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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für das Bewegen eines Luftfahrzeuges, insbesondere eines Flugzeuges, am Boden, wobei das Luftfahrzeug zumindest ein Fahrwerk aufweist.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Bewegung eines Flugzeuges am Boden mittels eines Schleppfahrzeuges zu bewirken. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass eigens ein Fahrer bereitgestellt werden muss. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Zugstange am Flugzeug eingehängt werden muss, was die Möglichkeit von Fehlern mit sich bringt.
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Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik bekannt, das Flugzeug am Boden mittels des Triebwerkschubes zu bewegen. Diese Lösung bringt den Nachteil mit sich, dass das Flugzeugtriebwerk für einen solchen Betriebspunkt vergleichsweise ineffizient ist, was einen hohen Spritverbrauch zur Folge hat. Abgesehen davon ist eine Rückwärtsbewegung des Flugzeuges dabei nicht möglich.
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Denkbar ist es weiterhin, die Bewegung des Flugzeuges am Boden mittels eines Radnabenantriebes zu realisieren. Bei der Bewegung eines Flugzeuges durch einen Radnabenantrieb am Bugfahrwerk am Boden ist die Antriebsfähigkeit bei Flächenflugzeugen aufgrund der niedrigen Vertikallast des Bugfahrwerkes limitiert. Weiterhin ist es problematisch, den Radantrieb in das Bugfahrwerk als Primärstruktur zu integrieren. Ein weiterer Nachteil besteht in den vergleichsweise langen Energieversorgungsleitungen für den Radnabenantrieb.
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Wird der Radantrieb am Hauptfahrwerkt angeordnet, bestehen Nachteile in der komplexen Integration des Antriebes auf das Fahrwerk (Bauraumkollisionen), trennbare Kopplungen vom Motor zum Rad, thermische Beanspruchung durch die Bremse sowie in einem höheren Gewicht beim Einfahren des Fahrwerkes. Auch bei einer Integration des Antriebes in die Fahrwerkprimärstruktur besteht der Nachteil von vergleichsweise langen Energieversorgungsleitungen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, dass dieses vergleichsweise einfach aufgebaut ist und nicht die Anwesenheit zusätzlichen Personals erfordert.
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Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass das Antriebssystem wenigstens eine an dem Luftfahrzeug angeordnete Tragstruktur und wenigstens ein an der Tragstruktur angeordnetes Rad aufweist, wobei die Tragstruktur und das Rad nicht an dem Fahrwerk des Luftfahrzeuges befestigt sind und wobei das Antriebssystem des Weiteren wenigstens eine Antriebseinheit zum Antriebs des genannten Rades aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit der Gedanke zu Grunde, ein eigenständiges Rad bzw. ein eigenständiges Antriebssystem zu Verfügung zu stellen, das zur Bewegung (vorwärts und/oder rückwärts) des Luftfahrzeuges am Boden dient und das nicht am Fahrwerk des Flugzeuges befestigt ist.
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Denkbar ist es, dass die Tragstruktur feststehend ist. In diesem Fall kann das angetriebene Rad nicht ein oder ausgefahren werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht jedoch darin, dass die Tragstruktur und damit auch das an dieser angeordnete Rad bewegbar und zwar vorzugsweise ein- und ausschwenkbar oder ein- und ausfahrbar ist.
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Vorzugsweise ist die ein- und ausschwenkbare Tragstruktur direkt am Rumpf des Luftfahrzeuges befestigt.
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Bei dem Luftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Flugzeug.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tragstruktur so angeordnet ist, dass diese mit dem Rad in der eingeschwenkten bzw. eingefahrenen Position im Rumpf des Luftfahrzeuges angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist im Flug die Tragstruktur mit dem Rad und vorzugsweise das gesamte Antriebssystem indem Rumpf des Luftfahrzeuges aufgenommen. Dazu kann eine entsprechende Aufnahme vorgesehen sein die so ausgeführt ist, dass kein Teil des Antriebsystems über den Rümpf hinausragt, sodass sich günstige aerodynamische Verhältnisse ergeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Verkleidung oder eine oder mehrere Türen etc. vorgesehen sind, mittels derer die genannte Ausnehmung im Rumpf im Flug geschlossen werden kann, so wie dies auch bei Flugzeugfahrwerken bekannt ist.
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Das erfindungsgemäße Antriebssystem kann genau ein angetriebenes Rad oder auch mehrere angetriebene Räder aufweisen. Die Anzahl der angetriebenen Räder sowie die Leistung des Radantriebs bzw. der Antriebseinheit orientieren sich nach der Größe bzw. Masse des zu bewegenden Luftfahrzeuges.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine an der Tragstruktur angeordnete Rad im ausgefahrenen bzw. ausgeschwenkten Zustand mit wenigstens einem Rad des ausgeschwenkten bzw. ausgefahrenen Fahrwerks des Luftfahrzeuges fluchtet. Dies hat den Vorteil, dass die Räder des erfindungsgemäßen Antriebsystems und die Räder des Fahrwerkes und insbesondere des Hauptfahrwerkes in einer Linie liegen, sodass alle Räder beim Kurvenrollen denselben Polpunkt haben.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Rad des Antriebsystems in seitlicher Richtung mittig unter dem Luftfahrzeug bzw. dessen Rumpf und/oder zwischen den Hauptfahrwerken des Luftfahrzeuges angeordnet.
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Das Ein- und Ausschwenken der Tragstruktur mit dem darin angeordneten Rad kann direkt über eine Schwenkachse oder auch über eine Hebelkinematik realisiert werden, die auch eine größere Schwenk- oder Translationsbewegung ermöglicht, sofern dies erforderlich ist.
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Des Weiteren kann wenigstens ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen sein, der so ausgerichtet ist, dass dieser das Antriebssystem in der eingeschränkten bzw. eingefahrenen Position und/oder in der ausgeschwenkten bzw. ausgefahrenen Position arretiert.
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Denkbar ist es, dass in ausgeschwenkter oder ausgefahrener Position das Antriebssystem verriegelt ist und insbesondere die Tragstruktur. Dies kann mittels einer Kniehebelage oder mittels einer Verriegelung im Tragstrukturantrieb erfolgen, der die Tragstruktur ein- oder ausfährt bzw. ein- oder ausschwenkt.
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Es kann wenigstens ein Tragstrukturantrieb zum Betätigen der Tragstruktur mit dem darin bzw. daran angeordneten Rad vorgesehen sein, wobei der Tragstrukturantrieb z. B. als elektromechanischer oder als hydraulischer oder als pneumatischer Antrieb ausgeführt sein kann. Der Antrieb kann ein Rotations- oder ein teleskopisches Funktionskonzept haben, d. h. über eine Rotation oder über das Aus- und Einteleskopieren eines Elementes auf die Tragstruktur einwirken und diese ein- bzw. ausfahren oder ein- bzw. ausschwenken.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Verstellmechanismus vorgesehen, der so ausgebildet ist, dass dieser beim Einfahren oder Einschwenken das Rad so verschwenkt, das dieses in der eingefahrenen oder eingeschwenkten Position horizontal liegt. Gegenüber der ausgefahrenen Position, in der das Rad in einer vertikalen Ebene liegt, erfolgt somit ein Schwenken in eine horizontale Ebene. Dieser Schwenkvorgang kann durch eine Mechanik oder auch durch eine Antriebseinheit bewirkt werden. Die horizontale Aufnahme des Rades im Flugzeugrumpf bringt den Vorteil mit sich, dass die Ausnehmung im Flugzeugrumpf eine entsprechend geringere Tiefe aufweisen muss, als wenn das Rad im stehenden Zustand in der Ausnehmung aufgenommen werden würde.
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Die genannte Verriegelungseinheit fixiert das Antriebssystem bzw. die Tragestruktur oder das Rad vorzugsweise in den beiden Endpositionen „up” und „down”.
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Denkbar ist es, dass diese Positionen oder auch beliebige andere Positionen über einen oder mehrere Sensoren an das Cockpit bzw. an den Piloten oder an ein entsprechendes Computersystem gemeldet werden.
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Die Tragstruktur kann aus Metall bestehen oder aus einem Verbundwerkstoff, wodurch sich eine Leichtbauweise realisieren lässt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rad als pneumatischer Reifen oder ebenfalls in Leichtbauweise mit mechanisch/struktureller Federung ausgeführt ist.
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Grundsätzlich kann die Antriebseinheit genau ein Rad oder mehrere Räder oder eine oder mehrere Radketten aufweisen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit zum Antrieb des Rades an der Tragstruktur oder in dem wenigstens einem Rad angeordnet ist.
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Denkbar ist es weiterhin, dass das Antriebssystem wenigstens einen Mechanismus zum Ausgleichen von Bodenunebenheiten aufweist, wie beispielsweise eine Feder oder dergleichen, die Bodenebenheiten ausgleicht und so sicherstellt, dass das Rad stets Kontakt zum Boden hat.
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Des Weiteren kann das Antriebssystem wenigstens einen Mechanismus zum Verändern der Aufstandslast des wenigstens eines Rades auf dem Boden und/oder wenigstens einen Mechanismus zum Verändern der Vortriebskraft aufweisen.
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Denkbar ist es, das die Antriebseinheit zum Antrieb des Rades so ausgebildet sich, dass das Rad vorwärts und/oder rückwärts bewegt werden kann. Auch können eine oder mehrere Bremsen vorhanden sein, um das Rollen des Flugzeugs bzw. Luftfahrzeugs abzubremsen. Die genannte Regelung bzw. der genannte Mechanismus zum kontrollierten Verändern der Aufstandslast bewirkt, dass die auf das Rad wirkende Last nicht zu groß wird, jedoch auch nicht zu gering wird, so das stets eine hinreichende Reibung zum Untergrund gewährleistet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Luftfahrzeug insbesondere ein Flugzeug mit wenigstens einem Antriebssystem gemäß der Erfindung.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass sich das wenigstens eine Rad in der ausgefahrenen oder ausgeschwenkten Position in seitlicher Richtung des Luftfahrzeuges vorzugsweise mittig unter dem Luftfahrzeugrumpf befindet.
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Das Rad des Antriebssystems befindet sich vorzugsweise zwischen den Hauptfahrwerken bzw. zwischen den Rädern des Hauptfahrwerkes des Flugzeuges bzw. des Luftfahrzeuges.
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Auch ist es denkbar, dass die Tragstruktur mit dem daran angeordneten Rad in der eingefahrenen oder eingeschwenkten Position vollständig in dem Luftfahrzeugrumpf und/oder hinter einer Verkleidung des Luftfahrzeugrumpfes aufgenommen ist.
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Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand eines im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines Flugzeuges gemäß der Erfindung,
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2: eine schematische Ansicht der Fahrwerke sowie der Räder des erfindungsgemäßen Antriebsystems und
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3: eine schematische Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Antriebssystem.
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1 zeigt ein Flugzeug mit einem Hauptfahrwerk, dass sich im Bereich des Schwerpunktes der Maschine befindet und das die Hauptlast des Flugzeuges während des Rollens am Boden trägt. Das Hauptfahrwerk umfasst eine Vielzahl von Hauptfahrwerksrädern 2. Zwischen diesen Rädern 2 befindet sich das erfindungsgemäße Antriebssystem, wobei dieses derart angeordnet ist, dass es in seitlicher Richtung mittig zwischen den beiden Hauptfahrwerken bzw. den Rädern des Hauptfahrwerkes angeordnet ist. Das Antriebssystem gemäß der Erfindung weist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Räder 1 auf.
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Wie Sie dies aus 2 hervorgeht, die die schematische Ansicht der ausgefahrenen Räder 2 des Fahrwerkes sowie der Räder 1 das Antriebssystem zeigt, liegen die Räder 1 des Antriebssystems im ausgefahrenen Zustand auf einer Linie mit den Rädern 2 des Hauptfahrwerkes. Abgesehen davon sind die Räder 1 des erfindungsgemäßen Antriebsystems symmetrisch zur Längsachse des Rumpfes des Luftfahrzeuges angeordnet, wie dies auch für die Bugräder 8 des Bugfahrwerkes gilt.
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3 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Antriebsystems. Das Antriebsystem weist ein oder mehrere angetriebene Räder 1 auf. Die Räder 1 können pneumatische Reifen sein oder auch in Leichtbauweise, selbstfedernd mit oder ohne Gummilauffläche ausgeführt sein.
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Des Weiteren ist eine Antriebseinheit vorgehen, die die Aufgabe hat das Rad 1 anzutreiben, dabei kann die Antriebseinheit so ausgeführt sein, dass das Rad nur vorwärts, nur rückwärts oder in beiden Richtungen bewegt werden kann.
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Des Weiteren kann wenigstens ein Bremssystem vorhanden sein, das beispielsweise auf das Rad 1 einwirkt und auf diese Weise das Flugzeug insgesamt bremst.
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Das Antriebssystem besitzt eine eigene ein- und ausschwenkbare Tragstruktur 3, 3b, die direkt am Flugzeugrumpf 7 fest oder lösbar angeordnet ist.
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Die Tragstruktur kann. aus Metall oder auch in einer Verbundwerkstoff-Leichtbauweise realisiert sein.
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Das Ein- und Ausschwenken erfolgt direkt über die Schwenkachse 5, die ortsfest angeordnet ist oder auch über eine Hebekinematik.
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In der eingefahrenen Position ist die Tragstruktur 3, 3b vollständig in der Ausnehmung A aufgenommen. Zusätzlich kann eine Verkleidung oder eine oder mehrere Türen 6 vorgesehen sein, die diese auf Ausnehmung A im Flug verschließen.
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Beim Einfahren und Ausfahren des Antriebes bzw. der Tragstruktur 3, 3b kann das Rad 1 um eine horizontal verlaufende Achse entlang des Weges 4 verschwenkt werden, sodass es zusammen mit der Tragstruktur im eingefahrenen Zustand, der in 3 strichliert dargestellt ist in dem Schacht A des Flugzeugrumpfes liegt. In ausgefahrener Position ragt die Tragstruktur aus dem Schacht A heraus und das Rad 1 befindet sich fluchtend zu den Hauptfahrwerksrädern 2. Es ist dort dadurch arretiert, dass die Kniehebelage 2a die Tragstruktur 3 verriegelt.
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Der nicht dargestellte Tragstrukturantrieb, der zum Ein- bzw. Ausfahren oder Ein- oder Ausschwenken der Tragstruktur dient, dann elektromechanisch, pneumatisch oder hydraulisch arbeiten. Wie oben ausgeführt, kann er ein Rotations- oder teleskopisches Funktionskonzept haben.
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Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist kein Teil des Fahrwerks des Luftfahrzeuges sondern eine eigenständige Baugruppe. Sie wird beim Starten, im Flug und während der Landung im Rumpf des Luftfahrzeuges eingeklappt, somit ist das Antriebssystem aerodynamisch und geräuschlich optimal untergebracht. Wie oben ausgeführt, können ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, die die Endpositionen der Tragstruktur erfassen und diese einen Systemcomputer oder dem Piloten melden.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen u. a. darin, dass mit dem separat platzierten Antriebsystem eine Systemtrennung zum Fahrwerk gegeben ist. Das Antriebsystem ist separat und beeinflusst die Primärstruktur des Fahrwerks nicht. Die Systeme Antriebssystem und Fahrwerk sind somit entkoppelt und grundsätzlich getrennt. Somit besteht keine mechanische oder thermische Interaktion mit der Bremse generell oder im RTO (Rejected Take-Off).
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Die Längen der Leitungen der APU (Auxiliary Power Unit) seitigen Energieversorgung für das Antriebssystem sind kürzer und leichter, sie haben weniger Bewegungen zu überbrücken. Es wir abgesehen davon kein Bauraum des Fahrwerkes benötigt. Vielmehr kommt der zu Verfügung stehende Bauraum für das Antriebssystem aus dem Rumpf.
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Das Fahrwerk des Luftfahrzeugs wird nicht schwerer, was ansonsten eine Erhöhung für die Leistungsanforderung für die Fahrwerksbetätigung und damit auch einen Gewichtsanstieg des Fahrwerks zur Folge hätte.
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Vorzugsweise hat die Antriebseinheit wenigstens einen Geschwindigkeitsmessgeber. Eine Kupplung im Antrieb ist nicht notwendig, da eine Synchronisation des Antriebs während des Ausschwenkens oder Ausfahrens auf das rollende Flugzeug möglich ist.
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Es gibt keine Anforderungen oder keinen Konflikt bei „blown” oder „deflated” landing gear tyre.
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Die Tragstruktur des Antriebsystems ist vorzugsweise keine Primärstruktur, d. h. keine tragende Struktur, die das Flugzeug trägt. Damit können hier neue Konzepte und Materialien angewendet werden, wie beispielsweise tragende Strukturteile aus CFK.
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Da das Antriebsystem in bevorzugter Ausgestaltung im Flug eingefahren oder eingeschwenkt ist, erübrigt sich eine Auslegung bzw. Zulassung gegen Luftlasten oder Hagel- oder Vogelschlag.
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Auch hat das Antriebsystem vorzugsweise keine Auswirkung auf die Geräuschkulisse, da sich der Antrieb nicht am Fahrwerk und damit bei Start und Landung im Luftstrom befindet sondern vorzugsweise im Landeanflug, im Flug und während des Startens eingeklappt oder eingeschwenkt ist.
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Die Wartung des Fahrwerks des Luftfahrzeuges bleibt durch das erfindungsgemäße Antriebsystem unberührt. Somit ist die Wartung des Antriebsystems separat durchführbar.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Antriebsystem generisch sein kann, d. h. nicht individuell für jedes Flugzeug bzw. Fahrwerk angepasst und neu entwickelt werden muss. Vielmehr kann ein und dasselbe Antriebsystem für eine Mehrzahl von Flugzeug bzw. Luftfahrzeugtypen verwendet werden.
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Die Antriebseinheit zum Antrieb kann an der Tragstruktur oder an den Rädern platziert sein, die Antriebseinheit ist nicht im Fahrwerk integriert.
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Durch die vorliegende Erfindung wird ein Antriebsystem zum Bewegen eines Luftfahrtzeuges und insbesondere eines Flugzeuges am Boden bereitgestellt, die vergleichsweise einfach aufgebaut ist, kein zusätzliches Personal benötigt und insbesondere auch keine Veränderungen bestehender Fahrwerke erfordert.
