DE458428C - Transverse drive body, such as hydrofoils, screw wings and. like - Google Patents

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.Transverse drive bodies, such as wings, propeller blades and the like. d. H. Bodies on which transversely or perpendicular to the movement or. to the direction of flow a drive, buoyancy, downforce, side drive, is generated, for example at Aircraft wings, turbine wings, in short, for surfaces that are in the Flow are moved and either transfer energy to the flow or take energy from the flow or exchange energy with it in some form, If the inconvenience occurs that the flow differs from the limiting solid or moving walls. This does not result in the desired course of the flow achieved; above all, the forces exerted on the walls are less than when the flow is completely on the walls.

Dementsprechend kann, sobald die Strömung sich ablöst, bei Tragflügeln oder anderen Ouertriebskörpern der theoretisch mögliche Auftrieb nicht erreicht «-erden.Correspondingly, as soon as the flow separates, in the case of hydrofoils or other drive bodies, the theoretically possible buoyancy is not achieved "-earth.

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.According to the invention, these difficulties can thereby be avoided be that with transverse drive bodies, such as wings, propeller blades and the like Boundary layer that glides directly along the surface and is delayed by friction the flow is sucked through the surface by means of a pump device will.

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.The discovery is based on the following knowledge: That of the wing surface The next layer of air flow, the so-called boundary layer, moves as a result the friction it experiences on the wing surface is slow, the layer as this grows excessively with great buoyancy and finally changes the whole flow. This is especially the case when the flow The available cross-section expands greatly, i.e. when it is in the current working Ouerttriebskkörper is blunt towards its rear end or moves quickly rejuvenates.

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.In Prandtl's publication »About 1 # liquid movement at very little friction ”in the negotiations of the 3rd International Congress of Mathematicians rgo5, lead 484/491, describes that if the on the surface of a body Sliding boundary layer of the flow through the surface, delayed by friction is sucked through, the flow that has separated as a result of the friction, is better based on the body limit. The present invention is now based on the knowledge that if the boundary layer delayed by friction at the surface the flow is completely or partially removed by suction, so that the flow adapts to the body limitation completely or to a considerable extent, now the The drive that the body experiences in the current is considerably increased. Accordingly is used to increase the transverse drive on transverse drive bodies such as hydrofoils, screw-type blades and the like, the sliding directly along the surface, delayed by friction Boundary layer of the flow through through the surface by means of sucked off a pumping device.

Eiliges Ausführungsbeispiel(: der 1,rfil-idttng sind in der 7.eichntnig veranschaulicht.Urgent embodiment example (: the 1, rfil-idttng are in the 7th illustrated.

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.Fig. I shows the cross section through a wing; Fig. 2 shows the plan view of part of the wing, Fig; 3 another embodiment the invention with a new wing, Fig. 4. the section through a suction opening, Fig.5 shows a wing with adjustable trailing edge. Finally, Fig.6 shows the Application of the invention to a helical gear, such as a chncllatifendeit Water turbine.

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.Fig. I shows the arrangement when on the surface of the wing Openings a are attached through which by means of a suitable suction device the boundary layer is completely or partially sucked off. To generate the for suction Any devices can serve the required negative pressure. Is expedient it, the negative pressure full of the flow or the airstream itself indirectly or to generate immediately. The openings a are placed under negative pressure; by (read slits sucked-off boundary layer then passes through pipes b to the blower, which in aircraft can be powered by aircraft engines, for example, or by special fan motors. The fan can be switched off under certain circumstances when the aircraft is moving horizontally; it is then employed, for example, if (read flight stuff goes up.

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.If the fan is not used for suction, it can be used with Aircraft, for example, are used to power aircraft engines in large To supply heights with air.

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.The openings can be in the form of one or more slots or other openings in the direction of the span of the hill. The suction points or openings can be regulated individually or together. So can the individual Suction points lead into individual chambers, the inlet openings of which lead to extremely fine seeds Sucking cream can be regulated separately, each for itself.

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.Any type of device can be used to regulate the pressure. Throttle devices, flaps, valves or the like can thus be used. The regulation can also take place in that the individual slots each have a special pressure level of the pump in connection, so that at each suction point the respective desired suction pressure prevails. This pressure can vary from opening to opening can be set according to the desired @ `conditions. While Figs. I and 2 show their arrangement, i.e. the singing openings on the upper side of the grand piano are arranged, Fig. 3 shows an arrangement; at the suction openings he is on the underside a hydrofoil or other drive wing are attached.

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.The arrangement of Fig.3 is particularly valuable because in the case of a strongly curved wing, as shown in Fig If the wing is at a small angle of attack, it also comes off the underside.

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.Because the boundary layer flowing through the suction slit may under certain circumstances flows in with great speed, one can see the slilitzr: in (ler towards the inside of the wing too divergent, so that - as (read the Fig..I shows - the effect of a Diffuser enters, (let us see the high speed of the entering Flow is converted into pressure.

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.As already selected, the openings can be closed by flaps c if, in certain operating conditions, a learned OOtier drive is not is desirable. These flaps can be used at will, for example from the Flugzetigfülirer by lever linkage oller similar. Facilities are opened and closed.

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.Fig. @ Shows an arrangement in which the rear end d of a wing is adjustable, such as the Von Fltigzetigen twist flap. With this arrangement, a suction gap located in the vicinity of the joint can be used e the interruption of the flow, (which can easily occur at this point, avoided will.

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.The suction openings according to the invention are at the points of the drive body arranged at which the boundary layer delayed by friction on the surface Tends to increase its thickness significantly, that is, at the points where the current flows by expanding the cross-section available to it or similar circumstances is forced to reduce their speed and convert it into pressure.

Abb. 6 schließlich zeigt als Ausführungsbeispiel die Anwendung der Erfindung auf die Flügel einer schnellaufenden Wasserturbine.Finally, FIG. 6 shows the application of the Invention on the blades of a high-speed water turbine.

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.The wings t are on the front or on the back or provided with slots g on both, through which the on the surface through Friction-delayed boundary layer after (learn to the inside of the wing and, if necessary, also is sucked off by the shaft.

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.By this device it is achieved that - even more unfavorable Loading the wing through the current - full effectiveness the wing yields. At a. The blades or take the turbine to a standstill Shovel up only small forces, "= when the flow separates. These powers are enough may not be sufficient to overcome the bearing friction. Will the wings now provided with the device according to the invention, so can that even at a standstill full torque of the turbine can be developed. One can use the one required for suction Create negative pressure by the water that acts on the turbine itself by one part of the water through a special, inside or outside the turbine horizontal suction pipe, with the narrowest point of which the ducts are connected, which serve to suck off the boundary layer.

Claims (9)

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. PATENT CLAIMS: i. Ouertriebskörper such as hydrofoils, propeller blades and the like, characterized in that the directly sliding along the surface, Friction-delayed boundary layer of the flow through the surface is sucked off by means of a pump device. 2. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugöffnungen an den Stellen der Außenfläche angeordnet sind, an denen der Strömungsquerschnitt sich erweitert. 2. Ouertriebskkörpers according to claim i, characterized in that the suction openings at the points of the outer surface are arranged at which the flow cross-section expands. 3. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugöffnungen sich über die ganze Außenfläche in der Zone, in der gesaugt wird, erstrecken. 3. Drive body according to claim i, characterized in that the suction openings extend over the whole Extend the outer surface in the area in which the vacuuming takes place. 4.. Quertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugdruck für die verschiedenen Saugstellen getrennt geregelt wird. 4 .. transverse drive body after Claim i, characterized in that the suction pressure for the various suction points is regulated separately. 5. Ouertriebskörper nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß den Saugstellen einzeln Kammern zugeordnet sind, deren Eintrittsöffnungen zu einem gemeinsamen Saugraum getrennt regelbar sind. 5. Ouertriebskkörper according to claim r, characterized in that, that the suction points are individually assigned to chambers, their inlet openings can be controlled separately in a common suction chamber. 6. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Absaugöffnungen oder Gruppen von Absaugöffnungen mit den verschiedenen Druckstufen des Gebläses in Verbindung stehen. 6. Ouertriebskkörpers according to claim i, characterized in that individual suction openings or groups of suction openings are related to the various pressure levels of the fan. 7. Ouertriebskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zur Absaugung der Grenzschicht nach dem Innern des Flügels hin divergente Schlitzränder aufweisen, B. 7. Drive body according to claim i, characterized in that the openings for sucking off the boundary layer have divergent slot edges towards the inside of the wing, B. Ouertriebskörper nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Verschlußklappen für die Absaugöffnungen. Drive body according to claim i, characterized by closing flaps for the suction openings. 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.9. Ouertriebskkörpers according to claim i, characterized in that with wings with adjustable rear edge, the suction openings are close to the joint. ok Drive body according to claim i, characterized in that in the case of water turbines the boundary layer through a special one operated with part of the power water Sangrohr is sucked off.