DE102018116153B4

DE102018116153B4 - Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018116153B4
Application number: DE102018116153.0A
Authority: DE
Inventors: Guan Chew; Stefan Bender; Michael Fuerstner; Mikel Fauri; Michael Preiss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-07-04
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: DE102018116153A1

Abstract

Luftfahrzeug (10) mit folgenden Merkmalen:
- das Luftfahrzeug (10) umfasst Mantelpropeller (11),
- die Mantelpropeller (11) sind um eine gemeinsame Drehachse (14) drehbar gelagert und
- die Drehachse (14) verläuft parallel zu einer Nickachse des Luftfahrzeuges (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- die Mantelpropeller (11) weisen eine Stromlinienverkleidung (12) auf,
- das Luftfahrzeug (10) weist einen Bugkonus auf und
- das Luftfahrzeug (10) ist eingerichtet, die Mantelpropeller (11) durch eine Drehung derselben, welche durch eine Kreiselwirkung der Mantelpropeller (11) bewirkt wird, unter dem Bugkonus zu verstauen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, senkrecht start- und landefähiges (vertical take-off and landing, VTOL) Luftfahrzeug.
Als VTOL wird in der Luft- und Raumfahrttechnik sprachübergreifend jedwede Art von Flugzeug, Drohne oder Rakete bezeichnet, welche die Fähigkeit besitzt, im Wesentlichen senkrecht und ohne Start- und Landebahn abzuheben und wieder aufzusetzen. Dieser Sammelbegriff wird nachfolgend in einem weiten Sinne verwendet, der nicht nur Starrflügelflugzeuge mit Tragflächen, sondern ebenso Drehflügler wie Hub-, Trag-, Flugschrauber und Hybride wie Verbundhub- oder Kombinationsschrauber sowie Wandelflugzeuge einschließt. Erfasst seien des Weiteren Luftfahrzeuge mit der Fähigkeit, auf besonders kurzen Strecken zu starten und zu landen (short take-off and landing, STOL), auf kurzen Strecken zu starten, aber senkrecht zu landen (short take-off and vertical landing, STOVL) oder senkrecht zu starten, aber horizontal zu landen (vertical take-off and horizontal landing, VTHL).
WO 2018/ 063 019 A1 offenbart den Gegenstand des Oberbegriffs von Anspruch 1.
US 2003/0 080 242 A1 zeigt eine Stromlinienverkleidung für ein Mantelstromtriebwerk.
Eine Rotationsvorrichtung gemäß WO 2015/005 776 A1 besteht aus einem Rahmen mit einer Führung für strömendes Medium, einem Rotor mit einer Anzahl von Schaufeln, wodurch eine Beziehung zwischen dem strömenden Medium und der Rotation des Rotors erhalten wird, und Energieumwandlungsmitteln, deren einer Teil mit dem Rahmen und deren anderer Teil mit dem Rotor verbunden ist. Die Vorrichtung weist das Merkmal auf, dass die Endzonen der Schaufeln mit einem Ring verbunden sind, der Ring einen radialen Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks oder Trapezes aufweist, die Mediumführung eine umlaufende Aussparung aufweist, deren Form derjenigen des Rings entspricht, der Ring mit Spiel in die Aussparung passt, an den Kegelstumpfflächen Dauermagnete angebracht sind und an den beiden entsprechenden Flächen der Aussparung Elektromagnete anliegen, sodass Ring und Rahmen gemeinsam einen ringförmigen Induktionsmotor oder Elektrogenerator bilden.
Ein Mantelpropellerflugzeug nach FR 1 489 883 A besteht aus einem stromlinienförmigen Körper mit einer V-förmigen Vorderkante und einer geraden Hinterkante, der an jedem seitlichen Ende mit einem Seitenruder, zwei Querrudern in der Hinterkante und einem im Diffusionskanal eingebauten Höhenruder ausgestattet ist.
EP 3 290 334 A1 betrifft ein VTOL-Luftfahrzeug mit waagerecht und senkrecht feststehenden Mantelpropellern.
Gemäß CN 107 628 244 A und CN 107 539 472 A werden die beidseitigen Mantelpropeller am Bug eines VTOL-Luftfahrzeugs um eine mittige Bolzenachse gedreht, wenn das Luftfahrzeug zwischen Vertikal- und Horizontalflugzeug wechselt. Dabei verläuft die Drehachse parallel zur Nickachse, sodass die Propeller im Streckenflug zum Vortrieb beitragen können.
US 2012/0 261 523 A1 genügt einem ähnlichen Funktionsprinzip, wobei der die Drehachse bildende Bolzen hier beidseitig aus den Tragflächen ragt.
CN 107 539 472 A offenbart ein Flugzeug, dessen vertikale Hubpropeller während des Vorwärtsflugs unter zwischen den Tragflächen verlaufenden Holmen verstaut werden, sodass das Flugzeug eine Konfiguration mit geringem Luftwiderstand einnehmen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verstauen der Mantelpropeller möglichst effizient und gewichtssparend zu bewirken.
Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne senkrecht start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der eröffneten Möglichkeit, bei kleiner Standfläche einen erheblichen Auftrieb zu erreichen.
Zusätzliche Vorteile liegen in der erzielten Flugstabilität und erhöhten aerodynamischen Effizienz.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann das Luftfahrzeug etwa mit abgeknickten oder gar wahlweise abknickbaren Tragflächen ausgestattet sein. Eine entsprechende Variante vergrößert die im Horizontalflug wirksame Flügelfläche, ohne aber die Standfläche des Luftfahrzeuges auszudehnen.
Ferner mag das Luftfahrzeug über ein schnell ladbares Batteriesystem verfügen, welches die Antriebsenergie für Senkrechtstart und -landung sowie Horizontalflug bereitstellt und eine kurzfristige Aufladung des Luftfahrzeuges im Stand ermöglicht.
Zum Antrieb des Luftfahrzeuges können hierbei anstelle freifahrender Rotoren mehrere Mantelpropeller (ducted fans) auch unterschiedlicher Größe zum Einsatz kommen, wie sie abseits der Luftfahrttechnik etwa von Luftkissenfahrzeugen oder Sumpfbooten bekannt sind. Das den Propeller umgebende zylindrische Gehäuse vermag in einer derartigen Ausführungsform die Schubverluste infolge von Verwirbelungen an den Blattspitzen beträchtlich zu reduzieren. Geeignete Mantelpropeller mögen horizontal oder vertikal ausgerichtet, zwischen beiden Stellungen schwenkbar ausgeführt oder aus aerodynamischen Gründen im Horizontalflug durch Lamellen (louvers) abgedeckt sein. Zudem ist eine reine Horizontalschuberzeugung mittels feststehender Mantelpropeller denkbar.
Schließlich kommt - neben einem vorzugsweise vollautonomen Betrieb des Luftfahrzeuges - bei hinreichender Qualifikation auch die Einräumung einer manuellen Kontrolle an den menschlichen Piloten in Betracht, was der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine größtmögliche Flexibilität in der Handhabung verleiht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt eine erste Variante des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges.
2 zeigt eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges.
3 zeigt das Luftfahrzeug in einer Übergangsphase zwischen Start und Reiseflug.
4 zeigt das Luftfahrzeug mit für den Reiseflug vollständig verstauten Propellern.

1 illustriert die konstruktiven Merkmale einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges (10). Dessen Nase trägt zwei Mantelpropeller (11), die im Vertikalflug frei im Luftstrom des Luftfahrzeuges (10) angeordnet sind.
Wie 2 erkennen lässt, ist eine Stromlinienverkleidung (12) der Mantelpropeller (11) aerodynamisch so geformt, dass diese, wenn sie während des Vorwärtsflugs in eine bestimmte Ausrichtung gebracht werden, eine aerodynamisch günstige Luftströmung gewährleisten.
Während des in 3 dargestellten Übergangsfluges drehen sich die Mantelpropeller (11) hierzu um eine gemeinsame Drehachse (14) und werden unter dem Bugkonus gleichsam „verstaut“. Diese Rotation um ihre mittige Hauptachse (14) ermöglicht es den Mantelpropellern (11), sich von ihrer Start- und Lande- wahlweise in ihre Reiseflugposition gemäß 4 zu begeben.
Die vorstehend beschriebene Rotation der Mantelpropeller (11) zwischen ihren Betriebs- und Lagerpositionen kann etwa durch die Kreiselwirkung der Mantelpropeller (11) oder einen mechanischen oder elektrischen Antrieb bewirkt werden.

Claims

Luftfahrzeug (10) mit folgenden Merkmalen: - das Luftfahrzeug (10) umfasst Mantelpropeller (11), - die Mantelpropeller (11) sind um eine gemeinsame Drehachse (14) drehbar gelagert und - die Drehachse (14) verläuft parallel zu einer Nickachse des Luftfahrzeuges (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Mantelpropeller (11) weisen eine Stromlinienverkleidung (12) auf, - das Luftfahrzeug (10) weist einen Bugkonus auf und - das Luftfahrzeug (10) ist eingerichtet, die Mantelpropeller (11) durch eine Drehung derselben, welche durch eine Kreiselwirkung der Mantelpropeller (11) bewirkt wird, unter dem Bugkonus zu verstauen.
Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) weist einen vollelektrischen Antrieb auf.
Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst abgeknickte oder abknickbare Tragflächen.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst ein schnell ladbares Batteriesystem.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst waagerecht feststehende Mantelpropeller (11) für Start und Landung.
Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug (10) weist Lamellen auf und - die waagerechten Mantelpropeller (11) sind mittels der Lamellen wahlweise abdeckbar.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst senkrecht feststehende Mantelpropeller (11) zum Erzeugen eines Vortriebes.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) ist wahlweise vollautonom steuerbar.