DE657856C - Eigenstabiles Schwingenflugzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eigenstabile Schwingenflugzeuge, deren Schwingen durch je ein ganz oder teilweise von Zwischenflügeln umkleidetes, räumliches Gelenkpolygon mit dem Rumpf verbunden sind, und sucht insbesondere die Aufgabe der Ouerstabilität vollkommener zu lösen, als es bisher geschah.
Es sind bereits Schwingenflugzeuge bekannt, bei welchen die zeitliche Änderung des Anstellwinkels entweder durch starre Getriebe oder durch federnde Ausbildung der P'lügel (oder einzelner Flügelteile) herbeigeführt wird. Bei allen bekannten Stabilitäts-Vorschlägen ist jedoch keine Gewähr für die Erreichung und Erhaltung eines bestimmten Wertes der tragenden Kraft, bestehend aus dem Auftrieb und der Massenwirkung der bewegten Flügelteile, gegeben.

Bewegt sich ein Flugzeug in gleicher Höhenlage, so muß die Tragkraft gleich dem Gewicht des Flugzeuges sein. Steigt das Flugzeug, so muß zunächst seine Masse aus der relativen Ruhelage nach oben beschleunigt werden, was eine Vergrößerung des Auftriebes notwendig macht. Sinkt das Flugzeug, so wirkt die Erdbeschleunigung auf seine Masse als beschleunigend.
Dasselbe gilt für ein Schwingenflugzeug, jedoch macht sich hier noch die regelmäßige Auf- und Abwärtsbewegung des Schwingenpaares bemerkbar.

Die Kraft, mit welcher der Flugzeugrumpf von den Schwingen getragen wird, ist gleich dem Gesamtauftrieb minus dem Gewicht und den Beschleunigungs- oder Verzögerungskräften der bewegten Schwingen. Der Auftrieb ist abhängig von dem Anstellwinkel und kann durch dessen Veränderung auf die notwendige Größe gebracht werden.

Aus der Fluggeschwindigkeit und der Schwingenschlaggeschwindigkeit ergibt sich bekanntlich eine wellenförmig gerichtete Absolutgeschwindigkeit. Einstellwinkel ist demnach bei einem Schwingenflugzeug der Winkel zwischen der Sehne des Flügelprofils und der Richtung der Absolutgeschwindigkeit, während der Winkel zwischen der Sehne und der Flugrichtung im folgenden als Schwingenwinkel bezeichnet werden soll.

Da die Absolutgeschwindigkeit nach Richtung und Größe aus der Fluggeschwindigkeit und der Schlaggeschwindigkeit der Schwingen resultiert, ändert sich der Schwingenwinkel periodisch von einem positiven bis zu einem negativen Größtwert.

Bei aufwärts bewegten Schwingen ist der Schwingenwinkel stets positiv. Aus der Luftkraft kann man dann eine Kraftkomponente ableiten, welche der Flugrichtung entgegengesetzt ist und hemmend wirkt.

Bei abwärts bewegten Schwingen ist der Schwingenwinkel fast stets negativ. Aus der Luftkraft ergibt sich dann eine Kraftkomponente, welche in Flugrichtung treibend wirkt. Im Verlaufe eines Schwingenschlages ändert sich also der Vortrieb von einem positiven Wert zu einem negativen Wert. Um einen dauernden Vortrieb zu erhalten, muß also der positive Mittelwert größer sein als

der negative Mittelwert, Dieses kann durch den mechanischen Antrieb der Flügel erreicht werden, und zwar indem die Flügel mit geringer Kraft gehoben und dann mit größerer; Kraft nach unten geschlagen werden, unter; der Voraussetzung, daß der Schwingenwinke* stets die richtige Größe besitzt.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, den richtigen Schwingenwinkel durch ίο eine elastische Einrichtung, welche die von den Schwingen auf die Masse des Flugzeugrumpfes ausgeübte Tragkraft wägt, selbsttätig zu regeln, derart, daß der Schwingenwinkel entweder verkleinert wird, nämlich wenn der Auftrieb abzüglich Schwingengewicht und Beschleunigungskräfte das Gewicht des Flugzeugrumpfes übersteigt, oder vergrößert wird, nämlich wenn der Auftrieb abzüglich Schwingengewicht und Beschleunigungskräfte kleiner ist als das Gewicht des Flugzeugrumpfes. Unter Mithilfe einer hinter oder vor den Schwingen liegenden Höhenflosse ergibt sich somit Längsstabilität des Schwingenflugzeuges, wie dies auch beiStarrflügelflugzeugen schon bekannt ist; auf sie kann bei tiefliegendem Schwerpunkt des Flugzeugrumpfes gegebenenfalls verzichtet werden. Zur Erreichung der nötigen Querstabilität werden die Steuerstangen der rechten Schwinge durch einen waagebalkenartigen Steuerarm gegenläufig mit den Steuerstangen der linken Schwinge verbunden, derart, daß bei überwiegendem Auftrieb unter der linken Schwinge der Schwingenwinkel der rechten Schwinge vergrößert wird und umgekehrt. Durch die selbsttätige Wirkung dieser Einrichtung kann die für .Stabilitätszwecke vorgeschlagene Form der hochgezogenen Flügelenden, welche Verluste verursacht, verlassen werden.

Schwingen nach der Erfindung können mit

waagerechten oder abfallenden Enden, welche Flügelform bei den besten Seglern, den Störchen, Möwen und Albatrossen, in Segelstellung zu finden ist, gebaut werden.

Die Manövrierfähigkeit des Schwingenfiugzeuges nach vorliegender Erfindung wird erreicht

ι. durch eine Einrichtung, welche gestattet, die von den Schwingen auf den Rumpf ausgeübte Tragkraft, welche, wie oben erwähnt, durch eine besondere Einrichtung ausgewogen \ und auf einem Sollwert gehalten wird, über das Gewicht des Rumpfes zu erhöhen oder darunter zu senken, wodurch das Ansteigen und Niedergehen des Flugzeuges eingeleitet wird, 2. durch eine Einrichtung, welche es gestattet, den Steuerarm zwischen dem Schwingengestänge von Hand zu betätigen, wodurch der Auftrieb zugunsten der einen oder der anderen Schwinge verlagert werden kann; hierdurch werden Rechts- oder Linkswendungen eingeleitet,

,,3. durch eine Einrichtung, welche es ge- -Mattet, den Antrieb des Schwingenschlag-Iferkes schneller oder langsamer lauf en zu oder gegebenenfalls ganz stillzusetzen, beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Schnitt quer zum Rumpf und durch die Schwingen in Stirnansicht.

Abb. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Sehwingennugzeug mit freigelegter Steuereinrichtung.

Abb. 3 zeigt in einer Ansicht von unten einen Teil der mechanischen Antriebseinrichtung.

Abb. 4 zeigt in einer Seitenansicht den .Schwingenquerschnitt mit einem Teil des Antriebs und der Steuerung in zwei Stellungen für verschiedene Schwingenwinkel.

Abb. 5 zeigt die Zerlegung der Auftriebskräfte.

Abb. 6 zeigt den Steuerarm in einer Stellung für ungleich auf die Schwingen verteilte Tragkraft.

Abb. 7 zeigt die Zerlegung der Kräfte in Abb. 6.

Das Schwingenflugzeug (Abb. 2) nach der Erfindung besteht aus einem Rumpf R, welcher alle Maschinenteile zum Antrieb der Schwingen sowie alle Steuerorgane und Führer- und Fluggastsitze enthält, einer Höhenflosse X, welche auch vor den Schwingen angebracht oder ganz fehlen kann, aus zwei anstelländerbaren Handschwingen T₁. und zwei Armschwingen Y, welche sowohl mit den Handschwingen als auch mit dem Flugzeugrumpf durch zweckentsprechende, in der Zeichnung nicht dargestellte Gelenke oder elastische Glieder so verbunden sind, daß sie eine nach Möglichkeit lückenlose, bewegliche Verbindung zwischen Rumpf und Handschwingen bilden, die Gestänge ganz oder teilweise stromlinienförmig einschließen und selbst einen Auftrieb erzeugenden Teil bilden.

Jede Handschwinge T₁. (Abb. 1) ist durch ein räumliches Gelenkpolygon, welches seitlich durch sie selbst und durch den Rumpf R, oben durch mehrere Druckstäbe D des Steuergestänges, unten durch mehrere Zugstäbe Z des Antriebgestänges gebildet wird, mit dem Flugzeugrumpf beweglich verbunden.

Diagonal in das Gelenkpolygon ist als Kräfteausgleich ein elastisches Gebilde (Feder, Gummizug oder LuftpufFer) F gelegt. Es kann notwendig werden, einen ähnlichen Kräfteausgleich auch in der anderen Diagonalrichtung anzubringen. !2°

Aus Abb. ι und 5 ersieht man die Wirkung der Kräfte. Die Kraft A₁ stellt den Auftrieb

abzüglich Flügelgewicht und Beschleunigungskräfte der HandschwingeT₁. dar, während^ den auf die Gelenkpunkte zwischen Handschwinge T₁. und Armschwinge Y entfallenden Anteil des Auftriebs abzüglich Gewicht und Beschleunigungskräfte der Armschwinge darstellt. Die Kraft- zerfällt in die Komponenten P₁ und P₂. Die Kraft P₁ wird von den Zugstäben Z des Antriebsgestänges aufgenommen. Die Kraft P₂ belastet im Verein mit der Kraft A₂ die Druckstäbe D und die Feder F. Würde die Feder jF eine Spannung besitzen, welche gleich der in Abb. 5 gefundenen Kraft f wäre, so wäre das Gelenkpolygon auch ohne die Einwirkung einer anderen Kraft im Gleichgewicht. Dieses wird

^x aber nicht erstrebt. Die Feder soll derart vorgespannt sein, daß die Veränderung ihrer Zugkraft in den verschiedenen Schwingen-Stellungen unerheblich und ihr Einfluß auf die Kraft d (,Abb. 5) im Stab D (Abb. 1) möglichst konstant ist.

Die Zugstäbe Z des Antriebsgestänges bestehen aus einem Antriebshebel Z₁ (Abb. 3) und einer Stütze Z₂. Der Antriebshebel Z₁ ist am Flugzeugrumpf R um eine horizontale Achse M drehbar gelagert und findet seine Fortsetzung über diese Achse M hinaus in einem Arm H. Der Antriebshebel Z₁ ist in senkrechter Richtung biegungsfest ausgeführt und in der waagerechten Ebene durch Sprengwerk oder Gitterkonstruktion kräftig versteift, so daß sein Endpunkt O sich nur in einer Ebene senkrecht zur Achse M auf einem Kreisbogen bewegen kann. Die Handschwinge T₁. ist im Punkte O durch ein Kugelgelenk befestigt und stützt sich durch die Stütze Z₂, welche ebenfalls mit ihr durch ein Kugelgelenk N verbunden ist, im Kugelgelenk / gegen den Antriebshebel Z₁ ab. In den Endpunkten B der Arme H greifen Lenkerstangen L an, welche an einer Kulisse /C gelenkig befestigt sind. Die Kulisse A" wird mittels einer Führungsstange C und einer Geradführung G in einer senkrechten Richtung geführt. Ein Kurbelarm E bewegt mittels seines in der Kulisse gleitenden Zapfens die Kulisse und mit ihr die Lenkerstangen L auf und ab. Die Lenkerstangen L übertragen ihre Bewegung auf die Arme H, welche ihrerseits die Schwingen in Bewegung setzen.

Zunächst werden die Schwingen gegen die Kraft der Feder F nach oben bewegt, wobei die Kraft der Kurbel E in der Feder F gespeichert " wird. Beim Abwärtsbewegen der Schwinge wirkt außer der Kraft der Kurbel E noch die Spannung der Feder F und drückt die Handschwinge T₁. kräftig nach unten, so dem Flugzeug einen kräftigen Vortrieb gebend.

Gemäß Abb. 5 wirkt die Kraft d (Abb. 2j auf die Druckstäbe D des Steuergestänges.

Das Steuergestänge besteht aus den Stützen D₁ und D₂, welche im Punkt Q durch ein doppeltes Kugelgelenk mit der Handschwinge T₁. verbunden sind. Die Stange D₁ stützt sich im Punkt P mittels eines Kugelgelenkes gegen den Rumpf R ab.

Die Stange D₂ lagert in dem Gelenk eines Winkelhebels W₁ welcher im Flugzeugrumpf um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist. Der andere Schenkel des Winkelhebels W ist durch die Lenker S₁ und S₂ der anderen Seite mit dem Steuerarm T verbunden, welcher seinerseits gelenkig an einer Schubstange S befestigt ist. Die Schubstange 5 ist in einer Geradführung in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes verschiebbar gelagert. Am anderen Ende der Schubstange 6' wirken zwei Zugfedern P₁ und F₂, welche nur der Deutlichkeit halber in Abb. 5 nebeneinander gezeichnet wurden.

Die Kraft d verteilt sich auf die Stützen D₁ und D₂. Die Kraft in der Stütze D₂ wird durch den Winkelhebel W über die Lenker ^₁ bzw. .S₂ auf den Steuerarm T und durch diesen über die Schubstange 6" auf die Federn P₁ und P₂ übertragen.

Befindet sich nun bei etwa waagerechter Lage des Flügelprofils (Abb. 4) die Kraft d (Abb. 2) mit der Kraft der gespannten Federn P₁ und P₂ im Gleichgewicht, so entspricht dieser Kraft d ein ganz bestimmter Auftrieb A₁ und A₂. Vergrößert sich der Auftrieb aus irgendeinem Grunde, so wächst mit ihm auch die Kraft d, wie aus Abb. 5 ersichtlich. Die Federn P₁ und P₂ (Abb. 2) geben dann dem größeren Zug nach, der Winkelhebel W weicht zurück, der Punkt Q verschiebt sich nach Q' auf einem Kreisbogen mit dem Radius D₁ um den Betrag b nach vorn (Abb. 2).

Da nun der nur in senkrechter Ebene schwingfähige Punkt 0 (Abb. 3 und 4) nicht mit nach vorn wandern kann, dreht sich das Flügelprofil um den Winkel α mit 0 als Drehpunkt, hierbei verschiebt sich N nach N'.

Mit dem veränderten Flügelwinkel ändert sich auch der Auftrieb und die Spannung der Federn P₁ und P₂. Sollte der Auftrieb jetzt geringer werden, als der Spannung der Federn P₁ und P₂ entspricht, so stellt sich der Flügel wieder zurück, bis Gleichgewicht herrscht. Da sich jedoch die Vorgänge gleichzeitig abspielen, stellen sich die Federn stets in die jeweilig notwendige Lage ein und steuern so selbsttätig den Schwingenwinkel.

Die Kraft der Federn P₁ und P₂ ist nach oben Gesagtem ein Maß für die Größe der Tragkraft.

Die Feder F₁ ist in ihrer Normalspannung dem günstigsten Gleitflug angepaßt. Die Feder F₂ kann durch ein Gestänge, welches in Abb. 2 im Schema gezeigt wird, gespannt 5 oder entspannt werden. Bei stark gespannter Feder F₂ sind beide Federn zusammen dem größtmöglichen Steilflug angepaßt.

Überwiegt die Tragkraft auf der einen oder anderen Flugzeugseite, so daß eine

ίο schiefe Fluglage eintritt, so weicht der Steuerarm T, dem geringsten Drucke folgend, aus, wie in Abb. 6 angedeutet. Auf der geringer belasteten Seite vergrößert sich infolgedessen der Schwingenwinkel, der Auftrieb wächst,

is das Flugzeug richtet sich wieder auf. Den Unterschied der wirksamen Kräfte zeigt Abb. 7.

Bäumt sich bei schnellem Flug das Flugzeug vorn auf, so erleiden die Schwingen einen erhöhten Auftrieb; dadurch wird der Flügelwinkel verringert, gegebenenfalls negativ; das Flugzeug kommt sofort wieder in seine richtige Fluglage.·
Rutscht das Flugzeug nach hinten ab, so stellen sich bei verringertem Auftrieb die Schwingen vorn steil auf, und die Höhenflosse X hat nach hinten einen größeren Anstellwinkel als die Schwingen, wodurch das Flugzeug ebenfalls in seine richtige Fluglage zurückgeführt wird.

Am Steuerarm T greift, wie in Abb. 2 dargestellt, eine zweite Hebelei an, durch welche die gegenläufige Verstellung der Anstellwinkel beider Schwingen auch von Hand herbeigeführt werden kann, um beabsichtigte Schräglagen in Kurven einzuleiten.

Die Anordnung des Antriebsgestänges und des Steuergestänges kann auch vertauscht werden, so daß das Antriebsgestänge oben und das Steuergestänge unten liegt. In diesem Fall ergibt sich dieselbe Wirkung. Der Antrieb der Flügel braucht nicht, wie in der Zeichnung dargestellt, mittels Kurbel und Kulisse erfolgen, sondern man kann beispielsweise die Schwingen durch einen mittels Preßluft, Preßöl oder Preßwasser bewegten Kolben antreiben. Auch brauchen nicht beide Schwingen einen gemeinsamen Antrieb erhalten, sondern jede Schwinge kann mit einem eigenen Antrieb und mit einem eigenen unabhängigen Steuerapparat versehen werden. Mit dieser Anordnung kann eine außerordentliche Wendigkeit des Flugzeuges erreicht werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Eigenstabiles Schwingenflugzeug, dessen Schwingen durch je ein ganz oder teilweise von Zwischenflügeln beweglich umkleidetes, räumliches Gelenkpolygon mit dem Rumpf verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Auftrieb und von den Beschleunigungskräften der bewegten oder stillstehenden Schwingen in Stäben (D₁, D₂) des Gelenkpolygons verursachten Kräfte durch jeder Schwingeneinheit zugeordnete Hebel (W) über ein gemeinsames Glied (T) auf ein federnd nachgiebiges Gebilde (F₁) übertragen werden und dessen unter der Einwirkung der genannten Kräfte eintretende Verformung rückwirkend den Einstellwinkel der Schwingen so ändert, daß ein Sollwert der tragenden Kräfte innegehalten wird.
2. 2. Schwingenflugzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zusätzliches elastisches Gebilde (F₃) mit willkürlich änderbarer Spannung.
3. 3. Schwingenflugzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige waagebalkenartige Ausbildung des unter der Einwirkung der beiderseitigen Hebeleien (W, D₂, D₁) stehenden Gliedes (T) als Steuerarm, daß es selbsttätig überschüssige Kräfte der einen Schwingenseite zur Anstellungsvergrößerung der anderen Schwingenseite steuert.
4. 4. Schwingenflugzeug nach Anspruch ι und 3, gekennzeichnet durch Handbedienbarkeit des Steuerarmes (T).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen