DE2628940A1 - Flugobjekt, insbesondere flugdrachen - Google Patents

Description

Flugobjekt., insbesondere Flugdrachen

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Flugobjekt, das durch
eine Leine gefesselt ist, so daß es unter der Auftriebskraft
des Winds in der Luft fliegt bzw_o schwebte Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf sog_c Flugdrachen_o

Die zweiseitig symmetrischen Planflächen herkömmlicher Fiugdrachen sprechen mit einer asymmetrischen Verformung auf die Windkraft an, wobei ihre Symmetrieachse aufgrund der verwendeten
Rahmenelemente unterschiedliche Flexibilität(en) besitzt» Bei
vergleichsweise starkem Wind können derartige Drachen umgedreht werden bzw₀ umkippen, so daß sie zu Boden fallen«, Auch bei den
dreidimensionalen Flugdrachen üblicher Bauart muß die Festigkeit der verwendeten Rahmenelemente vergrößert werden, weil die zweiseitigen Windangriffsflächen von erheblichen Windkräften beaufschlagt werden· Infolgedessen besitzen derartige Drachen ein erhebliches Gewicht» Aus diesem Grund können sich solche Flugdrachen erst bei einem ziemlich starken Wind in die Luft erheben,
wobei aufgrund des großen, auf einen solchen Drachen einwirken-

Ke/Bl-ro

- 2

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den Winddrucks eine feste, schwere Leine verwendet werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten und zweckmäßigen Flugobjekts bzw, eines sog. Flugdrachens mit folgenden Merkmalen:

1· Das Flugobjekt ist auch bei starkem Wind oder Sturm ausreichend stabile

2. Der auf das Flugobjekt einwirkende Winddruck wird so begrenzt, daß die auf die Rahmenelemente und die Leine ausgeübten Kräfte auf Grenzwerte gesteuert bzw„vermindert werden, bei denen ihre Beschädigung vermieden wird„

3«, Das Flugobjekt ist leicht genug, um sich auch unter einem

leichten Wind bzw₀ einer leichten Brise in die Luft zu er-• heben₀

4β Schließlich ist das Flugobjekt bzw_o der Flugdrachen einer vielfältigen Formauslegung zugängliche

Diese Aufgabe wird bei einem Flugobjekt der genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch mindestens zwei Planflächen, die vom Wind beaufschlagbar sind und auf den erzeugten Winddruck unter Änderung der Relativstellung der einen oder anderen Planfläche ansprechen, sowie durch ein leinenartiges Fessel- oder Halteelement zur Abstützung der Planflächen, während das Flugobjekt unter der durch den Wind erzeugten Auftriebskraft in der Luft schwebte

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann das Flugob«* jekt eine Anzahl von symmetrisch zu einer durch die Zentralachse des Flugobjekts verlaufenden Ebene angeordneten Rahmenelementen, die in der Mittellinie bewegbar miteinander verbunden sind, ein elastisches bzw_e federndes Element mit vorbestimmter Federkennung

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zur Verbindung eines Paars der symmetrisch angeordneten Rahmenelemente und ein unter Bildung einer Windangriffsfläche in gespanntem bzw. gestrafftem Zustand auf den Rahmenelementen angeordnetes Flächenelement aufweisen, wobei das Federelement durch eine von ihm ausgeübte elastische Kraft den auf die Windangriffsfläche wirkenden Winddruck auszugleichen vermag,,

Zur Vergrößerung der Formvielfalt des erfindungsgemäßen Flugobjekts ohne Verminderung der Festigkeit seines Rahmens können am Flächenelement mehrere sekundäre Rahmenelemente vorgesehen sein, welche die den eigentlichen Rahmen bildenden Rahmenelemente schneiden und dabei das Flächenelement versteifen bzw«, verstärken, wobei die sekundären Rahmenelemente den auf das Flächenelement ausgeübten Winddruck auf die Haupt-Rahmenelemente des Rahmens zu übertragen vermögen ₀

Zur Verbesserung der Flugeigenschaften bei Sturm ohne Beeinträchtigung der Leichtwind-Flugeigenschaften kann ein Federelement vorgesehen sein, das auf die ReJa tivdrehung der beiden Windangriffsflächen über einen einen vorbestimmten Wert übersteigenden Winkelbetrag anspricht und auf diese Windangriffsflächen eine Gegenwirkkraft in einem die Drehung dieser Flächen verhindernden Sinn ausübtο

Zur Gewährleistung eines stabilen Flugzustands des Flugobjekts in der Luft bei einem weiten Bereich von Windgeschwindigkeiten und unter Verhinderung eines Absturzes kann das Flugobjekt in bevorzugter Ausführungsform der Erfindung zwei relativ zueinander bewegbare Flügel aufweisen, während ein Hilfsflügel an den Hauptflügel auf deren Mittelachse und symmetrisch zu letzterer befestigt sein kann, wobei der Hilfsflügel eine Anzahl von ein dreieckiges Rahmenwerk bildenden Rahmenelementen sowie ein weiteres Flächenelement aufweist, das am dreieckigen Rahmen angebracht ist ο

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-Dn folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuterte Es zeigen:

Figo 1 eine Aufsicht auf einen (z_oB. in Japan) am häufigsten benutzten Flugdrachen,

Figo 2 eine perspektivische Darstellung eines dreidimensionalen Flugdrachens herkömmlicher Bauart,

Fig. j5 eine perspektivische Teilansicht eines herkömmlichen Flugdrachens vom sog. "Gaillar--Typ,

Figo 4-A eine Aufsicht auf ein Flugobjekt bzw_o einen Flugdrachen mit Merkmalen nach der Erfindung,

FIg₀ 4b eine Fig, ^A ähnelnde Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Figo 5 eine perspektivische Darstellung der Rotationsumbildung des dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystems,

Fig. 6a eine Aufsicht auf ein für die Anordnung gemäß Fig₀ ^i-A oder 4b geltendes Modell,

Fig. 6b eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Figo 6A,

Fig. 7 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Windzentrums an einer der Windangriffsplanflächen gemäß Figo 6a und 6"B,

Figo 8 eine Aufsicht auf das Flugdrachenmodell gemäß Fig. 6k und 6b, bei dem das gekrümmte Federelement gemäß Figo ^-A oder 4b hinzugefügt ist,

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Fig«, 9 eine graphische Darstellung der Kennlinien der Anordnung gemäß Fig. 8 als Funktion eines Zwischen- bzw_o Grenzflächenwinkels zwischen ihren Planflächen,

Figo 10 eine Figo 8 ähnelnde Ansicht zur Erläuterung der Bewegung bei der Anordnung gemäß Fig. 8,

Figo 11 eine perspektivische Darstellung eines perfekt symmetrischen Flugdrachens, der in perfekt symmetrischer Beziehung zum V/ind fliegt,

Fig. 12 eine Darstellung eines dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystems zur Ableitung der Grundgleichung der Bewegung eines perfekt symmetrischen Flugdrachens,

Figo 13 eine graphische Darstellung der Kennlinien eines perfekt symmetrischen Flugdrachens als Funktion des Grenzflächenwinkels zwischen zwei Planflächen desselben,

Figo 14A und 14B Querschnitte durch verschiedene, bei der Erfindung verwendete Rahmenelemente,

Figo 15 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Messung der Durchbiegung eines Stabs,

Figo 16 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Last/Biegung-Kennlinie eines kreissegmentförmigen Trägers,

Figo 17 eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Messungen gemäß Figo 15 an den Rahmenelementen gemäß den Figo 14a und HB,

Figo 18 eine graphische Darstellung der theoretischen und gemessenen Werte der Last/Biegung-Kennlinie des Segmentträgers gemäß Figo 1β,

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Fig· 19 eine graphische Darstellung der Verformung des krelssegmentförmigen Trägers gemäß Fig_e 16 infolge einer Änderung des von ihm eingeschlossenen Mittenwinkels,

Fig. 20 eine graphische Darstellung der auf einen Träger, dessen eines Ende über einen Winkel um den Mittelpunkt herum verdreht wurde, einwirkenden Kräfte,

Fig. 21 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Kräfte gemäß Fig. 20 als Funktion des Drehwinkels gemäß Figo 20,

Fig. 22 ein Grunddiagramm eines Teils des Rahmens gemäß Fig.

Figo 2j5A eine schematische Darstellung der auf das Rahmenelement gemäß Fig. 22 wirkenden Kräfte,

Fig. 2j5B eine Figo 2JA ähnelnde Ansicht, die jedoch das andere Rahmenglied gemäß Fig. 22 veranschaulicht,

Fig. 24 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Verschiebung bzw. Auslenkung des einen Rahmenglieds gemäß Fig. 22 und seiner Länge,

Figo 25 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Biegespannung des einen Rahmenelements gemäß Figo 22 und seiner Länge,

Figo 26 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Durchmesser eines kreisförmigen Rahmenelements und der Höhe eines rechteckigen Rahmenelements mit ersterem gleichem geometrischem Trägheitsmoment, wobei die Breite des rechteckigen Elements den Parameter darstellt,

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FIg. 27 eine Aufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 28 eine Nachbildung von Fig. 4A zur Erläuterung der Bestimmung derjenigen Positionen, an welchen die Rahmenelemente einander schneiden,

Fig_o 29 eine Aufsicht auf eine weitere Abwandlung der Anordnung gemäß Figo 27,

Figo 3OA, 3OB und 30C, 3OD Querschnitte durch verschiedene erfindungsgemäß verwendete Rahmenelemente,

Fig. 31 eine Aufsicht auf eine noch weitere Abwandlung der Erfindung,

Fig_o 32 einen Teilschnitt längs der Linie XXXII-XXXII in Fig. 31,

Fig· 33 eine Aufsicht auf eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform der Anordnung gemäß Fig. 3I*

Fig« 34 einen Teilschnitt längs der Linie XXXZV-XXXIV in Fig„33,

Fig«, 35 eine Aufsicht auf eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 33,

Figo 36 eine Fig_o 35 ähnelnde Ansicht, die jedoch eine weitere Abwandlung veranschaulicht,

Fig. 37 eine Figo 36 ähnelnde Ansicht ^einer noch weiteren Abwandlung der Erfindung,

Figo 38 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Aufsicht auf die Verbindungsstelle gemäß Fig. 37,

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eine Figo 38 ähnelnde Ansicht einer anderen Verbindungsstelle gemäß Figo yj,

Figo 40 eine Aufsicht auf eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 41 eine Fig₀ 40 ähnelnde Ansicht einer weiteren Abwandlung der Erfindung,

Fig. 42 eine perspektivische Darstellung der Kupplung gemäß Figo 41,

Fig. 4j einen Längsschnitt durch das erste Rohrelement gemäß Fig» 42,

Figo 44 einen Längsschnitt durch das zweite Rohrelement gemäß Figo 42,

Fig. 45 eine Figo 42 ähnelnde Ansicht einer Abwandlung der Kupplung gemäß Figo 41,

Fig. 46 eine Aufsicht auf noch eine andere Abwandlung der Erfindung,

Fig. 47 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der wesentlichen Bauteile der Anordnung gemäß Fig. 46,

Figo 48 eine schemat3s±e Darstellung eines dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystems zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsformen gemäß den Fig. 46 und 47,

Fig. 49 eine Fig. 1j5 ähnelnde graphische Darstellung, die jedoch die Eigenschaften bzw_e Kennlinien der Ausführungsform gemäß den Fig. 46 und 47 veranschaulicht,

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Pig. 50 eine Figo ¹VJ ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Anordnung,

Fig. 51 eine Aufsicht auf noch eine weitere Abwandlung der Erfindung,

Fig. 52 eine Fig„ 51 ähnelnde Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform,

Figo 53A eine perspektivische Darstellung eines Modells der Anordnung gemäß Fig. 51*

55B eine (Stirn-)Seitenansieht der Anordnung gemäß Fig„ 5;5A,

Pig· 5^A und 5²HB graphische Darstellungen der Kennlinien der Ausführungsform gemäß Figo 51 und

Pig. 55A und 55B den Figo 5²I-A und 54B ähnelnde graphische Darstellungen, welche jedoch die Anordnung gemäß Fig_e 51 ohne den Hilfsflügel veranschaulichen.

In den einzelnen Figuren sind einander entsprechende oder ähnelnde Bauteile jeweils mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

In Pig. 1 ist ein üblicher Flugdrachen dargestellt. Die dargestellte Anordnung weist einen Rahmen aus einem zentralen Rahmenteil 10, eine Rippe 12, die in ihrer Mitte mit dem einen Ende des zentralen Rahmenteils 10, d_eh. gemäß Pig. 1 mit dem oberen Ende des Rahmenteils 10, verbunden ist und sich senkrecht zur letzteren erstreckt, sowie zwei X-förmig angeordnete Verstrebungen bzw«, Spannelemente 14 und 15 auf, die an ihrem Schnittpunkt am Mittelpunkt des zentralen Rahmenteils 10 auf passende Weise miteinander verspannt sindo Die gemäß Figo 1 oberen Enden der Verstrebungen λΚ und 15 sind auf passende Weise mit den gegen-

über-

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liegenden Enden der Rippe 12 verbundene Alle Rahmenelemente bestehen aus Bambusrohr (Phyllostachys^nitis) oder ähnlichen schlanken Stäben«,

Ein rechteckiges Stück eines geeigneten Lagenmaterials bzw. Flächenelements 16, z.Bo Japanpapier oder Tuch, ist mittels eines geeigneten Klebers an den Rahmenteilen befestigt, so daß es zwei Planflächen und . bildet* die zweiseitig gegenüber der Achse des zentralen Rahmenelements 10 symmetrisch angeordnet sind« Ein vorzugsweise aus demselben Material wie das Flächenelement 16 bestehender Schwanz 18 ist am anderen bzw„ unteren Ende des zentralen Rahmenelements 10 angebracht, um dem so gebildeten Flugdrachen Flugstabilität zu verleihen,,

Gemäß Figo 1 sind drei Leinenstücke 20 mit ihrem einen Ende jeweils an den Enden der Rippe 12 sowie an einem zweckmäßigen Punkt des zentralen Rahmenelements 10 angebracht, während ihre anderen Enden mit einer Einzelleine verbunden sind«.

Wenn die Windstärke bis zu einem bestimmten Punkt ansteigt, verformen sich die Planflächen 16-2 und 16-3 bekanntlich infolge der Flexibilität der Rahmenelemente 12, 14 und 15 bzw«, des Rahmenelements 10· Wenn hierbei die Rahmenelemente 12, 14 und 15 vollkommen gleichmäßige Flexibilität besitzen, werden die zweiseitigen Planflächen gegenüber der Achse des zentralen Rahmenelements 10 symmetrisch verformt, so daß eine Symmetrieachse festgelegt wird und der Flugdrachen stabil im Wind zu schweben vermag, ohne daß eine Rotationskraft aufgrund des Winds auftritt« Die Werkstoffe der Rahmenelemente besitzen jedoch im allgemeinen voneinander abweichende Flexibilität bzw« Biegsamkeit, so daß sich die bilateralen bzw. zweiseitigen Planflächen gegenüber der durch das zentrale Rahmenelement 10 gebildeten Symmetrieachse unsymmetrisch verformen können_o In einem Extremfall kann ein ziemlich starker Wind einen solchen Flugdrachen umdrehen, bis er zu Boden stürzt.

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Um eine solche Drehung des Plugdrachens möglichst weitgehend auszuschließen, ist am unteren Abschnitt des Plugdrachens der Schwanz 18 angebracht» Die Anordnung dieses Schwanzes bewirkt nicht notwendigerweise eine vollständige Verhinderung einer Drehung bzw. eines Umkippens des Plugdrachens, sondern führt auch zu dem Nachteil, daß der Plugdrachen schwierig zu fliegen wird, weil sich durch das Gewicht des Schwanzes das Gesamtgewicht des Plugdrachens erhöht·

Bei dem üblichen bzw, herkömmlichen Drachen gemäß Figo 2 handelt es sich um einen dreidimensionalen bzw«, sog«, Kastendrachen mit einem Rahmen in Form eines Dreieckprismas, bei dem ein zentrales Rahmenelement 10 sowie zwei Hilfsträger-Rahmenelemente 22 und 24 parallel zueinander derart angeordnet sind, daß ihre oberen und unteren Enden die Spitzen von identischen gleichseitigen Dreiecken festlegen« Die oberen und unteren Enden dieser Rahmenelemente 10, 22 und 24 sind durch Rippen 26, 28, 30 bzw_o 27* 29, 31 miteinander verbunden, welche sich senkrecht zu den zentralen bzw_o Trägerelementen 10, 22 und 24 erstrecken« Zwei Planflächenabschnitte 16-2 und 16-3 sind wiederum dadurch gebildet, daß entsprechende Stücke aus Papier ο „dgl«, mit Hilfe eines geeigneten Klebers an den Rahmenelementen 26, 10, 27 und 22 sowie den Rahmenelementen 28, 10, 29 und 31 befestigt sind. Der dreidimensionale Flugdrachen wird dadurch vervollständigt, daß die Enden einer Leine 20 mit beiden Enden des zentralen Rahmenelements 10 verbunden werden«.

Bei der Anordnung gemäß Fig« 2 werden die Planflächen 16-2 und 16-3 unter Windeinfluß weniger stark verformt, so daß der Plugdrachen ohne Drehung durch den Wind stabil zu fliegen vermag« Ein derartiger Flugdrachen vermag jedoch einem solchen Winddruck zu widerstehen, daß sich die Notwendigkeit für eine Erhöhung der Festigkeit der Rahmenelemente ergibt. Infolgedessen nimmt das Gewicht des Flugdrachens erheblich zu« Dies führt wiederum zu dem Nachteil, daß der Flugdrachen erst bei einem ziemlich star-

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ken Wind aufzusteigen vermag und daß infolge des den Flugdrachen beeinflussenden hohen Winddrucks eine starke und daher schwere Spezialleine verwendet werden muß_o

Figo 3 veranschaulicht einen anderen, handelsüblichen Flugdrachen ο Diese Ausführungsform unterscheidet sich nur insofern von derjenigen gemäß Figo 2, als gemäß Fig„ 3 die Hilfsrahmenelemente 22 und 24 unter vergleichsweise kleinen Winkeln gegenüber dem zentralen Rahmenelement 10 schräggestellt und durch ein Rippenelement 30 miteinander verbunden sind, dessen beide Enden nahe der oberen Enden der beiden Hilfselemente an diesen angebracht sind, während alle restlichen Rippenelemente weggelassen sind_e Die Planflächen 16-2 und 1β-3 bestehen aus einer Polyvinylchloridfolie, die an den zugeordneten Rahmenteilen angeklebt ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Figo 3 ist die Zahl der Rahmenelemente im Vergleich zur Rahmenelementzahl gemäß Fig. 2 klein, so daß sich ein leichter Flugdrachen mit guten Flugeigenschaften ergibt ο Wenn zudem die die Planflächen bildende Polyvinylchloridfolie eine hohe Festigkeit besitzt, kann dieser Flugdrachen, ebenso wie der Kastendrachen gemäß Figo 2, ständig stabil fliegen« Bezüglich der Nachteile der dreidimensionalen bzw«, Kastendrachen, nämlich daß sie einen entsprechenden Winddruck aufnehmen bzwo aushalten müssen, stellt die Anordnung gemäß Fig· 3 jedoch keine Verbesserung dar₀ Vielmehr kann bei der Anordnung gemäß Fig. 3 die mit den Rahmenelementen verklebte Polyvinylchloridfolie bei stärkerem Wind unter entsprechender Beschädigung von den Rahmenelementen abgerissen werden. Außerdem hat es sich als nachteilig erwiesen, daß ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Fig, 2 eine Spezialleine hoher Festigkeit erforderlich ist« Weiterhin ist der zwischen den Rahmenelementen 22 oder 24 und dem Rahmenelement 10 festgelegte Zwischen- bzw„ Grenzflächenwinkel auf einen spitzen Winkel beschränkt, der wesentlich kleiner ist als ein rechter Winkel, was einen besonderen Nachteil der Ausführungsform gemäß Figo 3 darstellte Infolgedessen lassen sich der-

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artige Plugdrachen nur innerhalb eines begrenzten Größenbereichs entwerfen«,

Erfindungsgemäß werden die Nachteile des vorstehend geschilderten Standes der Technik im wesentlichen durch die Schaffung eines Plugobjekts ausgeschaltet, das einen neuartigen, einzigartigen Aufbau mit mindestens zwei Planflächen besitzt, die relativ zueinander bewegbar ausgelegt sind_o

In Pig«, 4A ist ein Plugobjekt bzw_e Plugdrachen mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellte Das im folgenden der Einfachheit halber als Plugdrachen bezeichnete Plugobjekt weist ein Zentralelement 10, zwei Rippen 12 und 13, die senkrecht zum Zentralelement 10 an einer Verbindung 40 gelenkig miteinander verbunden sind, sowie zwei Streben 14 und 15 auf, deren untere Enden mittels eines Scharniers bzw. Gelenks 42 unter gleich großen Winkeln gegenüber dem Zentralelement 10 miteinander verbunden und deren obere Endabschnitte starr an den freien Enden A und B der Rippen 12 bzw«, 13 angebracht sind₀ Die Enden des Zentral elements 10 sind einmal mit der Verbindung 40 und zum anderen mit dem Gelenk bzwο der Verbindung 42 verbundene Auf diese Weise sind die Streben 14 und 15 mit ihren unteren Enden am unteren Ende des Zentralelements 10 angelenkt_o

Die Rippen 12 und 13 können aus Klaviersaitendraht, Garn, dünnen Bambusstäben, Holzstäben, Kunststoff und dgl_o bestehen, und sie dienen als Abspannglieder zur Konstanthaltung der Abstände zwischen den Punkten A und D sowie zwischen den Punkten D und B (wobei D die Verbindungsstelle zwischen den beiden Rippen 12 und 13 darstellt), während sie durch ein bogenförmiges, elastisches oder federndes Element 44 einer Zugspannung unterworfen werden, welches die Strecke zwischen der Verbindung A der linken Teile 12 und 14 sowie der Verbindung der rechten Teile 13 und überspannte Die restlichen Bauteile 10, 14 und 15 besitzen die Form schlanker Stäbe aus Werkstoffen wie Bambus (Phyllostachys

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mitis), Japanzypresse (Chamaecyparis obtusa), Magnolia obovata, Japanzeder (Cryptomeria japdsica), Tanne bzw. Föhre (Abies firma), Verbundwerkstoffen aus Kunststoff, Glasfasermaterial usw<> Das Federelement 44 besteht aus einem Werkstoff mit entsprechender Federkraft, z.B. aus Glasfasermaterial.

Weiterhin ist ein zweiseitig symmetrisches Stück 16 eines Bespannmaterials, wie Papier oder Polyvinylchloridfolie, mit Hilfe eines geeigneten Klebers an dem aus den vorstehend beschriebenen Bauteilen bestehenden Rahmen befestigt, während ein Schnur- bzw₀ Leinenstück 16 mit einem Aufhängepunkt 46 am Zentralelement 10 verknüpft ist_o

Der Rahmen bildet zwei identische, rechtwinkelige Dreiecke und ABDC, die zweiseitig symmetrisch zur Achse des Zentralelements 10 liegen, wobei die Seite DC beiden Dreiecken gemeinsam zugeordnet 1stο Dies bedeutet, daß die beiden Dreiecke spiegelbildlich zueinander ausgebildet und daher flächensymmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, welche durch die gemeinsame Seite CD und senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig₀ 4A verläuft_o Die beiden Dreiecke besitzen dabei durch das Federelement 44 miteinander verbundene Spitzen A bzw. B₀

Das mit dem Rahmen verbundene bzw«, verklebte Bespannmaterialstück 16 bildet zwei Planflächen ΐβ-2 und 16-3 in Form von zwei gelenkig mit-einander verbundenen Windangriffsflächen, die symmetrisch zur Achse des Zentralelements 10 liegen,, Während das Bespannmaterialstück 16 gemäß Fig. 4A in Aufsicht eine schmetterlingsähnliche Gestalt besitzt, kann es selbstverständlich jede andere gewünschte Form besitzen, die in bezug auf seine Zentralachse zweiseitig bzw„ bilateral symmetrisch ausgebildet ist₀

Wenn die Rippen bzw_a die stoßaufnehmenden Glieder 12 und 13 aus einem verhältnismäßig steifen Material hergestellt sind, bei-

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spielsweise aus Bambus, wird die Verbindung 40 Z₀B₀ durch ein Scharnier oder Gelenk gebildete

Die in PIg₀ 4B dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 4A nur darin, daß die Planflächen 16-2 bzw« 16-J5 jeweils ein gekrümmtes Rippenelement 48 bzw« 49 aufweisen, welche sozusagen Flügelvorderkanten bilden. Jede Bogenrippe 48 oder 49 ist mit dem einen Ende an der Verbindung 40 angelenkt, während ihr anderes Ende an der oberen Ecke der zugeordneten Planfläche 16-2 bzw. 16-J5 endet und ein mittlerer Punkt am freien Ende des zugeordneten Strebenelements 14 bzw. 15 befestigt ist. Die Bogenelemente 48 und 49 bestehen aus einem hochflexiblen, stoßfesten bzw. elastischen Material, z.B<, Klaviersaitendraht, Bambus, Kunststoff o_edgl_e

Im folgenden sind Prinzip und Funktionsweise der Erfindung anhand eines Flugdrachenmodells beschrieben, das einen mit einer Leine verbundenen Aufhängepunkt und zwei Planflächen aufweist, die gemäß den Figo 4A und 4B praktisch symmetrisch zu einer durch den Aufhängepunkt verlaufenden Geraden liegen. Die für diese Erläuterung'verwendeten Symbole und Parameter lassen sich wie folgt definieren»

S Oberfläche der Planfläche bzw₀ Flügelfläche, U OO Windgeschwindigkeit unter der Voraussetzung, daß sie nur eine parallel zur Erdoberfläche liegende Komponente besitzt,

auf die erste Planfräche, z.B. die Planfläche 16-2 gemäß Figo 4A und 4B ausgeübter Druckwiderstand, auf die zweite Planfläche, Z₀B₀ 16-J gemäß Fig_o4A und 4b ausgeübter Druckwiderstand,

M Masse des Modellflugdrachens,

"& Masse der Luft,
β ^ ' Flächenvektor der ersten Planflache,

S -

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s^v ' Flächenvektor der zweiten Planfläche,

Vektor, welcher den Aufhängepunkt mit dem Wind-(angriffs)Zentrum auf der ersten Planfläche verbindet, Vektor, welcher den Aufhängepunkt mit dem Wind (Angriffs)Zentrum auf der zweiten Planfläche verbindet, B 0 Vektor, welcher den Aufhangepunkt mit dem Schwerpunkt verbindet»

Re: = Reynoldsche Zahl.

Von den obigen Symbolen bedeutet jedes Symbol mit einem darüber befindlichen Punkt einen Vektor,, Beispielsweise bedeutet D^v ' eine Vektorgröße des auf die erste Planfläche einwirkenden Druckwiderstands ο

?igo 5 veranschaulicht ein für die mathematische Analyse des vorstehend beschriebenen Modellflugdrachens geeignetes dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem X, Y, Z mit einer X-Achse, die in der Richtung der jeweiligen Windgeschwindigkeit liegt, einer senkrecht zur X-Achse stehenden Y-Achse sowie einer senkrecht zur Erdoberfläche und rechtwinkelig zu den X- und Y-Achsen liegenden Z-Achse_e Dieses Koordinatensystem wird als gegenüber der Erdoberfläche stillstehend vorausgesetzt.

Im folgenden sei angenommen, daß das Koordinatensystem über einen Winkel rf um die X-Achse verdreht wird_o Dies führt dazu, daß die Z- und Y-Achsen Positionen von Radien OZ₁ bzw_o OY₁ einnehmen, wobei 0 den Ursprung des Koordinatensystems bedeutet. Sodann werden die X-Achse und der Radius OZ₁ über einen Winkel θ um den Radius OY₁ verdreht, so daß sie in Positionen von Radien OX₁ bzwο Oz verlagert werden. Hierauf werden die Radien OX₁ und OY₁ über einen Winkel φ um den Radius Oz verdreht, so daß sie die Positionen der Radien Ox bzw«, Oy einnehmen. Hieraus ergibt sich ein weiteres dreidimensionales Koordinatensystem mit x-, y- und z-Achse, die jeweils mit den Radien Ox, Oy bzw«, Oz koinzidie-

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ren -und denselben Ursprung O wie das stationäre Koordinatensystem X, Y, Z besitzen,. Dabei sei angenommen, daß sich das so umgebildete Koordinatensystem χ, y, ζ gegenüber der Erdoberfläche bewegte

Im folgenden sei angenommen, daß das bewegliche Koordinatensy- · stern x, y, ζ am betreffenden Flugdrachen bzw_o an seinem Modell festgelegt ist, wobei die z-Achse mit der die Achse des Zentral elements 10 gemäß Figo ^A und 4b einschließenden-Symmetrieachse koinzidiert und die x-Achse einen Grenzflächenwinkel zwischen den Planflächen 16-2 und i6-j5 halbiert* Der Ursprung 0 des Koordinatensystems x, y, ζ fällt dann mit dem vorher erwähnten Aufhängepunkt zusammen_o

Die Rotationsumbildung bzw_o -transformation des vorstehend beschriebenen Koordinatensystems läßt sich durch die folgende Gleichung (1) ausdrücken, die eine Matrix für die Umbildung eines Koordinatensystems angibt:

cosO cosj£ sin9 sinfi ccg^ - cos^ sim/ sinO cos^ cos^/ + sir^

cos9 sir·^ ^;sin9 sin^ sir.j£ + cos^ cosf sin9 - sin9 ccs9

sir.fc- sinjzi cos9 CCS^

(D

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Unter Heranziehung der Gleichung bzw_o Matrix (i) läßt sich jeder für das stationäre Koordinatensystem X, Y,' Z angegebene Vektor ohne weiteres in bezug auf das bewegliche Koordinatensystem x, y, ζ ausdrücken,, Beispielsweise wird ein Windgeschwindigkeitsvektor U oo im stationären Koordinatensystem X, Y, Z

durch U = (Uco, 0, O) ausgedrückt, weil angenommen wird, daß die Windgeschwindigkeit nur eine parallel zur Erdoberfläche liegende Komponente besitzt₀ Bezüglich des beweglichen Koordinatensystems x, y, ζ läßt sich daher die Windgeschwindigkeit wie folgt ausdrücken:

Uoo= U oo (cosGcos^ cosösinU> -sinö)

Ebenso wird die auf den Flugdrachen oder dessen Modell wirkende Schwerkraft Mg durch Mg = (θ, O, -Mg) beim stationären Koordinatensystem X, Y, Z und durch

--sinGcos^cos^· - sir.j^ sir^. Mg = Kg -sinQcos^ sin*'-+ sir^ cosiij

für das bewegliche Koordinatensystem x, j_a ζ ausgedrückte

Es sei angenommen, daß ein Modellflugdrachen zwei Planflächen 16-2 und 16-5 aufweist, die jeweils unter einem Winkel β zur x-Achse geneigt sind und gemäß Fig„ 6k zwischen sich einen Grenzflächenwinkel 20 bilden, während beide Flächen unter einem Winkel 2bcum die y-Achse herum verdreht bzw« geschränkt sind. Gemäß Fig, 6b ist nämlich die Planfläche 16-2 gegenüber ihrer in den Fig. 6k und 6B in ausgezogenen Linien eingezeichneten Normalposition unter einem Winkel O^ im Uhrzeigersinn verdreht, während die Planfläche i6-3 gegenüber ihrer in den Fig. Bk und OB ebenfalls in ausgezogenen Linien dargestellten Normaiposition unter einem Winkel Csd entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht ist_a In den Fig. 6k und OB sind die verdrehten Stellungen der beiden Plan-

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- 19 flächen jeweils in strichpunktierten Linien eingezeichnet.

Unter den vorausgesetzten Bedingungen läßt sich das Wind(angriffs)zentrum ΑΛ¹' der Planfläche 16-2 durch

., A^¹^cos£sino6-A^¹

in bezug auf das Koordinatensystem x, y, ζ ausdrücken, wobei der Ausdruck A^ ' eine x-Koordinate des Windzentrums und der Ausdruck

A*_' eine z-Koordinate dieses Windzentrums gemäß Figo 7 bezeichnet ο In obiger Gleichung ist zu beachten, daß cosot-etwa gleich 1 ist, sofern gilt OC= 1,

Auf ähnliche Weise läßt sich das Windzentrum A^v ' der Planfläche 16-2 durch folgende Gleichung ausdrücken:

+ A^sinC, A^sinS, A^

worin Α*ίί' sowie k^KtZ' bezüglich ihrer Bedeutung den Ausdrücken
kSl) und a'2 ähnlich sind«

Außerdem lassen sich Flächenvektoren s' ' und s' ' für die Planflächen i6-2 und 16-5 wie folgt ausdrücken:

, cosoCcos£, sin<?6)
und ' -

• (2) = (cosotsin£ ,-c

Bezüglich des auf jede Planfläche des Modellflugdrachens einwirkenden Winddrucks läßt sich ein Drupkwiderstand D pro Flächeneinheit durch folgende Gleichung

ß S ooo.ο (2)

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berechnen, vorausgesetzt, däß der auf die betreffende Planfläche auftreffende Wind einen Anblaswinkel von weniger als 45° besitzt. In Gleichung (2) bedeutet C^ einen Widerstandskoeffizienten und ß den zwischen den Vektoren U oo und s gebildeten Winkel _o Der Widerstandskoeffizient C^ ist eine Konstante entsprechend etwa 2,8 bei einer Reynoldschen Zahl von mehr als 10^₀ Die obigen Berechnungen wurden in einem Buch von S.P_e Hoerner mit dem Titel / "Fluid-Dynamic Drag", 1965, S₀ 5-16, angestellte Auf die betreffenden Seiten dieses Buchs wird hiermit bezug genommen.

Ersichtlicherweise läßt sich der Luftwiderstand bezüglich der ersten Planfläche durch Gleichung (2) ausdrücken, in welcher D^ ' und s^ ' für d und s substituiert sind, während sich der Luftwiderstand an der zweiten Planfläche auf ähnliche Weise durch Gleichung (2) ausdrücken läßt, in welcher D^²' und s^²' für D und s substituiert sind_o

Unter Heranziehung der obigen Grundgleichungen iverden die Drehmomente um den Ursprung des Koordinatensystems x, y, ζ unter der Voraussetzung berechnet, daß cosTJC etwa gleich 1 ist, während

sin 00 vernachlässigbar klein ist. ,

Ein durch den Winddruck erzeugtes Drehmoment um den Ursprung läßt sich wie folgt ausdrücken:

-Ax(sinE+ cos £. ) sin (AZD + Azcos£.Ai)\

- AzsingS. D
AxA D + Az cosg sir

Ax =

Az

ζ =

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(3) Y

- 21 Außerdem genügen dabei ΣΏ und AD den folgenden Gleichungen:

—κ · = οοεθ cos^ sinS

12 S ^ν"°* (2S) 2 . ■

und

ΔΏ

2> § Ifv» (23)

= cosQ sin^cosg (4)

sinQ sine/+ ^S cosQ T*

worin gilt 2^S = S^¹) -

Bei Verwendung von Bx und By ähnlich wie Ax bzw, Ay drückt sich der Positionsvektor B für den Schwerpunkt wie folgt aus:

B β (Bxcose, O, - Bz)

Infolgedessen läßt sich ein Drehmoment B χ Mg um den Ursprung aufgrund der Schwerkraft durch folgende Gleichung ausdrücken:

3 = (Bxcose, O, - Bz)

Im folgenden sei nunmehr angenommen, daß ein Plugdrachen in
stationärer Position in einem Wind konstanter Geschwindigkeit und konstanter Richtung fliegt·

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- 22 (A) Flugdrachen mit perfekter Symmetrie

In diesem Fall sind sinOü= δ und AS/S =» 6 gegeben, und infolge, der Symmetrie sind φ und φ gleich Null· Durch Einsatz dieser Bedingungen bzw« Ausdrücke in Gleichungen (^) und (4) ergeben sich Drehmomente aufgrund des Winddrucks sowie aufgrund der Schwerkraft»

Das Drehmoment aufgrund des Winddrucks wird ausgedrückt durch

⁰D 2 ( ° 2 \

■£ iroo(2S) I - a_z cosö sin^g. I „·ο_β. (6)

-Λ ο /

und das Schwerkraftsdrehmoment läßt sich wie folgt ausdrücken:

Mg j + B₂ sinö + Bx cos&eosö j _o.··· (7) \ O " /

Die Bedingung für den stillstehenden bzw, stationären Flugdrachen muß der Gleichung (Drehmoment aufgrund von W^nddruck + Drehmoment infolge Schwerkraft) = 0 genügen« Infolgedessen wird anhand der Gleichungen (6) und (7) folgende Beziehung erhalten»

tan θ - i I²- sin²e - P cose (Θ)

k B₂ B₂

k =

^ C_D U²CO (2S)

Diese Gleichung (8) gibt die Beziehung zwischen dem Anstellwinkel ö des Flugdrächens und der Windgeschwindigkeit an.

Der Grenzflächenwinkel E zwischen den beiden Planflächen 16-2 und 16-3 ist im folgenden anhand von Fig_e 8 berechnet, in welcher ein bogenförmiges Federelement 44, wie das Element 44 gemäß

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Figo 4A oder 4b, an beiden Enden mit Punkten A und B an den beiden Planflächen 16-2 und 16-2 unter Festlegung des Winkels 2g> verbunden ist. Die Punkte A oder B befinden sich dabei in einem Abstand b von der z-Achse des Koordinatensystems x, y, z_o Infolge des Vorhandenseins des Federelements 44 ist der Flächenwinkel S auf noch näher zu erläuternde Weise eine Funktion der Windgeschwindigkeit0 Dieses Merkmal unterscheidet den erfindungsgemäßen Flugdrachen von einem herkömmlichen dreidimensionalen Flugdrachen oder ähnlichen Flugobjekten·

Es sei angenommen, daß das Federelement 44 auf die Planflächen 16-2 und 16-3 eine elastische Kraft mit einer parallel zur y-Achse des Koordinatensystems x, y, ζ liegenden Wirklinie und einem Absolutwert K, der eine Funktion des Winkels £ist, ausübt. Unter den angenommenen Bedingungen genügen der Luftwiderstand D und der Absolutwert K der elastischen Kraft der Beziehung

BxD = bK(6.) COS& üo.o. (9)

worin Bx einen Abstand zwischen einem Wind(angriffs)zentrum auf jeder Planfläche 16-2 und 16-J5 und der'z-Achse bezeichnet·

Andererseits reduziert sich Gleichung (4) zu

D = -λ=- au öd S cos© sin6

Bei Multiplikation der obigen Gleichung mit Bx ergibt sich der rechte Teil von Gleichung (9)0 Hieraus folgt folgende Gleichung:

^S² OD ScosÖsine » bK(fc) oos£ .0000 (10)

Durch Einsetzen des Werts ö aus Gleichung (8) in Gleichung (I5) ergibt sich der Flächenwinkel β als Funktion der Windgeschwindigkeit U öd · Zur graphischen Bestimmung des Faktors sinE. oder

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des Winkels £,, welcher Gleichung (15) genügt, werden deren linke und rechte Seiten bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten U <r> unter der Voraussetzung berechnet, daß K(£) = λϊ)(ΐ - sine), worin λ/ die Federkonstante bzw. Federkennung des Federelements 44 und b den Abstand zwischen dem Aufhängepunkt und der Verbindungsstelle A oder B zwischen dem Federelement und den Rahmenelementen 12 und 14 bzw«, I3 und 15 gemäß Fig· 4A oder 4b bedeuten,. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind in Figo 9 veranschaulicht, in welcher die Ordinatenachse den Luftwiderstand D und die elastische Kraft K bedeutet und die Abszissenachse einen Wert für sin£ angibt«, Die berechneten Werte beider Seiten von Gleichung (1O) werden gegen sin£ ausgewertet, wobei die Windgeschwindigkeit als Parameter dient» Die mit Q₁, Q₂ und Q₁-, bezeihneten "Kurven bezeichnen die berechneten Werte der linken Seite von Gleichung (10), während die mit K bezeichnete Kurve die berechneten Werte an der rechten Seite angibt. Die Symbole Q₁, Q₂ und Q, bezeichnen außerdem unterschiedliche, in der angegebenen Reihenfolge zunehmende Werte der Windgeschwindigkeit U

Die Schnittpunkte der einzelnen Kurven Q₁, Q₂ und Q_ mit der Kurve K ergeben einen Wert von sin£ , welcher Gleichung (10) genügt, oder eine Wurzel desselben. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß bei einer vorgegebenen Windgeschwindigkeit mit beispielsweise einem kleinen Wert von Q^ Gleichung (10) eine einzige definierte Wurzel bzw. einen einzigen Ansatz besitzt, während bei einer vorgegebenen Windgeschwindigkeit mit Z₀B₀ einem größeren Wert von Q₂ oder Q₁, der einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Gleichung (1O) drei Wurzeln bzw«, Ansätze ^, S₂ und £,, besitztβ Wenn Wurzel bzw_e Ansatz £₂ größer ist als ^₁ und kleiner als &~, läßt sich anhand von Fig„ 9 abschätzen, daß £a und ζ~ stabile Lösungen der Gleichung (1O) sind, während gp eine instabile Lösung darstellt. Dies bedeutet, daß sich der erfindungsgemäße Flugdrachen unter variierenden Bedingungen in äußerst interessanter Weise verhält, was eines der

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- 25 kennzeichnenden Merkmale der Erfindung darstellte

Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß gemäß Gleichung (9) ein auf den Plugdrachen einwirkender Winddruck daran gehindert wird, die elastische Kraft K des zugeordneten Pederelements zu übersteigen. Infolgedessen können die strukturellen Bauteile des erfindungsgemäßen Flugdrachens auf der Grundlage der elastischen Kraft K(S) > nicht Jedoch unter Berücksichtigung der Windgeschwindigkeit, entworfen und gebaut werden₀ Außerdem kann eine zu verwendende Drachenleine im Hinblick auf die elastische Kraft gewählt werden, da die auf diese Leine wirkende Kraft höchstens 2D und mithin 2K gleich ist« Die Tatsache, daß sich die Festigkeit der strukturellen Bauteile, einschließlich der Drachenleine, lediglich auf der Grundlage der elastischen Kraft bestimmen läßt, stellt ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der Erfindung dar β

Zur Bestimmung einer Mindestwindgeschwindigkeit, unterhalb welcher ein Drachen nicht mehr aufsteigen kann, sei angenommen, daß die elastische Kraft K(£) so gewählt worden ist, daß £-bei der nutzbaren Mindestgeschwindigkeit etwa gleich Tf/2 Radian ist„ Unter den vorausgesetzten Bedingungen reduziert sich Gleichung (8) zu

tan Q = £ |£ _βο#βο (11)

Andererseits wird der auf den Flugdrachen wirkende Auftrieb L durch folgende Gleichung bestimmt:

cosö

Voraussetzung für die Flugfähigkeit des Flugdrachens ist, daß der Auftrieb höher wird als die Schwerkräfte Dies bedeutet, daß der Bedingung

sin θ > Mg

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genügt werden muß. Durch Einsatz der Gleichungen (4) und (11) in obige Ungleichung ergibt sich

^ S U² cd (2S) sin2© >Mg

Da die linke Seite der obigen Ungleichung einen Höchstwert bei Q = 45° besitzt, läßt sich für θ ein Mindestwert der Windgeschwindigkeit (Uoo) . wie folgt ausdrücken:

Gleichung (12) zeigt, daß die Leistung des Drachens um/so besser ist, je kleiner die Masse pro Flächeneinheit ist·

Wenn außerdem θ = 45° und k = 1 bei der nutzbaren Mindestwindgeschwindigkeit in Gleichung (11) eingesetzt weiden, ergibt sich folgendes:

Az ,

Dies bedeutet, daß der erfindungsgemäße Flugdrachen die beste Leistung besitzt, wenn sein Schwerpunkt in der z-Koordinate dem Windzentrum gleich ist.

Da der erfindungsgemäße Flugdrachen, wie erwähnt, unter Berücksichtigung der elastischen Kraft K entworfen und gebaut .werden kann, ist die Erfindung insofern sehr vorteilhaft, als die Masse pro Flächeneinheit (Flächengewicht) kleiner gehalten werden kann als bei allen herkömmlichen Flugobjekten dieser Art.

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- 27 (Β) Flugdrachen mit mangelhafter Symmetrie

Beim Bau von Plugdrachen oder ähnlichen Plugobjekten kann unmöglich eine perfekte Symmetrie solcher Flugobjekte erwartet werden, auch wenn eine solche Symmetrie angestrebt wird_e Im folgenden ist jedeAsymmetrie beschrieben, die zu einem Absturz des Plugdrachens führt:

B-1)AS/S ^ O und sinOf = 0

Bekanntlich ergibt sich Instabilität von Plugdrachen unter der Einwirkung starker Winde»

Wenn im folgenden der Einfachheit halber angenommen wird, daß ein Schwerkraftsdrehmoment um die z-Achse des Koordinatensystems x, y, ζ vernachlässigbar klein ist, ergeben sich die Bedingungen für den statischen Gleichgewichtszustand eines Plugdrachens um die z-Achse aus den Gleichungen (j) und (4). Dies bedeutet, daß die Bedingung

zutreffen sollte_β Durch Ersatz von AD = 0 in Gleichung (4) bezüglich AD ergibt sich

tanO/ = -g=· tanE · <>··ο· (13)

Sodann können die Bedingungen zur Verhinderung einer Drehung um die x-Achse von Gleichung (3) abgeleitet werden. Genauer gesagt, muß dabei ein Drehmoment aufgrund von W,inddruck um die x-Achse gleich Null sein_o Infolgedessen muß das Schwerkraftsdrehmoment um die x-Achse ebenfalls gleich Null sein, d*h_e durch Substitution in Gleichung (5) ergibt sich tanjzf =» sinötany/. Bei Einsatz dieser'Gleichung in Gleichung (1J5) ergibt sich

= - sin© -^p + tan£ (14)

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Gleichungen (13) und (14) zeigen, daß ψυηά φ bei tan6 in der Größenordnung von Ί Infinitesimalgrößen der Größenordnung von Δs/S sind, während tan V nur dann die Größe 1 besitzt, wenn tan in der Größenordnung von S/£>S liegt_o In jedem Fall ergibt sich aus Gleichung (5)* daß das Schwerkraftsmoment um die z-Achse im Bereich von'MgBxAS/S liegt und gegenüber den anderen Ausdrücken vernachlässigbar ist, soweit Mg«-s=" öü 00 zutrifft₀

Durch Einsetzen der beiden Gleichungen (13) und (14) in die Gleichungen (5), (4) und (5) läßt sich die Bedingung für den Gleichgewichtszustand der'Drehmomente um die y-Aohse durch folgende Gleichung ausdrücken?

•fcanö = ^Azsin~£. _β Bxcos £ KBzcos^ "" Bzcose/

Insbesondere dann, wenn tan£ in der Größenordnung von 1 liegt, ist (As/s) vernachlässigbar klein^ so daß sich

Az . 2 λ Bx c — J^g₂ ίο·" g_z C

ergibtβ Obige Gleichung ist identisch mit Gleichung (8), die unter der Voraussetzung, daß ÄS/S = O, ermittelt wurde«

Aus vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß AS/S die Stabilität des Flugdrachens unter dem Einfluß starker Winde nicht nennenswert beeinträchtigt·

B-2) AS/S = 0 sinOC^ 0

Auf der Grundlage von Berechnungen ähnlich den in Verbindung mit Fall B-1) beschriebenen, unter der Voraussetzung, daß das Schwerkraftsdrehmoment um die z-Achse ähnlich vernachlässigbar klein ist, ergibt sich die Bedingung für eine stationäre Lage des Flugdrachens um die z-Achse aus Gleichung (^)₀ Dies bedeutet,

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- 29 daß die folgende Gleichung zutreffen sollte:

ΔΟ = - ff cos £ sin« (15)

Durch Einsetzen dieser Gleichung in Gleichung (j>) läßt sich das Drehmoment Ta um die x-Achse aufgrund des Winddrucks wie folgt ausdrücken:

Ta = - sinooSD-[Ax(sin£ + cos²9) +

Außerdem wird durch Einsatz von Gleichung (15) in Gleichung (4) unter der Annahme, daß sich der Ausdruck des Quadrats von sinoC vernachlässigen läßt, die folgende Gleichung bezüglich der Winkel erhalten:

s in Φ = sin&/fcanQ/cos£ - (Az/Ax)sin<Xsin£ ...<,· (17)

Die Bedingung für den Gleichgevjichtszustand der Drehmomente um die y-Achse ergibt sich wie folgt:

k | 3z(sin9cos^ cos ^ + sisi^ sin φ) + Bxcos ^cosGcos^ j j = Azsin t cos9co3ji£ (18)

Die Bedingung für das Verhindern eines Drehens bzw«, Trudeins des Flugdrachens besteht sodann darin, daß dann, wenn der Plugdrachen aufgrund irgendeiner Störung unter einem Winkel von 90° zur x-Achse geneigt ist, ihm ein Stabilitäts- bzw« Aufrichtmoment erteilt wird, welches bestrebt ist, eine Drohung des Flugdrachens über einen Winkel von nicht mehr als 90⁰ hervorzubringen_e Mit anderen Worten: Ein als Aufriehtmoment wirkendes Schwerkraftsdrehmoment muß ein entsprechendes Drehmoment aufgrund eines Winddrucks bei φ = 90° überwinden.

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Durch Einsatz von 90° für jzf in Gleichung (5) läßt sich ein Schwerkraftsdrehmoment Tg um die x-Achse bei / = 9O⁰ mit

TG = Mg Bz cosy/ ...O₀ (19)

berechnen,, Andererseits gibt Gleichung (16) ein Winddruckdrehmoment Ta um die x-Achse an, das sich wie folgt ausdrucken läßt:

ft ι -

Ta = jT~-c> ^uo=> ^{2S cosö Q0S}'\ sintf sin£|Ax(sin^. + cos V )

O] —(20) ' · j

Gleichungen (19) und (20) werden zur Berechnung <äes Zustands bzw. der Bedingung für eine Nichtdrehung um die x-Achse mittels Gleichung (17) und (18) benutzt, in welcher 90⁰ für φ eingesetzt ist, sofern die Ausdrücke von sin^o und k vernaehlässigbar klein sind, außer sie erscheinen in Form eines Verhältnisses.

Genauer gesagt, reduziert sich Gleichung (17) zu

sin Φ = sin OOtan θ / cos£ Andererseits reduziert sich Gleichung (18) zu

Az sin &COS θ = kBz tan Φ

Die Ausschaltung oder Beseitigung von Ψ aus diesen beiden Gleichungen ergibt

.Cos θ= -^i ^M¹⁺ < _Az sin<x

>Bz -*- cos t

— Il t!i + V -

Unter Heranziehung von Gleichungen (19) und (20) kann |Tgj>[Taj v/ie folgt ausgedrückt werden: ' "

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cos pc ο s O cosf sin& sin£.

(2S)

JAx(sint + coa²e ) +

A* z

cost-

"Λ ^l

Nach Ersatz von cos θ in obiger Gleichung läßt sich diese umordnen zu

(2SO

/ ²

+41··+ 3z k- cos ^

f2

Unter der kritischen Voraussetzung, daß die eben erwähnte Un-

2 '

gleichung· in Frage kommt, ist sin cc in der Größenordnung von k, so daß der zweite Ausdruck in einem Wurzelzeichen an der rechten Seite der Ungleichung vernachlässigbar ist. Hieraus ergibt sich:. '

(28)

Τ=»=· 1-45- sin£. (tanfe + cost !

AzBz

und entsprechend

As

Ax
Az

A», .Ax

Diese Gleichung gibt die Bedingung für einen drehungsfreien Zustand um die x-Achse an. ' .

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Anhand von Gleichung (21) ist ersichtlich^ daß es für den Bau von Flugdrachen, welche die Bedingung für die Nichtdrehung erfüllen₅ nötig ist, den Ausdruck sinOU so klein zu machen, daß er in die Größe von Vk fällte Gleichung (21) zeigt außerdem, daß es für die Stabilisierung eines Flugdraellens nötig ist, denVerwindurgs- bzw. Sehränicungswinkel ©y der beiden Planflächen des Flugdrachens um die y-Achse auf einen möglichst kleinen Wert einzustellen. Es läßt sich somit sagen, daß für eine möglichst kleine Ausbildung des Schränicungswinkels durch die Bildung zweier identischer Dreiecke mit einer auf der ζ«Achse liegenden gemeinsamen Seite gewährleistet wird, daß die Flugdrachen einen sehr einfachen und zuverlässigen Aufbau und niedriges Gewicht erhaltene

Wenn die Flugdrachen einen Grundrahmen in Form eines Dreiecks besitzen, kann ihnen eine spezielle Form mit einer breiten Oberseite und einer schmalen Unterseite dadurch verliehen werden, daß die Grundfläche des Dreiecks im oberen Abschnitt des Flugärachens untergebracht wird« Eine solche Form konnte bei den bisher üblichen Flugdrachen nicht festgestellt werden*, Erfindungsgemäß lassen sich daher Flugdrachen herstellen, die verschiedenen Fluglebewesen, wie Schmetterlingen und Vögeln, nachempfunden sind.

Im folgenden sind die Grundgleichungen für die Bewegungen von Flugdrachen beschriebene Bei einem perfekt symmetrischen Flugdrachen gemäß Figo 10, in welcher den Teilen von Figo 8 ähnelnde und entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, bewegen sich zwei Planflächen ΐβ-2 und ΐβ-3 nach folgender Bewegungs»Grundgleichung relativ zueinander:

^2Iz ~~t!" ^{= bk 008}^[U₁ ^{avr x as}} -Js₂^' ^Ä ^^J Jz (22)

worin Iz ein Trägheitsmoment um die z-Achse für jede Planfläche und r einen Positionsvektor für einen Punkt auf jeder Planfläche in bezug auf den Ursprung des Koordinatensystems angeben,,

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d(r χ ds) - I q(r χ ds)

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Die Klammer mit dem Zusatz ζ bezieht sich auf eine z-Komponente einer innerhalb der Klammer stehenden physikalischen Größe„ In diesem Fall wird der Einfluß der Schwerkraft auf die Relativbewegung als vernachläss:yoar klein angesehene

Bezüglich der Bewegung des gesamten Flugdrachens verschiebt sich dessen Schwerpunkt entsprechend der folgenden Bewegungsgieichung:

2*

M ~| = Σΐ> + F + Mg

Ro = Positionsvektor in bezug auf das stationäre Koordinatensystem

D = auf einen Punkt an einer der Planflächen einwirkende Windkraft (vorher als "Druckwiderstand" bezeichnet)

F = Zugspannung der Drachenleine und g = Gravitationsbeschleunigungo

Außerdem gibt der Ausdruck SD die Summe der auf beide Planflächen einwirkende Windkräfte an, die sich wie folgt ausdrücken läßt: „_T. _r

ο ^S2 uSp¹¹'"¹⁰ --"-'"■■ (24)

worin d eine Windkraft pro Flächeneinheit auf einem bestimmten Punkt an jeder der Planflächen bedeutet» Die Windkraft D wirkt auf jede Planfläche i6-2 und 16-3 in Richtung des Pfeils D^! gemäß Fig. 10 ein_o

Ein Winkelmoment L um den Schwerpunkt herum genügt folgender Gleichung:

JL· ₌ -Bx? ₊ [ . d(r -s) * äs ₊ J d(r + β) χ ds (25) dt »J °ι

worin r einen Positionsvektor in bezug auf das bewegliche Koordinatensystem bedeutet. Die Gleichungen (22), (23), (24) und

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262894Ö

(25) sind die fundamentalen bzw_o Grundgleichungen für die Bewegung des Plugdrachens ο _f? μ

Wie erwähnt, wirkt auf einen in stationärem Zustand gehaltenen Flugdrachen eine Windkraft D ein, die sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

_D f i _ds ₌ JiS- U²Cx. S -cos/ . (2«)

JS ^ " ^

wobei ß einen zwischen dem Flächenvektor s und der Windgeschwindigkeit Uoo gebildeten Winkel angibt_a Wie eingangs erwähnt, ist der Widerstandskoeffizient C^ eine Konstante entsprechend etwa 2,8. Es ist darauf hinzuweisen, daß Gleichung (2^!) nur für einen Winkel ß<45° und eine Reynoldsche Zahl Re von'weniger als Λ Qr gilt.

Das anstehende Problern ist, wie Gleichung (2^f) umzubilden ist, wenn sich der Flugdrachen bei konstanter Windgeschwindigkeit bewegte Zur Lösung dieses Problems wird die Bewegung des Plugdrachens zu einer Bewegung des Windzentrums an sich mit einer

Geschwindigkeit va und einer Bewegung um das Windzentrum mit einer WinkelgeschwindigkeitAaufgelöst*

Die Bewegung oder Verlagerung des Wind(angriffs)zentrums ergibt einedurch die Gleichung (2^!) ausgedrückte Windkraft, in welcher

ο α

Uoo + va cosß' für Ucscosß eingesetzt ist, wobei ß' einen zwischen U oo va und dem Flächenvektor festgelegten Winkel bedeutet.

Andererseits führt die Drehbewegung zu einer Windkraft D, die sich wie folgt ausdrücken läßt:

(Upo+ va)² COSo⁷S s (26)

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262894Ö

In diesem Fall wird angenommen, daß ν χ Jl. den Flugdrachen in Form eines lokalen Stagnationsdrucks beeinflußt» Außerdem wird dabei folgende Gleichung erhalten:

J_sd(r χ ds) = i χ D + c'pj» f _sü«,(r_a xii)(r_a χ ds) (27)

worin ra einen Vektor darstellt, welcher das Wind(angriffs)zentrum mit einem Punkt auf der Planfläche des Flugdrachehs verbindet.

Für die folgende Analyse bzw_c Untersuchung der Bewegung sei angenommen, daß der Flugdrachen perfekt symmetrisch ausgebildet ist und sich der Wind nicht zeitabhängig ändert. Außerdem sei angenommen, daß ein idealer Zustand vorherrscht, bei dem der Flugdrachen eine größere Masse besitzt als die Drachenschnur bzw. -leine«

Unter den vorausgesetzten Bedingungen kann angenommen v/erden, daß der Flugdrachen eine 'solche Bewegung durchführt, daß der Verbindungs- bzw. Anschlußpunkt der Leine am Flugdrachen ungefähr so bewegt wird, als ob es sich dabei um einen festen Punkt handelte« Hierbei ergibt sich dann

p© p° p* P*

d^o _ cTR . cTA _ dJA
^{dt =} dt² dt^{2 =} dt²

worin Ro und R Positionsvektoren in bezug auf das stationäre bzw. das bewegliche Koordinatensystem darstellen«,

Diese Gleichung \d.rd in Gleichung (2j5) zur Bestimmung von F eingesetzt» Der Einsatz des so bestimmten Faktors F in Gleichung ergibt

= B χ Mg + Α xZD + O₁ZjS₁ + S₂ Mr_a xp)(r_& x-ds)

worin J₁, _{= +} J^ _{χ 3} (₂8)

^üt- dt²

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2628948

Dies bedeutet^ daß L^! ein Vfinkelmoment um den Verbindungspunkt der Leine am Flugdrachen angibt_β

Andererseits wird Gleichung (20) durch Einsatz von Gleichung (2^l) umgebildet zu

dt"

Ib. Gleichung (29) bedeutet C' einen (Luft=)Widerstandskoeffizienten eines'lokalen StagnationsdrucKs_o Der Klammerausdruck mit dem Zusatz ζ ist oben bereits definiert worden_c

Das Interesse gilt in diesem Fall der Schwingung der iiinkei £, und &_s wie sie vorher definiert worden sind₀

Zur Vereinfachung der Untersuchung sei angenommen, daß der Flugdrachen in der Luft in perfekt symmetrischer Beziehung zum jeweils herrschenden Wind schwebt« Die in Figo 11 dargestellte An_r Ordnung weist zwei Planflächen 16-2 und i6-;5 auf _s die zwischen sich einen Grenzflächenwinkel 6 festlegen₀ Der Flugdrachen wird dabei^völlig symmetrischer Weise vom Wind angeblasen., während dessen Geschwindigkeitskomponente U 00 einen Winkel O zur gemeinsamen Kante der beiden Planflächen festlegt. Hierdurch werden Ψ= O und φ = O bestimmte

Unter der vorausgesetzten Bedingung läßt sich Gleichung (2.6)

wie folgt umschreiben:

η - ^Gl) <? (U^ +ix fl)^ cosB S s

worin JTl = (O₅ - dö/dt + dg/dt).

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ORIGINAL INSPECTED

- 57 -

Daher silt

• ·

A χ XL= (Ax(d6/dt)) sing,- Az(d©/dt), + Ax(d£/dt)cos6:,

-Ax(dQ/dt)cos£)

sowie U go = U oo(cosQo O, - sinQ)
und s = (sinE, + cos£, 0)

In obigen Gleichlingen bezieht sich das obere Zeichen des Doppel symbols + auf die Planfläche 16-2 und das untere Zeichen auf die Planfläche 16-j5t

Durch Einsatz der obigen Ausdrücke M xjl, U co und s in Gleichung (50) läßt sich D berechnen zu

D/S = Do/S 4-J-£ U=o Ax(I + O]S²Q sin²£. ) -ff-

JLS A3 slnt (1 + cos²9 = -rf- cost sinO) -~

Ti C P

worin Do/S = ~oO^u oosin£cos9

LS Uc A3 slnt (1 + cos9 = rf cost sinO)

Zur Berechnung von C₀J ^U 00 (ra xxl) (r χ ds)jkann jeder bzw. ein beliebiger Punkt auf der Planfläche 16-2 in bezug auf ein Koordinatensystem x^!, y^s, z^l mit einem im Windzentrum liegenden Ursprung sowie einer parallel zur x-, y- und z~Ach.se liegenden x^J-, y¹- bzwo z^J-Achse gemäß Fig« 12 ausgedrückt werden.

Hierbei erhält man

r_a = (x¹, O, z¹)

ds = (O, ds, θ)

U 00 = Uco(cos θ cos β* cos θ sin S^ - sin θ)

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- 38 Nach Einsatz der Ausdrücke r_Q , DS und U in den zweiten Ausdruck

G.

an der rechten Seite von Gleichung (27) wird der zweite Ausdruck umgeordnete Dieser Vorgang wird entsprechend bezüglich der anderen Planfläche 16-3 bzw_o S₂ wiederholte Dies ergibt

' * ds)

= S

/+ C₀J⁵UmCOS 9 cos£-E²(d9/dt)

cos 9 sin^ H² (dQ/dt)

in Q (Q ie)»²(ä6/dt)

und zvjar ausgedrückt in bezug auf das Koordinatensystem χ , y , z¹, worin

λ . = J _s x^! as/S

Wie erwähnt, gelten hierbei wiederum der obere und der untere Teil des Doppelzeichens für die Planfläche 16-2 bzw. 1β-3ο

Wenn angenommen wird, daß die z-Achse die Hauptachse darstellt, braucht nur die y-Komponente von Gleichung (28) diskutiert zu werden» Obgleich diese Annahme in vielen Fällen nicht zutrifft, wird ihr nicht ihre allgemeine Gültigkeit entzogen, weil die z-Aehse als Hauptachse vorausgesetzt werden kann, indem dem Plugdrachen eine vom Winddruck unbeeinflußte virtuelle Trägheit hinzugefügt wird« Infolgedessen reduziert sich Gleichung (28) zu

;ll'y(d9/dt)
dt

+ ^.(⁷UoO₂S sin ei ((I + ccs²9)sin£A²z + 2 ^

- AzAz ccs£ sin θ] ^— + KgCBzsin 9 + Bx sin£co3 Θ)

c " 1^ ^U²CO 23Aa sirT£ cos 9 = O (3D \

* 609883/0362

worin Iy¹ ein Trägheitsmoment um die y-Aehse des Plugdrachens für jede'Planfläche bedeutete

Ebenso wird Gleichung (29) umgebildet zu

dt²

23[(I + COS²O sin²e)A²X + 2 ^cosQ sin£S²J~

= bk cos£ - -4- U^o 2S.Axsingcos θ (32)

Auf diese Weise werden die Gleichungen.für die Bewegung von Plugdrachen erhalten«,

An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß der Koeffizient θ in Gleichung (5I) unter den im folgenden beschriebenen Bedingungen möglicherweise negativ werden kann:

1. Unter der Bedingung, daß Ax größer ist als E und Az, d.h.« daß der Plugdrachen ein großes Aspektverhältnis bzw. eine große Flügelstreckung besitzt. Beispiele für s.olche Plugobjekte sind dreieckige oder umgekehrt dreieckige Plugdrachen, rhombenförmige Plugdrachen, rechteckige Flugdrachen mit geringer Höhe und großer Breite und dgl«,

groß

2. Unter der Bedingung, daß θ/und B verhältnismäßig klein ist;

5. unter der Bedingung, daß eine Änderung von £, kleiner ist als eine Änderung von θ_β

Unter diesen Bedingungen ist der Flugdrachen negativ gedämpft, so daß ihm eine ungedämpfte Schwingung um den Gleichgewichtspunkt herum verliehen wird, so als würde er leben, was auch bei konstanter Windgeschwindigkeit der Fall ist.

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262-

Diese ungedämpfte Schwingung ist im folgenden etwas näher erläutert. Ein Gleichgewiehtspunkt für Gleichungen (31) und (52) läßt sieh graphisch anhand von Fig_s 13 bestimmen^ in welcher die Momente der Windkraft und der elastischen Kraff um die z-Achse auf der Ordinate gegen sin£ auf der Abszisse ausgewertet sind, wobei als Parameter die Windgeschwindigkeit am oberen Abschnitt dientο Die Symbole In Figo 15 besitzen eine ähnliche Bedeutung wie in Figo 9 ο Wie aus dem oberen Teil von Figo 13 hervorgeht, sehneiden die mit CL* Q₂ und Q-, bezeichneten Kurven die mit K.. und Ep bezeichneten Kurven an Punkten IL, ₅ 6p, £^₉ £,u und g^» Die Symbole CL, Q₂ und Q_ bedeuten dabei auch eine höhere^ eine mäßige und eine niedrigere Windgeschwindigkeit, während sich die Symbole !C, und IC₃ auch auf einen einwandfreien bzw» einen kleineren Wert der elastischen Kraft K(E) beziehen^, die₅ wie vorher erwähnt, angenommenermaßen durch K(£") = "h b(i - sing") ausgedrückt wirdο ' "

Zur Erzielung des richtigen Werts der elastischen Kraft schneidet die Kurve K^ gemäß Figo 13 die Kurve Q₁ an drei Stellen E₁, £0 und ζ,-ζο Wie aus der Beschreibung von Fig_s 9 ohne weiteres hervorgeht, bilden die Punkte E» und E^ die stabilen Lösungen von Gleichung (J2), während der Punkt ^₂ ihre instabile Lösung darstellt.

Der nach Gleichung (3I) ersielte negativ gedämpfte Bereich ist andererseits durch eine schraffierte Fläche im unteren Bereich von Fig» 13 dargestellt, worin © als Funktion von sir£ ausgewertet isto Die mit Q₁ ⁸, Q₂' und Q ' bezeichneten Kurven entsprechen einer höheren, einer mäßigen und einer niedrigeren Windgeschwindigkeit, wobei die Windgeschwindigkeit den Parameter darstellt«,

Wenn ein Flugdrachen die Charakteristik gemäß den Kurven Q₁ und K₂ in Fig· 13 besitzt, gewährleistet er die ungedämpfte Schwin-

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gung mit endlicher Amplitude sowohl über den negativen Dämpfungs« bereich als auch über einen positiven Dämpfungsbereich und um einen passenden Punkt zisischen den Punkten £,.. und Ep· Dies Ist das Prinzip des Flugdrachens gemäß der Erfindung»

Andererseits geht aus dem unteren Abschnitt von FIg₀ 1j5 hervor, daß die eben beschriebene Bewegung bei einer niedrigen elastischen Kraft nie auftritt„

Bei herkömmlichen Flugdraohen_s wie den dreidimensionalen Drachen, bei denen sln£ unverändert bleibt, führt das Auftreten der negativen Dämpfung nicht zu einer Schwingungsbetriebsart, dooh kann sich dabei θ über 9O⁰ hinaus vergrößern» Infolgedessen können diese Drachen nach vorn taumeln, bis sie sohließlSäi abstürzen,. Dieser Fall konnte sehr oft beobachtet werden«

Aus den vorstehenden Ausführungen ist somit ersichtlich, daß mit der Erfindung ein Flugobjekt mit ausgezeichneter Stabilität geschaffen wird, das aus sich selbst heraus eine Bewegung durchzuführen vermag, die einer Flatterbewegung ähnelt.

Versuchsweise wurden zahlreiche Flugdrachen nach den vorstehend beschriebenen Erfindungsprinzipien gebaut und auf Verformung und Festigkeit des verwendeten Rahmens untersucht«

Es ist darauf hinzuweisen, daß die in der folgenden Beschreibung benutzten Symbole und Bezugsziffern und mithin auch die entsprechenden Figuren keine Ähnlichkeit mit den vorher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung haben und daher unabhängig von diesen benutzt werden.

Muster Nr₀ 1 und Nr, 2 enthielten Holzstäbe mit rechteckigem Querschnitt jeweils einer Breite b von 10 mm und einer Höhe h von 2 mm, wie in Fig.¹4A gezeigt, und Muster Nr₀ 1 enthielt (zudem) Bambusstäbe von kreisförmigem Querschnitt mit einem

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Durehmesser d von 3 mm gemäß Fig« i4b_s Die Werkstoffe des Musters Nr _β 1 wichen in ihrer mechanischen Festigkeit von denen des Musters Nr. 2 ab und diese Materialsorte war unbekannte Die erwähnten Stäbe x-rarden zu Stücken von 100 mm Länge geschnitten und jeweils an der Unterseite durch zwei Auflager unterstützt, die gemäß Pig₉ 15 auf gleiche Abstände l/2 von 40 mm von der Mitte entfernt angeordnet waren«, Sodann wurde auf die Oberseite jedes Stabs in dessen Mitte eine Biegebelastung W aus« geübt, die fortlaufend variiert wurde«, Auf diese Weise wurde die Biegebeiastung gemessen* während die entsprechende Auslenkung bzWo Durchbiegung am Mittelpunkt an einem Meßgerät (siehe Fig.15) abgelesen und der Maximalwert der Biegebelastung bestimmt wurde.

Für die Herstellung der Federelemente 44 gemäß Figo 4A und 4b wurden weitere, im wesentlichen den Stäben gemäß Muster Nr₀ 1, 2 und 3 entsprechende Stäbe auf zweckmäßige Länge geschnittene Die'so vorbereiteten Federelemente, die im folgenden als "kreissegmentförmige Träger" bezeichnet sind_s wurden nach dem in Figo 16 veranschaulichten Prüfverfahren untersuchte Jeder Träger wurde dabei zunächst so angeordnet, daß seine Form praktisch dem tatsächlichen Federelement 44 entsprach, wobei er beispielsweise die Abmessungen gemäß Figs 1β besaß und an einem Ende mit einem Belastungsmeßgerät (Fig_o 16) verbunden x<rar₀ Sodann vai:;de eine Belastung P auf das ändere Ende A .längs einer die beiden Enden A und B verbindenden Linie ausgeübt, um den Träger aus seiner in ausgezogener Linie dargestellten Form in die in Figo 16 in strichpunktierter Linie eingezeichnete Form zu verformen» Zu diesem Zeitpunkt wurde die Belastung am Belastungsmesser abgelesen, während die entsprechende Durchbiegung bzw_o Auslenkung S in Richtung der Linie AB gemessen wurde.

Die Ergebnisse der Messungen gemäß Fig. 15 sind in Fig_o 17 wiedergegeben, in welcher die Biegebelastung W in kg auf der Ordinate in Abhängigkeit von der Auslenkung S in mm in der Mitte des Stabs auf der Abszisse wiedergegeben ist_e Die Kurven Nr_a 1₅ Nr₀ und Nr₀ 3 gemäß Figo 17 beziehen sich auf die Muster Nr. 1, Nr. bzw. Nr₀ 3„

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.43-

Unter den in PIg₀ 15 veranschaulichten Belastungsbedingungen genügen die Auslenkung^und die Biegebelastung P der Beziehung

E = Längselastizitätsmodul Z ~ Abstand zwischen beiden Drehpunkten bzw_o

Auflagern
I = geometrisches Trägheitsmoment

bedeuten»

Diese Gleichung ergibt den Längselastizitätskoeffizienten E, ausgedrückt als

4ÖI H

Somit erhält man

(33)

für ein Muster von rechteckigem Querschnitt mit einer Breite b und einer Höhe H sowie

für ein Muster mit kreisförmigem Querschnitt und einem Durchmesser do Durch Einfügung von H- 80 mm, b = 10 mm, h = 2 mm und des Meßwerts von W/(f aus den Meßer,gebnissen in Gleichung (33) wurde für Muster Nr₀I :und Nr« 2 ein Längselastizitätsmodul von 0,744 χ 10-⁵ bzw„ 1,30 χ 10^ kg/mm² ermittelt«, Die gleiche Einfügung in Gleichung (34), mit Ausnahme von d = 3 mm anstelle von b « 10 mm und h » 2'mm, ergab für Muster Nr, 3 einen Längs·

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elastizitätsmodul E von 2,83 χ 1θ' kg/mm «

Unter den in Fig. I5 veranschaulichten Belastungsbedingungen genügen die Last W und die entsprechende Biegespannung oL der folgenden Beziehung»

2KT

im Fall eines Prüflings mit rechteckigem Querschnitt oder

OC =

3d-

im Fall eines Prüflings mit kreisförmigem Querschnitt, Unter Zugrundlegung der Abmessungen gemäß den Figo 14A und 14B ergeben diese Gleichungen die folgende Tabelle I, in welcher auch der gemessene Höchstwert Itf der Biege last aufgeführt ist ί

ΓΠ3.Χ

Tabelle I Biege festjgkäb des Prüflings

Prüfling Nr0	Max«, Biegebelastung in kg	Biegespannung in kg/mm^
1	3,3 3,6	9,9 10,8
2	3,7 3,7	11,1 11,1
3	4,4 3,7	33,0 27,9

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m 45 -

Figo 18, in welcher auf der Ordinate die Belastung P in Gramm und auf der Abszisse die Durchbiegung bzw. Auslenkung S in Milli· mtern angegeben sind, veranschaulicht die Last/Biegungs-Eigenschaften der Prüflinge Nr₀ 1 bis 3, wie sie bei den Messungen gemäß Figo 16 ermittelt wurden«, Bei der bei diesen Messungen erreichten Verformung tritt das Problem einer großen Durchbiegung bzw. Auslenkung auf. Zur Erstellung eines provisorischen Maßstabs für die Durchbiegung wurde jedoch versucht, eine Last/-Durchbiegungs-Kennlinie für einen Kreissegmentträger innerhalb eines Bereichs vergleichsweise kleiner Durchbiegungen wiederzu-. geben.

Gemäß Fig. 16 greift an jedem beliebigen Punkt C des Segmentträgers ein Biegemoment M an, das sich durch

M β Py = P (a cos(o6 - φ) - (a - Η)}

ausdrücken läßt, worin

P = die am Punkt A angreifende Biegekraft bzw. -belastung

y = Abstand zwischen Punkt C und einer die beiden Enden A und B miteinander verbindenden Sehne

a = Krümmungsradius des Trägers

Ot = die Hälfte des vom Träger

am Mittelpunkt umschriebenen Winkels

φ = der vom Trägerabschnitt AC am Mittelpunkt eingeschlossene Winkel

H = Balligkeit bzw«, Krümmungshöhe des Segmentträgers

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bedeuten.

Infolgedessen läßt sich die im Segmentträger gespeicherte Span nungsenergie TJ durch folgende Gleichung ausdrücken:

Γ υ

#- jrf) — (a. — I

Die teilweise Differenzierung . beider Seiten obiger Gleichung in bezug auf U ergibt eine Auslenkung ο infolge der Kraft oder Belastung P, die sich wie folgt ausdrücken läßt:

cos

- (a - Η)}² d

L (2of₊ sin 2Pf) - 4a(a - H sintf) + 2tf(a - H)²J (35 j

Bei Einfügung a = 219,4 mm, H = 1CT5 mm und 00= 57,9° in Gleichung. .(35) sowie durch Einfügung von EI = 0,496 χ 10 kg/mm

für Prüfling Nr. 1, EI = 0,922 χ 10^ kg/mm² für Prüfling Nr«, 2

4 ?
und EI = 1,13 χ 10 kg/mm für Prüfling Nr. 3 in der gleichen Gleichung ergeben sich die in Pig» 18 dargestellten, mit Fr₀ 1, Nr. 2 bzWe Nr. 3 bezeichneten, gestrichelten Kurven« Die Kurven Nr₀ 1 bis Nr. 3 veranschaulichen die theoretische Beziehung zwischen der Belastung und der Durchbiegung bzw. Auslenkung für die Prüflinge Nr₀ 1, Nr₀ 2 bzw. Nr₄, 3«

Hieraus kann dann die auf den Rahmen eines Flugdrachens einwirkende Gesamtkraft abgeschätzt werden,,

Figo 19 veranschaulicht die Verformung eines Kreissegmentträgers aufgrund einer Änderung des von ihm eingeschlossenen Mittenwinkels, Es wird hierbei vorausgesetzt, daß die beiden Enden A und B des kreissegmentförmigen Trägers anfänglich auf einer geraden

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Linie liegen, die durch einen gleich weit von beiden Enden entfernten Punkt O verläuft, und daß der Träger einen Mittenwinkel einschließt, etwa den Winkel 2oc gemäß Figo 16. Wenn sich der Flugdrachen im Flugzustand befindet, verschiebt sich die gerade Linie AOB zu einer unterbrochenen bzw. abgewinkelten Linie A*OB, während sich das Ende bzw. der Punkt A über einen Winkel «χ 2ß um den Punkt 0 verdreht«

Wenn der segmentförmige Träger nicht am Punkt A festgelegt ist, bewirkt die Drehung von AO auf A¹O ein Drehen des Endes A des Trägers über einen Winkel um den"Punkt B auf einen Punkt A", wobei dieser Winkel der Hälfte des Winkels ^AOA¹ entspricht. Infolgedessen wird der segmentförmige Träger in Abhängigkeit von der Drehung des Punkts A über den Winkel 2ß um den Punkt 0 um einen Betrag A¹A" verformt.

Figo 19 veranschaulicht die Größen der Verformung des Trägers A¹, A", A^! ₂, A₂", A₃ ¹, A₃" in Abhängigkeit von der Drehung des Trägerabs6hnitts OA übär verschiedene Winkel 2ß in Schritten von 10°β

Zur Berechnung der auf den Segmentträger wirkenden Kräfte sei angenommen, daß zwei Kräfte T und Q auf den Punkt B in Richtung OB bzw ο in einer Richtung senkrecht zur Richtung OB einwirken, wie dies in Fig. 20 veranschaulicht ist, in welcher die den Teilen von Fig« 16 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Unter den angenommenen Bedingungen befinden sich die Kraftmomente um den Punkt A^! in einem Gleichgewichtszustand, so daß, wie aus Fig_e 20 hervorgeht, die folgende Beziehung gilt:

(a cos 2ß + a)Q a sin 2ß T

worin a die Länge des Trägerabschnitts OA oder OB bedeutet₀ Infolgedessen erhält man:

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- 48 sin 2ß

1 +· cos 2ß

tanßT

Wenn der obigen Beziehung genügt ist, wirkt die Resultierende der Kräfte Q und T in Richtung A¹O auf den Träger, so daß sich ergibt

Q=P sinß

Als Beispiel wurden die auf den Segmentträger in Richtung A¹B wirkende Kraft P und die senkrecht dazu auf jeden Trägerabschnitt OB und 0A^! wirkende Kraft Q an Stäben entsprechend dem vorher beschriebenen Prüfling Nr₀ 3 abgemessen, deren Ende bzw₀ Punkt A. über den Winkel 2ß um den Punkt bzw₀ Mittelpunkt 0 verdreht ist«

Die Meßergebnisse sind in Figo 21 veranschaulicht, in welcher die Kräfte P und Q in Gramm auf der Ordinate in Abhängigkeit vom Drehwinkel 2ß in Grad auf der Abszisse aufgetragen sind_o Aus Figo 21 ist ersichtlih, daß eine Kraft Q in der Größenordnung von 65 g erforderlich ist, um eine Winkeländerung von 2ß = herbeizuführenο

Zur Abschätzung bzw₀ Bestimmung der auf die verschiedenen Elemente, welche den Rahmen des Flugdrachens gemäß Figo 4a oder 4B bilden, einwirkenden Kräfte ist der rechte Abschnitt des Rahmens gemäß dieser Figuren auf die in Figo22 dargestellte Weise abstrahiert, um die theoretische Erläuterung des Grundaufbaus des Drachens gemäß Figo 4A oder 4B zu ermöglichen_e In Figo 22 sind die den Teilen von Fig» 4A und 4B entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, nur mit der Ausnahme, daß in Figo 22 die Symbole C und D, welche die Spitzen des Dreiecks gemäß Figo 4a oder 4B bezeichnen, vertauscht sind« Figo 22 gibt außerdem die Abmessungen der im folgenden als "Dreieckselemente" bezeichneten Rahmenelemente an_e

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Gemäß Figo 22 besitzt die Rippe 1j5 bzw_o CB eine Erstreckung BH und die Strebe 15 bzw. DB eine Erstreckung BF₀

Die Fig. 2JA und 2JB verdeutlichen die auf die Elemente CBH bzw„ DBF wirkenden Kräfte«, Eine verteilte Last W. oder Wp, Vielehe eine Belastung pro Längeneinheit des Flugdrachens an dessen Vorderseite darstellt, entspricht dem Unterschied zwischen der Belastung aufgrund des Winddrucks und dem Gewicht des Flugdra- . chenso Wenn der Flugdrachen in der Luft schwebt, ist seine Vorderseite dem Erdboden zugewandt, so daß sie die Unterseite darstellt, während die Rückseite die Oberseite des Flugdrachens bildet.

Eine auf die Spitze bzw. den Punkt B wirkende Kraft umfaßt eine dasElement CBH beaufschlagende Kraft Q₁ und eine das Element DBF beeinflussende Kraft Qp₀ Da die Druckverteilung auf der Oberfläche des Flugdrachens unbekannt ist, kann das Verhältnis der Kraft Q₁ zur Kraft Qp nicht genau ermittelt werden. Zur Vereinfachung wird jedoch die Kraft Q entsprechend den Längenverhältnissen zwischen den Elementen CBH und DBF in Kräfte und Q₂ aufgeteilt

Ί Hieraus ergibt sich

Q _ ■ ^- - -^-^ Q 450 _n

¹ Al ⁺ ß-2 ⁺ £3 ⁺-^^ι " ⁴⁵° ^{+ 33}-

Q₂ = 0_;46Q

Anhand von Figo 2J5A werden die Kraft Q₁ am Punkt D und die Kraft Q-, an der Spitze bzw«, am Punkt C berechnet,» Der Gleichgewichtszustand der Vertikalkräfte ergibt zunächst

Q₁ + % = W₁U₁ +Z₂) (36)

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Anhand des Gleichgewichtszustands der Kraftmomente um den Punkt C herum erhält man zudem

Q₁ -ι -^i_{1 +J}e₂)²

Damit gilt

Durch Einsatz dieser Gleichung in Gleichung (36) erhält man

W₁ If -£₂ ² '

Die Entfernung von W₁ aus Gleichungen (37) und (38) und die An wendung von GL = 0,5^Q ergibt somit ' '

0 - η

¹ "

Diese Gleichung berechnet sich zu

unter Zugrundelegung der Zahlen gemäß Figo 22 und

Die verteilte Last W₂ wird ebenfalls anhand von Gleichung (37) erhalten und unter Zugrundelegung der Zahlen gemäß den Pig· 22 und 23A berechnet.
Dies ergibt

2J · 1,08.4

ÜF ^Q = ⁰^ 6 0 9883/0362

Die Kräfte Q₂ und Qn an den Punkten B und D des Elements DBF gemäß Fig« 23A werden auf ähnliche Weise berechnet. Dabei erhält man

IvJp -

und

Aus diesen beiden Gleichungen sowie aus Q₂ = O,46Q ergibt sich daher

Unter Zugrundelegung der Zahlen gemäß den Fig_e 22 und 2^B berechnet sich obige Gleichung zu

= O,173Q

Ausgehend von Gleichung (27) wird die verteilte Last VJ₂ wie folgt berechnet

²⁶⁴ O

120)2 ^Q = ^X

Zur Berechnung der Verformung der Elemente CBH und DBF in Abhängigkeit von den auf sie einwirkenden verteilten Lasten

G09883/0362

gemäß Figo 2j5A und 2JB wird zunächst ein Biegemoment M an einem beliebigen Punkt auf dem Element CBH berechnet, wobei dieser Punkt um eine Strecke χ vom Punkt C als Ursprungsort entfernt ist. Das Biegemoment M wird daher wie folgt ausgedrückt:

oder

1 M

Andererseits gilt die Beziehung

₁ EI

oder

da

2. "EI

zwischen dem Biegemoment M und einer, je nach Fall, Durchbiegung

bzw. Auslenkung y senkrecht zur Achse des Elements CBH. Unter Berücksichtigung der Grenzbedingungen

= 0, y

und

αχ

χ=

dy,

αχ

^g-. _a

läßt sich obice TMfferentialsleichun« lösen- Dies bedeutet:

Vi⁴ / χ

= 2Ci^i₁)² -[1-(XZi₁)²IJ(O^Xi₁) (39)

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In obigen Gleichungen beziehen sich IVL und y.. auf den Elementabschnitt
beziehen«,

abschnitt CB, während sich Mp und y₂ auf den Elementabschnitt BH

Die graphische Darstellung von Figo 24 veranschaulicht die Verformung des Elements CBH als Funktion der Strecke χ vom Punkt C

4 / P nach Bestimmung durch Einsetzen von EI = 1,15 x 10 kg/mm ,

W. = 10*"^ kg/mm in Gleichungen (59) und (4o) sowie Änderung des &j-Werts auf 50, 41,5, 50, 60 und 70$ der Gesamtlänge I^ + £₂ ~ 450 mm in beiden Gleichungen,, Die mit I, II, III, IV und V bezeichneten Kurven entsprechen den Werten von 50, 41,5, 50, 60 bzw· 70$ der Länge des Elements CBH„

Gemäß Fig. 24 kann die Verformung des Elements CBH für jeden Wert des Winkels ß bestimmt werden«. Für einen vorgegebenen Wert von 2β β 6θ° läßt sich beispielsweise aus Figo 24 ein Wert von Q » 65 g ableiten« Bei Einsatz dieses Werts Q in die Gleichung anstelle von W.. erhält die verteilte Last W. einen Wert von

64,5 x 10~⁵ g/mm » 0,0645 x 10"*⁵ kg/mm„

Diese Zahl entspricht 64,5$ von W₁ gemäß Fig. 24, so daß die Durchbiegung bzw« Auslenkung y an einem Punkt H 6,3 mm beträgt₀

Figo 24 veranschaulicht zudem, daß das Element CBH entsprechend der Position des Auflagepunkts B stark verformt werden kann«

Wenn daher die Verformung dieses Elements klein sein soll, liegt die Länge L· des Elementabschnitts CB vorzugsweise in der Größen-

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-5*-
ordnung von 6$% der Gesamtlänge des Elements CBH,

Die Verformung der Strebe DFB läßt sich ebenfalls auf ähnliche Weise anhand der Gleichungen (59) und (4o) bestimmen In diesem Fall werden JL·, Z₁^ und W₂ anstelle von'i^, Z₂ bzw« W₁ eingesetzt Das Element DBF besitzt gemäß den Figo 22 und 2^B eine Länge (Z-X + &h) gleich jQH- mm, während der Elementabsehnitt DB eine Länge ^"gleich 264 mm besitzt₀ Infolgedessen liegt das Verhältnis JL/IjL· + ^) bei 0,688«, Diese Ziffer zeigt an, daß die Position des Auflager- bzw. Drehpunkts praktisch richtig gewählt ist;

Bei einem auf das Element einwirkenden Biegemoment M läßt sich die entsprechende Biegespannung p^ ausdrücken durch

Ot = M / Z (41)

worin Z einen Querschnittsmodul bezeichnet, der sich durch

1 2
Z = ?-bh bei einem rechteckigen Querschnitt

1 2
= ¹^Nd bei einem kreisförmigen Querschnitt

ausdrücken läßt, worin b, h und d die vorher angegebene Bedeutung besitzen,.

Da die Bestimmung der in einem kreissegmentförmigen Träger entstehenden Beanspruchung auf das Problem der großen Durchbiegung bzwo Auslenkung stößt, ist es schwierig, eine exakte Lösung dafür anzugeben« Die Biegebeanspruchung oder Biegespannung ist daher im folgenden nur allgemein erläutert« Innerhalb des Bereichs gemäß Fig. 16 ist die Verschiebung S vergleichsweise klein genug, um die Bogenhöhe H nicht wesentlich zu beeinflussen, während ein auf den kreissegmentförmigen Träger einwirkendes Biegemoment M am Mittelpunkt am größten ist, und sich durch

M = PH (42)

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ausdrücken läßt. Bei Einsatz dieser Gleichung in die Gleichung (41) ergibt sich λ = 32 PH/ofd^ für Stäbe mit kreisförmigem Quer-' schnitt, wie im Fall des Prüflings Nr₀ 3<> Wenn angenommen wird,, daß im Fall von d = 3 mm und H = 103 mm die Größe P' einen Wert von 1j54 g oder 0,134 kg entsprechend Fig«, I7 mit 2ß = 6o° besitzt, läßt sich die Biegespannung % berechnen zu

λ.=

3,14 χ y

0,134 χ 103 = 5,21 (kg/mm²)

Obgleich der Viert der Bogenhöhe H bei 2ß = 60° tatsächlich ι wesentlich · größer wird als 103 (mm), besitzen Segmentträger gemäß Prüfling Nr_e 3 auch unter Berücksichtigung dieser Zunahme der Bogenhöhe eine ziemlich große Reserve der Biegespannung, wie dies ohne weiteres anhand eines Vergleichs der eben berechneten Ziffer -mit den Ziffern gemäß obiger Tabelle I ersichtlich ist. Wenn jedoch der jeweils herrschende Wind stärker wird, kann die Belastbarkeit des Trägers¹ fraglich werden,. Hieraus ergibt sich, daß der Auslegung dieses Trägers besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muß·

Für das Rippenelement CBH läßt sich das Biegemoment M ebenfalls* auf die vorher in Verbindung mit Fig. 23A erläuterte Weise ausdrücken. Durch Einfügung dieses Biegemoments M.. oder MU in Gleichung (41) kann die Biegespannung *X in diesem Element CBH wie folgt ausgedrückt werden

^wi L·

und

16W,

U/ii)² -

2 /

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Durch Einsetzen von W₁ » 10"^ kg/mm, d « 3 mm, Z₁ » I86 mm und £₂ = 264 (mm) in Jede der obigen Gleichungen ergibt sich ein. Biegespannungsprofil gemäß Figo 25, in welcher die Biegespan-, nung λ in kg/mm auf der Ordinate in Abhängigkeit von der Entfernung vom Punkt C längs des Elements GBH aufgetragen ist«, Aus^: Figo 25 geht hervor, daß im Fall von 2ß =» 6o° die Biegespannung λ am Punkt B einen Höchstwert von 0,85 kg/mm² besitzt, weil die verteilte Last bzw_e Belastung W₁ 0,06^5 χ 10"' kg/mm beträgt, wie dies oben erläutert worden ist· Ein Vergleich der eben ange gebenen Größe der Biegespannung mit den Werten gemäß Fig. 1 zeigt, daß das Element CBH ebenfalls eine ausreichet große Biege spannung besitzt«

Aus den vorstehenden Ausführungen läßt sich folgendes folgern»

1, Da die Biegespannung am Punkt B am größten ist, muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß eine zu große Abnahme des Querschnittsprofils und speziell der Dicke am Punkt B, an welchem zwei Elemente miteinander zu verbinden sind, vermieden wird.

2, Bei einer Konstruktion, bei welcher der Querschnitt zweier Elemente für deren Verbindung am Punkt B abrupt abnimmt, die an und neben diesem Punkt befindlichen Abschnitte dieser Elemente vorzugsweise verstärkt werden müssen₀

3; Die Länge L· ist vorzugsweise kurz, weil der Höchstwert der Biegespannung am Punkt B ig proportional ist»

Bei Verwendung von Elementen mit reohteckigem Querschnitt sollten diese auf der Oberfläche eines Flugdraohens so angeordnet sein, daß ihre Höhe in Richtung auf diese Fläche zunimmt.

Da die verwendeten Elemente immer noch eine Biegespannungsreserve besitzen, erfolgt die Auslegung unter Berücksichtigung der Durchbiegung bzw» Auslenkung·

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Zur Erschwerung einer Verformung der Rahmenelemente sowohl mit kreisförmigem als auch mit rechteckigem Querschnitt kann vor- . teilhaft das Produkt aus dem LHngselastizitätsmodul und dem geometrischen Trägheitsmoment bzw. EI auf die aus den Gleichungen (j59) und (40) ersichtliche Welse vergrößert werden. Beispielswelse kann das geometrische TrHgheitsmoment I ohne änderung des Werkstoffs der Rahmenelemente vergrößert werden.

Da die kreisförmigen und rechteckigen Querschnitte geometrische Trägheitsmomente I entsprechend ^d /64 bzw· bir/12 besitzen, worin d, b und h die vorher angegebene Bedeutung besitzen, sind ihre geometrischen Trägheitsmomente I einander gleich, wenn tfd /64 * Täk/12 gilt· Der Durchmesser d des Querschnitts, dessen Wert I dem des rechteckigen Querschnitts gleich ist, bestimmt sich daher durch folgende Gleichung

Fig· 26 veranschaulicht drei Kurven, welche der obigen Gleichung für die Größe h im. Bereich von 1 bis 15 mm und für die Größen b mit Werten von 5» 10 und 15 mn genügen·

Beispielsweise kann das als Prüfling Nr. 1 oder Nr · 2 bezeichnet« rechteckige Element eine Breite b von 10 mm und eine Höhe . h von 2 mm besitzen (vgl· Fig· 14)· Ein einen kreisförmigen Querschnitt besitzendes Element, dessen geometrisches Trägheitsmoment dem dieses rechteckigen Elemente gleich ist, besitzt gemäß Fig· 26 notwendigerweise einen Durchmesser d von 3,4 mm· In diesem Fall besitzt das rechteckige Element eine Querschnittsfläche b h berechnet zu hh » 10x2« 20 ram, während das kreisförmige Element eine Auerschnifctsf lache ττά /4 entsprechend ττά /h m 5,14 χ

2 2

2,4 m 8,67 mar besitzt· Aus diesem Grund kann zur Gewiohtsein- «parung vorzugsweise das Eleaent alt kreisförmigem Querschnitt verwendet werden.

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OBiGlNAL INSPECTED

Weiterhin werden bei Verwendung von hohlen Elementen bei entsprechendem Querschnittsprofil die Steifigkeit erhöht und das Gewicht weiter verringert, obgleich derartige Elemente in der vorliegenden Beschreibung nicht näher erläutert sind_o

Im Hinblick auf die obigen Ausführungen empfiehlt sich die Verwendung von Werkstoffen, die sowohl eine hohe spezifische Festigkeit als auch eine hohe spezifische Steifigkeit besitzen_o Typische Beispiele für solche Materialien sind in den folgenden Tabellen II und III in Verbindung mit einigen ihrer mechanischen Eigenschaften angegeben»

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Tabelle II
Natürliche Werkstoffe und mechanische Eigenschaften

Materialart	Spezifi, Gewicht (g/cm-5)	Bambus (Phyllostaehys -mitis	0,4	0,50	Biegespannung	Xb/f	jängselastizitätsmodul	Ε/γ χ 102
Weißeiohe (Gluereus .mysinaefolia)	0,9	0,60	b in 2 kg/mm	*7,8^ 82,5 36,4	E in 103 kg/mm	¥7,o 2,5
Roteiche (Quercus octa)	0,9	27,9^ * ,33,0 14,6	13,1	* 2,8 1,0	0,84 ~ 0,95
Buche (Fagus crenata)	0,75	11,8	12,3	0,76^ 0,86	1,22
Ahorn (Acer palmaturn)	0,72	11,1	12,7	1,1	0,76 ^ 1,19
Wildkirsche (Prunus Yamaza-	0,65	9>5	12,6	0,57 — 0,89	0,79 ^ 1,75
-kura)		9,1	13,5	0,57 ~ 1,26	0,87 ~ 1,69
Zelkova-Baum (Zelkova serra	Lärche J (Larix kaempferJ0,65	8,8	11,6	0,57 — 1,10	11,2 — 1,46
	Pinus thuraber£ilO,6o	8,7	12,7	0,84 — 1,10	1,50 — 1,69
	filagnoila	8,3	-11,7	0,98^/ 1,10	-
obvatft	7,0	16,2	-	1,27 ^ 1,91
	7,3	16,0	o,57,s, 0,86	1,54 ^ 2,60
	8,0	14,5	0,77 — 1,30	1,67
Japanische Zypresse (Chamaepyparisf)	8,7 «	1,0
Rotlauan (Shorea oder 1-Hopea

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- βο -

Fortso Tabelle II

	Spezifo Gewicht (g/cm?)	Biegespannung	λb/r	Langselastizitätsmodul	E/f-x 102
Materialart	0,40	b in ρ kg/mm	15,5	E in AC? kg/mm	2,48
Hemlocktanne (Tsuga -heterophylüa]	6,15	0,99

Anmerkung: Mit Sternchen versehene Werte wurden an Versuchs-. weise gebauten Plugdrachen gemäß der Erfindung ermittelt.

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Tabelle III
Synthetische Werkstoffe und mechanische Eigenschaften

Material art	Biegesp	annung	Längselastizitätsmodul	Ε/ψ 105
Acrylester- harz	o^in kg/mm		E in 105 kg/mm	0,1 ~ ■ 0,2
Polyvinyl chlorid (hart)	0,8 — 1,4	O,57~ 1	0,14 ^ 0,28	0,17 — 0,3
Harnstoff harz	3,5 — 6,3	2,5 ^ 4,5	0,25 ^ 0,42	0,7
Fluorhalti- ges Poly meres	4,2 — 9,1	2,8 ~ 6,1	1,05	0,07-ν 0,1
66-NyIon	4,0	1,9	0,14 ~ 0,21	0,25
Polyester	7,6	6,7	0,28	0,59
Polyäthylen	2,1 — 2,8	1,17 — 1,6	1,06	0,02 ~ 0,04
Polystyrol	2,0 — 3,9	2,1 — 4,1	0,017~ 0,039	0,27 ~r 0,4
Methylmetha- crylatharz	3,5 — 6,3		0,28 Τ- 0, 42	0,27
Spezif. Gewicht r (Kg/mm )	4,9 — 6,3	4,1 ~ 5,3	0,32
1,4
1,4
1,5
2,1
1,14
1,8
0,94
Φ,05
1,18

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Aus den Tabellen II und III ist ersichtlich, daß Bambus besonders zu bevorzugen ist, weil dieses Material niedriges Gewicht und sowohl hohe Steifigkeit als auch hohe Festigkeit besitztο Die anderen Werkstoffe sind in der Reihenfolge von Holzweikstoffen und Kunstwerkstoffen zufriedenstellend, doch sollten Kunststoffe besser nicht benutzt werden. Unter den Holzwerkstoffen sind bezüglich ähnlicher Eigenschaften japanische Zypresse und Magnolia obovata mit niedrigem spezifischen Gewicht zufriedenstellend, während harte Werkstoffe, wie japanische Eiche, japanische Buche usw., nicht geeignet sind. Zu Vergleichszwecken sei darauf hingewiesen, daß Aluminium einen Viert TCo/γ- im Bereich von 3,7 bis 14,8 und Έ./γ im Bereich von 2,3 x 10⁵ bis 2,8 χ 10⁵ besitzt,,

Aus den vorstehenden Ausführungen läßt sich schließen, daß

1 ο der Rahmen vorzugsweise aus einer Kombination aus vorhandenen Dreieckselementen besteht,

2_e dafür gesorgt werden muß, daß das Wind(angriffs)zentrum jeder Planfläche eines Plugdrachens innerhalb eines zugeordneten Dreieckelements zu liegen kommt,

3ο das Querschnittsprofil der Rahmenelemente am günstigsten hohl und vorzugsweise kreisförmig und/oder rechteckig ist,

K₀ es bei Verwendung eines Rahmenelements mit rechteckigem Querschnitt vorteilhaft ist, seine Höhe senkrecht zur Oberfläche des Plugdrachens möglichst zu vergrößern,

5ο die vorstehende, unter 4. definierte Bedingung auf ein kreissegmentförmiges Element mit rechteckigem Querschnitt zutrifft,

ββ das Dreieckselement dadurch gebildet wird, daß zunächst eine Rippe CBH (vgl_o Pig«. 22) an einem kreissegmentformigen Element und sodann eine Strebe DBF (Figo 22) an der so gebildeten Anordnung angebracht wird,'

7. die Verbindung B (vgl«, Figo 22) vorzugsweise auf der Rippe CBH liegt, so daß "der Rippenabschnitt CB eine Länge Z^ von etwa e^fo der Länge der Rippe CBH besitzt,

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es wünschenswert ist, anfänglich die eine Hälfte der Plugdrachenoberfläche unter einem bestimmten Winkel zur anderen Hälfte anzuordnen, ohne daß dabei die gebildete Fläche eine perfekte Planfläche zu sein braucht, die aneinander angrenzenden Rahmenelemente so miteinander verbunden werden, daß sie so weit wie möglich praktisch gegeneinander verschwenkbar sind,

10« die an der Verbindung B befindlichen Abschnitte der Rahmenelemente vorzugsweise Je nach der jeweiligen Verbindungskonstruktion verstärkt werden, weil die an und nahe der Verbindung B entstehenden Beanspruchungen am größten sind, ο das kreissegmentförmige Element muß deshalb, weil in ihm eine sehr hohe Biegebeanspruchung auftritt, und es einer großen Deformation bzw_o Verformung unterworfen ist, aus einem Werkstoff bestehen, welcher sich jeglicher Verformung des Plugdrachens in ausreichendem Maß anzupassen vermag und welcher eine Elastizität gegenüber großen Verformungen des Flugdrachens besitzt, und

12ο der Werkstoff für die Rahmenelemente vorzugsweise aus Bambus oder einem Holz besteht, vorteilhaft aus einer Holzsorte wie japanische Zypresse, Magnolia obovata, Cryptomeria japonica und Abies firma, die niedriges Gewicht besitzen«,

Im folgenden ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen näher erläuterte

Die Ausführungsform gemäß Pig· 2J_unterscheidet sich nur darin von derjenigen gemäß Figo 4A₁, daß sich jede Rippe 12, 13 über den Verbindungspunkt A bzw« B hinaus erstreckt und an einer benachbarten Kante der Planfläche 16-2Jdzw« i6-3 endete In Pig«, sind daher die freien Enden der beiden Streben 14 und 15 mit E bzw,, P und die freien Enden der verlängerten Rippenelemente 12 und 13 mit den Symbolen G bzw. H bezeichnet«,

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig_e 27 sind die Verbindungsstelle A zwischen Rippe und Strebe 12 bzw. 14 und die Verbindungsstelle B der entsprechenden Elemente I3 und 15 im voraus so festgelegt, daß die Verhältnisse DA/DG, DB/OH, CA/CE und CB/CF aus den anhand der Beschreibung von Fig. 22, 2j5 und 24 offensichtlichen Gründen jeweils einen Wert im Bereich von 0,5 bis,0,8 besitzen«

Genauer gesagt, veranschaulicht die Kurve I gemäß Fig_o 24 eine Verschiebungs- bzw. Abstandsgröße jedes Punkts auf dem Rahmenelement 15 bzw«, CBH mit einer Länge (.L + I₂) einschließlich des Abschnitts BC mit einer Länge L· 'gleich ]50$ von (L· + Ji-) „ Dies bedeutet, daß das Rahmenelement CGH einen Auflage- bzw_o Drehpunkt B aufweist, dessen Lage so gewählt ist, daß der Be- . Ziehung CB/CH =0,3 genügt wird. Auf ähnliche Weise veranschaulichen die Kurven II, III, IV und V gemäß Figo 24 die Verschiebungen bzwo Abstände der Position des Drehpunkts B, die so gewählt sind, daß CB/CH gleich 0,413, 0,5, 0,6 bzw. 0,7 ist«

Gemäß Figo 24 ist das Verschiebungs- bzwO Auslenkprofil des Rahmenelements I3 bzw₀ OBH in Abhängigkeit von der Position des Drehpunkts bzw_e Schnittpunkts B jeweils ziemlich unterschiedliche Genauer gesagt: Im Fall von CB/CH « 0,65 besitzt, jeder Punkt auf dem Rahmenelement CBH nur eine kleine Auslenkung, während im Fall von CB/CH von höchstens 0,4 oder mindestens 0,8 die Auslenkung am freien Ende H oder an einem Zwischenpunkt auf dem Rahmenabschnitt CB stark zunimmt* mit dem Resultat, daß sich die Fläche des Flugdrachens stark verformt_β Es wurde somit bestimmt, daß zur Aufrechterhaltung einer relativ kleinen Verformung des Rahmenelements 12 gemäß Fig. 27 die Verbindungsstelle B derart auf dem Rahmenelement \"*> liegen sollte, daß das Verhältnis DB/OH im Bereioh von 0,5 bis 0,8 liegt. Dies trifft für das Rippenelement 12 bzw₀ CAG zu_e

Ersichtlicherweise sind die Strebenelemente 14 und 15 bezüglich des Auslenk- bzw«, Biegungsprofils dem Rippenelement 15 qualitativ gleiche

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Die Verbindung A zwischen Rippe 12 und Strebe 14 wird daher so angeordnet, daß das Verhältnis DA/DG und/oder das Verhältnis CA/CE im Bereich von 0,5 bis 0,8 liegt, während die Verbindung B zwischen Rippe 1j5 und Strebe 15 so angeordnet ist, daß das Verhältnis DB/DH und/oder das Verhältnis CB/CF (ebenfalls) im Bereich von 0,5 bis 0,8 liegt₀ Infolgedessen kann die Verformung der Rahmenelemente äußerst klein sein, wodurch Jegliche Verformung des Plugdrachens unterdrückt wird_o Hierdurch wird sowohl die Plugleistung als auch die Stabilität des Plugdrachens verbessert, während die im Plugdrachen auftretende Beanspruchung oder Spannung aufgehoben wird, was von erhöhter Zuverlässigkeit begleitet wird«. Darüber hinaus verringert sich hierdurch auch das Gewicht des Plugdrachens„

Beim Fehlen des Rippenabschnitts AG und BH, wie bei der Anordnung gemäß Fig. 4A, werden die Punkte A und B in der Weise auf den Streben 14 und 15 festgelegt, daß die Verhältnisse CA/CE und CB/CF im Bereich von 0,5 bis 0,8 liegen_o Bei Weglassung der Strebenabschiaitte AE und BP sind die Punkte A und B derart auf den Rippenelementen 12 und 1j5 festgelegt, daß die Verhältnisse DA/DG und CB/CH (ebenfalls) im Bereich von 0,5 bis 0,8 liegeno

Bei der Ausführungsform gemäß Figo 28, die eine Nachbildung der Konstruktion gemäß Figo 4B darstellt, aLnidie die Vorderkante des Plugdrachens bildenden, bogenförmigen Rippenelemente 48 und 49 an Punkten E und F fest mit den Streben 14 bzw«, 15 verbunden« Wie bei der Ausführungsform gemäß Figo 27 sind die Punkte E und F auf den freie Enden G und H aufweisenden, bogenförmigen Rippenelementen 48 und 49 derart angeordnet, daß die Verhältnisse CF/DH und DB/DG im Bereich -von 0,5 bis 0,8 liegen« Dies ist deshalb der Fall, weil erwartet werden kann, daß sich die bogenförmigen Rippenelemente 48 und 49 auf ähnliche Weise, wie in Figo 24 veranschaulicht, durchzubiegen vermögen«

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Die Anordnung gemäß Figo 28 bietet die gleichen Vorteile bzw«, Wirkungen wie diejenige gemäß Figo 27₀

Figo 29 veranschaulicht eine weitere Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 27* bei welcher die Rippenelemente und die Streben an ihren Schnittpunkten verstärkt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Rippenelement 12 eine Versteifung, etwa ein Metallrohr 50 auf, das eng an den an und nahe der Verbindungsstelle befindlichen Abschnitt des Rippenelements 12

ist
angelegte Am Strebenelement 14 ist ein Metallrohr 51 fest an seinen an und nahe der Verbindungsstelle A befindlichen Abschnitt angelegt, wobei diese Rohre mit dem bogenförmigen Rahmenelement verbunden sind_e Ähnliche Metallrohre 51 und 55 sind, ähnlich wie die Metallrohre 50 und 52, mit enger Passung auf die Rippe 1j5 bzw«, die Strebe 14 aufgesetzt«,

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Versteifung ■ nioht auf das Metallrohr beschränkt ist_p sondern auch aus einem Rohrstreifen bzw,, einer Leiste bestehen kann«, Wahlweise kann das Material des an und nahe der betreffenden Verbindungsstelle befindlichen Abschnitts jedes Rahmenelements mechanisch verstärkt sein₀

Aus Figo 25 ist ersichtlich, daß die Schnittstelle A oder B zwischen Rippe 12 und Strebe 14 oder Rippe 1j5 oder Strebe 15 einer maximalen Biegespannung in Abhängigkeit von einer verteilten Belastung unterworfen ist, die aufgrund von Winddruck auf den Flugdrachen ausgeübt wird_o Wenn daher die Abschnitte der Rahmenelemente an und nahe der Schnittpunkte schwach sind, besteht an diesen Stellen eine Bruchgefahr₀ Die Versteifungen 50 bis 53 vermögen diese Gefahr wirksam auszuschalten.

Bei der Ausführungsform gemäß Figo 29 wird durch die Versteifung ersichtlicherweise eine große Verbesserung der Festigkeit der Rahmenelemente erreicht, so daß jede unregelmäßige Verformung des Flugdrachens aufgrund des Winddrucks ausgeschaltet

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wird«, Infolgedessen wird mit dieser Anordnung ein Plugobjekt geschaffen, das äußerst stabil im Wind zu fliegen bzw_o zu schweben vermag,,

Wenn ein auf eine Fläche des Flugdrachens einwirkender Winddruck von einem an dieser Fläche angebrachten Rahmenelement aufgenommen wird, werden die Rahmenelemente infolge dieses Drucks mit einer verteilten Belastung beaufschlagte Unter diesen Bedingungen können die Rahmenelemente zweckmäßig aus einem Werkstoff mit hoher Biegesteifigkeit in einer Richtung senkrecht zur Flugdrachenoberfläche hergestellt sein_o Andererseits werden im Hinblick auf die Flugleistung der Flugdrachen vorzugsweise leichte Rahmenelemente verwendete Die Rahmenelemente können daher nicht unbegrenzt verdickt werden, um ihre Biegesteifigkeit zu erhöhen«

Zur Vermeidung dieses Nachteils können die Rahmenelemente eines der Querschnittsprofile gemäß den Figo 30A bis 30D besitzen,. Gemäß Figo J)Ok besitzt ein durch das Element 12 repräsentiertes Rahmenelement ein Quersehnittsprofil in Form eines hoiien Rechtecks ο Das Rechteck weist längere Seiten b und kürzere Seiten h auf, wobei eine der kürzeren Seiten an der Oberfläche 16 des Flugdrachfens befestigt ist.

Das Rahmenelement gemäß Figo 3OA besitzt ein großes geometrisches Trägheitsmoment, aber ein sehr geringes Gewichte Da zudem die kürzere Seite des Rechtecks an der Oberfläche bzw«, Tragfläche des Flugdrachens befestigt ist, besitzt das Rahmenelement eine stark erhöhte Biegesteifigkeit in einer Richtung senkrecht zur Flugdrachenoberfläche· Hierdurch wird das Gesamtgewicht des Flugdraehens verringert, während seine* Fläche bzw₀ Tragfläche einer geringeren Verwindung unterworfen ist«. Dies ergibt die vorteilhafte Wirkung, daß der Flugdrachen sowohl bei leichtem als auch starkem Wind einen äußerst stabilen Flugzustand besitzt»

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Figo J5OB zeigt einen Querschnitt in Form eines massiven Rechtecks. Ein Rahmenelement mit diesem Querschnitt besitzt ein vergleichsweise geringes Gewicht bei immer noch hoher Biegesteifigkeit»

Im Fall eines rechteckigen Querschnitts _D ob hohl oder massiv-, ist die Biegesteifigkeit des Rahmenelements unmittelbar proportional seiner Breite h und proportional der dritten Potenz seiner Dicke« Aus diesem Grund wird das Rahmenelement vorzugsweise derart an der Fläche 16 des Flugdrachens angebracht,, daß seine Abmessung senkrecht zur Flugdrachenoberfläche größer ist als die parallel dasu liegende Abmessung^ wie dies aus den Figo 3OA und jJQB her» vorgellte

Ein hohler kreisförmiger Querschnitt des Hahmenelements 10 gemäß · Figo 300 bietet die gleiche Wirkung wie der hohle Rechteckquerschnitt gemäß Figo

In Figo JOD ist ein zentrales bzw. Rahmenelement 10 mit einem massiven kreisförmigen Querschnitt dargestellte Mit diesem Querschnitt wird das gleiche Ergebnis erzielt wie mit demjenigen gemäß Figo

Ersichtlicherweise führen somit die Querschnitte gemäß den Figo 30A bis 3OD zu Rahmenelementen mit hoher Steifigkeit und geringem Gewicht, mit dem Ergebnis, daß mit diesen Rahmenelementen ausgerüstete Flugdrachen unter allen Windbedingungen äußerst stabil in der Luft zu fliegen bsw₀ zu schweben vermögen_o

Wie erwähnt, ist der kreisförmige Querschnitt dem rechteckigen Querschnitt insofern vorzuziehen, als mit ersterem ein geringeres Gewicht erzielt wird, während das geometrische Trägheitsmoment unverändert bleibte

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Die bisher üblichen Plugdrachen wurden im allgemeinen aus einem Satz von Rahmenelementen gebildet, welche einmal den Biegedruck aufnehmen und zum anderen auch die Form des Flugdrachens aufrechterhaltene Derartige Konstruktionen sind insofern nachteilig, als dann, wenn auf ihre Form besonderer Wert gelegt wird, die Zahl der Rahmenelemente zunimmt und mithin ihre Festigkeit eingeschränkt werden muß_e Wird dagegen Wert auf die Festigkeit der Rahmenelemente gelegt, so ist die Form des Flugdrachens Einschränkungen unterworfene Die bisher verwendeten Flugdrachen waren daher bezüglich ihrer Form nur in geringem Umfang abwandelbare

Erfindungsgemäß können diese Nachteile bzw₀ Mängel der bisherigen Konstruktionen durch Schaffung eines Flugobjekts bzw« Flugdrachens ausgeräumt werden, der ein Flächenelement, etwa ein Stück einer Polyvinylchloridfolie, mehrere primäre, hochfeste Rahmenelemente zur Aufnahme des Winddrucks und eine Anzahl sekundärer Rahmenelemente aufweist, welche die Form des Flugdrachens bestimmen und fest bzw« einstückig am Flächenelement befestigt sind₀ Eine Ausführungsform eines derartigen Flugdrachens ist in Figo 31 dargestellt. Diese Ausführungsform ähnelt mit Ausnahme der Anordnung der sekundären Rahmenelemente der Konstruktion gemäß Fig, 4B₀

Bei dieser Ausführungsform sind zwei sekundäre, bogenförmige Rahmenelemente 48' und 49* jeweils mit dem einen Ende an der Verbindungsstelle^bzwe anf Gelenk 40 angelenkt und mit den anderen Endabschnitten an den freien Enden der Streben 14 bzw, 15 angebrachte Zwei weitere sekundäre Rahmenelemente 54 und 55 kreuzen die Streben 14 bzw« 15 etwa in deren Mittelabschnitten, während ein weiteres Paar sekundärer Rahmenelemente 56 und 57 die Streben 14 und 15 in deren unteren Abschnitten kreuzt» Weiterhin sind zwei sekundäre Rahmenelemente 58 und 59 jeweils mit einem Ende am bogenförmigen Element 48' bzw_e 49* angebracht, so daß sie ein kurzes Stück vor den Rippen~12 bzw_e IJ enden_e Die

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sekundären Rahmenelemente 48, 54, 5β und 58 sind in bezug auf die sekundären Rahmenelemente 49¹, 55, 57 und 59 um die Achse des zentralen Rahmenelements 10 Bzw« Zentralachse des Plugdrachens herum symmetrisch angeordnet, während die sekundären Rahmenelemente 5^ bis 57 zwischen dem Flächenelement und dem zugeordneten Strebenelement 14 bzw_o 15 verlaufen und im wesentlichen auf das Gelenk 40 weisen«. Die sekundären Rahmenelemente können dabei aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie die primären Rahmenelemente.

Alle sekundären Rahmenelemente sind auf passende Weise, etwa mittels eines Klebstreifens oder eines Klebemittels 58, wie für das Element 57 in Figo J52 dargestellt, am Flächenelement 16 befestigt. Die sekundären Rahmanelemente 48¹, 49¹, 54, 55, 56 und 57 sind somit einstückig mit dem Ober flächenelement 16 verbunden, so daß sie die Form des Flugdrachens aufrechtzuerhalten vermögen_e

Das zentrale Rahmenelement 10, die Rippen 12 und I3 sowie die Streben 14 und 15* welche als primäre Rahmenelemente bezeichnet werden, sind nur an ausgewählten Abschnitten mit Hilfe eines geeigneten Klebmittels am Flächenelement 15 befestigt, so daß jedes dieser Elemente insgesamt vom Flächenelement 16 getrennt ist_o

In jeder anderen Beziehung ähnelt die Anordnung derjenigen gemäß Figo 4b.

Bei der Ausführungsform gemäß Figo J>\ werden bei einem auf das Flächenelement 16 einwirkenden Winddruck die sekundären Rahmenelemente gegen die primären Rämenelemente gedrückt, so daß der das Flächenelement 16 beeinflussende Minddruck auf die primären Rahmenelemente übertragen und daher von diesen aufgenommen wird.

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Bei fehlendem Winddruck bleiben die primären und sekundären Rahmenelemente voneinander getrennt, während sie unter einem Winddruck aneinander angedrückt werden. Gewünschtenfalls können die sekundären Rahmenelemente "von vornherein mit den zugeordneten primären Rahmenelementen verbunden werden_e

Dußch Ausbildung des Sekundärrahmens _s welcher die Form des Flugdrachens unabhängig von den den Winddruck aufnehmenden primären Rahmenelementen aufrechterhält, kann daher jede beliebige Form des Flugobjekts gestaltet werden, ohne daß die Festigkeit des verwendeten Rahmens herabgesetzt wird«,

33 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß Figo 31, bei welcher das zentrale Element 10 beispielsweise aus einem schnurartigen Element 10^! besteht und die Rippenelemente 12 und 13 durch Abspannelemente 12* und I3¹ mit geringerer Dicke als die Streben 14 und 15 ersetzt sind, um einen konstanten Abstand zwischen dem Gelenk bzw_e der Verbindung D und Jeder Verbindung A bzwo B aufrechtzuerhalten Die Streben 14 und I5 dienen hierbei als primäre Rahmenelemente zur Aufnahme des auf das Flächenelement 16 bzw. die "Tragflächen" 16-2 und I6-3 einwirkenden Winddrucks O

Bei der dargestellten Ausführungsform sind mehrere, im vorliegenden Fall zwei sekundäre Rahmenelemente der in Figo 3I gezeigten Art am Gelenk D gelenkig miteinander verbunden, wobei eine Leine 20 mit dem Gelenk D verbunden ist* Die sekundären Rahmenelemente sind auf zweckmäßige Weise am Flächenelement 16 angebracht, und sie werden, wie im Fall des sekundären Elements 56 in Figo 34 veranschaulicht, von den,primären Rahmenelementen 14 päer 15 überspannt.

In jeder anderen Hinsicht-entspricht diese Ausführungsform, mit Ausnahme des Wegfalls der sekundären Rahmenelemente 58 und 59* der Konstruktion gemäß Figo 31«

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Wenn auf die Oberfläche bzw„ die zweiseitig symmetrischen Windangriffsflächen 16-2 und I6-3 des Flugdrachens ein Winddruck einwirkt, sind diese beiden Flächen bestrebt, sich zusammen mit den am Oberflächenelement 16 angebrachten sekundären Rahmenelemeni/48^!, 49¹ und 54 bis 57 um die Achse des zentralen Rahmenelements 1O¹ bzwo die Mittelachse des Flugdrachens zu verdrehen« Da alle sekundären Rahmenelemente so am Flächenelement 1ö angebracht sind, daß sie die primären Rahmenelemente 14 und 15 kreuzen, wird der auf die Windangriffsflächen 16-2 und 16-J wirkende Winddruck über die sekundären Rahmenelemente vollständig auf die primären Rahmenelemente 14 und 15 übertragene

Es ±£ darauf hinzuweisen, daß die primären Rahmenelemente 14 und 15 so bemessen und geformt sind, daß die Verformung und Festigkeitsbeanspruchung aufgrund des Winddrucks ihre höchstzulässigen Werte nicht überschreiten,.

Beim Einwirken eines Winddrucks auf den Flugdrachen übt das bogenförmige Federelement 44 eine Gegenwirkkraft auf die Hauptrahmenelemente 14 und 15 aus, so daß letztere einer Biegeverformung und/oder Verwindung unterworfen werden_o Zur Verhinderung einer Verformung und/oder Verwindung der primären Rahmenelemente aufgrund ihrer Durchbiegung sind diese Rahmenelemente am Punkt D frei um die Achse des zentralen Elements 10¹ herum verschwenkbar gelagert, während die Abspannelemente 12* und I3¹ zwischen den Punkten A und B der Hauptrahmenelemente 14 bzw, 15 verspannt und am Punkt D auf der Zentralachse gelenkig miteinander verbunden sind_e Selbstverständlich wird von den Abspannelementen 12¹ und 1J^l kaum eine Aufnahme des auf die Windangriffsflächen einwirkenden Winddrucks erwartet·

Die primären Rahmenelemente 14^! und 15' besitzen vorzugsweise einen hohlen oder massiv kreisförmigen"Querschnitt _a weil nicht nur die Biegesteifigkeit, sondern auch die Verwindungssteifigkeit bei begrenztem Gewicht vergrößert werden soll«

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Gewünschtenfalls kann der längs der Zentral- bzw. Mittelachse verlaufende Abschnitt des Flächenelements 16 das zentrale Element 10' bilden,, Ebenso können auch die Abspannelemente 12' und 14^! aus'schnur- bzw. leinenartigen Elementen gebildet seinö Darüber hinaus können die sekundären Rahmenelemente 54 bis 57 so bemessen sein, daß ihre Innenenden oder die vom Rand des Flächenelements 16 entfernten Enden den Punkt D nicht erreichen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 33 ist insofern vorteilhaft, als hierdurch dem Flugdrachen erheblich verringertes Gewicht und verbesserte Flugleistung verliehen werden, während die für den stabilen Flug erforderliche Verformung des Flugdrachens die höchstzulässigen Werte ntoht übersteigt und eine vielfältige Abwandlung der Flugdrachenform möglich wird_e

Beim Versuch, bisher übliche Flugdrachen, etwa Rechteckdrachen oder Drachen in der Form eines altertümlichen japanischen Fußkriegers, zum Fliegen zu bringen, konnten diese Flugobjekte häufig zu Boden stürzen, weil der Flugdrachen von den Windverhältnissen abhängig ist, insbesondere wenn zu Beginn des Aufstiegvorgangs die Drachenschnur kurz gehalten wurde_β Ein solcher Absturz fUhrb zu einem Aufprall des Flugdrachens gegen den Erdboden O₀dgl», wobei Rahmen- und Flächenelemente Bruch erleiden könnenο

Bei der Anordnung gemäß Figo 33 gab.· ein solcher Aufprall sehr häufig zur Befürchtung Anlaß, daß die von der Achse des Zentralelements 10' entfernten sekundären Rahmenelemente, wie sie mit GE, HF, G^'und H..K bezeichnet sind, bei ihrem Aufprall auf die Erdoberfläche Aufschlagkräften unterworfen sind, die zur ihrem Bruch führen können_o

Die Flugdrachenkonstruktionen, die neben den primären und sekundären Rahmengliedern sowie dem Federelement (vgl· Figo 31) zwei weitere sekundäre Rahmenelemente zur Bildung einer Vorder-

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kante einer Windangriffsfläche der Art gemäß Pig. 4B oder 28 aufweisen,kÜjBnea infolge der hohen Biegebeanspruchungen bei einem solchen Aufprall bzw· Absturz ebenfalls · Bruch erleiden ₆

Zur Vermeidung eines Bruchs der sekundären Rahmenelemente gemäß Fig. 33 beim Aufprall gegen die Erdoberfläche o.dgl» sind die vom Punkt D entfernten, mit G.E.., HF₁, G₁J-. und H..K.. bezeichneten, zu beiden Seiten der jeweiligen Schnittpunkte bzw„ -linien verlaufenden Abschnitte der sekundären Rahmenelemente 48^!, 49' , 56 und 57 aus einem passenden schlagfesten Material hergestellt, beispielsweise aus Bambus, Glasfasern, Epoxyharzen, feinem Metalldraht, in gewissem Ausmaß weichen Kunststoffen und dgl_o, doch können auch sämtliche Rahmenelemente aus einem derart schlagfesten Material bestehen,, Gewünschtenfalls können die sekundären Rahmenelemente 54 und 55* wie erwähnt, zum Teil oder vollständig aus stoß- bzw_e schlagfestem Werkstoff bestehen.

Beim Aufprall auf den Erdboden oder beim Anstoßen an ein Hindernis sind die nach außen ragenden Abschnitte der so modifizierten sekundären Rahmenelemente folglich vor Beschädigungen geschützt, so daß ein Flugobjekt erhalten wird, das ohne weiteres einen Aufprall beim Absturz zu überstehen vermag·

Fig. 35 veranschaulicht noch eine weitere Abwandlung gemäß Figo 33* die sich darin von der Ausführungsform gemäß Figo 33 unterscheidet, daß gemäß Fig. 35 die Außenabschnitte der sekundären Rahmenelemente 48', 49', 56 und 57 auf eben beschriebene Weise aus einem schlagfesten"Material hergestellt sind, während die Abspannelemente 12' und 1J5¹ weggelassen sind_o Gemäß Fig_o 35 bilden die bogenförmigen Rahmenelemente 48 und 49 Vorderkanten für Windangriffsflächen. Aus diesem Grund braucht diese Konstruktion nicht weiter erläutert zu werden«

Figo 36 veranschaulicht eine Versteifung bzw, Verstärkung zur

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Verhinderung einer Beschädigung eines bogenförmigen sekundären Rahmenelements, das eine Vorderkante einer Windangriffsfläche bildet, bei einem Aufprall des Flugdrachens gegen den Erdboden οοdglο im Falle eines Absturzes. Gemäß Fig. ~$6 ist ein Kreissegment βΟ bzw«, 61 um die Verbindungsstelle E oder F des bogenförmigen sekundären Rahmenelements 48 bzw_o 49 und das freie Ende des primären Rahmenelements 14 bzw_c 15 herum am Flächenelement 1β angeordnet, wobei die beiden Enden dieses Kreissegments mit dem jeweils zugeordneten bogenförmigen Rahmenelement verbunden sind«. Das Segment 60 bzw· 61 verläuft quer über das primäre Rahmenelement 14 bzw, 15 zwischen diesem und dem Flächenelement 16, so daß es den um die Verbindungsstelle E oder F herum befindlichen Abschnitt des Rahmenelements 48' bzw. 49¹ zur Ausschaltung eines Bruchs desselben versteift;

Die Versteifungen bildenden Kreissegmente 60 und 61 können aus Klaviersaitendraht, Bambus oder Kunststoff bestehen« Gewünschtenfalls können diese Versteifungen βθ und 61 auch geradlinig sein. Wahlweise kann jede Versteifung aus einem Stück etwas dickeren Papiers, einer Plastikfolie, einer Holzlage o_edgl. bestehen, wobei diese Versteifungen zumindest im Bereich der Verbindungsstellen E oder F an den betreffenden Abschnitten der Rahmenelemente 48 oder 49 und des Flächenelements 16 angeklebt sind.

Diese Ausführungsform ähnelt in jeder anderen Hinsicht derjenigen gemäß Figo

Die Ausführungsform gemäß Fig. 36 ist insofern vorteilhaft, als ein Bruch auch dann effektiv verhindert wird, wenn die die Vorderkanten bildenden, bogenförmigen sekundären Rahmenelemente bei· einem Absturz von Aufprallkräften beaufschlagt werden.

Zur Erleichterung der Unterbringung und des Transports des erfindungsgemäßen Flugdrachens sind die primären Rahmenelemente auf die in Fig. 37 gezeigte Weise abnehmbar bzw_e lösbar miteinan-

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der und mit den die Vorderkanten der Windangriffsfläche bildenden sekundären Rahmenelementen verbunden. Genauer gesagt, sind die primären Rahmenelemente 14 und 15 am einen Ende mittels eines allgemein mit 64 bezeichneten Gelenks trennbar miteinander verbundene Wie am besten aus Figo jQ hervorgeht, weist das Gelenk 64 ein rechteckiges Tragstück 66 aus einem beliebigen Folienbzw. Lagenmaterial, das um seine Längsachse herum frei biegbar ist, sowie zwei kurze Hülsen bzw_o Stutzen 68 und 69 auf, die V-förmig miteinander verbunden und am Tragstück 66 befestigt sind, dessen Längsachse einen vorbestimmten Winkel an der Spitze der V-Porm halbierte Hierbei ist das rechteckige Tragstück 66 mit Hilfe eines geeigneten Klebmittels am Flächenelement 16 befestigt, so daß die Längsachse des Tragstücks 66 mit der Achse des zentralen Elements 10* koinzidiert und die Spitze der V-Form auf dem Punkt G liegt. Die Stutzen 68 und 69 sind so bemessen, daß die primären Rahmenelemente 14 und 15 mit engem Sitz, aber lösbar in sie einsteckbar sind«,

Die primären Rahmenelemente 14 und 15 sind mit ihren anderen Endabschnitten ebenfalls lösbar bzw. trennbar an den neben den Punkten E und F liegenden Abschnitten des Flächenelements 16 mit Hilfe von allgemein mit JO bzw. 7I bezeichneten Gelenken verbunden. Die beiden Gelenke 70 und 71 besitzen Jeweils gleiche Konstruktion, so daß nur eines dieser Gelenke, z«,B_e das Gelenk 70, anhand von Fig. 39 erläutert wird_o Das Gelenk 70 weist ein Tr-agstück 72 aus dem gleichen Material wie das Tragstück 64 sowie eine längs dessen Längsachse befestigte Hülse bzw«, Stutzen 74 aufβ Das Gelenk 70 ist dabei an dem neben dem Punkt E am bogenförmigen sekundären Rahmenelement 48 befindlichen Abschnitt des Flächenelements 16 befestigt, so daß seine Schrägseite eng am zugeordneten Abschnitt des bogenförmigen Rahmenelements 48 anliegte

Das Gelenk 7I weist den Teilen 72 und 74 des Gelenks 70 entsprechende Teile 73 bzw«, 75 auf.

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Die zweiten Endabschnitte der primären Rahraenelemente 14 und 15 sind fest, aber trennbaren die Stutzen 74 bzw₀ 75 einsteckbar, bis ihre Endabschnitte an den Böden der betreffenden Stutzen anstoßen und dabei einen geringen Abstand von den angrenzenden Abschnitten der sekundären Rahmenelemente 48 und 49 (vgl«, FigO7) besitzen.

Gewünschtenfalls können das Tragstück 66 und die Stutzen 68 und 69 einstückig aus einem zweckmäßigen Kunststoff geformt sein«. Dies gilt auch für die betreffenden Haltestücke und die Stutzen 72 und 74 bzw_e 73 und 75·

Unter Ausnutzung der Flexibilität bzw· Dehn- und Zusammenziehbarkeit können die einzelnen primären Rahmenelemente 14 oder 15 für Flugzwecke ohne weiteres in die Gelenke 64 und 70 bzw_o 71 eingesteckt werden«,

Für das Verstauen oder den Transport der Ausführungsform gemäß Pig« Jl werden die primären Rahmenelemente 14 und 15 zunächst unter Ausnutzung der Flexibilität ο«dgl. der zugeordneten Gelenke aus diesen herausgezogen«, Sodann kann das Flächenelement in den sekundären Rahmenelementen 48, 49 und 54 bis 7I ähnlich wie ein Regenschirm um den Punkt D herum zusammengefaltet werden.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. JJ , 38 und 59 ist auch insofern vorteilhaft, als ein etwa gebrochenes primäres Rahmenelement ohne weiteres für Instandsetzungszwecke durch ein neues Element ersetzt werden kann_o

Die Form von Flugobjekten, wie Flugdrachen, kann im allgemeinen verschiedenartig var-iiert werden und auch eine dreidimensionale Krümmung besitzen«, Es ist sehr schwierig, das Flächenelement an Rahmen mit komplizierter Konfiguration zu befestigen, ohne daß im Flächenelement Falten und/oder Lockerstellen entstehen_e

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Solche im Flächenelement entstehenden Falten und/oder Lockersteilen bringen die zweiseitig symmetrischen Flächenabschnitte dieses Flächenelements in Unausgleich, was einen der Faktoren für eine erhebliche Verringerung der Flugstabilität von im Flugzustand befindlichen Flugobjekten darstellt.

Erfindungsgemäß wird zudem auch die Bildung solcher Unregelmäßigkeiten im Flächenelement durch Ausnutzung der Elastizitäts- bzw_o Sprungkraft mindestens einiger der ein Gerüst bildenden Rahmenelemente verhindert, wodurch dem Rahmenelement eine Spannung erteilt wird, so daß es fest mit den Rahmenelementen verspannt ist und sich keine Oberflächenunregelmäßigkeiten bilden,»

Eine Ausführungsform der soeben erwähnten Art ist in Fig. 40 dargestellt, welche im wesentlichen derjenigen gemäß Fig„ Jj5 ähnelt, nur mit dem Unterschied, daß gemäß Fig. 4O die die Vorderkanten bildenden, bogenförmigen sekundären Rahmenelemente elastisch sind und darüber hinaus zwei weitere sekundäre Rahmenelemente auf dem Flächenelement symmetrisch zu dessen Mittenachse angeordnet und an einem Punkt D angelenkt sind_o

Genauer gesagt, bestehen die bogenförmigen, sekundären Rahmenelemente 48 und 49 aus einem geeigneten Werkstoff hoher Elastizität und niedriger Kriechspannung, etwa feinem Klaviersaitendraht, Bambus und dgl._o

Jedes der angelenkten Rahmenelemente 48 oder 49 ist im voraus in eine Form gebracht,- welche der endgültig vorbestimmten Form nach Verbindung mit dem Flächenelement 16 angenähert ist« Diese Rahmenelemente 48 und 49 besitzen dabei anfänglich die in Fig_o 40 in strichpunktierten Linien bei 48a und 49a angedeutete Form»

Für den Zusammenbau der Anordnung gemäß Fig_o 40 werden die primären Rahmenelemente 14 und 15* die sekundären Rahmenelemente 54 bis 59¹, die Abspannelemente 12' und 15¹ sowie das Federele-

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ment 44 zunächst auf die in Fig_o 40 veranschaulichte Weise unter Bildung eines Gerüsts bzw«, Rahmens angeordnet. Sodann wird an dem auf diese Weise gebildeten Rahmen das Flächenelement 16 befestigt«, Zu diesem Zweck wird das Flächenelement 16 provisorisch an einem Punkt am Rahmen, der vorzugsweise von den genannten Rahmenelementen entfernt ist, nämlich an einer von den die Vorderkanten bildenden Rahmenelementen 48, 49 entfernten Stelle, im vorliegenden Falle in der Nähe des Punkts C, provisorisch festgelegt, um es unter eine Spannung zu setzen«,

Hierauf werden die bogenförmigen sekundären Rahmenelemente 48 und 49 im oben beschriebenen Anfangszustand mit dem einen Ende am Flächenelement 16 befestigt, und zwar am Punkt D auf der Zentralachse des Flächenelements 16. Durch eine auf das andere Ende jedes dieser Elemente 48 oder 49 ausgeübte Kraft wird dieses Element im Bereich seiner elastischen Verformbarkeit verformt, so daß es sich der Vorderkante des resultierenden Flugdrachens anpaßte Sodann werden diese bogenförmigen Rahmenelemente 48 und 49 mit Hilfe geeigneter Mittel am Flächenelement 1β befestigt, worauf die ausgeübte äußere Kraft von diesen Elementen weggenommen werden kann. Infolge dieser Kraftaufhebung besitzen die sekundären Rahmenelemente 48 und 49 das Bestreben, unfer ihrer Eigenelastizität ihre Ursprungsform wieder anzunehmen. Aufgrund ihrer Befestigung am Flächenelement 16 können die Rahmenelemente 48 und 49 jedoch nicht in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, so daß sie vielmehr eine Zugspannung auf das Flächenelement 16 ausüben und dabei die restliehen Rahmenelemente am Flächenelement 16 befestigt halten«

Es ist darauf hinzuweisen, daß neben <Len bogenförmigen Rahmenelementen 48 und 49 auch ein oder mehrere Paare der beidseitigen Rahmenelemente oder auch alle Rahmenelemente dazu benutzt werden können, das Flächenelement 16 unter eine Zugspannung zu setzen·

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- 8ο -

Die Ausführungsform gemäß FIg₀ 4θ ist also darin vorteilhaft, daß das Flächenelement effektiv an einer Bildung von Falten und/oder Lockerstellen gehindert wird, so daß ein instabiler Flugzustand des Flugdrachens aufgrund großer Verformungen des Flächenelements vermieden wird»

Fig, 4i zeigt eine weitere Abwandlung der Erfindung,bei welcher die Federelemente an beiden Enden schwenkbar mit den primären Rahmenelementen verbunden sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 36 ohne die Versteifungen 60 und 61 nur darin^ daß gemäß Fig₀ 41 beide Enden des Federelements 44 über getrennte Kupplungen 80 und 81 schwenkbar mit.den primären Rahmenelementen 14 und 15 verbunden sind.

Die Kupplungen 80 und 81 besitzen jeweils gleiche Konstruktion, so daß im folgenden anhand von Figo 42, 4j5 und 44 nur eine dieser Kupplungen, Z₀B₀ die Kupplung 80, näher beschrieben ist„ Die Kupplung 80 weist ein erstes Rohrelement 82₅ das am Außenumfang mit einer flachen Ausnehmung bzw_e Abflachung 84 versehen ist, sowie ein zweites Rohrelement 86 auf, dessen einer Endabschnitt 88 zu einer Abfüachung zusammengepreßt ist» Die Verbindung des zweiten Rohrelements 86 mit dem ersten Rohrelement 82 zwecks drehbarer Verbindung des flachen Endabschnitts 88 mit der ' Abflachung 84 des ersten Rohrelements 82 erfolgt durch einen Niet bzw« Bolzen 90 (Fig„ 44), der durch eine Bohrung 92 im flachen Endabschnitt 88 "hindurchgeführt ist und eine relative Dreh- bzw. Schwenkbewegung um seine Achse herum ermöglicht«,

Die Kupplung 81 umfaßt die Bauteile 85, 85, 87, 89 und 9I, welche den Bauteilen 82, 84, 86, 88 bzw. 90 der Kupplung 80 entsprechen,,

Nach dem lockeren Einsetzen des primären Rahmenelements 14 oder 15 in die zugeordnete Kupplung 80 bzw_e 81 wird letztere mittels

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zweier Stellstifte 94 und 96 gemäß Fig_ö 4ü auf dem betreffenden Rahmenelement an einer vorbestimmten Stelle ausgerichtet« Die beiden Endabschnitte des federnden Rahmenelements bzw_o Federelements 44 werden sodann mit enger Passung in die zweiten Rohrelemente 86 oder 87 (Fig. 45) eingesteckte Auf diese Weise ist das Federelement 44 so mit den primären Rahmenelementen 82 oder 83 verbunden, daß es um die Achse beider Niete bzw_e Bolzen schwenkbar ist.

Wenn der Flugdrachen gemäß Fig_o 41 unter Beaufschlagung durch den Winddruck in der Luft schwebt, spricht das Federelement 44 auf den Winddruck mit einer Änderung seiner Krümmung unter Verkleinerung seines Krümmungsradius an. Hierdurch wird verhindert, daß auf die jeweiligen primären Rahmenelemente 14 oder 15 eine Verwindungskraft aufgebracht wird, während sich das Federelement 44 ruckfrei relativ zum betreffenden Rahmenelement 14 und 15 zu drehen bzw«, zu schwenken vermag«.

Mit der Anordnung gemäß Fig_e 41 werden mithin die Nachteile vermieden, die sich aus einer starren Verbindung des Federelements an den beiden primären Rahmenelementen ergeben. Bei starrer Verbindung des Federelements 44 an den Rahmenelementen 14 und 15 hat nämlich eine Änderung des Krümmungsradius des Federelements 44 unter dem Einfluß des auf den Drachen einwirkenden Winddrucks die Entstehung einer Verdreh- bzw. Verwindungskraft an jedem primären Rahmenelement 14 oder 15 zur" Folge. Dies bringt eine für den Flugzustand nachteilige Verformung des Flugdrachens hervor, beispielsweise eine Verformung der sekundären Rahmenelemente 48 oder 49 und 54 bis 57.

Die Kupplung 80 bzw„ 81 dient gleichzeitig als Versteifung für das primäre Rahmenelement 14 oder 15·

In Fig_o 45, in welcher den Bauteilen von Fig. 42, 4j und 44 identische oder ähnliche Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern

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bezeichnet sind, ist eine Abwandlung der Kupplung 80 dargestellt« Die dargestellte Ausführungsform weist ein erstes Rohrelement 82 und ein zweites Rohrelement 84 auf, das an einem Ende dadurch verschlossen ist, daß dieser Endabsohnitt zu einer flachen Lage 98 mit praktisch rechteckiger Form verpreßt ist_o Die flache Lage dient dabei als AnschlußstUck 98 zur Verbindung der beiden Rohrelemente 82 und 84ο Hierbei ist die parallel zur Längsachse des zweiten Rohrelements 84 verlaufende Seite des Anschlußstücks 98 der Länge nach mit dem Außenumfang des ersten Rohrelements verbunden, so daß eine flexible Verbindung zwischen den beiden Elementen hergestellt ist.

In jeder.anderen Beziehung ist die Anordnung ähnlich wie bei derjenigen gemäß den Fig. 42 bis 44_O

Die Rohrelemente 82 und 84 sowie das Anschlußstück 98 können nach anrieh bekannten Formverfahren unter Verwendung eines zweckmäßigen Kunststoffes, wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid, als materialeinheitliche bzw«, einstückige Konstruktion hergestellt werden. Wahlweise können sie getrennt geformt und dann miteinander vereinigt werden_o

Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung besitzen jeweils einen Rahmen niedrigen Gewichts und ausreichend hoher Festigkeit, um seine Verformung bei Gewährleistung eines stabilen Flugzustands bei Windstärken zwischen einer leichten Brise und einem Sturm weitgehend auszuschließen₀ Das Federelement 44 soll dabei den Grenzflächenwinkel zwischen zwei Planflächen 16-2 und 16-3 auf einen bestimmten Wert oder darunter steuern, so daß dem Flugdrachen eine solche Auftriebskraft verliehen wird, daß er auch noch bei stürmischem Wind zu fliegen vermag₀ Wenn die Sturmflugeigenschaften des Flugdrachens noch verbessert werden sollen, sollte das Federelement 44 eine sehr große Federkpnstante bzw_o Federkennung besitzen, während gleichzeitig sein Gewicht sowie das Gewicht

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der primären Rahmenelemente erhöht wird. Hierdurch werden allerdings die Leichtwindflugeigenschaften des Plugdrachens beeinträchtigt.

Dieser Nachteil kann bei einer weiteren Abwandlung der Erfindung gemäß Fig. 46 vermieden werden, die zusammengesetzte bzw. Verbundfedermittel aufweist. Die dargestellte Ausführungsform entspricht weitgehend derjenigen gemäß Fig. 41, nur mit dem Unterschied, daß gemäß Fig. 46 das als Hauptfeder wirkende Federelement 44 starr mit den primären Rahmenelementen 14 und 15 verbunden ist, während das zentrale Element 10 mittels einer Blattfeder und eines Gelenks am Flächenelement 16 befestigt ist.

Das zentrale Element 10, das gemäß Fig. 47 einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, ist an einem Endabschnitt, nämlich am oberen Endabschnitt gemäß Fig. 46, mit einer abgewinkelten Blattfeder 100 versehen, die aus einem geeigneten Federmaterial, wie Phosphorbronze, besteht und als Hilfsfeder wirkt. Wie am besten aus Fig. 47 hervorgeht, ist die eine Hälfte der Blattfeder 100 unter einem Winkel 2x gegenüber der anderen Hälfte abgewinkelt, wobei zwischen diesen Hälften eine halbkreisförmige Mulde mit einer der Form des zentralen Elements 10 komplementären Form ausgebildet ist· Der Winkel 2X ist kleiner als der Anfangswinkel 2£ zwischen den Windangriffsflächen 16-2 und 16-3 des Flächenelements 16.

Die abgewinkelte Blattfeder 100 mit dem in ihre halbkreisförmige Mulde eingelegten zentralen Element 10 wird an einem Gelenk angeordnet, an dessen beiden Seiten, wie durch die sekundären Rahmenelemente 54 bzw. 55 angedeutet, die sekundären Rahmenelemente 48', 54 und 56 oder die sekundären Rahmenelemente 49*, und 57 angebracht sind« Sodann wird das Gelenk 102 am Flächenelement 16 in seiner vorgesehenen Position befestigt, in welcher das zentrale Element 10 längs der Zentralachse des Flächenelements 16 verläuft und sich mit seinem Ende unmittelbar über der Raadkante des Flächenelements 16 befindet. Das Gelenk 102

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hält dabei den Anfangswinkel 2£ zwischen den Plan- bzw. Windangriff stLächen 16-2 und 16-3 aufrecht.

Die Wirkungsweise der Ausführungsformen gemäß den Fig. 46 und ist im folgenden unter Bezugsnahme auf ein dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem gemäß Fig. 48 erläutert. Wie dargestellt, geht bei diesem Koordinatensystem vom Punkt D gemäß Fig. 46 eine z-Achse aus, die längs einer Faltung bzw. Knickstelle auf der Zentralachse des Flächenelements 16 verläuft, während eine x-Achse den Grenzflächenwinkel 2£, zwischen den Planflächen 16-2 und 16-5 halbiert. Bei dem Koordinatensystem gemäß Fig. 48 entspricht das um die z-Achse wirkende Moment einer Windkraft nasii Fig. 49. Die graphische Darstellung gemäß Fig. 49 entspricht praktisch derjenigen gemäß Fig. I3, weshalb gleiche Symbole dieselbe Bedeutung besitzen wie in Fig. 1;5.

Aus Fig. 49 geht hervor, daß bei hoher Windgeschwindigkeit die Kurve Q₁ für das Moment der Windkraft um die z-Achse an drei Punkten £,, 6p und £, die Kurve Kp für das Moment der elastischen Kraft um die gleiche Achse herum schneidet, sofern das Federelement 44 die richtige Federkonstante besitzt. Die Punkte S₁, und £_ sind stabile Punkte, während der Punkt £p instabil ist₀ Wenn dagegen die Federkonstante bzw. Federkennung des Federelements 44 zu klein ist, um auf jedes primäre Rahmenelement 14 bzw. 15 eine ausreichend große Gegenwirkkraft ausüben zu können, ist das Moment der elastischen Kraft um die z-Achse gleich dem der Windkraft um die gleiche Achse, und zwar an einem Punkt 8^ bei hoher Windgeschwindigkeit und an einem Punkt £,- bei niedriger Windgeschwindigkeit« Jeder dieser Punkte S^ u*¹⁰ ^5 liegt in einem Bereich ziemlich kleiner Werte des Flächenwinkels zwischen den Planflächen 16-2 und I6-3 des Flächenelements 16. Hierbei ergibt sich kein für den Flugzustand des Flugdrachens erforderlicher Auftrieb, so daß der Flugdrachen abstürzen kann.

Zur Vermeidung eines solchen Absturzes muß die Federkonstante des Federelements 44 bei gleichzeitiger Verringerung des Durch-

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messers des Federelements 44 und folglich entsprechend der Vergrößerung des Durchmessers der primären Rahmenelemente 14 oder

15 ausreichend groß gewählt werden. Hieraus folgt eine Gewichtserhöhung des Plugdrachens und mithin eine Beeinträchtigung seiner Plugeigenschaften in leichtem Wind.

Andererseits leitet die Hilfs- bzw. Blattfeder 100 eine Gegenwirkkraft auf jedes der sekundären Rahmenelemente in Abhängigkeit von einer Drehung der Windangriffsflächen 16-2 und 16-^ über einen bestimmten Winkel um die Zentralachse des Flächenelements

16 aufgrund des diese Windangriffsflächen beaufschlagenden Winddrucks ein. Wenn sich nämlich die beiden Windangriffsflächen 16-2 und 16-J5 um die Zentralachse des Flächenelements 16 unter Bildung eines Winkels 26 gegeneinander verschwenkt haben, übt die Hilfs- bzw. Blattfeder 100 augenblicklich eine Gegenwirkkraft auf die einzelnen Rahmenelemente aus, wodurch die Form des Plugdrachens aufrechterhalten wird, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig„ 49 dargestellt ist, die ein durch die Blattfeder 100 ausgeübtes Kraftmoment um die z-Achse herum wiedergibt. Infolgedessen ändert sich die auf die Rahmenelemente ausgeübte elastische Kraft abrupt beim Zentralwinkel 2£ , worauf das Moment der durch die Blattfeder 100 ausgeübten Gegenwirkkraft um die z-Achse bei hoher Windgeschwindigkeit dem Windkraftmoment um die gleiche Achse herum an stabilen Punkten £g und 6₇ gleich sein kann.

Die Anordnung gemäß den Fig. 46 und 47 gewährleistet somit eine Verbesserung der Flugeigenschaften des Flugdrachens bei stürmischem Wind ohne Beeinträchtigung der Leichtwindflugeigenschaften.

Die Anordnung gemäß Figo 50 unterscheidet sich nur darin von derjenigen gemäß Fig. 48, daß eine als Hilfsfeder dienende Schenkel- bzw. Schraubenfeder um den einen Endabschnitt des zentralen Elements 10 herumgelegt ist, wobei die beiden Federschenkel radial nach außen ragen und zwischen sich den genannten

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Winkel 2*, festlegen. In Fig. 50 sind den Teilen von Pig. 48 entsprechende oder ähnelnde Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Pig· 51 veranschaulicht noch eine weitere Abwandlung der Erfindung, die einen Hilfsflügel aufweist. Der Unterschied gegenüber Pig« 4A besteht nur darin, daß gemäß Fig. 51 ein Hilfsflügel am Punkt C befestigt ist» Gemäß Fig. 51 sind zwei verhältnismäßig kurze Rahmenelemente 104 und 105, die am einen Ende fest mit der Verbindungsstelle C verbunden sind, mit den Streben 14 bzw. 15 angeordnet und an ihren freien Endabschnitten durch ein Rahmenelement 106 miteinander verbunden, so daß ein Rahmen in Form eines gleichseitigen Dreiecks gebildet wird, das symmetrisch zur Mittelachse der Anordnung liegt«, Ein Flächenelement 108 in Form eines im wesentlichen gleichseitigen Dreiecks ist unter Bildung eines Hilfsflügeis AW am Rahmen 104, 105, 106 befestigt«, Das Flächenelement 16 und die zugeordneten Rahmenelemente bilden den Hauptflügel MW«

Wie erwähnt, weist der Hauptflügel MW zwei Planflächen 16-2 und i6-3 auf, die um die Längsachse des zentralen Elements 10 bzw. die Mittelachse herum aufeinander zu und auseinander schwenkbar sind. Beim Hilfsflügel AW ist dagegen die Verbindung der Rahmenelemente 104 und 105 mit dem Gelenk 42 auf dem Hauptflügel MW gegen eine Bewegung festgelegt, so daß der Hfifsflügel kaum verformbar ist.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 52 weicht nur darin von derjenigen gemäß Fig. 51 ab, daß der Hilfsflügel mit dem die Rippen 12 und 15 verbindenden Gelenk 40 verbunden ist„ Gemäß Fig«, 52 sind zwei Rahmenelemente 108 und 109 an ihrem einen Ende am Gelenk 40 mit dem zentralen Element 10 verbunden, so daß sie zu beiden Seiten des zentralen Elements 10 unter gleich großen Winkeln gegenüber der Längsachse verlaufen. Das gemäß Fig. 52 untere Ende des Rahmenelements 10 ist senkrecht zu einem Rahmen-

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element 10β in dessen Mitte befestigt. Zwei an den beiden Enden des Rahmenelements 106 angebrachte Gelenke 42 und 43 dienen zur Anlenkung der Streben 14 und 15 an den Rahmenelementen 108 bzw. 109* welche ihrerseits an zwischen ihren Enden liegenden Punkten mit den Gelenken 42 bzw. 4j5 verbunden sind.

Die Rahmenelemente 12, 14 und I08 bilden einen der um die Längsachse des Rahmenelements IO8 schwenkbaren Rahmen des Hauptflügels, während durch die Rahmenelemente 13, 15 und I09 der entsprechende andere Rahmen des Hauptflügels gebildet wird, der um die Längsachse des Rahmenelements 109 schwenkbar ist. Weiterhin bilden die Rahmenelemente 10, 106, 108 und 109' einen nicht verformbaren 'Rahmen für den Hilfsflügel.

Die Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 51 ist im folgenden anhand der Figo 5J5A und 53B beschrieben, die ein Modell für die Anordnung gemäß Fig. 51 veranschaulichen und in denen den Teilen .von Fig. 51 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern und Symbolen bezeichnet sind. Bei dem dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystem mit dem Ursprung auf dem Aufhängepunkt 46, an welchem die Drachenleine 20 angebracht ist, sind eine den Flächenwinkel 2g. zwischen den Planflächen 16-2 und 16-3 des Hauptflügels MW halbierende x-Achse und eine z-Achse eingezeichnet, die längs der Mittelachse des Hauptflügels MW und gemäß Fig. 52A zum Hilfsflügel AW verläuft. Nachstehend sind anhand der vorher definierten Symbole der Winddruck, der dem Flugobjekt erteilte Auftrieb und der Anstellwinkel des Flugobjekts, z.B. des Flugdrachens gemäß Fig. 51* näher erläutert.

Wie vorher beschrieben, wirkt auf jede *Planfläche jedes Hauptflügels senkrecht dazu ein Winddruck D ein, der sich durch die Gleichung

D = -^uU²OOS cos θ sine

ausdrücken läßt, worin 9 den Anstellwinkel gemäß Fig. 53A bedeutet· Die Resultierende dieses Winddrucks beaufschlagt den Hauptflügel und gewährleistet effektiv dessen Flugzustand in der Luft.

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Unter der Voraussetzung, daß diese Resultierende mit P_D bezeichnet wird, erhält man

F_D = XD sin£,

wie dies ohne weiteres aus Pig. 53B hervorgeht. Infolgedessen erhält man

F_D = 2 -| ^U²CO S cos θ sin²£.

was sich wiederum zu

= Do cos θ sin²©

D P 2
reduziert, indem Do = 2 -rjü ooS eingesetzt wird. Infolgedessen

kann das Drehmoment T_ß der Kraft F^ um den Ursprungsort bzw. Aufhängepunkt 46 wie folgt ausgedrückt werden:

(A) 2

T_D = A^ 'Do cos θ sin £

Dies geht aus der Darstellung von Fig. 53>A hervor.

Es sei angenommen, daß die Windgeschwindigkeit Uoo, wie durch den Pfeil in Fig. 5j5A angedeutet, parallel zur Erdoberfläche liegt und daß das Symbol Ds einen durch die Windströmung längs jeder Planfläche des Hauptflügels MW gemäß Fig. 5J5A und 5j5B hervorgerufenen Oberflächenreibungswiderstand bedeutet. Sodann läßt sich Ds wie folgt ausdrücken:

^CD P 2

Ds =yi)ü Φ S cos £

worin Cl einen Oberflächenreibungswiderstand-Koeffizienten angibt. Da die an den beiden Tragflächen des Hauptflügels erzeugten Oberflächenreibungswiderstände jeweils gleich groß sind, läßt sich die Resultierende Fs dieser auf den Hauptflügel ein-

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wirkenden Kräfte durch die Gleichung

Fs = XDs cos 8.

S cos²£

ausdrücken, was sich zu

Ps = Do cos²£ (44)

reduziert, indem ό6 - 2 -^-0U co S wie bei Gleichung (43) einge· setzt wird.

Gemäß Figo 55A läßt sich das Drehmoment Ts der Resultierenden Fs um den Aufhängepunkt 46 wie folgt ausdrücken:

Ts = a£²'D6 cos²£, cos θ - A;²^Do cos²£ sin θ cos£.

Dabei sei angenommen, daß das um den Aufhängepunkt im Uhrzeigersinn wirkende Drehmoment positiv ist.

Unter der Voraussetzung, daß der Hilfsflügel AW eine Oberfläche S^! besitzt, läßt sich zudem der Winddruck bzw„ ein Druckwiderstand Dp senkrecht zum Hilfsflügel etwa durch die Gleichung

DP = -^jUOO²S¹ cos θ ausdrücken, die sich reduziert zu

Dp = Do*n cos θ

worin7\= S'/2S. Das Drehmoment dieses Widerstands Dp um den Aufhängepunkt "läßt sich daher durch

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Tp = A^' Do^cos θ

ausdrücken, worin A^^JJ ein Vektor ist, welcher den Ursprungsort mit dem Windangriffszentrum auf dem Hilfsflügel verbindet.

Weiterhin ruft das Gewicht des Flugobjekts an sich ein Schwerkraft sdrehmoment um den Aufhängepunkt herum hervor_o Gemäß Fig. 55A verursacht das mit Mg ausgedrückte Gewicht ein Drehmoment Tjy, um den Aufhängepunkt 46 herum, das sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt;

Ί?_Μ = BzMg sin θ + BxMg cos θ cos β

Aus den vorstehenden Erläuterungen geht ohne weiteres hervor, daß dann, wenn der Flugdrachen in der Luft in stationärem Flugzustand' gehalten werden soll, die algebraische Summe der Drehmomente des Winddrucks dem Schwerkraftsdrehmoment um den Aufhängepunkt herum gleich sein sollte. Dies bedeutet, daß man folgendes erhält

Do cos θ sin²£ + As'²'Do^f coä\ cos θ -Ax^Do¹ cosV sin θ cosi + kz^' Do'^ cos θ BzKg sin Θ,- BxMg cos θ cost, = 0

Diese Gleichung läßt sich umordnen zu:

tan θ ο (Az^Do sin²£ + Az^do' cos^2<£ + Az^Doi^- ( BzMg + Ax^Do¹ cos³£ ) (45)

Diese Gleichung gibt die Beziehung zwischen der Windgeschwindigkeit U φ und dem Anstellwinkel θ an.

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Im folgenden ist nun der Auftrieb des Plugdrachens gemäß Pig. 52A näher erläutert. Aus Pig. 5^A geht hervor, daß die auf die Haupt- und Hilfsflügel einwirkenden Druckwiderstände sowie das Gewicht des Flugdrachens für sich für dessen Auftrieb maßgeblich sind. Die Komponente P_D sin θ des auf den Hauptflügel einwirkenden Druckwiderstands P^ trägt gemäß Fig. 5;5A zum Auftrieb bei. Dieser mit P _D bezeichnete Auftrieb läßt sich wie folgt ausdrücken:

F " = F„ sin θ = Do cos 0 sin β sin θ uD D

= Do sin² ■ (46)

Auf ähnliche Weise trägt die Komponente Dp ' sin 9 des auf den Hilfsflügel wirkenden Druckwiderstands Dp zum Auftrieb bei. Dieser mit Fup bezeichnete Auftrieb läßt sich wie folgt ausdrucken:

Fup = Dp sin θ = -<]_, Dp cos θ sin θ

-η" sirr.2<3 (λη\

= -η Do ρ v4/;

ft " I

Die Bedingung für die Flugfähigkeit des Plugdrachens in der Luft genügt der Beziehung R_nir) + P_UD> M . Mit anderen Worten, muß die folgende Beziehung gelten:

Do £i§2£ (sin²£ +Tj)> Mg

Unter der Voraussetzung, daß u der Beziehung yu = A^ 'Do/BzMg genügt, läßt sich die obige Beziehung umordnen zu:

_A(D

sin20 /„jJ2.~ , \ ζ -^ (sm ε. +n)

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Da ix ein das Gewicht des Plugdrachens, die Oberfläche des Hauptflügels und die Windgeschwindigkeit betreffender Paktor ist, gibt die obige Gleichung die Beziehung zwischen der Windgeschwin digkeit und dem Auftrieb bei einem vorgegebenen Flugobj'ekt bzw. Plugdrachen wieder.

Die Ergebnisse der vorstehenden Ausführungen sind in den Pig, und 54B veranschaulicht. In beiden Figuren wird vorausgesetzt,

daß S'/S = 0,05, Do'/Do = 0,02, Bx/Bz = 2, a(²)/A^ = 1, und

ζ χ

die Windgeschwindigiceit wird als Parameter benutzt, was bedeutet, daß μ = A^. 'Do/BzMg verschiedene vorgegebene Werte besitzt. In Pig. 5JA ist die Kraft aufgrund des Winddrucks auf. der Ordinate als Funktion von sinS auf der Abszisse im oberen Abschnitt aufgetragen, während der durch sin θ dargestellte Anstellwinkel auf der Ordinate als Funktion von sin&auf der Abszisse im unteren Abschnitt wiedergegeben ist. In Fig. 54-B ist der Auftrieb auf ähnliche Weise als Funktion von sine ausgewertet, wobei der erforderliche Mindestauftrieb durch die strichpunktierte waagerechte Linie angedeutet ist. Gemäß Figo 5²I-A ist die Kraft P aufgrund des Druckwiderstands gleich der Summe aus F^ und Fg, ausgedrückt durch die Gleichungen (4-3) und (44), und der Auftrieb F_u ist gleich der Summe aus F₁₁₀ und F_u , ausgedrückt durch Gleichungen (4-6) und (47). Fig. *j$A veranschaulicht außerdem in der strichpunktierten Linie eine elastische Kraft K(O* die durch das Federelement 44 (vgl. Fig. 5?A und 5j5B) als 'Funktion von sin£ ausgeübt wird, unter der Voraussetzung, daß die elastische Kraft K(S), wie vorher erwähnt, durch = Ab( -1 - sin£) ausgedrückt wird.

Zur Verdeutlichung der Wirkung des Hilfsflügels sind die Kraft F_D, der Anstellwinkel θ und der Auftrieb F_u auf ähnliche Weise berechnet wie bei der Anordnung gemäß den Fig. 53A und 5J5B ohne Hilfsflügel, wobei diese Anordnung vorher im einzelnen beschrieben worden ist. Diese Berechnungen lassen sich ohne weiteres durchführen, indem die den Hilfsflügel betreffenden Aus-

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- 93 drücke bei den obigen Erläuterungen weggelassen werden.

Eine Kraft F_n + F_ aufgrund des auf den Flugdrachen einwirkenden Gesamtwinddrucks F läßt sich daher ausdrücken durch:

F = F_D + F₃ = Do cos Q sin²S + D'o cos²£ (¹I-J¹)

Außerdem besitzt der Flugdrachen einen Anstellwinkel ©,der sich ausdrücken läßt durch:

tan θ = (A;¹ 'Do sin% + A^Do¹ cos²£^- BxMg cose)/

2 Z

(BzMg + A^²)Do» COs²O

Weiterhin wird der Auftrieb F ausgedrückcdurch die Gleichung

_{= Do}

wobei dieser Auftrieb größer sein sollte als das Gewicht Mg des Flugdrachens.

Unter der Voraussetzung, daß Do ^r/Do = 0,02, Bx/Bz = 2 und

A^²VA^¹' =1, werden die Kraft F und der Anstellwinkel θ als zz

Funktionen von sine, in Fig. 55A ausgewertet, und der Auftrieb F_u wird, wie in Fig. 5^A und 5^B, in Fig. 55B als Funktion von sin£ aufgetragen. In Fig« 55A ist die elastische Kraft K(£) ebenso dargestellt wie in Fig.

Erfindungsgemäß wird der zwischen den beiden Planflächen ΐβ-2 und 16-3 des Flächenelements 16 festgelegte Winkel 26 so verändert, daß der aufgrund der jeweiligen Windgeschwindigkeit U auf den Flugdrachen einwirkende Winddruck durch eine durch das Federelement 44 gewährleistete elastische Kraft K(£) ausgeglichen wird. Mit anderen Worten: Die aus dem Winddruck resultie-

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rende Kraft kann nicht höher sein als die, wie erwähnt, durch das Federelement auf den Plugdrachen ausgeübte elastische Kraft. Wenn der Winddruck und die elastische Kraft die entsprechenden Werte besitzen, wird der Auftrieb P aufgrund des Winddrucks gleich der elastischen Kraft K(6) an drei Punkten, wie dies durch die drei Schnittpunkte £_.", £p und £~ der mit u = 64 bezeichneten Kurve und die durch die strichpunktierte Linie in den Pig. 54A oder 55A angegebene Kurve für die elastische Kraft dargestellt ist« Hierbei sind die Schnittpunkte£ und €L stabile Punkte, während der Schnittpunkt £p ein instabiler Punkt ist, wie dies vorher in Verbindung mit Pig. 9 und 1j5 beschrieben wurde,

Es sei angenommen, daß bei dem stabil in der Luft fliegenden Plugdrachen der stabile Punkt &-, aufgrund einer Änderung der Windgeschwindigkeit und/oder einer Änderung der Windrichtung auf den stabilen Punkt &, verlagert wird. Ebenso sei angenommen, daß u (d.h. eine Punktion der Windgeschwindigkeit) gleich 64 ist, daß £·.. "5 beträgt und daß ein entsprechender Anstellwinkel θ weniger als Null Grad beträgt, d.h. daß dieser Anstellwinkel gemäß Pig. 55A negativ ist, nämlich beim Fehlen des Hilfsflügeis. Außerdem besitzt dabei gemäß Fig. 55B der entsprechende Auftrieb F einen negativen Wert. Unter diesen Bedingungen wird dem Plugdrachen der Auftrieb entzogen, so daß er zwangsläufig abstürzt.

Bei Vorhandensein des Hilfsflügels hat der Wert £, eine Größe von etwa 7°, während der entsprechende Anstellwinkel 0 bei unveränderten Bedingungen gemäß Pig. 5²J-A eine Größe von etwa 46° besitzt. Außerdem ergibt ein Faktor S^ von etwa 7° einen Auftrieb von 0,65. Unter der Voraussetzung, daß die rechte Seite a'¹'/Bz der Ungleichung (47) für den Auftrieb einen Wert in der Größenordnung von 0,5 ' besitzt oder der erforderliche Mindestauftrieb in der Größe von 0,5 liegt, hat der Flugdrachen in dem eben beschriebenen Plugzustand aufgrund des jeweils herrschenden Winds einen ausreichenden Auftrieb, ohne daß sich der Anstellwinkel verkleinert. Der Flugdrachen bleibt daher in einem stabilen Flugzustand.

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Während in Verbindung mit Fig. 55A und 55B angegeben wurde, daß der Flugdrachen ohne Hilfsflügel bei dem Winkel ^₁ abstürzen würde, ist darauf hinzuweisen, daß ein solcher Flugdrachen auch bei dem Winkel E₁ effektiv zu fliegen vermag, wenn das Federelement eine elastische Kraft besitzt, die mehr oder weniger höher ist als die in Fig· 55A veranschaulichte Kraft·

Obgleich die Ausführungsform gemäß Fig· 51 anhand der Bedingung u = 64 beschrieben wurde, geht aus den Fig· 54A und 54B hervor, daß diese Ausführungsform bei jeder Windgeschwindigkeit ohne Absturz stabil zu fliegen vermag, sofern der Hilfsflügel eine Oberfläche in der Größenordnung von S^f/2S/2S = 0,01 besitzt. Dies bedeutet, daß die in Fig. 54A und 54B dargestellten Daten mit einem Hilfsflügel erzielt wurden, der eine Oberfläche entsprechend einem Fünfzehntel der Oberfläche des vorher beschriebenen Hauptflügels besitzt· Unter der Voraussetzung, daß der Flugdrachen ein Eigengewicht von 50 g besitzt, entspricht xx = 32 einer Windgeschwindigkeit von etwa 4,2 m/s und /a = 64 einer Windgeschwindigkeit von etwa 6 m/s.

Es ist somit ohne weiteres ersichtlich, daß die Ausführungsform gemäß Fig. 52 ein ähnliches Verhalten zeig^ wie oben beschrieben·

ObgMch vorstehend verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind selbstverständlich verschiedene Abwandlungen und Änderungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird· Beispielsweise sind die Merkmale bestimmter Ausführungsformen auch auf andere Ausführungsformen anwendbar·

Zusammenfassend werden mit der Erfindung alsp Flugobjekte, insbesondere Flugdrachen geschaffen, die zweiseitig symmetrische Windangriffsflächen aufweisen, welche von einem einfachen Rahmen aus zwei dreieckigen Abschnitten getragen werden, die ihrerseits symmetrisch zur Mittelachse liegen und längs dieser Achse schwenk-

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bar miteinander verbunden sind. Ein bogenförmiger, federnder Stab ist an den unter gleich, großen Winkeln zur Mittelachse geneigten Kanten des Rahmens befestigt. Auf den Windangriffsflächen können verschiedene Versteifungsstäbe angeordnet sein, welche die Rahmenelemente des Rahmens in symmetrischer Lage zur Mittelachse kreuzen. Ebenso kann ein Hilfsflügel mit einem dreieckigen Rahmen symmetrisch zur Mittelachse an den Windangriffsflächen befestigt sein.

Patentansprüche:

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Claims (1)

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   Pat entanspriiche

   Plugobjekt, insbesondere Flugdrachen, gekennzeichnet durch mindestens zwei Planflächen, die als Windangriffsflächen dienen und in Abhängigkeit von einem durch die Windanströmung verursachten Winddruck ihre Relativstellung zueinander verändern, un<$ durch ein leinenförmiges Halte- bzw. Aufhängeelement zur Fesselung der Planflächen, wenn das Flugobjekt unter Anströmung durch den Wind in der Luft schwebt·

   2. Flugobjekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Planflächen plansymmetrisch zu einer durch die Mittelachse des Flugobjekts verlaufenden Ebene angeordnet und um die Mittelachse herum verdrehbar bzw. schwenkbar sind, und daß die Planflächen durch Federmittel mit einer vorbestimmten Federkonstante bzw. -kennung miteinander gekoppelt sind.

   j5. Flugobjekt nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Rahmenelementen, die symmetrisch zu einer durch die Mittelachse des Flugobjekts verlaufenden Ebene angeordnet und so miteinander verbunden sind, daß sie um die Längsachse herum relativ zueinander bewegbar sind, durch ein Federelement zur Verbindung zweier symmetrisch angeordneter Rahmenelemente und ein unter Bildung einer Windangriffsfläche auf den Rahmenelementen angeordnetes Flächenelement.

   4. Flugobjekt nach Anspruch "$, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rahmenelement ein Querschnittsprofil in Form eines hohlen oder massiven Rechtecks besitzt und daß die beiden längeren Seiten des Rechtecks senkrecht zur Windangriffsfläche angeordnet sind.

   5. Flugobjekt nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rahmenelement ein hohles oder massives kreisförmiges Querschnittsprofil besitzt.

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   6. Plugobjekt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

   an den an und nahe ihrer Schnittpunkte liegenden Abschnitten der Rahmenelemente Versteifungen bzw. Verstärkungen angebracht sind.

   7. Plugobjekt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Rahmenelemente abnehmbar am Flächenelement angebracht sind.

   8. Plugobjekt, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Rahmenelementen, welche die Seiten von zwei Dreiecken bilden, die symmetrisch zu der einen, beiden Dreiecken gemeinsam zugeordneten Seite angeordnet sind, durch ein Verbindungselement zur nachgiebigen bzw. elastischen Verbindung des die gemeinsame Seite bildenden Rahmenelements mit dem eine andere Seite jedes Dreiecks bildenden Rahmenelement, durch ein elastisches bzw. Pederelement mit vorbestimmter Pederkonstante bzw. -kennung zur Verbindung der beiden Dreiecke zwischen den Rahmenelementen, welche die anderen Seiten als die gemeinsame Seite der Dreiecke bilden, und durch ein Flächenelement, das in gestrafftem bzw. gespanntem Zustand auf den die jeweiligen Seiten der beiden Dreiecke bildenden Rahmenelementen angeordnet ist und eine Windangriffsfläche bildet, wobei das Federelement einen auf die Windangriffsfläche wirkenden Winddruck mit einer durch dieses Federelement erzeugten elastischen Kraft auszugleichen vermag.

   9. Flugobjekt, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Rahmenelement und zwei weitere Rahmenelemente vorgesehen sind, die am einen Ende (D) des ersten Rahmenelements angelenkt sind und die andere "Enden (G) und (H) aufweisen, daß ein viertes und ein fünftes Rahmenelement mit dem einen Ende jeweils am

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   anderen Ende (C) des ersten Rahmenelements angelenkt sind und das zweite bzw· dritte Rahmenelement unter Befestigung an letzterem an Schnittpunkten (A und B) schneiden," daß das vierte und fünfte Rahmenelement Jeweils zweite Enden (E bzw« P) aufweisen, daß ein Flächenelement in gespanntem bzw. gestrafftem Zustand unter Bildung zweier gegeneinander beweglicher Windangriffsflächen auf den betreffenden Rahmenelementen angeordnet ",ist, daß ein Federelement mit einer vorbestimmten Federkonstante bzw. Federkennung zur Verbindung der beiden Windangriffsflächen vorgesehen ist, und daß die Schnittpunkte (A und B) so gewählt sind, daß zumindest bei einem Paar ausgewählter Rahmenelemente zwei Verhältnisse von AC zu CE und BC zu CF und zwei weitere Verhältnisse von AD zu DG und BD zu DH mit Werten im Bereich von 0,5 bis 0,8 besitzen, wobei AC, CE, BC, CF, AD, DG, BD und DH jeweils die Länge eines Segments einer Linie zwischen zwei mit den betreffenden Buchstaben bezeichneten Punkten angeben.

   10. Flugobjekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Anzahl von ein vorbestimmtes Rahmenwerk bildenden Rahmenelementen, ein unter Bildung einer Windangriffsfläche an den Rahmenelementen befestigtes Flächenelement sowie Mittel aufweist, die unter Ausnutzung einer von mindestens einem Abschnitt der Rahmenelemente aus-

   • geübten elastischen Kraft eine Spannung auf das Flächenelement ausüben.

   11. Flugobjekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei liniensymmetrisch zu einer Achse des Flugobjekts liegende Windangriffsflächen aufweist, die um die genannte Achse herum relativ zueinander bewegbar und durch ein elastisches bzw. Federelement miteinander verbunden sind, das eine solche Federkonstante bzw. -kennung besitzt, daß bei einer vorgegebenen Windgeschwindigkeit mehrere Be-

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   dingungen zum Ausgleichen einer entsprechenden Windkraft durch eine vom Federelement aufgebrachte elastische Kraft gegeben sind.

   12. Plugobjekt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Gesamtform mit im Vergleich zu seiner Höhe großer Breite besitzt.

   15· Flugobjekt, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere primäre Rahmenelemente, die symmetrisch zu einer durch die Zentralachse des Plugobjekts verlaufenden Ebene angeordnet und zur Ermöglichung einer Relativbewegung um diese Zentralachse herum mit-einander verbunden sind, durch ein Federelement zur Verbindung der primären Rahmenelemente, durch ein unter Bildung einer Windangriffsfläche bzw· Windanströmfläche in gestrafftem Zustand auf den primären Rahmenelementen angeordnetes Flächenelement und durch mehrere sekundäre Rahmenelemente, die derart auf dem Flächenelement angeordnet sind, daß sie die primären Rahmenelemente schneiden bzw. kreuzen und dabei das Flächenelement versteifen, wobei djß sekundären Rahmenelemente einen auf das Flächenelement wirkenden Winddruck auf die primären Rahmenelemente zu übertragen vermögen.

   14. Flugobjekt nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Rahmenelemente fest mit dem Flächenelement verbunden sind, so daß sie mit diesem eine einheitliche Konstruktion bilden.

   15. Flugobjekt nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Abschnitte der sekundären Rahmenelemente, die von den zugeordneten primären Rahmenelementen von der Mittelachse des Flugobjekts weg gerichtet sind, aus stoß- bzw. schlagfestem Werkstoff bestehen.

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   16. Plugobjekt nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein ausgewähltes sekundäres Rahmenelement eine Vorderkante für die Windanströmung bildet und daß Versteifungsmittel vorgesehen sind, welche den Abschnitt des sekundären Rahmenelements jeder Vorderkante versteifen bzw. verstärken, welcher sich an und neben seinem Schnittpunkt mit dem zugeordneten primären Rahmenelement befindet.

   .17· Flugobjekt nach Anspruch 13> dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Rahmenelemente von einem auf der Mittelachse · des Plugobjekts liegenden Punkt radial ausgehen.

   18. Plugobjekt, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei relativ zueinander um eine Mittelachse des Plugobjekts herum bewegbare und liniensymmetrisch dazu liegende Windangriffs- bzw. Windanströmflächen, durch zwei primäre Rahmenelemente, die aneinander angelenkt und symmetrisch zur Mittelachse des Plugobjekts angeordnet sind, durch ein eine vorbestimmte Pederkonstante bzw. -kennung besitzendes Federelement zur Verbindung der beiden primären Rahmenelemente, durch zwei auf der Mittelachse gelenkig miteinander verbundene und mit den primären Rahmenelementen verbundene Abspannelemente zur Verhinderung einer Verformung der primären Rahmenelemente aufgrund einer durch das Federelement ausgeübten Gegenwirkkraft und durch mehrere auf den beiden Windangriffsflächen angeordnete sekundäre Rahmenelemente, die unter Überkreuzung der primären Rahmenelemente radial von einem auf der Zentralachse liegenden Punkt ausgehen, wobei die sekundären Rahmenelemente den auf die Windangriffsflächen einwirkenden Winddruck auf die primären Rahmenelemente zu übertragen vermögen.

   19. Flugobjekt, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzahl primärer Rahmenelemente, die symmetrisch zu einer durch die Mittelachse des

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   Plugobjekts verlaufenden Ebene angeordnet und auf der Mittelachse gelenkig miteinander verbunden sind, durch ein Federelement zur Verbindung der primären Rahmenelemente, durch mehrere die primären Rahmenelemente überkreuzende sekundäre Rahmenelemente und durch ein Flächenelement, das unter Bildung einer Windangriffsfläche auf den primären und sekundären Rahmenelementen angeordnet ist.

   2Oe Flugobjekt nach Anspruch 19* dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbar am zugeordneten primären Rahmenelement angebrachtes Hülsenelement, ein am jeweiligen Ende des Federelements befestigtes zweites Element und ein Bolzen zur drehbaren Verbindung des zweiten Elements mit dem ersten Element vorgesehen sind.

   21. Flugobjekt nach Anspruch 19* dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbar mit dem betreffenden primären Rahmenelement verbundenes Hülsenelement, ein am jeweiligen Ende des Federelements befestigtes zweites Element und ein flexibles Verbindungselement zur Verbindung des zweiten Elements mit dem ersten Element vorgesehen sind und daß die beiden Elemente sowie das Verbindungselement einstückig ausgebildet sind.

   22. Flugobjekt, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei Windangriffsflächen, die symmetrisch zu einer durch die Mittelachse des Flugobjekts verlaufenden Ebene angeordnet und so miteinander verbunden sind, daß sie um die Mittelachse herum relativ zueinander bewegbar sind, durch ein erstes Federelement zur Verbindung der beiden Windangriffsflächen und durch ein zweites Federelement, das auf eine Relativdrehung zwischen den Windangriffsflächen über einen einen vorbestimmten Wert übersteigenden Winkel anspricht und dabei auf die beiden Windangriffsflächen eine Gegenwirkkraft in einem eine Drehbzw. Schwenkbewegung zwischen diesen Flächen verhindernden Sinn ausübt.

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   23. Plugobjekt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federelement eine Blattfeder ist, die auf der Mittelachse des Flugobjekts angeordnet ist.

   24. Flugobjekt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federelement eine auf der Mittelachse des Flugobjekts angeordnete Schenkel- bzw. Schraubenfeder ist.

   25. Flugobjekt, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei relativ zueinander bewegbare Hauptflügel, ein die beiden Hauptflügel miteinander verbindendes Federelement und einen mit den Hauptflügeln verbundenen Hilfsflügel.

   26. Flugobjekt nach Anspruch 25* dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsflügel zwischen die beiden Hauptflügel eingefügt ist.

   27. Flugobjekt nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsflügel in Form eines Vogelschwanzes mit dem den beiden Hauptflügeln gemeinsamen Endabschnitt verbunden ist.

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