DE10011319C2 - Luftschiff sowie Verfahren zur Nickwinkeltrimmung von Luftschiffen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftschiff. Sie betrifft des weiteren ein Verfahren zur Nickwinkel­ trimmung von Luftschiffen.

Es ist bekannt, daß der aerostatische Auftrieb eines Luftschiffs innerhalb des Betriebs erheblichen Schwan­ kungen durch äußere und nur begrenzt beeinflußbare Fak­ toren unterworfen ist. Darüber hinaus verändert sich das Luftschiffgewicht während des Betriebs z. B. durch den Kraftstoffverbrauch. Diese Änderungen nehmen Ein­ fluß auf das Kräfte- und Momentengleichgewicht des Luftschiffs und müssen durch gezielte Maßnahmen korri­ giert werden. Weiterhin ist es erforderlich, zur kon­ trollierten Beeinflussung des Flugweges eines Luft­ schiffes sowie zur Lage- und Richtungskorrektur bei äu­ ßeren Störungen z. B. durch Windeinflüsse den Kräfte- und Momentenhaushalt in ausreichendem Maße beeinflussen zu können.

Stand der Technik ist, daß dies in der Regel durch Än­ derung des von Strömungsgeschwindigkeit und Anstell­ winkel abhängigen aerodynamischen Auftriebs des Luft­ schiffs erfolgt. Dazu wird beim Luftschiff durch Ruder­ ausschlag am Höhenleitwerk, das sich üblicherweise am Heck des Luftschiffs befindet, der Nickwinkel (Winkel um die Querachse des Luftschiffs) verändert, so daß aus der daraus resultierenden Anstellwinkeländerung der Luftschiffrumpf als Gesamtes aerodynamischen Auf- bzw. Abtrieb erzeugt. Dies führt in der Folge dazu, daß der Rumpf des Luftschiffs auch einen höheren Strömungs­ widerstand erfährt. Hierbei ist zu beachten, daß diese Art der aerodynamischen Steuerung des Luftschiffs nur oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit funktioniert, die vom Abstand zwischen Auftriebsmittel- und Schwer­ punkt, von der aerodynamischen Effizienz (Gleitzahl) des Luftschiffrumpfs und der Rücklage des Höhenleit­ werks (Momentenhebel) abhängt und bei Großluftschiffen in halbstarrer Kielbauweise typischerweise etwa 60 km/h beträgt. Bei dieser Grenzgeschwindigkeit kann durch Höhenruderausschlag und der damit verbundenen Anstell­ winkeländerung des Luftschiffrumpfs kein Einfluß mehr auf die Flugbahn des Luftschiffes genommen werden, d. h. das Luftschiff ist aerodynamisch nicht mehr steuerbar. Unterhalb dieser Geschwindigkeit tritt aufgrund des dann zu geringen aerodynamischen Luftschiffrumpfauftriebs, des gegenüber dem aerodyna­ mischen Auftrieb des Luftschiffrumpfs größeren Abtriebs am Höhenruder und/oder der horizontalen Wanderung der Rumpfauftriebsresultierenden nach hinten eine Umkehrung des Gesamtmomentenhaushalts um die Luftschiffquerachse und damit eine Wirkungsumkehr des Höhenruders auf. Dies führt somit bei geringeren Fluggeschwindigkeiten im Grenzfall zu einer erheblichen Einschränkung oder zum Verlust der Steuerbarkeit des Luftschiffs. Zum stationären Verändern des Nickwinkels (Trimmen) ist darüber hinaus eine Änderung der Schwerpunktlage in Längsrichtung sinnvoll, was durch Umtrimmen von Ballast, Treibstoff oder Ballonetfüllung erfolgt, aber ein entsprechendes System an Bord voraussetzt und somit den konstruktiven Aufwand und das Gewicht des Luftschiffs erhöht. Insbesondere bei größeren Luftschiffen ist diese Methode durch die sich ändernden Verhältnisse bei den aerodynamisch erzeugbaren Kräften, dem aerostatischen Auftrieb und der vertikalen Schwer­ punktlage zunehmend mit der Luftschiffgröße mit Schwierigkeiten verbunden.

Bekannt ist, durch den Einsatz von Schub erzeugenden Systemen wie Propellern, Turbinentriebwerken oder Treibsätzen eine zusätzliche Kraft in der gewünschten Richtung zu erzeugen. So ist aus der DE-OS 197 00 182 eine Schubvektorsteuerung an einem Luftschiff beschrie­ ben, das aus mehreren Propellerschubeinrichtungen besteht, wobei deren Propellernaben um die Querachse schwenkbar sind. In der DE-OS 23 18 022 ist ein Transportflugzeug mit aerostatischen Auftrieb erzeugen­ den Körpern beschrieben, das zur Unterstützung der anderen auftriebserzeugenden Mittel über eine Vielzahl von vertikal wirkenden Propellerschubeinrichtungen verfügt. Die WO 80/00825 beschreibt eine Luftschiff­ steuerung mittels in den Rumpf eingebauten vertikal wirkenden ummantelten Propellern, die die Steuerbarkeit des Luftschiffs insbesondere auch im unteren Geschwin­ digkeitsbereich ermöglichen soll. Der Nachteil dieser Einrichtungen ist, daß der konstruktive Aufwand und ihr zusätzliches Gewicht sehr hoch sind, insbesondere, weil bei einem eventuellen Ausfall dieser Systeme die Steuerung des Luftschiffs insgesamt ausfallen würde und somit ein hoher Aufwand für eine Systemredundanz notwendig wird. Auch ist mit diesen Einrichtungen insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten ein hoher energetischer Aufwand und damit ein hoher Kraftstoff­ verbrauch und eine höhere Lärmemission verbunden. Bei diesen Schubsteuerungseinrichtungen ist außerdem zu beachten, daß ihre Wirksamkeit und Ansprechgeschwindigkeit insbesondere im mittleren und hohen Geschwindig­ keitsbereich aufgrund der dann größer werdenden aerody­ namischen Kräfte eingeschränkt sind.

Weiterhin ist bekannt, durch Anbringung von Tragflächen sowie Steuerflächen Einfluß auf die Erzeugung von aero­ dynamischem Auftrieb des Luftschiffs durch Änderung des Nickwinkels und der daraus resultierenden Änderung des Anstellwinkels zu nehmen. So beschreibt die DE-OS 2507514 ein Hybridluftschiff, das mittels Tragflügeln niedriger Streckung für das Kräftegleichgewicht in vertikaler Richtung sorgt und somit die Verwendung von Ballast, Traggasablassung und Abgaswasserrückgewin­ nungsanlagen unnötig macht und die Manövrierfähigkeit verbessert. Das Problem hierbei ist, daß dieses System nur bei hohen Geschwindigkeiten funktioniert, zum Horizontalflug in Abhängigkeit vom aerostatischen Auftrieb und dem Gewicht des Luftschiffs eine bestimmte Geschwindigkeit genau eingehalten werden muß und zum Starten und Landen somit wie bei einem Flugzeug eine Start- bzw. Landebahn benötigt wird. Bei konstanter Geschwindigkeit ist hier eine Veränderung der Auftriebskraft nur durch Veränderung des Luftschiff- Nickwinkels möglich und somit mit einer Erhöhung des Strömungswiderstands verbunden. Dies ist nur durch die Verwendung eines Canard-Flügels (Enten-Leitwerks) zu vermeiden, wodurch aber die flugmechanische Längsstabi­ lität solcher Luftschiffe geringer ist.

Darüber hinaus ist auch Stand der Technik, durch geän­ derte Formgebung des Luftschiffs die Erzeugung aerody­ namischen Auftriebs in der gewünschten Art und Weise zu unterstützen. So ist aus der EP 0 861 773 ein Hybrid- Starrluftschiff bekannt, das neben Tragflügeln über einen diskusförmigen Rumpf verfügt, der, ähnlich wie ein Tragflügel, bei höheren Geschwindigkeiten einen ae­ rodynamischen Auftrieb erzeugt. Hiermit verbunden sind aber die gleichen Nachteile wie in den o. g. Luftschif­ fen mit Tragflächen, darüber hinaus ergeben sich aus der Notwendigkeit einer aufwendigen Formgebung des Luftschiffrumpfs noch eine Vielzahl von zusätzlichen Entwurfsproblemen hinsichtlich Konstruktion und Ge­ wicht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin, bei hoher Systemausfallsicherheit, bei geringer Änderung des Luftschiff-Nickwinkels sowie bei einem möglichst geringen zusätzlichen Leistungsbe­ darf zur Höhensteuerung eines Luftschiffes ausreichend Einfluß auf den Kräfte- und Momentenhaushalt des Luft­ schiffs in allen vorkommenden Geschwindigkeitsbereichen zu nehmen, ohne dabei das Gesamtbetriebsverhalten bzw. die Luftschiffkonfiguration hinsichtlich optimaler bzw. hoher Fluggeschwindigkeit zu beeinflussen. Es soll die Forderung nach Wirtschaftlichkeit eines solchen Höhen­ steuerungsverfahrens sowie des entsprechenden Luft­ schiffs hinsichtlich des Betriebs, der Wartung sowie des konstruktiven Aufwands erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird durch das Luftschiff gemäß dem An­ spruch 1 gelöst. Für das erfindungsgemäße Luftschiff ist somit bedeutsam, daß sich auf dreierlei Weise Ein­ fluß auf den Kräfte- und Momentenhaushalt des Luft­ schiffs nehmen läßt, nämlich über ein - konventionelles - Höhenruder, über vertikalen Schub erzeugende Einrich­ tungen sowie durch aerodynamische Auftriebskörper, die unabhängig von Strömungsgeschwindigkeit und Anstellwin­ kel variierbar aerodynamischen Auftrieb bzw. Abtrieb erzeugen. Dabei wird jedes der drei Mittel in einem spezifischen Geschwindigkeitsbereich eingesetzt. Beson­ ders hervorzuheben ist dabei, daß innerhalb des Ge­ schwindigkeitsbereichs, in welchem die Höhensteuerung des Luftschiffes mittels Höhenruder problematisch ist (siehe oben), nochmals differenziert wird zwischen ei­ nem ersten, unteren Geschwindigkeitsbereich, in welchem die Höhensteuerung mittels vertikalen Schub erzeugender Einrichtungen erfolgt, und einem mittleren Geschwindig­ keitsbereich, in welchem zur Höhensteuerung aerodyna­ misch wirkende Auftriebskörper eingesetzt werden, deren Auftrieb bzw. Abtrieb unabhängig von Strömungsgeschwin­ digkeit und Anstellwinkel variierbar ist. Im Ergebnis zeichnen sich Luftschiffe, die in Anwendung der Erfin­ dung gesteuert werden, durch eine exzellente Manövrier­ barkeit bei hoher Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit aus. Zudem kann in Anwendung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens das entsprechende Luftschiff, anders als dies für Hybridluftschiffe der in der DE 25 07 514 A1 be­ schriebenen Art gilt, in der Luft stehen. Dies ist von zentraler Bedeutung für viele typische Einsatz- und An­ wendungsbereiche von Luftschiffen, beispielsweise den Transport sperriger Güter in unwegsames Gelände.

In Anwendung der vorliegenden Erfindung wird, mit ande­ ren Worten, durch mindestens einen aerodynamischen Auf­ triebskörper, der an sinnvoll gewählter Position des Luftschiffs d. h. mit Abstand zu dem Auftriebsschwer­ punkt angeordnet ist, ein aerodynamischer Auftrieb bzw. Abtrieb erzeugt, der durch gezielt gewählte zusätzliche Einrichtungen ab einer Mindestgeschwindigkeit unabhän­ gig von Strömungsgeschwindigkeit und Anstellwinkel va­ riiert werden kann.

Die vorliegende Erfindung umfaßt gemäß einem weiteren Aspekt das im Anspruch 12 angegebene Verfahren zur Nickwinkeltrimmung von Luftschiffen, das die vorstehend erläuterten Prinzipien ausnutzt.

Eine erste bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mehrere aero­ dynamische Auftriebskörper zur von Strömungsgeschwin­ digkeit und Anstellwinkel unabhängig variierbaren Er­ zeugung aerodynamischen Auftriebs bzw. Abtriebs vorge­ sehen sind, und zwar in Längsrichtung des Luftschiffs verteilt angeordnet. Besonders bevorzugt wird dabei ei­ ne Tandemanordnung der betreffenden Auftriebskörper vor und hinter dem Schwerpunkt des Luftschiffs. Dies begün­ stigt, wie weiter unten im größeren Detail ausgeführt wird, die Manövrierbarkeit des Luftschiffs.

Abhängig von der Ausbildung eines oder mehrerer in Längsrichtung verteilter Auftriebskörper zur von Strö­ mungsgeschwindigkeit und Anstellwinkel unabhängig vari­ ierbaren Erzeugung aerodynamischen Auftriebs bzw. Ab­ triebs kann eine Variation des Auftriebs bzw. Abtriebs an diesen Auftriebskörpern in Kombination mit den auch an konventionellen Luftschiffen vorhandenen Leitwerken mit Höhenruder erfolgen. Im Fall der Ausbildung mehre­ rer in Längsrichtung verteilter Auftriebskörper kann das Gesamtnickmoment unabhängig von der aerostatischen Auftriebskraft beeinflußt werden durch entsprechende Variation des aerodynamisch erzeugten Auftriebs bzw. Abtriebs der in Längsrichtung verteilten Auftriebskör­ per. Im Bereich hoher Geschwindigkeiten, der bei einem Großluftschiff typischerweise bei Geschwindigkeiten über etwa 70 km/h liegt, erfolgt dabei sinnvollerweise die Höhensteuerung des Luftschiffs wegen des geringeren Energiebedarfs im wesentlichen durch das Höhenruder. Der unabhängig von Strömungsgeschwindigkeit und Anstellwinkel variierbare aerodynamische Auftrieb kann hier bei Bedarf zur Nickwinkeltrimmung d. h. zum stationären Einstellen des Nickwinkels genutzt werden. Im Bereich mittlerer Geschwindigkeiten, der bei einem Großluftschiff typischerweise bei Geschwindigkeiten zwischen etwa 40 km/h und etwa 70 km/h liegt, erfolgt sinnvollerweise sowohl die Höhensteuerung als auch die Nickwinkel­ trimmung des Luftschiffes durch den unabhängig von Strömungsgeschwindigkeit und Anstellwinkel variierbaren aerodynamischen Auftrieb bzw. Abtrieb, da sich in diesem Geschwindigkeitsbereich eine Geschwindigkeit befindet, bei der durch Höhenruderausschlag die Flugbahn des Luftschiffs nicht beeinflusst werden kann und unterhalb der bei Höhenruderausschlag eine Wirkungsumkehr auftritt (siehe oben). Im Bereich niedriger Geschwindigkeiten, in dem die Wirkung des unabhängig von Strömungsgeschwindigkeit und Anstell­ winkel variierbaren aerodynamischen Auftriebs zur zuverlässigen Höhensteuerung und Nickwinkeltrimmung nicht mehr ausreicht und die bei einem Großluftschiff typischerweise bei Geschwindigkeiten unter etwa 40 km/h liegt, erfolgt die Höhensteuerung und die Nickwinkeltrimmung des Luftschiffs sinnvollerweise mittels vertikal wirkender, Schub erzeugender Einrich­ tungen, die in diesem Geschwindigkeitsbereich alternativ oder zusätzlich zu den unabhängig von Strömungsgeschwindigkeit und Anstellwinkel variierbaren aerodynamischen Auftrieb erzeugenden Auftriebskörpern eingesetzt werden. Die Vorteile dieses Verfahrens sind, daß bei nur geringer Änderung des Luftschiff- Nickwinkels und in allen Geschwindigkeitsbereichen in wirkungsvoller und energiesparender Weise auf den Kräfte- und Momentenhaushalt des Luftschiffs Einfluß genommen werden kann; die Steuerbarkeit des Luftschiff ist in einfacher Weise bei allen Geschwindigkeiten erfüllt; auf ein Gewichts-Trimmungssystem kann zudem verzichtet werden. Die geringe Änderung des Luftschiff- Nickwinkels hat zum einen den Vorteil, daß durch geringere Anstellung des Luftschiffrumpfs der Strömungswiderstand und damit der Energieverbrauch niedriger ist, zum anderen ist insbesondere bei Fracht­ luftschiffen eine geringe Luftschiff-Nickbewegung von Vorteil, da somit die in Längsrichtung des Luftschiffs wirkenden Kräfte der Fracht auf die Luftschiffstruktur reduziert werden. Durch das Verfahren besteht inhärent eine hohe Ausfallsicherheit der Luftschiffsteuerung, da jeweils bei Ausfall der vertikal wirkenden Propeller oder des aerodynamischen Auftriebssystems das jeweils andere System die Auftriebs- und Steuerungsfunktion großenteils zu übernehmen vermag und somit auf weitere Redundanzsysteme verzichtet werden kann.

In zweckmäßiger Ausführung der Erfindung sind die aero­ dynamischen Auftrieb erzeugenden Auftriebskörper in der Form von Tragflügeln ausgebildet. Diese können besonders bevorzugt auch weitere Einrichtungen und Konstruktionselemente des Luftschiffs wie Vortriebs­ elemente und die vertikal wirkenden, Schub erzeugenden Elemente enthalten, wodurch sich durch die Möglichkeit der Blockaustauschbarkeit der gesamten Antriebs- und Manövriereinheit als Modul die Wirtschaftlichkeit in Bezug auf die Luftschiffwartung erhöht.

Es ist dabei vorteilhaft, den aerodynamischen Auftrieb durch Beeinflussung der Zirkulation um das Tragflügel­ profil, das zweckmäßigerweise eine elliptische oder ähnliche Form hat, zu erzeugen und zu variieren. Dies kann insbesondere durch Ausblasung von Luft an geeignet gewählten Positionen erfolgen, z. B. durch Preßluftaus­ blasung im in Strömungsbezug hinteren Profilbereich aus Schlitzen, Bohrungen oder sonstigen Ausblasöffnungen. Durch die einseitige Preßluftausblasung an der Oberseite bzw. der Unterseite des Tragflügels wird die Zirkulation um das Profil beeinflußt, d. h. der hintere Staupunkt (Kuttapunkt) wird auf der der Ausblasung gegenüberliegenden Profilseite nach vorne verlagert. Der so umgelenkte Fluidstrom erzeugt eine Impulskraft quer zur Anströmungsrichtung des Tragflügels, die - je nach dem Ort der Ausblasung - eine Auftriebs- bzw. Abtriebskraft nach sich zieht. Die Vorteile der aero­ dynamischen Auftriebserzeugung durch Zirkulationsrege­ lung gegenüber den klassischen Methoden (gewölbtes Profil, Vorflügel, Wölbklappen etc.) ist, daß die Auftriebskraft ab einer Mindestgeschwindigkeit unabhän­ gig von Fluggeschwindigkeit und Anstellwinkel variier­ bar ist, diese Auftriebskraft schon bei sehr geringen Geschwindigkeiten erzeugt wird und die dabei erzeugte Auftriebskraft sehr groß ist. Als Preßluftquelle eignen sich z. B. handelsübliche Kompressoren. Durch Variation des Preßluftdrucks und somit der Strömungsgeschwindig­ keit der Ausblasung kann die Größe des aerodynamischen Auftriebs bzw. Abtriebs variiert und durch Variation des Durchmessers in der Druckluftleitung über die Tragflügelspannweite die Auftriebsverteilung einge­ stellt werden.

In besonders bevorzugter Weiterführung der Erfindung können die vertikal wirkenden, Schub erzeugenden Elemente als in die Tragflügel integrierte, ummantelte Propeller ausgeführt sein, deren obere und untere Öffnung durch Falt- oder Schiebeabdeckungen verschließ­ bar sind, um so bei Auftriebserzeugung an den Tragflü­ geln durch Zirkulationsregelung eine Störung der Strömung um das Tragflügelprofil zu vermeiden.

Weiterhin ist eine zweckmäßige Weiterentwicklung, zusätzlich die bekannten Konzepte der Auftriebsbeein­ flussung bei Tragflügeln wie Steuerklappen, Vorflügel, Vergrößerung der Auftriebsfläche oder Kombinationen dieser Konzepte anzuwenden.

Soweit im Rahmen der vorstehenden Ausführungen dargelegt wurde, daß sich die aerodynamischen Auftriebskörper, die zur Erzeugung eines von Strömungs­ geschwindigkeit und Anstellwinkel unabhängig variier­ baren Auftriebs bzw. Abtriebs geeignet sind, ggf. in Kombination mit weiteren Einrichtungen zur Höhen­ steuerung des Luftschiffs einsetzen lassen, so ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr sind auch Anwendungsfälle denkbar, in denen jene Auftriebskörper ggf. in Kombination mit weiteren Einrichtungen allein der Trimmung des Luftschiffes dienen. In diesem Zusammenhang wird auf Anspruch 18 verwiesen.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Luftschiff gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 das Luftschiff gemäß Fig. 1 von vorn,

Fig. 3 einen beim Luftschiff gemäß den Fig. 1 und 2 eingesetzten Tragflügel in perspektivischer Ansicht,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Tragflügel gemäß Fig. 3 in der Konfiguration Auftrieb,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Tragflügel gemäß Fig. 3 in der Konfiguration Abtrieb,

Fig. 6 ein Flußdiagramm der zur Flugbahnsteuerung des Luftschiffes gemäß den Fig. 1 bis 5 eingesetz­ ten Steuereinheit und

Fig. 7 ein Flußdiagramm einer zum Trimmen eines Luftschiffes bezüglich der Querachse einsetz­ baren Steuereinheit

Das in der Zeichnung dargestellte Luftschiff umfaßt einen Rumpf 1 mit heckseitig angeordneten Seitenleit­ werken 2 und Höhenleitwerken 3. Den Seitenleitwerken 2 sind dabei Seitenruder 4 und den Höhenleitwerken 3 sind Höhenruder 5 zugeordnet.

Der Rumpf 1 ist in als solches bekannter Bauweise hergestellt. An ihm ist ein Kiel 6 angeordnet, der sich nahezu über die gesamte Länge des Rumpfes 1 erstreckt und eine Lastaufnahmegondel 7 trägt. In dem vorstehend beschriebenen Umfang entspricht das in der Zeichnung veranschaulichte Luftschiff dem hinlänglich bekannten Stand der Technik, so daß es weiterer Erläuterungen nicht bedarf.

Von der Lastaufnahmegondel 7 stehen zu beiden Seiten jeweils zwei Tragflügel 8, 9, 10 und 11 ab, die starr mit der Lastaufnahmegondel 7 verbunden sind. Dabei sind die beiden vorderen Tragflügel 8 und 9 vor dem Auftriebsschwerpunkt und die beiden hinteren Tragflügel 10 und 11 hinter diesem angeordnet. An den Tragflügeln 8 bis 11 sind endseitig Vortriebselemente 12 in Form von ummantelten Propellern 13 angeordnet. Der von diesen bereitgestellte, der Vorwärtsbewegung des Luftschiffes dienende Horizontalschub wird über die Tragflügel 8 bis 11 in die Lastaufnahmegondel 7 einge­ leitet.

Fig. 3, die den vorderen linken Tragflügel 9 in perspektivischer Ansicht schräg von hinten oben zeigt, sind weitere Details der Gestaltung der Tragflügel entnehmbar. So sind in jeden der vier Tragflügel zwei vertikalen Schub erzeugende Einrichtungen 14 in Form von ummantelten Propellern 15 integriert. Die auf der Oberseite 16 und der Unterseite 17 der Tragflügel ange­ ordneten, den Propellern 15 zugeordneten Öffnungen 18 sind durch Falt- oder Schiebeabdeckungen verschließbar. Diese Abdeckungen sind während des Marschfluges des Luftschiffes verschlossen; sie werden lediglich geöffnet, wenn die Propeller 15 eingesetzt werden, um das Luftschiff zu manövrieren bzw. das Manövrieren und/oder Trimmen des Luftfahrzeugs zu unterstützen.

Benachbart ihrer jeweiligen Hinterkante 19 weisen die Tragflügel 8 bis 11 jeweils an ihrer Oberseite 16 obere Ausblasöffnungen 20 und auf der Unterseite 17 untere Ausblasöffnungen 21 für Druckluft auf. Die Ausblasöff­ nungen 20 bzw. 21 sind dabei als Ausblasschlitze 22 ausgeführt. Diese sind jeweils über Druckluftkanäle 23 an eine Druckluftleitung 24 angeschlossen. Im Inneren der Druckluftleitungen 24 ist jeweils ein Drehschieber 25 angeordnet, mit welchem sich wahlweise die den oberen Ausblasöffnungen 20 oder aber die den unteren Ausblasöffnungen 21 zugeordneten Druckluftkanäle 23 verschließen lassen.

Die zuletzt erläuterten Einrichtungen bilden dabei Komponenten einer Einrichtung, mit welcher ein aerody­ namischer Auftrieb erzeugt wird, der ab einem unteren Grenzwert der Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von dieser und vom Nickwinkel variiert werden kann. Wird Druckluft, so wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist, durch entsprechende Stellung des Drehschiebers 25 der oberen Ausblasöffnung 20 zugeführt, so wird der das Tragflügelprofil umströmende Fluidstrom 26 im Bereich der Hinterkante 19 des Tragflügels nach unten umge­ lenkt, wodurch der hintere Staupunkt (Kuttapunkt) 27 auf der Tragflügelunterseite 17 nach vorne wandert. Der den Tragflügel umströmende Luftstrom wird somit derart umgelenkt, daß eine nach unten gerichtete Impulskraft­ komponente entsteht. Zu dieser Impulskraftkomponente korrespondiert eine auf den betreffenden Tragflügel wirkende, nach oben gerichtete Auftriebskraft 28. Diese stellt sich ein, sobald die der Fluggeschwindigkeit entsprechende Strömungsgeschwindigkeit einen unteren Schwellenwert überschreitet. Sie ist vom Anstellwinkel des Tragflügels weitgehend unabhängig, jedoch von der Geschwindigkeit des durch den Ausblaseschlitz 22 strömenden Luftstroms bzw. der ausgeblasenen Luftmenge abhängig.

Fig. 5 veranschaulicht die entsprechenden Verhältnisse bei einer Stellung des Drehschiebers 25, bei der die untere Ausblasöffnung 21 mit Druckluft beaufschlagt wird. In entsprechender Anwendung des oben Gesagten ergibt sich hier eine nach unten gerichtete Abtriebs­ kraft 29.

Durch geeignete Ansteuerung der an den vorderen Trag­ flügeln 8 und 9 sowie den hinteren Tragflügeln 10 und 11 vorgesehenen Ausblaseöffnungen 20 bzw. 21 läßt sich sowohl - bei gleichgerichteter Ansteuerung - der aerostatische Auftrieb des Luftschiffs verstärken oder reduzieren wie auch - bei unterschiedlicher, insbeson­ dere entgegengesetzter Ansteuerung - das Luftschiff hinsichtlich seines Nickwinkels trimmen und/oder hinsichtlich seiner Flughöhe steuern. In diesem Zusammenhang ist die Tandemanordnung der Tragflügel 8 bis 11 dergestalt, daß vordere Tragflügel 8 und 9 vor dem Auftriebsschwerpunkt des Rumpfes 1 und hintere Tragflügel 10 und 11 hinter diesem angeordnet sind, von großem Vorteil.

Des Flußdiagramm gemäß Fig. 6 veranschaulicht die Funktion einer Steuerung zur Beeinflussung der Flughöhe des zuvor beschriebenen Luftschiffes bei Betätigung einer Lenkeinrichtung durch den Piloten in Abhängigkeit von der momentanen Fluggeschwindigkeit. Ein Geschwin­ digkeitsmesser 30 ermittelt die Geschwindigkeit des Luftschiffs relativ zu der umgebenden Luft, d. h. die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Fluggeschwindigkeit (gegenüber Luft). Das gemessene Geschwindigkeitssignal wird zwei Vergleichern 31 und 32 zugeführt, in denen die gemessene Geschwindigkeit mit einem unteren Schwellenwert bzw. einem oberen Schwellenwert verglichen wird. Im vorliegenden Falle, d. h. bei dem in den Fig. 1 bis 5 veranschaulichten Großluftschiff beträgt der untere Schwellenwert 40 km/h und der obere Schwellenwert 70 km/h.

In Abhängigkeit von der gemessenen Geschwindigkeit wird der Steuerausschlag der vom Piloten bedienten Steuer­ einrichtung 33 den vertikalen Schub erzeugenden Einrichtungen 34, den Einrichtungen zur Beeinflussung der Umströmung der Tragflügel 35 bzw. der Höhenruderan­ steuerung 36 zugeleitet. Beträgt die Strömungsgeschwin­ digkeit weniger als 40 km/h, so wird das Luftschiff über die Vertikalpropeller 15 gelenkt. In einem mittleren Geschwindigkeitsbereich zwischen 40 und 70 km/h erfolgt die Lenkung des Luftschiffes über entspre­ chende Beeinflussung der Umströmung der Tragflügel 8 bis 11. Liegt die Strömungsgeschwindigkeit hingegen oberhalb von 70 km/h, so wird das Luftschiff über einen entsprechenden Ausschlag der Höhenruder 5 gelenkt. Freilich, dies sei nur der Vollständigkeit halber erwähnt, ist bei Bedarf auch eine gemischte Lenkweise möglich.

Fig. 7 veranschaulicht in Form eines Flußdiagramms, wie sich das Luftschiff gemäß den Fig. 1 bis 5 bei unter­ schiedlichen Geschwindigkeiten hinsichtlich seines Nickwinkels trimmen läßt. Überschreitet der Nickwinkel einen vorgegebenen Schwellenwert von in diesem Falle ± 5% so wird selbsttätig die Trimmung aktiviert. Liegt die Strömungsgeschwindigkeit unterhalb von 40 km/h, so erfolgt die Trimmung durch Einsatz der Vertikalpro­ peller 15. Bei Geschwindigkeiten oberhalb von 40 km/h werden hingegen, wie weiter oben im Detail beschrieben, zur Trimmung des Luftschiffs die Umströmungsverhält­ nisse der Tragflügel 8 bis 11 beeinflußt. Auch hier gilt wiederum, daß die Trimmung auch durch Kombination der beiden genannten Verfahren erfolgen kann.

Claims (12)

1. Luftschiff mit einem Rumpf (1), mit Vortriebs­ mitteln, mit einem Höhenruder (5), vertikalen Schub erzeugenden Einrichtungen (14) sowie mit aerody­ namischen Auftriebskörpern zur Erzeugung eines oberhalb eines unteren Schwellenwerts der Strö­ mungsgeschwindigkeit unabhängig von dieser sowie vom Anstellwinkel variierbaren aerodynamischen Auftriebs, welche mittels einer Steuereinrichtung beeinflußbar sind, wobei eine Einrichtung (30) zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen ist, deren Signal einer Steuereinheit zugeführt wird, welche die Signale einer Steuereinrichtung (33) in Abhängigkeit von der ermittelten Strö­ mungsgeschwindigkeit an das Höhenruder (5), die unabhängig von Strömungsgeschwindigkeit und An­ stellwinkel variierbar Auftrieb erzeugenden aero­ dynamischen Auftriebskörper oder die vertikalen Schub erzeugenden Einrichtungen (14) weiterleitet.

2. Luftschiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamischen Auftriebskörper in der Form mindestens eines Tragflügels (8 bis 11) ausgebildet sind.

3. Luftschiff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere solcher Tragflügel (8 bis 11) in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet auf­ weist.

4. Luftschiff nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Tragflügel (8 bis 11) in seinem in Strömungsbezug hinteren Profilbereich oben und/oder unten Ausblasöffnungen (20, 21) auf­ weist, die an eine Druckluftversorgung angeschlos­ sen sind.

5. Luftschiff nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Tragflügel (8 bis 11) Ab­ saugöffnungen zur Absaugung der Grenzschicht auf­ weist.

6. Luftschiff nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl an der Unterseite (17) als auch an der Oberseite (16) der Tragflügel (8 bis 11) Ausblas­ öffnungen (20, 21) und/oder Absaugöffnungen ange­ ordnet sind.

7. Luftschiff nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem mindestens einen Tragflügel (8 bis 11) In­ stallationen zur Profilveränderung wie Vorflügel oder Klappen zugeordnet sind.

8. Luftschiff nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den vertikalen Schub erzeugenden Einrich­ tungen (14) als in den mindestens einen Tragflügel (8 bis 11) integrierte Propeller (15) ausgeführt sind.

9. Luftschiff nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem mindestens einen Tragflügel (8 bis 11) Vor­ triebselemente (12) wie in Längsrichtung wirkende Propeller (13) zugeordnet sind.

10. Luftschiff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Propeller (15) endseitig an den Tragflügeln (8 bis 11) angeordnet sind.

11. Luftschiff nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem mindestens einen Tragflügel (8 bis 11) zur Reduzierung des induzierten Widerstands an dessen Ende Endscheiben, Winglets oder vergleichbare Ein­ richtungen zugeordnet sind.

12. Verfahren zur Nickwinkeltrimmung von Luftschiffen mit den folgenden Merkmalen:

• a) Unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt die Nick­ winkeltrimmung durch vertikalen Schub erzeu­ gende Einrichtungen (14);
• b) oberhalb des Schwellenwerts der Strömungsge­ schwindigkeit erfolgt die Nickwinkeltrimmung durch an aerodynamischen Auftriebskörpern unab­ hängig von Strömungsgeschwindigkeit und An­ stellwinkel variierbaren aerodynamischen Auf­ trieb (28) bzw. Abtrieb (29).