DE102017100508A1

DE102017100508A1 - Multifunktionsvorrichtung zum Zusammenwirken mit Flugzeugtriebwerken

Info

Publication number: DE102017100508A1
Application number: DE102017100508.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2018-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Multifunktionsvorrichtung, auch bekannt unter der Bezeichnung „Multifunktionale Katana-Kuppel“ oder in Kurzform „M2K“ oder „Two Key“, zum Zusammenwirken mit Flugzeugtriebwerken, insbesondere eine Schutzvorrichtung gegen Vogelschlag, Drohnenschlag oder sonstige durch das Fan-Triebwerk angesaugte Körper oder Gegenstände sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung und Nutzung von Elektroenergie.

Description

Die Erfindung betrifft eine Multifunktionsvorrichtung, auch bekannt unter der Bezeichnung „Multifunktionale Katana-Kuppel“ oder in Kurzform „M2K“ oder „Two Key“, zum Zusammenwirken mit Flugzeugtriebwerken, insbesondere eine Schutzvorrichtung gegen Vogelschlag, Drohnenschlag oder sonstige durch das Fan-Triebwerk angesaugte Körper oder Gegenstände sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung und Nutzung von Elektroenergie.
Die Erfindung ist anwendbar beim Neubau von Flugzeugtriebwerken sowie bei der Nachrüstung vorhandener Flugzeugtriebwerke.
Herkömmliche Flugzeugtriebwerke sind derart konstruiert, dass die Luft durch eine Art riesigen Trichter angesaugt wird, wodurch Gegenstände, beispielsweise Drohnen oder Vögel mit in diese Ansaugzone angesaugt werden und dadurch große Schäden an den Flugzeugtriebwerken verursachen können. Diese Schäden reichen von der Beschädigung oder der Zerstörung der Flugzeugtriebwerke bis hin zum möglichen Flugzeugabsturz.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Lösungen zur Vermeidung von Vogelschlag an Flugzeugtriebwerken bekannt.
So beschreiben die DE 102012002154 B2 , die DE 102009009600 A1 und DE 19545806 A1 Schutzvorrichtungen für Flugzeugtriebwerke, welche als fest angeordnete Gitterkonstruktionen vor den eigentlichen Triebwerken montiert sind und das Eindringen von Vögeln in die Triebwerke verhindern sollen.
Die US 7963094 B1 offenbart eine Lösung mit innerhalb des Turbinengehäuses drehbar angeordneten, als flache, kreisförmige Scheiben mit Gitterstruktur ausgebildeten Schutzvorrichtungen.
Aus der US 2013/0294894 A1 ist ein vor dem Triebwerk angeordneter und mit dem Triebwerk fest verbundener Deflektor bekannt, welcher eine Vielzahl bogenförmiger Flügel aufweist.
Mit der US 3121545 A wurde eine drehbare Schutzvorrichtung bekannt, welche im Triebwerkseinlass angeordnet ist.
Der WO 01/037968 A1 ist eine drehbare Schutzvorrichtung zu entnehmen, welche im Triebwerkseinlass angeordnet ist und eine Zentrifugenkammer für eine innerhalb der Zentrifugenkammer zu realisierende Partikelsammlung aufweist. Weiterhin wird ein Lufteinlasshohlraum gebildet, innerhalb dessen zwei Schutzgitter angeordnet sind.
Mit der DE 102014111836 C1 wurde eine Vorrichtung bekannt, welche das Eindringen von Körpern, Drohnen, Gegenständen oder Vögeln in das Flugzeugtriebwerk wirkungsvoll verhindert, indem eine vor dem Flugzeugtriebwerk angeordnete Schutzvorrichtung in Rotationsbewegung versetzt wird, wodurch auf die Schutzvorrichtung auftreffende Körper durch die Fliehkraft abprallen und weggeschleudert werden. Die Rotation kann dabei synchron oder asynchron zur Rotation des Flugzeugtriebwerkes mit der gleichen oder mit unterschiedlicher Drehzahl und in der gleichen oder entgegengesetzten Drehrichtung erfolgen.
Dadurch, dass vor dem Flugzeugtriebwerk die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung angeordnet ist, welche drehbar zur Realisierung einer Rotationsbewegung ausgebildet ist, wird es nahezu unmöglich, dass Gegenstände, Körper, Vögel oder Teile davon in das Flugzeugtriebwerk gelangen. Vorteilhaft ist auch die kuppelförmige Gestaltung der Schutzvorrichtung, wodurch ein kleiner aerodynamischer Widerstand resultiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Multifunktionsvorrichtung zu schaffen, welche das Eindringen von Körpern, Drohnen, Gegenständen oder Vögeln in das Flugzeugtriebwerk mit einfachen Mitteln wirkungsvoll verhindert, eine Elektroenergieerzeugung und -nutzung ermöglicht und sowohl beim Neubau als auch bei der Nachrüstung von Triebwerken zuverlässig einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein zusätzlicher Vorteil resultiert daraus, dass die Welle aus einem Bündel von Rohren mit rechteckigem, kreisförmigem oder wabenförmigem Querschnitt gebildet ist.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Multifunktionsvorrichtung einerseits dem Schutz (als eine von den Multifunktionen) vor Eindringen von Gegenständen, wie Drohnen oder von Vögeln, dient, andererseits (als weitere Funktion: Wind-Energie in Elektro-Strom umwandeln) mit Elementen zur Erzeugung und Nutzung von Elektroenergie kombiniert ist, wobei eine Welle mit einem Generator und/oder einem Elektromotor verbunden ist. Der Generator kann auch als Elektromotor und der Elektromotor als Generator betrieben werden.
Die Multifunktionsvorrichtung (M2K oder Two Key), die an jedem Fan-Triebwerk montiert sein kann, ist gleichzeitig eine Elektro-Strom erzeugende Einheit. Der Energieüberschuss wird gespeichert in einem separaten Elektro-Management-System.
Eine flachere Variante der Katana-Kuppel (M2K oder Two Key) mit Getriebeeinheit, Verdichter und Elektro-Generator/Motor wird zur weiteren Elektroenergie erzeugenden Wind-Energie-Einheit.
Weiter werden diese in Reihe geordneten Einheiten für eine zusätzliche Funktion angewendet: Senkrecht-Start und Landung des Nurflüglers wie auch Helikopter.
Das Separate Elektro-Management-System soll Elektro-Energie speichern, die auf dreifache Weise gewonnen wird aus:

- Wind-Energie,
- Brems-Energie,
- Photovoltaik.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass verschiedene Schaltzustände realisiert werden können, in dem die Verbindung zwischen der Welle und dem Generator sowie der Welle und dem Elektromotor über eine Kupplung und/oder ein Getriebe erfolgt und das Getriebe umschaltbar ausgebildet ist derart, dass sowohl Energie aus dem Schub als auch dem Umkehrschub des Flugzeugtriebwerkes nutzbar ist und der Elektromotor zur Erzeugung eines zusätzlichen Kraftschubes für das Flugzeugtriebwerk dient.
Die elektrodynamischen Geräte - Generator und Elektromotor - können in jeweils den anderen Betriebszustand umgeschaltet werden, d. h. der Generator kann als Elektromotor und der Elektromotor als Generator betrieben werden.
Durch den Generator kann Windenergie wie auch vorhandene kinetische Energie des Flugzeuges (wird phasenweise ermöglichen, die Fantriebwerke als Hybrid-Fantriebwerke zu nutzen), dessen Überkapazität sowie Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt und direkt genutzt - als eben genannte Hybrid-Fantriebwerke - oder gespeichert werden.
Der Elektromotor kann den Antrieb des Flugzeuges beim Flug oder beim Rollen am Boden unterstützen oder sogar vollständig übernehmen. Auch ein zusätzlicher Kraft-Schub analog dem KERS-System bei Rennautos oder bei der schwedischen Volvo-KERS Technik ist realisierbar, oder wie z. B: bekannt aus Anwendung von Schwungradspeicher-Systemen ist ebenfalls möglich.
Die gewonnene Elektroenergie bzw. dessen Überschuss kann auch dazu genutzt werden, über ein separates Elektro-Management-System die Energieversorgung für Black-Boxen sicherzustellen, wobei jede Black-Box-Einheit selbst eine kleine Wind-Energie-Einheit besitzt, die eine kleine Wind-Turbine sowie Elektro-Generator wie auch Elektro-EnergieSpeicher beinhaltet.
Alle Strom-Energie erzeugende Einheiten sorgen prinzipiell zu allererst für die Selbstversorgung, dann an zweiter Stelle wird Strom-Energie-Überkapazität an das separate Elektro-Management-System weiter geleitet und gespeichert.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung der mit dem Flugzeugtriebwerk verbundenen Schutzvorrichtung sowie die Anordnung von Generator und Elektromotor;
2 eine Längsschnittdarstellung der mit dem Fan-Rad direkt verbundenen Schutzvorrichtung mit Generator und Elektromotor;

Die Multifunktionsvorrichtung bzw. dessen Welle wie auch die Fan-Triebwerk-Welle werden zusammen zur Achse des Hybrid-Fan-Triebwerks.
Die Anwendung von der Multifunktionsvorrichtung macht die Nutzung von anderen, viel leichteren Materialien in unterschiedlichsten Kombinationen auch in dem Fan-Triebwerk selbst möglich. Auch die Turbine könnte statt bis dato aus sehr teuren Metall-Legierungen Mehr-Komponenten-Materialien nutzen, die preiswert und in puncto Gewicht sehr leicht und dazu einfach hergestellt werden können.
Weiter, es ist denkbar, dass die Funktion des Fan bei dem Fan-Triebwerk früher oder später die Multifunktionsvorrichtung übernimmt.
Ebenso wird eine flachere Variante der Katana-Kuppel (M3K oder Two Key) mit GetriebeEinheit, Verdichter und Elektro-Generator/Motor zur weiteren Elektroenergie erzeugenden Einheit. Jede Einheit wird so groß bzw. so hoch wie der Flugzeugflügel stark ist, d. h. abhängig von der Einbau-Stelle im Nur-Flügler wie auch Helikopter.
Wie aus 1 zu ersehen ist, ist vor dem Flugzeugtriebwerk 1 die drehbar ausgebildete Schutzvorrichtung 2 angeordnet. Die Schutzvorrichtung 2 ist kuppelförmig ausgebildet und weist in etwa die äußere form eines halben Eies auf. Die der Natur nachempfundene Formgestaltung verträgt immense mechanische Belastungen.
Das Material der Schutzvorrichtung 2 kann eine Titanlegierung oder ein Polymer-Matrix-Verbundwerkstoff oder Ähnliches umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist die Drehrichtung der Schutzvorrichtung 2 im Uhrzeigersinn und die Drehzahl der Schutzvorrichtung 2 identisch mit der Drehzahl des Fan-Triebwerkes.
Durch Einsatz einer Kupplung und/oder eines Getriebes zwischen dem Flugzeugtriebwerk 1 und der Schutzvorrichtung 2 ist es jedoch möglich, Drehzahl und Drehrichtung zu variieren und voneinander unterschiedlich zu realisieren.
Mit der Welle 3a ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Generator 4 und ein Elektromotor 5 verbunden. Es ist jedoch auch möglich, nur ein elektrodynamisches Gerät, also einen Generator 4 oder einen Elektromotor 5 anzuordnen und diese Geräte umschaltbar auszubilden.
2 zeigt in Schnittdarstellung den prinzipiellen Aufbau der Schutzvorrichtung 2 und die Verbindung zwischen der Schutzvorrichtung 2 und dem Flugzeugtriebwerk 1, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als direkte Schraubverbindung ausgeführt ist.
Mit der Welle 3a ist ein Generator 4 und ein Elektromotor 5 verbunden.
Auch dargestellt in 2 sind Kupplung 6 (allerdings bei den Automatik- bzw. stufenlosen Getrieben kann es möglich sein, dass statt Kupplung-, wie bei den Schalt-Getrieben, es sogenannte Leerlauf Position gibt) und Getriebe 7, welche mit dem Generator 4 und dem Elektromotor 5 zusammenwirken. Kupplung 6 und Getriebe 7 sind zwischen der Welle 3 und dem Getriebe 4 bzw. dem Elektromotor 5 angeordnet. Das Getriebe 7 ist als stufenloses Getriebe ausgebildet.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Variation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten der Erfindung zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Flugzeugtriebwerk
2: Kuppelschutzvorrichtung
3a, 3b: Welle
4: Generator
5: Elektromotor
6: Kupplung
7: Getriebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012002154 B2 [0005]
DE 102009009600 A1 [0005]
DE 19545806 A1 [0005]
US 7963094 B1 [0006]
US 2013/0294894 A1 [0007]
US 3121545 A [0008]
WO 01/037968 A1 [0009]
DE 102014111836 C1 [0010]

Claims

Multifunktionsvorrichtung zum Zusammenwirken mit Flugzeugtriebwerken (1), wobei eine drehbar angeordnete kuppelförmige Schutzvorrichtung (2) über eine Welle (3a) mit einer Welle (3b) des Flugzeugtriebwerkes (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3a) mit einem Generator (4) und/oder einem Elektromotor (5) verbunden ist.
Multifunktionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Welle (3a) und dem Generator (4) sowie der Welle (3a) und dem Elektromotor (5) über eine Kupplung (6) und/oder ein Getriebe (7) erfolgt.
Multifunktionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (7) ein stufenloses Automatikgetriebe ist.
Multifunktionsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (7) umschaltbar ausgebildet ist derart, dass sowohl Energie aus dem Schub als auch dem Umkehrschub des Flugzeugtriebwerkes (1) nutzbar ist.
Multifunktionsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3a) aus einem Bündel von Rohren mit rechteckigem, kreisförmigem oder wabenförmigem Querschnitt gebildet ist.
Multifunktionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) zur Erzeugung eines zusätzlichen Kraftschubes für das Flugzeugtriebwerk (1) dient.