DE567041C - Stabilisierungs- und Steuerungsvorrichtung fuer Flugzeuge mit sich drehenden Fluegeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Flugzeuge mit sich drehenden Flügeln.

Es ist bereits bekannt, die Flügel derartiger Flugzeuge durch eine von dem Flugzeugführer einstellbare Rollbahn, Kurvenscheibe ο. dgl., die mit den Flügeln mittels Gestänge verbunden ist, zu steuern.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist jeder Flügel für sich gelenkig verbunden, einerseits unmittelbar mit der die Flügel drehenden Antriebswelle und andererseits mittels Stangen mit einem Rollkranz, der sich über Rollenlager auf dem Umfang einer auf einer Gelenkkugel angeordneten Scheibe dreht, die willkürlich vom Flugzeugführer geneigt und ausgerichtet werden kann. Weitere Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor. Es zeigen: Fig. ι eine schematische Darstellung des Erfindungsprinzips,

Fig. 2 ein Flugzeug mit einem einzigen Flügelwerk, zum Teil längs seiner Drehachse geschnitten,

Fig. 3 eine weitere Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform der Fig. 3 mit doppeltem Flügelwerk.

Fig. ι zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Flugzeug mit dem Schwerpunkt G. Das Flugzeug hat ein einziges drehbares Flügelwerk, das durch die Flügel P und P' gebildet wird und sich um eine Achse X-X' dreht. Das Flügelwerk wird entweder durch einen Motor mitgenommen oder befindet sich in freier Eigendrehung.

Jeder Flügel hat, wie erwähnt, ein Gelenk 3, dessen Achse senkrecht zu der Achse X-X' und zur Achse des Flügels steht. Dieses Gelenk schließt ferner andere senkrechte Bewegungen zur Achse des Flügels nicht aus.

Das Flugzeug ist in Fig. 1 von der Seite dargestellt, die Spitze des Flugzeuges liegt rechts in der Figur.

Mit dem Flugzengkörper ist ein Rollkranz, eine Kurvenscheibe 1 oder eine andere ähnliche Vorrichtung verbunden, mit der der Flugzeugführer die Flügelverstellungen steuern kann.

In der Figur ist dieser Rollkranz geneigt dargestellt, so daß die Flügel sich heben, wenn sie in dem im vorderen Teil des Flugzeuges gelegenen Abschnitt hindurchgehen. Auf diesem Rollkranz rollen abwechselnd die Rollen 2 und 2', die an den Flügeln P, P befestigt sind.

In Fig. ι ist gezeigt, wie die mit dem Flügel P fest verbundene Rolle 2 auf dem Rollkranz ι läuft.

Wenn die Rolle sich auf dem Rollkranz bewegt, so führt der Flügel P um die Achse 3 eine senkrechte Schwingung aus. Der Rollkranz oder die Scheibe 1 erhält infolge der kombinierten Wirkung der Zentrifugal- und aerodynamischen Kräfte eine Reaktion von oben nach unten.

Es entsteht ein das Flugzeug steuerndes Kräftepaar.

Jeder Flügel P oder P' unterliegt infolge der Drehung der Zentrifugalkraft P_c oder F_c' und den resultierenden aerodynamischen Kräften F_A oder F/. Diese greifen ebenso wie F_c oder F/ im Schwerpunkt g oder g' des entsprechenden Flügels an.

Die Zentrifugalkräfte F_c oder F/ sind im wesentlichen gleich, da der Abstand von g oder g' und der Drehachse X-X' während der ίο Drehung sich nur sehr wenig ändert.

Der Flügel P' der der Annahme entsprechend frei um 3' in die in Fig. 1 dargestellte Lage schwingt, stellt sich in Richtung der Resultante P' der Kräfte P_c' und F_A' ein. Der Flügel P, der bei seiner Bewegung durch den vorderen Teil des Flugzeuges, d. h. den rechten Teil der Fig. 1, infolge der Wirkung des Rollkranzes oder Scheibe 1 und der Rolle 2 angehoben wird, erhält eine ansteigende senkrechte Geschwindigkeit, die den Ausfallwinkel des Flügels mit Bezug auf die resultierende aerodynamische Geschwindigkeit vermindert. Die Kraft F_A ist infolgedessen geringer als die Kraft F/. Ihre Größe und ihre Richtung können willkürlich durch die Stellung geregelt werden, die dem Rollkranz oder der Scheibe 1 mittels eines Gestänges erteilt wird.

Die Gesamtwirkung, die durch die sich drehenden Flügel P und P' auf den Flugzeugkörper ausgeübt wird, ist durch die Resultierende R der auf die erwähnten Flügel wirkenden Kräfte F und F' dargestellt. Aus Fig. ι ist ersichtlich, daß die Wirkungslinie M-M' der Resultierenden R hinter dem Schwerpunkt G des Flugzeuges hindurchgeht. Dieses ist daher einem steuernden Kräftepaar unterworfen, dessen Größe, wie oben ausgeführt wurde, willkürlich geregelt werden kann, to Wenn andererseits die Flügel durch einen Rollkranz mit doppelter Wirkung bei ihrer Bewegung auf den hinteren Teil des Flugzeuges (Fig. ι links) gesenkt werden, so werden die aerodynamischen Kräfte infolge einer Vergrößerung des aerodynamischen Ausfallwinkels verstärkt. Der Rollkranz unterliegt dann einer Reaktion von unten nach oben, die mit Bezug auf den Schwerpunkt des Flugzeuges ein ergänzendes steuerndes Kräftepaar hervorruft. Das Flugzeug neigt sich, bis es eine Gleichgewichtslage findet. Diese hängt zugleich von dem erreichten Neigungswinkel und \^ron den durch die waagerechte Bewegung des Flugzeuges hervorgerufenen aerodynamischen Reaktionen ab. Die Neigung nach vorn ruft, wie leicht einzusehen ist, einen Vortrieb hervor, der um so bedeutender ist, je größer die Neigung ist.

Es kann also durch die Vorrichtung, die es gestattet, das Flugzeug nach dem Willen des Flugzeugführers zu neigen, eine ausreichend große Vortriebskraft in den von dem Flugzeugführer gewünschten Richtungen hervorgerufen werden, und dies ohne ein besonderes Vortriebsorgan.

Wenn der kreisförmige Rollkranz oder die Scheibe seitlich zum Flugzeug geneigt wird, so zeigt die gleiche Überlegung, daß das Flugzeug sich seitlich neigen kann.

Wird der Rollkranz in beliebiger Richtung geneigt, so wird sich allgemein das Flugzeug im entgegengesetzten Sinne zu dieser Richtung neigen.

In Fig. 2 ist eine beispielsweise geänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Anstatt dem Flügel mittels eines durch den Flugzeugführer gesteuerten Rollkranzes oder einer Rollbahn eine Winkelbewegung um eine Achse zu erteilen, die zu der des Flügels und zur Drehachse des drehbaren Flügelwerkes senkrecht ist, wird bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung der Gelenkachse dieses Flügels, die außerhalb der Drehachse des drehbaren Flügelwerkes oder nicht angeordnet ist, eine Verschiebung in der Drehebene des erwähnten Flügels, d. i. in der Ebene, die durch die Drehachse des drehbaren Flügelwerkes und durch die Flügelachse gebildet wird, die durch die Hauptrichtung ihrer Verlängerung dargestellt ist.

Das Flugzeug trägt Flügel, wie P und P', die um die Achsen d frei drehbar an Kulissen h angelenkt sind. Jede Kulisse wird durch einen Arm i gehalten, der sich in einem im kreisförmigen Kranz Z befindlichen Lager dreht.

Der auf einem ein doppeltes Widerlager bildenden Kugellager montierte Kranz rollt in der Ebene der einstellbaren Platte c. Letztere ist auf einem Kugelgelenk j montiert, das mit dem Körper q des Flugzeuges durch die Säule b verbunden ist.

Aus dieser Anordnung ergibt sich, daß die Achsen d als relative Verschiebung in der Ebene der Zeichnung eine Drehung um den Mittelpunkt η des Kugelgelenks ί ausführen können, wenn die Scheibe c dieselbe Drehung ausführt.

Andererseits sind die Kulissen h in dem Sektor/ geführt. Die Achsend, die zu der Achse des Flügels senkrecht stehen, bleiben während dieser Drehung ständig senkrecht zu X-X'.

Der Sektor / ist mit der Mittelachse α durch die Glocke;' verbunden. Das Flugzeug kann auch mit mehreren anderen als den dargestellten Flügeln ausgerüstet sein. Ähnlich wie die letzteren sind alle diese Flügel auf derartigen Gelenkachsen d montiert, gleiten mit Kulissen in Aussparungen der Glocke /' und sind samtlieh in ähnlicher Art an dem Kranz / angebracht.

Die Platte c kann eine beliebige Einstellung um das Kugelgelenk j erhalten, sie wird ständig parallel zu einem Kranz c' gehalten, der in gleicher Weise an einem am Fuß der Säule b befindlichen Gelenk angelenkt ist. Die Plattec und der Kranze' sind durch Stangen t, f, t" verbunden. Die oberen Enden derselben haben Gelenken, e', die in entsprechende Lager der Platte c eingepaßt sind. Die ίο unteren Enden haben Gelenke u, u', die in ähnliche Lager im Kranze c' eingepaßt sind. Der Kranz c' trägt einen starren Hebel p, an dessen Ende ein Handrad ο angebracht ist. Wenn der Pilot diesen Hebel nach unten drückt und das Handrad dreht, so kann er willkürlich den Kranz in beliebiger Richtung neigen und hierdurch die obere, auf die Flügel wirkende Vorrichtung steuern. Die Achse Λ'-Λ"' kann durch den Motor m mittels eines auskuppelbaren Getriebes K, K' mitgenommen werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung, die ein wenig von der in Fig. ι dargestellten abweicht, arbeitet wie folgt:

Die Scheibe ι und die Rolle 2 sind durch das Kugellager r ersetzt. Alles geht so vor sich, als ob die Befestigungspunkte d, d' der Flügel P und P' durch eine Steuerscheibe mitgenommen werden, deren Profil durch den Flugzeugführer gemäß den Neigungen geändert werden kann, die dem Kugelkäfig r durch den Hebel p erteilt werden. In der Zeichnung stellt P₁, die neutrale Stellung und p_c und p_d die äußersten Endstellungen des Hebels dar.

Der Flugzeugführer läßt durch Führung des Hebels in die obere Stellung p_c das Flugzeug (dessen Spitze in der Abbildung nach links gerichtet ist) steigen. Es kann erreicht werden, daß beispielsweise die Neigung des Flügels P gegen λ'-λ" im Verlauf einer Umdrehung nur schwachen Änderungen um X-X' unterliegt, so daß in der in Fig. 2 dargestellten Stellung die Wirkungslinien der resultierenden, auf die Flügel P, P' in ihrem Schwerpunkt wirkenden Kräfte sich in einem links von X-X' gelegenen Punkte schneiden. Die Resultierende R, die in diesem Fall parallel zu der Achse ist, geht hinter dem Schwerpunkt hindurch. Es entsteht unter den gleichen Bedingungen wie in Abb. ι ein Kräftepaar in demselben Sinne.

Die Fig. 3 stellt eine geänderte Ausführungsform der Flügelsteuervorrichtung dar, während die übrige Anordnung wie in Fig. 2 bleibt.

Die Flügel P₁, P₁ sind um die Achsen d_v di drehbar, die mit der Achse O₁ fest verbunden und senkrecht zu X₁-X₁ sind. Die Stangen ν, ν' sind mit ihren oberen Enden an den Flügeln P₁, P₁ durch die Achsen z, z' angelenkt, die zu der Achsel parallel sind. An ihren unteren Enden tragen sie in dem Kranz I₁ gelagerte Gelenke y, y'.

Dieser auf dem Kugellager r montierte Kranz rollt in der Ebene der einstellbaren Platte C₁. Die Neigung der Platte C₁ wird durch den Flugzeugführer in der gleichen Weise wie die der Platte c der Fig. 2 gesteuert.

Alles geht so vor sich, als ob die Punkte y, y' wie im vorhergehenden Beispiel dem Profil einer Kurvenscheibe folgten, das sich entsprechend den dem Kugelkäfig T₁ erteilten Neigungen zu ändern vermag.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die dem Kugelkäfig T₁ erteilte, in der Fig. 3 dargestellte Neigung das Flugzeug einem Kräftepaar unterwirft, das in der Zeichenebene liegt und im Uhrzeigersinne gerichtet ist.

Es kann also der Flugzeugführer durch eine Neigung des Kugelkäfigs im Falle der Beispiele nach den Fig. 2 und 3 dem Flugzeug alle gewünschten Bewegungen erteilen.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, bewirkt der Flugzeugführer durch Neigung des Hebels p eine Längsdrehung, ähnlich wie sie durch das Tiefenruder eines üblichen Flugzeuges hervorgerufen wird. Durch Steuerung des Handrades 0 wird eine Seitwärtsdrehung erhalten, ähnlich wie sie durch ein Seitensteuer eines üblichen Flugzeuges bewirkt wird.

Die Kräfte, die der Flugzeugführer in gewissen Fällen überwinden müßte, können entweder seine Kraft überschreiten oder ihn ermüden. Es kann daher der Steuerhebel p die Glocke oder den mittleren Ring mittels eines Servomotors von beliebiger Art durch eine nicht umkehrbare Übertragung mitnehmen. Die Vorrichtung gestattet ebenfalls, bei einem Flugzeug mit einem einzigen drehbaren, sich horizontal bewegenden Flügelwerk das Seitenkräftepaar zu kompensieren, das durch den sich vorbewegenden Flügel hervorgerufen wird, der sich mit größerer Geschwindigkeit als der zurückbewegende Flügel durch die Luft bewegt und infolgedessen stärkeren aerodynamischen Reaktionen unterworfen ist als der letztere und die die 110 ■ freie Beweglichkeit der Flügel oder jede andere Vorrichtung nicht völlig ausgeglichen hätte.

Die Stabilisierungs- und Steuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung schließt nicht die Möglichkeit aus, die Zahl der Flügelwerke zu vervielfachen und zu den drehbaren Flügelwerken jede Vorrichtung hinzuzufügen, die ihre Wirkungsgrade zu verbessern vermag.

Die Abb. 4 stellt eine Anordnung mit zwei Flügelsystemen dar, die sich in entgegenge-

setzten Richtungen drehen, um hauptsächlich die Drehmomente in der waagerechten Ebene zu kompensieren, die infolge der Reaktionen des das Motordrehmoment übertragenden Getriebes hervorgerufen werden. Das obere sich drehende Flügelwerk wird durch eine Zwischenrampe gesteuert, auf die die Neigungen übertragen werden, die dem unteren sich drehenden Flügelwerk durch die von dem ίο Flugzeugführer gesteuerte Hauptrampe erteilt werden. In der in der Abb. 4 dargestellten Anordnung ist jeder Flügel P₂ des Flugzeuges um die beiden Achsen g₂, g₂ drehbar, die zur Achse des Flügels senkrecht stehen. Die Resultierende der auf den Flügel P₂ wirkenden aerodynamischen Kräfte und Trägheitskräfte wird demnach auf die Achse g₂ übertragen. Diese Achse wird von einem Hebel L₂ getragen, der um die Achse g₂" drehbar ist. Diese ist parallel zu g₂ und ^mit einem Kranz verbunden, der von der Achse a₂ getragen wird. Auf dem Hebel L₂ ist durch ein Gelenk oder eine gleichwertige Vorrichtung eine Stangen befestigt, die in gleicher Weise durch Gelenk o. dgl. auf dem Kranz I₂ drehbar ist, der zu der einstellbaren Platte c₂ konzentrisch ist und sich dreht. Das Rollen des Kranzes I₂ auf der Platte c₂ geschieht durch das ein doppeltes Widerlager bildende Kugellager r₂. Die Platte c₂ ist ^auf der Gelenkkugel S₂ drehbar, die auf der festen Säule b_a montiert ist. Diese Platte ist mittels mehrerer Stangen, nämlich vier Stangen t₂, t₂, gemäß der Figur einstellbar (zwei derselben Hegen in der zu der Zeichnung senkrechten Ebene und sind nicht dargestellt). Sie sind im rechten Winkel zueinander auf der Platte c₂ angeordnet. Wie die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnungen werden diese Stangen durch den Flugzeugführer mittels einer nicht umkehrbaren Übertragung gesteuert, die entweder direkt von Hand oder mittels eines Servomotors gesteuert wird.

Bei dem oberen drehbaren Flügelwerk sind die Flügel P₃ wie die Flügel P₂ um Achsen g_s, g₃ drehbar. Die Achse g₃' wird von einem dem Hebel L₂ gleichen Hebel L getragen, der mit der Achse g₃" der Welle a₃ des erwähnten drehbaren Flügelwerkes verbunden ist. Die Verstellung des Hebels L₈ wird wie die ■ des Hebels L₂ durch Stangen v_s, einen drehbaren Kranz 4 und eine einstellbare Platte C₃, ähnlich dem System V₂, l_s, c₂, gesteuert, das die Verstellung des Hebels L₂ steuert. Die einstellbare Platte c₈ ist um das Kugelgelenk s_s einstellbar, das auf der Achse a₂ des unteren drehbaren Flügelwerkes montiert ist. Diese Platte nimmt die Stellung des sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegenden Kranzes^ und infolgedessen die Einstellung der Platte c₂ ein mittels einer Kurvenscheibe d₃, die in Anlage mit einem Vorsprung f₂ des Hebels L₂ ist. Der in Anlage befindliche Teil des Vorsprunges wird durch eine Fläche gebildet, die einer der Platte parallelen Ebene um so benachbarter ist, je mehr die Achse g₂" des Hebels L₂ näher der gemeinsamen Achse X₂-X₂' der sich drehenden Flügelwerke ist.

Diese Fläche wird derart entworfen, daß der Abstand zwischen den Köpfen A₂ und A₃ der Stangen V₂, V₃ ständig gleich dem Abstand der Achsen g₂" und g_s" oder der Mittel B₂ und B₃ der Gelenkkugeln S₂ und S₃ ist.

Der mit der Kurvenscheibe d_z in Beruhrung befindliche Vorsprung ist kugelförmig und konzentrisch zu der Gelenkverbindung der Stange^ mit dem HebelL₂. Der Vorsprung kann auch von einer kreisförmigen Rolle gebildet werden, die sich um die Achse dreht, die zur Ebene des Hebels L₂ senkrecht steht und durch die Mitte des den Kopf der Stange V₂ bildenden Kugelgelenkes hindurchgeht.

Durch die beschriebene Anordnung bleibt die Platte C₃ ständig parallel zu der Platte c₂.

Claims (3)

1. PATENTANSPRtTCHE :

   i. Stabilisierungs- und Steuerungsvorrichtung für Flugzeuge mit sich drehenden Flügeln, die gesteuert werden durch eine von dem Flugzeugführer einstellbare Rollbahn, Kurvenscheibe o. dgl., die mit den Flügeln mittels Gestänge verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (P) für sich gelenkig verbunden ist, einerseits unmittelbar mit der die Flügel drehenden Antriebswelle und andererseits mittels Stangen (v) mit einem Rollkranz (I₁), der sich über Rollenlager auf dem Umfang einer auf einer Gelenkkugel angeordneten Scheibe (C₁) dreht, die willkürlich vom Flugzeugführer geneigt und ausgerichtet werden kann.
2. 2. Stabilisierungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel unmittelbar an dem Rollkranz angelenkt sind und mit der Antriebswelle (a) über eine Glocke (j^r, Fig. 2) verbunden sind.
3. 3. Stabilisierungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel mit der Antriebswelle mittels Hebel (I₂) und mit dem Rollkranz mittels Stangen (v₂) verbunden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen