DE458428C

DE458428C - Quertriebskoerper, wie Tragfluegel, Schraubenfluegel u. dgl.

Info

Publication number: DE458428C
Application number: DEB107939D
Authority: DE
Original assignee: JAKOB ACKERET DIPL ING
Current assignee: JAKOB ACKERET DIPL ING
Priority date: 1923-01-09
Filing date: 1923-01-09
Publication date: 1928-04-10

Description

Quertriebskörper, wie Tragflügel, Schraubenflügel u. dgl. Bei Quertriebskörpern, d. h. Körpern, an denen quer oder senkrecht zur Bewegungs-bzw. zur Strömungsrichtung ein Trieb, Auftrieb, Abtrieb, Seitentrieb, erzeugt wird, wie beispielsweise bei Tragflügeln von Flugzeugen, Flügeln von Turbinen, kurz, bei Flächen, die in der Strömung bewegt werden und die entweder Energie auf die Strömung übertragen oder der Strömung Energie entnehmen oder in irgendeiner Form Energie mit ihr austauschen, tritt der Übelstand auf, daß die Strömung sich von den begrenzenden festen oder beweglichen Wänden ablöst. Hierdurch wird der gewünschte Strömungsverlauf nicht erreicht; vor allem sind die auf die Wände ausgeübten Kräfte geringer, als wenn die Strömung vollkommen an den Wänden anliegt.
Dementsprechend kann, sobald die Strömung sich ablöst, bei Tragflügeln oder anderen Ouertriebskörpern der theoretisch mögliche Auftrieb nicht erreicht «-erden.
Diese Schwierigkeiten können der Erfindung gemäß dadurch vermieden werden, daß bei Quertriebskörpern, wie Tragflügeln, Schraubenflügeln u. dgl., die an der Oberfläche unmittelbar entlanggleitende, -durch Reibung verzögerte Grenzschicht der Strömung durch die Oberfläche hindurch mittels einer Pumpeneinrich tung abgesaugt wird.
Die F_- indung beruht auf folgender Erkenntnis: Die der Flügeloberfläche zunächstliegende ;trömungsschicht, die sogenannte Grenzschi :ht, bewegt sich infolge der Reibung, dic sie an der Flügeloberfläche erfährt, nur langsam, die Schicht als solche wächst bei großem Auftrieb übermäßig stark an und v ii en ndert schließlich die ganze Strömung. Dies ist im besonderen dann der Fall, wenn der der Strömung zur Verfügung stehende Querschnitt sich -stark erweitert, wenn also der in der Strömung arbeitende Ouertriebskörper nach seinem hinteren Ende hin stumpf ist oder sich schnell verjüngt.
In der Veröffentlichung von Prandtl »Über 1# lüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung« in den Verhandlungen des 3. Internationalen Mathematiker-Kongresses rgo5, leite 484/491, ist beschrieben, daß, falls die an der Oberfläche eines Körpers entlanggleitende, durch Reibung verzögerte Grenzschicht der Strömung durch die Oberfläche hindurch abgesaugt wird, die Strömung, die sich infolge der Reibung abgelöst hat, sich der Körperbegrenzung besser anlehnt. Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß, falls die durch Reibung an der Oberflüche verzögerte Grenzschicht der Strömung ganz oder zum Teil durch Absaugen entfernt wird, so daß die Strömung sich der Körperbegrenzung ganz oder zu einem erheblichen Teil anpaßt, nunmehr der Ouertrieb, den der Körper in der Strömung erfährt, erheblich gesteigert wird. Dementsprechend wird zur Steigerung des Quertriebes an Quertriebskörpern, wie Tragflügeln, Schraubflügeln u. dgl., die an der Oberfläche unmittelbar entlanggleitende, durch Reibung verzögerte Grenzschicht der Strömung durch die Oberfläche hindurch mittels einer Puinlleinrichtung abgesaugt.
Eiliges Ausführungsbeispiel(: der 1,rfil-idttng sind in der 7.eichntnig veranschaulicht.
Abb. i stellt den Querschnitt durch einen "lragflügel dar; Abb. 2 zeigt die Aufsicht auf einen Teil des Tragflügels, Abb; 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung bei eineue Tragflügel, Abb. 4. den Schnitt durch eine Saugöffnung, Abb.5 einen Tragflügel mit verstellbarer Hinterkante. Abb.6 schließlich zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Schraubenrad, wie beispielsweise bei einer chncllatifendeit Wasserturbine.
Abb. i zeigt die Anordnung, bei der auf der Oberfläche des Flügels Öffnungen a angebracht sind, durch die mittels einer geeigneten Saugeinrichtung die Grenzschicht ganz oder teilweise abgesaugt wird. Zur Erzeugung des für die Absaugung erforderlichen Unterdruckes können beliebige Einrichtungen dienen. Zweckmäßig ist es, den Unterdruck Voll der Strömung oller dem Fahrtwinde selbst mittelbar oder unmittelbar zu erzeugen. Die Offnungen a werden unter Unterdruck gesetzt; die durch (lies Schlitze abgesaugte Grenzschicht gelangt dann durch die Rohre b zum Gebläse, das bei Flugzeugen beispielsweise durch die Flugmotoren angetrieben werden kann, oder auch durch besondere Gebläsemotoren. Das Gebläse kann unter Umstnden abgestellt werden, wenn das Flugzeug sich horizontal bewegt; es wird bei-#pielsweise dann angestellt, wenn (las Flug-Zeug steigt.
Falls das Gebläse zum Absaugen nicht gebraucht wird, so kann es bei Flugzeugen beispielsweise dazu benutzt werden, um den Flugzeugmotoren in großen Höhen Luft zuzuführen.
Die Öffnungen können in Form von cinein oder mehreren Schlitzen oder sonstigen Üifnungen in Richtung der Spannweite des Hügels vorhanden sein. Die Saugstellen oder -öffnungen können einzeln oder gemeinsam geregelt werden. So können die einzelnen Saugstellen in einzelne Kammern führen, deren Eintrittsöffnungen zu eilfein genfeinsamen Saugrahm getrennt, je für sich, geregelt werden.
Zur Regelung lies Druckes können beliebige l:inrichtnngen dienen. So können Drosselvorrichtungen, Klappen, Ventile o. dgl. mehr verwendet werden. Auch kann die Regelung dadurch erfolgen, daß die einzelnen Schlitze je mit einer besonderen Druckstufe der Pumpe in Verbindung stehen, so daß an jeder Absaugstelle der jeweils erwünschte Saudruck herrscht. Dieser Druck kann von l)ifnung zu Öffnung je nach den erwünschten @`erhältnissen eingestellt werden. Während die Abb. i und 2 eitre Anordnung -zeigen, hei der die Sangöffnungen auf der Oberseite des Flügels angeordnet sind, zeigt Abb. 3 eine Anordnung; bei der Saugöffnungen er auf der Unterseite eines Tragflügels oder eines sonstigen nuertriebsflügels angebracht sind.
Die Anordnung der Abb.3 ist im besoilderen deshalb wertvoll, weil bei einem stark gekrümmten Flii-el, wie er in Abb.3 dargestellt ist, die `Striitnung sich bei kleinen Anstellwinkeln des Flügels auch an der Unterseite ablöst.
Da die durch den Absaugschlitz strömende Grenzschicht unter Umständen mit großer Geschwindigkeit einströmt, kann man die Sclilitzr:in(ler nach dem Flügelinnern zu divergent ausbilden, so daß - wie (lies die Abb..I zeigt - die Wirkung eines Diffusors eintritt, (laß n<hillich die hohe Geschwindigkeit der eintretenden Strömung in Druck umgewandelt wird.
Die Öffnungen können, wie schon erwählet, durch Klappen c verschlossen werden, falls bei bestimmten Betriebszuständen ein vernlehrter OOtiertrieb nicht erwünscht ist. Diese Klappen können nach Belieben beispielsweise vom Flugzetigfülirer durch Hebelgestänge oller ähnliche. Einrichtungen geöffnet und geschlossen werden.
Abb. @ zeigt eine Anordnung, bei der das hintere Ende d eines Flügels verstellbar ist, wie beispielsweise hei der Verwindttngsklappe Von Fltigzetigen. Bei dieser Anordnung kann durch einen in der Nähe der Gelenkstelle liegenden Absaugspalt e das Abreißen der Strömung, (las an dieser Stelle leicht eintreten kann, vermieden werden.
Die Absaugöfnungen gemäß der Erfindung werden an den Stellen des Ouertriebskörpers angeordnet, an denen die durch Reibung an der Oberfläche verzögerte Grenzschicht ihre Dicke wesentlich zu vergrößern strebt, also an den Stellen, an denen die Strömung durch Erweiterung des ihr zur Verfügung stehenden Querschnittes oder ähnliche Umstände gezwungen wird, ihre Geschwindigkeit zu verkleinern und in Druck umzusetzen.
Abb. 6 schließlich zeigt als Ausführungsbeispiel die Anwendung der Erfindung auf die Flügel einer schnellaufenden Wasserturbine.
Die Flügel t sind auf der Vorderseite oder auch auf der Rückseite oder auf beiden mit Schlitzen g versehen, durch die die an der Oberflüche durch Reibung verzögerte Grenzschicht nach (lern Flügelinnern hin und gegebenenfalls auch durch die Welle abgesaugt wird.
Durch diese Einrichtung wird erreicht, daß sich - selbst hei ungünstiger Beaufschlagung der Flügel durch die Strömung - volle Wirksamkeit der Flügel ergibt. Bei einem. Stillstand der Turbine nehmen nämlich die Flügel oder Schaufeln nur geringe Kräfte auf, «=eil die Strömung sich ablöst. Diese Kräfte reichen unter Umständen nicht aus, um die Lagerreibung zu überwinden. Werden nun die Flügel mit der Einrichtung gemäß der Erfindung versehen, so kann auch bei Stillstand das volle Drehmoment der Turbine entwickelt werden. Man kann den zur Absaugung erforderlichen Unterdruck durch das Wasser, das die Turbine beaufschlagt, selbst erzeugen, indem man einen Teil des Wassers durch ein besonderes, innerhalb oder außerhalb der Turbine liegendes Saugrohr leitet, mit dessen engster Stelle die Kanäle in Verbindung stehen, die zur Absaugung der Grenzschicht dienen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Ouertriebskörper, wie Tragflügel, Schraubenflügel u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die an der Oberfläche unmittelbar entlanggleitende, durch Reibung verzögerte Grenzschicht der Strömung durch die Oberfläche hindurch mittels einer Pumpeneinrichtung abgesaugt wird.
2. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugöffnungen an den Stellen der Außenfläche angeordnet sind, an denen der Strömungsquerschnitt sich erweitert.
3. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugöffnungen sich über die ganze Außenfläche in der Zone, in der gesaugt wird, erstrecken.
4.. Quertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugdruck für die verschiedenen Saugstellen getrennt geregelt wird.
5. Ouertriebskörper nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß den Saugstellen einzeln Kammern zugeordnet sind, deren Eintrittsöffnungen zu einem gemeinsamen Saugraum getrennt regelbar sind.
6. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Absaugöffnungen oder Gruppen von Absaugöffnungen mit den verschiedenen Druckstufen des Gebläses in Verbindung stehen.
7. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zur Absaugung der Grenzschicht nach dem Innern des Flügels hin divergente Schlitzränder aufweisen, B.
Ouertriebskörper nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Verschlußklappen für die Absaugöffnungen.
9. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Tragflügeln mit verstellbarer Hinterkante die Absaugöffnungen in der Nähe der Gelenkstelle liegen. io. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wasserturbinen die Grenzschicht durch ein besonderes, mit einem Teil des Kraftwassers betriebenes Sangrohr abgesaugt wird.