Flugzeug Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeug mit Rumpf und Tragflächen und mindestens einem von einer Ringturbine angetriebenen Schubgebläse.
Für die heute üblichen Hochgeschwindigkeits- flugzeuge ist es erwünscht, eine Triebwerkkombina- tion zu schaffen, die so leicht wie möglich, bei hohen Geschwindigkeiten ökonomisch in Bezug auf den Brennstoffverbrauch ist und einen erhöhten Schub für den Start entwickelt. Eines der Triebwerke, das in letzter Zeit entwickelt wurde und bezüglich des spezifischen Brennstoffverbrauches eine Verbesse rung gegenüber bestehenden Bauarten darstellt, wird als Gebläsetriebwerk bezeichnet.
Dieses Triebwerk wird in verschiedenen Formen für unterschiedliche Aufgaben verwendet. Der Hauptzweck des Gebläses liegt in der Bewegung von relativ grossen Luft mengen bei relativ kleinen Druckverhältnissen, um hohen Schub und einen guten Vortriebswirkungsgrad zu erreichen. In den unteren Geschwindigkeits bereichen bis zu 550-700 km/h lassen sich kleine Druckverhältnisse durch die konventionelle Luft schraube oder durch von einem Ring umgebene Propeller erreichen.
Jedoch wird eine solche Kombi nation bei Geschwindigkeiten über 700 km/h unwirt- schaftlich oder ungeeignet, da der Schub eines sol chen Triebwerkes relativ rasch abnimmt. Bei hö heren Druckverhältnissen für höhere Geschwindig keiten ist das Gasturbinen-Strahltriebwerk am ge eignetsten, da der Schub relativ hoch bleibt und selbstverständlich bedeutend grösser ist als der von einem Propeller erreichte. Jedoch ist bei kleinen Ge schwindigkeiten, wie z. B. während des Startes, der Schub erheblich kleiner als derjenige eines Propel lers, wodurch sich ein extrem langer Startweg ergibt.
Das mit einem Gebläse ausgestattete Flugzeug bringt in beiden Extremen des Geschwindigkeitsbereiches Vorteile, indem es bei niedrigen Geschwindigkei ten bedeutend höheren Schub als das Strahltrieb werk liefert und bis zu Geschwindigkeiten von 900 km/h eine Verbesserung gegenüber diesem bringt. Über diesem Wert ist das Strahltriebwerk überlegen.
Von den Gebläsetriebwerken erscheint das Ringturbinen-Gebläsetriebwerk im Bereich von 0 bis etwa 800 km/h geeignet und dem Propeller im Bereich dir * hohen Geschwindigkeiten bzw. dem Strahltriebwerk im Bereich der niedrigen Geschwin- digkeiten überlegen. Bis heute wurde ein solches Triebwerk nur für VTOL-Flugzeuge oder für eine Kombination aus VTOL und horizontalem Vortrieb unter Verwendung von Umlenkklappen zur Ablen kung des Schubes in beiden Richtungen verwendet.
Der Begriff Ringturbinengebläse bedeutet dabei, dass an den Spitzen. der Gebläseschaufeln Turbinen schaufeln angeordnet sind, wobei diese von den Ver brennungsgasen einer Gasturbine oder eines Gas erzeugers angetrieben werden, um die Gebläse anzu treiben und grosse Luftmengen zu bewegen.
Es ist bekannt, dass Ringturbinengebläse einen niedrigen spezifischen Treibstoffverbrauch infolge ihres hohen Schubes im Betriebsbereich haben. Bei spielsweise -ist beim Start der Schub eines Gebläses etwa 2-4 mal grösser als derjenige eines Strahl triebwerkes, sodass der spezifische Treibstoffver brauch etwa 1/z bis 1/4 desjenigen des Strahltrieb- werkes ausmacht, da der Treibstoffverbrauch der Schubleistung proportional ist.
Bei einem Reiseflug mit 800 km/h erzeugt das Gebläse 25,% mehr Schub als das Strahltriebwerk, so- dass dessen spezi- fischer Treibstoffverbrauch um etwa 25 % günstiger ist.
Zudem ist die Schubumkehrung bei mit Gebläsen ausgestatteten Flugzeugen, wie nachfolgend beschrie ben, sehr schwierig, da die üblichen Schubumkehr mittel, welche am hinteren Ende des Triebwerkes angeordnet werden, so gross sind, dass sie bis zu 50-70 % des Gewichtes des Gebläses ausmachen. Demzufolge bezweckt die vorliegende Erfindung überdies die Schaffung einer Schubumkehrung, die einen Teil der Triebwerkskombination bildet,
um eine starke Erhöhung des Gewichtes durch am Triebwerk angeordnete Schubumkehrmittel zu ver meiden. Alle als Reiseflugtriebwerke ausgelegten Triebwerke enthalten bis heute die Gaserzeugungs- mittel im wesentlichen konzentrisch innerhalb des Triebwerkes, wie z. B. im Falle von Strahltrieb werken, mit einem vorderen oder hinteren Gebläse. Beim Flugzeug nach der vorliegenden Erfindung sind die Gasgeneratoren vom Gebläse entfernt an geordnet, um so das Gewicht des Triebwerkes zu reduzieren und ein besser ausbalanciertes Flugzeug zu schaffen.
Durch Leitungsmittel werden die Ver brennungsgase der Gasgeneratoren der Ringturbine am Umfang des Gebläses zugeführt. Die zentrale Lage des Gaserzeugers bei konventionellen Trieb werken ergibt äusserst ungünstige Verhältnisse und komplizierte Leitungsverbindungen für den Antrieb des Gebläses in einem Flugzeug.
Die vorliegende Erfindung bezweckt demgemäss die Schaffung eines Flugzeuges, das für den Reise flug mit mindestens einem Ringturbinengebläse aus gerüstet ist, um hohen Schub und niedrigen spezi fischen Brennstoffverbrauch zu erreichen, wobei die Anordnung in einfacher Weise eine Schubumkehr gestattet.
Das erfindungsgemässe Flugzeug mit Rumpf und Tragflächen besitzt mindestens ein von einer Ring turbine angetriebenes Schubgebläse, wobei die Ring turbine von den Treibgasen eines Gasgenerators an getrieben ist, die ihr über einen Verbindungskanal zwischen dem Gasgenerator und den Leitschaufeln der Ringturbine zugeführt werden, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schubgebläse derart am Flugzeug angebracht ist, dass seine Drehachse zur Flugzeuglängsachse parallel ist, die Längsachse des Gasgenerators parallel zur Gebläsedrehachse ange ordnet und gegen diese versetzt ist, das Schubgebläse und der Gasgenerator getrennte,
unabhängige Einlässe aufweisen und im Verbindungskanal zwischen Gas generator und Schubgebläse eine zurückziehbare, nach vorn gerichtete Schubumkehrdüse sowie eine Ventileinrichtung zum selektiven Zuführen der Treibgase an die Turbinenschaufeln der Ringturbine oder an die Schubumkehrdüse vorgesehen sind.
In der Aufzeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Flug zeuges dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform im Grundriss, Fig. 2 eine Seitenansicht des Flugzeuges, welches die Lage des. Reiseflugtriebwerkes zeigt, Fig. 3-5 weitere Ausführungsformen von Flug zeugen, und Fig. 6 ein Vergleichsdiagramm.
In Fig. 1 ist ein Flugzeug dargestellt, das ein einziges Ringturbinengebläse im Rumpf angeordnet aufweist. Von dem mit 10 bezeichneten Rumpf er strecken sich in bekannter Weise seitlich angeordnete Flügel 11. Sofern das Flugzeug Senkrechtstarteigen- schaften aufweisen soll, sind in den Flügeln Hub strahlgebläse 12 angeordnet, die von Triebwerken über Leitungen in bekannter Weise angetrieben wer den. Im vorliegenden Zusammenhang sollen aller dings nur diejenigen Mittel beschrieben werden, welche hauptsächlich dem Reiseflug von Flug zeugen dienen.
Der Schwerpunkt des Flugzeuges liegt normalerweise in der Längsachse des Flugzeuges im Bereiche der Flügel. Um bei niedrigem spezifischem Brennstoffverbrauch hohe Reisegeschwindigkeiten zu erreichen, ist im Rumpf ein Ringturbinengebläse an geordnet, dessen Achse mit der Längsachse 13 des Flugzeuges zusammenfällt. Das Gebläse besitzt Tur binenschaufeln, die am Umfang des Gebläserades in radialer Verlängerung der Gebläseschaufeln an geordnet sind, um grosse Luftmengen mit niedriger Geschwindigkeit zu bewegen. Durch die Vergrösse- rung der Menge wird eine starke Erhöhung des Schubes erreicht.
Die Zuführung der Verbrennungs gase an die Turbine geschieht durch einen spiral förmigen Einlauf 15, welcher eine partielle oder eine vollständige Beaufschlagung gestattet.
Um das Turbinengebläse anzutreiben, sind Gas- generatormittel 16 vom Gebläse entfernt im Rumpf angeordnet. Die Gasgeneratormittel können aus Si cherheitsgründen von mehreren Gasgeneratoren oder von einem einzigen Gasgenerator gebildet sein. Die Verbrennungsgase der Gasgeneratoren werden dem Einlauf 15 über eine Leitung 17 zugeführt. Die Lei tung 17 kann die Gase beider Gasgeneratoren ge meinsam zuführen oder es können die Gase ge trennt geführt werden. Es ist zu beachten, dass es sich hier um eine direkte Antriebsverbindung han delt, wobei die üblichen mechanischen Verbindungs mittel sowie Getriebe wegfallen, wodurch sich das Gewicht reduzieren lässt, was für Flugzeuge von grosser Bedeutung ist.
Der zum Vortrieb des Flugzeuges hauptsächlich verwendete Schub wird durch die Bewegung von grossen Mengen Luft mit niedrigem Druck vermittels des Gebläses durch die Düse 18 hinaus erzeugt, wo bei die Verbrennunsprodukte diesen Schub noch ver grössern. In der Düse 18 können geeignete Klappen 19 angeordnet sein, um die Steuerung des Flugzeuges zu unterstützen und eine Auftriebskomponente zu erzeugen, falls dies erwünscht ist. Für den Reiseflug werden die Klappen 19 jedoch nicht verwendet.
Um die vom Gebläse benötigten grossen Luftmengen zu zuführen, sind nach aussen gerichtete Lufteinlass- mittel 20 am Rumpf angeordnet, die sich teilweise um denselben herum erstrecken, jedoch normaler weise nicht an der Unterseite, um zu verhindern, dass Fremdkörper eingesaugt werden, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet. Die Erstreckung der Lufteinlassmittel ist aus Fig. 2 ebenfalls ersichtlich. Verbindungsmittel 21 leiten die Luft aus den Ein- lassmitteln an das Gebläse 14.
Die Anordnung der Gasgeneratormittel 16 inner halb des Rumpfes ist für die Schubumkehr vorteil haft, wie noch zu beschreiben sein wird. Zudem wird durch diese Anordnung der Gewichtsausgleich wie auch der Unterhalt erleichtert. Überdies können durch die entfernte Anordnung der Gasgenerator mittel die Verbindung zum Ringturbinengebläse ver einfacht werden. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, kön nen die Gasgeneratormittel innerhalb des Rumpfes relativ hoch oben angeordnet werden, um darunter Räumlichkeiten für Gepäck oder Passagiere zuzu lassen.
In Fig. 6 ist der Schub S als Funktion der Ge schwindigkeit für einen Propeller, ein Ringturbinen gebläse und ein Strahltriebwerk, die jeweils mit dem gleichen Gasgenerator zusammenarbeiten, dar gestellt. Wie ersichtlich ist, hat der Propeller (Kur ve A) einen sehr hohen Schub, welcher sogar höher ist als der eines Ringturbinengebläses (B), und zwar bei niedriger Geschwindigkeit, was für eine kurze Startstrecke des Flugzeuges Voraussetzung ist. Der Schub nimmt jedoch bei höher werdender Ge schwindigkeit rasch ab und wird bei hohen Ge schwindigkeiten praktisch unwirksam.
Im Gegensatz dazu hat das Strahltriebwerk (C) bei niedrigen Ge schwindigkeiten einen geringen Schub, so dass für den Start eine sehr lange Bahn benötigt wird, jedoch nimmt der Schub mit steigender Geschwindigkeit zu und ergibt bei hohen Geschwindigkeiten sehr günstige Verhältnisse. Das Ringturbinengebläse hat gegenüber beiden vorgenannten Antriebsarten gewisse Vorteile. Bei niedriger Geschwindigkeit ist der Schub beträcht lich grösser als derjenige eines Strahltriebwerkes und kann das 2-4-fache desselben ausmachen. Dies ergibt sich daraus, dass das Gebläse grosse Mengen von Luft bei niedrigen Geschwindigkeiten bewegt und dass der Schub der Masse der Luft mal deren Geschwindigkeit gleich ist.
Somit ergibt bei nied rigen Fluggeschwindigkeiten der Gebläsebetrieb eine grosse Verstärkung, wobei dieses Verhältnis bis zu Geschwindigkeiten in der Grössenordnung von 900 km/h oder darüber anhält, wonach die Kurve für das Strahltriebwerk diejenige des Gebläses schneidet, d. h. das erstere dem letzten überlegen wird. Da.
das Gebläse in der Grössenordnung von 800 km/h um etwa 25,% mehr Schub als das Strahltriebwerk ab- gibt, resultiert auch ein um 25,% verbesserter spezi- fischer Brennstoffverbrauch.
Dieser variiert selbst verständlich mit der Reisegeschwindigkeit, jedoch lassen sich aus dem Diagramm die Vorteile des Ge bläses für den Reiseflug erkennen. Das Gebläse ist in der Lage, relativ hohe Fluggeschwindigkeiten zu erzeugen und dabei mit dem Strahltriebwerk zu kon kurrieren, während es bei niedrigen Geschwindig keiten dem Strahltriebwerk stark überlegen ist und bedeutend kürzere Startbahnen in der Grössen ordnung derjenigen für die Luftschraube benötigt, jedoch gegenüber der Luftschraube höheren Schub bei höheren Geschwindigkeiten erzeugt.
Bei durch Strahltriebwerke angetriebenen Flug zeugen ist für das Anhalten des Flugzeuges meist eine Schubumkehr notwendig. Konventionelle Schub umkehrmittel können zusammen mit einem Ring turbinengebläse nicht verwendet werden, da sie ein allzu grosses Gewicht bedingen. Dies rührt daher, dass das Gebläse einen relativ grossen Durchmesser aufweist, sodass konventionelle Schubumkehrmittel etwa 50-70 'o/o des Gebläsegewichtes ausmachen würden.
Beim beschriebenen Flugzeug wird die Schub umkehr durch ein Ventil bzw. eine Klappe in der den Gasgenerator mit dem Gebläse verbindenden Leitung erreicht, wobei die Klappe mit 22 bezeichnet ist. Mit 23 ist eine nach vorwärts gerichtete Düse be zeichnet, welche vorzugsweise einziehbar ist und in der Zeichnung in offener Lage ausgezogen und in geschlossener Lage strichpunktiert gezeigt ist. Diese Düse ist der Klappe benachbart angeordnet, wobei wenn die letztere geschlossen ist, die Verbrennungs gase durch die Düse 23 nach vorwärts ausgestossen werden, während im offenen Zustand der Klappe die Gase an das Gebläse geführt werden.
Im einen Fall ergibt sich dabei eine Schubumkehr und damit eine Bremsung des Flugzeuges, während im andern Fall ein Vortrieb erzeugt wird. Diese Schubumkehrmittel sind im Verhältnis zur übrigen Installation relativ leicht und einfach in der Ausbildung. Ihre Verwen dung wird durch die Distanzierung des Gasgenerators von der Turbine sowie deren Verbindung durch Lei tungen möglich. Da die Düse-einziehbar ist, entsteht im Reiseflug kein zusätzlicher Luftwiderstand und deshalb keine Geschwindigkeitseinbusse.
Der Lufteinlass 20 kann so angeordnet sein, dass die Grenzschicht der Luft entlang dem Rumpf auf genommen wird, um den Luftwiderstand zu redu zieren und den spezifischen Brennstoffverbrauch des Triebwerkes zu verbessern.
In Fig. 3 ist ein Flugzeug dargestellt, das ausserhalb des Rumpfes angeordnete Ringturbinen gebläse aufweist. Innerhalb des Rumpfes sind Gas generatoren angeordnet, die über Leitungen mit den Turbinen der Gebläse verbunden sind. In den Fig. 3-5 sind dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern be zeichnet.
In Fig. 4 ist ein Flugzeug dargestellt, bei wel chem in den Flügelspitzen Gebläse vorgesehen sind, welche vermittels ebenfalls in den Flügeln angeord neten und mit diesen durch Leitungen verbundene Gasgeneratoren angetrieben werden. Zum Flügel gehören dabei selbstverständlich auch Träger oder Streben. Zwischen den Gasgeneratoren und den Gebläsen sind wiederum Schubumkehrmittel vor gesehen.
Fig. 5 ist dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ähnlich, jedoch mit dem Unterschied, dass die Ge bläse über Träger am Flügel befestigt sind, wobei die Gaserzeugungsmittel im Flügel oder in den Trä gern angeordnet sein können.
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3-5 besitzen die gleichen Vorteile wie das Beispiel nach Fig. 1 und 2, wobei zwecks Gewichtsausgleich und Stabilisierung symmetrisch angeordnete Gebläse ver wendet werden. Auch hier gestattet die Distanzie rung der Gaserzeugungsmittel von der Turbine die Verwendung einfacher Schubumkehrmittel sowie auch eine vereinfachte Führung der Verbindungs leitungen durch Verwendung eines Ringturbinen gebläses mit einem spiralförmigen Einlauf für die Turbine.