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Verstelluftschraube Im Bau und Betrieb von Verstelluftschrauben ergeben
sich durch die im Laufe der Entwicklung immer mehr gesteigerte Gewichte der Luftfahrzeuge
und durch die immer größer werdenden Leistungen der Antriebsmotoren Schwierigkeiten,
die nur mit Mühe gemeistert werden können. Große Flugzeuggewichte zwingen bekanntlich
zur Verwendung sehr breiter Luftschraubenflügel, um der Forderung eines guten Startes
zu genügen. Es ist außerdem bekannt, daß die Leistungserhöhung eines Flugmotors
nicht ohne weiteres durch Erhöhung der Luftschraubendrehzahl aufgenommen werden
kann, weil beim Überschreiten einer bestimmten Höchstdrehzahl an der Schraube, und
zwar insbesondere an den Blattspitzen, Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, die
über der Schallgeschwindigkeit liegen, wodurch sich aerodynamisch ungünstige Verhältnisse
ergeben. Andererseits kann die Leistungssteigerung eines Triebwerkes aber auch nicht
ohne weiteres durch eine Vergrößerung des Luftschraubendurchmessers aufgenommen
werden, weil dem Schraubendurchmesser aus konstruktiven Gründen von der Flugzeugseite
her Grenzen gesetzt sind. Man ist daher gezwungen, den hohen Leistungen moderner
Flugzeugtriebwerke durch Vergrößerung der
Anzahl der Luftschraubenflügel
und Vergrößerung der Flügelblattbreiten Rechnung zu tragen. Von der Verstelluftschraube
aus gesehen, sind aber große Blattbreiten unerwünscht, da sie nicht nur im Falle
von Schrauben mit Metallflügeln, sondern auch bei solchen mit Holzflügeln einerseits
zu sehr hohen Fliehkräften führen, die in entsprechend starken Flügellagerungen
aufgenommen werden müssen, und andererseits große Zentrifugalmomente an den Flügeln
ergeben, die zu großen Verstellmomenten führen oder zur Anordnung entsprechender
Ausgleichsgewichte zwingen. Beide Maßnahmen aber haben hohe Gewichte der Verstellluftschraube
im Gefolge.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwierigkeiten, die
bisher bei Verstelluftschrauben für hohe Leistungen zu verzeichnen waren, zu vermeiden
und Mittel und Wege zu schaffen, um einerseits das Gewicht einer Luftschraube im
Verhältnis zu ihrer Leistung in erträglichen Grenzen zu halten sowie die Verstellkräfte
durch weitgehende Herabsetzung der Zentrifugalmomente klein zu halten. Dies wird
erfindungsgemäß bei einer Verstelluftschräube dadurch erreicht, daß die Schraubenflügel
als Doppelflügel ausgebildet sind, deren Arme mit dem gemeinsamen Flügelschaft einheitlich
zusammengefaßt sind. Besonders zweckmäßig ist es, die beiden Arme eines Doppelflügels
so anzuordnen, daß die Achse des gemeinsamen Flügelschaftes zwischen ihnen liegt.
Man kann dabei unschwer erreichen, daß die Zentrifugalmomente auf einen sehr kleinen
Wert herabgesetzt oder gar aufgehoben werden. Die Anordnung der beiden Arme des
Doppelflügels wird ferner im allgemeinen zweckmäßig so getroffen, daß die Schwerpunkte
ihrer Querschnittsflächen über den wesentlichen Teil der Längserstreckung des Doppelblattes
auf Geraden liegen, die parallel zur Flügelverstellachse verlaufen, und nur im inneren
Bereich des Doppelblattes, wo die beiden Arme zum gemeinsamen Schaftteil zusammengeführt
sind; in Richtung auf die Verstellachse hin abweichen.
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Bei festen Luftschrauben, d. h. solchen, deren Blätter nicht verstellbar
sind, würden Ausführungen mit paarweise in Doppeldeckeranordnung zusammengefaßten
Flügeln bereits mehrfach vorgeschlagen, doch reichten die diesen Vorschlägen zuzurechnenden
Vorteile allein nicht aus, um ihnen Eingang in die Praxis zu verschaffen. Bei Verstelluftschrauben
jedoch ergeben die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung j e zweier Flügelarme
auf einem gemeinsamen Flügelfuß und ihre gemeinsame Verstellung außer den bei den
bekannten Vorschlägen für feste Schrauben zu erwartenden Vorteilen eine beträchtliche
Verringerung des Schraubengewichtes gegenüber einer Einblattausführung gleicher,
Leistung oder die Möglichkeit einer bedeutend erhhten Leistungsaufnahme bei Bleichem
Luftschraubengewicht.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung wesenhaft dargestellt. Es zeigt
Abb. i a die Vorderansicht und Abb. ib die Seitenansicht eines Versfelluftschraubenflügels
bekannter Art, Abb. i c den Querschnitt dieser bekannten Ausführungsform nach Linie
I-I der Abb. i a, Abb. 2 a die Vorderansicht und Abb. 2 b die Seitenansicht eines
Verstelluftschraubenflügels nach der Erfindung, Abb. 2 c einen Querschnitt der Ausführungsform
nach der Erfindung nach Linie II-II der Abb. 2a. Die Verhältnisse einer Verstelluftschraube
bekannter Art mit einfachen Flügeln gemäß Abb. i a und i b sind, soweit sie in diesem
Zusammenhange wesentlich sind, in Abb. i c veranschaulicht. In dieser Abbildung
bedeutet i den Blattfuß (Flügelschaft) .und 2 das Flügelblatt. Das Blattprofil hat
dabei eine durch den Winkel ß (Anstellwinkel) gegebene Neigung zu der X-Achse eines
rechtwinkligen Koordinatensystems X Y, die in der Umlaufrichtung der Schraube liegt.
Der Schwerpunkt S des Blattprofils liegt bei dem dargestellten Beispiel auf der
verlängerten Mittelachse des Flügelschaftes i, um welche das Schraubenblatt beim
Ändern seines Anstellwinkels gedreht wird. Auf dieser Achse liegt auch der Mittelpunkt
o des Koordinatensystems XY. In bezug auf die Koordinatenachsen X und Y ergibt sich
ein Zentrifugalmoment; welches durch die Pfeile P, und P2 versinnbildlicht wird.
Zur Aufhebung bzw: Verkleinerung dieses Zentrifugalmoments wird bei einer Luftschraube
der dargestellten Art üblicherweise ein Ausgleichsgewicht q. vorgesehen, welches
unnachgiebig am Blattfuß i oder am Flügelblatt 2 befestigt ist und welches seinerseits
ein Zentrifugaamoment ergibt, das durch den Pfeil P3 dargestellt werden kann und
das dem Zentrifugalmoment des Flügelblattes entgegenwirkt.
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Für eine gemäß der Erfindung mit Doppelflügeln versehene Luftschraube
nach Abb. 2-a und 2b sind die entsprechenden Verhältnisse in Abb. 2 c dargestellt.
Der Luftschraubenflügel besteht hierbei aus den beiden Flügelarmen i2 und 13, die
in einem Abstand a hintereinander angeordnet und mit dem Blattfuß ii zu einem einheitlichen
Ganzen zusammengefaßt sind. Die Anordnung der F1ügeIarme z2 und 13 ist dabei so
erfolgt, daß die Mittelachse des Blattfußes 1i, um welche die Verdrehung bei der
Änderung des Blattanstellwinkels erfolgt, zwischen den Armen 12 und 13 liegt. Betrachtet
man eine solche Luftschraube wieder in einem rechtwinkligen Koordinatensystem, dessen
Anfangspunkt o auf der verlängert gedachten Flügelschaftachse liegt und dessen eine
Achse X, zu welcher die Profile der Flügelarme wieder unter dem hier für beide Arme
gleich angenommenen Winkel /3 angestellt sind, mit der Umlaufrichtung der Schraube
übereinstimmt, so kann man sich jeden der beiden Flügelarmquerschnitte durch die
Koordinatenächsen X und Y und durch eine durch den Schwerpunkt S, bzw. S13 des Profils
und den Koordinatenanfangspunkt o gelegte Gerade in vier Teile i2a, Z21, iv und
Zea bzw. 13a, 13', 13c und 13a zerlegt denken.- Dabei ist zur einfacheren Erklärung
die praktisch nicht unbedingt notwendige Annahme gemacht, daß Si", S13 und o ungefähr
auf einer Geraden liegen. Die Profilteilei2a bis 1211 und 13a bis 1311 ergeben bei
laufender Schraube Zentrifugahnomente, welche durch die Pfeile P 12a, P12b,
. p12c und Liza bzw. Pl3a, P13a, 1'13c undP13d dargestellt sind. Man erkennt aus
Abb. 2 c, daß es durch geeignete Anordnung der Profile 12 und 13 in bezug zueinander
und zum Koordinatenanfangspünkt o möglich
ist, für jedenFlügelarm
12 bzw. i3 ein Verschwinden der Zentrifugalmomente zu erreichen und somit den Luftschraubendoppelflügel
als Ganzes gesehen ebenfalls fliehmomentfrei zu halten. Es kann dabei zweckmäßig
sein, die Profile iz und 13, wie in Abb. 2 c dargestellt, parallel zueinander, und
zwar mit oder ohne Staffelung, anzuordnen. Die beiden Arme- i2, 13 eines Doppelflügels
können in bezug auf Umriß und Flächeninhalt entsprechender Querschnitte übereinstimmen
oder voneinander abweichen. Die Schwerpunkte der Profilquerschnitte liegen über
den wesentlichen Teil der Längserstreckung der Flügelarme 12 und 13 zweckmäßig,
aber nicht notwendig, auf Geraden G12 und G13 (Abb. 2b), die parallel zur Flügelverstellachse
m verlaufen, und nur in dem Bereich, wo die Flügelarme 12 und 13 zu dem gemeinsamen
Blattfuß ii zusammengeführt sind, weichen die Schwerpunkte entsprechender Querschnitte
von den Geraden G12 und G13 ab und nähern sich der Flügelverstellachse nz.
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Durch die Ausgestaltung einer Verstelluftschraube nach der Erfindung
läßt sich bei gleichen aerodynamischen Eigenschaften des Doppelflügels und des Einfachflügels
eine beträchtliche Verminderung des Luftschraubengewichtes gegenüber der Schraube
mit Einfachflügeln erreichen, wobei die Gewichtsersparnis nicht nur dadurch zustande
kommt, daß der Doppelflügel an sich leichter ist als der Einfachflügel, sondern
auch zum erheblichen Teil auf Gewichtsersparnis im Verstellmechanismus, die durch
die kleineren Verstellkräfte des Doppelflügels ermöglicht wird, entfällt. Bei Annahme
gleichen Gewichtes eines Einfachflügels und eines Doppelflügels ergibt sich eine
beträchtliche aerodynamische Überlegenheit des letzteren und damit die Fähigl@eit,
höhere Leistungen der Antriebsmaschine aufzunehmen. In allen Fällen aber machen
sich die von festen Luftschrauben mit paarweise in Doppeldeckeranordnung zusammengefaßten
Flügeln her bekannten Vorteile auch hier vorteilhaft geltend.