AT510341B1

AT510341B1 - SWING PLANE

Info

Publication number: AT510341B1
Application number: AT14232010A
Authority: AT
Original assignee: Stagl Roland
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2014-01-15
Also published as: AT510341A1

Abstract

Drehflügelflugzeug (1, 1'), mit einem Rumpfwerk (2) und zumindest einem daran drehbar gelagerten Tragrotor (6), umfassend:-zumindest ein vom Rumpfwerk (2) getragenes Strahltriebwerk (12) für den Vortrieb des Flugzeugs (1),-zumindest eine Arbeitsturbine (19) für den Antrieb des Tragrotors (6), die mit einem Gasstrahl betreibbar ist, und-eine dem Strahltriebwerk (12) nachgeschaltete Leiteinrichtung (17, 18) für den Triebwerksstrahl, die zumindest zwischen einer ersten Stellung, in welcher sie den Triebwerksstrahl den Vortrieb des Flugzeugs (1) bewirken lässt, und einer zweiten Stellung, in der sie zumindest einen Teil des Triebwerksstrahls in die Arbeitsturbine (19) des Tragrotors (6) leitet, versetzbar ist.Rotary-wing aircraft (1, 1 '), comprising a fuselage (2) and at least one support rotor (6) rotatably mounted thereon, comprising: - at least one jet engine (12) carried by the fuselage (2) for propulsion of the aircraft (1); at least one power turbine (19) for driving the support rotor (6), which is operable with a gas jet, and-a the jet engine (12) downstream guide means (17, 18) for the engine jet, at least between a first position, in which it causes the engine jet to propel the aircraft (1), and a second position in which it at least a part of the engine jet in the power turbine (19) of the support rotor (6) passes, is displaceable.

Description

SstweiöBäidits Patentamt AT 510 341 B1 2014-01-15SstweiöBäidits Patent Office AT 510 341 B1 2014-01-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehflügelflugzeug.Description: The present invention relates to a rotary wing aircraft.

[0002] Es gibt grundsätzlich zwei verschiedene Arten von Drehflüglern. Bei Hubschraubern (Helikoptern) wird der Tragrotor (Hauptrotor) angetrieben und sowohl zum Auftrieb als auch -durch kollektive und zyklische Verstellung der Anstellwinkel der Rotorblätter - zum Vortrieb und zur Steuerung verwendet. Für den Drehmomentausgleich des Hauptrotors dient meist ein vom Hauptrotorantrieb über eine Welle mitangetriebener Heckrotor, der bis zu 40% des gesamten Antriebs verbraucht, ohne zum Auftrieb oder Vortrieb beizutragen. Der Vorteil des Hubschraubers ist seine Senkrechtstart- und -landefähigkeit („vertical take-off and landing") und seine Schwebefähigkeit („hovering"), ein Nachteil ist die komplexe Mechanik des Haupt- und Heckrotorantriebs und sein hoher Leistungsverbrauch.There are basically two different types of rotary wing aircraft. In helicopters (helicopters), the carrier rotor (main rotor) is driven and used both for buoyancy and - by collective and cyclical adjustment of the pitch of the rotor blades - for propulsion and control. For the torque balance of the main rotor usually used by the main rotor drive via a shaft co-driven tail rotor, which consumes up to 40% of the total drive without contributing to buoyancy or propulsion. The advantage of the helicopter is its vertical take-off and landing capability and its hovering capability, a disadvantage being the complex mechanics of the main and tail rotor drive and its high power consumption.

[0003] Ein weiterer entscheidender Nachteil von Hubschraubern ist ihre systembedingt beschränkte Maximalgeschwindigkeit, welche einerseits durch den Überschallbereich des vorlaufenden Rotorblatts und andererseits durch den Strömungsabriss des rücklaufenden Rotorblatts („retreating blade stall") verursacht wird: Die Geschwindigkeitsgrenze eines Hubschraubers ist erreicht, wenn das rücklaufende Rotorblatt keine ausreichende Relativgeschwindigkeit mehr gegenüber dem Fahrtwind hat und seinen Auftrieb verliert.Another crucial disadvantage of helicopters is their system limited maximum speed, which is caused on the one hand by the supersonic range of the leading rotor blade and on the other hand by the stall of the returning rotor blade ("retreating blade stall"): The speed limit of a helicopter is reached, if returning rotor blade does not have sufficient relative speed more relative to the wind and loses its buoyancy.

[0004] Nicht zuletzt bergen Hubschrauber bei einem Antriebsausfall stets ein gewisses Risiko in sich, weil der Hauptrotor dann möglichst rasch vom stillstehenden Antrieb entkuppelt werden muss, um seine Autorotation beim Sinken zu ermöglichen, was entsprechendes Training und eine gute Reaktion des Piloten voraussetzt und in Bodennähe manchmal nur unzureichend möglich ist.Last but not least, helicopters in a drive failure always carry a certain risk, because the main rotor must then be decoupled as quickly as possible from the stationary drive to allow its autorotation when sinking, which requires appropriate training and a good response of the pilot and in Ground proximity sometimes only inadequately possible.

[0005] Aus den Schriften US 2009/0045294 A1, US 3 381 474 und DE 33 43 152 A1 sind verschiedene Kombinationen von Hubschraubern mit Flächenflugzeugen bekannt, bei welchen der Tragrotor entweder ständig hubschrauberartig angetrieben oder für den Flächenflugzeugbetrieb stillgelegt wird. Es ist dabei bekannt, ein Strahltriebwerk mit einer nachgeschalteten Gasleiteinrichtung zu verwenden, um den Triebwerksstrahl wahlweise in die Arbeitsturbine des Tragrotors einzuleiten.From the documents US 2009/0045294 A1, US 3 381 474 and DE 33 43 152 A1, various combinations of helicopters with surface aircraft are known in which the carrier rotor is either constantly propelled like a helicopter or shut down for surface aircraft operation. It is known to use a jet engine with a downstream gas guide to selectively initiate the engine jet in the power turbine of the carrier rotor.

[0006] Die zweite grundlegende Art von Drehflüglern sind Tragschrauber (Gyrokopter), bei denen der Tragrotor nicht durch Motorkraft angetrieben wird, sondern sich ständig in Autorotation gegenüber dem Fahrtwind befindet. Dazu muss der Tragschrauber durch einen Propeller in der Art eines Flugzeugs in Vortrieb gebracht werden. Tragschrauber besitzen zahlreiche Vorteile gegenüber Hubschraubern, wie ihre systemimmanente Sicherheit gegenüber einem Antriebsfall, weil sich der Tragrotor ständig in Autorotation befindet. Komplizierte Antriebs- und Verstellmechanismen für den Hauptrotor und seine Rotorblätter entfallen. Da sich das Flugzeug fast ständig in Vorwärtsbewegung befindet und somit durch ein Seitenleitwerk stabilisiert werden kann, erübrigt sich auch ein komplizierter und energieverzehrender Heckrotor. Die Herstellungs-, Betriebs- und Wartungskosten eines Tragschraubers betragen in der Regel nur einen Bruchteil eines Hubschraubers. Der einzige gravierende Nachteil eines Tragschraubers ist seine fehlende Senkrechtstart-, -lande- und Schwebefähigkeit; Tragschrauber müssen ständig in Bewegung sein, damit der Tragrotor in Autorotation versetzt bleibt.The second basic type of rotorcraft gyrocopter (gyrocopter), in which the carrier rotor is not driven by engine power, but is constantly in autorotation to the wind. For this purpose, the gyrocopter must be propelled by a propeller in the manner of an aircraft. Gyroplanes have many advantages over helicopters, such as their intrinsic safety against a drive case, because the carrier rotor is constantly in autorotation. Complicated drive and adjustment mechanisms for the main rotor and its rotor blades omitted. Since the aircraft is almost constantly in forward motion and thus can be stabilized by a rudder, a complicated and energy-consuming tail rotor is unnecessary. The production, operating and maintenance costs of a gyroplane are usually only a fraction of a helicopter. The only serious disadvantage of a gyrocopter is its lack of vertical take-off, landing and hovering ability; Gyroplanes must be constantly moving to keep the carrier motor in autorotation.

[0007] In der Vergangenheit wurden bereits einige Versuche unternommen, die Vorteile von Tragschraubern mit jenen von Hubschraubern zu verbinden. So wurden z.B. Tragschrauber mit einem für Senkrechtstart- und -landephase an den Vortriebspropeller ankuppelbaren Tragrotor ausgestattet. Dies erforderte jedoch wieder eine komplexe und teure Antriebs- und Verstellmechanik für den Tragrotor, was viele Hauptvorteile des Tragschraubers - mit Ausnahme des Sicherheitsaspekts der Autorotation im Reiseflug - wieder zunichte machte.In the past, some attempts have already been made to combine the benefits of helicopters with those of helicopters. For example, Gyroplane equipped with a launching propeller for vertical take-off and landing phase can be coupled to the propulsion rotor. However, this again required a complex and expensive drive and recliner mechanism for the carrier rotor, which negated many of the main advantages of the gyrocopter except for the safety aspect of autorotation in cruising flight.

[0008] Es besteht daher weiterhin ein ungebrochener Bedarf nach einem Drehflügelflugzeug, welches die Vorteile von Hubschraubern und Tragschraubern auf kostengünstig realisierbare Weise in sich vereint. Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein derartiges Drehflügelflugzeug zu 1 /13Therefore, there is still an unmet need for a rotary wing aircraft, which combines the benefits of helicopters and helicopters in a cost-effective manner in itself. The invention sets itself the goal of such a rotary wing aircraft to 1/13

isterreidiisciKs piiwtot AT 510 341 B1 2014-01-15 schaffen.isterreidiisks piiwtot AT 510 341 B1 2014-01-15.

[0009] Dieses Ziel wird mit einem Drehflügelflugzeug erreicht, das sich erfindungsgemäß auszeichnet durch die Kombination aus: einem Rumpfwerk, zumindest einem am Rumpfwerk frei drehbar gelagerten Tragrotor zur Auftriebserzeugung durch Autorotation im Reiseflug, zumindest einem vom Rumpfwerk getragenen Strahltriebwerk für den Vortrieb des Flugzeugs, zumindest einer Arbeitsturbine für den wahlweisen Antrieb des Tragrotors, die mit einem Gasstrahl betreibbar ist, und einer dem Strahltriebwerk nachgeschalteten Leiteinrichtung für den Triebwerksstrahl, die zumindest zwischen einer ersten Stellung, in welcher sie den Triebwerksstrahl den Vortrieb des Flugzeugs bewirken und den Tragrotor frei autorotieren lässt, und einer zweiten Stellung, in der sie zumindest einen Teil des Triebwerksstrahls in die Arbeitsturbine des Tragrotors zum Antreiben desselben leitet, versetzbar ist.This object is achieved with a rotary wing aircraft, which is characterized according to the invention by the combination of: a fuselage, at least one freely rotatably mounted on the fuselage support rotor for generating lift by autorotation at cruising, at least one carried by the fuselage jet engine for the propulsion of the aircraft, at least one power turbine for the selective drive of the carrier rotor, which is operable with a gas jet, and a jet engine downstream nozzle for the engine jet, which at least between a first position in which they cause the engine jet propulsion of the aircraft and autorotate the support rotor freely , And a second position in which it at least part of the engine jet in the power turbine of the support rotor for driving the same passes, is displaceable.

[0010] Die Erfindung schafft damit einen in der Art eines Hubschraubers Senkrechtstart- und -landefähigen Tragschrauber, der ohne komplizierte, teure und auch schwere Getriebemechanik wahlweise einen Antrieb des Tragrotors für Senkrechtstart, -landung und Schwebeflug einerseits und einen energieeffizienten Vortrieb im Reiseflug unter sicherer Autorotation des Tragrotors andererseits ermöglicht. Der Einsatz eines Strahltriebwerks für den Vertrieb gestattet im Vergleich zu herkömmlichen Hub- oder Tragschraubern hohe Geschwindigkeiten und einen zuverlässigen Betrieb im Reise- und Langstreckenflug zu Betriebskosten vergleichbar mit jenen eines Flächenflugzeugs. Mit optionalen starren Hilfs-Tragflächen, die später noch ausführlicher erläutert werden, können Reisegeschwindigkeiten von über 400 km/h erreicht werden, was die Betriebsgrenzen herkömmlicher Hubschrauber weit überschreitet. Gleichzeitig wird durch die Autorotation des Tragrotors im Vorwärtsflug die hohe Sicherheit von Tragschraubern erreicht. Durch die Verwendung eines Strahltriebwerks und einer Gasstrahl-Leiteinrichtung für den selektiven Antrieb des Tragrotors in Start-, Lande- und Schwebephasen wird im Vergleich zu Hubschraubern kein kompliziertes, schweres und teures Getriebe für den Tragrotorantrieb benötigt, so dass die Senkrechtstart-, -lande- und Schwebeeigenschaften eines Hubschraubers zu den Bruchteilskosten eines Tragschraubers erreicht werden können. Insgesamt gibt es durch den konsequenten Gasstrahleinsatz sowohl für den wahlweisen Tragrotorantrieb als auch den Vortrieb nur wenig bewegte Teile im Flugzeug, was die Zuverlässigkeit und Sicherheit wesentlich erhöht und die Wartungskosten beträchtlich verringert.The invention thus provides a in the manner of a helicopter vertical take-off and -landefähigen gyroplane, the complicated, expensive and heavy transmission mechanism either a drive of the support motor for vertical take-off, landing and hovering on the one hand and an energy-efficient propulsion in cruising under safe Autorotation of the carrier rotor on the other hand allows. The use of a jet engine for distribution allows high speeds and reliable operation in travel and long-haul flight at operating costs comparable to those of a surface aircraft compared to conventional lifting or gyroplanes. With optional rigid auxiliary wings, which will be explained in more detail later, cruising speeds of over 400 km / h can be achieved, which far exceeds the operating limits of conventional helicopters. At the same time, the high safety of gyroplanes is achieved by the autorotation of the carrier rotor in forward flight. The use of a jet engine and a gas jet guide for the selective drive of the carrier rotor in take-off, landing and hovering phases compared to helicopters no complicated, heavy and expensive gear for the drive rotor drive is required, so that the vertical start, landing and landing gear and levitation characteristics of a helicopter can be achieved at the fractional cost of a gyrocopter. Overall, there is the consistent use of gas jet for both the optional rotor drive and the propulsion only a few moving parts in the aircraft, which significantly increases reliability and safety and significantly reduces maintenance costs.

[0011] Das erfindungsgemäße Prinzip schafft auch die Möglichkeit, dass die Arbeitsturbine den Tragrotor bevorzugt kupplungslos antreibt. Damit kann die aufwendige und schwere Trennkupplung im Antriebsstrang herkömmlicher Hubschrauber entfallen, welche dort für die Abtrennung des Antriebs zur Autorotation bei Motorausfall erforderlich ist, weil die Arbeitsturbine, wenn sie nicht angetrieben wird, mit dem autorotierenden Tragrotor mitlaufen kann.The principle of the invention also creates the possibility that the power turbine preferably drives the carrier rotor clutchless. Thus, the complex and heavy separation clutch in the drive train conventional helicopter can be omitted, which is required there for the separation of the drive for autorotation in case of engine failure, because the power turbine, if it is not driven, can run with the autorotating carrier rotor.

[0012] Bevorzugt treibt die Arbeitsturbine den Tragrotor über ein Untersetzungsgetriebe an, so dass eine schnelllaufende Gasturbine mit hohem Wirkungsgrad verwendet werden kann.Preferably, the power turbine drives the support rotor via a reduction gear, so that a high-efficiency gas turbine can be used.

[0013] Grundsätzlich könnte das Strahltriebwerk von der Art eines Turboproptriebwerks sein, d.h. auf einen Vortriebspropeller des Flugzeugs wirken. Bevorzugt bewirkt das Strahltriebwerk den Vortrieb des Flugzeugs jedoch direkt durch Rückstoß, d.h. ist ein handelsübliches Jettriebwerk, wie es beispielsweise für Mini- oder Mikrojets verwendet wird.In principle, the jet engine could be of the turboprop engine type, i. act on a propulsion propeller of the aircraft. Preferably, however, the jet engine directly effects propulsion of the aircraft by recoil, i. is a commercially available jet engine, as used for example for mini or microjets.

[0014] Der Tragrotor kann im einfachsten Fall in der Art eines Tragschraubers Rotorblätter mit festem Anstellwinkel und z.B. verstellbarer Rotorachse haben. Bevorzugt weist der Tragrotor aber mehrere anstellwinkelverstellbare Rotorblätter auf, besonders bevorzugt sowohl kollektiv als auch zyklisch verstellbar, wodurch bei angetriebenem Tragrotor alle Flugmanöver eines herkömmlichen Hubschraubers möglich sind. 2/13 [0015] Für einen gleitenden Übergang zwischen dem hubschrauberartigen Senkrechtstart-, -lande- und Schwebebetrieb und dem tragschrauberartigen Reiseflugbetrieb ist die Leiteinrichtung bevorzugt in beliebige Zwischenstellungen zwischen der ersten und der zweiten Stellung versetzbar.The support rotor can in the simplest case in the manner of a gyroscope rotor blades with a fixed angle and, for. have adjustable rotor axis. Preferably, however, the carrier rotor has a plurality of pitch-adjustable rotor blades, particularly preferably both collectively and cyclically adjustable, whereby all flight maneuvers of a conventional helicopter are possible when the carrier rotor is driven. For a smooth transition between the helicopter-like vertical take-off, landing and hovering operation and the tragic-like cruise operation, the guide is preferably displaceable in any intermediate positions between the first and the second position.

[0016] Die Leiteinrichtung kann an sich jede in der Technik bekannte Leit-, Lenk- oder Abzweigeinrichtung für Gasstrahlen sein, beispielsweise eine oder mehrere verstellbare Leitschaufeln, welche den Triebwerksstrahl in entsprechende Richtungen und/oder Strömungskanäle für die beiden Stellungen leiten, lenken bzw. abzweigen können. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Leiteinrichtung eine im Ausgang des Strahltriebwerks verstellbare Düsennadel und einen den Ausgang vor der Düsennadel anzapfenden Strömungskanal, der zur Arbeitsturbine führt. Dadurch kann der Triebwerksstrahl mit geringstmöglichem Widerstand reguliert und gelenkt werden.The guide may be per se any known in the art guiding, steering or branching device for gas jets, for example, one or more adjustable vanes, which direct the engine jet in corresponding directions and / or flow channels for the two positions, steer or can branch off. In a preferred embodiment of the invention, the guide device comprises a nozzle needle which can be adjusted in the outlet of the jet engine and a flow channel which taps the outlet in front of the nozzle needle and leads to the working turbine. This allows the engine jet to be regulated and steered with the least possible resistance.

[0017] Bevorzugt ist der genannte Strömungskanal mit einer verstellbaren Drosselklappe versehen. Damit kann in der Vortriebs-Stellung der Leiteinrichtung, d.h. im Reiseflug, ein ungewollter parasitärer Gasstrom in die Tragrotor-Antriebsturbine verhindert werden; außerdem kann mit der Drosselklappe der Antrieb des Tragrotors zusätzlich feinreguliert werden.Preferably, said flow channel is provided with an adjustable throttle. Thus, in the propulsion position of the guide, i. in cruising, preventing an unwanted parasitic gas flow into the propulsion engine drive turbine; In addition, with the throttle, the drive of the carrier rotor can be additionally fine-regulated.

[0018] Das erfindungsgemäße Antriebskonzept eröffnet darüber hinaus die Möglichkeit, den Drehmomentausgleich für den Tragrotor auf besonders einfache Art und Weise zu erreichen: Zu diesem Zweck wird bevorzugt der Ausgang des Strahltriebwerks von einem weiteren Strömungskanal angezapft, der zu einer seitlichen Ausströmöffnung am Heck des Flugzeugs führt. Eine schwere und störungsanfällige Heckrotorwelle samt Heckrotor, wie sie bei Hubschraubern erforderlich ist, kann damit entfallen.The drive concept of the invention also opens up the possibility to achieve the torque balance for the carrier rotor in a particularly simple manner: For this purpose, preferably the output of the jet engine is tapped by a further flow channel, which leads to a lateral outflow opening at the rear of the aircraft leads. A heavy and trouble-prone tail rotor shaft including tail rotor, as required in helicopters, can be omitted.

[0019] Besonders günstig ist es, wenn auch dieser weitere Strömungskanal mit einer verstellbaren Drosselklappe versehen und/oder die seitliche Ausströmöffnung am Heck mit verstellbaren Lamellen ausgestattet ist, was bei entsprechender Verstellung eine Regulierung des über die Ausströmöffnung austretenden Gasstrahls für den Drehmomentausgleich und damit eine Drehung des Flugzeugs um die Hochachse ermöglicht.It is particularly favorable, although this further flow channel provided with an adjustable throttle and / or the lateral outflow opening is equipped with adjustable lamellae at the rear, which with appropriate adjustment, a regulation of the gas jet exiting via the outflow opening for torque compensation and thus a Rotation of the aircraft around the vertical axis allows.

[0020] Wie bereits kurz erläutert, ist der Drehflügler der Erfindung für besonders hohe Reisegeschwindigkeiten geeignet, wenn er gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal zusätzlich mit starren Hilfs-Tragflächen ausgestattet ist.As already briefly explained, the rotorcraft of the invention is suitable for particularly high cruising speeds, if it is additionally equipped with rigid auxiliary wings according to another preferred feature.

[0021] Es sei erwähnt, dass die Ausstattung von herkömmlichen Hubschraubern mit Hilfs-Tragflächen unter der Bezeichnung „Flugschrauber" (Gyrodyne) bekannt ist. Bei herkömmlichen Flugschraubern werden entweder gesonderte Antriebe für den Hauptrotor und den Vortriebspropeller oder aufwendige und schwere mechanische Verbindungsgetriebe zwischen Hauptrotor und Vortriebspropeller eingesetzt; all dies entfällt bei der Erfindung. Mit Hilfe des Strahltriebwerks kann auf einfache Art eine hohe Reisegeschwindigkeit erreicht werden, bei welcher die Hilfs-Tragflächen die Haupt-Auftriebstunktion übernehmen und die Strömungsabriss-Grenzen des Tragrotors obsolet machen; bei Verringerung der Reisegeschwindigkeit wird der Hauptauftrieb wieder vom autorotierenden Tragrotor übernommen. Im Ergebnis kann ein extrem großes Geschwindigkeitsspektrum, vom Schwebeflug bis zum schnellen Reiseflug in der Art von Tragflächenjets, erreicht werden.It should be noted that the equipment of conventional helicopters with auxiliary wings under the name "Flugschrauber " (Gyrodyne) is known. In conventional helicopters either separate drives for the main rotor and the propeller propeller or complex and heavy mechanical linkage between main rotor and propulsion propeller are used; All this is omitted in the invention. With the help of the jet engine, a high cruising speed can be achieved in a simple way, in which the auxiliary wings take over the main buoyancy function and make the stall boundaries of the carrier rotor obsolete; when the cruising speed is reduced, the main buoyancy is taken over again by the autorotating carrier rotor. As a result, an extremely large speed spectrum can be achieved, from hovering to fast cruising such as wing jets.

[0022] Zur Verbesserung der Senkrechtstart-, -lande- und Schwebeeigenschaften kann ferner die hintere Hälfte jeder Hilfstragfläche vertikal abklappbar gestaltet werden, um den Strömungswiderstand des Flugzeugs bei Vertikalbewegungen und für den nach unten austretenden Rotorwind bei angetriebenem Tragrotor zu verringern.To improve the vertical take-off, landing and levitation properties, the rear half of each auxiliary support surface can also be made vertically hinged, to reduce the flow resistance of the aircraft during vertical movements and for the downwardly exiting rotor wind with a driven support rotor.

[0023] In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn das Flugzeug in an sich bekannterWeise zusätzlich ein Leitwerk mit zumindest einem Seitenruder aufweist, welches im Reiseflug wie bei einem Tragschrauber für Richtungsstabilität und Drehmomentausgleich sorgt.In any case, it is particularly advantageous if the aircraft additionally comprises, in a manner known per se, a tail with at least one rudder, which ensures directional stability and torque compensation in cruising flight, as in a gyroplane.

[0024] Als Strahltriebwerk kann an sich jedes in der Technik bekannte Strahltriebwerk eingesetzt werden. Besonders günstig ist es, wenn das Strahltriebwerk ein Mantelstromtriebwerk ist, welches eine geringe Abgastemperatur besitzt, was seinen Einbau und die Abzweigung desAs a jet engine can be used per se known in the art jet engine. It is particularly favorable when the jet engine is a turbofan engine, which has a low exhaust gas temperature, which its installation and the diversion of

fäsmkäfc&ts fiSteiäfSt AT 510 341 B1 2014-01-15fäsmkäfc & tsfseteilte AT 510 341 B1 2014-01-15

Triebwerksstrahls für den Antrieb des Tragrotors erleichtert.Engine jet for driving the support rotor facilitates.

[0025] Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen [0026] die Fig. 1 bis 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehflügel flugzeugs in einer Perspektivansicht, einer geschnittenen Seitenansicht und einer aufgebrochenen Draufsicht; [0027] die Fig. 4a und 4b eine der abklappbaren Hilfs-Tragflächen in zwei verschiedenenThe invention will be explained in more detail with reference to embodiments illustrated in the accompanying drawings. Figures 1 to 3 show in the drawings a first embodiment of a rotary wing aircraft according to the invention in a perspective view, a sectional side view and a broken plan view; Figs. 4a and 4b one of the hinged auxiliary wings in two different

Betriebsstellungen im Schnitt; und [0028] die Fig. 4 bis 6 eine zweite Ausführungsform eines Drehflügelflugzeugs gemäß derOperating positions on average; and Figs. 4 to 6 show a second embodiment of a rotary wing aircraft according to the

Erfindung in einer Perspektivansicht, einer geschnittenen Seitenansicht und einer aufgebrochenen Draufsicht.Invention in a perspective view, a sectional side view and a broken plan view.

[0029] In den Fig. 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform eines Drehflügelflugzeugs („Drehflügler") 1 gezeigt. Das Flugzeug 1 umfasst ein Rumpfwerk 2, an dessen hinterem Ende ein Leitwerk 3 mit (hier) zwei Seitenrudern 4 befestigt ist. Das Rumpfwerk 2 ist mit kurzen, starren Hilfs-Tragflächen 5 versehen, die in vereinfachten Ausführungsformen auch entfallen können.A first embodiment of a rotary-wing aircraft ("rotorcraft") 1 is shown in FIGS. The aircraft 1 comprises a fuselage 2, at the rear end of a tail unit 3 with (here) two side elevators 4 is attached. The hull 2 is provided with short, rigid auxiliary wings 5, which may also be omitted in simplified embodiments.

[0030] Am Rumpfwerk 2 ist mindestens ein Tragrotor 6 mit seiner Rotorwelle 7 drehbar gelagert. Der Tragrotor 6 hat im gezeigten Beispiel drei Rotorblätter 8, auch andere Blattanzahlen sind möglich. Die Rotorblätter 8 sind an einer Rotornabe 9 über Gelenke 10 jeweils mit verstellbarem Anstellwinkel gelagert sind. Die Anstellwinkel der Rotorblätter 8 können kollektiv und/oder zyklisch über eine entsprechende Mechanik 11, z.B. einen Kollektivring und eine Taumelscheibe, verstellt werden, wie bei Hubschraubern bekannt. Alternativ könnten die Rotorblätter 8 auch mit festen Anstellwinkeln von z.B. 4 Grad an der Rotornabe 9 montiert und die Rotorwelle 7 verschwenkbar am Rumpfwerk 2 gelagert sein, wie bei Tragschraubern bekannt.At the hull 2 at least one support rotor 6 is rotatably mounted with its rotor shaft 7. The support rotor 6 has in the example shown three rotor blades 8, and other numbers of sheets are possible. The rotor blades 8 are mounted on a rotor hub 9 via joints 10 each with adjustable angle of attack. The angles of incidence of the rotor blades 8 may be collectively and / or cyclically via a corresponding mechanism 11, e.g. a collective ring and a swash plate to be adjusted, as known in helicopters. Alternatively, the rotor blades 8 could also be fixed at fixed angles of e.g. 4 degrees mounted on the rotor hub 9 and the rotor shaft 7 pivotally mounted on the fuselage 2, as known in gyroplanes.

[0031] Das Rumpfwerk 2 trägt ein Strahltriebwerk 12 mit Ansaugöffnungen 13 und Ansaugkanälen 14 und einem Strahlausgang 15, um durch Rückstoß Schub für den Vortrieb des Rumpfwerks 2 bzw. Flugzeugs 1 zu erzeugen. Das Strahltriebwerk 12 ist bevorzugt ein Mantelstromtriebwerk, bei dem ein kühler Mantelstrom aus Umgebungsluft den heißen Abgasstrom umgibt.The hull 2 carries a jet engine 12 with suction ports 13 and intake ports 14 and a jet outlet 15 to thrust for the propulsion of the fuselage 2 and aircraft 1 to generate by recoil. The jet engine 12 is preferably a turbofan engine in which a cool sheath flow of ambient air surrounds the hot exhaust stream.

[0032] Dem Strahltriebwerk 2 ist funktionell eine Leiteinrichtung für seinen Triebwerksstrahl nachgeschaltet, welche durch die nachfolgend beschriebenen Komponenten gebildet wird. Einerseits ist im Ausgang 15 des Strahltriebwerks 12, genauer in dessen Ausgangsdüse 16, eine Düsennadel 17 in axialer Richtung verstellbar gelagert, mit welcher der Ausgang 15 sukzessive bis zum völligen Verschluss abschnürbar ist. Andererseits ist der Ausgang 15 vor der Düsennadel 17 von einem Strömungskanal 18 angezapft, über den - je nach Stellung der Düsennadel 17 -ein variabler Teil des Triebwerksstrahls abgezweigt werden kann. Der Strömungskanal 18 führt in eine Arbeitsturbine 19, welche über ein Untersetzungsgetriebe 20 die Rotorwelle 7 des Tragrotors 6 antreibt. Optional kann in dem Strömungskanal 18 eine Drosselklappe 21 angeordnet werden, mit welcher der Anteil des abgezweigten Triebwerksstrahls - zusätzlich oder in Kombination mit der Stellung der Düsennadel 17 - reguliert werden kann.The jet engine 2 is functionally downstream of a guide for its engine jet, which is formed by the components described below. On the one hand, a nozzle needle 17 is adjustably mounted in the axial direction in the output 15 of the jet engine 12, more precisely in the outlet nozzle 16, with which the output 15 can be successively abgeschschnürbar until complete closure. On the other hand, the outlet 15 in front of the nozzle needle 17 is tapped by a flow channel 18, via which - depending on the position of the nozzle needle 17 -a variable part of the engine jet can be branched off. The flow channel 18 leads into a power turbine 19, which drives the rotor shaft 7 of the support rotor 6 via a reduction gear 20. Optionally, in the flow channel 18, a throttle valve 21 can be arranged, with which the proportion of the branched engine jet - in addition to or in combination with the position of the nozzle needle 17 - can be regulated.

[0033] In der Arbeitsturbine 19 wird der vom Triebwerksstrahl abgezweigte Gasstrahl z.B. mittels davon angetriebener Turbinenschaufeln in Dreharbeit umgewandelt, die über das Untersetzungsgetriebe 20 und die Rotorwelle 7 auf den Tragrotor 6 übertragen wird. Optional kann das Untersetzungsgetriebe 20 entfallen und die Arbeitsturbine 19 direkt auf die Tragrotorwelle 7 wirken.In the power turbine 19, the jet of gas diverted from the engine jet is e.g. converted by it driven turbine blades into rotary work, which is transmitted via the reduction gear 20 and the rotor shaft 7 on the support rotor 6. Optionally, the reduction gear 20 can be omitted and the power turbine 19 act directly on the support rotor shaft 7.

[0034] Eine Kupplung zum Lösen der Antriebsverbindung zwischen Arbeitsturbine 19 und Tragrotor 6 ist - im Gegensatz zu einem Hubschrauber - nicht erforderlich, weil der Tragrotor 6 bei einem Ausfall des Strahltriebwerks 12 aufgrund des Freilaufens der Antriebsturbine 19 sofort freiläuft und damit sofort in Autorotation übergehen kann. In gleicher Weise geht der Tragrotor 6 automatisch in Autorotation über, wenn die Düsennadel 17 geöffnet und bevorzugt die optionale Drosselklappe 21 geschlossen wird, weil dann die Arbeitsturbine 19 ebenfalls antriebslos freiläuft. 4/13A clutch for releasing the drive connection between the power turbine 19 and support rotor 6 is - in contrast to a helicopter - not required because the support rotor 6 in case of failure of the jet engine 12 due to the freewheeling of the drive turbine 19 immediately free running and thus immediately go into autorotation can. In the same way, the support rotor 6 automatically goes into autorotation when the nozzle needle 17 is opened and preferably the optional throttle 21 is closed, because then the power turbine 19 also freewheeling without drive. 4.13

österreichisch«: päteü tarnt AT 510 341 B1 2014-01-15 [0035] Die durch die Düsennadel 17 und den Strömungskanal 18 bzw. die optionale Drosselklappe 21 gebildete Leiteinrichtung besitzt somit zwei grundlegende Betriebsstellungen: Eine erste Betriebsstellung, in welcher der Triebwerksstrahl bei geöffneter Düsennadel 17 den Vortrieb des Flugzeugs 1 durch Rückstoß bewirkt und der Tragrotor 6 zur Auftriebserzeugung autorotiert, wobei die (optionalen) Hilfs-Tragflächen 5 zum Auftrieb beitragen bzw. bei hoher Geschwindigkeit diesen übernehmen; und eine zweite Betriebsstellung, in der der Triebwerksstrahl bei geschlossener Düsennadel 17 und geöffneter Drosselklappe 21 in die Arbeitsturbine 19 umgeleitet ist, um den Tragrotor 6 helikopterartig für Senkrechtstart-, -lande- und Schwebeflug anzutreiben. Selbstverständlich sind beliebige Zwischenstellungen durch entsprechende Verstellung der Düsennadel 17 und der optionalen Drosselklappe 21 möglich, so dass ein gleitender Übergang zwischen den beiden Betriebszuständen des Flugzeugs 1 möglich ist.The guide device formed by the nozzle needle 17 and the flow channel 18 or the optional throttle valve 21 thus has two basic operating positions: A first operating position in which the engine jet is open when the engine is open Düsennadel 17 causes the propulsion of the aircraft 1 by recoil and the support rotor 6 autorotiert for lift generation, the (optional) auxiliary wings 5 contribute to buoyancy or take this at high speed; and a second operating position, in which the engine jet is redirected with the nozzle needle 17 closed and the throttle 21 open in the power turbine 19 to drive the support rotor 6 helicopter-like for vertical take-off, landing and hovering. Of course, any intermediate positions are possible by corresponding adjustment of the nozzle needle 17 and the optional throttle 21, so that a sliding transition between the two operating states of the aircraft 1 is possible.

[0036] Zum Drehmomentausgleich im hubschrauberartigen Antriebsbetrieb des Tragrotors 6 kann - anstelle des Heckrotors eines Hubschraubers - der Ausgang 15 des Strahltriebwerks 12 von einem weiteren Strömungskanal 22 angezapft werden, u.zw. nach oder bevorzugt vor der Düsennadel 17. Der weitere Strömungskanal 22 führt zu einer seitlichen Ausströmöffnung 23 am Heck des Flugzeugs 1. Die Ausströmöffnung 23 kann mit verstellbaren Lamellen 24 (Fig. 3) ausgestattet werden, mit denen der austretende Gasstrahl schräg nach vorne, seitlich oder schräg nach hinten gerichtet werden kann, um Drehungen des Flugzeugs 1 um die Hochachse zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann der weitere Strömungskanal 22 mit einer Drosselklappe 25 versehen werden, um die Intensität des aus der Ausströmöffnung 23 austretenden Gasstrahls zu regulieren. Anstelle oder zusätzlich zum Strömungskanal 22 und der Ausströmöffnung 23 kann auch die Abgasöffnung 26 der Arbeitsturbine 19 zum Drehmomentausgleich herangezogen werden, wenn sie an einer geeigneten Stelle des Rumpfwerks 2 ausmündet, siehe Fig. 1 und 3.For torque compensation in the helicopter-like drive operation of the support rotor 6 can - instead of the tail rotor of a helicopter - the output 15 of the jet engine 12 are tapped by a further flow channel 22, u.zw. The further flow channel 22 leads to a lateral outflow opening 23 at the rear of the aircraft 1. The outflow opening 23 can be equipped with adjustable lamellae 24 (FIG. 3) with which the exiting gas jet obliquely forwards, laterally or can be directed obliquely rearward to allow rotations of the aircraft 1 about the vertical axis. Alternatively or additionally, the further flow channel 22 can be provided with a throttle flap 25 in order to regulate the intensity of the gas jet emerging from the outflow opening 23. Instead of or in addition to the flow channel 22 and the outflow opening 23 and the exhaust port 26 of the power turbine 19 can be used to compensate for torque when it opens at a suitable location of the fuselage 2, see Fig. 1 and 3.

[0037] Es versteht sich, dass anstelle der gezeigten Leiteinrichtung aus Düsennadel 17, Strömungskanal 18 und optionaler Drosselklappe 21 auch jede andere Art von Gasleiteinrichtung verwendet werden kann, mit welcher zumindest ein Teil des aus dem Strahltriebwerk 12 austretenden Gas- bzw. Triebwerksstrahls für den Antrieb des Tragrotors 6 umgeleitet werden kann, beispielsweise steuerbare Gasventile, Umlenkschaufeln usw.It is understood that instead of the guide shown from the nozzle needle 17, flow channel 18 and optional throttle 21, any other type of gas guide can be used, with which at least a portion of the emerging from the jet engine 12 gas or engine jet for the Drive the carrier rotor 6 can be redirected, for example, controllable gas valves, vanes, etc.

[0038] Wie in den Fig. 4a und 4b dargestellt, können die Hilfstragflächen 5 in ihrem rückwärtigen Bereich 27, z.B. der Hälfte hinter ihrem Hauptholm, vertikal abklappbar sein, um ihren Strömungswiderstand für Senkrechtstart-, -lande- und Schwebeflug und den Abwind des angetriebenen Tragrotors zu verringern.As shown in Figures 4a and 4b, the auxiliary support surfaces 5 may be provided in their rear region 27, e.g. half behind its main spar, can be folded down vertically to reduce their flow resistance for vertical takeoff, landing and hovering and the downdraft of the driven support rotor.

[0039] In der Ausführungsform der Fig. 1 bis 4 umfasst das Rumpfwerk 2 ein Cockpit 28 mit einem einzigen Pilotensitz 29. Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine alternative Ausführungsform eines Drehflüglers T mit einer vergrößerten Fahrgastkabine mit insgesamt sechs Sitzen, zwei Pilotensitzen 29 und vier Fahrgastsitzen 30. Der Drehflüglers T besitzt hier zwei Strahltriebwerke 12, die symmetrisch an den Außenseiten des Rumpfwerks 2 angeordnet sind. Die Strömungskanäle 18 der beiden Strahltriebwerke 12 vereinigen sich hier in einem Sammler 31, bevor sie in die Arbeitsturbine 19 des Tragrotors 6 münden. Anstelle von zwei Seitenrudern 4 könnte hier z.B. auch ein einziges mittiges Seitenruder 4 am Leitwerk 3 verwendet werden.In the embodiment of Figs. 1 to 4, the fuselage 2 comprises a cockpit 28 with a single pilot seat 29. Figs. 5 to 7 show an alternative embodiment of a rotary wing T with an enlarged passenger cabin with a total of six seats, two pilot seats 29th and four passenger seats 30. The rotary wing T here has two jet engines 12, which are arranged symmetrically on the outer sides of the hull 2. The flow channels 18 of the two jet engines 12 unite here in a collector 31, before they open into the power turbine 19 of the support rotor 6. Instead of two side ranks 4, e.g. Also, a single central rudder 4 are used on tail 3.

[0040] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen. 5/13The invention is not limited to the illustrated embodiments, but includes all variants and modifications that fall within the scope of the appended claims. 5.13

Claims

Istefreldiiäcsei jafsüfeMt AT 510 341 B1 2014-01-15 1. Rotary-wing aircraft, characterized by the combination of: a hull (2), at least one on the hull (2) freely rotatably mounted support rotor (6) for lift generation by autorotation in cruising, at least a jet engine (12) carried by the fuselage (2) for the propulsion of the aircraft (1, 1 '), at least one power turbine (19) for the selective drive of the carrier rotor (6), which is operable with a gas jet, and one of the jet engine (12) downstream engine nozzle (17, 18), the at least between a first position in which they cause the engine jet propulsion of the aircraft (1, T) and the support rotor (6) freely autorotieren, and a second position in which it directs at least part of the engine jet into the power turbine (19) of the carrier rotor (6) for driving the same, is displaceable.

2. rotary wing aircraft according to claim 1, characterized in that the power turbine (19) drives the carrier rotor (6) clutchless.

3. rotary wing aircraft according to claim 1 or 2, characterized in that the power turbine (19) drives the support rotor (6) via a reduction gear (20).

4. rotary wing aircraft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the jet engine (12) causes the propulsion of the aircraft (1, T) by recoil.

5. rotary wing aircraft according to one of claims 1 to 4, characterized in that the support rotor (6) has a plurality of pitch-adjustable rotor blades (8), preferably both collectively and cyclically adjustable.

6. rotary wing aircraft according to one of claims 1 to 5, characterized in that the guide device (17, 18) is displaceable in intermediate positions between the first and the second position.

7. rotary wing aircraft according to one of claims 1 to 6, characterized in that the guide device (17, 18) in the output (15) of the jet engine (12) adjustable nozzle needle (17) and the output (15) in front of the nozzle needle (17 ) tapping flow channel (18) leading to the power turbine.

8. rotary wing aircraft according to claim 7, characterized in that the flow channel (18) is provided with an adjustable throttle valve (21).

9. rotary wing aircraft according to one of claims 1 to 8, characterized in that the output (15) of the jet engine (12) by a further flow channel (22) is tapped to a lateral outflow opening (23) at the rear of the aircraft (1). leads.

10. rotary wing aircraft according to claim 9, characterized in that the further flow channel (22) is provided with an adjustable throttle valve (25).

11. rotary wing aircraft according to claim 9 or 10, characterized in that the outflow opening (23) is equipped with adjustable slats (24).

12. rotary wing aircraft according to one of claims 1 to 11, characterized in that it is additionally equipped with rigid auxiliary support surfaces (5).

13. rotary wing aircraft according to claim 12, characterized in that the rear half (27) of each auxiliary wing (5) is vertically hinged.

14. rotary wing aircraft according to one of claims 1 to 13, characterized in that it comprises a tail unit (3) with at least one rudder (4). 6.13

& t ^ id »scHg ρίίκηΕδίϊϊί ΑΤ 510 341 B1 2014-01-15

15. rotary wing aircraft according to one of claims 1 to 14, characterized in that the jet engine (12) is a turbofan engine. For this 6 sheets drawings 7/13