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Einrichtung zur Luftkühlung von Flugzeugmotoren Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Luftkühlung von Flugzeugmotoren in einem stromlinienförmigen,
um die Motorzylinder eine zur Mittelachse gekrümmte ringförmige Nase bildenden Gehäuse,
mit Luftein- und -auslässen in der Flugrichtung zugekehrten Teilen der Gehäusewandung,
an denen außen, von der Anströmluft erzeugt, von der Mittelachse aus in kurvenartigem
Verlauf erst Leber- und dann Unterdrücke herrschen, wobei der Überdruck zur Zuführung
der Kühlluft ausgenutzt wird.
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Für die bekannten Einrichtungen dieser Art ist es bekanntgeworden,
einen einzigen Auslaß für die Kühlluft genau an der Stelle höchsten Unterdruckes
anzuordnen.
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Es wurde jedoch festgestellt, daß diese Anordnung eines einzigen Auslasses,
so vorteilhaft sie auf den ersten Blick zu sein scheint, für die meisten Flugverhältnisse,
insbesondere für normale Flugzeuggeschwindigkeiten, in keiner Weise befriedigt.
So hat sich namentlich ergeben, daß der austretende Kühlluftstrom den umhüllenden
Strom ablenkt, wodurch in erheblichem Maß Wirbel gebildet werden, welche den Flugwiderstand
des Fahrzeuges vergrößern, indem die nachteilige sogenannte Wirbelschleppe des Fahrzeuges
verstärkt und auch die Steigfähigkeit beeinträchtigt werden.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß für die meisten Flugverhältnisse,
insbesondere für normale Flugzeuggeschwindigkeiten, ganz ausgezeichnete Kühlwirkungen
erhalten -",erden, wenn ausgesprochen abweichend vom bekannten Vorschlag ein verschließbarer
Hauptauslaß für die Kühlluft nahe der- in Flugrichtung vordersten
Krümmungsstellen
der Gehäusenase und zugleich vor der Stelle höchsten Unterdruckes vorgesehen ist,
an welcher die ,das Gehäuse umfließende Anströmluft beschleunigt und konvergierend
strömt.
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Umfangreiche und gründliche praktische Erprobungen :dieser Erfindung
haben ergeben, daß für die meisten Flugzustände Bestwerte erreicht werden und zugleich
bei den übrigen Flugverhältnissen, insbesondere bei geringen oder Überhaupt nicht
vorhandenen Flugzeuggeschwindigkeiten, wie z. B. beim Start, Landen, Steilflug u.
dgl., ebenfalls recht gute Ergebnisse erhalten werden.
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Die gemäß der Erfindung unbedingt und vor der Stelle höchsten Unterdruckes
vorzusehende Auslaßöffnung braucht, wie festgestellt wurde, nicht einmal im Bereich
des Unterdruckes vor dem maximalen Unterdruck zu liegen, sondern kann sehr wohl
auch in der noch weiter vor dem maximalen Unterdruck liegenden Überdruckzone angeordnet
sein. Auch bei- dieser Anordnung werden ausreichende Druckdifferenzen zur Erzeugung
des Kühlluftstromes erhalten.
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Die Größe des höchsten negativen Druckes hängt unter anderem auch
von der Schroffheit der Kurve des vorderen Endes der Haube .ab. Mit Hilfe einer
verhältnismäßig unvermittelten Krümmung der Haubennase können sehr beträchtliche
Höchstwerte des Unterdruckes erzielt werden. Weist die Haube eine solche ziemlich
scharfe Vorwärtskrümmung auf, so liegt die Zone hohen Unterdruckes dann etwa vor
den Zylindern,des Flugzeugmotors.
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Bei Anwendung der Erfindung treten Wirbel, die den Widerstand des
Flugzeuges vergrößern, nicht auf; die Verhältnisse beim Steigflug sind ausgezeichnet.
Die Kühlluftgeschwindigkeit ist bedeutend höher als bei den bekannten Einrichtungen.
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Es wurde weiter gefunden, daß mit der Einrichtung auch bei Flugverhältnissen
mit geringen oder überhaupt keinen Flugzeuggeschwindigkeiten, wie z. B. beim Start,
Landen, Steilflug u. dgl., bestmögliche Ergebnisse erhalten wenden, wenn ein zweiter
verschließbarer Auslaß vorgesehen und in an sich bekannter Weise in der Zone höchsten
Unterdruckes angeordnet ist. Eine besonders einfache Ausführungsform wird dabei
dadurch gewonnen, daßr an. Stelle zweier gesonderter Auslässe für, die Kühlluft
nur ein einziger schlitzförmiger verschließbarer Auslaß vorgesehen wird, der sich
dann von der Stelle -höchsten Unterdruckes nach vorn. zur Gehäusenase erstreckt.
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Es wurde ferner noch gefunden, daß es sich empfiehlt, als Lufteinlaß
einen im wesentlichen zylindrischen, Rohrstutzen zu verwenden, der sich derart in
das Gehäuse erstreckt, daß zwischen .diesem Lind dem Stutzen ein ringförmiger. Raum
gebildet wird, wobei das vordere Ende des Rohrstutzens nach auswärts gebogen sein
soll, :damit es mit dem vorderen Ende des Gehäuses in an sich bekannter Weise einen
Luftauslaß bildet, dessen Weite durch Verschieben des Rohrstutzens relativ zum Gehäuse
geregelt wird. .
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Bei allen, Ausführungs.formnen der Erfindung wirkt der Kühlstrom .so:,
daß, bei hoher Geschwindigkeit des Flugzeuges ein Mindestmaß an Sog, bei niedriger
oder überhaupt keiner "Geschwindigkeit hingegen ein Höchstmaß an Sog erzielt, in
jedem Fall also. günstigste Bedingungen verwirklicht werden.
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Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung sowie Anwendungsmöglichkeiten
gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung
hervor.
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Fig. i stellt einen Teil eines Schnittes durch einen Motorflugzeugrumpf
dar, in dem ein Motor nebst -Kühleinrichtung gemäß der Erfindung angeordnet sind;
der in der Nähe ,der Rumpfnase herrschende Druckverlauf ist schematisch veranschaulicht;
Fig. 2 gibt die Ansicht des Schnittes einer Ausführungsform mit einem Reihenmotor
und einer Kühleinrichtung gemäß der Erfindung wieder; Fig.3 veranschaulicht einen
Teilschnitt der vorderen Zone eines Flugzeugrumpfes, ebenfalls nebst Motor und Kühleinrichtung
nach der Erfindung; während Fig.4 einen Teilschnitt wiedergibt, der eine Kühleinrichtung
zeigt, die derjenigen nach Fig. 3 entspricht und regelbar bzw. einstellbar ist;
Fig.5 stellt die Draufsicht eines Schnittes des vorderen Teiles eines Flugzeugrumpfes
nebst einer besonderen Ausführungsart der Kühleinrichtung dar, Während Fig. 6 hiervon
einen Teilschnitt nach derLinie6-6 der Fig. 5 wiedergibt.
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Fig. 7 veranschaulicht eine Ansicht eines Teiles entsprechend Fig.
5, wobei die Kühleinrichtung in einem anderen Zustand der Regelung dargestellt wird.
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Es ist bekannt, daß bei den meisten stromlinienförmigen Körpern sehr
nahe am vorderen Ende des Körpers eine -Zone hohen, negativen oder Unterdruckes
vorhanden ist, wenn der Körper einem Luftstrom ausgesetzt wird, der durch einen.
Pro peller oder .durch ;die Bewegung durch den Luftraum hervorgerufen ist. Diese
Verhältnisse sind in Fig. i graphisch dargestellt, wobei die Kurve io .den Verlauf
des Unterdruckes wiedergibt. Zu beachten ist .dabei, daß unmittelbar an der Stirnseite
des Rumpfes Überdruck herrscht, und daß der Unterdruck an der Rumpfnase steil zu
einem Maximum ansteigt, das. dem vorderen Ende sehr nahe liegt. Der Unterdruck fällt
dann scharf ab, wie es durch die Linie io links von der Senkrechten ii wiedergegeben
wird, die im Maximum des Unterdruckes eingezeichnet ist. Dieser Bereich des Unterdruckes
liegt vor dem Motorzylinder 12, und zwar zumindest dann, 'wenn der Rumpf eine ziemlich
steile Vorwärtsbiegung aufweist. Der Motor ist in dem vorderen Teil des Rumpfes
in einer Kammer untergebracht, deren rückwärtiges Ende durch eine senkrechte Wand
13 abgeschlossen ist. _ Kühlluft tritt an der Stirnseite -durch eine Öffnung 1q.
ein und strömt um die Wandung 15 über die Rippen der Zylinder 12. Erforderlichenfalls
kann der Radiator eines wassergekühlten Motors an die Stelle der mit Rippen versehenen:
Zylinder des dargestellten
luftgekühlten \lotors treten. Die Kühlluft
strömt nunmehr nach vorn und verläßt die Maschine dort an einer oder mehreren Stellen
in der Nähe der Rumpfnase. Gegebenenfalls werden zwei Schlitze 16 und 17 als Auslaßöffnungen
für den Luftstrom an verschiedenen Stellen in und vor dieser Zone des Unterdruckes
vorgesehen. Der Auslaßschlitz 16 ist im Maximum des Unterdruckes angeordnet. Die
Auslaßöffnung 17 ist vor dem Schlitz 16 in Richtung zur Gehäusenase angeordnet.
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Gegebenenfalls können Kontrolleinrichtungen zur Überprüfung des Ausströmens
der Luft aus den Schlitzen 16 oder 17 vorgesehen werden. Hierfür sind Klappen 18
empfehlenswert, die durch Betätigungsorgane, wie durch die Arme i9 eingestellt werden
können, z. B. derart, däß die Luft nicht durch die Schlitze 16 und 17 strömen kann.
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Durch den Schlitz 16 wird die Luft beim Start oder bei steilem Anstieg
oder bei solchen selteneren Betriebsbedingungen herausgelassen, -wo die Kühlung
des Motors einen starken Luftstrom erfordert, während das Flugzeug sich aber nur
mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit durch die Luft bewegt.
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Aus Fig. i ist ersichtlich, daß bei Benutzung des Schlitzes 16 auf
diesen ein starker Unterdruck oder Sog ausgeübt wird und sich bis in das Innere
der Haube auswirkt, so daß die Menge der um die Zylinder 12 streichenden Luft sich
dem bei der betreffenden Vortriebsgeschwindigkeit erreichbaren Höchstwert nähert.
Bei den meisten Betriebsbedingungen, wie z. B. beim Kreuzen oder beim raschen Flug;
wo Höchstwerte an Druckdifferenzen nicht erforderlich sind, um den nötigen Luftstrom
für die Zylinder zu erzeugen, wird die Luft durch den Schlitz 17 herausgelassen.
Dieser Ausläß liegt sehr nahe bei der Rumpfnase und bei der Lufteinlaßöffnung in
- einem konvergierenden oder beschleunigten Luftstrom. Hinter der Stelle höchsten
Unterdruckes divergiert der Luftstrom. Infolgedessen wird die Luft an einer Stelle
herausgelassen, wo sie die geringste Wirbelwirkung auf den über die Oberfläche des
Rumpfes streichenden Luftstrom ausübt.
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Gegebenenfalls können. nicht näher dargestellte Organe zur Minderung
des Druckes vorgesehen «-erden, mit denen erreicht wird, daß die Kühlluft derart
an den Rippen. der Zylinder 12 vorbeiströmt, daß der Strom auf die unmittelbare
Nachbarschaft der wirksamen Radiatorflächen beschränkt wird und über diese Flächen
strömen muß, bevor er den Auslaß erreicht.
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Bei der Ausführungsform nach der Fig.2 sind die Maschinenzylinder
in einer Reihe und innerhalb des Rumpfs 20 vorgesehen, wobei der Propeller 21 vor
dem Rumpf angeordnet ist. Eine Öffnung 22 kann in der Nähe der Propellerachse und
auf einer Seite der Zylinder 12, beispielsweise auf der Unterseite, vorgesehen werden.
Die Luft wird mit einer Lenkplatte 23 rückwärts zu den Zylindern 12 geführt und
strömt, nachdem sie über die Rippen der Zylinder 12 gestrichen ist, vorwärts, -vorauf
sie durch Öffnungen 16 oder 17 in der Nähe der vorderen Rumpfkante herausgelassen
wird. Diese öffnungen werden im wesentlichen an den gleichen Stellen angeordnet,
wie bei der Ausführungsform nach Fig. i. Das Ausströmen der Luft durch die Öffnungen.
16 oder 17 wird mit Hilfe einer Klappe 18, i9 reguliert, wie bei .der früher beschriebenen
Ausführung.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bedeutet 24. einen Flugzeugrumpf,
dessen vorderer Teil als Haube 25_ ausgebildet ist, in der ein Sternmotor 26 untergebracht
ist. Die vordere Kante der Haube 25 ist einwärts gebogen,, wie es bei 26' angedeutet
ist, und endet in einem ringförmigen Gebilde beträchtlichen Durchmessers. Hinter
dem Propeller 27 ist ein ringförmiger Lufteinlaß 28 angeordnet. Der mittlere zylindrische
Teil dieses Einlasses 28 liegt innerhalb der Haube 25 und ist in einem mittleren
Teil zwischen den inneren und äußeren Enden der Motorzylinder 29 eingepaßt. Das
vordere Ende des ringförmigen Luftein.lass@es 28 verläuft nach außen unter Abstand
um den eingezogenen Vorderteil 26' der Haube 25, so, .daß ein Auslaßschlitz
30 gebildet wird. Die Luft strömt durch die Einlaßöffnung 28, und zwar infolge
der Bewegung des Rumpfes durch die Luft oder infolge des durch den Propeller 27
erzeugten Luftstromes. Die Luft streicht dann zwischen den Rippen an den Sockeln
der Zylinder 29 hindurch und gelangt schließlich durch den Ringschlitz 3o heraus.
Dieser Schlitz kann, um den Luftumlauf um die Zylinder 29 zu erhöhen, in der Nähe
der Rumpfnase an einer Stelle angeordnet werden, die einem starken Unterdruck oder
Sog ausgesetzt ist. Der Schlitz 30 kann aber auch Sveiter vorn liegen, damit
dem Luftstrom ein Minimum an Zug verliehen wird, oder auch an einer dazwischen befindlichen
Stelle, so daß ein Mittel zwischen den beiden zuvor geschilderten Zuständen bewirkt
wird. Wenn der Auslaß 30 sehr weit Zorn angeordnet wird, wo der Luftstrom
stark beschleunigt wird, übt die dort herausgelassen: Luft nur einen kleinen Wirbeleffekt
auf den über die äußeren Oberflächen des Rumpfes nach rückwärts fließenden Luftstrom
aus.
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Die Ausführungsform nach der Fig. .4 entspricht im wesentlichen derjenigen
nach Fig. 3. Jedoch ist das ringförmige Lufeinlaßorgan 28 bewegbar derart, daß die
Weite des Schlitzes 30 verstellt werden kann. Die Betätigung geschieht mit
Hilfe von Stangen 31, die am Einlaßorgan 28 angebracht sind. Schlitze 32 sind vorgesehen,
welche die Bewegung gestatten; innerhalb der Schlitze sind die Zylinder 29 angeordnet,
sie tragen Platten 33, die gewissermaßen einen Kurzschluß des Luftstromnes durch
die Schlitz-- 32 verhindern.
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Bei den Ausführungsformen nach den Fi.g. 5, 6 und 7 entsprechen der
Rumpf 24., der Propeller 27, die Haube 25 und das Ende der Hitzeschutzwand 13 den
gleichen Teilen in Fig.3 und stehen auch in gleicher Beziehung zueinander. Luft
wird durch einen ringförmigen Einlaß 2:8 über die Rippen von Zylindern 29 geleitet
und vorwärts durch Kanäle 34 od. dgl. zu einem sehr weiten Schlitz geführt, der
sich zwischen .der vorderen Kante 35 des Lufteinlaßorgans
28 und
der vorderen Kante 36 der Haube 2.5 befindet. Dieser weite Schlitz .ist teilweise
durch ein Ringorgan 37 abgedeckt, das, wie es Fig. 5 zeigt, in eine rückwärtige
Stellung bewegt werden kann, so, daß die Luft durch einen vorderen Schlitz 38 herausgelassen
wird. Das Ringorgan kann auch, wie es Fig. 7 veranschaulicht, in eine vordere Stellung
gebracht werden, so daß die Luft durch einen Schlitz ziemlich nahe der Rückseite
herausströmen kann. Die Schlitze 38 und 39 sind derart angeordnet, daß sie im wesentlichen
den Schlitzen 17 bzw. a-6 entsprechen, wie sie oben beschrieben worden sind.
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Der Schlitz-39 wird bei Start, steilem Aufstieg oder anderen Betriebsverhältnissen
benutzt, bei denen ein maximaler Luftstrom über die Zylinder bei niedriger "Vorwärtsgeschwindigkeit
angestrebt wird. Der Schlitz wird vorzugsweise an der Stelle des maximalen Unterdruckes
oder Soges entsprechend der Linie i z .der Fig. i angeordnet. Der Unterdruck kann
dabei dreimal so groß wie der Überdruck sein wenn die Vorwärtskrümmung der Haube
sehr unvermittelt ist. Diese Stelle entspricht der Stelle größter relativer Luftgeschwindigkeit
über den Rumpf und befindet sich im allgemeinen an einer Stelle, wo die Krümmung
des. Rumpfes ganz besonders betont ist.
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Der Schlitz 38 ist einer Stelle zugeordnet, die nahe dem vordersten
Abschnitt der Unterdruckzone oder des Soges liegt und für einen beim Kreuzen oder
beim Flug unter hoher Geschwindigkeit angemessenen Luftstrom sorgt. Dank der Anordnung
.des Schlitzes ganz nahe am vorderen Ende des Flugzeugrumpfes übt die durch den
Schlitz 38 herausgelassene Luft einen kleinsten Wirbeleffekt auf den beschleunigenden
Luftstrom über die Oberfläche des Rumpfes aus, und,der Schlitz entspricht infolgedessen
einer solchen Stelle des Auslasses, bei der für gleichwertige Kühlung der Motorzylinder,
aber mit kleinstem Sog gesorgt wird. Diese Stelle liegt vor der Stelle maximaler
Luftgeschwindigkeit und maximalen Unterdruckes und in der Nähe des vorderstenAbschnittes
derUnterdruckzone. Die Unterdruckzone und die besagten Stellen können durch Druckmessungen
ermittelt werden.
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Eine bewegbarer Ring 37 kann z. B. durch den Handhebel 48 betätigt
werden, der an einer für Bedienung durch den Pilot passenden Stelle angeordnet wird.
Die Welle des: Hebels 48 trägt ein Zahnrad 4o, das mit dem auf dem rückwärtigen
Ende einer Welle 42 angeordneten Zahnrad 41 zusammenwirkt. Die Welle 42 springt
nach vorn durch die Haube 25 vor und ist mit einem Zackentriebrad 43 in der Nähe
des Ringes 37 verbunden. Eine Kette 44 läuft über das Triebrad 43 und mehrere Triebräder
45, die etwa auf dem Umfang eines Kreises unmittelbar hinter dem Ring 37 angeordnet
sind. Die Zaekentriabräder 45 sind drehbar auf Haltern 46 gelagert, die am der äußeren,
Seite des Lufteinlaßorgans 28 angeordnet sind. Mit dem Ring 37 sind mehrere nach
rückwärts vorspringende Schrauben 47 starr verbunden, die in mittlere mit Gewinde
versehene Bohrungen in den Triebrädern 45 eingeschraubt sind. Wenn der Hebel 48
in der einen Richtung gedreht wird, wird die Kette 44 in entgegengesetzter Richtung
gedreht; die entsprechende Drehung der Triebräder 45 bewirkt dann, daß der Ring
37 sich zu der einen seiner Extremlagen bewegt. Die .Drehung des Hebels 48 in entgegengesetzter
Richtung bewirkt Bewegung des Ringes in die andere Extremlage.