Ergebnisse der aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen: Lfg. 4 9783486764406, 9783486764390

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Ergebnisse der Aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen {angegliedert dem Kaiser WiÌheÌm^Institut für Strömungstorschung)

Herausgegeben von

S)r.=3ng. e. f). Dr. phil. L. Prandtl o. Professor an der Universität Göttingen und

S)tpl.=3ng. Dr. phii. A . Betz a. o. Professor an der Universität Göttingen

IV. Lieferung M i t 2 3 4 A b b i l d u n g e n und 1 2 7 Zahlentafeln im T e x t

München und Berlin 1932

Verlag von R. Oldenbourg

Alle Rechte, einschließlich des Übersetzungsrechtes, vorbehalten Copyright 1932 by R. Oldenbourg, München und Berlin

Druck von R. Oldenbourg in Münclien.

Vorwort. Die im Vorwort der III. Lieferung ausgesprochene Hoffnung, die n ä c h s t e Lieferung in kürzerer Zeit folgen lassen zu können, h a t sich leider wieder nicht erfüllt. Neben H e m m u n g e n , welche durch die allgemeine unsichere W i r t s c h a f t s l a g e u n d die d a m i t notwendig v e r b u n d e n e B e u n r u h i g u n g des Betriebes bedingt waren, t r u g vor allem die starke I n a n s p r u c h n a h m e der Mehrzahl unserer Mita r b e i t e r durch dringende andere Veröffentlichungen zu der Verzögerung der neuen Lieferung bei. Insbesondere w a r das Institut durch eine große Zahl von Beiträgen a m IV. Band des H a n d b u c h s der E x p e r i m e n t a l p h y s i k ( H y d r o d y n a m i k ) beteiligt. Die A n s t a l t h a t sich seit der H e r a u s g a b e der 111. Lieferung auch weiterhin erheblich vergrößert. Dies w a r vor allem d a d u r c h möglich, d a ß das Reichsverkehrsministerium in d a n k e n s w e r t e r Weise die Forschungsarbeiten der Anstalt, welche im Interesse der L u f t f a h r t liegen, durch regelmäßige jährliche Zuschüsse u n t e r s t ü t z t . Um den erhöhten Aufgaben gerecht zu werden, w u r d e mit Mitteln des Reichsverkehrsministeriums in den J a h r e n 1927/28 ein neuer W i n d k a n a l e r b a u t , der in dieser Lieferung auch ausführlich beschrieben ist. Eine weitere E i n r i c h t u n g z u m besonderen S t u d i u m der Trudelerscheinungen u n d ähnlicher nicht s t a t i o n ä r e r Vorgänge ist im Bau, sie k o n n t e leider in den letzten J a h r e n , infolge der einsetzenden wirtschaftlichen Krise nicht so gefördert werden, wie es wünschenswert wäre. Das Personal der Anstalt h a t verschiedene Änderungen e r f a h r e n : Der bisherige Abteilungsleiter Dipl.-Ing. R. S e i f e r t h ging an die Guggenheim g r a d u a t e school f o r aeronautics in P a s a d e n a ; an seiner Stelle ü b e r n a h m Dipl.-Ing. M. K o h l e r die Leitung des großen W i n d k a n a l s . Der neue r b a u t e W i n d k a n a l wird von d e m Abteilungsleiter Dr.-Ing. 0 . F l a c h s b a r t v e r w a l t e t . In der Abteilung f ü r allgemeine S t r ö m u n g s f o r s c h u n g t r a t an die Stelle des ausgeschiedenen Abteilungsleiters Dipl.-Ing. J . A c k e r e t (jetzt Professor an der Technischen Hochschule Zürich) Dr.-Ing. A. B u s e m a n n , der allerdings auch schon wieder ausschied u n d als P r i v a t d o z e n t an die Technische Hochschule Dresden übersiedelte. Diese Abteilung wird j e t z t von dem Erstunterzeichneten selbst v e r w a l t e t . Das Institut beschäftigt z. Z t . 88 Personen (einschließlich 5 Lehrlinge), von denen 4 der Verw a l t u n g , 22 den W e r k s t ä t t e n , 48 der Aerodynamischen Versuchsanstalt u n d 14 der Abteilung f ü r allgemeine S t r ö m u n g s f o r s c h u n g angehören. A u ß e r d e m arbeiten a m I n s t i t u t z. Z t . 4 S t i p e n d i a t e n der Notgemeinschaft der deutschen Wissenschaften u n d 4 wissenschaftliche Volontäre. Mit der wachsenden Zahl der Mitarbeiter w u r d e das bisherige Verfahren, dieselben im Vorwort zu erwähnen, zu unübersichtlich. Wir sind deshalb gerne einem W u n s c h e aus d e m Leserkreise gefolgt u n d h a b e n in dieser Lieferung die Verfasser und, soweit diese die Versuche nicht selbst d u r c h g e f ü h r t haben, auch die Versuchsleiter der einzelnen Arbeiten jeweils bei den Beiträgen angegeben. An dieser Stelle sei n u r e r w ä h n t , d a ß der größte Teil der mühevollen redaktionellen Arbeit wieder durch Herrn Dipl.-Ing. R. L a n g e r erledigt wurde, d e m hierfür unser besonderer D a n k g e b ü h r t . Die Verlagsbuchhandlung h a t wie bisher der A u s s t a t t u n g u n d dem D r u c k große Sorgfalt angedeihen lassen, w o f ü r auch ihr bestens g e d a n k t sei. G ö t t i n g e n , im April 1932.

L. Prandtl.

A. Betz.

Inhaltsverzeichnis. I. Neue 1. 2. 3. 4.

Versuchseinrichtungen Das Luftschrauben-Laboratorium. Von A. B e t z Die Sechskomponenten-Waage des großen Windkanals. Von A. B e t z Ein neues Mikromanometer. Von A. B e t z Ein photographisches Profil-Aufnahmegerät f ü r Modell-Luftschrauben.

II. Theoretischer Teil Zur turbulenten Strömung in Rohren und längs Platten.

Seite

Von H. M u t t r a y

Von L. P r a n d t l

1 8 12 14

18

III. Versuchsergebnisse 1. Neuere Profiluntersuchungen. Von R. L a n g e r 2. Untersuchung weiterer Joukowsky-Profile. Von O. S c h r e n k 3. Untersuchung einiger verallgemeinerter Joukowsky-Profile. Von O. S c h r e n k 4. Profileigenschaften eines Absaugeflügels. Von O. S c h r e n k 5. Untersuchung von zwei Flugzeugmodellen. Von R. L a n g e r 6. Neuere Messungen an Flügeln mit Ausschnitten. Von H. M u t t r a y 7. Messungen an einem Flügel mit versetztem Mittelteil. Von H. M u t t r a y 8. Versuche über die Ausbildung der Flügelwurzel von Tiefdeckern. Von H. M u t t r a y . . 9. Der Einfluß des Flügelumrisses auf die Polare eines Tiefdeckers. Von H. M u t t r a y . . 10. Untersuchung eines Tiefdeckers bei verschiedenem Abstand des Flügels von der Rumpfspitze. Von H. M u t t r a y 11. Messungen an ebenen und gewölbten Platten. Von 0 . F l a c h s b a r t 12. Messungen an rotierenden Zylindern. Von A. B u s e m a n n 13. Der Widerstand von Kugeln in der Umgebung der kritischen Reynoldschen Zahl. Von O. F l a c h s b a r t 14. Untersuchung einer offenen und geschlossenen Halbkugel. Von M. H a n s e n 15. Widerstand von Seidengazefiltern, R u n d d r a h t - und Blechstreifensieben mit quadratischen Maschen. Von O. F l a c h s b a r t 16. Untersuchung von vier Windrädern. Von R. S e i f e r t h 17. Untersuchung von Dachlüftern. Von O. S c h r e n k 18. Untersuchung eines Staudruckmultiplikators. Von A. B e t z und H. P e t e r s 19. Winddruck auf geschlossene und offene Gebäude. Von O. F l a c h s b a r t 20. Winddruck auf Gasbehälter. Von O. F l a c h s b a r t 21. Bremswirkung von Windschutzgittern. Von R. L a n g e r

112 118 123 126 128 134 138

IV. Literatur-Verzeichnis

142

Anhang:

147

Berichtigungen

P r a n d t l , Ergebnisse, IV. Lfg.

1

30 67 71 74 77 85 88 89 93 95 96 101 106 108

I. Neue Versuchseinrichtungen l. Das Luftschrauben-Laboratorium. Von A. Betz.

1. Vorbemerkung. Als nach Beendigung der Inflation die Aufgaben der Versuchsanstalt stark anwuchsen, reichte der einzige vorhandene große Windkanal von 2,24 m Durchmesser bald nicht mehr aus, um diese erhöhten Anforderungen zu befriedigen. Für die meisten technischen Aufgaben kommt nur dieser, der in der I. Lieferung beschrieben ist, in Betracht, der kleine in der II. Lieferung beschriebene Kanal von 1,2 m Durchmesser kann wegen zu niedriger Reynoldsscher Zahl und wegen seiner verhältnismäßig einfachen Ausführung nur für Aufgaben mit geringerer Anforderung an Genauigkeit und Raschheit der Durchführung verwandt werden. Man hätte nun daran denken können, einfach den bewährten großen Windkanal noch einmal zu erbauen, und so die Leistungsfähigkeit der Anstalt zu verdoppeln. Dem standen aber schwerwiegende Gründe entgegen. Einmal wäre es bei den ungünstigen finanziellen Verhältnissen sehr schwer gewesen, die Mittel für den Bau eines Windkanales von dieser Größe in absehbarer Zeit flüssig zu machen. Dann sprach aber auch noch ein technischer Grund dagegen. Der große Windkanal war hauptsächlich einem bestimmten Aufgabenkreis angepaßt, der zur Zeit seiner Erbauung eben im Vordergrund stand. Im Laufe der Zeit tauchten aber neue Aufgaben auf, für deren Erfüllung er sich nicht so gut oder wenigstens nicht so bequem eignet. Es lag daher nahe zu versuchen, den vorhandenen Windkanal durch den Bau eines neuen Kanales in der Weise zu entlasten, daß man vor allem jene Aufgaben, für welche der alte Kanal sich weniger eignete, auf den neuen übernahm und diesen von vornherein mit Rücksicht auf diese Sonderaufgaben ausstattete. Vor allem sind es zwei Aufgabenkreise, in denen der vorhandene Windkanal einer Ergänzung durch Sonderkanäle bedarf, da er die entsprechenden Aufgaben nur unvollkommen zu lösen vermag. Der eine Kreis umfaßt jene Aufgaben, bei denen größere Abmessungen der Modelle nötig sind. In dieser Hinsicht hat sich vor allem ein dringendes Bedürfnis bei den Versuchen an Flugzeugmodellen mit laufenden Propellern ergeben. Die Abmessungen der Flugzeugmodelle sind durch die Windkanalabmessungen beschränkt. Dabei ergeben sich besonders bei mehrmotorigen Flugzeugen für die zugehörigen Modellpropeller vielfach so kleine Abmessungen, daß die Übertragung der gemessenen Werte vom Modell ins Große bereits recht unzuverlässig wird. Für diese Aufgaben ist ein Windkanal von 4 bis 6 m Durchmesser nötig. Wegen der hohen Kosten einer solchen Anlage kam vorerst ein solcher Windkanal als Ergänzung nicht in Frage. Nun gibt es aber noch einen anderen Aufgabenkreis, der über die Leistungsfähigkeit des normalen Windkanales hinausgeht und der sich durch einen Sonderkanal mit mäßigen Abmessungen und entsprechend geringen Kosten lösen ließ. Bei Luftschrauben erreichen die Flügelspitzen vielfach Geschwindigkeiten, welche in der Nähe der Schallgeschwindigkeit (330 m/s) und manchmal sogar darüber liegen. Bei diesen Geschwindigkeiten macht sich die Zusammendrückbarkeit der Luft geltend, und man erhält andere Ergebnisse als bei kleineren Geschwindigkeiten, bei denen die Zusammendrückung der Luft keine Rolle spielt. Man muß daher, um diese Einflüsse zu studieren, bei Versuchen mit Modellpropellern die Umfangsgeschwindigkeiten bis in den Bereich der Schallgeschwindigkeit steigern können. Dementsprechend sind auch genügend hohe Windgeschwindigkeiten erforderlich. Das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit u des Propellers zur Fluggeschwindigkeit v liegt im allgemeinen etwa zwischen 3 und 5. Die maximale Windgeschwindigkeit des großen Windkanales war etwa 50 m/s (jetzt auf etwa 58 m/s gesteigert, s. S. 8). Die 1»

2

I. Neue Versuchseinrichtungen.

zugehörigen Umfangsgeschwindigkeiten der normalen 'Propeller betrugen demnach etwa 150 bis 250 m/s. Der Einfluß der Zusammendrückbarkeit der Luft konnte also hier nur an Propellern mit ungewöhnlich kleiner Steigung (u/v = 4 bis 7) untersucht werden. Für die praktisch wichtigen Formen sind Windgeschwindigkeiten möglichst bis über 100 m/s nötig. Andererseits sind für Propellerversuche, wenn man von dem Zusammenwirken des Propellers mit dem Flugzeug absieht, nicht übermäßig große Abmessungen erforderlich. Es war also hier eine Aufgabe für einen Sonderwindkanal, die sich einerseits mit verhältnismäßig geringen Kosten lösen ließ und andererseits neben einer starken Entlastung des alten Windkanals eine wesentliche Erweiterung der Forschungsmöglichkeiten bot. Neben dem Gesichtspunkt, ausreichend große Geschwindigkeiten für Propellerversuche zu erreichen, wurden beim Bau dieser Windkanalanlage natürlich auch noch die sonstigen Erfahrungen am alten Windkanal berücksichtigt und so manches anders angeordnet.

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Abb. 1. Das L u f t s c h r a u b e n - L a b o r a t o r i u m der AVA ( L ä n g s s c h n i t t ) . M a ß s t a b 1:150.

2. Der allgemeine Aufbau 1 ). Der Windkanal mit dem zugehörigen Gebäude ist in Abb. 1 bis 4 dargestellt. Der Kanal ist wieder als Freistrahltyp mit geschlossener unterhalb der Versuchsstrecke liegender Rückführung wie der alte Kanal ausgebildet. Die Bearbeitung des bau- und maschinentechnischen Teiles lag in Händen von Dr.-Ing. O. F l a c h s b a r t . An der architektonischen Ausgestaltung war Universitätsbaurat S e i d e l wesentlich beteiligt, der zugleich die Bauoberleitung hatte. Den genannten Herren sei an dieser Stelle für ihre wertvolle Arbeit gedankt, ebenso den ausführenden Architekten H a f e r k o r n und Dipl.-Ing. H e r i n g .

1. Das Luftschrauben-Laboratorium.

3

Eine Ä n d e r u n g zeigt die A n o r d n u n g des Gebläses. Dieses b e f a n d sich b e i m a l t e n K a n a l h i n t e r d e m A u f f a n g t r i c h t e r v o r der ersten U m l e n k e c k e . Es ist j e t z t in die R ü c k f ü h r u n g zwischen die z w e i t e u n d d r i t t e U m l e n k e c k e v e r l e g t . F ü r diese Ä n d e r u n g w a r e n zwei G r ü n d e m a ß g e b e n d . E i n m a l ist d a s Gebläse in der A n o r d n u n g des alten K a n a l e s d u r c h sich losreißende Modelle gef ä h r d e t , welche in d a s Gebläse hineinfliegen u n d es beschädigen k ö n n t e n ; es m u ß d a h e r d u r c h ein b e s o n d e r e s d a v o r a n g e b r a c h t e s G i t t e r g e s c h ü t z t w e r d e n , d a s a b e r i m m e r n o c h kleinere Teile h i n d u r c h l ä ß t . Bei d e r n e u e n A n o r d n u n g bieten die beiden vor d e m Gebläse liegenden U m l e n k e c k e n bereits einen gewissen z u s ä t z l i c h e n S c h u t z . Der zweite G r u n d ist der, d a ß in d e r R ü c k f ü h r u n g die G e s c h w i n d i g k e i t der L u f t kleiner ist als u n m i t t e l b a r h i n t e r der V e r s u c h s s t r e c k e . D a m i t e r g e b e n sich f ü r d a s Gebläse kleinere U m f a n g s g e s c h w i n d i g k e i t e n u n d D r e h z a h l e n , was mit R ü c k s i c h t auf die L ä r m e n t w i c k l u n g , a b e r a u c h auf die L a g e r u n g u n d auf kritische Drehzahlen wünschenswert ist. I n s b e s o n d e r e dieser letztere Ges i c h t s p u n k t t r a t bei d e m n e u e n K a n a l w e g e n seiner g r ö ß e r e n W i n d g e s c h w i n digkeit s t ä r k e r in den V o r d e r g r u n d als beim alten Kanal. E s m u ß hier allerdings b e t o n t w e r d e n , d a ß die Verlegung des Gebläses in ein Gebiet kleiner Geschwind i g k e i t a u c h ihre Nachteile h a t . Bei niedriger U m f a n g s g e s c h w i n d i g k e i t ist es n ä m l i c h erheblich schwieriger, die e r f o r d e r l i c h e D r u c k s t e i g e r u n g zu erzielen. D a s Gebläse wird wesentlich s c h w e r e r u n d k o m p l i z i e r t e r . Im v o r liegenden Falle w u r d e d a s Gebläse zweis t u f i g m i t e i n e m zwischen den beiden L a u f r ä d e r n liegenden L e i t a p p a r a t a u s g e f ü h r t . An sich w ä r e es bei den vorliegenden G e s c h w i n d i g k e i t e n noch m ö g lich gewesen, die m a x i m a l erforderliche D r u c k s t e i g e r u n g mit e i n e m L a u f r a d (in V e r b i n d u n g mit e i n e m L e i t r a d ) zu erzielen. E s k a m hier a b e r noch ers c h w e r e n d h i n z u , d a ß z u r besseren Ausn ü t z u n g s m ö g l i c h k e i t des W i n d k a n a l e s a u s w e c h s e l b a r e Düsen v o n v e r s c h i e d e n e m D u r c h m e s s e r (1 m bis 1,5 m) v o r g e s e h e n w a r e n . D e r h i e r d u r c h b e d i n g t e weite Drosselungsbereich des Gebläses ließ sich leichter mit e i n e m zweistufigen als mit e i n e m e i n s t u f i g e n Gebläse e r r e i c h e n . W e i t e r h i n v e r s c h l e c h t e r t die Verlegung des Gebläses in die R ü c k f ü h r u n g i m allgemeinen d e n L e i s t u n g s g r a d d e r Anlage. Im Gebläse w e r d e n die l a n g s a m e n Teile des L u f t s t r o m e s s t ä r k e r bes c h l e u n i g t als die s c h n e l l e n ; d a s Gebläse m a c h t also d e n L u f t s t r o m g l e i c h m ä ß i g e r . Dies h a t z u r Folge, d a ß die V e r l u s t e zwischen Gebläse u n d Düse leichter g e r i n g zu h a l t e n sind als zwischen Düse u n d Gebläse, wo d u r c h die A n s a u g u n g v o n A u ß e n l u f t ein L u f t s t r o m m i t s e h r u n g l e i c h m ä ß i g e r G e s c h w i n d i g k e i t s v e r t e i l u n g vorliegt. J e n ä h e r m a n d a s Gebläse a n den A u f f a n g t r i c h t e r h e r a n r ü c k t , u m so kleiner wird dieses zu s t a r k e n E n e r g i e v e r l u s t e n n e i g e n d e G e b i e t . Man wird n i c h t allgemein sagen k ö n n e n , welche A n o r d n u n g g ü n s t i g e r ist. Es k o m m t s e h r d a r a u f a n , wie s t a r k die einzelnen M o m e n t e , welche f ü r u n d gegen die v e r s c h i e d e n e n A n o r d n u n g e n s p r e c h e n , in e i n e m gegebenen Falle zu b e w e r t e n sind. F ü r diesen W i n d k a n a l mit seinen S o n d e r a u f g a b e n schienen u n s die Vorteile d e r g e w ä h l t e n A n o r d n u n g w i c h t i g e r zu sein.

1. Neue Versuchseinrichtungen.

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Eine weitere Ä n d e r u n g im ä u ß e r e n A u f b a u b e s t e h t d a r i n , d a ß der S t a n d d e s B e o b a c h t e r s , der b e i m alten K a n a l n e b e n d e m L u f t s t r o m ist, ü b e r d e n L u f t s t r o m in ein besonderes S t o c k w e r k , d e n eigentlichen V e r s u c h s r a u m , verlegt w u r d e . Diese A n o r d n u n g ist d e r i m W i n d k a n a l des L u f t s c h i f f b a u Zeppelin in F r i e d r i c h s h a f e n n a c h g e b i l d e t , wo sie sich g u t b e w ä h r t h a t . Die Möglichkeit, V e r s u c h e a u c h n e b e n d e m W i n d s t r o m a u s z u f ü h r e n , b e s t e h t a u ß e r d e m . Die A n o r d n u n g des B e o b a c h t u n g s s t a n d e s ü b e r d e m L u f t s t r o m b i e t e t zwei V o r t e i l e : D e r B e o b a c h t e r ist d u r c h den L u f t s t r o m weniger g e s t ö r t u n d wohl a u c h weniger d u r c h a b f l i e g e n d e Teile g e f ä h r d e t u n d h a t m e h r Bew e g u n g s f r e i h e i t . Vor allem a b e r b i e t e t diese A n o r d n u n g die Möglichkeit, eine S e c h s k o m p o n e n t e n W a a g e a u f z u s t e l l e n , welche in e i n f a c h e r Weise beliebig große Seitenwinkel z u l ä ß t . (Bei der Sechsk o m p o n e n t e n - W a a g e des g r o ß e n K a n a l e s ist der Seitenwinkel auf 17° b e s c h r ä n k t , vgl. S. 12.) Zu d e m Z w e c k ist die Ö f f n u n g in d e r B e t o n d e c k e zwischen W i n d k a n a l u n d B e o b a c h t u n g s s t a n d kreis-

Werkstatf

Gebläse

Heizung A b b . 3.

Grundriß des Erdgeschosses. Schnitt C — D .

r u n d u n d mit e i n e m k r ä f t i g e n Winkeleisen b e g r e n z t . Auf dieses k a n n d a n n eine D r e h s c h e i b e mit d e r W a a g e a u f g e b a u t w e r d e n . So w e r d e n beliebige D r e h u n g e n u m die l o t r e c h t e Achse möglich, o h n e d a ß s t ö r e n d e Teile der W a a g e in den L u f t s t r o m reichen. (Die W a a g e ist noch in V o r b e r e i t u n g . ) Die A n o r d n u n g des B e o b a c h t u n g s s t a n d e s ü b e r d e m W i n d s t r o m h a t n e b e n den e r w ä h n t e n Vorteilen auch m a n c h e N a c h t e i l e . So m u ß m a n f ü r A r b e i t e n a m Modell ( A u f h ä n g e n , Verstellen v o n R u d e r a u s s c h l ä g e n usw.) ü b e r eine T r e p p e in d a s n ä c h s t e S t o c k w e r k h i n a b s t e i g e n . W e i t e r h i n ist die V e r w e n d u n g eines n o r m a l e n L a u f k r a n e s ü b e r d e r V e r s u c h s s t r e c k e wegen d e r d i c h t d a r ü b e r liegenden Decke u n m ö g l i c h . Die Vorteile d e r n e u e n A n o r d n u n g sind aber so erheblich, d a ß i h n e n g e g e n ü b e r die e r w ä h n t e n U n b e q u e m l i c h k e i t e n gerne in Kauf g e n o m m e n ' w e r d e n k ö n n e n . N a t ü r lich m u ß m a n b e s t r e b t sein, diese Nachteile d u r c h geeignete M a ß n a h m e n a b z u s c h w ä c h e n . Die Unb e q u e m l i c h k e i t der T r e p p e zwischen V e r s u c h s s t r e c k e u n d B e o b a c h t u n g s r a u m ist d u r c h g ü n s t i g e

1. Das Luftschrauben-Laboratorium.

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L a g e d e r s e l b e n v e r r i n g e r t . Im übrigen b e s t e h t aber a u c h die Möglichkeit, Versuche, welche bes o n d e r s viel A r b e i t e n a m Modell e r f o r d e r n , im u n t e r e n S t o c k w e r k n e b e n d e m W i n d s t r o m a u s z u f ü h r e n . F ü r die B e w e g u n g schwerer G e g e n s t ä n d e an d e r V e r s u c h s s t r e c k e , i n s b e s o n d e r e z u m A u s w e c h s e l n d e r D ü s e n , ist eine den r ä u m l i c h e n Verhältnissen b e s o n d e r s a n g e p a ß t e K r a n k o n s t r u k t i o n vorgesehen. E i n e wesentliche N e u e r u n g a n diesem W i n d k a n a l ist die E i n r i c h t u n g z u m B e t r i e b m i t v e r d ü n n t e r L u f t . W e n n m a n Propellermodelle m i t e i n i g e r m a ß e n großen A b m e s s u n g e n ( e t w a m D u r c h m e s s e r ) mit solchen D r e h z a h l e n betreiben will, d a ß die Flügelspitzen in den Bereich der S c h a l l g e s c h w i n d i g k e i t k o m m e n , so sind d a z u vielfach so hohe A n t r i e b s l e i s t u n g e n (u. U. ü b e r 100 P S ) erforderlich, d a ß sich d a r a u s m e ß t e c h n i s c h e Schwierigkeiten e r g e b e n . Man k a n n n u n o h n e d a s V e r h ä l t n i s der U m f a n g s g e s c h w i n d i g k e i t zur S c h a l l g e s c h w i n d i g k e i t zu ä n d e r n , die erforderliche

A n t r i e b s l e i s t u n g h e r a b s e t z e n , w e n n m a n die Versuche bei e r n i e d r i g t e m L u f t d r u c k a u s f ü h r t . Die L e i s t u n g ist einfach p r o p o r t i o n a l der L u f t d i c h t e , so d a ß m a n bei e i n e m L u f t d r u c k v o n % a t n u r noch % der L e i s t u n g wie bei n o r m a l e m L u f t d r u c k b r a u c h t . Das gleiche gilt n a t ü r l i c h a u c h f ü r d a s Gebläse z u r W i n d e r z e u g u n g , so d a ß m a n m i t der d u r c h die M a s c h i n e n a n l a g e gegebenen M a x i m a l l e i s t u n g größere G e s c h w i n d i g k e i t e n erzielen k a n n . D a ß mit d e r E r n i e d r i g u n g des L u f t d r u c k e s a u c h die R e y n o l d s s c h e Zahl ( K e n n w e r t ) f ü r die Propellerprofile s i n k t , ist z w a r u n e r w ü n s c h t , spielt a b e r bei e i n i g e r m a ß e n großen P r o p e l l e r a b m e s s u n g e n i m allgemeinen noch keine s c h w e r w i e g e n d e Rolle, d a j a bei d e n h o h e n U m f a n g s g e s c h w i n d i g k e i t e n die R e y n o l d s s c h e Zahl noch e i n i g e r m a ß e n a u s r e i c h e n d g r o ß ist. A u ß e r f ü r P r o p e l l e r v e r s u c h e ist die Möglichkeit, mit e r n i e d r i g t e m D r u c k zu a r b e i t e n , vielf a c h a u c h noch f ü r a n d e r e A u f g a b e n e r w ü n s c h t , d a j a die Flugzeuge in g r o ß e n H ö h e n e b e n f a l l s in v e r r i n g e r t e m L u f t d r u c k fliegen u n d dabei m a n c h e F r a g e n a u f t r e t e n , die m a n bei n o r m a l e m L u f t d r u c k n i c h t ohne weiteres u n t e r s u c h e n k a n n . Ein Beispiel h i e r f ü r ist die in dieser L i e f e r u n g

6

I. Neue

Versuchseinrichtungen.

wiedergegebene U n t e r s u c h u n g eines S t a u d r u c k m u l t i p l i k a t o r s bei verschiedenen Geschwindigkeiten u n d Drücken ( E i n f l u ß der Elastizität der L u f t u n d der Reynolds sehen Zahl). Die Forderung, den W i n d k a n a l evakuieren zu k ö n n e n , bedingte eine Reihe von baulichen M a ß n a h m e n . Z u n ä c h s t m u ß t e der K a n a l auf seiner ganzen Länge hinreichend fest sein, u m d e m äußeren Ü b e r d r u c k s t a n d z u h a l t e n . Um diese B e a n s p r u c h u n g leichter beherrschen zu können, wurde der Querschnitt des Kanales nicht viereckig sondern achteckig gewählt. D a m i t war es aber ohne besondere Schwierigkeiten möglich, die erforderliche Festigkeit zu erreichen. Es m u ß hier n u r e r w ä h n t werden, d a ß die K o n s t r u k t i o n der Umlenkecken s t r ö m u n g s t e c h n i s c h schwieriger ist, wenn m a n v o m rechteckigen Q u e r s c h n i t t abweicht. Weiterhin war es nötig, den K a n a l überall hinreichend l u f t d i c h t a u s z u f ü h r e n . Der K a n a l ist in seinem H a u p t t e i l aus Eisenbeton k o n s t r u iert. Dieser w u r d e innen nach d e m T o r k r e t v e r f a h r e n v e r p u t z t (Aufspritzen von feinem Beton mittels D r u c k l u f t ) u n d schließlich innen und a u ß e n mit Inertol gestrichen. Dieser B e t o n k a n a l ist an zwei Stellen u n t e r b r o c h e n : einmal an der Versuchsstrecke u n d a u ß e r d e m an der Stelle des Gebläses. Das Gebläse ist mit R ü c k s i c h t auf die Ein- und Ausbaumöglichkeit in einem Gußeisengehäuse u n t e r g e b r a c h t , das von der Seite in die e n t s p r e c h e n d e Lücke des B e n t o n k a n a l e s eingesetzt wurde und an diesen durch G u m m i d i c h t u n g e n angeschlossen ist. Der A n t r i e b s m o t o r s t e h t außerhalb des K a n a l e s ; die Welle ist an der D u r c h f ü h r u n g durch die K a n a l w a n d mit einer H u h n sehen Kohlering-Stopfbüchse abgedichtet. Am Versuchsstand ist z u m l u f t d i c h t e n Abschluß ein zweiteiliges teleskopartig z u s a m m e n schiebbares Rohr von ca. 2 % m lichter Weite vorgesehen (in A b b . 1 p u n k t i e r t eingezeichnet). Im zusammengeschobenen Z u s t a n d l ä ß t es sich zwischen Düse u n d A u f f a n g m ü n d u n g aus- u n d einf a h r e n . Nach dem Auseinanderziehen in der eingefahrenen Stellung v e r b i n d e t es die E n d e n des Betonkanales auf der Düsen- u n d Auffangseite, so d a ß diese Strecke l u f t d i c h t abgeschlossen wird. Da der Durchmesser des Abschlußrohres wesentlich größer ist als der größte D ü s e n d u r c h m e s s e r , geht der Wind auch bei V a k u u m b e t r i e b in F o r m eines Freistrahles d u r c h die Versuchsstrecke. Als erfreuliche E r f a h r u n g h a t sich gezeigt, d a ß bei dieser Art des Betriebes der sonst erhebliche L ä r m des W i n d k a n a l e s selbst bei den höchsten Geschwindigkeiten f a s t vollständig v e r s c h w u n d e n ist. Die W a a g e n f ü r die Messungen bei U n t e r d r u c k müssen im Innern des Abschlußrohres so u n t e r gebracht werden, d a ß sie von außen abgelesen u n d gesteuert werden k ö n n e n . Sie sind z. Zt. noch im Bau.

3. Regelung. Der e l e k t r i s c h e A n t r i e b des Gebläses ist im Prinzip ganz ähnlich wie beim großen W i n d k a n a l (vgl. I. Lieferung): Ein Leonard-Aggregat f o r m t den zur V e r f ü g u n g s t e h e n d e n D r e h s t r o m von ca. 5000 V in Gleichstrom von veränderlicher S p a n n u n g u m u n d t r e i b t d a m i t die Gebläsemaschine, deren Drehzahl d a d u r c h in sehr weiten Grenzen zuverlässig regelbar ist. Wegen der weiten räumlichen E n t f e r n u n g der Maschinen v o m Versuchsstand ist f ü r die Bedienung derselben elektrische F e r n s t e u e r u n g mit D r u c k k n ö p f e n v o m Versuchsstand aus vorgesehen. Um bei Betrieb mit verschiedenen Drücken ( V a k u u m ) jeweils die Geschwindigkeit soweit steigern zu k ö n n e n , d a ß die volle zur V e r f ü g u n g stehende Antriebsleistung a u s g e n ü t z t wird, ist a u ß e r der Leonard-Regulierung noch eine D r e h z a h l e r h ö h u n g bis zu 5 0 % durch F e l d s c h w ä c h u n g des Gebläsemotors möglich. Hierbei bleibt die Maximalleistung u n v e r ä n d e r t , w ä h r e n d sie bei Leonard-Regelung proportional der Drehzahl ist. Die Windgeschwindigkeit wird ebenfalls wie bei der alten Anlage durch einen von einer D r u c k w a a g e a u t o m a t i s c h b e t ä t i g t e n W i d e r s t a n d geregelt, der, u m die nötige Feinstufigkeit zu erreichen, in einen Grob- u n d Feinregler u n t e r t e i l t ist. W ä h r e n d aber bei der alten Anlage beide Regelwiderstände vor dem Felde der L e o n a r d - D y n a m o lagen, w i r k t j e t z t nur der Grobregler auf die L e o n a r d - D y n a m o , der Feinregler dagegen liegt vor d e m Felde des Gebläsemotors (Abb. 5.) D a d u r c h wird die in der I. Lieferung e r w ä h n t e Schwierigkeit des Z u s a m m e n a r b e i t e n s der beiden Regler bei s t a r k verschiedenen Grobreglerstellungen vermieden, die bei der alten A u s f ü h r u n g d u r c h eine besondere S c h a l t u n g beseitigt wurde. J e t z t ist n u r erforderlich, die Grobreglerstufen so zu wählen, d a ß jeder Stufe a n n ä h e r n d die gleiche prozentuale Geschwindigkeitsänderung entspricht,

1. Das Luftschrauben-Laboratorium. welche vom Feinregler durch Feldschwächung des Gebläsemotors überbrücktwird. Diese A n o r d n u n g bringt als Nachteil eine etwas unerwünscht feinstufige Unterteilung bei kleinen Geschwindigkeiten mit sich, ist aber sonst sehr viel einfacher und übersichtlicher.

Grobregler

7 Feinregler

U m Überregelung und damit verbundene Pendelungen in der Gebläsedrehzahl zu vermeiden, war bei der alten Anlage ein besonderer Hilfsmechanismus an der Druckwaage angebracht. Bei der neuen Anlage wird statt dessen bei jeder Betätigung des Feinreglers, solange dieser läuft, durch einen Stabilisator ein fester passend gewählter Widerstand bzw. W2 in A b b . 5) zu- bzw. abgeschaltet, der nach Beendigung der Reglerverstellung wieder abbzw. zugeschaltet wird. Hierdurch wird ebenfalls die Überregelung vermieden. Ebenso wie bei der alten A n lage schaltet der Feinregler, wenn er in seine EndstellunAbb. 5. Schaltschema der elektrischen Anlage. gen kommt, mittels eines Verzögerers den Grobregler langsam weiter. A n Stelle der in der ersten Lieferung dargestellten Bauart des Verzögerers ist aber eine inzwischen v o n den Siemens-Schuckert-Werken [auch für andere Zwecke entwickelte K o n s t r u k t i o n benützt worden.

4. Leistung. Über die mit der Nennleistung des Antriebsmotors (165 k W ) bei verschiedenen bedingungen erreichbaren Geschwindigkeiten gibt nachstehende Tabelle A u s k u n f t : Strahldurchmesser m

Windgeschwindigkeit m/s

Drehzahl des Gebläses U/min

1,0 0,52 0,3

1,5 ff »

56,6 69,5 81,0

1120 1350 1590

1,0 0,7 0,5 0,25

1,0 ff ff ff

76,8 84,2 96,0 121,4

910 1010 1120 1420

Luftdruck Atm

Betriebs-

Es ist jedoch zu bemerken, daß der Kanal seine endgültigen Einrichtungen noch nicht vollständig besitzt, so daß sich die vorstehenden Angaben später noch etwas ändern können.

8

I. Neue

Versuchseinrichtungen.

Im Z u s a m m e n h a n g mit der Beschreibung der neuen W i n d s t r o m a n l a g e des L u f t s c h r a u b e n L a b o r a t o r i u m s sei an dieser Stelle noch kurz über eine V e r m i n d e r u n g der Energieverluste im großen W i n d k a n a l der Versuchsanstalt durch eine Nabenverkleidung berichtet. Bei dem in der I. Lieferung beschriebenen W i n d k a n a l war vor und hinter der Nabe des Gebläses ein stromlinienförmiger Verkleidungskörper vorgesehen (I. Lieferung, Abb. 8 und Tafel I). Die Anfertigung dieser Verkleidung wurde d a m a l s aus Zeitmangel zurückgestellt und kam erst vor kurzer Zeit tatsächlich zur A u s f ü h r u n g . Dabei ergab sich, d a ß durch diese M a ß n a h m e eine erhebliche Ersparnis an Leistung erzielt wurde. Die erforderliche Motorleistung, welche in der I. Lieferung noch mit 0,68 q/2 • F v3 angegeben ist, b e t r ä g t j e t z t n u r noch 0,46 Q/2 • F vs (Q = L u f t d i c h t e , F= 4 m 2 = D ü s e n q u e r s c h n i t t , v = Geschwindigkeit an der Meßstelle hinter der Düse). Mit der zur Verfügung stehenden Leistung von 300 P S k a n n d a h e r die Geschwindigkeit j e t z t auf ungefähr 58 m/s gebracht werden. Bemerkenswert ist, d a ß bereits die vor der Nabe a n g e b r a c h t e Haube ohne den Abflußkegel hinter der Nabe eine erhebliche Ersparnis b r a c h t e . Der Leistungsbedarf b e t r ä g t : bei Anbringung der vorderen Haube allein bei Anbringung des hinteren Abflußkegels allein

0,47 Q/2 • F v 3 0,60 Q/2 • Fvz.

2. Die Sediskomponenten-Waage des großen Windkanals. Von A. B e t z .

W e n n Körper mit einer Symmetrieebene, wie es Flugzeuge ohne Quer- und Seitenruderausschlag sind, in dieser Symmetrieebene a n g e s t r ö m t werden (gerader Flug der Flugzeuge), so liegen auch die sich ergebenden L u f t k r ä f t e in dieser Symmetrieebene. Es genügen d a n n zu ihrer Festlegung drei Größen, z. B. Auftrieb, W i d e r s t a n d und Moment um die Flügelvorderkante. Bei u n s y m m e t r i s c h e n Körpern, z. B. Flugzeugen mit ausgeschlagenen Quer- oder Seitenrudern, oder bei schräger A n s t r ö m u n g (schiebendes Flugzeug) können noch andere K r ä f t e a u f t r e t e n , zu deren Festlegung drei weitere Größen erforderlich sind, z. B. Seitenkraft, Moment um die Hochachse u n d Moment u m die Längsachse. Im ganzen sind also bei diesen u n s y m m e t r i s c h e n Fällen sechs Größen zu messen: die K r a f t k o m p o n e n t e n in R i c h t u n g der drei Koordinatenachsen und die Mom e n t e u m die drei Achsen. Bereits beim Bau des jetzigen großen Göttinger Windkanales wurde gleichzeitig der Bau einer f ü r diese sogenannten Sechskomponenten-Messungen geeigneten Waage in Angriff genommen. Ihre endgültige Fertigstellung verzögerte sich infolge allerlei Schwierigkeiten, die sich bei dem komplizierten Mechanismus im Betriebe ergaben, und m u ß t e d a n n infolge der Verhältnisse bei Kriegsende zunächst zurückgestellt werden. Die Aufgabe, unsymmetrische Flugzustände zu untersuchen, blieb aber bestehen u n d wurde zunächst mit behelfsmäßigen Zusatzeinrichtungen zu der v o r h a n d e n e n D r e i k o m p o n e n t e n - W a a g e 1 ) d u r c h g e f ü h r t . Die E r f a h r u n g e n , die man mit diesen behelfsmäßigen Zusatzeinrichtungen m a c h t e , waren z. T. recht befriedigend, so d a ß man dieselben allmählich i m m e r mehr a u s b a u t e und vervollkommnete u n d die Fertigstellung der ursprünglich vorgesehenen S e c h s k o m p o n e n t e n - W a a g e aufgab. Dem weiteren Ausbau hinderlich war indes der U m s t a n d , d a ß die D r e i k o m p o n e n t e n - W a a g e , an welche die Zusatzeinrichtungen a n g e b a u t werden m u ß t e n , nicht von vornherein d a f ü r eingerichtet war, so d a ß sich vielfach räumliche Unbequemlichkeiten ergaben. Als n u n die H o l z k o n s t r u k t i o n , auf welche die D r e i k o m p o n e n t e n - W a a g e während des Krieges rasch a u f g e b a u t worden war, i m m e r s c h a d h a f t e r wurde, ging man d a r a n , dieselbe durch eine Eisenk o n s t r u k t i o n zu ersetzen. Dabei k o n n t e n die f ü r die Sechskomponenten-Messungen nötigen Einrichtungen auf Grund der gesammelten E r f a h r u n g e n gleich in geeigneter Weise mit vorgesehen werden. Die K o n s t r u k t i o n wurde von Dipl.-Ing. H. M u t t r a y d u r c h g e f ü h r t . Das Schema der Einzelkräfte, welche bei einer Sechskomponenten-Messung b e s t i m m t werden sollen, ist in A b b . 6 angegeben. Das Modell (ein Flugzeug, wie bei Dreikomponenten-Messungen >) s. I. Lieferung, S. 27.

2. Die Sechskomponenten-Waage des großen Windkanals.

9

in u m g e k e h r t e r Lage) ist an 6 D r ä h t e n befestigt, welche zu W a a g h e b e l n f ü h r e n ; die K r ä f t e in diesen 6 D r ä h t e n w e r d e n m i t t e l s H e b e l w a a g e n b e s t i m m t u n d stellen die g e s u c h t e n 6 K o m p o n e n t e n d a r . Von zwei P u n k t e n der F l ü g e l v o r d e r k a n t e gehen zwei D r ä h t e s e n k r e c h t n a c h o b e n ; in i h n e n w i r k e n die K r ä f t e u n d A2. Von den gleichen P u n k t e n gehen zwei D r ä h t e w a a g e r e c h t , e n t g e g e n g e s e t z t der W i n d r i c h t u n g , n a c h v o r n ; sie n e h m e n die beiden W i d e r s t a n d s k o m p o n e n t e n W t u n d W 2 a u f . 30 cm h i n t e r der F l ü g e l v o r d e r k a n t e g r e i f t ein w e i t e r e r D r a h t a n , welcher ein d r i t t e A u f t r i e b s k o m p o n e n t e A3 a u f n i m m t . Die S e i t e n k r a f t S wird d u r c h einen D r a h t a u f g e n o m m e n , welcher von einem d e r v o r d e r e n A u f h ä n g e p u n k t e a u s g e h t . D u r c h S p a n n g e w i c h t e Sp wird allen diesen D r ä h t e n eine geeignete V o r s p a n n u n g erteilt. U m die D r ä h t e m i t den K r ä f t e n W j u n d W 2 a u s d e m W i n d h e r a u s an W a a g h e b e l f ü h r e n zu k ö n n e n , sind sie ähnlich wie bei der W i d e r s t a n d s m e s s u n g der a l t e n D r e i k o m p o n e n t e n - W a a g e an j e einen R i n g u n d R2 g e f ü h r t , v o n d e m a u s ein D r a h t s c h r ä g n a c h u n t e n zu e i n e m f e s t e n P u n k t u n d ein a n d e r e r D r a h t s e n k r e c h t n a c h oben z u m W a a g hebel f ü h r t . Die K r ä f t e W ^ b z w . W 2 in diesen beiden s e n k r e c h t e n D r ä h t e n s t e h e n je n a c h der N e i g u n g d e r s c h r ä g nach unten zum Festpunkt führenden D r ä h t e in einem b e s t i m m t e n V e r h ä l t nis zu den w a a g e r e c h t e n K r ä f t e n u n d W2, d a s jeweils d u r c h E i c h u n g bes t i m m t w e r d e n m u ß . Bei d e r ausgef ü h r t e n W a a g e n k o n s t r u k t i o n ist bzw. W2 ** 2 W2. Dieses Verh ä l t n i s w u r d e nicht 1 g e n o m m e n wie bei der a l t e n W a a g e , u m die F e s t p u n k t e f ü r die s c h r ä g n a c h u n t e n f ü h r e n d e n D r ä h t e a m Gestell der W a a g e a n b r i n g e n zu k ö n n e n . F ü r Messungen bei Seitenwind m u ß n ä m l i c h die ganze W a a g e g e d r e h t w e r d e n u n d die F e s t p u n k t e müssen die D r e h u n g n a t ü r l i c h m i t m a c l Lage z u r Düse des W i n d k a n a l e s n i c h t v e r ä n d e r t e , k o n n t e d e r F e s t p u n k t in d e r Düse a n g e b r a c h t und so der d o r t h i n f ü h r e n d e D r a h t wesentlich f l a c h e r gelegt w e r d e n . Die S e i t e n k r a f t S k a n n e n t w e d e r m i t t e l s R i n g u n d F e s t p u n k t ä h n l i c h wie die K r ä f t e H^ u n d W 2 n a c h oben u m g e l e n k t w e r d e n . In d e r Regel wird a b e r d a z u eine leicht g e h e n d e Rolle o d e r n e u e r d i n g s ein W i n k e l h e b e l v e r w a n d t , d a m a n d a n n keine E i c h u n g n ö t i g h a t , i n d e m d a s Ü b e r s e t z u n g v e r h ä l t n i s g e n a u 1 u n d n i c h t , wie bei R i n g u n d F e s t p u n k t , von d e r N e i g u n g d e r D r ä h t e a b h ä n g i g ist. Bei d e n W i d e r s t a n d s d r ä h t e n l ä ß t sich die U m l e n k r o l l e o d e r der W i n k e l h e b e l wegen i h r e r g r o ß e n A b m e s s u n g e n u n d wegen der d a d u r c h v e r u r s a c h t e n S t ö r u n g der S t r ö m u n g vor d e m Modell nicht v e r w e n d e n . Alt A2, i43, p o n e n t e n . Die K r ä f t e A1 + A2 H^

W2 in + +

u n d S sind die sechs v o m Modell u n m i t t e l b a r a b g e n o m m e n e n K r a f t k o m drei z u e i n a n d e r s e n k r e c h t e n K o o r d i n a t e n ergeben sich d a r a u s z u : A3 = A = A u f t r i e b , W2 = W = W i d e r s t a n d , S = Seitenkraft.

Die M o m e n t e u m die drei Achsen sind ( m i t a u n d b e n t s p r e c h e n d A b b . 6 ) : (i4j —

,A2) • a = Mx = M o m e n t u m die Längsachse,

(VV, — W 2 ) • a = Mv = A3 - b =

Mz

=

,, ,,

,, ,,

„ „

Hochachse, Querachse.

10

I. N e u e

Versuchseinrichtungen.

Der Koordinaten-Nullpunkt 0 , durch den die drei Momentenachsen gehen, liegt dabei auf der Verbindungslinie der Befestigungspunkte P1 und P2 und zwar im allgemeinen in der Mitte zwischen den beiden Punkten. Wenn aus bestimmten Gründen die Punkte P1 und P2 unsymmetrisch angeordnet werden müssen, so läßt sich der Momentenpunkt auch beliebig auf der Geraden P1 P 2 verschieben. Das Moment ist dann A1 • at — A2 • a2, wobei und a2 dann die Abstände der Punkte P j und P2 von der Momentenachse sind. Durch die Umlenkung der drei waagerechten Kräfte W j , W 2 und S in lotrechte Richtung verlaufen sämtliche 6 Kräfte lotrecht und greifen an einem System von Wägeeinrichtungen an, das sich auf einem Gerüst über dem Luftstrome befindet. Diese Wägeeinrichtungen sind so angeordnet, daß man nach Möglichkeit die 3 Kraftkomponenten in Richtung der 3 Achsen — Auftrieb, Widerstand und Seitenkraft — und die Momente um die 3 Achsen unmittelbar erhält. Beim Auftrieb war dies nicht in einfacher Weise zu erreichen, deshalb ist hier nur die Summe A1 + A2 wägbar, während die Kraft A3 gesondert gemessen wird. Sie ergibt außerdem durch Multiplikation mit dem Hebelarm b • cos « das Moment um die Querachse, wobei « der Anstellwinkel, bezogen auf die durch die Punkte und P2 und den Angriffspunkt von Aa bestimmte Ebene, ist. Dieses Verfahren ist von der alten Dreikomponentenwaage im wesentlichen unverändert übernommen. Die Seitenkraft S kann ohne weitere Umformung an einer einzelnen Waage gemessen werden. Es bleiben noch die Kräfte A1 und A2 einerseits und Wund W2 andererseits. Von diesen ist jeweils ihre Summe und ihr Moment um die betreffende Momentenachse zu bestimmen. Wie dies durchgeführt ist, zeigt Abb. 7 für die beiden Auftriebskräfte A1 und A2; für die beiden Widerstandskräfte und W 2 ist die Anordnung im wesentlichen dieselbe. An zwei starr miteinander verbundenen, um eine gemeinsame Achse X X drehbaren Hebeln H1 und H2 hängt der Bügel B. Beim Ausschlagen der Hebel bewegt sich dieser Bügel parallel zu sich selbst auf und ab. Dieser Teil ist von der Auftriebswaage der alten Dreikomponentenwaage übernommen, bei der die den Auftrieb übertragenden Drähte an dem Bügel B angriffen. Jetzt ist an dem Bügel B zunächst ein weiterer sehr langer Waaghebel Ha aufgehängt, dessen Drehachse Y Y parallel zur Windrichtung liegt. An diesem Hebel greifen nun die Drähte mit den Kräften A1 und A2 zu beiden Seiten der Drehachse in demselben Abstand a von ihr wie am Modell an. Ist ein Moment um die Längsachse des Flugzeuges vorhanden, so wird dieses in gleicher Größe auf den Hebel H3 übertragen. Die Wägung geschieht nun in folgender Weise: Der Hebel H 3 kann durch eine in der Abb. 7 rechts angedeutete Klemmvorrichtung mit dem Bügel B starr verbunden werden. An dem Hebel H2 bzw. an der mit ihm verbundenen Ablesewaage W A läßt sich dann genau wie bei der alten Dreikomponenten-Waage die Kraft Av= A1 + A2 auswägen. Dann wird das Hebelsystem Ht und H2 arretiert, die starre Verbindung des Hebels H3 mit dem Bügel B gelöst, so daß der Hebel Hz um seine Achse schwingen kann, und dafür der Hebel H3 mit einer Ablesewaage WM verbunden, an der dann das Moment M um die Flugzeuglängsachse, d. i. das Quermoment gemessen werden kann. Die Lösung der Verbindung des Hebels H3 einmal mit dem Bügel B und einmal mit der Waage WM und die gleichzeitige Herstellung der jeweiligen anderen Verbindung geschieht durch Drehen von zwei Handgriffen. Auftrieb und Moment können demnach nicht gleichzeitig gemessen werden, sondern nur nacheinander nach Betätigung der erwähnten Handgriffe. Man hätte ohne große Schwierigkeiten durch Anordnung einiger einfacher Zwischenhebel es auch erreichen können, daß die beiden Wägungen unabhängig voneinander gleichzeitig erfolgen können. Bei den eingangs erwähnten behelfsmäßigen Einrichtungen war zeitweilig auch eine solche Anordnung in Gebrauch. Es hatte sich aber gezeigt, daß dieselbe leichter zu Störungen Anlaß gibt als die erwähnten Kupplungen und daß andererseits der Zeitgewinn, der durch die gleichzeitige Wägung erzielt wird, praktisch nicht sehr stark ins Gewicht fällt. Die Waagenanordnung für die beiden Kräfte W t ' und W 2 ist genau wie die eben beschriebene für die Kräfte A1 und A2. Die Waage für die dritte Auftriebskomponente As entspricht ebenfalls der geschilderten Waage, nur greift der Draht unmittelbar an dem Bügel B an, der Hebel H3 mit seinen Kupplungen und seiner Ablesewaage fällt hier fort. Sollen an einem Modell nur Dreikomponenten-Messungen ausgeführt werden, so kann die Anordnung der Aufhängedrähte im wesentlichen die gleiche wie bei der alten Dreikomponenten-Waage sein: die Drähte f ü r die Seitenkraft S und

2. Die Sechskomponenten-Waage des großen Windkanals.

11

für deren Vorspannung fallen dann weg. Die kleinen zufälligen Seitenkräfte werden erforderlichenfalls durch V-förmige Aufhängedrähte auf den Bügel B bzw. auf den Hebel H3 übertragen. Der Aufbau der Waagen schließt sich eng an den der alten Dreikomponenten-Waage an: Ein auf vier mit Justierschrauben versehenen Füßen ruhendes Gestell trägt oben (über dem Windstrom) hintereinander 1. die Waage für die Kräfte HY und W 2 ' (Widerstand und Moment um die Hochachse), 2. die Waage für die Kräfte A1 und A2 (vorderer Auftrieb und Moment um die Längsachse) und 3. die Waage für die Kraft A3. Die Kräfte W=Wt + W2, Av = + A2 und A3 werden durch Zugstangen seitlich vom Windstrom nach unten zu Ablesewaagen in Augenhöhe

waagen für die bei Sechskomponentenmessungen neu hinzukommenden drei Kräfte (Moment um die Hochachse, Moment um die Längsachse und Seitenkraft) sind auf der entgegengesetzten Seite, aber auf einem Podium über dem Luftstrom angeordnet. Man hat dadurch die Übertragung nach unten gespart, dafür aber eine gewisse Unbequemlichkeit, wie sie die räumliche Entfernung vom Hauptbedienungsstand mit sich bringt in Kauf genommen. Dieser Anordnung lag der Gedanke zugrunde, daß die am häufigsten gebrauchten Waagen für Dreikomponenten-Messungen bequem zugänglich sein sollten, daß aber für die seltener gebrauchten übrigen drei Komponenten im Interesse des einfacheren Aufbaues eine kleine Betriebserschwerung zulässig ist.

12

I. Neue

Versuchseinrichtungen.

Das ganze Waagengestell ruht mit seinen vier Füßen auf der in der I. Lieferung 1 ) beschriebenen Drehscheibe u n t e r dem W i n d s t r o m ; es k a n n daher mit sämtlichen W a a g e n und dem a n g e h ä n g t e n Modell u m eine lotrechte Achse gedreht werden, so d a ß der Wind das Modell u n t e r einem Seitenwinkel t r i f f t . Diese Drehung ist d a d u r c h beschränkt, d a ß bei zu großen Winkeln, die Füße des Waagengestelles in den W i n d s t r o m k o m m e n . Bei der v o r h a n d e n e n W a a g e ist der größte mögliche Verdrehungswinkel nach beiden Seiten ca. 17° (bei der alten W a a g e mit den behelfsmäßigen Einricht u n g e n betrug er nur etwa 7°). Diese Beschränkung im Seitenwinkel ist wohl der schwerwiegendste Mangel, welcher dieser S e c h s k o m p o n e n t e n - W a a g e a n h a f t e t , er ließ sich aber ohne ganz wesentliche U m b a u t e n der W i n d k a n a l a n l a g e nicht vermeiden. Immerhin ist der j e t z t erreichbare Winkel von 17° f ü r die meisten Zwecke ausreichend. Bei der in dieser Lieferung beschriebenen neuen W i n d kanalanlage des L u f t s c h r a u b e n - L a b o r a t o r i u m s ist von vornherein auf diesen Gesichtspunkt R ü c k sicht genommen worden und eine Waage mit beliebig großen Verdrehungswinkeln vorgesehen 2 ). Die Einstellung des Anstellwinkels geschieht in gleicher Weise wie bei der alten Dreik o m p o n e n t e n - W a a g e durch Verschieben der hinteren Auftriebswaage (i4 3 ) s a m t ihrer Ablesewaage. Diese E i n r i c h t u n g ist nur insofern verbessert, als sie j e t z t Anstellwinkeländerungen im Bereich von — 35° bis + 50° z u l ä ß t . Außerdem ist an der Winkelskala noch ein einstellbarer Hilfsindex a n g e b r a c h t , u m außer d e m Winkel, den die Ebene der drei A u f h ä n g e p u n k t e mit der waagerechten Ebene bildet, auch den Anstellwinkel des Flügels selbst ablesen zu können, falls die Flügelsehne (bzw. die sonst gewählte Bezugslinie) nicht in die Ebene der A u f h ä n g e p u n k t e fällt. Leider war es nicht möglich, schon in dieser Lieferung im R a h m e n der Versuchsergebnisse auch Sechs-Komponenten-Messungen zu bringen, wir hoffen jedoch in der V. Lieferung derartige Messungen veröffentlichen zu k ö n n e n . Hier sei einstweilen auf folgende f r e m d e Berichte über Göttinger Sechs-Komponenten-Messungen mit dieser W a a g e verwiesen: 1. H. B l e n k , Göttinger Sechs-Komponenten-Messungen form und Verwindung. D V L - J a h r b u c h 1929, S. 183.

an

Flügeln

mit

V-Form,

Pfeil-

2. H. B l e n k , Göttinger Sechs-Komponenten-Messungen an einem Modell des Flugzeugbaumusters J u n k e r s A 35. D V L - J a h r b u c h 1930, S. 54.

3. Gin neues Mikromanometer. Von A. B e t z . Das in der I . L i e f e r u n g (S. 44) beschriebene M i k r o m a n o m e t e r nach P r a n d t l hat in der Zwischenzeit einige kleine Verbesserungen e r f a h r e n : Es w u r d e ein T h e r m o m e t e r a n g e b r a c h t , an dem die T e m p e r a t u r des Alkohols, von der ja sein spez. Gewicht und d a m i t der S k a l e n f a k t o r des I n s t r u m e n t e s s t a r k a b h ä n g t , stets festgestellt werden k a n n . Weiterhin w u r d e der A n t r i e b der Einstellvorrichtung so u m k o n s t r u i e r t , d a ß sich die Grobeinstellung rascher vornehmen läßt. Das I n s t r u m e n t h a t sich f ü r die meisten vorkommenden A u f g a b e n , solange eine Genauigkeit von 1 / 2 0 k g / m 2 ( = 1 / 2 0 m m W.-S.) ausreicht, sehr gut b e w ä h r t . F ü r die Bedienung des W i n d k a n a l s h a t sich aber im Laufe der Zeit der W u n s c h herausgestellt, ein I n s t r u m e n t zu haben, welches aus einiger E n t f e r n u n g b e q u e m ablesbar ist, u m von der Bedienungsstelle der W a a g e n aus jederzeit die W i n d geschwindigkeit kontrollieren zu k ö n n e n . Dabei war u n g e f ä h r die gleiche Genauigkeit von etwa 1 / , 0 bis 1 / 2 0 k g / m 2 u n d ein Meßbereich bis etwa 200 k g / m 2 wie bei dem bisherigen I n s t r u m e n t erforderlich. Zeigerinstrumente k a m e n f ü r diesen Zweck wegen ihrer zu geringen Genauigkeit nicht in Frage. Aus dem angegebenen praktischen Bedürfnis heraus ist das in A b b . 8 im Schnitt dargestellte Instrument entstanden. Ein Ü b e r d r u c k im Gefäß G d r ü c k t die Meßflüssigkeit in d e m Steigrohr St soweit in die Höhe bis Gleichgewicht herrscht. Als Meßflüssigkeit ist Wasser v e r w a n d t , so d a ß der Höhenunterschied >) s. dort S. 11. ) s. S. 4.

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3. E i n neues Mikromanometer.

der Flüssigkeitsspiegel im Gefäß und i m Steigrohr unmittelbar die Druckdifferenz in mm W . - S . oder, was dasselbe ist, in kg/m 2 angibt. Die Verwendung von Wasser hat den Vorteil, daß sein spez. Gewicht nicht nur bei einer Normaltemperatur 1 ist sondern auch nur sehr wenig von der T e m peratur abhängt, so daß eine Berücksichtigung des Temperatureinflusses, wie bei Alkohol, Toluol und anderen gebräuchlichen Meßflüssigkeiten meist unnötig ist. Der Nachteil des Wassers, daß seine Kapillareigenschaften ziemlich unangenehm sind, ist dadurch auf ein erträgliches Maß herabgesetzt, daß das Steigrohr verhältnismäßig sehr weit gewählt ist. Dies hat allerdings zur Folge, daß zum Verschieben des Flüssigkeitsspiegels ein verhältnismäßig großes Luftvolumen nötig ist. Das Instrument ist deshalb in Verbindung mit sehr kleinen Staugeräten (z. B. für Grenzschichtmessungen) nicht gut geeignet, da die Einstellzeit zu lang wird. Für die Geschwindigkeitskontrolle a m Windkanal und für viele andere Zwecke spielt diese Beschränkung aber keine Rolle. U m nun die Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Steigrohr genau ablesen zu können, ist darin ein Schwimmer Sch angebracht, an den sich nach unten eine mit bezifferten Marken St versehene Glasskala anschließt. Der Abstand der Marken ist so gewählt, daß die beigeschriebenen Zahlen die Höhendifferenz der Flüssigkeitsspiegel in m m , also die Druckdifferenz in kg/m 2 angeben. Diese Marken werden durch eine Mikroprojektionseinrichtung in ca. 20facher Vergrößerung auf eine Mattscheibe M geworfen, auf der sich eine Teilung befindet, welche Vio m m W.-S. entspricht. Das auch auf größere Entfernung deutlich sichtbare Bild auf der Mattscheibe hat dann z. B. das in A b b . 9 dargestellte Aussehen. Man kann unschwer zwischen den Teilstrichen noch die 1 / 100 mm W.-S. schätzen. Für die Ausnützung einer so genauen A b lesung ist allerdings eine Kontrolle der T e i lungsfehler der Schwimmerskala und eine häufige Nachprüfung des Nullpunktes erforderlich. Bei Beschränkung auf eine Genauigkeit von Vio bis V20 kg/m 2 , was auch noch aus einiger Entfernung bequem ablesbar ist, er- A b b . 8. D a s Mikromanometer im Schnitt (etwa '/. nat. Größe), übrigen sich im allgemeinen besondere V o r sichtsmaßnahmen. M i t der Zeit ändert sich nur der Nullpunkt etwas infolge Verdampfens von Wasser. Er kann leicht durch Verstellen der Mattscheibenskala nachkorrigiert werden. Gröbere Nullpunktseinstellungen werden durch Nachfüllen bzw. Ablassen von Wasser bewerkstelligt. Um zu verhindern, daß bei zufälliger Überschreitung des maximalen Überdruckes v o n 200 kg/m 2 Wasser in die a m Steigrohr angeschlossene Schlauchleitung kommt, ist am oberen Ende des Steigrohres ein Reserveraum vorgesehen, welcher das hochgedrückte Wasser aufnehmen kann. Für den Anschluß der Meßschläuche sind dieselben konischen Stöpsel in Verwendung wie bei d e m P r a n d t i s c h e n Instrument. Dieselben haben inzwischen insofern eine Verbesseruug erfahren, als sie jetzt durch eine die Handhabung nicht störende Hülse v o r BeschädiJ , ... , . , ® gung geschützt Sind.

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Abb. 9. skaienbiid auf der Mattscheibe / T21 2 Vi dl dr,7 i - J o \ '