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Widerstandsarme Gestaltung von Hochgeschwindigkeitsflugzeugen, auch
von solchen mit außerhalb des Flugzeugumrisses liegenden Verdrängungskörpern Die
bisher üblichen Flugzeugbauformen weisen eine Verteilung ihrer an der Luftverdrängung
beteiligten Querschnitte auf, die, über die Flugzeuglängsachse betrachtet, einen
mehrfachen Wechsel von einer Zunahme zu einer Abnahme der quer zur Flugrichtung
gelegenen Verdrängungsquerschnitte ergibt. Trägt man die in gemeinsamen Flugzeugquerebenen
gelegenen Verdrängungsquerschnitte des Flugzeuges und etwaiger an .dessen Außenseite
befindlicher Verdrängungskörper, wie Abwurflasten, Motor- und Fafhrgestellverkleidungen
od. dgl., in einer graphischen Darstellung über der Flugzeuglängsachse auf, so ergibt
sich, daß die hierdurch gebildete Kurve einen Verlauf aufweist, der vom Wert Null
am Rumpfbug bis zu den Motorvorbauten an den Tragflügeln zunächst einigermaßen gleichmäßig
zunimmt, dann aber infolge der sich summierenden Verdrängungsquerschnitte der Motorvorbauten,
des Rumpfes, und des Tragflügels mit den Motorraum- und Fahrgestellverkleidungen
und etwaigen sonstigen Ausbauten plötzlich ansteigt, um dann mehr oder weniger gleichmäßig
wieder abzunehmen und am hinteren Flugzeugteil;- an dem .sich das Leitwerk befindet,
abermals auf einen größeren Wert anzusteigen und am Flugzeugende jäh auf einen Wert
Null abzufallen.
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Bei Flugzeugen mit einer solcherart plötzlichen und mehrfachen Zu-
und Abnahme der Verdrängungsquerschnitte ergibt sich bei einer Steigerung
der
Fluggeschwindigkeit, bezogen auf die Geschwindigkeitszunahme, ein unverhältiger
Anstieg des Flugwiderstandes, wenn die Fluggeschwindigkeit, sich der Schallgeschwindigkeit
nähert. In diesem Geschwindigkeitabereich entstehen.-bei. den bisherigen Flugzeugbauformen
örtliche Strömungsgeschwindigkeiten, welche vorzeitig .die Schallgeschwindigkeit
erreichen oder überschreiten. Man hat versucht, solche örtlichen Übergeschwindigkeiten
zu vermeiden, indem man an den Stellen des Flugzeuges, an denen sich diese Übergeschwindigkeiten
einstellen, einen strömungstechnisch günstigeren Begrenzungsverlauf wählt. Durch
diese örtlichen Maßnahmen ist es jedoch nur beschränlrt gelungen, die Fluggeschwindigkeit
bis zum Eintreten des erwähnten unverhältigen Widerstandsanstieges zu steigern.
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Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, die Fluggeschwindigkeit
über das bisher erreichte Maß zu steigern, bevor ein unverhältiger Anstieg des Flugwiderstandes
einsetzt. Zu diesem Zwecke werden hinausgehend über Maßnahmen zur Verbesserung der
örtlichen Strömungsform von Teilen der Flugzeugoberfläche Flugzeugbauformen gewählt,
bei denen sowohl eine sprunghafte Zu-oder Abnahme als auch ein mehrfacher Wechsel
von Zu- und Abnahme der Summe der in gemeinsamen und hintereinanderliegenden Flugzeugquerebenen
-gelegenen Va rdrängungsquerschnitte vermieden ist. Für eine ideale Bauform von
Flugzeugen gemäß der Erfindung würde bei der graphischen Auftragung der Summe ihrer
quer zur Flugrichtung - oder näherungsweise quer zur Flugzeuglängsachse - gelegenen
und an der Luftverdrängung im Fluge beteiligten Querschnitte über der Flugzeuglängsachse
sich ein Kurvenverlauf ergeben, der vom Wert Null am Rumpfbug ohne sprunghaften
Anstieg auf einen GrößtweTt zunimmt, und, gegebenenfalls nach Beibehaltung dieses
Größtwertes über einen Teil der Flugzeuglänge, ohne sprunghafte Änderung wieder
auf den Wert Null am Flugzeugende abfällt. Bei der praktischen Verwirklichung des
Erfindungsgedankens wird sich eine solcherart ideale Querschnittsverteilungnicht
voll erreichen lassen. Jedoch ist anzustreben, beim Entwurf des Flugzeuges dessen
vom Fahrtwind umströmte Teile einschließlich etwaiger außerhalb des Flugzeugumrisses
liegender Teile durch entsprechende Formgebung und geeigneter Verteilung so anzuordnen,
daß, betrachtet über die Längsachse des Flugzeuges, eine plötzliche Zu- oder Abnahme
sowie ein mehrfacher Wechsel von einer Zu- zu einer Abnahme der hintereinanderliegenden
Gesamtquerschnittsgrößen der an der Luftverdrängung beteiligten Teile des Flugzeuges
einschließlich etwaiger an der Flugzeugaußenseite angeordneter Verdrängungskörper
nicht gegeben ist. Die Zunahme und Abnahme der Verdrängungsquerschnitte sind dabei
durch geeignete Formgebung .der an der Verdrängung beteiligten Teile so zu wählen,
daß an keiner Stelle die kritische Machzahl vorzeitig überschritten wird. Im Falle
der Anordnung von außerhalb des Flugzeugumrisses liegenden Verdrängungskörpern ist
deren Anbringungslage von den Querschnittsverhältnissen des Flugzeugumrisses abhängig.
Die Anbringung ist so zu wählen, daß durch die außenliegenden Verdrängungskörper
beispielsweise im Bereiche abnehmender Verdrängungsquerschnitte des Flugzeugumrisses
nicht ein abermaliger Anstieg der Gesamtverdrängungsquerschnitte hervorgerufen wird.
Sind mehrere außenliegende Verdrängungskörper am Flugzeug anzuordnen, .so ist es
zur Einhaltung der geschilderten Bedingung vorteilhaft, diese außenliegenden Verdrängungskörper
zueinander so anzuordnen, daß sie sich, in Flugrichtung betrachtet, decken. Aus
dem gleichen Grunde können größere Verdrängungskörper, z. B. Abwurfkörper, die bisher
in räumlich großer Ausbildung außerhalb des Flugzeugumrisses angeordnet werden,
in Teilkörper unterteilt und in .der erwähnten, sich deckenden Anordnung am Flugzeug
befestigt werden. In manchen Fällen wird es sich beim Entwurf eines Flugzeuges zwecks
Vermeidung einer Querschnittshäufung, die einen sprunghaften Anstieg der Verdrängungsquerschnitte
herbeiführen und somit der Lehre der Erfindung zuwiderlaufen würde, empfehlen, außerhalb
des Flugzeugumrisses liegende Verdrängungskörper, welche bisher ganz oder teilweise
im Bereiche des Tragflügels angeordnet sind, z. B. Triebwerke, vor oder hinter dem
Tragflügel anzuordnen. Diese Maßnahme, gegebenenfalls in Vereinigung mit der Unterteilung
größerer Verdrängungskörper in Teilkörper, kann in manchen Fällen die Gestaltung
eines Flugzeuges nach der Lehre der Erfindung erleichtern.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung
erläutert, welche die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele beschreibt
und in der auf die Zeichnung Bezug genommen ist. In der Zeichnung stellen dar Abb.
i und :2 ein Flugzeug gemäß der Erfindung, mit außerhalb des Flugzeugumrisses liegenden
Verdrängungskörpern, in Ansicht und Aufsicht, Abb. 3 bis 6 weitere Ausführungsbeispiele
in Ansicht und Aufsicht.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb. i und 2 weist einen nach vorn gepfeilten
Tragflügel i, einen verhältnismäßig schmälen Rumpf 2, mit im vergrößerten Rumpfvorderteil
gelegenem Besatzungsraum 3 sowie ein nach hinten gepfeiltes Leitwerk q. auf. Außerhalb
des Flugzeugumrisses sind Verdrängungskörper 5 bis 8 angeordnet, die beispielsweise
durch Abwurflasten 5, 6 und Triebwerke 7, 8 gebildet werden. Die auß.enkegenden
Verdrängungskörper sind teils vor und teils hinter den Tragflügeln angeordnet, um
eine unerwünschte Querschnittsanhäufung in den Flugzeugquerebenen des Tragfiügelbereiches
zu vermeiden. Vielmehr sind der Rumpf, die Tragflügel, die außenliegenden Verdrängungskörper
und das Leitwerk in ihrer Anordnung zueinander und in .ihrer Formgebung so gewählt,
daß, betrachtet über die Flugzeuglänge, die Summe aller quer zur Flugrichtung gelegenen
Querschnitte der an der Luftverdrängung beteiligten Teile des Flugzeuges einschließlich
der
außenliegenden Verdrängungskörper vom Rumpfbug an zunächst nur
zunimmt und nach Erreichen eines Größtwertes zum Flugzeugende hin nur abnimmt. Dabei
muß die Zunahme und Abnahme so gehalten sein, daß sprunghafte Änderungen des Zu-oder
Abnahmewertes vermieden sind. Beispielsweise nimmt die Summe der Gesamtquerschnitte
vom Wert Null am Rumpfbug allmählich, d. h. nicht sprunghaft, zu, um in der Ebene
I den Wert ai, in der Ebene II den aus :den Teilquerschnitten F2 und F4 der Abwurflasten,
den Teilquerschnitten F1 und F5 des Tragflügels und des Querschnittes F3 des Rumpfes
sich zusammensetzenden Wert a2 zu erreichen. Es sei angenommen, daß der größte Wert
des Gesamtquerschnittes in der Ebene III mit a3 erreicht wird, der sich aus den
Teilquerschnitten FE und F, :des Tragflügels und F7 des Rumpfes zusammensetzt.
Bis zum Erreichen dieses Größtwertes a3 hat die Summe der Gesamtquerschnitte vom
Rumpfbug an nur zugenommen, wobei die Zunahme nicht sprunghaft ist. Vom Wert a3
in der Ebene III nimmt die Summe der Gesamtquerschnitte ab, und zwar nicht sprunghaft,
sie erreicht in der Ebene IV den aus den Querschnitten F9 und Fli .der Triebwerke
und Fio des Rumpfes sich zusammensetzenden Wert a4, der sich bis zur Ebene V auf
den aus den Querschnitten des Leitwerkes zusammensetzenden Wert a" vermindert und
endlich am Flugzeugende den Wert Null erreicht. Die Abnahme der Gesamtquerschnitte
von der Ebene III zum Flugzeugende kann auch erst einsetzen, nachdem über einen
Teil der Flugzeuglänge der Wert a3 gleich groß bleibt. Ein wiederholtes Zu- und
Abnehmen der Summe hintereinanderliegender Gesamtquerschnitte, falls die Zu- oder
Abnahme eine nennenswerte Größenordnung haben sollte, ist zu vermeiden.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb. i und 2 läßt erkennen, daß im Gegensatz
zu der gebräuchlichen Flugzeugbauart, bei der zu den Querschnitten des Tragflügels
noch diejenigen der Triebwerksräume und der unterhalb des Tragflügels angeordneten
Abwurfkörper hinzukommen, so daß im Tragflügelbereioh der quer zur Flugrichtung
stehende Gesamtverdrängungsquerschnitt sprunghaft größer ist als der Rumpfquerschnitt
vor dem Tragflügel, durch die Staffelung der Triebwerke 7 und 8 und der Abwurfkörper
5 und 6 sowie durch die Pfeilun:g des Tragflügels eine günstigere Querschnittsverteilung
erreicht ist, die keinen sprunghaften Anstieg hintereinanderliegender Gesamtverdrängungsquerschrni.tte
bedingt. Hierdurch erhöht sich gegenüber den üblichen Flugzeugbauformen die Fluggeschwindigkeit,
bis infolge Entstehens örtlicher Übergeschwindigkeiten eine u.nverhältige Zunahme
des Flugwiderstandes eintritt. Die günstigste Wirkung wird erreicht, wenn alle Verdrängungsquerschnitte
des Flugzeuges und der außerhalb seines Umrisses liegenden Verdrängungskörper in
den einzelnen, @hintereinanderliegenden Flugzeugquerebenen sich zu Werten addieren,
die vom Rumpfbug an nur in einem Maße zunehmen, daß an keiner Stelle die kritische
Machzahl vorzeitig überschritten wird. Nach Erreichen eines Größtwertes, der über
einen Teil .der Flugzeuglänge bestehen kann, ist die Querschnittsabnaihme gleichfalls
nicht sprungartig, und es -ist ferner Vorsorge zu treffen, daß kein abermaliger
Anstieg der Größe der Verdrängungsquerschnitte erfolgt, vielmehr soll nach Erreichen
des Größtwertes nur eine Verringerung auf .den Wert Null am Flugzeugende erfolgen.
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Die Abb. 3 und q. veranschaulichen ein Hochg-esohwindigkeitsflugzeug
gemäß der Erfindung, an dessen rückwärts gepfeiltem Flügel eine vorteilhafte Anordnung
abwerfbarer Brennstoffzusatzbehälter 13, 1q. (linke Tragflügelhälfte) oder eine
vorteilhafte Triebwerksanordnung 15, 16 (rechte Tragflügellhälfte) dargestellt ist.
Die dargestellte Anordnung dient der Vermeidung sprungartiger Querschnittsanstiege,
und es wird außerdem erreicht, daß ,sich die von den Brennstoffzusatzbehältern
13, 1q. oder den Triebwerken 15, 16 auf den Tragflügel ausgeübten Drehmomente
ganz oder teilweise ausgleichen. Die Brennstoffzusatzbehälter decken sich in Flugrichtung
betrachtet, wohingegen bei den Triebwerken mit Rücksicht auf die Abgasführung bei
Strahltriebwerken oder auf die Reaktionsluft bei Propellertriebwerken eine Seitenversetzung
gewählt ist. Bei dieser Versetzung ist der Abstand x aus .strömungstechnischen Gründen
tunlichst gering gehalten.
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In Abb. 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
bei dem zwecks Vermeidung sprunghafter Änderungen der Verdrängungsquerschnitte im
Tragflügelbereich die Triebwerke i i und 12 an Auslegern vor dem Tragflügel frei
tragend angeordnet sind. Der Rumpf io ist in seiner Lage zum Tragflügel derart angeordnet,
daß dessen Besatzungsraum sich (hinter dem Tragflügel 9 befindet. Ein außenhalb
des Flugzeugumrisses angeordneter Verdrängungskörper, beispielsweise ein Strahltriebwerk,
ist in diesem Falle unterhalb des Rumpfes in Leitwerksnähe angeordnet. Die Lage
der Triebwerke 1i, 12 und des Rumpfes io zum Tragflügel sowie die Lage des :hinteren
Verdrängungskörpers zum Rumpf und zum Leitwerk ist wiederum so gewählt, daß sich
vom Rumpfbug zum Rumpfheck zunächst nur ein nicht sprunghafter und sodann nur ,ein
nicht sprunghafter Abfall der Verdrängungsquerschnitte ergibt.
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Versuche im Hochgeschwindigkei,tskanal haben ergeben, daß Flugzeugbaufo.rmen
gemäß der Erfindung mit einer gegebenen Vortriebsleistung auf höhere Geschwindigkeiten
gelangen als Flugzeuge mit bisher üblichen Bauformen.