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Die
Erfindung betrifft einen Hilfsantrieb für Segelflugzeuge.
Die Erfindung betrifft weiter ein Segelflugzeug mit einem Hilfsantrieb.
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Als
Segelflugzeuge werden allgemein Luftfahrzeuge für ein motorloses
Fliegen bezeichnet. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, ein
Segelflugzeug mit einem Hilfsantrieb auszurüsten. Je nach Auslegung
des Hilfsantriebs dient dieser lediglich als sogenannte Heimkehrhilfe,
d. h. wird nur eingesetzt, um Gebiete ohne Thermik durchfliegen
zu können, oder ermöglicht auch einen Eigenstart.
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Ein
Segelflugzeug mit einem Hilfsmotor ist beispielsweise aus
EP 0 736 452 A1 bekannt,
wobei als Hilfsmotor ein Elektromotor eingesetzt wird und zur Energieversorgung
des Elektromotors eine Batterieeinrichtung vorgesehen ist, welche
in den Tragflächen des Segelflugzeugs angeordnet ist.
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Aus
der
DE 94 01 658 ist
ein Hilfstriebwerk für Segelflugzeuge mit einem Rotations-Turbo-Diesel bekannt,
welcher über eine Antriebswelle einen von einem Mantel
umgebenen Propeller antreibt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hilfsantrieb für
Segelflugzeuge zu schaffen, welcher im Bedarfsfall sicher und schnell
gestartet werden kann, ein geringes Gewicht aufweist und kleinbauend
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen Hilfsantrieb für
Segelflugzeuge mit einem Elektromotor und einem durch den Elektromotor
antreibbaren Propeller, wobei der Propeller von einem Mantelring umgeben
ist.
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Ein
derartiger ummantelter Propeller wird auch als Mantelpropeller oder
Impeller bezeichnet. Durch den Mantelring werden Schubverluste aufgrund
von Verwirbelungen an den freien Enden des Propellers reduziert.
Dadurch kann ein Hilfsantrieb mit einer kompakten Bauform geschaffen
werden, welcher nahe am Rumpf des Segelflugzeugs anbringbar ist.
Durch den rumpfnahen Hilfsantrieb wird bei einer geeigneten Anordnung
am Segelflugzeug der Gleitwinkel des Segelflugzeugs nur minimal
verschlechtert. Eine Struktur des Segelflugzeugs wird aufgrund der
kleinbauenden Gestaltungsmöglichkeiten durch den Einbau
des Hilfsantriebs nur minimal geschwächt. Weiter ist durch
die Ummantelung die Gefahr von Verletzungen verringert und damit
die Sicherheit gegenüber einem freilaufenden Propeller
erhöht. Zudem kommt es dank der Ummantelung auch bei hohen
Drehgeschwindigkeiten des Propellers nur zu einer vergleichsweise
geringen Geräuschabstrahlung. Der Elektromotor kann sicher
und schnell im Flug ohne Windmühleneffekt und ohne Anstürzen des
Segelflugzeugs gestartet werden. Eine Nachrüstung von Segelflugzeugen
mit einem derartigen Hilfsantrieb ist auf einfache Weise möglich,
wobei der Hilfsantrieb beispielsweise an einem Rumpf des Segelflugzeugs
angebracht wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor als hochdrehender
Elektromotor ausgestaltet. Als hochdrehender Elektromotor wird im
Zusammenhang mit der Erfindung ein Elektromotor bezeichnet, dessen
Abtriebswelle sich mit mindestens 6.000 1/min, beispielsweise mit
ca. 20.000 1/min dreht. Bei Einsatz eines derartigen Elektromotors
ist es möglich, den Elektromotor übersetzungsfrei
mit der Antriebswelle des Propellers zu koppeln. Dementsprechend
ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Elektromotor
direkt, d. h. ohne Zwischengetriebe, mit der Antriebswelle des Propellers gekoppelt
ist. Dabei ist eine weitere Gewichtseinsparung durch Verzicht auf
ein Getriebe oder einen Riementrieb möglich.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
der Hilfsantrieb in einer verstellbar, insbesondere verschwenkbar
mit dem Segelflugzeug koppelbaren Antriebsgondel angeordnet ist.
Aufgrund der geringen Baugröße und dem geringen
Gewicht des Hilfsantriebs ist bei Bedarf ein schnelles Bewegen der
Antriebsgondel in eine Gebrauchsposition möglich. Die Antriebsgondel
ist beispielsweise am Rumpf des Flugzeugs angebracht und bedarfsweise
zum Betreiben in eine von dem Rumpf abragenden Gebrauchsstellung
verstellbar. Aufgrund der Ummantelung ist eine rumpfnahe Anordnung
der Drehachse des Mantelpropellers und des Massenmittelpunktes des
Motors von vorzugsweise kleiner 300 mm in der Gebrauchsstellung
möglich. Dank der rumpfnahen Anordnung und des geringen
Gewichts wirken dabei nur geringe Kippmomente auf den Rumpf ein.
Es ist daher im Vergleich zu Ausführungsformen mit freiliegendem
Propeller ein geringeres Abstützmoment für den
Hilfsantrieb erforderlich. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen,
dass die Antriebsgondel bei Nichtgebrauch in den Rumpf des Segelflugzeugs
einfahrbar ist.
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Die
Reichweite eines Segelflugzeugs bei Nutzung des Hilfsantriebs ist
unter anderem abhängig von einem verwendeten Akkumulator
(Akku). Entsprechend kann ein geeigneter Akku anhand bestimmter
Anforderungen an die Reichweite gewählt werden. In einer
weiteren Ausgestaltung umfasst eine Batterieeinrichtung für
den Hilfsantrieb einen Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator. Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren
sind auch unter dem Namen Lithium-Nanophosphat-Akku oder Lithium-Nanophosphat-Zellen
bekannt. Derartige Akkumulatoren zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte
aus und können hohe Entladeströme liefern.
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Die
Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Segelflugzeug mit
einem erfindungsgemäßen Hilfsantrieb. Der Hilfsantrieb
dient dabei vorzugsweise als Heimkehrhilfe.
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Der
Hilfsantrieb ist in vorteilhaften Ausgestaltungen an einem Rumpf
des Segelflugzeugs angeordnet. Dabei ist in einer Ausführungsform
vorgesehen, dass der Hilfsantrieb in einer Antriebsgondel gelagert
ist und mittels der Antriebsgondel verstellbar mit dem Segelflugzeug
gekoppelt ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Hilfsantrieb zwischen einer
im Rumpf eingefahrenen Verstauposition und einer außerhalb
des Rumpfs gelegenen Betriebsposition verstellbar, insbesondere verschwenkbar.
Aufgrund der kompakten Bauform des Hilfsantriebs und der damit einhergehenden
geringen Größe ist durch Vorsehen eines Stauraums
für den Hilfsantrieb eine Struktur des Rumpfes nicht oder nur
geringfügig geschwächt.
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Eine
Batterieeinrichtung für den Hilfsantrieb ist vorzugsweise
im Rumpf angeordnet. Die Batterieeinrichtung ist dabei in bevorzugten
Ausführungsformen ortsfest im Rumpf angeordnet und wird
nicht mit der Antriebsgondel verstellt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels,
das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Für gleiche
oder ähnliche Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche
Bezugszeichen verwendet.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Hilfsantriebs und
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2:
eine schematische Seitenansicht eines Segelflugzeuges mit einem
erfindungsgemäßen Hilfsantrieb.
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1 zeigt
schematisch einen erfindungsgemäßen Hilfsantrieb 1 für
ein in 1 nicht dargestelltes Segelflugzeug mit einem
Elektromotor 2 und einem durch den Elektromotor 2 antreibbaren
Propeller 3. Erfindungsgemäß ist der
Propeller 3 von einem Mantelring 4 umgeben. In
anderen Worten wird durch den Propeller 3 und den Mantelring 4 ein
sogenannter Mantelpropeller oder Impeller geschaffen. Der Mantelring 4 ist
vorzugsweise profiliert, wobei die dargestellte Profilierung lediglich
beispielhaft ist.
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Durch
Drehung des Propellers 3 wird ein Schub zum Antrieb des
Segelflugzeugs erzeugt. Durch den Mantelring 4 wird eine
Umströmung des Propellers 3 verändert,
wobei im Unterschied zu einem freilaufenden Propeller die schematisch
durch Pfeile dargestellte Luftströmung L nicht eingeschnürt wird.
An einer Eintrittsöffnung 40 des Mantelrings 4 entstehen
Zonen mit verringertem Druck, welche zu dem Schub beitragen, so
dass der Schub im Vergleich zu einem freilaufenden Propeller erhöht
wird. Aufgrund des erhöhten Schubs ist es möglich,
einen Durchmesser D des Propellers 3 bei gleichbleibender Leistung
im Vergleich zu Ausgestaltungen ohne Mantelring zu verringern.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 2 als
hochdrehender Elektromotor ausgebildet, dessen Abtriebswelle direkt
mit einer Antriebswelle 5 des Propellers 3 gekoppelt
ist. Dadurch ist es möglich, auf ein Getriebe zu verzichten und
so ein Gewicht des Hilfsantriebs 1 weiter zu reduzieren.
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2 zeigt
schematisch ein Segelflugzeug 6 mit einem erfindungsgemäßen
Hilfsantrieb 1. Der Hilfsantrieb 1 ist an einer
Antriebsgondel 7 angeordnet und mittels der Antriebsgondel 7 verschwenkbar mit
einem Rumpf 60 des Segelflugzeugs 6 verbunden.
Die Antriebsgondel 7 ist dabei um eine Achse 70 zwischen
einer nach oben abragenden Betriebsposition I und einer Verstauposition
II verschwenkbar. In der Verstauposition II ist die Antriebsgondel 7 vorzugsweise
innerhalb des Rumpfes 60 angeordnet.
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Die
Antriebsgondel 7 ist derart ausgelegt, dass der Hilfsantrieb 1 in
der Betriebsposition I möglichst rumpfnah angeordnet ist.
Dadurch wird durch ein Bewegen des Hilfsantriebs 1 aus
der Verstauposition II in die Betriebsposition I ein Gleitwinkel
des Segelflugzeugs 1 nur unwesentlich beeinträchtigt.
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Die
Sicherheit des Segelflugzeugs 6 wird weiter erhöht,
da aufgrund der geringen Baugröße und dem geringen
Gewicht des Hilfsantriebs 1 ein schnelles Ausfahren der
Antriebsgondel 7 möglich ist.
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Für
den Hilfsantrieb 1 ist weiter eine in den Figuren nicht
dargestellte Batterieeinrichtung vorgesehen. Die Batterieeinrichtung
kann ebenfalls in der Antriebsgondel 7 angeordnet sein.
Vorzugsweise ist die Batterieeinrichtung jedoch im Rumpf 60 angeordnet
und wird nicht mit der Antriebsgondel 7 verschwenkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0736452
A1 [0003]
- - DE 9401658 [0004]
