DE10125077A1 - Der Hubschrauber - Google Patents

Abstract

Bei den bekannten Hubschraubern, die mehr als einen Propeller auf einer geometrischen Achse haben, sind der untere und obere Propeller gleich lang. Der untere Propeller, der im vom oberen Propeller hervorgerufenen Luftstrom arbeitet, kann aufgrund der Absolutwerte-Gleichheit der Rotationsgeschwindigkeit der beiden Propeller den Luftstrom nicht bedeutend beschleunigen und dadurch eine effektive Hubkraft schaffen. DOLLAR A Beim vorgeschlagenen Hubschrauber ist der obere Propeller (3) länger als der untere Propeller (4). Die Propeller (3) und (4), die sich auf einer geometrischen Achse befinden, werden unabhängig voneinander zum gegenseitigen Drehen von den Triebwerken (1) und (2) angetrieben, die mit den Achswellen (3') und (4') kinematisch verbunden sind. Die Hubschrauberkabine (7) in Form einer zylindrischen Kapsel hängt mittels eines Kugelgelenks (9) am Konstruktionsteil (8) der Triebwerksektion des Hubschraubers und verfügt über Stabilisatoren, die mit dem Chassis kombiniert sind. Die volle Manövrierfähigkeit des Hubschraubers wird durch das Ändern der Drehmomentverhältnisse an den Achsenwellen (3') und (4') der Propeller (3), (4) und durch das Schwenken der Kabine (7) am Kugelgelenk (9) in der Projektion auf die Grundrißebene in allen Richtungen (360 DEG ) erreicht. Bei gleichen Umdrehungen der Triebwerke (1) und (2) sind die Drehmomente an den Achswellen (3') und (4') der Propeller (3) und (4) gleich, die Rotationsgeschwindigkeiten sind aber in den Absolutwerten verschieden: ...

Description

Die Erfindung betrifft Flugtechnik, und zwar Hubschrauberkonstruktion.

Der Zeit sind der untere und obere Propeller eines Hubschraubers, der mit mehr als einem Propeller auf einer geometrischen Achse ausgestattet ist, gleich lang. Beim Betrieb solcher Propeller gelingt der vom oberen Propeller hervorgerufene Luftstrom in den Arbeitsbereich des unteren Propellers und wird zusätzlich in geringer Maße beschleunigt. Die Hubkraft des Hubschraubers wird gesenkt und die Nettoleistung des Triebwerks wird nicht effizient genutzt.

Es ist ein Hubschrauber (SU 1819809 A1 nach IPK B 64 C 27/04) bekannt. Er besitzt zwei Propeller, die hinter einander auf einer geometrischen Achse platziert sind, eine Einrichtung zur Sitz- bzw. Kabinenverstellung und eine Einrichtung zur Änderung des Winkels α des Kabinenchassis.

Der vom oberen Propeller hervorgerufene Luftstrom gelingt ganz in den Arbeitsbereich des unteren Propellers, der mit der selben Geschwindigkeit dreht. Der untere Propeller, der im vom oberen Propeller hervorgerufenen Luftstrom arbeitet, ist aufgrund gleicher Absolutwerte für die Drehgeschwindigkeiten der beiden Propeller nicht imstande, den Luftstrom bedeutend zu beschleunigen und damit eine effektive Hubkraft zu schaffen. Die Nettoleistung des Motors wird dabei nicht effizient genutzt. Ein Teil des Luftstroms prallt auf die unten liegenden Bauteile des Hubschraubers. Dieser Luftstromteil, der eine bedeutende Motorleistung in Anspruch nimmt, bildet aber keine Hubkraft. Die Manövrierfähigkeit des Hubschraubers ist bei der Kabinenaufhängung nach dem Prinzip eines Pendels begrenzt, das innerhalb des Winkels α nur in einer Ebene ausschlägt.

Das Ziel dieser Erfindung ist effektive Nutzung der Leistung von Hubschraubertriebwerken, Reduzierung des Konstruktionsgewichts, Gewährleistung hoher Manövrierfähigkeit und Erhöhung der Flugsicherheit.

Das angegebene Ziel wird dadurch erreicht, dass sich zwei Propeller in dem vorzuschlagenden Hubschrauberbau über einander auf einer geometrischen Achse befinden, der obere Propeller ist dabei länger als der untere. Die Propellerflügel werden auf den Planflächen erweitert und so gebaut, dass jeder der Propeller einen eigenen Luftstrom bildet, der nicht in den Luftstrombereich des anderen Propellers gelingen kann. Die Rotationsgeschwindigkeit des unteren Propellers ist als Absolutwert 1,5-2,5mal höher als die Rotationsgeschwindigkeit des oberen Propellers. Infolgedessen bilden sich effektive Luftströme sowohl von dem oberen als auch von dem unteren Propeller. Die Hubschrauberhubkraft steigt.

Die Hubschrauberkabine in einer zylindrischen Form befindet sich nicht in den Strombereichen und leistet ihm keinen Widerstand. Die Kabinenaufhängung mit einem Kugelgelenk, das am oberen Hubschrauberbauwerk angebracht ist, ermöglicht hohe Manövrierfähigkeit des Hubschraubers aus der Anfangsposition heraus in jede Richtung. Der obere und der untere Propeller werden unabhängig von einander von entsprechenden Triebwerken angetrieben. Jeder der Triebwerke, der mit entsprechendem Propeller kinematisch verbunden ist, ist imstande, beim ausgeschalteten zweiten Triebwerk den Hubschrauber in der Luft zu halten und seine sichere Landung zu ermöglichen. Diesem Zweck dienen auch blattförmige Stabilisatoren, die an dem Chassis und der Kabine befestigt sind. Die Kabine in Form einer zylindrischen Kapsel (der Innenfassungsraum wird beibehalten) sowie das Fehlen eines länglichen Stabilisators reduzieren das Konstruktionsgewicht und erhöhen gleichzeitig seine Lasthebekraft.

Der Hubschrauber hat zwei Propeller 3 und 4, die auf einer geometrischen Achse, über einander liegen. Die Propeller 3 und 4 werden unabhängig von einander von den Triebwerken 1 und 2 angetrieben, die mit den Achswellen 3' und 4' kinematisch verbunden sind. Der obere 3 und der untere 4 Propeller sind unterschiedlich lang. Der Unterschied beträgt die Entfernung von a bis b (Fig. 2). Die Hubschrauberkabine 7 wird durch das Kugelgelenk 9 an dem Bauteil 8 der Hubschraubertriebwerksektion (Fig. 1) aufgehängt. Die Mittellinie 10, die durch den Schwerpunkt der Kabine 7 und durch die Mitte des Kugelgelenks verläuft, fällt mit der Mittellinie 11 zusammen. Die Mittellinie 11 fällt mit der Mittellinie der Achsenwellen 3' und 4' zusammen und verläuft durch den Schwerpunkt der Hubschraubertriebwerksektion. Die Kabine 7 verfügt über einen mit dem Chassis kombinierten Notlandestabilisator 12. Die Kabine 7, die z. B. von Hydrozylindern angetrieben wird, kann mit dem Winkel α in Richtung der Vektoren V (Fig. 3) ausschlagen. Es ermöglicht das Manövrieren des Hubschraubers.

Der Hubschrauber hebt folgender Maße ab. Das Triebwerk 2 wird gestartet, das den Propeller 4 dreht. Das Triebwerk 1 wird gestartet, das den Propeller 3 dreht. Die weitere Erhöhung der Motorumdrehungen erfolgt bei in Absolutwerten gleichen Drehmomenten an den Achswellen 3' und 4' (um das Drehen der Kabine zu vermeiden). Beim Abheben des Hubschraubers von dem Landeplatz ändern sich die Absolutwerte der Drehmomente an den Achswellen 3' und 4'. Das ermöglicht das Wendemanöver der Hubschrauberkabine um die Achse 10 und 11 herum in der ausgewählten Flugrichtung V (die Projektion der Flugrichtungen V auf die Grundrißebene beträgt 360°, s. Fig. 3). Der Flug in der ausgewählten Flugrichtung wird durch das Drehen um das Gelenk 9 herum mit dem Winkel (0° bis) der geometrischen Achse 11 erreicht, die durch das Gelenk 9 sowie den Schwerpunkt der Triebwerksektion, der Achswellen 3' und 4', der Propeller 3 und 4 verläuft. Die vom Triebwerk 1 angetriebenen Propellerflügel 3 sind um den Abschnitt von a bis b (Fig. 2) länger als die vom Triebwerk 2 angetriebenen Propellerflügel 4 (Fig. 2). Der Propeller 3 produziert in dem Abschnitt von a bis b bis zu 80-90% seines Nutzluftstroms. Dem entsprechen die geometrische Form der Propellerflügel 3 (Fig. 2, Querschnitt 1-1) in dem Abschnitt von a bis b und der Anströmungswinkel der Propellerflügel β. Die vom Triebwerk 2 angetriebenen Propellerflügel 4 sind um den Abschnitt von a bis b kürzer als die Propellerflügel 3. Der Propeller 4 produziert in dem Bereich von b bis c 90-95% seines Luftstroms. Auf die Weise überlappen die von den Propellern 3 und 4 Luftströme einander nicht und schaffen eine effektive Hubkraft. Die Propellerflügel 4 sind breiter als die Propellerflügel 3. Die Profile der Propeller 3 und 4 in der Horizontalprojektion sind durch Parabellinien gebildet, die von der Achse weg divergieren. Die erweiterten Propellerflügel 3 und 4 (Fig. 2) reduzieren die Bildung turbulenter Luftströmungen, dabei steigt die Hubkraft der Propeller.

Der Flug und das Manövrieren des Hubschraubers erfolgen auf folgende Weise.

Die Propeller 3 und 4 sind unterschiedlich lang und die Leistung der Triebwerke 1 und 2 sind gleich. Bei gleichen Umdrehungen der Triebwerke 1 und 2 und bei entsprechenden Transmissionen (Drehzahländerer) Getriebe gleicht der Drehmoment an der Achswelle 3' des Propellers 3 dem Absolutwert des Drehmoments an der Achswelle 4' des Propellers 4. Die Rotationsgeschwindigkeit des Propellers 4 in Richtung 6 ist dabei größer als die Rotationsgeschwindigkeit des Propellers 3 in Richtung 5 (Fig. 2). Der Hubschrauberrumpf dreht sich dabei nicht um eigene Achse herum. Das geschieht beim Flug ohne Wenden nach rechts oder links. Um den Hubschrauber z. B. nach rechts zu lenken, muß man das Verhältnis der Drehmomente an den Achswellen 3' und 4' ändern (die Momente werden in den Absolutwerten nicht gleich sein). Dabei wird z. B. das Drehen des Propellers 4 in Richtung 6 beschleunigt und das Drehen des Propellers 3 in Richtung 5 verlangsamt (Fig. 2). Auf die Weise erfolgt das Wenden des Hubschraubers durch die Steuerung der Drehmomente an den Achswellen 3' und 4' der Propeller 3 und 4, und die Drehmomente an den Achswellen 3' und 4' der Propeller 3 und 4 werden durch das Ändern der Umdrehungen der Triebwerke 1 und 2 gesteuert.

Die Fortbewegung des Hubschraubers in der gewählten Richtung (V) wird durch das Drehen der geometrischen Achse 11 um das Gelenk 9 herum in einem Winkel von 0° bis α gewährleistet.

Fig. 4 ist noch eine Variante der Hubschrauberkonstruktion.

Der Auf- und Abstieg wird durch das Ändern der Umdrehungen der Triebwerke (Propeller) sichergestellt. Die vorgeschlagene Konstruktion reduziert den Treibstoffverbrauch, gewährleistet die volle Manövrierfähigkeit des Hubschraubers in jede Richtung aus der Anfangsposition heraus. Seine Herstellungskosten werden reduziert. Die Flugsicherheit wird gesichert, weil der Hubschrauber in einer Notsituation mit einem funktionierenden Triebwerk notlanden kann.

Grafische Darstellung

Fig. 1 Hubschrauber, Seitenansicht.

Fig. 2 Hubschrauber, Ansicht von oben.

Fig. 3, Ablenkung der Achse 11 von der Achse 10 mit dem Winkel α (die Vektoren V zeigen die Ablenkungsrichtung im Winkel α und Flugrichtung).

Fig. 4 Hubschrauber, Ansicht von oben. Propellervariante mit 3 Flügeln.

Claims (2)

1. Der Hubschrauber mit Propellern, die an einer geometrischen Achse sitzen und in gegengesetzte Richtungen drehen, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks der Hubkraftsteigerung und Verbesserung der Manövrierfähigkeit des Hubschraubers die Propeller unterschiedlich lang sind: der untere Propeller ist kürzer als der obere Propeller; dass die Propellerflügel mit einem Umriß divergierender Parabellinien erweitert und die Flügel des unteren Propellers breiter als die Flügel des oberen Propellers sind. Bei gleichen Umdrehungen der Triebwerke sind die Drehmomente an den Achswellen der Propeller in Absolutwerten gleich, und ihre Rotationsgeschwindigkeiten sind in Absolutwerten nicht gleich. Die Propeller bilden dabei keine überlappenden Luftströme. Die Hubschrauberkabine in Form einer zylindrischen Kapsel hängt mittels eines Kugelgelenks an der Triebwerksektion des Hubschraubers.

2. Der Hubschrauber nach P. 1 dadurch gekennzeichnet, dass die volle Flugmanövrierfahigkeit des Hubschraubers durch das Ändern der Verhältnisse der Drehmomente an den Propellerachswellen und durch die Ablenkung der Kabine am Kugelgelenk in der Projektion auf die Grundrißebene in allen Richtungen (360°) erreicht wird.