Beiträge zur Flugtechnik: Denkschrift zur Erinnerung an die vor 25 Jahren Erfolgte Inbetriebnahme des Aeromechanischen Laboratoriums der Lehrkanzel für Luftfahrt an der Technischen Hochschule in Wien [1. Aufl.] 978-3-7091-4665-1;978-3-7091-4817-4

Table of contents :
Front Matter ....Pages I-VII
Kurze Beschreibung des aeromechanischen Laboratoriums (Richard Katzmayr)....Pages 1-3
Die Haftpflichtbedingungen der Zirkulationsströmung in zähen Flüssigkeiten (F. Magyar)....Pages 4-9
Beiträge zur Phygoidentheorie (A. Pröll)....Pages 10-16
Ein 600 PS-Großflugzeug vom Jahre 1916 (Richard v. Mises)....Pages 17-25
Probleme des Schleppfluges (W. B. Klemperer)....Pages 26-27
Ein Beitrag zur Statik von räumlichen Tragwerken (Ernst Melan)....Pages 28-35
Über die Knickfestigkeit von Flugzeugstreben mit veränderlichem Querschnitt (J. Ratzersdorfer)....Pages 36-39
Beitrag zur Berechnung von Kastenträgern (Leo Kirste)....Pages 40-43

Citation preview

HERRN 0.0.PROFESSOR

ING. RICHARD KNOLLER GEWIDMET

BEITRÄGE ZUR FLUGTECHNIK DENKSCHRIFT ZUR ERINNERUNG AN DIE VOR 25 JAHREN ERFOLGTE INBETRIEBNAHME DES AEROMECHANISCHEN LABORATORIUMS DER LEHRKANZEL FÜR LUFTFAHRT AN DER TECHNISCHEN HOCHSCHULE IN WIEN UNTER MITWIRKUNG VON

L. KIRSTE-PARIS • W. B. KLEMPERER-SILVER LAKE F. MAGYAR-WIEN • E. MELAN-WIEN • R. v. MISES-ISTANBUL A. PRÖLL-HANNOVER • J. RATZERSDORFER-WIEN HERAUSGEGEBEN VON

ING. RICHARD KATZMAYR

A. O. PROFESSOR FÜR LUFTFAHRT UND LEITER DES AEROMECHANISCHEN LABORATORIUMS AN DER TECHNISCHEN HOCHSCHULE IN WIEN

MIT 19 TEXTABBILDUNGEN

Springer-Verlag Wien GmbH 1937

ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER ÜBERSETZUNG IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN COPYRIGHT 1937 Springer-Verlag Wien Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Vienna 1937

ISBN 978-3-7091-4665-1 DOI 10.1007/978-3-7091-4817-4

ISBN 978-3-7091-4817-4 (eBook)

Inhaltsverzeichnis. Seite

R. Katz may r : Kurze Beschreibung des aeromechanischen Laboratoriums . . . . . . . .

1

F. Magyar: Die Haftbedingungen der Zirkulationsstromung in zahen Fhissigkeiten

4

A. Proll: Beitrage zur Phygoidentheorie .... .. ... . . .......................... . . 10

R. v . Mises: Ein 600 PS-GroBflugzeug vom Jahre 1916 . ...... ... ........ . .. . . . . W. B. Klemperer: Probleme des Schleppfluge3 ....... ... .... . .... . .... . ....... E. Melan: Ein Beitrag zur Statik von riiumlichen Tragwerken ........ .... ....... J. Ratz er s do r fer : Uber die Knickfestigkeit von Flugzeugstreben mit veranderlichem Querschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L. Kirst e : Beitrag zur Berechnung von Kastentragem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 26 28 36

40

Geleitwort. Ein Vierteljahrhundert ist seit der Aufnahme des regelmaBigen Versuchsbetriebes am aeromechanischen Laboratorium der Lehrkanzel ftir Luftfahrt verflossen ! Ein Vierteljahrhundert, in das ein schrecklicher Krieg fiel, der zu einer wohl sprunghaften, aber auch einseitigen Entwicklung der Gerate zur Beherrschung des Luftraumes ftihrte. Dem Kriege folgte ein Zeitabschnitt tiefster Erniedrigung und Not. Aber auch diese zeitigte auf flugtechnischem Gebiete Gutes, denn sie ftihrte zwangslaufig dazu, den Flugzeugbetrieb immer wirtschaftlicher zu gestalten und erweckte die motorlose Flugkunst zu ,neuem Leben. In diesem Vierteljahrhundert nahm das Wiener aeromechanische Laboratorium regen Anteil an der Entwicklung der Flugtechnik. Zur Kriegszeit wurde der Hohepunkt erreicht. Namhafte 6sterreichische Vertreter der Wissenschaft, die sich schon damals der Flugtechnik verschrieben hatten, fanden Gelegenheit, rege am Ausbau dieses machtigsten Gebietes der Gesamttechnik mitzuarbeiten. Mit ganz geringen Ausnahmen sind diese Manner nach Kriegsende in alle Welt hinausgezogen, wo sie sich seither forschend und schopfend in der Flugtechnik betatigen. Gelegentlich des Abschlusses des ersten Vierteljahrhunderts, das nun seit dem Bestande des Laboratoriums verflossen ist, erging an die seinerzeitigen Mitarbeiter der Ruf, dem Gedenken an jene Zeit starkster Tatigkeit durch einen Beitrag zu einer Denkschrift ein sichtbares Zeichen zu geben. Sie alle folgten diesem Rufe und sei ihnen an dieser Stelle hiefiir besonders gedankt ! So kam die vorliegende Beitragsammlung zustande. Uns aber, die wir in Osterreich zuriickblieben und die im schweren Ringen auf schier verlorenen Posten ausharrten, halt noch immer die schwache Hoffnung aufrecht, daB binnen kurzem auch in unserem Vaterlande der Flugtechnik jene Bedeutung zuerkannt werde, die ihr gebiihrt. Dann wird die Zeit gekommen sein, in der das vorhandene aeromechanische Laboratorium die Keimzelle bilden wird, die zu neuein Leben erwachen und befruchtend auf seine Umgebung wirken wird. Wien, im Marz 1937.

Ing. Richard Katzmayr.

Kurze Beschreibung des aeromechanischen Laboratoriums 1

•

Von Richard Katzmayr-Wien. Mit 1 Abbildung.

Der Plan zur Schaffung eines aeromechanischen Laboratoriums an der Lehrkanzel for Luftschiffahrt und Automobilwesen und die Entwiirfe fiir dasselbe entstanden im Jahre 1910. Die mannigfaltigen Hindernisse, welche die Verwirklichung hemmten, gelang es im folgenden Jahre dank einer groBziigigen Spende des damaligen H errenhausmitgliedes, Herrn Artur Krupp in Berndorf, und dank der werktatigen Forderung durch das ehemalige k. u. k. Ministerium for Kultus und Unterricht und das k. u . k. Reichskriegsministerium zu beseitigen. Der Bau des Laboratoriumsgebaudes, welches die Mitte des zweiten Hofes der Technischen Hochschule einnimmt, wurde noch im selben J ahre durchgefohrt. Die Aufstellung der Maschinenanlage und der iibrigen Einrichtungen sowie die Anfertigung der zahlreichen besonderen MeBgerate nahm den groBten Teil des folgenden Jahres in Anspruch. Daran schloB sich die Einregelung und Erprobung der Anlage und die Eichung der Gerate, worauf im Friihjahre 1912 der regelrechte, ununterbrochene Betrieb aufgenommen werden konnte. Die Hauptaufgabe des Laboratoriums ist die Ermittlung aller jener Zahlenwerte, die zur Vorausberechnung der Abmessungen, des Kraftbedarfes und der Leistungsfahigkeit von Luftfahrzeugen benotigt werden. Dies geschieht durch Versuche an Modellen der Luftfahrzeuge oder ihrer Bestandteile. Daneben konnen Forschungsarbeiten auf dem Gebiete der Stromungslehre vollfiihrt werden. Alle diese Untersuchungen werden zweckmaBig am ruhenden Modell in stromender Luft vorgenommen. Dies bedingt zwar einen erheblichen Triebkraftaufwand, ergibt aber eine Anlage von geringem Raumbedarf und groBter Handlichkeit. Das Laboratoriumsgebaude bedeckt eine Flache von 240 qm. Es enthalt im ErdgeschoB zwei Arbeitszimmer, eine Sammlung, zwei Werkstatten und in der Mitte den Versuchsraum. Unter diesem liegt im KellergeschoB der Maschinenraum, iiber ihm, in einem hallenartigen, stockhohen Aufbau der rund 500 cbm fassende Beruhigungsraum. In diesen drei Raumen kreist der Luftstrom; er flieBt in der Gebaudemitte aus dem Beruhigungsraum durch den Versuchsraum hinab in den Maschinenraum und wird von dort durch vier in den Ecken angeordneten Geblasen und daranschlie Benden Luftsteigschachten nach oben in den Beruhigungsraum zuriickgefordert. Das AbflieBen nach unten erfolgt durch eine groBe Duse, welche an der Decke des Versuchsraumes in diesen bib auf Greifhohe hinabhangt. Im Innern der Diise ist ein vielzelliger Leitapparat aufgebaut, der die GleichmaBigkeit von Geschwindigkeit und Richtung fiir alle Stromfaden sichert. 1 Eine a u sfiihrliche Beschreibung der Yersuchsanlage ist im: ,,Beriehte der aeromechanischen Versuchsanstalt in ' Vien", Bd. I, 1928, erschien on.

Beitriige zur Flugtechnik.

1

2

Richard Katzmayr:

Die Luft entstromt der Dtisenmtindung als freier Strahl von achteckigem, liinglichem Querschnitte von 191 x 133 qcm GroBe. In diesem Strahle werden die Modelle eingehangt und die Messungen durchgeftihrt. Ehe der Luftstrahl den Boden des Versuchsraumes erreicht, tritt er wiecer zwischen feste Wande, die einen in den Maschinenraum hinabreichenden, sich erweiternden Kanal bilden. Dieser wirkt als Streudiise und setzt einen groBen Teil der Strahlenenergie in Uberdruck um, der den Maschinenraum erfiillt. Die Geblase haben daher nur rund die Halfte jener Druckhohe zu tiberwinden, die zur Erzeugung der Strahlgeschwindigkeit notig ist. Die verhaltnismaBige GroBe des Beruhigungsraumes bewirkt eine gute Glattung der aus den vier stromenden Steigschachten Luftmenge, so daB im MeBstrahl nur geringe Turbulenz herrscht. Der in bezug auf die Strahlachse vollkommen sym metrische Aufbau der Anlage ergibt ohne alle Hilfsmittel eine gleichmaBige Verteilung der Stromungsgeschwindigkeit im Strahlquerschnitt. Als Triebkraft for die vier Geblasemotore ist stadtischer Gleichstrom in Verwendung; er durchflieBt zuerst den aus einem Generator und Hilfsmotor bestehenden Spannungsregler, der eine sparsame Gesch windigkeitsverstellung innerhalb weiter Grenzen ermoglicht. Die stehenden Geblasemotore mit W endepole treiben unmittelbar die Schraubengeblase an. Diese bestehen aus je einem holzernen, zehnfhigeligen Propeller und einem At>b. l. dariiberliegenden, feststehenden Gleichrichter. Mit 36 PS wird im Strahl eine Geschwindigkeit von 93 km/h und eine minutliche 'Vindmenge von 3600 cbm erreicht. Die Regelung der Geschwindigkeit sowie die Ingangsetzung der Anlage erfolgt von der im Versuchsraum aufgestellten Schalttafel aus. Die wichtigsten der bei Modellversuchen auszuftihrenden Messungen sind jene der Windgeschwindigkeit und jene der Widerstandskrafte nach GroBe und Lage. Zur Bestimmung der Geschwindigkeit sind in der Diisenmtindung Pitotrohre eingebaut, deren Staudruck durch ein Mikromanometer besonderer Bauart angezeigt wird. Zur Widerstandmessung dienen zwei Waagen; mit der einen werden die Rticktriebe, mit der anderen die hierzu senkrecht stehenden Auftriebkrafte gewogen. Die Riicktriebwaage ist iiber der Diisenmitte im Beruhigungsraume angeordnet. Sie enthalt einen in Quecksilber tauchenden Schwimmer, der mittels feiner Drahte das

Kurze Beschreibung des aeromechanischen Laboratoriums.

3

Gewicht der Modelle und ihre Riicktriebkrafte tragt. Das Gleichgewicht dieser Waage wird durch andern der im Schwimmer enthaltenen Quecksilbermenge hergestellt. Dies geschieht mittels einer im Versuchsraum stehenden Kolbenpresse, welche auch die geforderte Menge und damit die KraftgroBe anzeigt. Die Auftriebwaage besitzt gekuppelte Winkelwaagebalken, welche mittels zweier Stangenpaare die Auftriebkrafte der Modelle aufnehmen. Sie ermoglicht auch die Veranderung des Anstellwinkels im Luftstrom. Die ganze Waage kann im Kreisbogen aufwartsgeschwenkt werden; diese Einrichtung client zur unmittelbaren Bestimmung der Richtung der Gesamtluftkraft und damit des Gleitwinkels. Durch Teilwagung mit getrennten Waagebalken laBt sich der Angriffsort der Luftkrafte ermitteln. Ein anderes, einfacheres Verfahren die Druckpunktswanderung zu bestimmen ermoglicht die Aufschwenkbarkeit der Waage. Alle Gerate sind nach Entwiirfen des Schopfers der Anlage, Herrn Prof. Richard Knoller, im Inlande hergestellt worden. Das nebenstehende Bild zeigt den Aufbau der MeBgerate am Strahlrande. Neben dieser ,,groBen" Blaseanlage sind noch zwei kleinere vorhanden. Sie besitzen kreisrunden Strahlquerschnitt. Die eine hat einen Strahldurchmesser von 300 mm und man kann mit ihr eine Windgeschwindigkeit bis zu 150 km/h erreichen. Sie ist zwar gleichfalls als Freistrahlanlage gebaut, doch arbeitet sie mit Unterdruckkammer (Bauart Eiffel). Die zu einer Einheit zusammengefaBte Dreifachwaage laBt die Auftrieb- und Riicktriebkrafte und das Moment der Luftkraft messen. Der 6 PS-Antriebmotor wird iiber die Regelanlage der groBen Anlage gesteuert. Die gesamte Anlage, die im Versuchsraum aufgestellt ist, wurde nach Planen des derzeitigen Leiters des Laboratoriums, Herrn Ing. R. Katzmayr, in den eigenen Werkstatten gebaut; sie client, wie die zweite kleine Anlage (150 mm Strahldurchmesser), fiir Ubungszwecke der Studenten. Erwahnenswert ist noch ein Stromungskanal mit Einrichtungen zur Sichtbarmachung der Stromlinien in der Nachbarschaft von Widerstandskorpern. Eine kinematographische Aufnahmevorrichtung laBt die Stromungserscheinungen festhalten und studieren.

Die Haftpflichtbedingungen der Zirkulationsstromung in zahen Fliissigkeiten. Von F. Magyar-Wien. Mit 1 Abbildung.

Als bekannt darf vorausgesetzt werden, daB die Zirkulationsstromung in zahen Fltissigkeiten grundsatzlich moglich ist. Bei der gleichen Geschwindigkeitsverteilung wie in vollkommenen Fltissigkeiten treten Schubspannungen auf, so daB zur Erhaltung der Bewegung ein Drehmoment erforderlich ist, welches von Schicht zu Schicht unabhangig vom Radius bleibt1. Umgekehrt hat Oseen 2 an Hand seiner ,,Grundlosung" gezeigt, daB die Bewegung, sich selbst iiberlassen, asymptotisch abklingt. Praktisch diirfte indessen dem ersten Fall mehr Bedeutung zukommen, weil im allgemeinen Stromungen zu erwarten sind, die auf irgendeine Weise durch Energiezufuhr erhalten bleiben. Da die Bewegung im Unendlichen verschwinden muB, ist die auBere Randbedingung festgelegt und im folgenden nur mehr die innere Berandung der Stromung von Interesse, die in den meisten praktischen Fallen durch die Haftbedingung an einem festen Kern in die Rechnung eingehen diirfte und als wichtige Erganzung der Na vier-Stokesschen Gleichungen anzusehen ist3. Keinerlei Schwierigkeiten ergeben sich, wenn man einen kreiszylindrischen Kern annimmt, der die Bewegung mitmachen kann. Ebenso leicht laBt sich zeigen, daB die Zirkulationsstromung durch Drehen eines Kreiszylinders erzeugt werden kann4 • Man erkennt die zeitliche Abhangigkeit dieses Vorganges aus dem Ansatz fiir die ,2 Zirkulationsgeschwindigkeit a2 w - (I) u = -r-e ht der sich als eine aus der Warmeleitungslehre wohlbekannte Losung der zweiten der untenstehenden Gleichungen (5) ergibt. Hierin bedeutet a den Radius, die groBte Winkelgeschwindigkeit des Zylinders, somit also a 2 den Drall der ausgebildeten Potentialstromung, die aus einer anfangs wirbelnden Bewegung asymptotisch erreicht wird. Die Wirbel ,2 a2w - 1 a(ru) 1

w

w

ltJ = -V X IJ = - - - = 2r or 2

- -4vt e

4vt

(2)

entstehen durch Energiezufuhr an der Berandung des festen Korpers und klingen 1 2

1927.

H. Lor e nz: Techn. Hydromechanik, S. 429. Oldenburg. 1910. C. W. Os een : Neuere Methoden und Ergebnisse in der Hydrodynamik, S. 82. Leipzig.

a F. Noe th e r: Integrationsprobleme der Na vier· Stokes schen Gleichungen. Sonder-

druck a. d. Handbuch d. phys. u. techn. Mech., Bd. 5, S. 723. Leipzig. 4 F. Magyar: Zeitlich veranderliche Drehbewegung eines Kreiszylinders in zaher Fli.issigkeit. Die Wasserwirtschaft, H. 20-21. 1934.

F. Magyar: Die Haftpflichtbedingungen der Zirkulationsstromung in zahen Fltissigkeiten.

5

auBer mit dem Radius auch noch mit der Zeit ab. Sie wandern im Sinne der Wirbelgleichung gewissermaBen in die freie Stromung hinaus und verlieren dabei immer mehr ihrer anfanglichen Starke. Da nun die von der Berandung spater nachkommenden Wirbel immer geringere Starke haben, wird die Stromung schlieBlich wirbelfrei. Nach Erreichung dieses Beharrungszustandes zur Zeit t = oo dient das dem Zylinder zugefiihrte Drehmoment zur Erhaltung der Bewegung . Fur die Druckverteilung erhalt man aus der ersten und dritten der Gl. (5) (3)

wenn unter p 0 der Druck fiir z = 0 im Unendlichen verstanden wird. Zur Zeit t ergibt sich daraus die bekannte Beziehung der Potentialstromung a4w2

Po

e - e + gz- 2T". p -

= oo (4)

Setzt man auch im folgenden nur achsensymmetrische Fltissigkeitsbewegungen voraus, fiir welche auBerdem die radialen und axialen Geschwindigkeitskomponenten entfallen, so liefern die Navier-Stokesschen Gleichungen in Zylinderkoordinaten u 1 op = -;; , -ea:r 2

(5) i

op

e-az = g. Dazu kommen noch die Haftbedingung ~2_ttJ_

or2

+ _!_r

Ur = a

=

U und die Wirbelgleichung

oro - _!_ ~ - 0

or

jJ

ot -

.

(6)

Die Losung der zweiten Gl. (5) kann in der allgemeinen Form t

=)) 1X2 ~1 (1Xr) 00

u

. e -' v(t -i.)