungseinrichtung versehen, die aus zwei festen Flächen 14 besteht, von denen eine an jeder Seite unter einem wesentlich positiven Winkel angeordnet ist. Als zweckmäßiger Winkel wurden 45⁰ gegenüber der Waagerechten festgestellt. Diese Flächen können aus dünnen, flachen Tafeln von Balsaholz bestehen und sind an den Enden der Hauptquerteile 6 z. B. mittels eines abgerundeten Holzblockes 15 befestigt, der zur Aufnahme des Endes der. Stange 6 ausgebohrt ist und bei 16,16 sich nach außen erweitert, um eine Auflage zu bilden, an die die Fläche 14 geleimt wird. Es scheint von einiger Bedeutung für eine Verhinderung des Überschlagens des Fahrzeuges zu sein, wenn diese Flächen so weit nach vorn gelegt sind, daß ihre Druckmittelpunkte vor der Schublinie des Rotors über den ganzen Winkelbereich des letzteren (in Seitenaufsicht gesehen) liegen.

Für die Stabilisierung der Längsneigung ist am hinteren Ende des Längsgliedes 4 eine seitliche Schwanzfläche 17 ebenfalls aus Balsäholz vorgesehen, die unter der Stange 4 z. B. mittels eines abgeplatteten Holzblockes 18 befestigt ist. Die Schwanzfläche 17 soll etwa die gleiche Größe haben wie die beiden seitlichen Flächen 14 zusammen und ist unter einem negativen Einfallwinkel (z.B. 15") mit Bezug auf den Einfallwinkel der Flächen 14, in Richtung der Längsachse der Stange 4 gesehen, eingestellt. Fernerhin ist die Schwanzeinstellung auch gegenüber einer zur Rotorachse senkrechten Ebene über den ganzen Einstellungsbereich des Rotors negativ. Wenn also die Schwanzebene annähernd waagerecht fliegt, sind sowohl die Flächen 14 als auch der Anstellwinkel des Rotors positiv¹. Für die Richtungsstabilität sowie in gewissem Sinne auch für die Ouerstabilität ist eine senkrechte Stabilisierflosse 19 mit hohem Seitenverhältnis vorgesehen, die auch aus ' Balsaholz besteht und in einen Schlitz am hinteren Ende der Stange 4 eingelassen sein kann. Zu einem ähnlichen Zweck kann die

senkrechte Schwanzflosse 19 durch eine Flosse 20 ergänzt werden, die sich von der aufrech-Stange 5 nach hinten und unten erstreckt d im Glied 7 mittels Durchführung durch

η senkrechten Schlitz befestigt ist. Durch "ersuche wurde es als zweckmäßig befunden, e Gesamtfläche der beiden senkrechten Flossen annähernd gleich groß dem Flächeninhalt der Schwanzfläche oder dem Gesamtflächeninhalt der seitlichen Stabilisierungsflächen zu machen. Die Fläche 19 erhält einen Überhang nach hinten und die Fläche 20 eine Abwärtsneigung hauptsächlich zu dem Zweck, einen reichlichen Spielraum für die Rotorflügel vorzusehen.

Der Rotor kann aus zwei länglichen Flügeln 21 bestehen, die eine Gesamtspannweite etwa von der Größe der Gesamtlänge des Fahrzeuges haben, wobei das Seitenverhältnis je'des Flügels etwa 12 oder 13 beträgt. Es hat sich als zufriedenstellend erwiesen, wenn man diese Flügel 21 aus Balsaholzstreifen herstellt, und zwar mit einer annähernd flachen Unterfläche und einer etwas gewölbten Oberfläche, wobei jedoch der eintretende Kantenteil des Flügels wie bei 22 vorzugsweise von einem schmalen Streifen kräftigeren Holzes, z. B. Fichte, gebildet wird, der den Flügel verstärkt und den Schwerpunkt des Quer- 9« schnittes etwas mehr nach vorn bringt. Die Flügel können anfänglich unter einem kleinen positiven Einfallwinkel bei Ruhelage eingestellt sein, was in Abb. 3 durch die Lage der Austrittskante 23 angedeutet ist. Sie sind an der Nabe 24 mittels eines Zapfens 25 befestigt, der durch ein Querloch der Nabe und durch zwei Augen 26 für jeden Flügel geht, \vobei diese Augen oder Gabeln aus Metallpaßstücken bestehen können, zwischen die das Wurzelende des Flügels gesetzt ist. Zur Befestigung des Wurzelendes im gegabelten Paßstück werden etwa kleine Dübel und Verleimuhg verwendet, und das zusammengebaute Wurzelende ist vorzugsweise mit Garn oder Draht wie bei 27 umwickelt. Gemäß Abb. 2 bildet die Achse des Kläppgelenks 25 einen spitzen Winkel (vorzugsweise nur wenig kleiner als 90⁰) mit der Eintrittskante des Flügels (die Drehrichtung ist durch einen Pfeil angezeigt), so daß die Flügel beim Hochschwingen ihren Einstellwinkel etwas verringern. An der Uriterfläche des Wurzel- ■-endes jedes Flügels ist ein kleiner Qümmipuffer-28 befestigt, so daß die Flügel sich an der Nabe 24 abstützen, wenn sie sich etwas unter ihre radiale Lage senken.

Die Rotornabe 24 ist durch kleine Kugellager, deren Gehäuse bei 29,29 liegen, in einer nichtrotierenden Rohrhülse 30 gelagert, die an einer Verlängerung oder Stange 31 irgendwie befestigt ist, die um einen (von der

Rotornabenachse nach hinten versetzten) Drehpunkt 32 schwenkbar ist. Der Schwenkzapfen 32 befindet sich in einem der Löcher 33 einer bei 35,35 an der aufrechten Stange 5 be-S festigten V-förmigen Aluminiumstütze 34. Die Stütze 34 besteht in Wirklichkeit aus zwei gesonderten Platten, je eine auf jeder Seite des aufrechten Gliedes 5; zwischen sie ist auch die Hülse 30 eingepaßt, so daß also deren Schwenkzapfen 32 durch beide Platten sowie die Achsverlängerungsstange 31 hindurchgeht. Die Lage der Rotorachse 30, 31 kann durch wahlweises Einschieben des Schwenkzapfens 32 in eins der verschiedenen Löcher 33 verändert werden.

An der vorderen Ecke der V-förmigen Stütze befindet sich eine Stange 36, deren Ende ebenfalls zwischen den beiden Platten der Stütze .sitzt und dort mittels einer Querstange 37 angelenkt ist, von deren Außenende Spanndrähte 38 sich nach unten und vorn zu einer Verbindungsstelle mit dem unteren Ende der Stange 36 - erstrecken, wo diese Drähte z. B. mittels einer Wicklung 39 befestigt sein können. Am äußersten unteren oder vorderen Ende ist in die Stange 36 ein Ring 40 für die Befestigung der Drachenleine eingeschraubt. An dieser Stelle ist auch eine biegsame Ankerschnur 41 befestigt, die mit ihrem anderen Ende z. B. vermittels einer Schrauböse 42 am Gestell der Vorrichtung vorzugsweise am Längshauptteil 4 befestigt ist.

Die Stange 36 kann in einer senkrechten Längsebene zwischen einer durch die strichpunktierte Linie 36° angezeigten unteren Stellung und einer nur durch die Länge der in Abb. 3 noch mit Durchhang dargestellten Anker schnur 41 begrenzten oberen Stellung schwingen.

Die Stange 36 besitzt verhältnismäßig nahe dem oberen Ende ein Gelenk 43 für ein Lenkerglied 44, dessen anderes Ende bei 45 am unteren Teil der Rotorachs Verlängerung 31 angelenkt ist; auch hier sind Einstellöcher 46 vorgesehen, was den Winkel zwischen der Rotorachse und der Stange 36 zu regeln und die geometrische Gestalt des Gestänges zu verändern gestattet. Zweckmäßig besteht der Lenker 44 aus je einem Aluminiumstreifen (Abb. ι und 2) auf jeder Seite der Glieder 36 und 31, während die Stifte 43 und 45 als Durchgangsbolzen dienen.

Aus obiger Beschreibung ist ersichtlich, daß Änderungen der Winkellage der Stange 36 um ihren Schwenkzapfen 37 infolge von an der Drachenschnur entweder durch den Bedienenden oder eine Änderung der Windgeschwindigkeit entstehenden Zugänderungen immer von einer Kippung der Achse der fio Rotornabe 24 um ihren Schwenkzapfen 32 begleitet sind, wenn angenommen wird, daß das Gestell der Vorrichtung in diesem Zeitpunkt seine Lage nicht ändert. Wegen der Verschiedenheit der Abstände zwischen den einzelnen Schwenkzapfen 32, 37, 43 und 45 wird fernerhin·· bei der dargestellten Ausführungsform ' der Bereich der Rotorkippung etwas geringer sein als der Kippbereich des Anschlußarmes 36 für die Drachenschnur. Das Gestänge zwischen dem schwenkbaren Hebel 36 und der schwenkbaren Rotornabe erzeugt also eine etwas kleinere W^Tinkelveränderung der Rotorachse für eine gegebene Winkelbewegung der Stange 36, was ein etwas stetigeres Fliegen des Drachens herbeizuführen scheint.

Wenn im Betrieb der. Vorrichtung von Abb. 3 angenommen wird, daß ein sehr leichter Wind in Richtung des Pfeiles B¹ bläst, dann wird sich die Drachenschnur in Richtung der Stange 36 unter einer sehr geringen Neigung zur Waagerechten erstrecken, wobei die Stange 36 etwa die vollausgezeichnete Lage einnimmt. Unter diesen Bedingungen wird die Rotorachse nach oben und hinten gekippt, und die Achsverlängerung 31 befindet sich in der vollausgezeichneten Lage, so daß der Rotor als Ganzes einen sehr hohen Anstellwinkel mit Bezug auf den relativen Luftstrom B¹ besitzt. Der Zug der Drachenschnur wird natürlich im wesentlichen in Richtung der Achse der Stange 36 erfolgen, wie durch den Pfeil P¹ angezeigt (d. h. längs einer Linie, die sich über den den Schnittpunkt der Rotorachse mit den Flügelachsen bildenden Rotormittelpunkt hinaus erstreckt), und der Auftrieb des Rotors wird nahe der Achse der Nabe in Richtung des Pfeiles L¹ liegen.

Das Gewicht der Maschine wirkt über den Schwerpunkt G, der unterhalb und etwas hinter der Schwenkachse des Rotors liegt, und zwar in Richtung des Pfeiles TV. Bei einer gegebenen Windgeschwindigkeit wird die Rotorachse eine solche Lage an ihren Schwenkzapfen einnehmen, daß der Auftriebschub L¹ in einer Gleichgewichtslage zwisehen den Schüben P¹ und W liegt.

Bei einer wesentlichen Zunahme des Windes, wie z.B. durch den Pfeil B² dargestellt, wird der Schub des Rotors zunehmen und die Maschine zu einer größeren Höhe steigen lassen, bis die Schublinie L² eine neue Gleichgewichtslage zwischen der (nunmehr vor dem Rotormittelpunkt vorbeigehenden) Richtung des Zuges P² der Drachenschnur und dem in Richtung W wirkenden Maschinengewicht einnimmt; die Rotornabe wird um ihre Schwenkachse 32 herum zu der dann notwendigen Gleichgewichtslage kippen. Der Anstellwinkel des durch die strichpunktierte Stellung der Flügel bei 2i^a angezeigten Hotors wird gleichzeitig infolge des die Rotorachse mit der Drachenschnurstange 36 ver-

bindenden Gestänges verringert. Je steifer der Wind, desto größer wird der Schub des Rotors, und der Winkel der Drachenschnur wird bei Zunahme des Windes steiler; unter S gewissen Bedingungen wird der Drachen eine Stellung unmittelbar über dem Kopf des Bedienenden erreichen.

Die Flügel 21 sind nicht ganz zutreffend in ihrer vollausgezeichneten Lage sowie in ihrer strichpunktierten Lage 2i" unter dem Winkel, den sie im Ruhezustand einnehmen, dargestellt. In Wirklichkeit werden die einzelnen Flügel, wenn sich der Rotor dreht, Winkel annehmen, die von einer wahren radialen Stellung an der Xabe nach oben geneigt sind, da die Flügel jederzeit frei um die Schwenkachse 25 zu Gleichgewichtslagen zwischen den auf die Flügel einwirkenden Auftrieb- und Zentrifugalkräften klappen können, wobei der kegelig nach oben gerichtete Durchschnittswinkel etwa 6° mit Bezug auf eine zur Umlaufachse senkrechte Ebene beträgt.

Es sei nunmehr angenommen, daß der Drachen wiederum bei einem Wind von der Geschwindigkeit JS¹ fliegt. Wenn eine plötzliche Windbeschleunigung eintritt, wird der Rotor an Geschwindigkeit zunehmen und sein in der Richtung L¹ wirkender Schub wird größer werden. Dies erzeugt um den Schwenkzapfen 37 der Drachenstange 36 ein erhebliches Moment, das den Körper des Drachens in Uhrzeigerrichtung (Abb. 3) dreht und so den Schwanz hebt. Es tritt dann eine Zunahme des negativen Auftriebes an der Schwanzfläche ein und dies bringt die Maschine zu einer Gleichgewichtslage zurück. Wenn die höhere Windgeschwindigkeit fortdauert, wird der Drachen natürlich zu einer größeren Höhe aufsteigen und in einer Gleichgewichtslage verbleiben. Ebenso kann der Bedienende durch Schlagen auf die Drachenschnur oder Rucken an derselben sowie durch Nachlassen oder Einziehen derselben die Vorrichtung verschiedene Sprünge ausführen oder wechselweise in verschiedenen Höhen fliegen lassen.

Bezüglich der Betriebsweise der Vorrichtung sei auch erwähnt, daß ein sehr steifer Wind, der den Drachen höher fliegen läßt, den Rotor abzuheben und seinen allgemeinen Anstellwinkel zu verringern sucht. Wenn der Wind derart abflaut, daß die Flügel auf ihren Klappzapfen übermäßig kegelig nach oben eingestellt werden, wird die Steigung der einzelnen Flügel infolge der winkligen Stellung der Zapfenachse 25 in bezug auf die Flügellängsachse (Fig. 2) vermindert.

Die Vorrichtung ist fernerhin für leichte und starke Windzustände einstellbar, indem man den Rotorschwenkzapfen 32 in verschiedene Löcher 33 mehr nach vorn oder mehr nach hinten steckt, und zwar wird der Schwenkzapfen bei starkem Wind nach vorn und bei geringem Wind nach hinten "gesetzt. Der Schwenkzapfen kann auch in verschiedenen Höhen eingestellt werden, um die Beziehung des Rotors zum Schwerpunkt und zu anderen Teilen des Fahrzeugs zu verändern. Wie oben erwähnt, verlaufen die Flossen 19 und 20 schräg in bezug auf das Längsglied 4, und zwar die eine mehr nach hinten und die andere mehr nach unten. Dies schafft nicht nur einen reichlichen Raum für die Drehung und die Klappbewegung der Rotorflüge], sondern auch für die Verkippung der Rotorachse, ohne daß die Flügel an diesen Flossenflächen anstoßen. Außerdem ist die Anordnung derart, daß gewünschtenfalls Flügel von größerem Durchmesser eingesetzt werden können, z. B. wenn außerordentlich leichte Winde auftreten; dies erfolgt durch Herausziehen des Wurzelendes des Flügels aus dem gegabelten Paßstück und durch Einsetzen eines neuen Flügels.

Bei sehr leichten Maschinen wurde festgestellt, daß die untere Grenze der Windgeschwindigkeit, bei der sie noch fliegen, und. der vom Rotor angenommene Winkelbereich durch eine gewisse selbsttätige Einstellwinkeländerung der Flügel wesentlich erweitert werden kann; es wird dies durch die in bezug auf die Flügellängsachse winklige Stellung des Zapfens für die Verklappung der Flügel erzielt. Ohne dieses Merkmal stellen sich die einzelnen Flügel leichter kegelig nach oben ein, so daß unter gewissen Umständen die Selbstdrehung aufhört. Die schräge Stellung der Klappbolzen verbessert auch in Verbindung mit der Kippbarkeit der Rotorachse die Betriebsweise des Drachens während des Ablassens und Landens.

Für Längsstabilität sorgt die Anordnung, daß der Rotorauftrieb gewöhnlich zwischen der vorn liegenden Abwärtskomponente des Drachenschnurschubes und dem weiter hinten liegenden Abwärtszug des Gewichts und bzw. oder des negativen Schwanzauftriebes liegt. Bezüglich des Gleichgewichts des Rotors an seinem Schwenkzapfen ist zu beachten, daß der Rotorauftrieb ständig die Maschine in Gegenuhrzeigerrichtung um den Schwenkzapfen 32 (Abb. 3) zu kippen sucht und daß der Gestängemechanismus so angeordnet ist, daß diese Kippneigung durch die Abwärtskomponente der Drachenschnur ausgeglichen wird. Hinsichtlich der Richtungsstabilität ist zu beachten, daß der Zug der Drachenschnur ₍ vor dem Schwerpunkt und die Stabilisierwirkung der Flächen 19 und 20 hinter demselben liegt. Bezüglich der seitlichen Stabilität iao arbeitet die V-Stellung der beiden Flächen 14. Im allgemeinen erscheint es erwünscht, daß

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die Klappgelenkachse 25 der Rotorflügel die Achse der Rotornabe schneidet und oberhalb des Nabenkippunktes 32 liegt, der sich etwas hinter der Nabenachse befindet, während die Schwenkachse 37 der Stange 36 wesentlich vor 'der Nebenachse und unterhalb des Rotormittelpunktes liegt und der Lenker 44 bei 43 unterhalb des Schwerpunktes 37 verläuft und das Gelenk 45 noch weiter unterhalb' des Schwerpunktes 32 gelagert ist.

Gemäß Abb. 4 ist eine Start- und Haltevorrichtung für kleinere Ausführungen vorgesehen, die aus einem Stab 47, etwa einer Angelrute, besteht, an welcher eine Rolle 48

•5 angebracht ist, während die mit dem Ring 40 der Stange 36 verbundene Schnur 36' durch eine öse 49 am Ende dieses Stabes geht. Die an der Schnur annähernd in der dargestellten Lage am oberen Ende des Stabes 47 hängende

ao Vorrichtung kann so bequem auf das Aufstiegfeld getragen werden. Wenn der Wind die Rotorflügel erfaßt, stellen sie sich steil kegelig nach oben, bis sie einzeln unter einem negativen Einfallswinkel stehen, wobei der Wind unmittelbar durch den Rotor von dessen Unterseite aus hindurchbläst. Wenn die Flügel umzulaufen beginnen und auf Geschwindigkeit kommen, schwenken sie mehr in eine radiale Lage an der Nabe und kommen allmählich in einen normaleren Einfallsbereich und die Rotorachse zu einer normaleren Neigung, worauf man die Schnur mit geringerer Geschwindigkeit als der Wind ablaufen und den Drachen steigen läßt. Wenn der Drachen durch Aufwickeln der Schnur auf die Rolle eingezogen wird, kommt er zur Spitze des Stabes 47 zurück, wodurch eine Beschädigung des Drachens und die Möglichkeit einer Verletzung des Bedienenden durch die umlaufenden Flügel vermieden wird.

Wenn man gemäß Abb. 5 der Vorrichtung größere Abmessungen gibt, kann man sie als manntragenden Beobachtungsdrachen benutzen und von einem Schiff 50, wie z. B.

einem Kreuzer oder Kriegsschiff, aufsteigen lassen, wobei die Höhe des Beobachters gewünschtenfalls durch Änderung der Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes eingeregelt werden; kann. Die Schlepp- oder Anseilvorrichtung, 4· h. das starre Element 36 und das 5·> biegsame Element, das Seil 36', sind hier in gerader Ausrichtung dargestellt; in Wirklichkeit wird sich das Schleppseil unter dem Eigengewicht und dem Druck des Windes etwas durchbiegen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gefesselter, mit am Gerätgestell befestigten Stabilisierungsflächen versehener Tragschrauber mit angelenkten Drehflügeln, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise in der senkrechten Längsebene des Gestells schwenkbare Umlaufachse (30, 31) der Trag- 65' schraube (21, 24) mit einem das Fesselseil (36') haltenden schwenkbaren Gestängeteil (36, 40) derart gekoppelt ist, daß bei einem steileren Anlauf des Fesselseiles sich die Tragschraubenumlaufebene flacher gegen den Wind einstellt als bei einem flachen Seilanlauf.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung durch ein am Vorderende des Gestells (4, 8) angeordnetes, in V-Stellung stehendes Flossenpaar (14) und durch ein am Gestellschwanz (4) in bekannter Weise mit negativer Einstellung angeordnetes, quer liegendes Flossenpaar (17) bewirkt wird.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine derartige Begrenzung des Schwenkbereiches der Tragschraubenachse (30,31), daß die Richtung des Tragschraubenauftriebs (Z.) innerhalb des Dreiecks: Nabe (24), Druckmittelpunkt der vorderen Flossen (14), Schwerpunkt (G) des Geräts verbleibt.

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwenkzapfen (32) für die die Tragschraubennabe (24) aufnehmende Umlaufachse (30, 31) räumlich verteilte Bohrungen (33) im Lagerkörper (34) zwecks Regelung der Tragschraubenlage in bezug auf das Gestell (4, S, 7, 8) zur Verfügung stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen