DE102005012744A1

DE102005012744A1 - Senkrecht start- und landefähiges Fluggerät mit verstellbarer Schwerpunktlage

Info

Publication number: DE102005012744A1
Application number: DE102005012744A
Authority: DE
Inventors: Hermann Raeder
Original assignee: Rader Hermann
Current assignee: Rader Hermann
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2005-03-19
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Es wird ein senkrecht start- und landefähiges Fluggerät (65) mit Mitteln zur Auftriebserzeugung, welche mindestens einen um eine parallel zur Hochachse des Fluggeräts verlaufende Rotordrehachse drehbar angeordneten, antreibbaren Rotor (16) umfassen, sowie Mittel zur Vortriebserzeugung beschrieben, bei dem Mittel (33, 34) zur Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts (65) innerhalb einer normal zu der Rotordrehachse verlaufenden Ebene vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein senkrecht start- und landefähiges Fluggerät mit Mitteln zur Auftriebserzeugung, welche mindestens einen um eine parallel zur Hochachse des Fluggeräts verlaufende Rotordrehachse drehbar angeordneten, antreibbaren Rotor umfassen, sowie Mittel zur Vortriebserzeugung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Senkrecht start- und landefähige Fluggeräte sind heutzutage typischerweise als Hubschrauber mit einem um eine parallel zur Hochachse des Hubschraubers verlaufende Rotordrehachse drehbar angeordneten, antreibbaren Rotor ausgeführt. Hubschrauber werden überall dort eingesetzt, wo eine präzise Manövrierbarkeit auf engstem Raum, die Fähigkeit die Fluggeschwindigkeit bis zum Stillstand abzusenken, sowie die Fähigkeit senkrecht starten und landen zu können erforderlich ist, beispielsweise im Bereich der Luftrettung, im militärischen Bereich, oder für polizeiliche Aufgaben.

Die Vortriebserzeugung erfolgt bei einem derartigen Hubschrauber entweder durch ein Kippen des Rotors gegenüber dem Rumpf des Hubschraubers aus der Senkrechten in die gewünschte Flugrichtung, oder durch eine zyklische Rotorblattverstellung, bei der die Rotorblätter synchron mit deren Umlauf um die Rotordrehachse in einem bestimmten, steuerbaren Drehbereich eine Kippbewegung einhergehend mit einer Erhöhung des Anstellwinkels und damit des Auftriebsbeiwertes und des Widerstandsbeiwertes ausführen. Der erhöhte Widerstandsbeiwert bewirkt bei der zyklischen Rotorblattver stellung eine Vortriebskraft und damit eine Bewegung des Hubschraubers in der Luft.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass bedingt durch das Prinzip der Vortriebserzeugung die maximal erreichbare Fluggeschwindigkeit, ebenso wie die maximale Flugreichweite begrenzt ist. Zusätzlich ist die Manövrierbarkeit bekannter Hubschrauber beim Ausfall nur einer Steuerungsvorrichtung nicht mehr sichergestellt. Darüber hinaus verursacht das Prinzip der Vortriebserzeugung durch die notwendige hohe Anzahl von Verschleißteilen sehr hohe Wartungskosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, senkrecht start und landefähiges Fluggerät zu entwickeln.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung gelöst durch Mittel zur Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts innerhalb einer normal zu der Rotordrehachse verlaufenden Ebene.

Durch eine Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts in dessen Längsrichtung kann eine Nickbewegung des Fluggeräts um seine Querachse erzeugt werden. Durch eine Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts in Querrichtung senkrecht zu dessen Längsrichtung kann eine Rollbewegung des Fluggeräts um dessen Längsachse erzeugt werden. Durch das durch eine Schwerpunktverschiebung hervorgerufene Nicken und/oder Rollen des Fluggeräts wird der vom Rotor erzeugte Rotorabwind in eine vertikale Auftriebskomponente und in eine horizontale Vortriebskomponente zerlegt, wodurch das Fluggerät eine Horizontalbewegung in der Luft ausführen kann. Dabei stellen die Mittel zur Verschiebung des Schwerpunk tes des Fluggeräts zusätzliche Mittel zur Vortriebserzeugung dar. Darüber hinaus können die Mittel zur Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts dazu genutzt werden, eine stabile Fluglage bei zusätzlichen an dem Fluggerät montierten Mitteln zur Auftriebserzeugung zu erzeugen, insbesondere bei an dem Fluggerät angeordneten Tragflächen sowie zusätzlichen, vom Rotor unabhängigen Mitteln zur Vortriebserzeugung. Hierdurch ist es denkbar, ein Fluggerät zu schaffen, welches mittels eines oder mehrerer Rotoren vertikal starten und landen kann, wobei beispielsweise bei Langstreckenflügen der Antrieb des Rotors nach Erreichen einer bestimmten Mindestfluggeschwindigkeit abgeschaltet, und der Vortrieb beispielsweise mittels eines Propellers erzeugt wird, wobei die Auftriebserzeugung über die Tragflächen erfolgt. Die für eine stabile Fluglage erforderliche Lage des Schwerpunktes ist dabei bei der Auftriebserzeugung mittels Rotor eine andere, als bei der Auftriebserzeugung mittels Tragflächen.

Das erfindungsgemäße Fluggerät weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass durch sehr einfach ausführbare Mittel eine Vortriebserzeugung möglich ist. Darüber hinaus ist es bei dem erfindungsgemäßen Fluggerät möglich, verschiedene jeweils für sich alleine bekannte Varianten der Vortriebs- und der Auftriebserzeugung zu kombinieren, da die Verschiebbarkeit des Schwerpunktes beispielsweise eine Anordnung von Tragflächen zulässt, welche beim Langstreckenflug ausschließlich für die Auftriebserzeugung zuständig sind.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Gedankens steht die bauliche Konkretisierung der Umsetzung in weiten Grenzen frei. Eine der besonders bevorzugten Lösungen besteht darin, den Motorblock zu verschieben, der aufgrund seines relativ hohen Gewichtes bereits bei geringen Verschiebungswegen eine starke Änderung des Momentes zur Folge hat. Denkbar ist, das Gewicht des Motors durch die An bringung eines Ballasttankes weiter zu erhöhen, falls ein höheres Gewicht gewünscht wird.

Eine alternativ oder gleichzeitig realisierbare Möglichkeit bestände auch darin, den Heckmotor ggf. zusammen mit der Heckfläche nach vorne oder hinten zu verschieben.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Sitze im Cockpit oder gar das Cockpit als ganzes zu verschieben.

Schließlich ist denkbar, einen Tank oder Zusatztank vorzusehen, der bei einer Verschiebung zur Änderung des Schwerpunktes beiträgt. Um das Moment von der Tankstandsanzeige unabhängig zu machen, ist der verschiebbare Zusatztank über eine Kraftstoffleitung mit dem höheren Haupttank verbunden und bleibt somit in seinem Gewicht und demzufolge in seinen Auswirkungen auf den Schwerpunkt ungeändert. Schließlich ist auch denkbar, ein in seiner Position veränderliches Zusatzgewicht (Bleigewicht) und/oder den Tank mit Löschpulver verschiebbar anzubringen. Alle diese vorgenannten Maßnahmen können zur Erzielung eines ausgeprägten Effektes miteinander kombiniert werden.

Für die Umsetzung der Verschiebung empfiehlt sich das Aufsetzen des die Schwerpunktslage verändernden Objekts auf Schienen und deren relative Bewegung hierzu. Die Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts in Längsrichtung erfolgt beispielsweise durch mindestens einen Schrittmotor, welcher beispielsweise den Antriebsmotor des Rotors in Längsrichtung des Fluggeräts verschiebt. Zur einfacheren Schwerpunktsbestimmung ist denkbar, veränderliche Lasten wie beispielsweise die Nutzlast sowie den Kraftstofftank an einer Position in Längs- und Querrichtung des Fluggeräts anzuordnen, welche in normaler Trimmlage im Wesentlichen im Schwerpunkt des Fluggeräts liegt. Des Weiteren bildet die Besatzung des Fluggeräts eine veränderliche Last. Zur Bestimmung des Einflusses des Gewichts der Besatzung auf die Schwerpunktslage ist es denkbar, beispielsweise Drucksensoren im Cockpit anzuordnen, mit denen das Gewicht der Besatzung bestimmt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass, die Mittel zur Vortriebserzeugung zusätzlich zu den Mitteln zur Verschiebung des Schwerpunktes mindestens einen um eine senkrecht zur Rotorachse verlaufende Propellerachse drehbar angeordneten, vorzugsweise unabhängig von dem Rotor antreibbaren und vorzugsweise am Heck des Fluggeräts angeordneten, antreibbaren Propeller umfassen.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Propeller eine kollektive Blattverstellung aufweist.

Eine Weiterbildung ist gekennzeichnet durch Mittel zur Steuerung des Fluggeräts um dessen parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Hochachse des Fluggeräts.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Steuerung des Fluggeräts um dessen parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Hochachse eine um eine parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Schwenkachse schwenkbare Schwenkvorrichtung umfassen, an der mindestens der Propeller angeordnet ist. Ein Verschwenken des Propellers um eine parallel zu der Rotorachse verlaufende Achse ermöglicht es, den Propeller sowohl zur Erzeugung einer Vortriebskraft im Geradeausflug, als auch zur Steuerung des Fluggeräts um dessen parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Hochachse einzusetzen. Der Propeller verfügt dabei vorzugsweise über eine Blattverstellung zur Verstellung des Anstellwinkels der Propellerblätter und damit der Schubkraft des Propellers.

Eine zweckmäßige Maßnahme sieht vor, dass die Mittel zur Steuerung des Fluggeräts um dessen parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Hochachse mindestens eine um eine parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Achse schwenkbare Seitenleitwerksfläche umfassen. Die Seitenleitwerksfläche erlaubt die Steuerung des Fluggeräts um dessen Hochachse im Horizontalflug. Dabei ist es denkbar, im Horizontalflug den Rotor ab einer bestimmten Fluggeschwindigkeit derart festzusetzen, dass die Propellerdrehachse parallel zur Längsachse des Fluggeräts verläuft. Die Steuerung um die Hochachse erfolgt dann wie bei einem Flugzeug mit aerodynamisch profilierten Tragflächen über die Seitenleitwerksfläche. Ebenso ist es denkbar, den Propeller synchron mit der Seitenleitwerksfläche zu verschwenken.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Seitenleitwerksfläche Teil eines vorzugsweise am Heck des Fluggeräts angeordneten Leitwerks ist.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Vortriebserzeugung zusätzlich mindestens ein zur Umlenkung des Rotorabwindes geeignetes Strahlruder umfassen. An dieser Stelle sein nochmals darauf hingewiesen, dass der Begriff Vortrieb Kräfte in horizontaler Richtung umfasst, also auch solche Kräfte, die eine Bewegung des Fluggeräts in Richtung seiner Querachse bewirken.

In einer alternativen Maßnahme umfassen die Mittel zur Auftriebserzeugung zusätzlich seitlich an dem Fluggerät angeordnete aerodynamisch profilierte Tragflächen.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch Mittel zur Steuerung des Fluggeräts um dessen Querachse. Durch die Anordnung von Tragflächen an dem Fluggerät ist es erforderlich, dass das Fluggerät über Mittel verfügt, mit denen es um seine Querachse gesteuert werden kann. Diese Mittel sind beispielsweise notwendig, um durch Veränderung des Anstellwinkels der Tragflächen gegenüber der Flugrichtung eine gleich bleibende Auftriebskraft bei unterschiedlichen Fluggeschwindigkeiten erzeugen zu können.

In einer zusätzlichen Maßnahme umfassen die Mittel zur Steuerung des Fluggeräts um dessen Querachse die Mittel zur Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts.

Eine zusätzliche, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Steuerung des Fluggeräts um dessen Querachse mindestens eine um eine parallel zu der Querachse des Fluggeräts schwenkbare Höhenleitwerksfläche umfassen.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Höhenleitwerksfläche Teil eines vorzugsweise am Heck des Fluggeräts angeordneten Leitwerks ist. Dabei ist denkbar, das gesamte, die Seitenleitwerksfläche und die Höhenleitwerksfläche umfassende Leitwerk synchron mit dem Propeller schwenkbar auszuführen.

In einer Ausführungsform ist der Rotor bei Überschreiten einer bestimmten Mindestfluggeschwindigkeit abschaltbar und bei Unterschreiten einer bestimmten Mindestfluggeschwindigkeit wieder zuschaltbar.

Vorteilhafterweise erfolgt das Ab- und Zuschalten des Rotors automatisch.

In einer anderen besonders vorteilhafte Ausgestaltung weist der Rotor eine kollektive Rotorblattverstellung zur gleichzeitigen Veränderung des Anstellwinkels aller Rotorblätter des Rotors. Die kollektive Rotorblattverstellung ermöglicht insbesondere Autorotationslandungen bei ausgefallenem Rotorantrieb.

Die Mittel zur Auftriebserzeugung können mindestens zwei vorzugsweise um jeweils eine im Wesentlichen vertikale Rotordrehachse drehbar angeordnete, antreibbare Rotoren umfassen. Durch die Verwendung zweier vorzugsweise auf getrennten Rotordrehachsen angeordneten Rotoren kann auf Mittel zum Ausgleich des Antriebsmoments der Rotoren, wie beispielsweise einen Heckrotor verzichtet werden. Die Rotoren drehen dabei vorzugsweise synchron in entgegengesetzter Richtung.

Eine zusätzliche, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Vortriebserzeugung zusätzlich eine zyklische Rotorblattverstellung des Rotors zur synchron mit dem Umlauf des Rotors erfolgenden, periodisch Verstellung des Anstellwinkels der einzelnen Rotorblätter des Rotors unabhängig voneinander in einem veränderbaren Drehbereich um die Rotordrehachse herum umfassen. Die Rotorblattverstellung umfasst beispielsweise eine Taumelscheibe.

Eine zusätzliche, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Fluggerät einen den Rotor umfassenden Rahmen mit einer in Richtung der Rotordrehachse durchgehenden, kreisrunden Rotordrehöffnung aufweist, in welcher der Rotor angeordnet ist und geschützt umläuft. Darüber hinaus können die Strömungsbedingungen innerhalb der durch den Rahmen und die Rotordrehöffnung gebildeten Rotorummantelung im Gegensatz zu einem frei laufenden Rotor durch gezielte Gestaltung des Querschnittsverlaufes vorteilhaft beeinflusst werden.

In einer besonders vorteilhaften, zusätzlichen Ausführungsform weitet sich die Rotordrehöffnung von dem Querschnitt an, in dem sich der Rotor befindet, in Strömungsrichtung des Rotorabwindes divergent auf. Durch die divergente Aufweitung der Rotordrehöffnung wird eine Absenkung der Strömungsgeschwindigkeit des Rotorabwindes bei gleichzeitiger Erhöhung des Drucks im Austrittsquerschnitt der Rotordrehöffnung erreicht, wodurch der Auftriebswirkungsgrad verbessert, und insbesondere bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Fluggeräts für die Luftrettung der Rotorabwind verringert wird.

Schließlich können an dem Fluggerät Teleskoparme angeordnet sein. Mit den Teleskoparmen ist das Festhalten an Gegenständen sowie das Landen an nur schwer zugänglichen und zerklüfteten Stellen möglich.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fluggeräts mit daran angeordneten Teleskoparmen von vorne,
2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Fluggeräts aus 1 mit ausgebauten Rotoren von oben,
3 eine perspektivische Ansicht eines Cockpits eines erfindungsgemäßen Fluggeräts von vorne,
4 eine perspektivische Ansicht eines Grundgestells mit Rahmen eines erfindungsgemäßen Fluggeräts von oben,
5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fluggeräts von vorne, mit einseitig eingeschwenktem Strahlruder,
6 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fluggeräts von vorne,
7 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Fluggerät,
8 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Fluggeräts von hinten,
9 eine erste perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fluggeräts mit daran angeordneten, aerodynamisch profilierten Tragflächen von vorne,
10 eine zweite perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fluggeräts mit daran angeordneten, aerodynamisch profilierten Tragflächen von vorne,
11 eine Skizze eines den Antriebsmotor der Rotoren eines erfindungsgemäßen Fluggeräts tragenden, in Längsrichtung des Fluggeräts verfahrbaren Motorträgerschlitten,
12 eine Skizze des die Antriebsleistung des auf dem verfahrbaren Motorträgerschlitten angeordneten Antriebsmotors auf die Rotoren übertragenden Antriebsstranges, sowie
13 eine Skizze der Anordnung des Antriebs der am Heck des erfindungsgemäßen Fluggeräts angeordneten Heckpropeller.
Gleiche Bezugszahlen in der Figurenbeschreibung und in der Zeichnung beschreiben gleiche oder gleich wirkende Mittel.
Wege zur Ausführung der Erfindung:
Ein in den 1 bis 13 dargestelltes Fluggerät 65 besteht im Wesentlichen aus einem Grundgestell mit Rahmen 1, zwei in jeweils einer in dem Rahmen 1 angeordneten Rotordrehöffnungen 66 angeordneten Rotoren 16, einem Antriebsmotor 25 für die Rotoren 16, einem Heckpropeller 50 mit zugehörigem Antriebsmotor 8, einem Seitenleitwerksflächen 54 und Höhenleitwerksflächen 10 umfassenden Leitwerk 7, einem vor den Rotoren angeordneten Cockpit 4, sowie Mitteln zur Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts 65.
Der Kern der Erfindung beruht auf einer Verschiebbarkeit des Schwerpunktes des Fluggeräts 65. Zur Bestimmung des Schwerpunktes ist vorgesehen, das Cockpit 4 des Fluggeräts 65 mit einem Doppelboden auszuführen. Zwischen dem Doppelboden befinden sich Drucksensoren, zur Ermittlung des Gewichts der Besatzung im Cockpit 4. Mit diesen Angaben kann ein Bordcomputer die Lage des Schwerpunktes des Fluggeräts 65 errechnen. Vor dem Start werden die auf einem Motorträgerschlitten 26 angeordneten Antriebsmotoren 25 der Rotoren 16 mit Hilfe eines Schrittmotors 33 derart nach vorne 48 oder nach hinten 49 verfahren, dass das Fluggerät 65 eine neutrale Trimmung aufweist. Der Motorträgerschlitten 26 ist in 11 dargestellt. Nach dem senkrechten Abheben des Fluggeräts 65 wird der Motorträgerschlitten 26 in die gewünschte Flugrichtung, beispielsweise nach vorne verschoben. Dadurch verschiebt sich der Schwerpunkt des Fluggeräts 65 nach vorne und das Fluggerät 65 führt eine Nickbewegung um seine Querachse aus. Der Rotorabwind weist dadurch eine horizontale Komponente auf, wodurch ein Vortrieb entsteht und sich das Fluggerät 65 horizontal in der Luft bewegt.
In 4 sind neben dem Grundgestell mit Rahmen 1 mit dem Rahmen 1 verbundenen Hauptträgerschienen 2 zu erkennen, auf denen die Technik zur Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts 65 angeordnet ist. Querstreben 3 bilden eine zusätzliche Verbindung mit dem Rahmen 1. Beidseits der Rotoren 16 sind Treibstofftanks 6 mittig zwischen den Rotoren 16 angebracht. An der Vorderseite der Hauptträgerschienen 2 ist eine Auflage 9 für das Cockpit 4 angeordnet.
Die Anordnung des Antriebsmotors 25 auf dem Motorträgerschlitten 26 ist in den 11 und 12 dargestellt. Ein Schrittmotor 33 ist an den Hauptträgerschienen 2 angeordnet. Der Schrittmotor 33 treibt eine Spindel 34 an. Eine Drehung der Spindel um ihre Längsachse bewirkt eine Längsverschiebung des an den Hauptträgerschienen 2 längsverschiebbar angeordneten Motorträgerschlittens 26 entlang der Längsachse des Fluggeräts 65. Zur leichteren Längsverschiebbarkeit des Motorträgerschlittens 26 entlang der Hauptträgerschienen sind zwischen den Hauptträgerschienen und dem Motorträgerschlitten 26 Zylinderrollen 47 angeordnet. Auf dem Motorträgerschlitten 26 ist der Antriebsmotor 25 mit Vergaser 29 und Auspuffschalldämpfer 30 angeordnet. Der Antriebsmotor 25 treibt über eine Ölkupplung 27 eine Zahnriemenscheibe 28 an. Die Ölkupplung 27 erlaubt das Trennen des Motors 25 von der Zahnriemenscheibe 28. Über einen Zahnriemen 46 wird die Antriebsleistung des Motors 25 von der Zahnriemenscheibe 28 auf eine Zahnriemenscheibe 41 übertragen. Die Zahnriemenscheibe 41 ist formschlüssig und längsverschiebbar mit einer über jeweils ein Winkelgetriebe 42 mit den Rotoren 16 verbundene Antriebswelle 31 verbunden. Die Antriebswelle 31 ist vorzugsweise als sechs- oder achtkantiges Rohr ausgeführt. Der Motorträgerschlitten 26 ist ebenfalls gegenüber der Antriebswelle 31 längsverschiebbar. Auf dem Motorträgerschlitten 26 sind Lager 35, 36 und 37 angeordnet. Zwischen den Lagern 35 und 37 ist die Zahnriemenscheibe 41 angeordnet. Um die Position der Zahnriemenscheibe 41 gegenüber der Zahnriemenscheibe 28 festzulegen, sind jeweils zwischen den Lagern 35 und 37 und der Zahnriemenscheibe 41 Distanzhülsen 38 und 40 auf der Antriebswelle längsverschiebbar angeordnet. Zur Stabilisierung ist zwischen dem Lager 36 und dem Lager 37 ebenfalls eine Distanzhülse 39 angeordnet. Durch die an dem Motorträgerschlitten angeordneten Lager 35, 36 und 37 sowie die zwischen den Lagern und der Zahnriemenscheibe 41 angeordneten Distanzhülsen 38, 39 und 40 wird bei einer Längsverschiebung des Motorträgerschlittens 26 entlang der Antriebswelle 31 die Zahnriemenscheibe 41 ebenso längs der Antriebswelle 31 verschoben. Die Antriebswelle 31 überträgt die Antriebsleistung des Antriebsmotors 25 über eine Klauenkupplung 32 und das Winkelgetriebe 42 auf die Rotoren 16. Das Winkelgetriebe 42 ist mittels einer Winkelgetriebehalterung 43 an den Hauptträgerschienen 2 befestigt. Darüber hinaus sind in 12 die Rotorblätter 44 der Rotoren 16 zu erkennen.
Die Art der Konstruktion ermöglicht es, das Fluggerät 65 durch verschiedene Arten zu steuern, und dadurch größere Sicherheit bessere Flugeigenschaften zu erreichen.
Das Fluggerät 65 ist neben der Steuerung durch Schwerpunktverschiebung zusätzlich mit einer zyklischen Rotorblattverstellung über eine Taumelscheibe versehen, wodurch ein zweites, redundantes Mittel zur Vortriebserzeugung geschaffen ist. Zusätzlich sind Strahlruder 21, 22, 23 und 24 vorgesehen, mit denen der Rotorabwind zur Vortriebserzeugung umgelenkt werden kann. Hierdurch ist ein drittes, redundantes Mittel zur Vortriebserzeugung geschaffen. Der Begriff Vortrieb umfasst hierbei alle Bewegungsrichtungen des Fluggeräts in einer horizontalen Ebene. Ebenso ist denkbar, die Mittel zur Vortriebserzeugung auf die Schwerpunktverschiebung und die Strahlruder 21, 22, 23 und 24 zu beschränken.
Die Strahlruder 21, 22, 23 und 24 sind vorzugsweise an den Kufen 5 unterhalb der Rotordrehöffnung 66 am Austritt des Rotorabwindes aus dem Rahmen 1 angeordnet. In 5 ist die Anordnung von vier Strahlrudern 21, 22, 23 und 24 an dem Fluggerät 65 erkennbar. Die Strahlruder 21 und 24 sind dabei nach innen in den Rotorabwind hinein geschwenkt. Dadurch wird eine seitliche Bewegung des Fluggeräts 65 nach links in 5 erzeugt. Werden beispielsweise die vorderen Strahlruder 21 und 22 nach innen geschwenkt, während die hinteren Strahlruder 23 und 24 in neutraler oder nach außen geschwenkter Position bleiben, so wird eine Vorwärtsbewegung des Fluggeräts 65 erzeugt. Je nach Stellung der Strahlruder 21, 22, 23 und 24 kann so eine Bewegung des Fluggeräts 65 nach Vorne oder Hinten, nach Rechts oder Links erzeugt werden. Die Strahlruder 21, 22, 23 und 24 können dabei beispielsweise elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch unabhängig voneinander gesteuert werden. Durch die Strahlruder 21, 22, 23 und 24 wird der von den Rotoren 16 erzeugte Rotorabwind abgelenkt, wodurch das Fluggerät 65 eine Bewegung nach rechts oder links ausführt.
Am Heck des Fluggeräts 65 befindet sich das Leitwerk 7 sowie in der Mitte, an einer um eine parallel zur Rotordrehachse verlaufende Schwenkachse schwenkbare angeordneten Schwenkvorrichtung 64 angeordnet, der Antriebsmotor 8 für den Heckpropeller 50. Der Heckpropeller 50 treibt im Geradeausflug das Fluggerät 65 an. Bei montierten aerodynamisch profilierten Tragflächen 14 werden im Geradeausflug und bei Überschreiten einer Mindestfluggeschwindigkeit die Rotoren 16 vom Antriebsmotor 25 getrennt und der Anstellwinkel verkleinert, um hohe Fluggeschwindigkeiten zu erreichen. In diesem Bereich fliegt das Fluggerät 65 als Flächenflugzeug. Ebenso ist denkbar, das Fluggerät 65 unter diesen Flugbedingungen als Gyrokopter, auch als Tragschrauber bekannt, auszuführen, bei dem die Rotoren 16 vom Antriebsmotor 25 abgekoppelt sind und als Tragflächen dienen.
Die Tragflächen 14 sind dabei an Tragflächenaufnehmern 13 am Grundgestell mit Rahmen 1 befestigt. Verstrebungen 15 dienen zur Stabilisierung der Tragflächen 14. An den Tragflächen sind Steuerflächen 18 angeordnet, beispielsweise zur Verwendung als Querruder. Die gleichzeitige Verwendbarkeit des Fluggeräts 65 als senkrecht start- und landefähiges Fluggerät 65 mit Rotoren 16 und als Flächenflugzeug wird erst durch die Möglichkeit einer Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts 65 ermöglicht, da ein Flächenflugzeug für eine stabile Fluglage eine andere Lage des Schwerpunktes benötigt, als ein mit Rotoren versehenes, senkrecht start- und landefähiges Fluggerät 65. Die Tragflächen 14 können je nach Einsatzbereich des Fluggeräts 65 profiliert und gestaltet sein. Für große Flugdistanzen sind beispielsweise Tragflächen 14 mit großer Streckung vorteilhaft.
Durch die Abschaltbarkeit der Rotoren 16 in Verbindung mit der Verwendung von aerodynamisch profilierten Tragflächen 14 zur Auftriebserzeugung sind wesentlich höhere Fluggeschwindigkeiten zu erreichen, als bei einem herkömmlichen Hubschrauber. Beim Geradeausflug werden dabei die Rotoren 16 vom Antriebsmotor 25 getrennt und das Fluggerät 65 nur von den Heckpropellern 50 angetrieben. Diese Maßnahme erspart Treibstoff und ermöglicht höhere Geschwindigkeiten.
Der Heckpropeller 50 weist verstellbare Propellerblätter auf, wodurch eine Beeinflussung der Fluggeschwindigkeit möglich ist. Durch die Möglichkeit den Heckpropeller 50 samt Leitwerk 7 mittels der Schwenkvorrichtung 64 nach rechts und links zu schwenken ist das Fluggerät 65 um seine Hochachse steuerbar. Die Propellerblätter sind dabei vorzugsweise symmetrisch profiliert, um das Fluggerät 65 gleichermaßen beschleunigen und abbremsen zu können.
Das Schwenken der Schwenkvorrichtung 64 und damit des Heckpropellers 50 und des Leitwerks 7 erfolgt elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch. In 8 sind über Hebelstangen 63 mit der Schwenkvorrichtung 64 verbundene Hydraulikzylinder 20 zum Schwenken der Schwenkvorrichtung 64 erkennbar. Während des Schwenkens wird der Anstellwinkel des Heckpropellers 50 mittels der Blattverstellung vorzugsweise auf null gestellt, um den Schwenkvorgang zu erleichtern. Ebenfalls ist denkbar, den Heckpropeller 50 und das Leitwerk 7 unabhängig voneinander zu schwenken. 7 zeigt ein geschwenktes Leitwerk 7 bei in Längsrichtung des Fluggeräts 65 ausgerichtetem Heckpropeller 50. In 8 ist darüber hinaus zu erkennen, wie das Leitwerk 7 an der Schwenkvorrichtung 64 mittels Streben 19 abgestützt ist. Das Leitwerk 7 verfügt zur Verbesserung der aerodynamischen Güte über Ohren 11, die eine Randumströmung und damit den induzierten Widerstand verringern. Die Ohren 11 können dabei Teil der Seitenleitwerksflächen 54 sein.
Es ist auch denkbar, das Leitwerk 7 wie in den 9 und 10 dargestellt starr mit dem Grundgestell mit Rahmen 1 zu verbinden, wobei am Leitwerk bewegliche Seitenleitwerksflächen 54 und bewegliche Höhenleitwerksflächen 10 zur Steuerung des Fluggeräts 65 um dessen Hoch- und Querachse vorgesehen sind.
Eine weitere Möglichkeit, das Fluggerät 65 um seine Hochachse zu steuern ist durch das Anbringen zweier unabhängiger Antriebsmotoren 8 mit zugehörigen Heckpropellern 50 denkbar (13). Die Heckpropeller 50 können dabei auch am Leitwerk 7 angeordnet sein. Hierdurch ist eine Steuerung des Fluggeräts 65 um dessen Hochachse durch eine Veränderung der Drehzahl und/oder des Anstellwinkels der Propellerblätter eines der beiden Heckpropeller 50 möglich. Dadurch kann wahlweise ganz auf das Leitwerk 7 verzichtet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Antriebs der Heckpropeller 50 ist 13 entnehmbar.
Wie in 13 zu erkennen ist, ist dabei jeweils links und rechts am Leitwerk 7 je ein Heckpropeller 50 angeordnet. Die Antriebsleistung für die beiden Heckpropeller 50 wird bei dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel von einem zweiten Antriebsmotor 25, der ebenso auf einem Motorträgerschlitten 26 angeordnet ist, zur Verfügung gestellt. Dieser Antriebsmotor 25 ist über eine Ölkupplung 45 wahlweise mit dem hinteren Rotor 16 und/oder mit den beiden Heckpropellern 50 verbunden. Durch die Ölkupplung 45 kann bei Bedarf, beispielsweise während des Geradeausfluges, der Antriebsmotor 25 vom hinteren Rotor 16 getrennt werden, wodurch die gesamte An triebsleistung dieses Antriebsmotors 25 auf die beiden Heckpropeller 50 übertragen wird. Die Ölkupplung 45 wird mittels eines Lagers 55 (12) stabilisiert. Der Antrieb der Heckpropeller 50 über den Antriebsmotor 25 erfolgt über zwei auf einer unabhängig von der Antriebswelle 31 antreibbaren Antriebswelle axial versetzt angeordnete Zahnriemenscheiben 52, jeweils einen Zahnriemen 53, sowie jeweils einem Getriebe 51, das die Drehzahl und Drehrichtung des Antriebsmotors 25 auf ein für den jeweiligen Heckpropeller 50 optimales Maß übersetzt.
Gesteuert werden kann das Fluggerät dabei durch getrennte Betätigung der Blattverstellung der beiden Heckpropeller 50. Auch hierbei sind symmetrisch profilierte Heckpropeller vorgesehen, um auch Rückwärts fliegen zu können. Der Heckpropeller 50 ist dabei nicht nur zum Steuern des Fluggeräts 65 um dessen Hochachse, sondern auch als Antrieb während des Geradeausfluges vorgesehen. Ab einer bestimmten Vorwärtsgeschwindigkeit können die beiden Antriebsmotoren 25 wiederum von den Rotoren 16 getrennt werden. In diesem Bereich fliegt die Maschine als Gyrokopter, auch bekannt als Tragschrauber, und die Rotoren wirken als Tragflächen.
Die 9 und 10 zeigen das Fluggerät 65 mit Schwimmern 12 an denen die Tragflächen 14 über Streben 17 abgestützt sind. Das Fluggerät 65 ist durch die Verwendung von Schwimmern 12 auch als flugfähiges Propellerboot einsetzbar.
Mit Hilfe der Teleskoparme 56 kann das Fluggerät 65 überall landen. Die Aufsätze können gewechselt werden. Es ist denkbar, hydraulische Greifer 61, Saugnäpfe 60, Platten 62 mit weichen Auflagen, beispielsweise zum Landen auf schrägen Hausdächern und dergleichen an den Teleskoparmen 56 anzuordnen. Ebenso kann am Ende eines Teleskoparmes 56 eine elektronische Kamera 57 angeordnet werden, mit deren Hilfe die Bewegungen der Teleskoparme 56 ü berwacht werden können. Mit den hydraulischen Greifern 61 kann sich das Fluggerät 65 an nur schwer zugänglichen und zerklüfteten Stellen festklammern. Die hydraulischen Greifer 61 werden dabei mit Hydraulikleitungen 58 mit einer Hydraulikquelle im Fluggerät 65 verbunden. Für die Verbindung der Saugnäpfe 60 mit einer Vakuumquelle im Fluggerät 65 sind Absaugleitungen 59 vorgesehen.
Zur Erhöhung der Sicherheit ist neben der Möglichkeit, die Rotoren 16 vom Antrieb zu trennen, eine kollektive Rotorblattverstellung vorgesehen, wodurch es möglich ist, eine Autorotationslandung durchzuführen. Darüber hinaus ist es denkbar, zwei oder mehrere Rettungsschirme an dem Fluggerät 65 anzuordnen. Das Grundgestell mit Rahmen 1 des Fluggeräts 65 schützt die Rotoren 16 gegen Berührung und damit vor Schäden. Der Heckpropeller 50 wird dabei das Leitwerk 7 geschützt. Durch die Verwendung mindestens zweier Antriebsmotoren 25 zum Antrieb der Rotoren 16 wird die Sicherheit des Fluggeräts 65 nochmals angehoben. Je nach Größe des Fluggeräts 65 können beliebig viele Antriebsmotoren 25 vorgesehen sein.

1: Grundgestell mit Rahmen
2: Hauptträgerschiene
3: Querträger
4: Cockpit
5: Kufe
6: Treibstofftank
7: Leitwerk
8: Antriebsmotor
9: Auflage
10: Höhenleitwerksfläche
11: Ohr
12: Schwimmer
13: Flügelaufnahme
14: Tragfläche
15: Strebe
16: Rotor
17: Strebe
18: Steuerfläche
19: Strebe
20: Hydraulikzylinder
21: vorderes Strahlruder links
22: vorderes Strahlruder rechts
23: hinteres Strahlruder rechts
24: hinteres Strahlruder links
25: Antriebsmotor
26: Motorträgerschlitten
27: Ölkupplung
28: Zahnriemenscheibe
29: Vergaser des Motors
30: Auspuffschalldämpfer
31: Antriebswelle
32: Klauenkupplung
33: Schrittmotor zum verschieben der Motorträgerschlitten
34: Zugspindel zum verschieben des Motorträgerschlitten
35: Lager
36: Lager
37: Lager
38: Distanzhülse
39: Distanzhülse
40: Distanzhülse
41: Zahnriemenscheibe
42: Winkelgetriebe
43: Winkelgetriebehalterung
4: Rotorblätter
45: Ölkupplung
46: Zahnriemen mit Scheibe
47: Zylinderrollen
48: Zugrichtung nach vorne in Richtung Cockpit
49: Zugrichtung nach hinten in Richtung Heck
50: Heckpropeller
51: Getriebe
52: Zahnriemenscheiben
53: Zahnriemen
54: Seitenleitwerksfläche
55: Lager
56: Teleskoparm
57: Kamera
58: Hydraulikleitungen
59: Absaugleitung
60: Saugplatte
61: Hydraulische Greifer
62: Platte mit weicher Auflage (zum landen auf Schräghausdächern)
63: Hebelstangen
64: Schwenkvorrichtung
65: Fluggerät
66: Rotordrehöffnung

Claims

Senkrecht start- und landefähiges Fluggerät (65) mit Mitteln zur Auftriebserzeugung, welche mindestens einen um eine parallel zur Hochachse des Fluggeräts verlaufende Rotordrehachse drehbar angeordneten, antreibbaren Rotor (16) umfassen, sowie Mittel zur Vortriebserzeugung, gekennzeichnet durch Mittel (33, 34) zur Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts (65) innerhalb einer normal zu der Rotordrehachse verlaufenden Ebene.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Schwerpunktes durch ein Verschieben des Motorblockes mit oder ohne daran befestigten Ballasttank und/oder durch eine Verschiebung des Heckmotors ggf. unter Einschluss der Heckfläche und/oder durch Verschieben des Cockpites und/oder der darin befestigten Sitze und/oder durch Verschieben eines Tankes, sei er nun mit Treibstoff oder Löschpulver gefüllt.
Fluggerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Vortriebserzeugung mindestens einen um eine senkrecht zur Rotorachse verlaufende Propellerachse drehbar angeordneten, antreibbaren Propeller (50) umfassen.
Fluggerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (50) eine Blattverstellung aufweist.
Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch Mittel zur Steuerung des Fluggeräts (65) um dessen parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Hochachse.
Fluggerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung des Fluggeräts (65) um dessen parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Hochachse eine um eine parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Schwenkachse schwenkbare Schwenkvorrichtung (64) umfassen, an der mindestens der Propeller (50) angeordnet ist.
Fluggerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung des Fluggeräts (65) um dessen parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Hochachse mindestens eine um eine parallel zu der Rotordrehachse verlaufende Achse schwenkbare Seitenleitwerksfläche (54) umfassen.
Fluggerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenleitwerksfläche (54) Teil eines vorzugsweise am Heck des Fluggeräts angeordneten Leitwerks (7) ist.
Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Vortriebserzeugung zusätzlich mindestens ein zur Umlenkung des Rotorabwindes geeignetes Strahlruder (21, 22, 23, 24) umfassen.
Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Auftriebserzeugung zusätzlich aerodynamisch profilierte Tragflächen (14) umfassen.
Fluggerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel (10, 21, 22, 23, 24, 33, 34) zur Steuerung des Fluggeräts um dessen Querachse.
Fluggerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung des Fluggeräts um dessen Querachse die Mittel (33, 34) zur Verschiebung des Schwerpunktes des Fluggeräts (65) umfassen.
Fluggerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung des Fluggeräts (65) um dessen Querachse mindestens eine um eine parallel zu der Querachse des Fluggeräts (65) schwenkbare Höhenleitwerksfläche (10) umfassen.
Fluggerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenleitwerksfläche (10) Teil eines vorzugsweise am Heck des Fluggeräts (65) angeordneten Leitwerks (7) ist.
Fluggerät nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) bei Überschreiten einer bestimmten Mindestfluggeschwindigkeit abschaltbar und bei Unterschreiten einer bestimmten Mindestfluggeschwindigkeit zuschaltbar ist.
Fluggerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ab- und Zuschalten des Rotors (16) automatisch erfolgt.
Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) eine kollektive Rotorblattverstellung zur gleichzeitigen Veränderung des Anstellwinkels aller Rotorblätter (44) des Rotors (16) aufweist.
Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Auftriebserzeugung mindestens zwei vorzugsweise um jeweils eine im Wesentlichen vertikale Rotordrehachse drehbar angeordnete, antreibbare Rotoren (16) umfassen.
Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Vortriebserzeugung zusätzlich eine zyklische Rotorblattverstellung des Rotors (16) umfassen.
Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (65) einen den Rotor (65) umfassenden Rahmen (1) mit einer in Richtung der Rotordrehachse durchgehenden, kreisrunden Rotordrehöffnung (66) aufweist, in welcher der Rotor (16) angeordnet ist.
Fluggerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rotordrehöffnung (66) von dem Querschnitt an, in dem sich der Rotor (16) befindet, in Strömungsrichtung des Rotorabwindes divergent aufweitet.
Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch an dem Fluggerät (65) angeordnete Teleskoparme (56).