DE102012003488B4

DE102012003488B4 - Verwandlungshubschrauber für höhere Fluggeschwindigkeiten

Info

Publication number: DE102012003488B4
Application number: DE201210003488
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: DE102012003488A1

Abstract

Verwandlungshubschrauber (20, 41) für höhere Fluggeschwindigkeiten mit wenigstens einer Tragfläche (21) und zusätzlichen Antrieb (22) für den Vorwärtsflug, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckung vorgesehen ist, die den Rotor im rücklaufenden Bereich abdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verwandlungshubschrauber für höhere Fluggeschwindigkeiten nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Die Höchstgeschwindigkeit von Drehflüglern ist vor allem aus den folgenden beiden Gründen begrenzt:
Durch Überlagerung der Drehgeschwindigkeit der Rotorblätter und der Fluggeschwindigkeit des Drehflügelflugzeugs im Vorwärtsflug ergeben sich am vorlaufenden Rotorblatt sehr hohe resultierende Anströmgeschwindigkeiten, die ungünstige Machzahleinflüsse mit sich bringen. Es entstehen starke Widerstandserhöhungen sowie infolge Wanderns des Angriffspunkts der örtlichen Luftkräfte große Blatttorsionsmomente und eine hohe Geräuschentwicklung. Am rücklaufenden Rotorblatt dagegen subtrahieren sich Drehgeschwindigkeit und Flugzeuggeschwindigkeit. Mit wachsender Fluggeschwindigkeit entstehen dadurch sich vergrößernde Rückanström- und damit verbundene Abreißgebiete, d. h. die Strömung folgt nicht mehr der Profilkontur, sondern ist verwirbelt und führt somit zu einem Zusammenbruch der resultierenden Luftkräfte. Damit sind eine starke Verminderung des Auftriebs in diesem Bereich und eine Erhöhung des Widerstands verbunden. Die Rückanströmung bedingt extreme Druckpunktwanderungen und als Folge davon hohe Blatttorsionsmomente. Diese Verhältnisse sind in 1 für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche dargestellt. So zeigt 1a den Fall des Schwebeflugs. D. h. die Vorwärtsgeschwindigkeit v ist gleich Null bzw. der Fortschrittsgrad λ ist gleich 0 (= Fluggeschwindigkeit/Blattspitzengeschwindigkeit). Die Anströmverhältnisse am vorlaufenden Rotorblatt (ψ = 90°) gleichen denen am rücklaufenden (ψ = 270°). 1b betrifft den konventionellen Vorwärtsflug. Die Fluggeschwindigkeit ist gleich der halben Blattspitzengeschwindigkeit U. Der Fortschrittsgrad ist damit gemäß der oben angeführten Definition λ = 0,5. In diesem Fall sind die resultierenden Geschwindigkeiten am vorlaufenden und rücklaufenden Rotorblatt prinzipiell verschieden. Am rücklaufenden Rotorblatt treten bereits bei dieser Fluggeschwindigkeit Rückanströmgebiete auf, die durch einen schraffierten Kreis dargestellt sind. Bei weiterer Steigerung der Fluggeschwindigkeit erhöht sich die Unsymmetrie der Strömungsverhältnisse am vorlaufenden und rücklaufenden Rotorblatt immer mehr. Wenn die Fluggeschwindigkeit gleich der Umfangsgeschwindigkeit wird, tritt an der Spitze des rücklaufenden Rotorblattes die resultierenden Geschwindigkeit 0 auf (1c). Die Verhältnisse bei extremen Schnellflug und der mit ihm verbundenen vollständigen Rückanströmung des rücklaufenden Rotorblattes zeigt 1d.
Um dennoch die Fluggeschwindigkeit eines Drehflüglers steigern zu können, ist die Einführung von Kombinationsflugschraubern vorgeschlagen worden. Zusätzliche Tragflächen übernehmen im Schnellflug die Auftriebs- und insbesondere die Schuberzeuger die Vortriebsfunktion. Unter diesen Umständen ist die Realisierung gesteigerter Fluggeschwindigkeiten denkbar.
Der nächste Schritt zur Steigerung der Fluggeschwindigkeit von Drehflügelflugzeugen ist die Realisierung von Verwandlungsflugschraubern. Die Steigerung der Fluggeschwindigkeit erfolgt durch eine Zusatztragfläche und besondere Schuberzeuger, z. B. Propeller. Damit sollen die asymmetrischen Flugzustände relativiert werden. Auch Eingriffe in Drehzahl und Steuerung des Rotors sind in vielen Fallen notwendig. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verwandlungshubschrauber anzugeben, bei dem die oben genannten Probleme ohne Eingriffe in die Drehzahl und Steuerung des Rotors gelöst werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Verwandlungshubschrauber mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Neutralisieren heißt vorliegend, dass die oben beschriebenen Effekte am Rotor im rücklaufenden Bereich vermieden werden, d. h. keine oder nur geringe Widerstandserhöhung und keine oder nur geringe Geräuscherhöhung auftreten.
Höhere Geschwindigkeiten bedeutet vorliegend vor allem Geschwindigkeiten, die mit den herkömmlichen Hubschraubern nicht erreicht werden.
Eine zusätzliche Tragfläche realisiert den Gleichgewichtszustand im Schnellflug. Diese Tragfläche kann auch als Keiltragfläche links in Flugrichtung bei Normaldrehsinn des Rotors ausgeführt werden. Die Tragflächen sollen insbesondere fest sein, um den oben genannten Zweck zu erfüllen.
Die Abdeckung muss aus einem solchen Material gefertigt sein, das die nötige Steifigkeit aufweist, so dass die Durchführung des Rotors ungehindert in der Abdeckung erfolgen kann.
Bei dem zusätzlichem Antrieb für den Vorwärtsflug handelt es sich beispielsweise um eine oder mehrere Turbinen oder Propeller.
Die oben genannte Abdeckung wird durch mechanische, hydraulische und/oder elektrische Mittel in einer Transitionsphase konfiguriert. Der Schwebeflug des Gerätes bleibt unbeeinflusst. Die Transitionsphase ist der Übergang vom Hubschrauberflug in den Flugzeugflug.
Die Erfindung bedingt den Einsatz eines gelenklosen Rotors, vorzugsweise mit vier Rotorblättern.
Die Abdeckung erfolgt im Wesentlichen im Bereich 180 bis 360 Grad des Blattumlaufwinkels (rücklaufender Bereich) und besteht aus einem fest installierten Element oberhalb des Rotors und aus einem unterhalb des Rotors. Die fest installierten Elemente enthalten Kalotten, die im Transitionsflug schirmartig ausgefahren und arretiert werden.
Mit dem Eintritt des Rotorblattes in den abgedeckten Bereich verringern sich die Luftkräfte auf Null. Damit werden die negativen Effekte der Rückeinströmung vermieden. Der vorlaufende Rotorbereich mit seiner ungestörten Erzeugung von Luftkräften, die zusätzlichen Tragflächen und die am Fluggerät vorhanden Leitwerke garantieren den Gleichgewichtsszustand des Fluggerätes.
Die Auslegung der Triebwerksleistung muss der erreichbaren Geschwindigkeit Rechnung tragen.
Vorteilhafterweise umschließt die Abdeckung den dem Winde abgewandten Rotorbereich von oben, von unten und von der Seite, so dass eine haubenartige Abdeckung vorliegt. Insbesondere das Umschließen von der Seite ist für den angestrebten Effekt wichtig. Das Umschließen von der Seite bedeutet, dass halbkreisartig der genannte Rotorbereich umschlossen ist. Alternative Ausgestaltungen sind möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
Es zeigen 1a–d die Anströmverhältnisse am Rotor für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche, 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Verwandlungshubschraubers, 3 eine Draufsicht auf den Rotor mit Abdeckung und 4 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Verwandlungshubschraubers von unten.
2 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verwandlungshubschraubers 20. Der Verwandlungshubschrauber 20 weist als erfindungsrelevante Bestandteile die Abdeckung 23, die den Rotor im Schnellflug verdeckt, ein Antriebselement 22 für den Vorwärtsflug und eine Tragfläche 21 auf, um den Verwandlungshubschrauber zu stabilisieren. Der Rotor dreht sich in der Drehrichtung 24. Außer der Abdeckung 23 können das Antriebselement 22 und die Tragfläche 21 auch auf der anderen Seite des Verwandlungshubschraubers zu finden sein. Asymmetrische Lösungen sind denkbar.
3 zeigt eine Draufsicht auf den Rotor mit der erfindungsgemäßen Abdeckung 30. Gezeigt sind drei Rotorelemente 31 und 33, die sich in die Drehrichtung 34 bewegen. Die Abdeckung deckt die Rotorelemente in der Rückwärtsbewegung ab und ermöglicht so die höhere Fluggeschwindigkeit im Horizontalflug. Die Abdeckung 30 kann vorteilhafterweise genau die Hälfte der durch den Rotor bestrichenen Fläche abdecken. Ggfs. kann die Abdeckung 30 auch Unterbrechungen aufweisen.
Bezugszeichenliste

20: Verwandlungshubschrauber
21: Tragfläche
22: Antriebselement
23: Abdeckung
30: Abdeckung
31: Rotorblatt
32: Rotorblatt
33: Rotorblatt
34: Drehrichtung
40: Abdeckung
41: Verwandlungshubschrauber
42: Tragfläche
43: Tragfläche
44: Rotorblatt
45: Rotorblatt
46: Rotorblatt
47: Drehrichtung

Claims

Verwandlungshubschrauber (20, 41) für höhere Fluggeschwindigkeiten mit wenigstens einer Tragfläche (21) und zusätzlichen Antrieb (22) für den Vorwärtsflug, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckung vorgesehen ist, die den Rotor im rücklaufenden Bereich abdeckt.
Verwandlungshubschrauber (20, 41) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Tragfläche (21) nur halbseitig unter dem rücklaufenden Rotorbereich angeordnet ist.
Verwandlungshubschrauber (20, 41) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verwandlungshubschrauber (20, 41) derart konfiguriert ist, dass in einer Transitionsphase die Abdeckung realisiert wird, sodass der Schwebeflug unbeeinflusst durchgeführt wird.
Verwandlungshubschrauber (20, 41) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Realisierung der Abdeckung durch mechanische, hydraulische und/oder elektrische Mittel erfolgt.
Verwandlungshubschrauber (20, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (23) den rücklaufenden Rotorbereich oben und unten sowie von der Seite umschließt.
Verwandlungshubschrauber (20, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rücklaufende Rotorbereich halbkreisig umschlossen ist.