DE912530C - Hub-, Trag-, Vortiebschraube, Windrad od. dgl. mit unstarren Fluegeln - Google Patents

Hub-, Trag-, Vortiebschraube, Windrad od. dgl. mit unstarren Fluegeln

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DE912530C
DE912530C DEB18892A DEB0018892A DE912530C DE 912530 C DE912530 C DE 912530C DE B18892 A DEB18892 A DE B18892A DE B0018892 A DEB0018892 A DE B0018892A DE 912530 C DE912530 C DE 912530C
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DE
Germany
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screw
wing
band
tail unit
tail
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Application number
DEB18892A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Edmund Bartsch
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EDMUND BARTSCH DR ING
Original Assignee
EDMUND BARTSCH DR ING
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/16Blades

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)

Description

  • Hub-, Trag-, Vortriebschraube, Windrad od. dgl. mit unstarren Flügeln Bei Hubschrauben. Tragschrauben, Vortriebschrauben, Windrädern od. dgl. müssen die einzelnen Schraubenblattelemente gegen die resultierende Anströmrichtung so angestellt sein, daß das Verhältnis von Schub zu Drehmoment möglichst günstig wird. Das ist angenähert der Fall, wenn die einzelnen Blattelemente unter einem solchen Winkel angeströmt werden, daß der Wert C2w C3a ein Minimum wird. Es ist die gleiche Bedingung, die ein normales Drachenflugzeug im Steigflug erfüllen muß.
  • Bei starren Schraubenflügeln gibt man dem Flügelblatt wegen der vorstehenden Bedingung eine Verwindung, die aber nur für einen bestimmten Fortschrittsgrad der Schraube bemessen werden kann. Außerdem lagert man das starre Flügelblatt verstellbar um die Blattachse. Es ist aber nur für eine einzige Einstellung möglich, die einzelnen Flügelblattabschnitte im Anstellwinkel dem Verhältnis Umfangsgeschwindigkeit zur Fortschrittsgeschwindigkeit richtig anzupassen. Außerdem ist bei starren Flügelblättern die Auftriebsverteilung über die Blattlänge von der Verteilung der Massenkräfte verschieden. Das Flügelblatt unterliegt dadurch der Wirkung von wechselnden Biegemomenten, die eine zusätzliche Beanspruchung des Flügelblattes verursachen.
  • Um diese Beanspruchung zu vermeiden und die Verwindung des Flügelblattes dem Fortschrittsgrad anzupassen, hat man schon vorgeschlagen, die Flügel einer Schraube aus dünnem Material herzustellen, welches sich erst unter der Wirkung der Fliehkraft spannt. Die Flügel einer Hub- oder Tragschraube bewegen sich beim Horizontalflug teilweise nach vorn und teilweise nach hinten, wodurch die resultierende Anströmrichtung der Flügel ständig wechselt. Dementsprechend muß sich der Anstellwinkel für jedes einzelne Flügelblattelement ständig ändern.
  • Flügelblätter, die nur durch Fliehkräfte gespannt werden, können diese Forderungen schon deshalb nicht erfüllen, weil sie zu starken Flatterbewegungen neigen. Man hat auch bei starren Schraubenflügeln versucht, durch Leitwerksflächen, die mit dem Flügelblatt fest verbunden sind, eine Selbsteinstellung des Flügelblattes auf einen bestimmten Anstellwinkel zu erreichen. Hierbei wird der Flügel, der um die Blattachse drehbar gelagert und an der Rotorachse gelenkig angeschlossen ist, über seine gesamte Länge um den gleichen Winkel verstellt. Diese Anordnung führte zu Drehschwingungen um die Flügelachse, die bei den bisherigen, verhältnismäßig tiefen Flügelblättern bzw. Flügelbändern eine geringe Frequenz besitzen, so daß das Verhältnis dieser Frequenz zur Umlauffrequenz des Flügels klein ist. Dadurch schwingt der Flügel zu langsam in den jeweiligen Gleichgewichtszustand ein.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht gegenüber dem Bekannten darin, bei unstarren Flügeln die Frequenz der Drehschwingungen um die Blattachse so hoch wie möglich und damit das Verhältnis dieser Frequenz zur Umlauffrequenz des Flügels so groß wie möglich zu machen, damit die Abschnitte der Flügel möglichst schnell in den jeweiligen Gleichgewichtszustand einschwingen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß die Flügel der Schraube od. dgl. bei entsprechender Erhöhung der Flügelzahl der Schraube aus einem schmalen, profilierten Tragflächenband aus Metall oder einem anderen genügend zugfesten Werkstoff und einem parallelen, profilierten Leitwerksband aus gleichem Material bestehen, welch letzteres auf seiner Länge durch beliebig viele starre Leitwerksträger so eingestellt und mit dem Tragflächenband derart verbunden ist, daß das Tragflächenband über die gesamte Länge und in jeder Umlaufphase mit dem gleichen günstigsten Anstellwinkel arbeitet.
  • Erfindungsgemäß ist die Frequenz der Anstellwinkelschwingung um die Achse des Tragflächenbandes dadurch sehr erhöht worden, daß die Umlaufflügel aus einem schmalen, profilierten Band bestehen, bei entsprechender Vergrößerung der Flügelzahl. Dabei ist bewußt auf eine Biegungssteifigkeit und Torsionssteifigkeit verzichtet, so daß das Tragflächenband nur noch auf Zugkräfte beansprucht wird. Dieser Verzicht ist möglich, da die einzelnen Tragflächenbandelemente, die sich frei verwinden können, durch die ihnen zugeordneten Leitwerksbandelemente auf einen bestimmten konstanten Anstellwinkel gesteuert werden.
  • Das Tragflächenband mit dem vor oder hinter ihm angeordneten Leitwerksband wird durch die über die Länge verteilten Leitwerksträger in Abschnitte aufgeteilt, die als radial nebeneinander geschaltete Miniaturdrachenflugzeuge angesehen werden können, wobei der Anstellwinkel eines jeden Tragflächenbandabschnittes durch bestimmte Einstellwinkel des zugehörigen Leitwerksbandabschnittes konstant auf solchem Wert gehalten wird, daß das Tragflächenband auf der gesamten Länge unter günstigem Winkel angeströmt wird, so daß das eingangs erwähnte Verhältnis von C2 / C3 ein Minimum wird.
  • Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, daß der Einstellwinkel der Leitwerksbandabschnitte zu den Tragflächenbandabschnitten veränderlich gemacht werden kann, womit es möglich ist, auch den Anstellwinkel des Tragflächenbandes zu ändern und dadurch für die Schraube eine Anpassung an die geförderte Steiggeschwindigkeit, Beschleunigung in Fahrtrichtung usw. des Luftfahrzeuges zu erreichen.
  • In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigen Fig. I und 2 Querschnitte zweier verschiedener Ausführungsformen eines Flügels gemäß der Erfindung, Fig. 3 eine Teilaufsicht auf den Flügel nach Fig. I, Fig. 4 einen Schnitt durch einen Leitwerksträger nach der Linie IV-IV der Fig. I, Fig. 5 eine schematische Darstellung zur radialen Verschiebung des Leitwerksbandes, Fig. 6 und 7 die schematische Stirnansicht einer Schraube nach der Erfindung mit Spreizring, Fig. 8 und 9 zwei Seitenansichten der Schraube nach Fig. 6 in Flugstellung und in Ruhestellung, Fig. Io und II zwei Seitenansichten der Schraube nach Fig. 7 in Flugstellung und in Ruhestellung. Die durch radiale Striche in Fig.6 und 7 angedeuteten Flügel a, z. B. einer Hubschraube, bestehen entsprechend Fig. I und 2 je aus einem schmalen, z. B. metallischen, profilierten Tragflächenband I und einem parallelen, metallischen, profilierten Leitwerksband 2, welches entsprechend Fig. I vor oder entsprechend Fig. 2 hinter dem Tragflächenband parallel angeordnet sein kann. Sowohl bei dem Tragflächenband als auch bei dem Leitwerksband ist bewußt auf Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit verzichtet worden. Praktisch ist also der Flügel auf ein schmales Band zusammengeschrumpft, und dafür ist die Zahl der Flügel a gegenüber den bisher üblichen Schrauben entsprechend erhöht. Das Leitwerksband 2 ist entsprechend Fig. I bis 3 mit dem Tragflächenband I durch beliebig viele Leitwerksträger 3 starr mit dem Tragflächenband. i verbunden, so, das jeder Flügel über seine Lnge durch diese Leitwerksträger 3 in Abschnitte aufgeteilt ist, die gewissermaßen Miniaturflugzeuge darstellen. Dabei ist für jeden Abschnitt der Einstellwinkel des Leitwerksbandes zum Tragflächenband so gewählt, daß das Tragflächenband über seine Länge beim Umlauf konstanten Aasstellwinkel i$ besitzt.
  • Um den Aasstellwinkel a des Tragflächenbandes veränderlich machen zu können und um dadurch beispielsweise die Steiggeschwindigkeit od. dgl. zu erhöhen oder herabzusetzen, werden entsprechend Fig. I bis 3 die Leitwerksträger 3 durch zwei Scharnierbolzen oder Federgelenke I und II mit dem Leitwerksband 2 und dem Trägerflächenband I verbunden. Dabei stehen die Scharnierbolzen I senkrecht zur Sehnenebene des Tragflächenbandes I, während die Scharnierbolzen II eine seitliche Neigung besitzen, wie in Fig. 4 schematisch angedeutet ist. Die Lage der Scharnierbolzen I und II kann auch vertauscht werden. Außerdem ist es möglich, das Leitwerksband 2 in Längsrichtung zu verschieben, wie in Fig. 3 und 5 schematisch angedeutet ist, und zwar kann dies durch einen Stellring 4 geschehen, der auf der Achse b axial verschiebbar ist und durch Seilzüge od. dgl. über Gelenkhebel mit den inneren Enden der Leitwerksbänder 2 verbunden ist. Durch Axialverschiebung des Stellringes 4 erfolgt eine radiale Verschiebung des Leitwerksbandes. Durch diese Verschiebung des Bandes 2 und die zueinander geneigt liegenden Scharnierbolzen der Leitwerksträger 3 wird jeder einzelne Bandabschnitt verwunden und erhält damit einen anderen Einstellwinkel B, womit auch automatisch der Anstellwinkel α des Tragflächenbandes I verändert wird, und zwar je nach Richtung der Radialverschiebung des Bandes 2 größer oder kleiner wird. Es ist möglich, die Einstellwinkel der einzelnen Abschnitte des Leitwerksbandes 2 auch durch andere Mittel zu verändern.
  • Um zu verhindern, daß die aus dem Tragflächenband und dem Leitwerksband bestehenden schmalen Flügel beim Langsamlauf der Schraube nach unten absinken oder in Ruhelage ganz nach unten durchhängen, werden die einzelnen Flügel α durch einen konzentrischen Spreizring 5, der in sich starr ausgebildet ist, abgestützt. Dieser Spreizring 5 besitzt nach FIg. 6 kleineren Durchmesser als die Schraube, während er nach Fig. 7 mit dem Umfang der Schraube abschließt. Der Spreizring 5 ist mit den einzelnen Flügeln durch Gelenke derart verbunden, daß sich die Flügelblätter frei um ihre Achse drehen können. Bei der Ausführung nach Fig. 7 hängen die Flügel mit dem Spreizring 5 entsprechend Fig. II etwas nach unten durch, sobald sich die Schraube in der Ruhestellung befindet. Wird die Schraube durch die Welle b in Umdrehung versetzt, so heben sich die Flügel mit dem Spreizring in die Stellung nach Fig. Io. Bei der Ausführung nach Fig. 6, 8 und 9 hängen die Flügellenden außerhalb des Spreizringes 5 bei Stillstand der Schraube senkrecht nach unten durch, stellen seich jedoch in Radialrichtung gemäß Fig. 8 ein, sobald die Schraube in Umdrehung versetzt wird.
  • Da es, wie schon erwähnt, möglich ist, durch Änderung des Einstellwinkels des Leitwerksbandes 2 auch den Anstellwinkel des Tragflächenbandes I zu verändern, so kann der Anstellwinkel vor dem Start des Flugzeuges so gewählt werden, daß die Hubschraube mit voller Drehzahl läuft, ohne daß ein Auftrieb erzeugt wird. Erst beim Start wird das Tragflächenband auf den günstigsten Anstellwinkel gesteuert. Im Flug als Tragschrauber kann das Tragflächenband auf einen kleineren Anstellwinkel gesteuert werden, wodurch die Drehzahl zunimmt und Energie aufgespeichert wird, die man bei der Landung des Flugzeuges zum Abfangen ausnutzen kann.
  • Durch die Wähl von schmalen Bändern I und 2 aus dünnem, profiliertem Metallband, welches nur eine ganz geringe Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit besitzt, ist, es möglich, die einzelnen Flügel α der Schraube auf eine Trommel aufzuwickeln, so daß man auf einen Spreizring 5 verzichten kann. Die Flügel werden vor dem Start auf eine zur Schraubenachse koaxiale Trommel aufgewickelt und durch Federn in dieser Lage festgehalten. Sobald die Schraube in Umdrehung versetzt wird, wickeln sich die Tragflächenbänder mit den Leitwarksbändern durch die auftretenden Zentrifugalkräfte von der Trommel ab, bis sie ihre volle Spreizlage erreicht haben. Vor dem Stillsetzen der Schraube wird die Trommel abgebremst, wodurch sich die Tragflächenbänder von selbst auf die Trommel aufwickeln. Zum Abwickeln der Tragflächenbänder muß die relative Drehrichtung der Trommel zur Schraube umgekehrt werden. Das Abwickeln der Tragflächenbänder von der Trommel in die Startstellung kann auch beim Stillstand der Schraube von Hand erfolgen. Durch das Aufwickeln der Flugbänder auf die Trommel ist gleichzeitig das Problem des Einziehens der Flügelblätter bzw. der Tragflächen gelöst.
  • Die beschriebenen Flügel lassen sich nicht nur für Hub-, Trag- und Vortriebschrauben, sondern auch für Windräder verwenden. Der Aufbau des Windrades erfolgt zweckmäßig mit einem Spreizring entsprechend Fig. 7, Io und II. Windräder mit den erfindungsgemäßen Tragflächenbändern lassen sich auch leicht mit automatischer Drehzahlregelung versehen, indem man, die Zentrifugalkräfte der längs verschiebbaren Leitwerksbänder gegen einstellbare Federkräfte wirken läßt. Die Zentrifugalkräfte wirken so, daß bei wachsender Drehzahl der Anstellwinkel kleiner wird und damit das Drehmoment des Windrades abnimmt. Dadurch werden Überbeanspruchungen des Windrades bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten vermieden.
  • Außerdem ist die erfindungsgemäße Ausbildung der Tragflächenbänder auch zur Anwendung bei Verstelluftschrauben geeignet.
  • Ferner kann man entsprechend Fig. 2 das Tragflächenband I auch mit Ausgleichsgewichten 6 versehen.
  • Es ist auch möglich, die unstarren Flügel durch Rückstoßantrieb in Umdrehung zu versetzen, indem man durch die hohlem Flügel Brennstoff leitet und an den Flügelenden Rückstoßantriebe anordnet.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hub-, Trag-, Vortriebsch@rau-be, Windrad od. dgl. mit urstarrem Flügeln, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (α) der Schraube od. dgl. aus einem schmalen, profilierten Tragflächenband (I) aus Metall oder einem anderen genügend zugfesten Werkstoff mit einem parallelen Leitwerksband (2) besteht, welch letzteres auf seiner Länge durch beliebig viele starre Leitwerksträger (3) mit dem Tragflächenband verbunden und so eingestellt ist, daß das Tragflächenband über seine gesamte Länge beim Umlauf einen konstanten Anstellwinkel besitzt.
  2. 2. Schraube od. dgl. nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellwinkel des Leitwerksbandes (2) veränderlich ist.
  3. 3. Schraube od. dgl. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitwerksträger (3) an seinem einen Ende durch einen Scharnierbolzen (I) mit dem Leitwerksband (2) und an seinem anderen Ende durch einen windschief zum ersteren liegenden Scharnierbolzen (II) mit dem Tragflächenband (I) verbunden ist und daß das Leitwerksband jedes Flügels in Flügellängsrichtung verschiebbar ist.
  4. 4. Schraube od. dgl. nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflächen- und Leitwerksbänder mit einem starren, zur Schraubenachse konzentrisch liegenden Spreizring (5) gelenkig verbunden sind.
  5. 5. Schraube od. dgl. nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Schraubenwelle koaxiale Trommel vorgesehen ist, die zum Aufwickeln der Tragflächen- und Leitwerksbänder dient, mit der Schraubenwelle kuppelbar ist und links und rechts umlaufend gesteuert werden kann.
  6. 6. Schraube od. dgl. nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung des Leitwerksbandes (2) hinter dem Tragflächenband (i) vor dem letzteren und mit diesem starr verbundene Ausgleichsgewichte (6) angeordnet sind.
DEB18892A 1952-02-01 1952-02-01 Hub-, Trag-, Vortiebschraube, Windrad od. dgl. mit unstarren Fluegeln Expired DE912530C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4178127A (en) * 1975-08-27 1979-12-11 Zahorecz Zoltan P Variable pitch impeller
US4877374A (en) * 1988-04-26 1989-10-31 Bill Burkett Self-regulating windmill

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4178127A (en) * 1975-08-27 1979-12-11 Zahorecz Zoltan P Variable pitch impeller
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