<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Fluggerät, wobei mindestens ein Motor mindestens zwei schuberzeugende Einrichtungen, wie Propeller, Impeller, Turbinengebläse antreibt, deren Lufteinlässe und Luftauslässe voneinander unabhängig sind.
Es ist bekannt, dass bei gegebener Leistung eines Flugantriebes der Schub umso grosser wird, je grösser der Luftdurchsatz ist. Es ist also effizienter, die Luft durch einen grossen Querschnitt anzusaugen, als sie bei kleinem Eintrittsquerschnitt auf eine höhere Geschwindigkeit zu bringen.
Andererseits ist es klar, dass die Länge von Propellerflügeln durch die im Umfang auftretenden Belastungen und durch die auftretenden aerodynamischen Widerstände beschränkt ist.
So ist es beispielsweise aus der DE 15 06 632 A bekannt, mindestens zwei Luftschrauben strömungsmässig parallel zu schalten, wobei jede Luftschraube auf einer eigenen mit einem Hydromotor versehenen Antriebswelle angeordnet ist, und die Hydromotoren über Hydraulikleitungen mit einem gemeinsamen Hydroantrieb verbunden sind.
Nach der DE 29 05 092 A sind vier Luftschrauben paarweise an je einen Antriebsmotor angeschlossen, wobei eine der beiden Luftschrauben jedes Paares als Tragschraube mit vertikaler Antriebswelle und die zweite Luftschraube als Vortriebsschraube mit horizontaler Antriebswelle ausgebildet ist. Ein derartiges Fluggerät ist dadurch auch in der Lage, ähnlich einem Hubschrauber vertikal oder annähernd vertikal zu starten. Die Antriebswellen der Luftschrauben sind durch querverlaufende Getriebewellen mit Kegelzahnrädem gekoppelt, wobei die beiden Antriebe über ein gemeinsames Mittelgetriebe miteinander verbunden sind, von dem eine dritte Vortriebsschraube angetrieben oder an den ein dritter Antriebsmotor angeschlossen werden kann.
Zuluft- und Abluftströme der Luftschrauben sind sowohl bei paralleler Anordnung der Antriebswellen nach der DE 15 06 632 A oder bei windschiefer Anordnung der Antriebswellen nach der DE 29 05 092 A voneinander unabhängig, allerdings ist der mechanische Aufwand für die Lagerung mehrerer Wellen und die Kraftübertragung zwischen den Wellen relativ hoch, sodass es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt hat, eine konstruktive Vereinfachung zu erzielen.
Erreicht wird dies dadurch, dass die schuberzeugenden Einrichtungen axial hintereinander auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet sind, und der Abluftstrom jeder vorderen schuberzeugenden Einrichtung gegen den Zuluftstrom jeder hinteren schuberzeugenden Einrichtung abgeschirmt ist.
Wie erkannt wurde, ist die Abschirmung der Luftein- und auslässe von auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordneten schuberzeugenden Einrichtungen wesentlich einfacher zu lösen und energetisch vorteilhafter, als die getriebliche Verbindung von voneinander ausreichend beabstandeten Antriebswellen.
Die Abschirmung kann durch zwischen den Einrichtungen angeordnete Führungs- und Leitbleche od. dgl erfolgen, die bevorzugt mit dem Gehäuse jeder schuberzeugenden Einrichtung verbunden sind. Das Gehäuse kann selbst die Abschirmung bilden, wenn es einen zur Antriebswelle konzentrischen Lufteinlass und einen nichtkonzentrischen Luftauslass aufweist. Unter nicht konzentrisch wird dabei jede Ausrichtung verstanden, die eine Strömungsverbindung des Luftauslasses mit dem Lufteinlass des folgenden Gehäuses ausschliesst.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass das Gehäuse um 90 gebogen und der Luftauslass senkrecht zur Antriebswelle ausgerichtet ist. Bei horizontaler Antriebswelle führt diese Anordnung zu einem Auftrieb des Fluggerätes, und für den Vortrieb lässt sich die Anordnung einsetzen, wenn die Antriebswelle vertikal verläuft.
Ineiner zweiten bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass das Gehäuse alternierend gebogen oder gewinkelt und der Luftauslass zum Lufteinlass parallel versetzt angeordnet ist. Die hintereinander angeordneten schuberzeugenden Einrichtungen bewirken auf diese Weise einen Vortrieb des Fluggerätes, wenn die gemeinsame Antriebswelle horizontal angeordnet ist. Ein Auftrieb könnte in dieser Ausführung dadurch erzeugt werden, dass die Antriebswelle vertikal verläuft.
Für die wählbare Erzeugung von Vortrieb und Auftrieb eignet sich insbesondere eine Ausführung, in der ein den Abluftstrom umlenkendes Anschlussgehäuse dem Luftauslass des Gehäuses zuordenbar ist. Sind beispielsweise sowohl das Gehäuse als auch das Anschlussgehäuse um 45 gebogen, so ist bevorzugt vorgesehen, dass das Anschlussgehäuse drehbar am Gehäuse angeordnet ist. Für den vertikalen Start wird das Anschlussgehäuse so gedreht, dass der Luftauslass nach unten weist, und kann dann verdreht oder verschwenkt werden, bis der Luftauslass nach hinten gerichtet ist. Dieser Effekt kann auch erreicht werden, wenn eine Klappe, die den Luftstrom nach hinten lenkt, unter den vertikalen Luftauslass geschoben oder geschwenkt wird.
<Desc/Clms Page number 2>
Für die Steuerung des Fluggerätes im Horizontalflug oder im normalen Sink- oder Steigflug können konventionelle Höhen-, Seiten- und Querruder eingesetzt werden. Für die Steuerung bei Vertikalstart und -landung sowie bei steilen An- und Abflügen müssen zusätzliche Steuereinrichtungen, beispielsweise Rotoren, für jede Richtungsachse vorhanden sein. Für die Steuerung des Fluggerätes um seine Längsachse sieht daher bevorzugt eine weitere Ausführung vor, dass der Abluftstrom einer schuberzeugenden Einrichtung in einen jeweils am Ende beider Tragflächen eine Austrittsöffnung aufweisenden Steuerkanal umlenkbar ist.
In ähnlicher Weise kann für die Steuerung um die Vertikalachse und um die Querachse der Abluftstrom zumindest einer schuberzeugenden Einrichtung in einen am Ende des Rumpfes je eine seitliche bzw eine untere und eine obere Austrittsöffnung aufweisenden Steuerkanal umgelenkt werden. In diesen Fällen sind bevorzugt jeder Austrittsöffnung dem Öffnungsquerschnitt verstellende Schieber zugeordnet.
Nachstehend wird nun die Erfindung an Hand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Fluggerät mit einer erfindungsgemässen Antriebseinrichtung,
Fig 2 und 3 jeweils hintereinander angeordnete, schuberzeugende Einrichtungen für einen Vertikalantrieb,
Fig 4 und 5 hintereinander angeordnete, schuberzeugende Einrichtungen in zwei verschiedenen Stellungen, und
Fig.
6 hintereinander angeordnete, schuberzeugende Einrichtungen für einen Horizontalantrieb
Eine bevorzugte Ausführung eines Fluggerätes 1 weist einen Rumpf mit seitlichen Tragflächen auf Am Rumpf sind in zwei Reihen schuberzeugende Einrichtungen 5, 13 vorgesehen In jeder der beiden Reihen sind alle schuberzeugenden Einrichtungen, von denen die mittlere mit 13 und die vordere und hintere mit 5 beziffert sind, axial hintereinander auf einer gemeinsamen Antriebswelle 4 angeordnet, die über ein Untersetzungsgetriebe 3 von einem Antriebsaggregat 2, beispielsweise einer Turbine, angetrieben wird.
Mit den beiden mittleren schuberzeugenden Einrichtungen 13 können über nicht gezeigte Stelleinrichtungen ein Steuerkanal 17, der sich über die gesamte Breite des Fluggerätes bis zu den Enden beider Tragflächen erstreckt, und ein längsmittig im Rumpf nach hinten verlaufender Steuerkanal 20 strömungsverbunden werden. Der Steuerkanal 17 endet in Austrittsöffnungen 18, deren Öffnungsquerschnitt z. B. durch Schieber 19 verstellbar ist. Am Ende des Steuerkanals 20 sind untere bzw. obere Austrittsöffnungen 21 und seitliche Austrittsöffnungen 23 vorgesehen, denen ebenfalls Schieber 22, 24 zur Verstellung des Offnungsquerschnitts zugeordnet sind.
Für eine Steuerung des Fluggerätes um seine Längsachse wird der Abluftstrom der mittleren Einrichtungen 13 zumindest teilweise in den Steuerkanal 17 eingebracht, wobei durch entsprechende Verstellungen der Schieber 18 die linke oder rechte Tragfläche angehoben wird.
Für die Steuerung um die Vertikalachse und die Querachse wird der Abluftstrom der mittleren Einrichtungen 13 zumindest teilweise in den Steuerkanal 20 umgelenkt und durch entsprechende Verstellung der Schieber 22, 24 an den Austrittsöffnungen 21, 23 ein Schub in die gewünschte Richtung freigegeben.
Bei Verwendung von Turbinentriebwerken als Motoren 2 kann deren Abluft zur Erzeugung von Antrieb oder Vortrieb oder für die Steuerung mitgenützt werden, indem sie in den Abluftstrom einer oder mehrerer schuberzeugenden Einrichtungen 5, 13 eingespeist wird.
Zwei schuberzeugende Einrichtungen 5, 13 sind in vier verschiedenen Ausführungsformen in den Fig. 2 bis 6 gezeigt. Jede schuberzeugende Einrichtung 5, 13 nach Fig. 2 weist ein Gehäuse 6 auf, das in Art eines Rohrknies um 90 gebogen ist Der Lufteinlass 11 jedes Gehäuses 6 liegt konzentrisch zur gemeinsamen Antriebswelle 4, die eine Luftschraube 7 trägt und im Bogenbereich aus dem Gehäuse 6 nach aussen geführt ist. Der Luftauslass 12 ist nach unten gerichtet, sodass bei horizontaler Antriebswelle 4 die schuberzeugenden Einrichtungen 5, 13 Auftrieb erzeugen und einen Vertikalstart des Fluggerätes ermöglichen.
Zwischen den schuberzeugenden Einrichtungen 5, 13 sind den Lufteinlässen 11 gekrümmte Leitbleche 8 zugeordnet, durch die ein ausreichender Luftzutritt sichergestellt wird Die Gehäuse 6 und die Leitbleche 8 trennen die Luftströmung der schuberzeugenden Einrichtungen 5, 13 voneinander.
In der Ausführung nach Fig. 3 sind die Gehäuse 6 jeder schuberzeugenden Einrichtung 5, 13 alternierend um 90 abgebogen, wobei die Lufteinlässe 11 und die Luftauslässe 12 jeweils vertikal ausgerichtet sind. Die Luftschrauben 7 sind auf der gemeinsamen, horizontalen Antriebswelle 4
<Desc/Clms Page number 3>
jeweils im Übergangsbereich zwischen den beiden Bögen jedes Gehäuses 6 angeordnet. Zusätzliche Abschirmungsmassnahmen erübrigen sich, da die Lufteinlässe 11 von den Luftauslässen 12 maximal entfernt sind.
Die Ausführung nach Fig. 4 und 5 zeigt ein Gehäuse 6, das einen Bogen von etwa 60 umfasst, auf dem ein Anschlussgehäuse 10 drehbar angeordnet ist, das einen Bogen von etwa 30 umfasst In der Stellung nach Fig 4, in der die Krümmungsmittelpunkte ineinanderfallen bzw. zumindest an derselben Seite liegen, ist ein Luftaustritt nach unten, ähnlich Fig 2, gegeben, sodass ein Auftrieb erzeugt wird. Durch Verdrehen der Anschlussgehäuse 10 wird die Luftaustrittsöffnung verändert, sodass zunehmend mehr Vortrieb entsteht, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Wenn sowohl das Gehäuse 6 als auch das Anschlussgehäuse 10 Bogenstücke von 45 sind, so entsteht eine Vortriebsstellung mit horizontalem Luftaustritt In Fig. 4 und 5 sind den Luftschrauben 7 auch Verstellmechanismen 15 zugeordnet
Fig. 6 zeigt eine Ausführung, in der das Gehäuse 6 ebenfalls S-artig, d.h. zweimal um 90 alternierend gebogen ist, sodass bei horizontalem Lufteinlass 11 der Luftauslass 12 jedes Gehäuses 6 parallel zur Antriebswelle 4 gerichtet ist. Insbesondere in dieser Ausführung dienen die Leitbleche 8 nicht nur zur Sicherstellung des Luftzutritts zu den Luftschrauben 7, sondern schirmen die parallelen Luftauslässe 12 gegenüber den nachfolgenden Lufteinlässen 11 ab. Es kann also keinesfalls bereits durch eine Einrichtung 5,13 beschleunigte Luft wieder dem Lufteinlass 11 einer nächsten schuberzeugenden Einrichtung 5,13 zugeführt werden.
Vor allem der den Luftauslass 12 aufweisende Abschnitt des Gehäuses 6 kann mit inneren Leitblechen 9 ausgestattet sein Wie durch die strichlierte Linie am Übergang der beiden Bodenabschnitt des Gehäuses 6 angedeutet, ist es möglich, den den Luftauslass aufweisenden Abschnitt als eigenständigen Gehäuseteil auszubilden, sodass eine Grundausführung gemäss Fig. 2 durch Ergänzung dieses Gehäuseteils in die in Fig. 6 gezeigte Ausführung verwandelbar ist. Der eigenständige Gehäuseteil könnte beispielsweise seitlich verschiebbar angeordnet sein, sodass beispielsweise nach erfolgtem Vertikalstart der Auftrieb durch Einschieben der ergänzenden Gehäuseteile in einen Vortrieb für den Flug umgewandelt werden kann.