DE102005034975A1

DE102005034975A1 - Vorrichtung mit einem aus dem Flugzeugrumpf per Handhebel vertikal aus- und einfahrbaren Strahltriebwerk zum Antrieb von Segelflugzeugen und Motorseglern

Info

Publication number: DE102005034975A1
Application number: DE200510034975
Authority: DE
Inventors: Horst M. Herrmann
Original assignee: Hce Consulting & Engineering H
Current assignee: Hce Consulting & Engineering H
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Segelflugzeuge und Motorsegler mit mindestens einem nach oben aus dem Rumpf ausfahrbaren Strahltriebwerk, angeordnet auf einer Vorrichtung zum vertikalen Aus- und Einfahren dieses Strahltriebwerks aus dem Flugzeugrumpf, wobei alle Bewegungen nur um Drehpunkte stattfinden. DOLLAR A Das Strahltriebwerk befindet sich in Segelstellung in einem dafür vorgesehenen, von Klappen verschlossenen Schacht im Rumpf. In Vortriebstellung befindet es sich oberhalb des Flugzeugrumpfes zwischen den Tragflächen, wo es das Flugzeug per Rückstoß antreibt und durch ein Kniehebelsystem verriegelt und damit gegen Verschiebungen geschützt ist. DOLLAR A Das Aus- und Einfahren erfolgt mit nur einem Handgriff an einem verriegelbaren Handhebel im Cockpit des Flugzeugs mit geringem Kraftaufwand und bei einem kleinen Drehwinkel des Handhebels ohne Zusatzenergie über mindestens einen Bowdenzug. Gleichzeitig wird auch der vollautomatische Anlauf des Strahltriebwerks durch den Handhebel eingeleitet. DOLLAR A Die Verschlusskappen werden ebenfalls über den Handhebel geöffnet und geschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem aus dem Rumpf vertikal nach oben ausfahrbaren Strahltriebwerk zum Antrieb von Segelflugzeugen oder Motorseglern. Die Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass das Strahltriebwerk einschliesslich der Schachtabdeckklappen manuell mit einer einzigen Schiebe – oder Ziehbewegung von Hand vertikal aus – oder einfahrbar ist.

Segelflugzeuge werden üblicherweise mit einer Seilwinde, im Schlepp eines Motorflugzeuges, im Schlepp eines Kraftfahrzeugs oder mit Gummiseil in die Luft gebracht.

In den letzten Jahren wurden Segelflugzeuge mit so genannten Klapptriebwerken entwickelt, die teilweise auch einen selbständigen Start vom Boden ohne ein zusätzliches Gerät ermöglichen. Ausserdem kann mit einem solchen Antrieb bei nachlassender Thermik eine problematische Aussenlandung ausserhalb eines Flugplatzes vermieden werden. Diese Flugzeuge haben einen nach oben mit Motorhilfe aus dem Rumpf ausfahrbaren Antrieb mit einer Luftschraube, die bei verschiedenen Mustern zusammengeklappt werden kann. In eingefahrenem Zustand ist ein solches Flugzeug nicht von einem normalen Segelflugzeug zu unterscheiden, da der Antrieb vollkommen im Rumpf verschwindet und durch Klappen oder Schieber abgedeckt ist.

Der Übergang von der Motorflugkonfiguration in die Segelflugkonfiguration und umgekehrt ist vor allem bei Verbrennungsmotoren mit einer Vielzahl von verschiedenen Handgriffen verbunden und beansprucht die Aufmerksamkeit des Piloten vor allem in Stresssituationen erheblich. Diese sind aber immer dann gegeben, wenn wegen nachlassender Thermik eine Aussenlandung bevorsteht. Es können bis zu acht verschiedene Handgriffe notwendig sein, die in der richtigen Reihenfolge ablaufen müssen. Wird ein Handgriff vergessen oder verwechselt, springt das Triebwerk nicht an und es kann zu einem Unfall kommen.

Die Aus – und Einfahrvorrichtungen des Antriebes werden bei allen bekannten Klapptriebwerken elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben. Diese Vorrichtungen, die teilweise auch zum Zusammenklappen der Luftschraube dienen, haben ein hohes Potential an Störanfälligkeit, da eine Vielzahl mechanischer, elektrischer und elektronischer Elemente zusammenwirken müssen und die aus Kostengründen oft sehr einfach ausgestaltet werden.

Die vorzugsweise verwendeten zweiblätterigen Luftschrauben erfordern eine aufwändige Vorrichtung, welche die Luftschraubenblätter in der vertikalen Stellung fixiert

Zum Aus – und Einfahren des Antriebes wird Fremdenergie verbraucht, vorzugsweise Strom, der aus einer zusätzlichen Batterie entnommen wird. Diese Batterie ist sehr schwer, weil Sie bei selbststartenden Segelflugzeugen auch zum Starten des Kolbenmotores eingesetzt wird. Durch das hohe Gewicht des Antriebes und der Luftschraube und die Bewegung gegen den Luftstrom beim Ausklappen in der Luft ist eine Betätigung von Hand wegen der grossen auftretenden Kräfte nicht möglich.

Die üblicherweise eingesetzten Kolbenmotoren besitzen ein hohes Gewicht und erfordern erhebliche wegen der grossen Aussparungen für Motor bzw. Luftschraube Verstärkungen in der Rumpfstruktur des Segelflugzeuges, die ebenfalls mit hohem Gewicht einhergehen. Zudem entstehen hierfür beträchtliche Mehrkosten.

Kolbenmotoren in Segelflugzeugen haben vorzugsweise einen oder zwei Zylinder. Solche Motoren erzeugen starke Vibrationen. wodurch empfindliche Instrumente oder Geräte geschädigt oder zerstört werden können. Nicht nur die Flugzeugzelle, auch das Wohlbefinden des Piloten leidet unter diesen Vibrationen und dem hohen Lärmpegel im Cockpit.

In Antriebskonfiguration weisen die bekannten Klapptriebwerke durch die grosse Luftschraube samt Nabe und dem weit nach oben ausladenden Luftschraubenturm einen grossen unerwünschten Luftwiderstand auf, der beim Stillsetzen des Antriebes zu starkem Höhenverlust führt, da das Einfahren verhältnismässig viel Zeit in Anspruch nimmt. Solange das Klapptriebwerk in der Luft ausgefahren ist, wird durch den erhöhten unerwünschten Luftwiderstand ein starkes Moment um die Flugzeugquerachse erzeugt, welches die Flugeigenschaften erheblich negativ beeinflusst.

Der hohe Luftschraubenturm benötigt zusammen mit der Luftschraube eine sehr grosse Öffnung im Rumpf. Dies wiederum erfordert entsprechend grosse Abdeckklappen, die beim ausgefahrenen Antrieb offen stehen und zusammen mit dem offenen Antriebsschacht Wirbel erzeugen, die einen zusätzlichen Luftwiderstand verursachen.

Das vorher erwähnte Moment führt auch zu wesentlich verschlechterten Flugeigenschaften, die zu Unfällen führen können, wenn zum Beispiel zu enge Kurven mit zu grosser Schräglage geflogen werden.

Fällt ein wie oben beschriebener Antrieb wegen eines Defektes aus (z. B. Kolbenfresser, Zündungsausfall, Störung in der Treibstoffzufuhr), ist keine Redundanz vorhanden und eine Aussenlandung mit all Ihren Risiken wird unvermeidlich, die in schwierigem Gelände zum Totalverlust des Flugzeug und zu schwersten Verletzungen des Piloten führen können..

Angesichts der oben beschriebenen Nachteile beim Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile durch die Gestaltung eines neuartigen Konzepts für den Antrieb von Segelflugzeugen und Motorseglern mit erheblich einfacherer Bedienung und grösserer Zuverlässigkeit zu vermeiden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Strahltriebwerk derart auf einer Trägervorrichtung angeordnet ist, dass es vertikal mit nur einer Handbewegung über einem Handgriff ohne Fremdenergie aus dem Rumpf des Segelflugzeugs oder Motorseglers ein- und ausgefahren werden kann und dabei gleichzeitig der Startvorgang mit Zündung des Strahltriebwerks ausgelöst wird. Strahltriebwerke haben wegen ihrer grundsätzlich anderen Konstruktion einen wesentlich höheren Zuverlässigkeitsgrad als Kolbenmotoren und eine handbetätigte Aus – und Einfahrvorrichtung schliesst alte Fehler solcher mit Fremdenergie betätigten Vorrichtungen aus..

Die Vorteile dieses neuartigen Antriebskonzepts werden nachstehend beschrieben:
Durch das geringe Eigengewicht des eingesetzten Kleinstrahltriebwerks und die besondere Gestaltung der Ausfahrkinematik treten am Handhebel nur geringe Bewegungskräfte auf. Der Antrieb kann daher von Hand ein- und ausgefahren werden. Hierzu wird ein um einen Zentrumspunkt geführter Handhebel, der über zwei Bowdenzüge mit dem Bewegungsmechanismus verbunden ist, vom Piloten durch eine Schiebe- bzw. Zugbewegung in die gewünschte Position bewegt.

Zum Ein – und Ausfahren wird kein Strom verbraucht. Dadurch entfällt ein schwerer Accumulator, der sonst zum Betreiben der Ausfahrmechanik und zum Start eines Kolbenmotors notwendig ist.

Durch die geringe Verschiebung des Kleinstrahltrebwerks in Flugrichtung entstehen keine Lastigkeitsänderungen am Segelflugzeug wie bei herkömmlichen Klapptriebwerken. Die Anordnung des Kleinstrahltriebwerks geringfügig über der Rumpfmittelachse dicht am Rumpf erlaubt neutrale Flugeigenschaften und erzeugt im Stillstand nur geringen Luftwiderstand. Dieser sinkt bei laufendem Triebwerk auf fast null.

Der Lärm im Cockpit beträgt nur einen Bruchteil gegenüber dem von Kolbenmotoren

Die Kleinstrahltriebwerke erzeugen keine Vibrationen wie Kolbenmotoren mit einem oder zwei Zylindern.

Die aufwändige Einrichtung zur Fixierung des Propellers in vertikaler Stellung entfällt.

Das Kleinstrahltriebwerk ist im Gegensatz zu Kolbenmotoren außerordentlich leicht und wiegt zusammen mit der Ausfahrmechanik nur ca. ein Fünftel eines herkömmlichen Klapptriebwerks. Dies ist vor allem bei Segelflugwettbewerben ein enormer Vorteil, da ein höheres Gewicht auch ein höheres Eigensinken des Segelflugzeuges bedingt und bei schwacher Thermik entweder zu einer Aussenlandung oder zum Starten des Triebwerkes führt. Beides bringt Wettbewerbsnachteile mit sich.

Der Luftwiderstand des Kleinstrahltriebwerks beträgt in ausgefahrenem Zustand nur einen Bruchteil eines herkömmlichen Klapptriebwerks.

Das Kleinstrahltriebwerk findet wegen seiner geringen Abmessungen in einem verhältnismässig kleinen Schacht im Rumpf des Segelflugzeuges Platz. Dadurch sind im Rumpf viel kleinere Aussparungen und kleinere Abdeckklappen zum Aus – und Einfahren des Kleinstrahltriebwerks erforderlich. Die notwendigen Rumpfverstärkungen werden weit weniger aufwändig und wesentlich leichter. Das Kleinstrahltriebwerk liegt praktisch an der Rumpfoberseite an. Damit entstehen nur relativ geringe Verwirbelungen.

Der Ein- oder Ausbau des Kleinstrahltriebwerks aus dem oder in den Flugzeugrumpf zu Wartungs- oder Reparaturzwecken gestaltet sich denkbar einfach und ist in weniger als fünf Minuten bewältigt. Bei herkömmlichen Klapptriebwerken sind hier jeweils mehrere Stunden erforderlich. Das Kleinstrahltriebwerk ist wegen seines geringen Gewichts ungleich leichter zu handhaben. Das Wartungsintervall ist bei beiden Systemen gleich, jedoch sind die Kosten geringer. Es werden also enorme Wartungskosten eingespart.

Im Folgenden wird die Funktionsweise des Antriebs für Segelflugzeuge und Motorsegler beschrieben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Flugzeugrumpf (10) in einem abgeschlossenen Schacht (15) ein Kleinstrahltriebwerk (1) auf einem schwenkbaren Träger (2) angeordnet ist. Soll in die Kraftflugkonfiguration übergegangen werden, dient zum Bewegung des Trägers (2) und damit zum Aus -und Einfahren des Kleinstrahltriebwerks (1) um den Drehpunkt (4) eine Betätigungsvorrichtung im Cockpit des Flugzeugs (3). Ein Handhebel (17), der in einem Fixpunkt (21) auf der an der Cockpitwand des Flugzeugs befestigten Grundplatte (24) drehbar gelagert ist, besitzt in seinem Griff (16) einen federbelasteten Rastkeil, der in die Aussparung (20) einer Kulisse (19) eingreift und durch den Entriegelungsknopf (18) per Fingerdruck aus den jeweiligen Endlagen gelöst werden kann. Auf dem Handhebel (17) sind im gleichen Abstand zum Fixpunkt (21) zwei Zugnippel (22) drehbar angeordnet, in denen je ein Seil eines Bowdenzuges (23) formschlüssig befestigt ist. Die Bowdenzüge (23) stützen sich in je zwei Zughülsen (25) ab, die längsverstellbar in jeweils einem drehbar angeordneten Zughalter (26) eingeschraubt sind. Die beiden wechselseitig belasteten Bowdenzüge (23) beaufschlagen im Triebwerksschacht (15) den Drehhebel (9) der Ausfahrvorrichtung.
Im Triebwerksschacht (15) des Flugzeugs ist die Ausfahrvorrichtung (1) angeordnet. Ein Grundrahmen (3) ist fest mit dem Flugzeugrumpf (10) durch mehrere Schrauben ((5) verbunden und dient zur Aufnahme sämtlicher verwendeter Komponenten, die sich einseitig auf dem Grundrahmen (3) befinden. Ein im Drehpunkt (8) gelagerter Drehhebel (9) wirkt über eine Druckstange (10) auf die beiden Kniegelenkhebel (12 und 13) so, dass damit der Träger (2) bewegt werden kann. Wenn die Achsen der beiden Kniegelenkhebel (12 und 13) in einer geraden Linie zueinander stehen, entsteht eine Sperre, die den Träger (2) in der ausgefahrenen Stellung blockiert (2). Die beiden federbelasteten Abdeckklappen (27) des Triebwerksschachts (15) werden vom Kleinstrahltriebwerk (1) aufgedrückt.
Wird nun zum Ausfahren des Kleinstrahltriebwerks (1) der Handhebel (17) im Cockpit von der links gezeichneten Endlage (Kleinstrahltriebwerk eingefahren) im Uhrzeigersinn in die rechte Endlage (Kleinstrahltriebwerk ausgefahren) bewegt, wobei der Entriegelungsknopf (18) mit einem Finger gedrückt wird, um den Rastkeil ausser Eingriff zu bringen, wird durch den gezogenen Bowdenzug (24) der Drehhebel (9) in 1 gegen den Uhrzeigersinn um den Drehpunkt (8) bewegt. Hierbei schiebt die Zugstange (10) die beiden Kniegelenkhebel (12 und 13) soweit in Richtung Träger (2), bis dieser in einer horizontalen Lage angekommen ist. In dieser Situation bilden die Achsen der beiden Kniegelenkhebel (12 und 13) eine gerade Linie (2). Der Drehhebel (9) hat nun den Endchalter (31) betätigt, der den Anlassvorgang des Kleinstrahltriebwerks (1) über die Steuerungselektronik auslöst und das Ereichen der Endlage signalisiert. Gleichzeitig fährt der Drehhebel (9) gegen die Fläche des Haftmagnets (33), der vom Endschalter (31) aktiviert wurde und der solange aktiv bleibt, bis die Temperatur am Strahlrohr des Kleinstrahltriebwerks (1) unter 85°C gesunken ist. Erst dann kann das Kleinstrahltriebwerk (1) wieder eingefahren werden. Der zweite Bowdenzug (24 oben) wird von der passiven Seite des Drehhebels (9) zurückgezogen.
Der Träger (2) ist mit dem Grundrahmen drehbar mit dem Drehpunkt (4) gelenkig verbunden. Gegen einen Fixpunkt des Grundrahmens (6) ist der Träger (2) über eine Gasfeder (7) abgestützt. Die Kraft und die Konfiguration der Lage der Gasfeder (7) sind so ausgelegt, dass bei fortschreitender Bewegung des Trägers (2) gegen den Uhrzeigersinn deren Kraftkomponente abnimmt, während durch die zunehmende Kniehebelwirkung der beiden Kniegelenkhebel (12 und 13) die durch den Drehhebel (9) eingeleitete Kraft in Richtung auf den Träger (2) zunimmt.
Um wieder in die Segelflugkonfiguration zu gelangen, wird lediglich über einen Schalter die Kraftstoffzufuhr zum Kleinstrahltriebwerk (1) unterbrochen, der Handhebel (16) nach Entriegelung nach hinten gezogen und in der hinteren Kulissenaussparung der Kulisse (19) verriegelt. Der oben beschriebene Vorgang läuft dabei in umgekehrter Reihenfolge ab und der Träger (2) legt sich auf einem Gummipolster (34) ab. Dabei verriegelt sich der Handhebel (16) automatisch und fixiert das Kleinstrahltriebwerk (1) in der eingefahrenen Endlage.
Der Aufbau der Ein – und Ausfahrvorrichtung mit einem Kleinstrahltriebwerk zum Antrieb von Segelflugzeugen und Motorseglern wird erfindungsgemäss anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben:
1: Längsschnitt durch den Rumpf eines Segelflugzeugs mit eingefahrenem Kleinstrahltriebwerk
2: Längsschnitt durch den Rumpf eines Segelflugzeugs mit ausgefahrenem Kleinstrahltriebwerk
3: Seitenansicht der Handbetätigung im Cockpit eines Segelflugzeugs

Claims

Antrieb für Segelflugzeuge und Motorsegler mit mindestens einem nach oben aus dem Rumpf ausfahrbaren Strahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahltriebwerk über einen um einen zentralen Punkt angeordneten Träger in einem nur geringen Winkel per Handhebel mit einer einzigen Handbewegung bei geringem Kraftaufwand aus dem Rumpf ausgefahren und eingefahren werden kann.
Antrieb für Segelflugzeuge und Motorsegler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schwenkbar angeordnete Strahltriebwerk zusammen mit den Schachtabdeckklappen mittels nur eines Handhebels im Cockpit über ein Kniehebelsystem betätigt werden.
Antrieb für Segelflugzeuge und Motorsegler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Handkraft am Handhebel durch die besondere Ausgestaltung des Kniehebelsystems im Zusammenwirken mit einer Gasfeder über den gesamten Betätigungsweg annähernd konstant bleibt.
Antrieb für Segelflugzeuge und Motorsegler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das schwenkbare Strahltriebwerk zusammen mit den Schachtabdeckklappen über das Kniehebelsystem so fixiert sind, dass eine durch den Rückstoss des Strahltriebwerkes oder dessen Gewicht verursachte Positionsänderung ausgeschlossen ist.
Antrieb für Segelflugzeuge und Motorsegler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang von der Segelflugkonfiguration in die Kraftflugkonfigurafion zum Öffnen der Schachtabdeckklappen, zum Ausfahren und zum in Betrieb setzen des Strahltriebwerks insgesamt nur ein Handgriff bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl des Strahltriebwerks erforderlich ist.
Antrieb für Segelflugzeuge und Motorsegler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Aus- und – Einfahrvorrichtung vom Cockpit aus über flexible Bowdenzüge erfolgt.