The history of the SUNNY-Boxwing 

einer der ersten Flüge

... und andere Ideen zur Fliegerei!


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Die Sunny-Boxwing-Flugzeuge wurden in den späten 80ern von der Firma Dieter Schulz Tandem Aircraft KG entwickelt. Lesen Sie die Geschichte dieser Flugzeuge hier in zwei Teilen.

The Sunny-Boxwing was developed in the late 80ies by the Dieter Schulz Tandem Aircraft KG. Read the history of this craft here in 2 parts.

 

Teil 1 (Part 1: Early Ringwings)

 

 

Teil 2 (Part 2: Sunny-Boxwing)

 

Das Konzept eines sehr leichten Boxwingflugzeugs ohne zusätzliches Leitwerk wurde in den 80er Jahren von mir ausgearbeitet und patentiert. Es eröffnet im Bereich kleiner Flugzeuge bei richtiger Auslegung Fluggeräte, die weder abschmieren noch trudeln können. Darauf lag in den 80er und 90er Jahren das Hauptaugenmerk.

Zu Beginn des 21. Jahrunderts wurden solche Konzepte auch von der Luftfahrt-Industrie entdeckt. Hier spielen allerdings andere Gesichtspunkte wie ein widerstandsarmer Flug in der vorgesehene Flughöhe eine wichtige Rolle. Einen ersten Überblick gibt das folgende verlinkte PDF (deutsch) von Prof.  Dr.- Ing. Dieter Scholz    

Von 1989 bis 1999 wurden mit meiner Firma Tandem Aircraft 150 Sunny-Boxwings produziert, mit denen wichtige Erfahrungen zur Stabilität und Steuerbarkeit dieser neuartigen Auslegung gewonnen werden konnten.  Der Sunny  ist seit über 25 Jahren das einzige zugelassene und manntragende Flugzeug dieser Art. Konzeptbedingte Unfälle gab es nicht.


Videos zum Sunny-Boxwing:

Dieses Video zeigt eines Original Sunny-Sport, der auf einem Flugtag mehrmals mit Fluggästen bei sehr heissem Wetter von einem Modellflugplatz startet und landet. Der Pilot R. Kienzle flog auch eine Pitts - Kunstflug-Doppeldecker.

This short clip shows the flying qualities of an original Tandem Aircraft Sunny-Sport on rough terrain.


http://youtu.be/XGSwkETNuGs



Ein Vorführflug eines Original Sunny side-by-side
1994 in Sun'n Fun, Pilot Gerard Durand. Aufgrund der geringen Flächenbelastung ist der Sunny nicht nur wendig, sondern zeigt auch recht gute Kurzstart- und Landeeigenschaften ohne Klappen.

An original Sunny side-by-side 1994 in Sun'n Fun,  pilot Gerard Durand, who demonstrates, that the SUNNY can come in and lift off short.

https://www.youtube.com/watch?t=11&v=YKUvgcpmWKU

 

Ein Video von 2013, das Flüge mit einem 23 Jahre alten Sunny-Sport im Schnee zeigt.

A video from 2013 showing a 23 years old Sunny-Sport flying from snow.

http://vimeo.com/61731610

 

 

 

Eine kurzer Landeanflug mit Knüppel am Bauch = Sackflug, wie man ihn selten von dieser Perspektive sieht.

Coming in short, stick full back. Possible with a short coupled tandem aircraft.

https://www.youtube.com/watch?v=klb6eZOGPtM

 

 

Die ersten Minuten unseres Promo-Videos von 1990/91 - leider in schlechter Qualität, dafür bin ich dort aber auch 25 Jahre jünger :-) 

First minutes of our promo-video from 1990 in rather bad quality. But my own quality (body only) was a bit better,  because I was 26 years younger than now (end 2006). 

http://youtu.be/up_-UP8wRKc


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GreenwingsLF

Die NASA hat einen Wettbewerb für die Flugzeuge der Zukunft ausgeschrieben und viele Ideen wurden eingereicht - Blended-Wing-Bodies, Doppelrumpfflugzeuge und Boxwings. Mein eigenes Konzept, das zeigt, wie sich der Blended-Wing-Body mit dem Ringwingprinzip verbinden lässt. Greenwings

My thoughts about a possible future-aircraft which combines blended wingbody and ringwing.
 Greenwings


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Eine Untersuchung von mir galt der Frage, wie sich die Position des hinteren Flügels bei nichtplanaren Tandem-Systemen auswirkt. Die Ergebnisse sind zum Teil überraschend, auch wenn das angewandte Vergleichsverfahren keinerlei wissenschaftlichen Standard erfüllen will.

Es zeigt sich, dass die Spaltung einer planaren Urfläche in ein nichtplanares Tandem- oder Boxwing- oder Rautensystem die Leistung bei verschiedensten horizontalen und vertikalen Staffelungen so gut wie nicht erhöht. Besser wird die Leistung erst dann um rd. 11 % wenn man aufgrund der Staffelung der Tandemflächen auf ein Höhenleitwerk verzichten kann.

Ich danke Dipl.-Ing. Daniel Schiktanz für die freundliche Übersetzung.


This analysis does not claim to be accordant to scientific methods and it does not make any statements regarding the prospects of success for any box wing project. The only purpose  of the analysis is to get clarity about the influence of vertical stagger of the rear wing of a tandem wing and a box wing for me personally.

The used method is comparing a known wide body aircraft with deduced models with tandem and box wing surfaces during gliding flight at sea level. The method has only limited significance for higher velocities.

This analysis shows, that splitting a single wing in two wings with higher AR does not give more performance although various positions of the wings to each other (vert. + horiz.) were tested. But a better performance of about 11% compared with the planar single wing is achieved, if the horizontal can be substituted by the tandem configuration.
   
Kind translation was made by Dipl.-Ing. Daniel Schiktanz.


Download the PDF (english)
Download PDF(deutsch)




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Das kleine Rautenflugzeug - eine Untersuchung zur Auslegung solcher Joined-wing-Flugzeuge. Rautenflugzeug

 
Some questions and answers about little joined-wings (diamond wings)
Rautenflugzeug

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In den 80er Jahren habe ich mich mit Ringwings beschäftigt. Ich fand die Idee eines ringförmig geschlossenen Flügels bestechend für ein Ultraleichtflugzeug, aber die Modelle zeigten alle aktuellen Probleme der Tandemflugzeuge in Sachen Lastverteilung und Steuerbarkeit. Hier einige neue Überlegungen zu alten Problemen. Ellipsenringwing

 The 80ies showed me with ringwings in the hands from 6 to 12 ft span, but those crafts showed many of the actual problems of tandem-aircrafts, which could not be solved. Now, 30 years later it is time to have a look again. Ellipsenringwing 






Eine Interessante Frage lautet, ob der sogenannte BWB, bei dem ein Flügel zugleich den Rumpf bildet, nicht nur für die große Luftfahrt interessant ist, sondern konzeptionell und in einfacher Form auch im Ultraleichtbereich Anwendung finden kann. Hier eine mögliche Antwort - BWB-ultralight

It is an interesting question, if a blended wing body craft (BWB) will be useful in the most little aircraft class with 120 kg mass, empty, and 240 kg, max take of mass. Here a possible solution for an electric driven craft. BWB-ultralight.  


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Start

1978 sah ich zum ersten Mal das Photo eines Flugzeuges, das Ben Brown 1932 patentiert, gebaut und geflogen hatte - ein triple-wing. Mein Interesse an nichtplanaren Systemen war geweckt. Hier einige neuere Gedanken zu einer 120 kg Version dieses triplewings, die man mit 6 absolut identischen Flügelteilen bauen könnte. 120-kg-triplewing

 Some investgations in the concept of Ben-Brown.
120-kg-triplewing


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Parallel zu den Ringwings habe ich mich 1980++ intensiv mit Bodeneffektflugzeugen beschäftigt. Diese sollten ohne jede Steuerung automatisch die eingestellte Höhe über dem Wasser oder Boden halten. Eine anspruchsvolle Aufgabe, denn normalerweise erzielen Flugzeuge ihre Stabilität dadurch, daß sie Geschwindigkeit und Höhe variieren. Doch dazu hatte ich eine neue Idee. Bodeneffekt

 Some thoughts about a simple self stabilizing wing in ground concept which changes the shape of the airfoil relative to the distance to the ground. Bodeneffekt


Meine Überlegungen zu einem Flettner-Bodeneffekt-System, bei dem sich der Rotor nicht drehen muss. Flettner und Thom.

 My ideas about a Flettner-Wig-Tandem, where the  Flettner is not a turning column but shows a rotating skin. Flettner und Thom.

 



Nicht fertig gedacht - Not yet ready in my mind

Meine Überlegungen zu einem Flettner-Bodeneffektflugzeug und zu einem speziellen Thom-Rotor führten etwa um das Jahr 2005 zu einer Antriebsidee, bei der ein Tesla-Thom-Rotor in einem Flügel für Vortrieb und Auftrieb sorgt. Die Luft strömt axial in den Rotor, der aus parallel angeordneten Kreisscheiben besteht. Zwischen diesen wird die axial einströmende Luft tangential beschleunigt und zugleich zu stabilen Wirbelfäden verdrillt. Diese treten dann über einen Laval-Austritt aus und werden über ein bewegliches Flügelteil geleitet, wo sich zu der Schubkomponentne aus der Besachleunigung und geänderten Richtung ein zusätzlicher Coanda-Auftrieb einstellen sollte.

 Die Skizze fiel mir jetzt, 2016, wieder in die Hände - und ich finde die Idee immer noch gut. Wichtig ist nur, dass dieser Antrieb vor dem Flug über komprimierte Luft auf Drehzahl und Leistung gebracht wird.  

 Ebenfalls aus dieser Zeit stammt die Skizze unten. Sie zeigt das Rumpfheck eines negativ gestaffelten sehr großen Boxwings. Dieses Rumpfheck weist einen frei fahrenden, umlaufenden, mehrflügeligen Ringpropeller auf, dessen Abstrom im Kern durch eine spezielle und feststehende Rumpfausformung nach aussen gedrängt und durch die damit eintretende relative Querschnittsverengung ein zweites Mal beschleunigt wird. Kleine Wirbelerzeuger sollten die Kernströmung verdrillen und stabilisieren. Diese Lösung benötigt vermutlich keinen "Mantel" wie ein Triebwerk, wenn die Flügel so ausgeführt werden wie im nächsten Abschnitt - Tandempropeller - besprochen. Der Tandemprop erhielt ein Patent!

Natürlich funktioniert diese Idee nur mit einem fly by wire system, das Auftriebsklappen ansteuert und Regelt, die das Flugzeug ohne Veränderung des Anstellwinkels starten und landen lassen.

Dealing with the idea about a Flettner and/or Thom-rotor craft in the beginning of the 21. century I had an idea, how to combine a wing, the thomrotor, a special tesla-rotor to a lifting and propelling wing. The shown sketch felt in my hands again 2016 - and for me the idea is still intriguing, if this rotor is blown to speed by pressured air on the airfield.

The sketch below is from the same time - 2008 - and shows the rear part of a tubular fuselage of a negativ staggered big boxwing. This fuselage is equipped with a fan-like, but circulating multiblade ring-propeller. The accelerated stream of this open running fan is widened in the center by a special and fix cone design, so that due to the reduced cross section the stream is accelerated a second time. Little vortex generators will stabilize the stream by vortices. The wings (green) of the fan shoul use the system which is shown in the next "chapter" - called tandem-propeller (once patented by me)  .

Just an idea, which escaped me, thinking about boxwings, which might have a flap combination which gives the possibilty to move up and down from and to the aifield without additional angles of attack. Just the common flowfield is curved/bended.

 

Unten: Aus den 90ern stammt diese selbsterklärende Skizze. Problematisch an einem Auftrieb erzeugenden Rumpf  ist aber, dass dieser aufgrund seiner geringen Streckung erst bei extrem großen Anstellwinkeln Auftrieb liefert, wenn der Auftrieb an den Flügeln bereits zusammengebrochen ist. Trotzdem kann der newtonsche Auftrieb, den eine flache und angestellte Unterseite eines Rumpfes oder "Rumpfboots" liefert, sinnvoll den Flug stabilisieren und Schwingungen um die Querachse vermeiden helfen, wie Experimente mit dem manntragenden Boxwing Sunny zeigten.

Below: A lifting fuselage has a very low aspect ratio and delivers lift at very high angles of attack which the wings never can reach witout stall. But the newton-lift by a flat and inclined underside of a wide fuselage can help to stabilize the flight and to avoid oscillations of a boxwing. Trials with the Sunny boxwing prooved those effects.

 

 

 

 

 


CNR Propeller
Anders als die oben gezeigten Antriebe konnte ich in den 90er Jahren einen neuartigen Propeller patentieren und verwirklichen. Das Prinzip in einfachen Worten:

 Bildet man ein Propellerblatt aus zwei tandemartig gekoppelten Profilen, erhält man zugleich eine Art von offenem, radial verlaufendem  Kanal an der Hinterkante des ersten Profils. In diesem wird Luft zentrifugal beschleunigt, was in der Art einer Absaugung dazu führt, dass die Umströmung auch noch dem Verlauf des zweiten Profils folgt. Der Propeller funktionierte swehr gut bis zu einer Temperatur (Dichtehöhe) von etwa plus 12 Grad Celsius . Tandem-Propeller

A new, tested and patented propellerdesign from me in the late 90ies.
Tandem-
Propeller



Kein Flugzeug, sondern ein Propeller-Katamaran, der am besten auf Schnee lief. Propeller und Wasser

 
Looks like the fuselage of a plane on floats, but it's a boat, which can also run on snow without wheels. Propeller und Wasser



Gedanken zu einem geschlossenen Canard-Flügel, der im Modell gut funktionierte. Ringente

A special canard configuration.
Ringente


Einige Gedanken zu 1000 Jahre alten kolumbianischen Schmuckstücken. "Kunstflug"

 Some thoughts about old columbian arts, which look like aircrafts. "Kunstflug"



 

Einige Gedanken zu einem Flugzeug mit sehr geringer Streckung. "crabcraft"

 Some thoughts about a craft with very low aspect ratio. "crabcraft"

 

 



Mit einem Vortex-lattice-Programm von Frank Ranis können Sie eigene Flugzeuge aerodynamisch problemlos berechnen und auch deren Längsstabilität bestens vorhersagen. Es war für mich erstaunlich, wie weit die Ergebnisse dieses Programms von vereinfachenden Berechnungen abweichen. Das Programm bestätigte überdies alle Erfahrungen, die ich bei Entwicklung des Sunny-Boxwings machen dürfte/musste, weshalb ich seine Ergebnisse als plausibel erachte. Frank Ranis Vortex download.

 Use a modern and front-edge vortex-lattice-software from F. Ranis to calculate your aircraft. English version to download too - freeware. Frank Ranis Vortex download.





Ein Denkansatz, den man gelesen haben sollte, bevor man sich unzutreffend auf Albert Einstein bezieht und behauptet, dass es eine interstellare Raumfahrt aus Prinzip niemals geben könnte.

Man kann diesen Patentantrag als kindle-book bei Amazon hier für 99 Cent kaufen und mit den verschiedenen Apps, die Amazon kostenlos anbietet, auf allen nur denkbaren Medien lesen.




Reinhard Deutsch, er war derjenige, der mich aufforderte, nach den negativen Staffelungen der Ringwings auch noch die positiven zu testen. Diese Ergebnisse waren so beeindruckend, dass schliesslich, nach der hier beschriebenen Entwicklung über viele Stationen,  der Sunny-Boxwing das Resultat war. Ich verdanke Reinhard viel, leider ist er 2007 verstorben. Als vielfältig begabter Kaufmann hat er auch Bücher geschrieben. Hier der link zu seinem letzten Buch, ein Bestseller: Das Silberkomplott.

Reinhard Deutsch, good friend and mentor, who died spring 2007. He pushed me forward, when I wanted to go back. I miss him. He was the one, who proposed first flat-head-surf sails and told the guys, that the additional forces which occur if such a surfsail is tilted back is not a result of "close the gap" but a vortex-effect along the leading edge.



Pater Gustav Lauterwasser, Salesianer, das einzige Genie, das ich bisher getroffen habe. Er wußte alles und konnte alles, weit über den Flugmodellbau und die Musik hinaus, die er uns in einem Internat beibrachte. Ging es zum Beispiel darum, ein Bild von Rembrandt zu verstehen, so hatte er dieses mit wenigen Strichen Kreide auf der Tafel - Projektor brauchte er nicht, er hatte alle wichtigen Bilder der Welt im Kopf.

Mit ihm lernte ich damals, eigene Modelle zu bauen, nachdem ich vorher eine Zeichnung, eine einfache Berechnung und anderes mehr machen musste. Etwa Balsaholzbrettchen aus einem Block sägen und schleifen. Ohrfeigen korrigierten die Fehler. Er war ein guter Lehrer, an den ich trotz einer schwierigen Internatszeit auch heute noch sehr gerne zurückdenke. My genious teacher from 1960 - 1963.



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