DE10023016A1

DE10023016A1 - Luftfahrzeug sowie Antriebssystem und Steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE10023016A1
Application number: DE10023016A
Authority: DE
Inventors: Reiner Stemme; Konrad Kauffmann
Original assignee: UMS UMWELT MESFLUG SYSTEME GMB
Current assignee: UMS UMWELT MESFLUG SYSTEME GMB
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2020-05-06
Also published as: US20040031880A1; WO2001085541A1; AU2001267405A1; DE10023016B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Luftfahrzeuge, insbesondere für hoch- und weiterfliegende, unbemannte Luftfahrzeuge, das Luftfahrzeug selbst sowie ein Verfahren zum Steuern von Luftfahrzeugen. Das Antriebssystem weist ein erstes und ein zweites Triebwerk (22, 24) auf. Es ist weiterhin vorgesehen, daß das erste Triebwerk ein Strahltriebwerk (22) und das zweite Triebwerk ein Luftschraubentriebwerk (24) ist, wobei zumindest während des Startvorganges des Luftfahrzeuges (10) das Luftschraubentriebwerk (24) außer Funktion bleibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Luftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Luftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 16 sowie ein Verfahren zum Steuern von Luftfahrzeugen, insbesondere hinsichtlich der Antriebe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 40.

Die Beschaffung von Informationen mittels Luftfahrzeugen, sei es zu militärischen Zwecken (Aufklärung) oder zivilen Zwecken (Erstellung von Karten, Erforschung der Atmosphäre), erfolgt häufig in großen Höhen. Dabei soll das Luftfahrzeug möglichst schnell diese Höhe erreichen und sich möglichst lange in dem Beobach tungsgebiet aufhalten können. Die Bestandteile dieses Anforderungsprofils - große Höhe, schnelles Aufsteigen auf die gewünschte Flugebene, lange Aufenthaltsdauer in der Luft - stehen zueinander im Widerspruch. Durch Einsatz eines geeigneten Triebwerkes läßt sich relativ schnell eine große Höhe erreichen. Ein derartiges Triebwerk verbraucht aber große Mengen Treibstoff, die mit dem Luftfahrzeug mit geführt werden müssen. Da die Treibstoffmenge nicht beliebig erhöhbar ist, schränkt daher ein derartiges Triebwerk die Aufenthaltsdauer im Beobachtungs gebiet ein. Demgegenüber wirft ein Triebwerk, welches für große Höhen bei geringem Verbrauch geeignet ist, das Problem auf, daß es entweder für den Start- und/oder Landevorgang überhaupt nicht geeignet ist oder aber diesen so verzögert, daß der Aufstieg auf die gewünschte Flugebene unverhältnismäßig lang andauert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches den Betrieb eines Luftfahrzeugs in großer Höhe mit einem schnellen Erreichen dieser Höhe sowie mit langer Flugdauer erlaubt. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hierzu geeignetes Luftfahrzeug mit entsprechenden Steuer- und Regeleinrichtungen hierfür zu schaffen. Das Antriebssystem soll vorzugsweise auch in einem unbemannten Luftfahrzeug einsetzbar sein.

Hinsichtlich des Antriebssystems wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkma le des Anspruchs 1 gelöst. In den sich daran anschließenden Ansprüchen 2 bis 12 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu.

Durch das Vorsehen des Strahltriebwerkes, das insbesondere für den Startvorgang des Luftfahrzeuges eingesetzt wird, aber auch für den Landevorgang verwendet werden kann, sowie das Luft-Schraubentriebwerk besteht die Möglichkeit, sämtli che Elemente des vorstehend erwähnten Anforderungsprofils für ein Luftfahrzeug auf einfache Weise zu realisieren. So kann das Luftschraubentriebwerk als wirt schaftliches Triebwerk für den Marschflug in großer Höhe und/oder mit großer Reichweite eingesetzt werden, wogegen das Strahltriebwerk als leistungsstarkes Triebwerk, das schnelle Durchfliegen des kontrollierten Luftraums ermöglicht.

Es ist bevorzugt, daß das Strahltriebwerk ein Turbinentriebwerk ist, da dies eine wirtschaftlichere Nutzung des eingesetzten Kraftstoffs bietet. Für das Turbinen triebwerk kann Kraftstoff als Jet A1 oder als Dieselkraftstoff bekanntes Leichtöl verwendet werden, was den Vorteil hat, daß bei einer entsprechenden Auswahl des Triebwerks bzw. Motors für das Luftschraubentriebwerk ein und derselbe Kraftstoff benutzt werden kann, wodurch die Logistik für den Einsatz des Luftfahr zeuges und die konstruktive Berücksichtigung für Tankbehälter in dem Luftfahrzeug erleichtert wird.

Für das Luftschraubentriebwerk kann grundsätzlich auch ein Turbinentriebwerk, zum Beispiel ein Turboprop-Triebwerk, vorgesehen sein. Für die angestrebte lange Aufenthaltsdauer ist es insbesondere aus Gründen des Kraftstoffverbrauchs bevor zugt, daß das Luftschraubentriebwerk ein Kolbentriebwerk ist.

Ist dieses Kolbentriebwerk ein Diesel-Kolbentriebwerk, so kann, wie dies bereits vorstehend angedeutet worden ist, der gleiche Kraftstoff wie für das Turbinen triebwerk Verwendung finden.

Wird das mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ausgerüstete Luftfahrzeug in großer Höhe eingesetzt, so hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Kolbentriebwerk mit einem vorzugsweise zweistufigen Höhenlader versehen ist. Ebenso ist es bevorzugt, in diesem Fall das Kolbentriebwerk mit einem Höhen luftkühler zu versehen.

Für den Einsatz in großer Höhe hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der Propeller des Luftschraubentriebwerks ein Höhenpropeller, vorzugsweise ein zweiblättriger Höhenpropeller, ist, d. h. ein Propeller mit einem größeren Durch messer, als er aufgrund der unterschiedlichen Luftdichte für niedrige Flughöhen benötigt würde. In Verbindung mit der bevorzugten Antriebssteuerung ergibt sich der Vorteil, daß als Propeller eine Luftschraube mit einem derart großen Durch messer eingesetzt werden kann, daß er in Bodennähe den Boden berühren würde.

Der Höhenpropeller ist vorzugsweise über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Kolbentriebwerk verbunden. Dies erlaubt es in Verbindung mit dem großen Propel lerdurchmesser einerseits, eine große Luftmasse für den Vortrieb nur gering und damit effizient zu beschleunigen und verhindert andererseits, daß die Propellerblatt spitzen in nachteiliger Weise die Schallgeschwindigkeit erreichen.

Um insbesondere bei dem Vorhandensein eines Höhenpropellers eine Beschädigung des Propellers während des Start- und/oder Landevorganges zu vermeiden, ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Propeller bei abgeschaltetem Luftschraubentrieb werk in eine horizontale Ruhestellung bringbar ist und gegebenenfalls in dieser Stellung verriegelbar ist.

Damit der Motor bzw. das Triebwerk des Luftschraubentriebwerks in Betrieb genommen werden kann, ohne daß sich hierbei gleich der Propeller mitdreht und den Boden berührt, ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Propeller des Luftschrau bentriebwerks über eine schaltbare Kupplung, insbesondere über eine elektrohy draulische Kupplung mit dem Triebwerk verbunden ist. Darüber hinaus kann die schaltbare Kupplung als Verriegelungseinrichtung für die Verriegelung des Propel lers in seiner Ruhestellung dienen.

Um den Luftwiderstand im Falle eines sich in der horizontalen Ruhestellung befind lichen Propellers zu minimieren, ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Propeller des Luftschraubentriebwerks eine Blattverstelleinrichtung aufweist. Diese ermöglicht, die Propellerblätter in der Ruhestellung des Propeller in eine Segelstellung zu bringen. Außerdem erlaubt die Blattverstellung die Einstellung des besten Vortriebs wirkungsgrades, in Abhängigkeit von Flughöhe und Geschwindigkeit.

Vorzugsweise umfaßt das Antriebssystem eine Antriebssteuerung, die mit dem ersten und dem zweiten Triebwerk verbunden und so ausgebildet ist, daß sie in einer Startphase nur das erste Triebwerk einschaltet und in einer Übergangsphase zunächst das zweite Triebwerk ein- und dann das erste Triebwerk ausschaltet. Eine derartige automatische Antriebssteuerung stellt sicher, daß in Bodennähe nur das erste Triebwerk benutzt wird, während das zweite Triebwerk, beispielsweise mit einer Höhenluftschraube, erst ab einer gewissen Höhe eingesetzt wird, so daß eine Zerstörung der Höhenluftschraube vermieden und ein effizienter Betrieb der beiden Triebwerke gewährleistet ist. Um eine Failsafefunktion automatisch zu verwirkli chen, ist die Antriebssteuerung vorzugsweise so ausgebildet, daß sie das erste Triebwerk bei Ausfall des zweiten Triebwerks einschaltet und das erste Triebwerk wieder ausschaltet, falls das zweite Triebwerk wieder in Betrieb gegangen sein sollte.

Hinsichtlich des Luftfahrzeuges wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. In den sich daran anschließenden Ansprüchen 17 bis 39 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu. Durch den Einsatz dieses erfin dungsgemäßen Antriebssystems lassen sich die gleichen Vorteile erzielen, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit dem System erläutert worden sind.

Um einen geringen Aufwand für die Fluglagesteuerung und um damit einen mini malen Leistungsbedarf für die Stell- bzw. Steuerorgane in dem Luftfahrzeug zu erreichen, ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Luftfahrzeug eine flugstabile Auslegung aufweist. Hierdurch verringert sich die Zahl der Steuer- bzw. Regelein griffe deutlich, so daß das vorstehend genannte Ziel einfach zu realisieren ist. Auch die Betriebssicherheit des Luftfahrzeugs wird hierdurch gesteigert. Dies ist ins besondere im Falle eines unbemannten Luftfahrzeugs von großem Vorteil.

Grundsätzlich kann das Strahltriebwerk an jedem beliebigen Ort am Rumpf des Luftfahrzeuges angebracht werden. Um aber die flugstabile Auslegung zu unter stützen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Strahltriebwerk am Rumpf rücken, vorzugsweise an einem hinteren Rumpfabschnitt angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn im Bereich des Rumpfbuges weitere Einrichtungen des Luftfahrzeuges untergebracht sind.

Um während des Marschfluges den Luftwiderstand durch das Strahltriebwerk zu verringern, ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Strahltriebwerk in einem Trieb werks-Aufnahmeraum im Rumpf des Luftfahrzeuges versenkbar ist. Das Aus- und Einfahren des Triebwerkes in den Aufnahmeraum kann durch unterschiedliche Mittel ausgeführt werden, beispielsweise durch eine Teleskopeinrichtung, d. h. durch eine Einrichtung, welche das Turbinentriebwerk senkrecht zu der Lufein ström- bzw. Luftdurchströmungsrichtung der Turbine ein- und ausfährt. Ebenfalls kann eine Parallelogrammeinrichtung vorgesehen sein. Weiterhin kann das Strahl triebwerk mittels einer Schwenkeinrichtung ein- und ausgefahren werden, wobei die Schwenkeinrichtung das Triebwerk um eine parallel zur Längsachse des Luft fahrzeuges verlaufende Achse ein- und ausschwenkt.

Um den Luftwiderstand bei in dem Triebwerks-Aufnahmeraum versenkten Strahl triebwerk weiter zu verringern, kann außerdem vorgesehen sein, daß der Trieb werks-Aufnahmeraum mittels eines Deckels verschließbar ist, wobei dieser Deckel an dem Strahltriebwerk angebracht ist.

Zur Unterstützung der flugstabilen Auslegung, ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Triebwerk bzw. der Motor des Luftschraubentriebwerks vorzugsweise ein schließlich Höhenlader und Kühlung zumindest annähernd in Schwerpunktnähe bzw. in der Nähe des Auftriebsmittelpunktes im Rumpf angeordnet ist. Die Ver bindung zwischen dem Triebwerk und dem Propeller kann dann über eine Fernwelle erfolgen, in die gegebenenfalls die schaltbare Kupplung in Form der elektromagneti schen Kupplung eingeschaltet ist.

Wie bereits weiter oben dargelegt worden ist, ist für eine möglichst lange Auf enthaltsdauer des Luftfahrzeuges in dem Beobachtungsgebiet von Vorteil, wenn der Luftwiderstand insgesamt klein ist. Damit der Lufteinlaß für das Luftschrau bentriebwerk diese Vorgabe unterstützt, ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Lufteinlaß als NACA-Hutze ausgebildet ist.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, daß der Propeller des Luftschraubentrieb werks am Heck angeordnet ist. Die Anordnung des Propellers des Luftschrauben triebwerks am Rumpfbug bietet jedoch den besten Vortriebswirkungsgrad.

Für die Tragflügelanordnung des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs kann grund sätzlich jede bekannte Anordnung eingesetzt werden. Bevorzugt ist, daß die Tragflügel in Form einer Schulterdeckeranordnung am Rumpf des Luftfahrzeuges angebracht sind.

Ebenso wie für die Tragflügelanordnung kann für die Tragflügel selbst jede bekann te Form eingesetzt werden. Hierbei ist bevorzugt, daß die Tragflügel trapezförmig ausgebildet sind. Diese Tragflügelgeometrie ist vorzugsweise so zu wählen, daß sie eine widerstandsarme elliptische Auftriebsverteilung über die Flügelspannweite unterstützt. Im Hinblick auf die angestrebte Eignung des Luftfahrzeugs für weitrei chende Höhenflüge wird ein Tragflügel mit großer Streckung und einem entspre chend für den Einsatzzweck optimierten Laminarprofil bevorzugt.

Ist das Strahltriebwerk am Rumpfrücken im Bereich des hinteren Rumpfabschnittes vorgesehen, so ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Leitwerk als V-Leitwerk ausgebildet ist.

Um ein minimales Konstruktionsgewicht bei maximaler Festigkeit sowie guter Oberflächengüte zu erzielen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Rumpf und die Tragflächen in Kohlefaserverbundtechnik hergestellt sind.

Damit das erfindungsgemäße Luftfahrzeug einen möglichst langen Zeitraum in der Luft innerhalb des zugewiesenen Beobachtungsgebietes bleiben kann, ist es von Vorteil, wenn der Treibstoffverbrauch des Luftschraubentriebwerks möglichst gering ist. Dies kann dadurch unterstützt werden, daß das Luftfahrzeug eine aerodynamische Auslegung mit einer Gleitzahl größer 20 besitzt, also das Verhält nis von Auftrieb zu Widerstand oder von Vorwärtsgeschwindigkeit zu Sinkge schwindigkeit besser als 20 ist. Mit anderen Worten hat das erfindungsgemäße Luftfahrzeug auch Segelflugeigenschaften. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn beide Triebwerke, insbesondere aber das Strahltriebwerk ausfallen.

Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Luftfahrzeug mit einem Dreibein- oder Spornradfahrwerk ausgerüstet sein. Im Hinblick auf Erfordernisse der Sensoranord nung wird hier eine Spornradkonfiguration bevorzugt, bei der Hauptfahrwerk und Spornrad vorzugsweise einziehbar und das Spornrad lenkbar ist.

Um im Rumpf ausreichend Raum für die Aufnahme von Nutzelektronik und/oder Elektronik für den Betrieb des Luftfahrzeuges zur Verfügung zu haben und um die Aerodynamik der Tragflächen nicht zu stören, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die vorderen Fahrwerksbeine in Gondeln aufgenommen sind, die mit Abstand unter den Tragflügeln angebracht sind und in die gegebenenfalls das Fahrwerk einziehbar ist. Derartige Unterflächengondeln erlauben außerdem die Einbringung von Sensorelementen oder sonstigen Nutzlastgruppen.

Wie bereits eingangs dargelegt worden ist, werden die erfindungsgemäßen Luft fahrzeuge vorzugsweise zur Erkundung eingesetzt. Hierzu bedarf es einer Reihe von elektronischen Einrichtungen, die an verschiedenen Stellen des Luftfahrzeuges anzubringen sind. Häufig werden für verschiedene Einsatzaufgaben unterschied liche Sensoren und Elektronikmodule verwendet. Damit diese zum einen so unter gebracht werden können, daß die flugstabile Auslegung des Luftfahrzeuges auf recht erhalten bleibt, zum anderen aber auf einfache Weise ausgetauscht werden können, hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn sowohl die für den unbemannten Flug erforderliche Betriebselektronik als auch die Nutzlastelektronik in einem Elektronik-Aufnahmeraum unterbringbar ist, der vorzugsweise zwischen dem Rumpfbug und den Triebwerk des Luftschraubentriebwerks vorgesehen ist.

Die Nutzlastelektronik kann beispielsweise eine LOROP-Einrichtung (Long Range oblique photographie) umfassen. Die LOROP-Einrichtung kann hierbei mit dem Sensorteil in die unterhalb des Rumpfes befindliche Außenlastmulde eingeklinkt werden, wogegen die zugehörige Elektronik in der backbordseitigen Nutzelektronik abteilung plaziert ist. Anstelle der LOROP-Einrichtung, ggf. auch ergänzend hierzu, kann eine SAR-Einrichtung (Synthetic Aperture Radar-Einrichtung) vorgesehen sein, die dann sinngemäß mit dem Antennenteil in der Außenlastmulde und mit der Elektronik im backbordseitigen Nutzlastabteil angeordnet ist.

Für die Kommunikation und den Datentransfer des Luftfahrzeuges mit stationären Einrichtungen oder mobilen Einheiten insbesondere bei großen Distanzen, kann weiterhin eine stabilisierte SAT-COM-Antenne für die Satellitenkommunikation vorgesehen sein, die im Rumpfrücken unter einem aerodynamisch gestalteten Radom vorzugsweise zwischen dem Triebwerk des Luftschraubentriebwerks und dem Rumpfbug mit Rundumabstrahlmöglichkeit angeordnet ist. Das Satellitenkom munikationssystem dient der ferngesteuerten Flugführung über große Entfernung und/oder der Übertragung der gewonnenen Daten. Alternativ oder ergänzend kann weiterhin eine einziehbare Drehantenne für das ESM/ELINT-System vorgesehen sein, die im Rumpfbereich vorzugsweise hinter dem Marschtriebwerk nach unten wirkend angeordnet ist.

Antennen für einen Kurzstreckendatentransfer - beispielsweise zur Durchführung von insbesondere ferngesteuerten Start- und Landemanövern - können in den Außenlast- und Fahrwerksgondeln untergebracht werden.

Die feststehende Propellernase gestattet die Aufnahme eines EO/IR-Sensorsystems zur Übertragung von Bodenaufnahmen insbesondere während des Landeanflugs.

Es ist evident, daß bei dem vorgegebenen Missionsprofil des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs - nämlich Einsatz in großer Höhe mit langer Dauer - einer unbemann ten Lösung der Vorzug zu geben ist.

Dies bedingt, daß das erfindungsgemäße Luftfahrzeug durch eine Fernsteuereinrich tung fernsteuerbar ist. Hierbei kann die Fernsteuer- und Flugbetriebselektronik in einem Elektronik-Aufnahmeraum untergebracht sein, der vorzugsweise zwischen dem Rumpfbug und dem Triebwerk des Luftschraubentriebwerks auf der Steuer bordseite vorgesehen ist.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 40 gelöst. In den sich daran anschließenden Ansprüchen 41 bis 45 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen.

Wie bereits an anderer Stelle kurz behandelt worden ist, kann erfindungsgemäß ein Luftfahrzeug so gestartet werden, daß zumindest der Startvorgang mit abgeschal tetem Luftschraubentriebwerk durchgeführt wird. Hierdurch besteht die Möglich keit, daß trotz kleinem Querschnittsprofil des Rumpfes und/oder einem geringen Abstand zur Aufstandsfläche infolge eines kurzen Fahrwerks eine Höhenluftschrau be Verwendung finden kann, deren Durchmesser das Querschnittsprofil des Rump fes bzw. den durch das Fahrwerk definierten Abstand zwischen Boden und Rumpf längsmitte deutlich überschreitet. Für den Start wird der Höhenpropeller des Luftschraubentriebwerks in eine horizontale Ruhestellung gebracht und das Strahl triebwerk für den eigentlichen Startvorgang benutzt. Darüber hinaus wird das Strahltriebwerk auch dazu verwendet, schnell den kontrollierten Luftraum zu überwinden.

Nach Erreichen einer ersten vorbestimmten Höhe kann gegebenenfalls noch im Steigvorgang das Luftschraubentriebwerk in Betrieb genommen werden, wobei sich das Strahltriebwerk noch in Betrieb befindet.

Bei Erreichen einer zweiten vorbestimmten Höhe kann das Strahltriebwerk abge schaltet und das Luftschraubentriebwerk in Betrieb genommen werden oder gegebenenfalls weiter betrieben werden, wenn es bereits in Betrieb genommen worden ist.

Wie bei dem sich an den Startvorgang anschließenden Steigflug kann während des Sinkfluges vor dem Landevorgang bei Erreichen einer dritten vorbestimmten Höhe das Strahltriebwerk in Betrieb genommen werden, während sich das Luftschrau bentriebwerk noch in Betrieb befindet. Hat das Luftfahrzeug eine vierte vorbe stimmte Höhe erreicht, kann das Luftschraubentriebwerk abgeschaltet und der Propeller in eine horizontale Ruhestellung gebracht werden.

In diesem Zusammenhang ist grundsätzlich zu bemerken, daß die erste, zweite, dritte und vierte vorbestimmte Höhe jeweils die gleiche Höhe sein können, oder aber beispielsweise paarweise die zweite und dritte bzw. erste und vierte Höhe die gleiche Höhe sein können.

Fällt während des Marschfluges das Luftschraubentriebwerk aus, so kann das ausgeschaltete Strahltriebwerk in Betrieb genommen werden und das Luftfahrzeug zu einer Auffangbasis bringen. Um hierbei einen sparsamen Kraftstoffverbrauch zu erzielen, kann weiterhin vorgesehen sein, daß das Strahltriebwerk intermittierend betrieben wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie zwei Ausführungsbeispiele der Erfin dung werden nachstehend im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungs figuren erläutert. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die verwendeten Begriffe "rechts", "links", "oben", "unten" sich auf die Zeichnungsfiguren mit normal lesbarer Figurenbezeichnung und Bezugszeichen beziehen. Hierbei ist:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug;

Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Luftfahrzeuges von vorn;

Fig. 3 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Luftfahrzeuges mit eingefah rener Strahlturbine;

Fig. 4 eine zu Fig. 3 ähnliche Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Luftfahr zeuges mit ausgefahrener Strahlturbine;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 3;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungs gemäßen Luftfahrzeuges; und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der verschiedenen Elektronikkomponenten in dem erfindungsgemäßen Luftfahrzeug.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug 10 als ein Schulterdecker mit trapezförmigen Tragflügeln 12 und symmetrisch zu den Tragflächen 12 angeordnetem Rumpf 14 ausgebildet. Die Spannweite der Trag flügel 12 ist deutlich größer als die Länge des Rumpfes 14. Der Rumpf 14 besitzt einen rotationssymmetrischen Querschnitt und hat die Form einer Zigarre mit spitz zulaufenden Enden. Am Heck des Rumpfes 14 ist ein V-förmiges Leitwerk 16 vorgesehen.

An der Unterseite der Tragflächen 12 sind jeweils beabstandet, aber symmetrisch zu dem Rumpf 14, zwei ebenfalls zigarrenförmige Gondeln 18 angeordnet, die sowohl zur Aufnahme eines Fahrwerkes 20 (vgl. Fig. 2 und 4) als auch weiterer Elektronikbauteile geeignet sind, die nachstehend noch näher erläutert werden.

Weiterhin besitzt das erfindungsgemäße Luftfahrzeug 10 zwei unabhängige und in ihrer Vortriebserzeugung unterschiedliche Triebwerke 22, 24. Ein Triebwerk ist das Strahltriebwerk 22, das, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, am Rücken des Rumpfes 14 in einem hinteren Abschnitt angeordnet ist. Das Strahltriebwerk 22 kann zwei unterschiedliche Positionen, bezogen auf den Rumpf 14, einnehmen. Zum einen kann das Strahltriebwerk 22, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, im Inneren des Rumpfes 14 in einem nicht weiter dargestellten Triebwerks-Aufnahmeraum aufgenommen sein. In diesem Zustand ist das Strahltriebwerk 22 ausgeschaltet. Darüber hinaus kann das Strahltriebwerk 22 aus dem Triebwerks-Aufnahmeraum senkrecht nach oben ausgefahren werden, wie es in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist. In diesem Zustand ist das Strahltriebwerk 22 eingeschaltet und dient insbesondere für den Start- und Landevorgang. Das Ein- und Ausfahren des Strahltriebwerkes 22 erfolgt mittels einer geeigneten Teleskopeinrichtung, wodurch der Ein- und Ausfahrvor gang raumsparend ausgeführt werden kann.

Als zweites Triebwerk weist das erfindungsgemäße Luftfahrzeug 10 ein Luftschraubentriebwerk 24 auf, das aus einem zweiblättrigen Propeller 26 und einem Diesel-Kolbenmotor 28 mit Höhenlader und Höhenluftkühler besteht. Der Propeller 26 ist mit dem Diesel-Kolbenmotor 28 des Luftschraubentriebwerkes 24 über ein Untersetzungsgetriebe und eine Fernwelle 30 verbunden, in die gegebe nenfalls eine nicht weiter bezeichnete, schaltbare Kupplung eingesetzt sein kann.

Ist das Luftschraubentriebwerk 24 ausgeschaltet, so wird der Propeller 26, wie dies in den Fig. 1 und 4 wiedergegeben ist, in einer horizontalen Ruhestellung angeordnet. In dieser Stellung kann der Propeller 26 ebenfalls durch eine geeignete Verriegelungseinrichtung verriegelt werden, welche beispielsweise in die ggf. vorhandene Kupplung integriert ist. Diese horizontale Ruhestellung dient dazu, daß der Propeller 26 beim Start- und Landevorgang nicht beschädigt wird.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt der Propeller 26 einen Durchmesser, der den Abstand der Motorachse zu dem Aufstandsboden B deutlich überschreitet. Würde der Propeller 26 während des Start- und Landevorganges in Betrieb gesetzt wer den, so würde er demzufolge zerstört werden. Es ist noch zu bemerken, daß der Durchmesser des Propellers 26 zwar größer als der Abstand zwischen Rumpflängs achse und Boden B, aber kleiner als der Abstand der beiden Fahrwerksgondeln 18 zueinander ist.

Wie bereits vorstehend dargelegt worden ist, weist das erfindungsgemäße Luftfahr zeug ein Fahrwerk 20 auf, das in dem in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungs beispiel als Heckfahrwerk ausgebildet ist. Das Fahrwerk 20 besitzt zwei vordere Fahrwerksbeine 20a sowie ein am Heck angeordnetes lenkbares Spornrad 20b, das in den Rumpf 14 eingezogen werden kann.

Das erfindungsgemäße Luftfahrzeug 10 kann zu unterschiedlichen Einsatzzwecken herangezogen werden. Besonders bevorzugt ist es, mit dem erfindungsgemäßen Luftfahrzeug 10 Erkundungsflüge durchzuführen. Hierzu kann das erfindungs gemäße Luftfahrzeug eine Reihe von elektronischen Baugruppen 32 enthalten, die in einem nicht näher bezeichneten Elektronikaufnahmeraum aufgenommen werden können, welcher sich zwischen dem Propeller 26 und dem Dieselkolbenmotor des Luftschraubentriebwerks 24 befindet. In Fig. 1 ist diese zugehörige Elektronik 32 wiedergegeben.

Für Zwecke der Kommunikation und des Datentransfers über weite Distanzen ist eine SAT-COM-Antenne 34 vorgesehen, die im Rumpfrücken zwischen dem Kolbenmotor 28 und dem Propeller 26 angeordnet ist.

Zur Nutzlastelektronik zählt eine Drehantenne 36 im Rumpfbauch hinter dem Kolbenmotor 28, d. h. zwischen dem Kolbenmotor 28 und dem Leitwerk 16.

Desweiteren dient eine Tragmulde mit Einklinkvorrichtung im unteren Rumpfbereich zur wahlweisen Anbringung eines LOROP-Sensors oder einer SAR-Antenne. Die zugehörige Elektronik befindet sich in einer Sensorelektronikabteilung im vorderen Backbord-Rumpfbereich.

Bestimmungsgemäß soll das erfindungsgemäße Luftfahrzeug mittels einer Fern steuerung geflogen werden. In den Fig. 3 und 6 ist die Ausführungsform wie dergegeben, bei der für Erprobungszwecke ein Pilot das Luftfahrzeug 10 fliegt. Der Sitz des Piloten ist backbordseitig angeordnet, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. Weiterhin ist hierzu eine Kabinenhaube 44 vorgesehen und die Sensor-Nutzlastelek tronik 48 entfernt. In den Fig. 4 und 5 ist demgegenüber diejenige Ausführungs form gezeigt, bei der das Luftfahrzeug 10 mittels der bereits erwähnten Fern steuerungseinrichtung 48 gesteuert wird, wo dann anstelle des Platzes des Piloten die Nutzlastelektronik installiert ist.

In Fig. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Luftfahr zeuges gezeigt, das sich von dem in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Luftfahrzeug 10 dahingehend unterscheidet, daß es anstelle eines Heckfahrwerkes 20 ein Bugfahr werk 20' aufweist. Darüber hinaus ist in Fig. 7 deutlich die Ein- und Ausfahrbewe gung des Strahltriebwerkes 22 und der Luftein- bzw. Luftaustritt für den Kolbenmo tor 28 des Luft-Schraubentriebwerks 24 wiedergegeben. Bevorzugt ist jedoch das Spornfahrwerk.

Fig. 8 gibt die elektronischen Baugruppen des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges wieder.

Das vorstehend erläuterte, erfindungsgemäße Luftfahrzeug mit dem Antriebs system gemäß der Erfindung kann wie folgt betrieben werden:
Nach den üblichen Startvorbereitungen kann für den Start des Luftfahrzeuges die Turbine 22 aus dem Turbinen-Aufnahmeraum ausgefahren und startklar geschaltet werden. Anschließend wird das Luftfahrzeug 10 zur Startbahn gerollt, wobei dies entweder in der Erprobungsversion durch einen Piloten oder durch die Fernsteuer einrichtung 48 erfolgen kann. Nach Erreichen der Abhebegeschwindigkeit beginnt das Luftfahrzeug 10 den Steigflug mittels der Turbine 22. Nach Erreichen einer vorgegebenen Höhe wird bei noch laufender Turbine 22 das Luftschraubentrieb werk 24 in Betrieb genommen. Der weitere Steigflug und insbesondere das Durch queren des kontrollierten Luftraumes wird zweckmäßigerweise mit breiten Trieb werken ausgeführt, um eine möglichst hohe Steiggeschwindigkeit und einen möglichst kurzen Aufenthalt im kontrollierten Luftraum zu bewirken und die deut lich darüberliegende Missionsflughöhe in ca. 18 bis 20 Kilometer Höhe zügig zu erreichen. Ist eine Kupplung zwischen dem Motor 28 und dem Propeller 26 des Luftschraubentriebwerks 24 vorgesehen, so kann der Motor 28 zunächst ohne Dre hung des Propellers 26 in Gang gesetzt werden und erst bei Erreichen einer be stimmten Drehzahl der Propeller 26 durch die Kupplung mit dem Motor 28 ver bunden werden. Abweichend vom bevorzugten Parallelbetrieb von Turbine 22 und Luftschraubentriebwerk 24 ist es möglich, daß zum Zeitpunkt des Inbetriebsetzens des Luftschraubentriebwerks 24 die Turbine 22 abgeschaltet und in den Trieb werks-Aufnahmeraum zurückgefahren wird.

Mittels des Luftschraubentriebwerks 24 und der Turbine 22 wird das Luftfahrzeug 10 auf die gewünschte Flughöhe gebracht und geht dort in den Marschflug über. Die Abschaltung der Turbine 22 und der Übergang in den Marschlug, wozu auch noch ein restlicher Steigflug zählen kann, ist bestimmt vom jeweiligen Missionsauf trag sowie vom höhenabhängigen Leistungs- und Verbrauchscharakter der Turbine. Fällt während des Marschfluges das Luftschraubentriebwerk 24 aus, so kann die Turbine 22 wieder aus dem Triebwerks-Aufnahmeraum ausgefahren und in Gang gesetzt werden. Um hierbei Treibstoff einzusparen, kann der Betrieb der Turbine 22 intermittierend erfolgen. Der Einsatz der Turbine erfolgt dann nach Maßgabe der sparsamsten Betriebsmöglichkeit zur Erlangung einer maximalen Rückflugsstecke.

Wie bereits vorstehend darauf hingewiesen worden ist, ist das erfindungsgemäße Luftfahrzeug 10 so ausgelegt, daß selbst bei einem Ausfall der Turbine 22 und des Luftschraubentriebwerks 24 das Luftfahrzeug 10 in einen steuerbaren Gleitflug übergeht und damit eine Auffangsbasis erreichen kann.

Im Normalbetrieb verläßt das erfindungsgemäße Luftfahrzeug 10 zum Landen zunächst die Marschflughöhe und sinkt auf eine Höhe, bei der die Turbine 22 aus dem Triebwerks-Aufnahmeraum ausgefahren und in Gang gesetzt wird. Entweder unmittelbar mit Inbetriebnahme der Turbine 22 oder einem gewissen Zeitraum danach wird das Luftschraubentriebwerk 24 abgeschaltet, der Propeller 26 in die horizontale Ruhestellung gebracht und gegebenenfalls dort verriegelt sowie die Propellerblätter in eine Segelstellung gebracht. Mittels der Turbine 22 wird dann der Landevorgang sowie die eigentliche Landung ausgeführt und das Luftfahrzeug 10 gegebenenfalls in eine Standposition gerollt. Dieser Vorgang kann vollautomatisch oder durch Einsatz der Bodenkontrollstelle erfolgen, welche für die Fernsteuerung des Landemanövers das Anflugsszenario mittels der im Rumpfbug befindlichen EO/IR-Anlage optisch übermittelt bekommt.

Claims

1. Antriebssystem für Luftfahrzeuge, insbesondere für hoch- und weitfliegen de, unbemannte Luftfahrzeuge, mit wenigstens einem ersten und minde stens einem zweiten Triebwerk (22, 24), dadurch gekennzeichnet, daß das erste Triebwerk ein Strahltriebwerk (22) und das zweite Triebwerk ein Luftschraubentriebwerk (24) ist, wobei zu mindest während des Startvorganges des Luftfahrzeuges (10) das Luft schraubentriebwerk (24) außer Funktion ist.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahltriebwerk ein Turbinentriebwerk (22) ist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinentriebwerk (22) als Kraftstoff Leichtöl verwendet.

4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftschraubentriebwerk ein Kolbentrieb werk (24) ist.

5. Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbentriebwerk ein Diesel-Kolbentrieb werk (24) ist.

6. Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbentriebwerk (24) mit einem vorzugs weise zweistufigen Höhenlader versehen ist.

7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbentriebwerk (24) mit einem Höhen kühlsystem versehen ist.

8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller des Luftschraubentriebwerks (24) ein vorzugsweise zweiblättriger Höhenpropeller (26) ist.

9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (26) bei abgeschaltetem Luft schraubentriebwerk (24) in eine horizontale Ruhestellung bringbar ist und ggf. in dieser Stellung verriegelbar ist.

10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (26) des Luftschraubentrieb werks (24) über eine schaltbare Kupplung, insbesondere über eine elek tromagnetische Kupplung mit dem Triebwerk (28) verbunden ist.

11. Antriebssystem nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung des Propellers (26) über die schaltbare Kupplung erfolgt.

12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (26) des Luftschraubentrieb werks (24) über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Triebwerk (28) ver bunden ist.

13. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (26) des Luftschraubentrieb werks (24) eine Blattverstelleinrichtung aufweist.

14. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Antriebssteuerung, die mit dem ersten und dem zweiten Triebwerk verbunden und so ausgebildet ist, daß sie zumindest für eine Startphase das erste Triebwerk ein und das zweite Triebwerk aus schaltet, daß sie für eine Übergangsphase, in der das Luftfahrzeug einen Abstand vom Boden hat, beide Triebwerke einschaltet und anschließend das erste Triebwerk ausschaltet.

15. Antriebssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuerung so ausgebildet ist, daß sie bei einem Ausfall des zweiten Triebwerks das erste Triebwerk einschal tet.

16. Antriebssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuerung derart ausgebildet ist, daß sie das zweite Triebwerk wieder ausschaltet, nachdem das erste Trieb werk wieder in Betrieb gegangen ist.

17. Luftfahrzeug, insbesondere hoch- und weitfliegendes, unbemanntes Luft fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgerüstet ist.

18. Luftfahrzeug nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine flugstabile Auslegung.

19. Luftfahrzeug nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahltriebwerk (22) am Rücken des Rumpfes (14), vorzugsweise in einem hinteren Rumpfabschnitt angeordnet ist.

20. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahltriebwerk (22) in einem Triebwerks- Aufnahmeraum im Rumpf (14) des Luftfahrzeugs (10) versenkbar ist.

21. Luftfahrzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Triebwerks-Aufnahmeraum mittels eines Deckels (23) verschließbar ist, der an dem Strahltriebwerk (22) angebracht ist.

22. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk (28) des Luftschraubentrieb werks (24) zumindest annähernd in der Längsmitte des Rumpfes (14) nahe dem Auftriebsmittelpunkt angeordnet ist.

23. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (26) des Luftschraubentrieb werks (24) am Rumpfbug angeordnet ist.

24. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 23, gekennzeichnet durch eine Tragflügelanordnung in Form eines Schulterdec kers.

25. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflügel (12) eine große Streckung und ein Laminarprofil aufweisen.

26. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitwerk als V-Leitwerk (16) ausgebildet ist.

27. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpf (14) und die Tragflächen (12) in Kohlestoffaser-Verbundbauweise hergestellt sind.

28. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 27, gekennzeichnet durch eine aerodynamische Auslegung mit einer Gleitzahl größer 20.

29. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk als vorzugsweise einziehbares und lenkbares Heckfahrwerk (20) ausgebildet ist.

30. Luftfahrzeug nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Fahrwerksbeine (20a, 20b) in Gondeln (18) aufgenommen sind, die unter den Tragflügeln (14) angebracht sind und in die ggf. die Fahrwerksbeine (20a, 20b) einziehbar sind.

31. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzelektronik (32) in einem Elektronik- Aufnahmeraum unterbringbar ist, der vorzugsweise zwischen dem Rumpf bug und dem Triebwerk (28) des Luft-Schraubentriebwerks (24) vorgesehen ist.

32. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine LOROP-Einrichtung (38) vorgesehen ist, die im Rumpfbauch vorzugsweise zwischen dem Triebwerk (28) des Luft schraubentriebwerks (24) und dem Rumpfbug angeordnet ist.

33. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine SAR-Einrichtung (40) vorgesehen ist, die im Rumpfbauch vorzugsweise zwischen dem Triebwerk (28) des Luft schraubentriebwerks (24) und dem Rumpfbug angeordnet ist.

34. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine SAT-COM-Antenne (34) vorgesehen ist, die im Rumpfrücken vorzugsweise zwischen dem Triebwerk (28) des Luft schraubentriebwerks (24) und dem Rumpfbug angeordnet ist.

35. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehantenne (36) für ESM/ELINT vor gesehen ist, die im Rumpfbauch vorzugsweise zwischen dem Triebwerk (28) des Luftschraubentriebwerks (24) und dem Rumpfheck angeordnet ist.

36. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß eine Datenübertragungsantenne vorgesehen ist, die in einer an einem Tragflügel (14) angebrachten Gondel (18) unterge bracht ist, welche vorzugsweise zur Aufnahme eines Fahrwerksbein (20a, 20b) vorgesehen ist.

37. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß im Rumpfbug ein EO/IR-System angeordnet ist.

38. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 37, gekennzeichnet durch eine Fernsteuereinrichtung (48), mittels der das Luftfahrzeug (10) fernsteuerbar ist.

39. Luftfahrzeug nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuerelektronik (48) in einem Elek tronik-Aufnahmeraum untergebracht ist, der vorzugsweise zwischen dem Rumpfbug und dem Triebwerk (28) des Luftschraubentriebwerks (24) vorgesehen ist.

40. Verfahren zum Steuern eines Luftfahrzeuges, insbesondere eines Luftfahr zeuges nach einem der Ansprüche 16 bis 39, welches ein Antriebssystem mit mindestens einem Strahltriebwerk und wenigstens einem Luftschrau bentriebwerk, insbesondere ein Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12 enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Startvorgang mit dem Strahl triebwerk bei abgeschaltetem Luftschraubentriebwerk durchgeführt wird.

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß während des sich an den Startvorgang an schließenden Steigvorgang bei Erreichen einer ersten vorbestimmten Höhe das Luftschraubentriebwerk in Betrieb genommen wird, während sich das Strahltriebwerk noch im Betrieb befindet.

42. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen einer zweiten vorbestimmten Höhe das Strahltriebwerk abgeschaltet und das Luftschraubentriebwerk in Betrieb genommen oder ggf. weiter betrieben wird.

43. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß während des Sinkfluges vor dem Landevor gang bei Erreichen einer dritten vorbestimmten Höhe das Strahltriebwerk in Betrieb genommen wird, während sich das Luftschraubentriebwerk noch im Betrieb befindet.

44. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer vierten vorbestimmten Höhe das Luftschraubentriebwerk abgeschaltet und der Propeller in eine horizontale Ruhestellung gebracht wird.

45. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall des Luftschraubentriebwerks während des Marschfluges das Strahltriebwerk ggf. intermittierend in Betrieb genommen wird.