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Schraubenlieger.
Gegenstand der Erfindung ist ein Schraubennieger, dessen einzige Schraube mit hohlen Flügeln und mit Rohren versehen ist und in an sich bekannter Weise durch die Reaktion eines Fluidumstromes gedreht wird, der in einer Richtung in die Atmosphäre ausgestossen wird, die entgegengesetzt derjenigen ist, in der sich die Schraube drehen soll. Der Erfindung gemäss ist der Propulaionamotor in die Schraube selbst eingebaut und die zur Aufnahme des Piloten dienende Gondel ist auf der Drehachse der Schraube angeordnet, derart, dass sie sich unabhängig von dieser drehen kann und daher bei jeder Umdrehungsgeschwindigkeit jede beliebige Richtung im Raume einnehmen und beibehalten kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient die Nabe der Schraube selbst als Stütze für den Flugapparat, wenn er auf dem Lande oder Wasser ruht.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Ansicht eines gemäss der Erfindung hergestellten Schraubenniegers, Fig. 2 einen wagerechten Schnitt, Fig. 3 und 4 Querschnitte nach den Linien 3-3 und 4--1 der Fig. 2, Fig. 5 einen Propulsionsmotor mit feststehenden Zylindern, der für den Flugapparat verwendet werden kann, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 7 durch einen Flugapparat mit einflügeliger Schraube und einem Motor mit rotierenden Zylindern ; Fig. 7 eine Draufsicht auf diesen Apparat, teilweise geschnitten.
Fig. 8 und 9 zeigen schematisch zwei Typen von Ventilatorgehäusen, Fig. 10 schematisch im Schnitt einen Schraubenflügel, Fig. 11 und 12 Ansichten eines Flügels, Fig. 13 ein Schema eines Drachenfliegers zum Vergleich der Wirkungsweise, Fig. 14 schematisch ein Blatt der Sykomore zur Erklärung. gewisser Gleichgewichtsbedingungen des Apparates, Fig. 15 ein Schema, das sich auf den Abstieg des Apparates im Gleitfluge bezieht. Fig. 16 bezieht sich auf die Gleichgewichtsbedingungen eines Schraubenfliegers mit einflügliger Schraube in der Luft. Fig. 17 und 18 zeigen in Ansicht und wagerechtem Schnitt eine andere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 19,20 und 21 Einzelheiten der Bauart der Gondel.
Der Schraubenflieger besitzt einen Ventilator mit einem Motor beliebiger Bauart, der Luft aus der Atmosphäre durch eine Leitung ansaugen kann, die genau nach vorn mit Bezug auf die
Fahrrichtung gerichtet oder doch zum mindesten derart angeordnet ist. dass der bei der Fahrt entstehende Luftzug nicht den Eintritt der Luft in diese Leitung beeinträchtigt. Die in da. 8
Gehäuse des Ventilators angesaugte Luft wird durch Leitungen gepresst. die in den Flügeln der Schraube angeordnet sind und deren Ein- oder Austrittsöffnungen annähernd tangential zu den von den verschiedenen Punkten dieser Flügel bei der Umdrehung beschriebenen
Kreisen liegen. Durch die Reaktion des ausströmenden Fluidums findet die Drehung der Flügel im Kreise statt.
Die Schraube 1 ist mit einer beliebigen Anzahl von Flügeln versehen, z. B. vier, dreI. zwei (Fig. 1), oder auch nur einem einzigen (Fig. 6). Sie kann auch eine sehr grosse Zahl Flügel haben. so dass sie ein richtiges Rad bildet.
Aus Gründen des Gleichgewichtes ist der Ventilator mit dem ihn antreibenden Motor in der Mitte angeordnet, wenn die Anzahl der Flügel gleich oder grösser als zwei ist, d. h. wenn die Schraube selbst eine Symmetrieachse besitzt. Bei einer Schraube mit einem Flügel oder mit zwei ungleichen Flügeln". ! rd der Motor an dem dem einzigen oder dem Hauptflügel gegenüberliegenden Ende angeordnet, so dass er als Gegengewicht wirkt, dabei aber in dem Drehzent'um d'*n einzigen möglichen Platz für den Piloten und die Gondel lässt.
Die Anordnung einer Schale 2 an dem unteren Teil der Schraube in deren Drehachse, die eine Art wasserdichter Nabe darstellt, ermöglicht, dass der Flugapparat im Gleichgewicht auf dem Wasser schwimmen oder auf dem Lande ruhen kann, wobei die Schale infolge ihres Volumens, ihrer Dichtigkeit und ihrer abgerundeten Form als Boot oder Sockel wirkt, dabei aber an der Drehbewegung der Schraube teilnimmt. Bei besonderen Manövern, z. B. bei Versuchen auf der Stelle, beim Transport und dgl. oder auch zum Zwecke des Startens und Landens bei gewissen Terrainverhältnissen, kann eine abnehmbare Stütze 3 (Fig. 1, 5) an der Schale 2 angeordnet werden, auf deren Achse sie dann zentriert wird, so dass sie die Drehung des auf dem Bodeu ruhenden Apparates gestattet.
Der Ventilatormotor, der z. B. eine Verbreljungsmaschine sein kann, wird von Behältern, die im Drehzentrum liegen, mit Brennstoff und 01 versehen, so dass letztere durch die Zentrifugalkraft das Bestreben erhalten, nach dem Motor hinzuströmen, und dieses Bestreben wird um so grösser sein, je schneller die Schraube rotiert, je mehr Brennstoff und Öl sie also verbraucht.
Der Motor 4 (Fig. 5, 6) kann eine Turbine oder eine Kolhenmaschine mit feststehenden oder rotierenden Zylindern sein. Im ersteren Falle ist das Flügelrad 5 des Ventilators einfach
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zweckmässig vom Motor selbst gebildet werden, indem die FlÜgel am äusseren Ende der Zylinder angeordnet werden.
In jedem Falle ist der Ventilator mit einem Gehäuse 6 vorgesehen, das eine einzige Druckleitung 8 (Fig. 8) oder zwei solche (Fig. 9) oder auch mehrere haben kann, je nachdem ein oder zwei oder mehr Flügel versorgt werden sollen. In dieser Druckleitung kann eine Klappe 6b, die zur Regelung des Druckes der Luft dient, angeordnet werden (Fig. 6). Das aus leichtem Material hergestellte Gehäuse ist mit dem ebenfalls aus leichtem Material (z. B. Holzfurnier) bestehenden Gerippe der Flügel durch solide Verbindungen vereinigt, um den beträchtlichealzentrifugal- kräften zu widerstehen, die bei der Fahrt auftreten und um den Flügeln trotz ihrer Leichtigkeit eine grosse Festigkeit zu geben.
Die von dem Ventilator in die Leitungen 8 gedrückte Luft tritt durch Rohre oder dgl. 7, die, in geeigneter Richtung liegend, in den Flügeln angeordnet sind, in die Atmosphäre aus.
Im Innern des Gehäuses und der hohlen Flügel, die Leitungen 8 bilden, werden auch die Auspuffgase geleitet, deren Wärme zu der vom Motor ausgestrahlten hinzukommt, um die vom Ventilator abgedruckte Luft zu erwärmen, welche dabei den Motor selbst kühlt. Man erhält auf diese Weise in Form von Expansionsarbeit eine teilweise Wiedergewinnung von Wärmeenergie, die ohne diese Einrichtung verloren wäre und vergrössert dadurch den totalen Nutzeffekt.
Wenn man zur Verdichtung der Luft ein Gaastrahlgebläse (brennende oder explodierende
Gase) benutzt, bleibt die Gesamtanordnung die gleiche, nur ersetzt das Gebläse den Motor oder wird neben diesem als Hilfsmotor angeordnet. In beiden Fällen saugt das Gebläse (oder auch mehrere). das in dem Flügelrahmen angeordnet ist, Luft aus der Atmosphäre und drückt sie in die gleichen Rohre.
Die Anzahl der Rohre 7 oder der Rohrsvsteme ist proportional der Anzahl der Flügel und die Rohre sind so nahe als möglich auf den äussersten Rändern der Flügel verteilt. was Bedingung für einen guten Wirkungsgrad ist.
Die Druckleitungen 8, die zwischen den doppelten Wänden angeordnet sind. die den vorderen Teil des Flügels bilden, haben einen solchen Querschnitt, dass die äusseren Formen der Flügel
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entsprechen (Fig. 10). Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Querschnitte entsprechen diesen
Bedingungen.
Die Saugöffnung 9 des Ventilators oder der Lufteinlass des Gebläses münden stets im oberen Teil des Apparates so dass die Schale dicht bleibt und jedes Ansaugen von Wasser, Sand, Staub
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Die abgerundete Form der Schale ist derart, dass eine Drehbewegung, die während einiger Augenblicke auf dem Boden erfolgt, keinerlei Stösse zufolge Unebenheiten des Bodens verursacht.
Auch die Form der Flügel (Fig. 10), die Biegsamkeit ihres hinteren Randes, der in Berührung mit dem Boden kommen könnte, und der sehr geringe Winkel, unter dem eine solche Berührung stattfinden könnte, beseitigen jede Gefahr eines Stosses oder eines Hängenbleibens.
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Die Fig. 17 und 18 zeigen schematisch einen Schraubenflieger, bei dem der Ventilator und Motor sich im entgegengesetzten Sinne zu dem Flügel drehen. Befindet sich der Apparat in der Luft im Gleichgewicht, so besitzt er eine mehr oder minder grosse Neigung in der Längsrichtung, wie später noch beschrieben wird. infolge des entgegengesetzten Drehsinnes des Flügels und der Motorventilatorgruppe ruft die letztere gyroskopische Wirkungen hervor, die den Apparat möglichst nahe der horizontalen Lage zu bringen suchen.
Bekanntlich hat eine Neigung der Achse der Schraube zur Senkrechten zur Folge, dass sie das Bestreben erhält, im Sinm'dieser Neigung sich fortzubewegen. Eine Hubschraube mit senkrechter Achse wirkt also propulsif. sobald ihre Achse nicht mehr genau senkrecht steht. Man braucht daher zum Steuern die Achse der Schraube nur in der entsprechenden Richtung zu neigen.
Um die Achse zur Neigung zu zwingen, kann man z. B. durch geeignete Manöver auf den Flügeln
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Tragfläche oder einen Teil einer solchen zu heben oder zu senken, braucht man nur momentan ihren Anstellwinkel zu verändern.
Jeder Flügel einer Schraube bildet nun eine Tragfläche, die durch dieselben Mittel gesteuert werden kann. Der aus Holzfurnier von einer Dicke von 3 bis 5 mm hergestellte Flügel hat vorn und hinten je einen Hilfsflügel 10, 10a (Fig. 11). Unter der Wirkung dieser Hilfsflügel, wenn sie die in Fig. 11 dargestellte Neigung haben, wird der Flügel bestrebt sein, sich vorn zu heben und hinten zu senken und daher zufolge der Elastizität des Flügels, die Richtung , J an Stelle der anfänglichen Richtung AP. BI einnehmen (Fig.
12). wobei sich die Nabe der Schraube verhält wie der Rumpf eines Aeroplans, der sich in der Richtung M, N bewegt, während seine Tragflächen, durch irgend ein Manöver gezwungen, aus der Stellung J, B in die Stellung A2, B2 übergehen (Fig. 13), indem sie um ihre Drehachse schwingen bzw. sich verwinden.
Wenn es sieh um eine Schraube mit einem einzigen Flügel handelt, ist eine andere, noch einfachere Lösung möglich.
Hier kommt nicht, wie vorher, der Widerstand zweier entgegenwirkender, auf der gleichen Achse angeordneter Flügel in Betracht, sondern nur das Moment des Schwerpunktes mit Bezug auf den Drehpunkt, wozu allerdings noch eine gewisse Gyroskopwirkung kommt, die bestrebt ist, die Achse der Nabe parallel zu sich selbst zu halten. Beide Kräfte sind aber nicht gross genug, um der Steuerung beträchtlichen Widerstand entgegensetzen zu können.
Aus diesem besonderen Gleichgewichtsuzstand ergibt sich, dass die laximalneigung von 10" hier durch eine Drehung der Nabe selbst erreicht wird, die durch eine Verwindung des elastischen
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Steuermanöver dazu benutzt werden, den Abstieg des Apparates im Gleitflug zu sichern.
Man kann nämlich beobachten, dass eine Schraube. deren Anstellwinkel klein ist, bei geeigneter
Belastung unter Drehung um ihre Achse mit einer aussergewöhnlich langsamen Geschwindigkeit sinkt. Ein Beispiel aus der Natur für diesen langsamen Abstieg liefert das Samenträgerblatt verschiedener Bäume, insbesondere dasjenige der Sykomore (Fig. 14).
Kommt der Motor also zum Stillstand, so wird es genügen, den Flügeln einen Anstellwinkel von annähernd 0 zu geben, und um jeden Irrtum seitens des Piloten ätiszuschliessen. werden alle Steuerorgane derart angeordnet, dass sie sich von selbst diesem Anstellwinkel entsprechend
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Ventilsystem wird von der Gondel aus mittels weiter unten beschriebener Organe gesteuert.
Die Frage des Gleichgewichtes des Apparates in der Luft, die für den Fall einer symmetrischen Schraube mit mehreren Flügeln klar ist. lässt sich für den Fall einer unsymmetrischen Schraube mit einem einzigen Flügel in der folgenden Weise erklären (Fig. 16). Angenommen, der Apparat befinde sich in der Luft im Gleichgewicht und in Drehung um eine durch den Punkt G gelegte Achse, so wirken tolgende Kräfte auf ihn ein :
1. Ein Gewicht P1 im Schwerpunkt p1 des Teiles des Apparates, der links von G liegt,
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Resultierenden R1 und die drei Kräfte P, P2 und F2 zu einer Resultierenden R2 zusammen.
Damit Gleichgewicht herrscht, müssen also die beiden Resultierenden ss und gleich
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Ausserdem ist hiedurch auch die Neigung des Apparates in der Längsrichtung derart festgelegt (die nicht zu verwechseln ist mit der Querneigung, von der bisher die Rede gewesen ist), dass die Resultanten RI und, IP in ihren Verlängerungen zusammenfallen, d. h. dass diese Neigung diejenige ist, die beiden Resultanten gemeinsam ist. Dieses Gleichgewicht zeigt sich bei zahlreichen Beispielen, es ist z, B. dasjenige des Sykomoreblattes (Fig. 14), des Bumerangs und allgemein jedes beweglichen Gegenstandes, der in die Luft geworfen wird und dabei eine Drehbewegung um eine andere als eine Symmetrieachse ausführt.
Es sollen jetzt die Vorrichtungen beschrieben werden, die zf1r Querneigung des oder der Flügel während mehrerer Umdrehungen der Schraube oder nur während eines Teiles einer Umdrehung verwendet werden.
Die Gondel 2a ist im Drehpunkt auf einer Drehachse angeordnet, so dass sie sich unabhängig von der Drehung der Schraube selbst drehen kann. In den Fig. 19 bis 21 ist eine solche Gondel dargestellt. Hier ist die Gondel 2a, die tief in dem Körper der Schraube gelagert ist, um ihren Schwerpunkt herabzudrucken, oben mit einem Rollenkranz 11 (drei oder mehr Rollen) und im unteren Teil mit einem auf Kugeln laufenden Zapfen 12 versehen. Zwischen diesen Organen ist ein gewisses Spiel vorhanden, so dass ein unbeabsichtigtes Festklemmen unter der Wirkung leichter Deformationen verhindert wird.
Ein Flansch 13 bildet einen Luftabschluss zwischen der Gondel und dem Schraubenkörper, so dass das Entweichen von Luft verhindert wird, das im übrigen auch dadurch erschwert wird, dass die Luft in dieser Zone in Bewegung erhalten wird, um ihren statischen Druck zu vermindern. Fig. 7 zeigt, wie man in dieser Zone einen im Sinne der Pfeile, t verlaufenden Krei8wirbel durch den mit Pfeil F markierten Hauptstrom erzeugt. Man erhält auf diese Weise einen Strom von geringem statischem Druck.
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treten lässt. die für gewöhnlich durch (nicht dargestellte) Federn angehoben gehalten werden und am oberen Ende in ringförmige Fusstritte 14a, 1. 5a enden, auf die der Pilot zwecks Senkung der Stangen treten kann.
Eine dieser Stangen wirkt direkt auf ein Steuerorgan, z. B. ein Ventil. einen Kolben oder dgl., das an dem Motor sitzt. Die andere Stange überträgt ihre Bewegung mittels eines Hebels auf ein anderes Steuerorgan, das den Luftzufluss zu jenen Steuerapparaten regelt durch welche die oben erwähnten Hilfsflügel betätigt werden.
Andere ähnliche Stangen 16. die mit Rollen 17 (Fig. 20) versehen sind, sind aussen an der Gondel geführt und reichen mit ihrem oberen Ende bis unter den Rand der Gondel. Diese Stangen werden dadurch betätigte dass man einen an der Gondel angelenkten Flansch 2mittels eines Handgriffes 19 herunterdrückt.
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bestimmten Meridian hmdurchtritt. Diese Wirkung kann während mehrerer aufeinanderfolgender Umdrehungen an der gleichen Stelle der Kreisbahn des Flügels ausgeübt werden.
Zur Vervollständigung der Steuerung sind Fingkontakte 20 angeordnet, die in Berührung mit festen Schleifkontakten 21 stehen. um den Zündstromkrtis des Motors mittels eines in der Gondel vorgesehenen Unterlyrechers öffnen und schliessen zu können.
Es ist oben erklärt worden, wie es durch Betätigung der Hilfsflügel möglich ist. nicht nur eine Querneigung der Hchraubenebene zwecks Abweichung von der Fahrtrichtung nach der Höhe oder Seite, sondern auch intermittrerende Querneigungen des Flügels in einem bestimmten Meridian zwecks anderer Bewegungen, besonders beim Abstieg und beim Landen, zu erreichen.
Es ist ferner der Mechanismus beschrieben worden, der die Ausführung dieser Manöver ermöglicht.
Es sind also nur noch die Mittel zu erläutern, die dazu dienen, die Gondel : u. eine bestimmten Lage zu erhalten, ohne die die Handhabung der Teile ; lb insbesondere unmöglich wäre, abgesehen yon den Unzuträglichkeiten, die sich aus ungewollten Drehungen der Gondel ergeben würden.
Zunächst ist zu bemerken, dass. wenn die Wirkung der verschiedenen Steuerorgane durch einen Zufall aufgehoben würde, der Pilot durch Verschiebung seines Eigengewichtes m der Gondel ein Mittel hat, den Schwerpunkt des ganzen Apparates zu beeinflussen und damit einen langsamen senkrechten Abstieg (Schema a in Fig. 15) in einen langsamen schrägen Abstieg boderer zu verwandeln, um eine geelgnete Landungsstelle aussuchen zu können.
Je nach den Phasen oder Umständen des Fluges existieren drei Mittel zur Aufrechterhaltung der Stellung der Gondel : Erstes Mittel : Wie bereits erwähnt, ist die Gondel in einen Kreisluft-
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von der Mitte nach dem Umfange bewirken.
Zweites Mittel : Ein zweiter Flügel 25 ist derart angeordnet, dass er eine Windfahne bildet, die dem Luftzug genug Angriffsfläche darbietet, sobald eine gewisse Geschwindigkeit erreicht ist, so dass die erste Einrichtung nicht mehr erforderlich ist. Beim Landen unter Wind trägt dieser Flügel dazu bei, den Piloten selbsttätig über die Luftströmungen zu orientieren, denen er dann durch Neigung des Apparates entgegenwirken kann.
Drittes Mittel : Dies beruht auf der Drehung des Flügels 28 um seine Längsachse mittels der Kurbel 26. Seine Fläche wird durch den von der Schraube erzeugten Luftstrom beeinflusst, der nach unten oder oben gerichtet ist, je nachdem die Schraube, durch den Motor angetrieben, steigt oder unter dem Einflusse der Schwerkraft sinkt. Wenn der Apparat wagerecht fliegt. wirkt der von der Schraube hervorgerufene Luftstrom mit dem durch die Fahrt entstehenden zusammen.
Die Folge ist, dass die Richtung des Flügels, die zum Gleichgewicht des Apparates beiträgt, sich von Fall zu Fall ändert.
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mittels der Betriebsluft bewirkt, wodurch sich dieselbe erwärmt und expandierend den Nutz- effekt erhöht. Erfolgt die Kühlung des Motors durch diese Anordnung nicht genug ergiebig, su kann auch in die Druckleitung ein besonderer Radiator zu diesem Zweck eingeschaltet werden.
Die Wärme der Auspuffgase wird gleichfalls zur Verdichtung der Luft benutzt und zu diesem
Zweck werden die Abgase des Motors durch eine gelochte Rampe in einer grossen Anzahl von feinen Strahlen verteilt, um jede Flammenbildung zu verhindern.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungs- formen beschränkt. Ferner kann man die Erfindung, obgleich sie nur in ihrer Anwendung für einen Schraubenflieger beschrieben worden ist. der dazu bestimmt ist, einen oder mehrere Piloten zu tragen, auch bei allen Körpern oder Maschinen anwenden, die sich in irgend einem Fluidum fortbewegen sollen, z. B. Luft-und Wasserfahrzeuge aller Art, Luft- und Wassertorpedos.
Wurfgeschosse, Fallschirme und dgl.
PATENT. ANSPRÜCHE :
1. Kchraubenflieger, der durch die Reaktion von aus den hohlen Flügeln der Schraube austretenden Luftströmen getragen und vorwärtsbewegt wird. dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4) und der zum Ansaugen der Betriebsluft aus der Atmosphäre und xum Durcit-
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