DE79446C - Verfahren und Vorrichtung, um Lasten in die Luft zu heben bezw. zu fliegen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAM

KLASSE

ORT.

Das dynamische Fliegen ist bisher, abgesehen von den thierischen Motoren, nur durch zwei Arten von Maschinen erreicht worden: durch die Feuerwerksraketen und die Spielzeuge mit Schraubenrad. Bei den ersteren wirkt lediglich die Reaction (der Druck der auf der einen Seite in die Luft ausströmenden Gase auf die festen Flächen der Gegenseite), bei den letzteren lediglich die Action (der Druck der bewegten Flächen auf die ruhende Luft).

Beide Maschinenarten sind einer Entwickelung kaum fähig; letztere, weil sie ihre Kraftquelle überhaupt nicht mitzuführen vermögen, — erstere, weil die Kraftquelle sehr schnell versiegt. Das Gleiche, was für Schraubenräder gilt, gilt für schwingende Flügel, Räder mit beweglichen Schaufeln, Stofskörper nach Art sich öffnender und schliefsender Regenschirme und dergl. Alle diese Maschinen leiden an dem Uebelstande, dafs sie Motoren brauchen, also aufser dem Dampfkessel eine Dampfmaschine oder sonstige schwere Maschinen, wie Explosionsmotoren und dergl., und dafs die bewegten Theile wegen des Mediums Luft grofse Flächen besitzen müssen, also grofse Versteifungsconstruction erfordern.

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet nun ein Verfahren, sich in die Luft zu heben bezw. zu fliegen, und eine Maschine zur Ermöglichung dieses Verfahrens, wobei von beweglichen Flugapparaten überhaupt abgesehen wird. Der sogen. Segelflug, den auch die Flugthiere fast immer anwenden, gestattet, unter vorsichtiger Verwendung der Schwerkraft grofse Strecken fast horizontal zurückzulegen. Da aber der Durchgang durch die Luft nicht reibungslos erfolgen kann, so sind die Verluste an Schwebehöhe beim Segeln um so gröfser, je kleiner die Zufuhr von äufserer Kraft ist, also je weniger Wind weht. Nur der Verlust an Schwebehöhe bei geringem Wind bezw. ruhiger Luft mufs von den Flugthieren fortwährend ersetzt werden. Die Flugthiere befinden sich also, in der Lage eines Seglers auf dem Wasser, der nur ganz ausnahmsweise die Dampf kraft nöthig hat, und für diesen ausnahmsweisen Gebrauch sind Dampfmaschinen, heifsen sie wie sie wollen, zu schwer.. Das vorliegende Verfahren bezweckt nun, den Schwebeflug dadurch unter allen Witterungsverhältnissen möglich zu machen, dafs die verlorene Höhe durch. Ansaugen der ruhenden Luft und Drücken derselben gegen eine feste oder stellbare, geneigte Tragfläche wiedergewonnen werden soll, indem die Luft auf ihrem Wege durch die Flugmaschine ähnlich wie bei Turbinen solche Wege angewiesen erhält, dafs stets eine lothrechte Componente, also eine Hubkraft übrig bleibt.

Dieses Bestreben kann noch dadurch unterstützt werden, dafs der angesaugten und unter die Tragfläche geprefsten Luft der erzeugte Dampf und die Heizgase direct beigemischt werden, so dafs die angesaugte Luft sich erwärmt, expandirt und also noch leistungs-fähiger wird. Beim Verlassen der Maschine wirkt die angesaugte Luft aufserdem noch in bekannter Weise durch Reaction.

Das beschriebene Verfahren kann beispielsweise wie folgt zur Ausführung gebracht werden.

Fig. ι zeigt die einfachste Form einer Maschine, welche zum Ersätze des sogen. Fessel-

ballons bestimmt ist. Der von einer Lokomobile erzeugte Dampf wird durch Gelenkröhren oder Schläuche zwei starr oder gelenkig mit einander verbundenen Ebenen — Tragflächen a —^; in der Art zugeführt, dal's das Gemisch aus Dampf und mitgerissener Luft gegen die Flächen stöfst. Heifst die auf jede Fläche wirkende Kraft k, so ist nach dem Gesetz des Parallelogramms der Kräfte die — abgesehen von einer geringen Reactionswirkung — verlorene Kraft ι und die wirksame Kraft 2. Letztere zerlegt sich nun ihrerseits wieder in die Kraft 3, welche die Tragflächen von einander zu entfernen oder bei umgekehrter Anordnung einander zu nähern sucht, und in die Kraft 4 — die eigentliche Hubkraft.

Fig. 2 zeigt eine Fesselflugmaschine, bei welcher die oberen Tragflächen nach Fig. 1 durch cylindrisch gekrümmte Tragflächen a ersetzt sind. Die Kräfte sind in der gleichen Art wie in Fig. 1 bezeichnet. Hier ist aber die Kraft 1 nicht verloren, weil sie in jedem Elemente ihres Weges bis zur Unterkante der Tragfläche gezwungen wird, ihre Richtung zu ändern. Aufser der ersten, in der Nähe der Oberkante der Tragfläche gebildeten Hubkraft 4 bilden sich also in jedem Elemente neue Hubkräfte 4; aufserdem wirkt beim Verlassen der Tragfläche der nunmehr frei werdende Gegendruck der Kraft k in der Flächenwandung selbst ebenfalls im Sinne der Kräfte 4.

Fig. 3 zeigt eine Fesselflugmaschine, deren Tragfläche α man sich durch Rotation des Schnittes Fig. 2 um die Symmetrieachse erzeugt denken kann. Würde hier der Strahl in der gleichen Weise an die Fläche treten wie nach Fig. 2, also radial, so wäre in Bezug auf die Qualität der Arbeit nichts gebessert. Läfst man aber den nahezu waagrechten Strahl tangential an die Tragfläche α herantreten, so verläuft derselbe schraubenförmig, legt also einen sehr langen Weg innerhalb der Tragfläche zurück, und wenn man dafür sorgt, dafs durch Leitschaufeln/ am Rande der Strahlaustritt parallel zur Achse erfolgt, so gewinnt man auch noch die volle Reactionswirkung. Ein langer Weg des Luftstrahles längs der Tragfläche ist aber deshalb erwünscht, weil so die Möglichkeit geboten ist, dem. Strahl, welcher mit einer für die vorliegenden Zwecke viel zu grofsen Geschwindigkeit die Düse verläfst, einen gröfseren Betrag seines Arbeitsvermögens abzunehmen. Würde die Fig. 3 nicht durch Rotation des Schnittes Fig. 2, sondern durch Rotation des Schnittes Fig. 1 um die Symmetrieachse entstanden sein, so wäre eine zur Tragfläche tangentiale Düsenrichtung um so notwendiger, je ungünstiger der Strahl nach Fig. 1 bereits gegenüber dem nach Fig. 2 arbeitet.

Fig. 4 zeigt im Grundrifs und Aufrifs eine Maschine für freien Flug. α ist die Tragfläche, b ist der Kessel. Der Dampf tritt durch die Röhren c an den Mundstücken C₁ aus und reifst direct oder durch Strahldüsen geleitet sowohl die frische äufsere Luft L als die Verbrennungsluft K K₁ K₂ mit sich.

Das Gemisch aus Luft, Dampf und Verbrennungsgasen tritt nun unter die Tragfläche a und giebt, wie bereits erörtert, Arbeitsvermögen an die Tragfläche ab. Die Anzahl der Düsen C₁ wird so bemessen, dafs sich die Streuungs-Sphäroide vereinigen. Der Spalt zwischen der Tragfläche α und der Kegelfläche b_x ist mit einer Anzahl Klappen d versehen, welche zusammen wie ein Rückschlagventil dann wirken, wenn die Maschine zu sinken anfängt. Dieselbe verhält sich also dann wie ein Fallschirm.

Maschinen nach Fig. 1 sind aber noch nicht genügend flugfähig, weil das Drehmoment der von den Düsen geförderten Luftmasse ohne Gegenmoment bleibt. Diesem Umstände ist in den Fig. 5 und 6 Rechnung getragen.

Fig. 5 zeigt statt einer einzigen Leitfläche deren mehrere, welche abwechselnd positive und negative Drehmomente erhalten. Die Flächen können auch wie bei Turbinen durch Leitschaufeln/unterbrochen sein, so dafs der austretende Strahl die günstigste Reactionswirkung erzielt.

Fig. 6 zeigt eine Verdoppelung der Tragflächen nach Fig. 4, wovon die eine rechtsläufige., die andere linksläufige Düsen besitzt. Die Gondel mit Kessel ist in der Mitte zwischen den beiden Tragflächen angeordnet.

Fig. 7 hat einseitig (cylindrisch) gekrümmte Flächen. Die Reactionswirkung tritt hier nicht in geschlossenen Linien, sondern wie bei Fig. 1 und 2 rechts und links der Gondel in zur Fahrrichtung parallelen Geraden auf. Auf der rechten Seite der Fig. 7 ist aufser der Tragfläche α noch eine Schutzfläche η ersichtlich. Letztere hat den Zweck, eine mechanische Hebung des Fahrzeuges während beliebiger Segelbewegungen desselben zu ermöglichen. Wenn z. B. das Luftschiff vorwärtsfahrend sich heben soll, so verfolgt der aus der Düse c,, Fig. 7a, tretende Strahl mit dem angesaugten Luftgemisch längs der Tragfläche α eine zur Fahrrichtung senkrechte Richtung. Die Luftmasse, über welche die Maschine hinfliegt, würde also durch Reibung die von den Düsen C_x geförderte Luftmasse nach hinten drängen, d. h. die Hebungsarbeit stören. Deshalb - ist die Tragfläche α durch eine Schutzfläche η gedeckt, welche entweder wie in Fig. 7 b unmittelbar unter der Tragfläche liegt, so dafs sich die von den Düsen C₁ geförderte Luft in einem geschlossenen Kanäle bewegt,, oder welche, wie in Fig. γο, unmittelbar vor der Tragfläche liegt, so dafs diejenigen Luftschichten,

welche eine Störung bringen könnten, nach unten ausweichen müssen.

Wie aus den Fig. γ a bis 7 c hervorgeht, bildet die Schutzfläche η gleichzeitig eine Hülfstragfläche. Die Tragfläche kann auch verdoppelt bezw. aufgelöst sein, wie in Fig. 7 d, so dafs die obere Fläche nur Saugdüsen, die untere Fläche nur Druckdüsen aufnimmt. Die durch den Strahl von oben angesaugte Luftmasse wird hier, sobald sie den Kanalquerschnitt anzufüllen beginnt, von den einzelnen Tragflächen α der Druckdüsen abgeschält. Die Arbeitsstellen erscheinen somit wie in Fig. 5 vervielfacht. Ebenso wie die Tragflächen können auch die Schutzflächen stellbar eingerichtet sein.

Fig. 8 zeigt nur eine Symmetrieachse. Die Düsen C₁ liegen an den festen Flügelenden, so dafs die Luft von aufsen und oben gegen die Gondel nach unten und hinten geleitet wird. Diese Maschine kann sich also in ruhiger Luft nicht lothrecht, sondern nur vorwärtsfahrend oder gegen den Wind heben.

Die Fig. 8 a und 8 b zeigen ebenfalls nur eine Symmetrieachse und ferner nur ein Paar Tragflächen von leichterer Herstellbarkeit, gegen welche Flächen die Strahlen von innen nach aufsen wirken. Bei beiden Constructionen deckt die Schutzfläche η nur einen Theil der Tragfläche, so dafs auf Schutzfläche und Tragfläche eine zur Vorwärtsbewegung dienende Componente übertragen wird, während die der eigentlichen (lothrechten) Hebung dienende Componente hauptsächlich durch Einwirkung des Strahles auf die hinteren Theile der Tragflächen erfolgt. Dies tritt auch dann noch ein, wenn, wie in Fig. 8c, die Tragfläche vollständig in die Gestalt der Aeroplane übergeht. Denn die anfänglich parallel zur Ebene laufenden Fäden des Strahles bilden im freien Zustande ein Konoid, so dafs eine dieses Konoid einseitig 'durchschneidende Ebene durch Ablenkung der betreffenden Luftfäden selbst ungefähr senkrecht zur Strahlachse verschoben wird.

In den Fig. 8d und 8e sind die für die Leitung des aus der Düse C₁ kommenden Strahles bestimmten Trag- und Schutzflächen genau gleich angeordnet, so dafs sie zusammen je eine Druckfläche α bilden. Im Sinne der Aeroplane wirkt dann noch eine Hülfstragfläche U₁. Um die allen Aeroplanen anhaftenden Schwierigkeiten beim Abfahren und beim Landen zu überwinden, kann die Hülfstragfläche ^₁ mit der Druckfläche α gelenkig verbunden sein (Fig. 8 d), so dafs sich die Fläche U₁ selbstthätig dem auf sie wirkenden Drucke entsprechend einstellt; oder es kann die mit der Druckfläche' α in starrer Verbindung stehende Hülfstragfläche it, mit Esse und Düse c_s zusammen gegen die Gondel verstellt werden (Fig. 8e), so dafs z. B. α und a_x jederzeit aus der lothrechten in die waagrechte Lage übergehen können, und umgekehrt.

Es soll nunmehr an der Hand der Fig. 9 bis 12 der Betrieb eines frei fliegenden Luftschiffes erörtert 'werden.

Die Flügel bilden offene Kanäle mit vorgelegter Schutzfläche n. Der mittlere Theil der Flügel ist versteift, die vorderen und hinteren Theile sind federnd. Der Druckgurt / der Flügelconstruction ist als Esse für. die Kesselfeuerung ausgebildet und endigt bei I₁ auf der Oberseite frei in die Atmosphäre, während er auf der Unterseite Saugdüsen besitzt, so dafs der aus C₁ austretende Strahl die Verbrennungsgase mit sich reifsen und unter die Tragfläche führen kann. Die Düsen C₁ sind weit vor die Trichter m der Flügelenden gelegt,¹ um dem Strahl auf seinem Wege durch die freie Luft ein gröfseres Arbeitsvermögen abzunehmen: Zwischen dem offenen Kanal der Flügeltragfläche und dem Trichter m ist eine Klappe d eingeschaltet, welche beim Steigen der Maschine unten liegt, beim Fallen der Maschine aber sich gegen den Druckgurt / legt, so dafs die im offenen Flügelkanal nach oben steigende Luft nicht durch den Trichter entweichen kann, sondern längs der Klappe d wieder etwas nach unten geführt wird. Die Steuerruder O schliefsen sich an die Tragfläche an und ermöglichen in Verbindung mit der Lage des Schwerpunktes der Maschine vor der Flügelachse jede beliebige horizontale und Vertikalablenkung des Luftschiffes.

Für die Zwecke der Landung sind ein federndes Rad ρ am Bug und federnde Schleifbäume q am Heck der Gondel angeordnet. Der Kessel b der Maschine besitzt nicht die Gröfse, um den für ein gleichmäfsiges Hoch- . drücken der Maschine erforderlichen Dampf zu liefern, sondern nur diejenige Gröfse, welche ausreicht, um mit einzelnen Dampfstöfsen sich zu heben und unter Verwendung der Schwerkraft eine Strecke weit horizontal, d. h. im flachen Bogen zu fliegen. Ehe das durch den ersten Stofs gegebene Arbeitsvermögen aufgebraucht ist, erfolgt dann der zweite Stofs u. s. w. Zwischen je zwei Dampfstöfsen sind die Düsen geschlossen, der Kessel hat also genügend Zeit, neuen Dampf zu bilden. Versagt einmal der Kessel und ist die Luft ruhig, so rnufs die Maschine in flachen Bogen zur Erde gesteuert werden. Bei Wind kann durch Aufkreuzen aus Schwerkraft und Winddruck stets eine zur Fortbewegung dienende Kraft gewonnen werden. Dies wird noch leichter möglich sein, wenn Schutzflächen und Tragflächen stellbar eingerichtet sind, oder wenn besondere, eine Hubkraft liefernde Segel bei Wind gesetzt werden.

Da, wie erwähnt, der Kessel nur in Pausen

Dampf abgeben soll, so wird ein Aufschäumen des Wassers — das sogen. Spucken — entstehen. Dies wird für den Betrieb dadurch unschädlich gemacht, dafs die Dampfröhren c durch die Esse geführt werden, somit als Ueberhitzer wirken. Die gleiche Lage erhalten etwaige zum Anheizen nöthige Hülfsblasrohre.

Es ist nun denkbar, dafs der beschriebene einfache Betrieb nach Fig. 11 Seekrankheit erzeugt. Für diesen Fall ist der Betrieb nach Fig. 12 zu gestalten, d. h. die Dampfstöfse haben — etwa durch einen besonderen selbstthätigen Apparat veranlafst — so rasch auf einander zu folgen, dafs die Abweichung der Bogen von der Geraden für das Gefühl verschwindet. Damit nun die Achse des Luftschiffes beim Fallen und Steigen die gleiche Neigung beibehalten kann, ist es nöthig, dafs eine Schraube und dergl. fortw_ä'hrend einen horizontalen Impuls giebt. Die Schraube könnte z. B. durch eine nach Art der Hurdy-Gurdy-Räder gebildete Luftturbine von einem Strahlgebläse getrieben werden.

Es sei ■ hier noch darauf hingewiesen, dafs dieser Betrieb nach Fig. 12 nicht etwa mit dem Betrieb von Aeroplanen zu verwechseln ist. Bei der Aeroplane soll ein Motor dem Luftschiff eine solche Horizontalgeschwindigkeit verleihen, dafs der auf die schräge Fläche in der Fahrtrichtung von unten wirkende Druck der ruhenden Luft gleich der Schwerkraft wird. Bei vorliegender Construction dagegen soll die Schwerkraft durch Luftstöfse längs festen oder stellbaren Flügeln etwa senkrecht zur Fahrtrichtung ohne Motor aufgehoben werden, und der horizontale Motor soll nur dazu dienen, das Anpassen der Schiffsachse an die jeweilige Neigung der kleinen Bogen zu vermeiden, also im verticalen Sinne zu steuern, während das Steuer selbst lediglich bei eigentlichen Aenderungen in der Fahrtrichtung benutzt wird. Der Winkel α, unter dem die Achse des Luftschiffes gegen den Horizont gestellt wird, kann also hier gleich Null werden.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Das Verfahren, dadurch Lasten in die Luft zu heben bezw. zu fliegen, dafs unter sich ganz oder nahezu entgegengesetzt gerichtete Ströme von Luft, Dampf, frischen oder Verbrennungsgasen annähernd senkrecht zur Hub- bezw. Fahrrichtung gegen Druckoder Tragflächenpaare α derart geleitet werden, dafs sie diesen Flächen eine Druckcomponente nach oben bezw. in der Fahrrichtung verleihen und beim Verlassen der Flächen aufserdem noch durch Reaction wirken.

2. Eine Abart des unter 1. genannten Verfahrens, bei welchem behufs Einschränkung des Kesselgewichtes Luft, Dampf, frische oder Verbrennungsgase einzeln oder zusammen mit Unterbrechungen (stofsweise) gegen die Tragflächen geleitet werden.

3. Zur Ausübung des unter 1. und 2. genannten Verfahrens eine Maschine, welche ohne beweglichen Flugapparat und ohne Ballon lediglich mit einer Luftpumpe (Strahlpumpe, Flügelgebläse und dergl.) versehen ist, um Luft oder Gase gegen die Druckflächen zu schleudern.

4. Eine Ausführungsform der unter 3. genannten Maschine, bei welcher die der Luft oder den Gasen angewiesenen Wege mit Rückschlagventilen ausgestattet sind, so dafs gegen Druckschwankungen (Absturz) die Tragflächen als Fallschirm wirken.

5. Eine Ausführungsform der unter 3. und 4. genannten Maschine, bei welcher zur beliebigen Erzielung einer Hub-, Vorwärtsoder Rückwärtsbewegung ein Hülfsmotor angeordnet ist oder die Druckflächen gelenkig mit dem Kessel bezw. der Gondel verbunden sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.