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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Flugkörper, insbesondere ein unbemanntes Segelflugzeug.
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Bekanntlich ist bei Segelflugzeugen nachteilig, dass sie üblicherweise über keinen eigenen Antrieb verfügen, so dass sie entweder auf eine Startwinde oder ein Schleppflugzeug angewiesen sind, um in den Segelflugbetrieb zu gelangen. Bei der Entwicklung von Segelflugzeugen wurde daher bereits vorgeschlagen, diese mit einem Hilfsmotor auszustatten.
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So ist aus der
DE 422 455 A ein Flugzeug bekannt, bei dem ein Vorderteil mit Motor und Propeller auswechselbar ist, wobei das Vorderteil mit Motor und Propeller durch einen den Segelflug ermöglichenden Teil ohne Motor und Propeller ersetzt werden kann. Zwar wird durch diese Maßnahme die Verwendungsmöglichkeit des Flugzeuges erweitert, die beschriebene Vorgehensweise ist jedoch sehr umständlich und insbesondere als Starthilfe wenig praktikabel.
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Aus der
DE 29 18 490 A1 ist ein Motorsegler bekannt, bei dem die Nabe des Propellers die Rumpfnase bildet und die Blätter des insbesondere zweiblättrigen Propellers in verschließbare Räume des Flugzeugs einklappbar sind. Die Außenwand des Flugzeugs einschließlich der Nabe des Propellers entspricht bei eingeklappten Propellerblättern der Form eines Segelflugzeugs ohne Motor. Aufgrund der beengten Konstruktion ist hier lediglich die Verwendung eines kleineren Antriebs möglich, so dass der Propellermotor lediglich als Landehilfe verwenden kann, sollten beim Landeanflug Aufwinde fehlen. Eine Verwendung als Starthilfe ist hier nicht vorgesehen, da Propeller an der Rumpfnase aufgrund ihres geringen Durchmessers nur einen geringen Wirkungsgrad aufweisen.
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Die
DE 101 52 447 A1 zeigt ein Klapptriebwerk mit einem nach oben offenen Gehäuse, auf welchem ein an einem Antriebsarm befestigter Propeller sitzt. Das Gehäuse verfügt über zwei gegenüberliegende Seitenwandungen mit jeweils einer gewölbten ersten Kulissenführung. Der Antriebsarm weist eine entlang seiner Längserstreckung verlaufende zweite Kulissenführung auf. In die erste Kulissenführung ist ein am unteren Ende des Antriebsarms feststehend sitzender erster Kulissenstein und in die zweite Kulissenführung ein am Gehäuse festgelegter zweiter Kulissenstein angeordnet.
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Die
DE 10 2004 008 073 A1 zeigt ein Triebwerk, das über seinen gesamten Weg, der zum Ausfahren des Propellers nötig ist, in mindestens einer Kulisse geführt wird.
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Die
DE 10 2010 025 488 A1 zeigt ein Klapptriebwerk für Flugzeuge, bei dem nur ein einziger Kulissenbaustein an dem Motorträger verwendet wird. Dieser einzige Kulissenbaustein bewegt sich in einer einzigen Kulissenführung. Durch Führungselemente bei der Rumpföffnung wird ein kreisförmiger, gleichmäßig breiter Motorträger beim Ein- und Ausfahren durchgeschoben und an seiner Ober- und Unterkante geführt.
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Die derzeitig am häufigsten realisierte Form eines Hilfsantriebs ist beispielsweise in der
DE 195 12 816 C2 beschrieben. Diese Schrift zeigt ein Segelflugzeug mit einem Hilfstriebwerk, das einen Elektromotor, eine Batterieeinrichtung zur Energieversorgung des Elektromotors und einen durch den Elektromotor antreibbaren Propeller aufweist. Der Propeller wird dabei als ein Klapptriebwerk ausgeführt, der in Längsrichtung in dem Flugzeugrumpf hinter den Tragflächen aufgenommen werden kann. Derartige Klapptriebwerke haben sich insbesondere bei kleineren unbemannten Segelflugzeugen bewährt, so dass beispielsweise ein Eigenstart mit einem Modellflieger durchführbar ist.
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Ein Nachteil der letztgenannten Konstruktion besteht darin, dass der Klapppropeller im ausgeklappten Zustand über seinen Klapparm eine Hebelwirkung auf das Fahrwerk des Segelfliegers ausübt. Um einen derartigen Klapppropeller bei größeren Segelfliegern oder Modellfliegern verwenden zu können, muss daher der Klapparm bei steigendem Durchmesser der Rotorblätter ebenfalls länger gewählt werden, so dass der Hebelarm entsprechend anwächst. Daher kann ein Kippmoment auftreten, so dass bei einem Startversuch die Flugzeugnase nach unten gedrückt wird, was einen erfolgreichen Start verunmöglicht. Daher ist die Verwendung einer derartigen Klappanordnung auf kleine Flugkörper begrenzt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für einen Flugkörper zu schaffen, die zum einen die Verwendung leistungstärkerer Antriebe ermöglicht und zum anderen die Gefahr eines Umkippens vollständig oder nahezu vollständig eliminiert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird eine Antriebsvorrichtung für einen Flugkörper, insbesondere ein unbemanntes Segelflugzeug, geschaffen, die einen Klapppropeller mit um eine Propellerachse schwenkbare Propellerblätter und einen den Klapppropeller antreibbaren Antriebskörper umfasst, wobei der Klapppropeller und der Antriebskörper auf einer Rollvorrichtung angeordnet sind, die auf einer Führungseinrichtung beweglich angeordnet ist, so dass die Rollvorrichtung von einer ersten Position, bei der sich der Klapppropeller in einer eingeklappten Stellung befindet, so dass die Propellerblätter in Flugrichtung nach vorne weisen, und bei der die Rollvorrichtung der Antriebskörper sowie die Propellerblätter vollständig in einem Rumpf eingeführt sind, in eine zweite Position verlagerbar ist, bei der sich der Klapppropeller in einem ausgeklappten Zustand befindet, wobei die Propellerachse im zweiten Zustand benachbart zu einer Flugzeugnase und oberhalb einer Spitze der Flugzeugnase am Rumpf des Flugkörpers angeordnet ist.
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Anstelle eines Klapptriebwerks oder eines Nasenantriebs, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird erfindungsgemäß ein Klapppropeller als Antriebsmittel verwendet, der so aus dem Rumpf des Flugkörpers herausführbar ist, dass er oberhalb einer Spitze einer Flugzeugnase angeordnet ist. Der Klapppropeller ruht dabei auf einer Führungseinrichtung, um von dem eingeklappten in den ausgeklappten Zustand bewegt werden zu können. Die Anordnung der Propellerachse oberhalb der Spitze der Flugzeugnase ermöglicht es, die Länge der Rotorblätter größer zu wählen, so dass auch ein Start mit einem höheren Startgewicht aufgrund des besseren Wirkungsgrades möglich ist. Aufgrund der Anordnung benachbart zur Flugzeugnase treten jedoch keine Kippmomente auf, wie sie bei den Klapptriebwerken häufig beobachtet werden. Darüber hinaus ist die Anordnung des Klapppropellers in der Nähe der Flugzeugnase auch aerodynamisch günstiger, da insbesondere bei dem Klapptriebwerk der Klapparm die Effizienz des Propellers stark senkt. Die vorgeschlagene Lösung einer Antriebsvorrichtung vereint somit die aerodynamischen Vorteile des Nasenantriebs, ohne jedoch auf leistungsfähige Antriebseinrichtungen verzichten zu müssen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Rollvorrichtung mit zwei Achsen ausgebildet, wobei die an den Seiten der Achsen angeordneten Räder in einer Laufschiene in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Rollvorrichtung und der axialen Richtung der Achsen spielfrei geführt sind.
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Demnach wird die Rollvorrichtung als zweiachsiger schlittenförmiger Körper ausgeführt, wobei die Räder in einer Laufschiene spielfrei geführt sind. Dadurch wird eine präzise Überführung des Klapppropellers und des Antriebskörpers von einem geschlossenen in einen geöffneten Zustand ermöglicht, wobei in dem ausgeklappten Zustand die Rollvorrichtung die auf den Propeller einwirkenden Kräfte absorbieren kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Laufschiene der Führungseinrichtung eine gekrümmte Lauffläche auf, so dass die Rollvorrichtung entlang einer gekrümmten Bahn von der ersten Position zu der zweiten Position verschiebbar ist.
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Das Vorsehen einer gekrümmten Lauffläche ermöglicht es, im eingeklappten Zustand den Klapppropeller möglichst am Boden des Rumpfs des Flugzeugkörpers anzubringen. Dadurch kann zum einen der Platz im Inneren des Rumpfs des Flugkörpers optimal ausgenutzt werden, da im eingeklappten Zustand der üblicherweise für einen Piloten oder das Modell eines Piloten vorgesehene Bereich frei bleibt, so dass dieser bei Verwendung in einem Segelflugzeug entsprechend Platz findet oder bei Verwendung in einem Modellflugzeug optisch ansprechend platziert werden kann bzw. eine Nachbildung eines Cockpits bereitstellen zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Rollvorrichtung über einen Linearantrieb in der Führungseinrichtung verschiebbar.
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Ein Linearantrieb erlaubt eine einfache Verschiebung der Rollvorrichtung in der Führungseinrichtung, so dass eine Antriebsvorrichtung geschaffen wird, die zuverlässig aber dennoch verhältnismäßig einfach aufgebaut werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Linearantrieb als Gewindestangenantrieb ausgebildet, der eine zwischen den Laufschienen angeordnete Gewindestange aufweist, die in ein an der Rollvorrichtung befestigtes Gegenelement eingreift, das mit der Rollvorrichtung mit einem Kippgelenk verbunden ist.
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Das Zusammenwirken einer Gewindestange mit einem Kippgelenk ermöglicht das Verschieben der Rollvorrichtung auch entlang einer gekrümmten Bahn. Dabei kann sowohl ein Antrieb am Gegenelement als auch an der Gewindestange vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein erster Schalter vorgesehen, der bei Verschieben der Rollvorrichtung das Erreichen der ersten Position detektiert.
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Vorteilhafterweise wird das Erreichen der ersten Position mit einem Schalter nachgewiesen, der durch die Rollvorrichtung oder einem dafür vorgesehenen Teil an der Rollvorrichtung betätigt wird. Demnach wird auf einfache Weise eine Endabschaltung bewirkt, sobald die Rollvorrichtung vollständig in den Flugzeugrumpf hereingeführt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Schalter vorgesehen, der bei Verschieben der Rollvorrichtung ein Erreichen der zweiten Position detektiert.
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Demnach wird auch eine Endabschaltung bei vollständig heraus gefahrenem Klapppropeller erreicht, wobei auch hier wieder die Rollvorrichtung bzw. eine entsprechend angeordnete Schaltfläche den Schalter betätigen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Rollvorrichtung mittels eines Elektromotors verschiebbar.
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Bevorzugt wird die Rollvorrichtung mittels eines Elektromotors angetrieben, wobei in bestimmten Ausführungsformen es auch möglich ist, den Antriebskörper so auszugestalten, dass eine Verschiebung der Rollvorrichtung zwischen der ersten und der zweiten Position möglich ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebskörper ein von einer Batterie oder einer Wasserstoffzelle gespeister Elektromotor.
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Auch für den Antriebskörper wird vorteilhaft ein Elektromotor verwendet, wobei dieser von einer Batterie oder einer Wasserstoffzelle gespeist sein kann. In anderen Ausführungsformen wäre es auch möglich, zusätzlich beispielsweise über Solarzellen elektrische Energie bereit zu stellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine bewegliche Klappe vorgesehen, die bei Erreichen der ersten Position den Rumpf des Flugkörpers verschließt.
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Um im Segelflugbetrieb möglichst gute aerodynamische Eigenschaften zu haben, wird die Rumpföffnung, die für das Herausfahren des Klapppropellers vorgesehen ist, im vollständig eingefahrenen Zustand verschlossen, so dass auf die Flugzeugnase anströmende Luft wenig Störungen ausgesetzt ist.
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Des Weiteren wird ein Modell-Segelflieger mit einer oben beschriebenen Antriebsvorrichtung angegeben.
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Die Antriebsvorrichtung kann in einen Modellflieger eingesetzt werden, was insbesondere die Anwendungsmöglichkeiten für größere Modellsegelflieger erhöht, da diese nun über einen eigenen Startantrieb verfügen.
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Schließlich wird ein Segelflugzeug mit einer oben beschriebenen Antriebsvorrichtung angegeben.
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Es ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, die Antriebsvorrichtung in einem bemannten Segelflugzeug einzusetzen, wobei die Führungseinrichtung hier so beschaffen ist, dass oberhalb des Antriebskörpers genügend Platz für einen Piloten bleibt. Des Weiteren kann die Führungsanordnung auch mit einer Seilankopplung für einen Schleppbetrieb versehen sein, so dass eine Wahlmöglichkeit bezüglich der einzusetzenden Steighilfe besteht.
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Die Verwendung bei einem bemannten Segelflugzeug ist aus vielen Gründen den bekannten Ausklapppropellern überlegen. So tritt die oftmals unerwünschte und die Flugeigenschaften negativ beeinflussende Reduzierung der Gleitzahl beim Ausklappen des Ausklapppropellers bei der erfindungsgemäßen Lösung mehr auf, beziehungsweise ist stark reduziert, wodurch sich die Flugeigenschaften auch bei geringen Flughöhen erhalten lassen. Ebenso ist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kompatibel zu Rettungssystemen, die im bemannten Segelflugzeugbetrieb eingesetzt werden, wobei im Stand der Technik jedoch der Ausklapppropeller zu Problemen führt und das Rettungssystem behindert. Des Weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung das Staurohr zur barometrischen Höhenbestimmung in der Seitenflosse des Leitwerks verbleiben, da keine Verwirbelungen wie bei einem Ausklapppropeller auftreten, die zu Falschanzeigen führen.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch einen Teil eines Flugkörpers mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer ersten Position mit aufgeklapptem Propeller,
- 2 den Flugkörper aus 1 mit eingeklapptem Propeller,
- 3 den Flugkörper aus 1 in einer teilweise gebrochenen Darstellung,
- 4 den Flugkörper aus 2 in teilweise gebrochener Darstellung,
- 5 den Flugkörper aus 1 in teilweise gebrochener Darstellung mit teilweise eingezogenem Propeller,
- 6 den Flugkörper aus 2 in teilweise gebrochener Darstellung mit vollständig eingezogenem Propeller,
- 7 den Flugkörper aus 1 mit einer Antriebsvorrichtung in der zweiten Position,
- 8 den Flugkörper aus 7 mit verschlossener Frontklappe,
- 9 eine Antriebsvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung und
- 10 die Antriebsvorrichtung aus 9 in einer Seitenansicht.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung vorgestellt. Die Antriebsvorrichtung AV umfasst einen auf einer Führungseinrichtung FE angeordneten Klapppropeller KP auf, der um Klappgelenke KG schwenkbare Propellerblätter PB aufweist. Die Klappgelenke KG sind für jedes Propellerblatt PB etwas versetzt zu einer Propellerachse PA angeordnet, um die sich der Klapppropeller KP im aufgeklappten Zustand dreht. Der Klapppropeller KP ist mit einem Antriebskörper AK verbunden, der den Klapppropeller KP antreibt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Antriebskörper AK um einen Elektromotor, der beispielsweise mittels einer Batterie einer Wasserstoffzelle oder dergleichen mit elektrischer Energie versorgt wird.
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Im ausgefahrenen Zustand der Antriebsvorrichtung AV, der in 1 gezeigt ist, ist der Klapppropeller KP so angeordnet, dass seine Propellerachse PA oberhalb einer Spitze SP einer Flugzeugnase FN liegt. Unter dem Begriff „oberhalb“ wird hierbei diejenige Richtung verstanden, die einem Fahrwerk gegenüber liegt. Demnach können im ausgeklappten Zustand die Propellerblätter PB mit einer größeren Länge gewählt werden, da diese im Vergleich zu einer Befestigung an der Spitze SP der Flugzeugnase FN einen größeren Freiraum zum Boden haben. Demnach läßt sich die Effizienz des Klapppropellers KP steigern, so dass auch schwere Flugkörper FK oder Antriebskörper AK mit geringerer Leistung verwendet werden können.
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Der eingeklappte Zustand des Klapppropellers KP ist in 2 gezeigt. Die Propellerblätter PB werden um die Klappgelenke KG verschwenkt, so dass diese in Flugrichtung nach vorne weisen.
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Um nun die Segelflugeigenschaften des Flugkörpers FK nicht negativ zu beeinflussen, ist es vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung AV durch die Rumpföffnung RO nach erfolgtem Start des Flugkörpers FK in das Innere des Rumpfs RU gebracht wird. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 näher erläutert.
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Die einzelnen 3 bis 6 zeigen hierbei den Bereich der Flugzeugnase FN und des Rumpfs RU relevanten Bereichs in einer teilweise gebrochenen Darstellung, um die Antriebsvorrichtung AV während des Zurückziehens in das Innere des Rumpfs RU erkennen zu können.
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Wie 3 zu entnehmen ist, ist der Antriebskörper AK auf einer Rollvorrichtung RV angebracht, die einen zweiachsigen Aufbau mit einer ersten Achse A1 und einer zweiten Achse A2 aufweist. Die Räder der ersten Achse A1 und die Räder der zweiten Achse A2 laufen dabei jeweils auf einer Seite der Rollvorrichtung RV auf Laufschienen LS, die mittels Öffnungen OE an den Seitenwänden SW der Antriebsvorrichtung AV gebildet sind. Dabei sind die Laufschienen LS gekrümmt ausgeführt, so dass die Rollvorrichtung RV beim Gleiten über die Laufschienen LS eine Verschwenkung der Propellerachse PA ausführt. Dies ist insbesondere deshalb vorgesehen, um in der ersten Position den Klapppropeller KP in eine für einen Flugzeugstart optimalen Winkel zu bringen. Während des Hineingleitens in den Rumpf RU kann dabei die Geometrie der Öffnungen OE an die Platzverhältnisse im Inneren des Rumpfs RU angepasst werden. Die Bewegung der Rollvorrichtung RV wird über eine Gewindestange GS erreicht, die über ein entsprechendes Gegenelement mit der Rollvorrichtung RV verbunden ist. Um die Bewegung entlang der gekrümmten Laufschiene LS nicht zu stören, ist es daher vorgesehen, das Gegenelement schwenkbar auszuführen. Die in der 3 dargestellte Ausführung entspricht dabei derjenigen bei einem Startvorgang.
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Nach Ende des Startvorgangs wird, wie in 4 gezeigt ist, der Klapppropeller KP zusammen geklappt.
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Nun erfolgt, wie in 5 gezeigt ist, ein Zurückziehen der Antriebsvorrichtung AV in den Rumpf RU des Flugkörpers FK.
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In 6 ist die zweite Position der Antriebsvorrichtung gezeigt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Antriebsvorrichtung AV nun vollständig in den Laufschienen LS zurück gezogen ist, und daher ihre Endposition erreicht hat. Der Flugkörper FK kann nun im Segelflug weiter betrieben werden.
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Um die aerodynamischen Eigenschaften während des Segelbetriebs nicht zu stören, ist es vorgesehen, beim Erreichen der zweiten Position der Antriebsvorrichtung AV, die Rumpföffnung RO mit einer Schwenkklappe SK zu verschlie-ßen. Dies ist in Bezug auf 7 und 8 näher gezeigt. Die 7 zeigt dabei die Situation mit geöffneter Rumpföffnung RO, während die 8 einen verschlossenen Zustand darstellt, bei dem die Schwenkklappe SK die Rumpföffnung RO verschließt.
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Das Einfahren der Antriebsvorrichtung AV wurde in Zusammenhang mit den 3 bis 6 näher erläutert. Es versteht sich jedoch von selbst, dass dieser Vorgang vor einem Start des Flugkörpers FK auch in umgekehrter Richtung durchgeführt werden kann. Desweiteren ist das Herausfahren der Antriebsvorrichtung AV nicht nur während eines Starts des Flugkörpers FK möglich, sondern auch während des Flugbetriebs, um beispielsweise eine Flugsituation mit schlechten thermischen Bedingungen überbrücken zu können.
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In 9 ist die Antriebsvorrichtung AV in einer perspektivischen Seitenansicht nochmals einzeln dargestellt. Man erkennt, dass die Gewindestange GS in das Gegenelement GE an der Rollvorrichtung RV eingreift.
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In 10 ist die Antriebsvorrichtung aus 9 nochmals in einer Seitendarstellung gezeigt, bei der insbesondere die Lage der Laufschienen, die durch die Öffnung OE an den Seitenwänden SW gebildet werden, näher gezeigt. Desweiteren sind ein erster Schalter S1 und ein zweiter Schalter S2 gezeigt, die das Erreichen der ersten Position bzw. der zweiten Position detektieren.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
