DE102019001834A1 - 2-rotor tilt rotor aircraft without swash plates - Google Patents
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Abstract
Kipprotorflugzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es mit 2 ausschliesslich kollektiv blattverstellbaren, kippbaren Hubrotoren (1, 2) ausgeruestet ist, das zudem ueber eine ummantelte Doppelpropelleranordnung im Heck (3) verfugt, die als Heckantriebs und - Steuereinheit auftritt, die - neben der Aufgabe Vorwaertsschub zu erzeugen, zusaetzlich im Schwebeflug sowie in Transitionsphasen des Flugzeugs, Schubkomponenten fuer dessen Bewegungen um die Nickachse und die Gierachse bereitstellt.Tilting rotor aircraft, characterized in that it is equipped with 2 exclusively collectively blade-adjustable, tiltable lifting rotors (1, 2), which also has a jacketed double propeller arrangement in the rear (3), which acts as a rear drive and control unit, which - in addition to the task of forward thrust to generate, additionally in the hover flight as well as in transition phases of the aircraft, provides thrust components for its movements around the pitch axis and the yaw axis.
Description
Die Erfindung betrifft ein 2-rotoriges Kipprotorflugzeug, also ein Flugzeugmuster das senkrecht starten und landen kann und zudem für den Horizontalflug ueber eine Tragfläche sowie kippbare Rotoren verfügt, was einem solchen Flugzeug einen ausserordentlich effizienten Reiseflug ermöglicht. Erst-Erfinder dieser Flugzeugkategorie war - in den 1940-er Jahren - der Deutsche Henrich Focke mit seinem damaligen Projekt namens Focke-Achgelis Fa 269, das er als Wandelflugzeug bezeichnete. Mittlerweile wird fuer derartige Fluggeraete die Bezeichnung Kipprotorflugzeuge verwandt, unter diesem Begriff sind sie heute bekannt.The invention relates to a 2-rotor tilt rotor aircraft, i.e. an aircraft type that can take off and land vertically and also has a wing and tiltable rotors for level flight, which enables an extremely efficient cruise flight for such an aircraft. The first inventor of this aircraft category was - in the 1940s - the German Henrich Focke with his then project called Focke-Achgelis Fa 269, which he called a convertible aircraft. In the meantime, the term tilt rotor aircraft is used for such aircraft, under which they are known today.
Bis heute weisen alle realisierten 2-rotorigen Kipprotorflugzeuge eine Gemeinsamkeit auf: Ihre Rotoren sind - wie z.B. auch die Rotoren eines herkömmlichen Helikopters - mit individueller Blattansteuerung ausgerüstet. Damit lässt sich der vom schnelldrehenden Rotor erzeugte Luftstrom gezielt beeinflussen. Somit ist im Schwebeflugmodus, also bei dann nach oben, ‚in die Horizontale‘ geschwenkten Rotoren, das feinsinnige und genaue Manövrieren des Fluggerätes in Bodennähe garantiert. Eine derartige Auslegung erfordert die Integration von Taumelscheiben in die Rotorköpfe. Da diese Rotoren zudem ja auch noch für die einzelnen Betriebsmodi - zwischen vertikaler und horizontaler Ausrichtung - hin - und hergeschwenkt werden müssen, ist der mechanische Aufwand, der im Schwenktriebwerksbereich getrieben werden muss, immens. Dadurch ergibt sich nachfolgend natürlich auch ein erheblicher Wartungsaufwand, weshalb Kipprotor-flugzeuge wie z,B die US-amerikanische V 22 Osprey letztendlich mit die teuersten Fluggeräte überhaupt sind. Dies gilt auch für Derivate dieses Flugzeugtyps, z.B. für den Kipprotorentwurf ‚V-280 Valor‘ von Bell. Bei dem wird zwar nur noch der Rotor geschwenkt (während der Motor stationär verbleibt), aber auch dieser Kipp-Rotor muss nach wie vor mit der aufwendigen, individuellen Blattansteuerung ausgerüstet werden. Verwandte Kipp-Flügel-Projekte sind noch komplexer: Bei der Chance-Vought LTV XC-142A wird für die Anpassung an die einzelnen Flugzustände der komplette Flügel gekippt- also müssen im Flug enorme Massen bewegt werden.
Das heute typische Konstruktionsprinzip von Kipprotormustern, also Fluggeräte à la V22 Osprey, stellt letztendlich ja einen Kompromiss aus Hubrotor und Propeller dar. Beim Schwebeflug, also in der Hubrotorkonfiguration, steht bei geringer Blattzahl nur eine vergleichsweise kleine Rotorkreisfläche zur Verfügung (legt man die üblichen Helikopterrotoren als Vergleichsmasstab an), im Reiseflug hingegen erreichen die drehenden Blätter rasch eine hohe Blattspitzengeschwindigkeit. Bei horizontal ausgerichteten Rotoren, also im Schwebeflugmodus, birgt die Kombination aus geringe Blattzahl und kleiner Rotor kreisfläche der Rotoren zudem auch noch ein erhebliches Gefahrenpotential. Insbesondere beim Abfangen aus einem schnellen Sinkflug heraus können die Rotorblätter in ihre eigenen Turbulenzen geraten. Unter solchen Umständen kann es zu Stallzuständen, also einem Abreisen der Strömung an den Rotorblättern des Rotors kommen, Ein Totalverlust des Fluggerätes ist dann unvermeidbar. Um dieser Gefahr für Mensch und Maschine vorzubeugen, besteht z.B. für das Kipprotormuster V-22 Osprey mittlerweile eine Einschränkungen des Flugbetriebs (die Sinkraten wurden begrenzt - so stark begrenzt, dass Kritiker dem Muster die uneingeschränkte militärische Eignung absprechen) Um das Absturzrisiko zu begrenzen, verfügt dieses Kipprotormuster mittlerweile über ein Warnsystem, mit dessen Hilfe ein derartiger gefahrvoller Flugzustand vermieden werden soll.
Abhilfe durch eine Vergrösserung des Rotordurchmessers zu schaffen (geringere Rotorblatt-Flächenbelastung/reduzierte Stalltendenz) verbietet sich aus Gründen der multiblen Einsatzanforderungen, denen das Fluggerät unterliegt. Bliebe nur eine Erhöhung der Blattzahl der Rotoren/Propeller des Kipprotor-Flugzeuges, aber auch diese Option ist quasi unrealisierbar: Schon bei den heute zum Einsatz gelangenden Dreiblattrotoren ist die mechanische Komplexität infolge der individuellen Blattansteuerungsnotwendigkeit enorm, einen 6-Blatt oder 8-Blatt-Rotor mit einer derartigen Mechanik auszustatten zu wollen, wäre reine Illusion.To date, all 2-rotor tilt rotor aircraft have one thing in common: their rotors - like the rotors of a conventional helicopter, for example - are equipped with individual blade control. This allows the air flow generated by the rapidly rotating rotor to be specifically influenced. Thus, in hover flight mode, i.e. with the rotors swiveled `` horizontally '' upwards, subtle and precise maneuvering of the aircraft close to the ground is guaranteed. Such a design requires the integration of swash plates in the rotor heads. Since these rotors also have to be swiveled back and forth for the individual operating modes - between vertical and horizontal alignment - the mechanical effort that has to be driven in the swivel drive area is immense. This of course also results in a considerable maintenance effort, which is why tilt rotor aircraft such as the US V 22 Osprey are ultimately among the most expensive aircraft ever. This also applies to derivatives of this type of aircraft, e.g. Bell's 'V-280 Valor' tilt rotor design. In this case, only the rotor is swiveled (while the motor remains stationary), but this tilting rotor must still be equipped with the complex, individual blade control. Related tilt wing projects are even more complex: With the Chance-Vought LTV XC-142A, the entire wing is tilted to adapt to the individual flight conditions - so enormous masses have to be moved in flight.
The construction principle of tilt rotor patterns that is typical today, i.e. aircraft à la V22 Osprey, ultimately represents a compromise between lift rotor and propeller. When hovering, i.e. in the lift rotor configuration, only a comparatively small rotor area is available with a small number of blades (if you place the usual helicopter rotors as a benchmark), while cruising the rotating blades quickly reach a high blade tip speed. With horizontally aligned rotors, i.e. in hover mode, the combination of a small number of blades and a small rotor area of the rotors also harbors a considerable potential risk. In particular when intercepting from a rapid descent, the rotor blades can get into their own turbulence. Under such circumstances it can come to stall conditions, i.e. a departure of the flow at the rotor blades of the rotor. A total loss of the aircraft is then inevitable. In order to prevent this danger to man and machine, there are meanwhile restrictions on flight operations for the tilting rotor type V-22 Osprey, for example (the sink rates have been limited - so severely limited that critics deny that the type is unrestrictedly suitable for military use), in order to limit the risk of falling this tilt rotor pattern meanwhile has a warning system with the help of which such a dangerous flight condition is to be avoided.
To remedy the situation by increasing the rotor diameter (lower rotor blade surface loading / reduced stall tendency) is prohibited for reasons of the multiple operational requirements to which the aircraft is subject. All that would remain is an increase in the number of blades of the rotors / propellers of the tilting rotor aircraft, but this option is practically unrealizable: Even with the three-blade rotors used today, the mechanical complexity is enormous due to the need for individual blade control, a 6-blade or 8-blade It would be a pure illusion to want to equip the rotor with such a mechanism.
Aufgabe müsste es daher sein, ein Kipprotorflugzeug so auszulegen, dass dessen Kipprotoren jeweils über eine hohe Rotorblattzahl von vornehmlich 8 oder sogar noch mehr Blättern verfügen können, deren Ansteuerung dann aber ausschliesslich in Form einer kollektiven Verstellbarkeit notwendig sein darf, um eine inakzeptabel aufwendige Mechaniksituation im Rotorkopfbereich - wie man sie von den herkömmlichen Kipprotorkopfsystemen mit ihrer individuellen Blattansteuerung kennt - zu vermeiden.The task would therefore have to be to design a tilt rotor aircraft in such a way that its tilt rotors can each have a high number of rotor blades of primarily 8 or even more blades, which can then only be controlled in the form of collective adjustability in order to avoid an unacceptably complex mechanical situation in the Rotor head area - as known from the conventional tilting rotor head systems with their individual blade control - to be avoided.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kipprotorflugzeugmuster gemäß den erfinderischen Ansprüchen 1 - 30.This object is achieved by a tilt rotor aircraft type according to the inventive claims 1-30.
Dabei sind für die Schwebeflugkontrolle des neuartigen Kipprotorflugzeuges nun nicht mehr alleine die an den Flügelenden angeschlagenen Kipprotoren zuständig. Diese nehmen nun nur noch die Steuerungsaufgabe wahr, die Kontrolle des Fluggerätes beim Rollen um die Längsachse auszuüben. Die Schwebeflugsteuerung des Nickens, also der Bewegungen des Fluggerätes über die Querachse, sowie dessen Gierens um die Hochachse übernimmt eine Propellereinrichtung im Heck des Fluggerätes, die aus 2 gegenläufigen Propellern besteht, deren Rotationsachse parallel zur Flugzeuglängsachse verläuft und die ständig angetrieben wird. Da die beiden Propeller in einer Ummantelung gelagert sind, kann bei deren gegensinniger Anstellung - d.h. vorderer Propeller bläst Luft nach hinten, hinterer Propeller bläst Luft nach vorne - ein Druckpotential zwischen den beiden Propellerkränzen erzeugt werden. Durch das Ausblasen dieser so erzeugten Druckluft - ueber eine Auslassöffnung in der Ummmantelung, deren Ausrichtung frei waehlbar ist - kann dann ein Schubvektor gewonnen werden, der das Heck des Fluggerätes in jede gewünschte Richtung bewegt. Wird das Heck per Schubvektor nach links oder rechts bewegt, giert das Fluggerät, wird das Heck per Schubvektor nach oben oder unten bewegt, nickt das Fluggerät.The tilt rotors attached to the wing tips are no longer responsible for hovering the new type of tilt rotor aircraft. These now only perform the control task of exercising control of the aircraft when it rolls around its longitudinal axis. The hover control of the nodding, i.e. the movements of the aircraft over the transverse axis, as well as its yawing around the vertical axis, is carried out by a propeller device in the rear of the aircraft, which consists of 2 propellers rotating in opposite directions, whose axis of rotation runs parallel to the longitudinal axis of the aircraft and which is constantly driven. Since the two propellers are mounted in a casing, at their opposing position - that is, the front propeller blows air backwards, the rear propeller blows air forward - a pressure potential is generated between the two propeller rings. By blowing out the compressed air generated in this way - via an outlet opening in the casing, the orientation of which is freely selectable - a thrust vector can then be obtained that moves the tail of the aircraft in any desired direction. If the tail is moved to the left or right using the thrust vector, the aircraft yaws; if the tail is moved up or down using the thrust vector, the aircraft nods.
Besondere Vorteile dieser generellen Auslegung :Special advantages of this general design:
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass auch die beiden Propeller der Propellereinrichtung im Heck des Fluggerätes aussschliesslich kollektiv angesteuert werden muessen. Somit dominiert die Technik ‚kollektive Blattansteuerung‘ sowohl im Hinblick auf die Kipprotoren als auch auf die beiden Propeller im Heck des Fluggerätes. Unter dem Aspekt ‚mechanischer Aufwand‘ kann das gesamte neuartige Kipprotorflugzeug also auf Basis einer Technik im Antriebsstrang dirigiert werden, die - der Komplexitaet nach - dem simplen Niveau der Propelleransteuerung einer Cessna entspricht.
Dynamikseitig geht bei der Erfindung dabei von der Hauptwelle, die die beiden Hubrotoren koppelt, im Bereich des Mittelfluegelkastens (ueber dem Rumpf) ueber ein Kegelradgetriebe eine zusaetzliche Antriebswelle ab, die nach hinten ins Rumpfheck des Fluggerätes führt. Analog z.B. den Ausführungen, wie man sie von herkömmlichen Helikoptern für den Drehmomentausgleich kennt.It is particularly advantageous here that the two propellers of the propeller device in the rear of the aircraft also have to be controlled exclusively collectively. The 'collective blade control' technology thus dominates both with regard to the tilt rotors and the two propellers in the rear of the aircraft. Under the aspect of 'mechanical effort', the entire new type of tilt rotor aircraft can be controlled on the basis of a technology in the drive train that - in terms of complexity - corresponds to the simple level of propeller control of a Cessna.
On the dynamics side, the main shaft, which couples the two lift rotors, goes from the main shaft in the area of the center wing box (above the fuselage) via a bevel gear to an additional drive shaft that leads back into the rear of the aircraft. Analogous, for example, to the versions that are known from conventional helicopters for torque compensation.
Beim klassischen Helikopterprinzip wuerde diese Heckwelle allein für diese Aufgabe, den Drehmomentausgleich im Moment der hoechsten Beanspruchung, beim Start, leicht bis zu 9% der gesamten Antriebskraft konsumieren. Im neuartigen Kipprotorflugzeug gemäß den erfinderischen Ansprüchen 1 - 30 mit 2 gegensinnig laufenden Hubrotoren ist ein Verlust durch einen kompensierend wirkenden Drehmomentausgleich hingegen vorteilhafterweise nicht mehr gegeben.With the classic helicopter principle, this tail shaft would easily consume up to 9% of the total propulsive power just for this task, the torque compensation at the moment of the highest stress, at takeoff. In the novel tilt rotor aircraft according to the
Im horizontalen Reiseflug wird die Antriebskraft des erfindungsgemaessen, neuartigen Kipprotorflugzeuges vollständig und ausschliesslich für den Vortrieb genutzt. Sowohl die nach vorne geschwenkten Hauptrotoren leisten ihren Beitrag - ebenso die Propellereinrichtung im Heck des neuartigen Kipprotorfluggerätes. Deren beide - in diesem Betriebsmodus jeweils positiv angestellten, aber gegenlaeufig drehenden - Propellerkränze mit ihrem geringen Durchmesser koennen sehr schnell drehen und eine hohe Leistung erbringen.In horizontal cruise, the propulsion power of the novel tilt rotor aircraft according to the invention is used completely and exclusively for propulsion. Both the main rotors, which are swiveled forward, make their contribution - as does the propeller device in the rear of the new type of tilting rotor aircraft. Both of their propeller rings - in this operating mode, each positively positioned but rotating in opposite directions - with their small diameter can rotate very quickly and provide high performance.
Im vertikalen Schwebeflug (also insbesondre beim Senkrecht-Start und der Senkrecht-Landung) wird zwar ein Teil der Antriebsenergie des neuartigen Fluggerätes für den Betrieb der Propellereinrichtung im Heck und deren Steuerfunktion konsumiert, da aber - im Gegenstz zum klassischen Helikopter-Layout - bei der Neuheit ja nun kein Drehmomentausgleich mehr noetig ist, stellt sich dabei lediglich ein geringer Verlust an Motorleistung als Tribut fuer diese ‚Generierung von Steuerungskraft‘ ein.In vertical hovering flight (especially vertical take-off and landing), part of the drive energy of the new type of aircraft is consumed for operating the propeller device in the tail and its control function, but - in contrast to the classic helicopter layout - with the As a novelty, torque compensation is no longer necessary, there is only a slight loss of engine power as a tribute to this 'generation of control force'.
Zudem koennen die neuerdings vielblättrigen Hubrotoren der Erfindung (z.B. 8 - blättrig oder mehr) ihre Antriebsleistung nun wesentlich effektiver in Hubkraft umsetzen als bei allen bisher bekannten Kipprotorausführungen, die ja lediglich mit 3 blättrigen Rotoren ausgestattet waren (aktuell gibt es auch Projektstudien bei denen 4 blättrige Rotoren vorgesehen sind). Bei herkoemmlichen Kipprotorflugzeugen, die ja wie erwaehnt, prinzipbedingt ueber eine individuelle Blattansteuerung verfuegen muessen, war daher eine Erhoehung der Rotorblattzahl bisher quasi ausgeschlossen, da bereits die ueblichen 3 Rororblaetter eine extrem komplexe Mechanik des Rotorkopfes nach sich ziehen. Die neuerdings moegliche Verwendung z.B. von 8-blaettrigen Rotoren mit lediglich kollektiv verstellbaren Rotorblaettern zieht somit eine Fuelle von positiven Konsequenzen nach sich. Einerseits reduziert sich die Teilezahl des Rotorkopfes ganz erheblich, die mechanische Komplexitaet sinkt massiv, was dann unmittelbar in wesentlich geringerem Wartungsaufwand fuer diese Dynamikkomponenten resultiert - und damit erheblich geringere Kosten - als sie bisher beim Betrieb eines Flugzeugmusters dieser Kategorie ueblich waren - garantiert.In addition, the recently multi-bladed lifting rotors of the invention (e.g. 8 - bladed or more) can now convert their drive power into lifting power much more effectively than with all previously known tilting rotor designs, which were only equipped with 3-bladed rotors (currently there are also project studies for which 4-bladed Rotors are provided). With conventional tilt rotor aircraft, which, as mentioned, must have an individual blade control due to the principle involved, an increase in the number of rotor blades has thus far been virtually impossible, since the usual 3 rotor blades already result in an extremely complex mechanics of the rotor head. The recently possible use e.g. of 8-blade rotors with only collectively adjustable rotor blades thus has an abundance of positive consequences. On the one hand, the number of parts in the rotor head is reduced considerably, the mechanical complexity drops massively, which then immediately results in significantly lower maintenance costs for these dynamic components - and thus considerably lower costs - than were previously common when operating an aircraft of this category - guaranteed.
Ein besonderer Vorteil des neuartigen Kipprotorflugzeuges mit ausschließlich kollektiv angesteuerten Rotoren, die jetzt ueber eine Blattzahl von z.B. 8 Blaettern (oder mehr) verfuegen koennen, ist des Weiteren, dass es im Schwebeflugmodus nun einen wesentlichen Sicherheitszugewinn garantieren kann. Die Gefahr des Rotorstalls, die bei herkoemmlichen Kipprotormustern mit ihrer geringen Blattzahl bestand, wenn sie, waehrend sie sich im schnellen Sinkflug befanden, abgefangen wurden, kann beim neuartigen Kipprotorflugzeug - eben aufgrund seiner vorteilhaften Ausstattung mit Rotoren die ueber eine hohe Blattzahl verfuegen (z.B. 8 oder mehr) - nahezu ausgeschlossen werden. Die hohe Blattzahl ist Garant fuer eine geringere Flaechenbelastung jedes einzelnen Blattes und gleichzeitig verhindert der nun geringere Blattabstand die Ausbildung starker Turbulenzen zwischen den Blaettern. Die Ausstattung des Rotors mit vielen Blaettern ermoeglicht zudem generell einen geringeren, notwendigen Blatt-Anstellwinkel im Betrieb als derjenige, der vergleichsweise fuer einen Rotor mit geringer Blattzahl erforderlich ist. Daraus ergibt sich fuer ein erfindungsgemaesses Kipprotorflugzeug eine wesentlich hoehere Manövrierfähigkeit als sie bisherige, bekannte Kipprotormuster, wie z.B. eine V 22 Osprey, anbieten koennen.A special advantage of the new tilt rotor aircraft with exclusively collectively controlled rotors, which can now have a number of blades of, for example, 8 blades (or more), is furthermore that it can now guarantee a significant increase in safety in hover mode. The risk of rotor stall, which existed with conventional tilt rotor designs with their low number of blades, if they were intercepted while they were in a rapid descent, can be caused by the new tilt rotor aircraft - precisely because of its advantageous equipment with rotors that have a high number of blades (e.g. 8 or more) - can be almost excluded. The high number of sheets guarantees a lower surface load on each individual sheet and at the same time the now smaller sheet spacing prevents the formation of strong turbulence between the sheets. The fact that the rotor is equipped with many blades also generally enables a smaller, necessary blade pitch angle during operation than that which is required for a rotor with a small number of blades. For a tilt rotor aircraft according to the invention, this results in a significantly higher one Maneuverability than previous, well-known tilt rotor designs such as a
Insbesondere lassen sich nun neuerdings bei einem derartigen Flugzeugmuster auch gezielt Flugzustaende wie ein Sinkflug mit hoher Sinkgeschwindikeit durchfuehr-en - ohne dass noch die Gefahr eines Rotor-Stalls bestuende.In particular, flight states such as a descent at a high rate of descent can now also be carried out in a targeted manner with such an aircraft type - without the risk of a rotor stalling.
Besondere Vorteile: konstruktive DetailsSpecial advantages: constructive details
Die Propellereinrichtung im Heck ist vorteilhafterweise mechanisch ausserordentlich simpel aufgebaut. Die beiden in einer Ummantelung gelagerten, kollektiv angesteuerten Propeller sind etwas voneinander abgesetzt. Im dadurch entstehenden Raum zwischen ihnen baut sich dann bei gegensinnigem Propellerbetrieb (also im Schwebeflugmodus, wenn der vordere Propeller nach hinten blaest und der hintere Propeller nach vorne) das fuer Schwebeflug-Steuerungszwecke notwendige Druckpotential auf. Um das Ausblasen von Druckluft nur in der jeweils gewuenschten Richtung zu gewaehrleisten, umfaengt den Raum zwischen den Propellern ein beweglicher Dichtring. Dieser Dichtring ist auf einem zentralen Kugelgelenk frei gelagert und kann gekippt werden. Er kann daher - je nach Kippwinkel - Druckluft in jede gewuenschte Richtung ablassen, sprich, das radiale Ausblasen von Luft kann ueber das komplette 360 Grad-Spektrum erfolgen. Angesteuert wird der Dichtring vornehmlich durch Seilzuege, Schubstangen oder eine Hydraulikzylinder-Anordnung.
Im Reiseflug, wenn keine Steuerimpulse aus der Propellereinrichtung im Heck der Erfindung notwendig sind, verschliesst der Dichtring die Ausblasoeffnung komplett - so dass der Druckluftstrom, also der Schub der beiden, dann positiv angestellten Propeller, die Propellerummantel-ung ausschliesslich nach hinten verlassen kann (oder im Rueckwaertsflugmodus dann eben mit Ausblasrichtung nach vorne) Um dieses Arbeitsspektrum abdecken zu koennen, ist der Dichtring folgendermassen in die radiale Ausblasoeffung zwischen den Propellern eingepasst: Bei Neutralstellung taucht der Dichtring generell bis zur Haelfte seiner Bautiefe ins vordere Segment der Propellerummantelung ein - diese Haelfte ist in Neutralstellung also gar nicht sichtbar. Die hintere, also die sichtbare Haelfte des Dichtringes verschliesst bei Neutralstellung die Ausblassoeffung zwischen dem vorderen und hinteren Segment der Propellerummantelung komplett. Soll jetzt z.B. Druckluft nach unten abgelassen werden, um einen Steuerimpuls zu erzielen, der das Heck des Fluggeraetes ‚nach oben‘ drückt (und dadurch die Nase des Fluggeraetes senkt = Nick-Impuls) muss der (auf einem zentralen Kugelgelenk gelagerte) Dichtring quasi 'gekippt'werden. Dabei taucht das untere Segment des Rings dann komplett in das vordere Segment der Propellerummantelung ein - gibt also unten einen Spalt frei, durch den Luft ‚entkommen‘ kann. Oben hingegen oeffnet sich kein Spalt. Das obere Segment des Dichtringes taucht zwar im Gegenzug zur Bewegung unten in den Bereich des hinteren Segments der Propellerummantelung ein. Da zuvor aber ja die Haelfte der Bautiefe des Dichtrings verdeckt im vorderen Segment der Propellerummantelung gelagert war, taucht diese Haelfte jetzt auf, folgt quasi dem oben wegtauchenden Dichtring-Segment nach. Dabei aendert sich im oberen Bereich der Ausblassoeffnung nichts: Bei der beschrieben Dichtring-Bewegung bleibt sie staendig verschlossen. Funktionstechnisch resultiert dann aus dieser Situation ‚Unten Luftaustritt/ Oben Blockade‘ der gewuenschte Kraftvektor: Das Heck des Flugzeugs hebt sich.
Der grosse Vorteil dieser konstruktiven Loesung zur Abdichtung oder teilweisen Freigabe der Ausblassoeffnung ist die geringe Komplexitaet und Teilezahl. Ein einziges Bauteil - der Dichtring - macht das Ausblasen in jede Richtung des 360 Grad-Spektrums moeglich. Dadurch ergeben sich grosse Gewichts- und Wartungsvorteile und daraus folgend letztlich massive Kostenvorteile.The propeller device in the stern is advantageously mechanically extremely simple. The two collectively controlled propellers, which are stored in a casing, are somewhat separated from each other. When the propeller is operating in opposite directions (i.e. in hover mode, when the front propeller blows backwards and the rear propeller forwards), the pressure potential necessary for hover control purposes builds up in the space between them. In order to ensure that compressed air is blown out only in the desired direction, the space between the propellers is surrounded by a movable sealing ring. This sealing ring is freely mounted on a central ball joint and can be tilted. It can therefore - depending on the tilt angle - release compressed air in any desired direction, i.e. the radial blowing out of air can take place over the entire 360 degree spectrum. The sealing ring is primarily controlled by cables, push rods or a hydraulic cylinder arrangement.
During cruise, when no control impulses from the propeller device in the stern of the invention are required, the sealing ring completely closes the exhaust opening - so that the compressed air flow, i.e. the thrust of the two propellers, which are then positively engaged, can only leave the propeller casing to the rear (or in reverse flight mode then with the blowout direction forwards) In order to be able to cover this work spectrum, the sealing ring is fitted into the radial blow-out opening between the propellers as follows: In the neutral position, the sealing ring generally dips up to half of its depth into the front segment of the propeller casing - this half is not visible at all in the neutral position. The rear, i.e. the visible half of the sealing ring completely closes the blow-out effect between the front and rear segments of the propeller casing in the neutral position. If, for example, compressed air is to be released downwards in order to achieve a control pulse that pushes the tail of the aircraft `` upwards''(and thereby lowers the nose of the aircraft = nodding pulse), the sealing ring (mounted on a central ball joint) must, as it were,' be tilted. The lower segment of the ring is then completely immersed in the front segment of the propeller casing - thus exposing a gap at the bottom through which air can 'escape'. At the top, however, there is no gap. In return for the movement, the upper segment of the sealing ring dips into the area of the rear segment of the propeller casing. However, since half of the overall depth of the sealing ring was previously stored covered in the front segment of the propeller casing, this half now appears, following the sealing ring segment that dips away at the top. Nothing changes in the upper area of the blow-out opening: When the sealing ring movement is described, it remains permanently closed. Functionally, the desired force vector then results from this situation 'air outlet below / blockage above': The tail of the aircraft rises.
The great advantage of this constructive solution for sealing or partially releasing the exhaust opening is the low complexity and number of parts. A single component - the sealing ring - makes it possible to blow out in any direction of the 360 degree spectrum. This results in great weight and maintenance advantages and ultimately massive cost advantages.
Die konstruktive Loesung ‚ummantelte Doppelpropelleranordnung zur generierung eines Druckluftpotentials‘, das ueber einen beweglichen Dichtring fuer Schwebeflugsteuerungzwecke in jede gewuenschte Richtung abgelassen werden kann, erfordert noch die Integration eines zusaetzlichen technischen Details: Werden die beiden Propeller der ummantelten Propelleranordnung vom Reiseflugmodus (beide Propeller Postiv angestellt) auf Schwebeflugmodus umgestellt (hinterer Propeller negativ angestellt / sprich auf ‚Umkehrschubposition‛gestellt) baut sich sofort, also unmittelbar, das gewuenschte Druckluftpotential zwischen ihnen auf. Dieses Druckluftpotential muss jedoch abfliessen koennen, obwohl der Dichtring die Ausblassoeffnung ja noch komplett verschliesst → da zu diesem Zeitpunkt ja noch gar keine Dichtring-Verstellung vorgenommen wurde / sprich, dem System noch gar keine Steuer-Vektor-Erzeugung abverlangt wurde. Das System produziert quasi unmittelbar nach Umstellung auf den Schwebeflugmodus bereits ein Druckluftpotential als eine ‚Blindleistung‘, die abfliessen koennen muss → da nur ein ununterbrochener Luftfluss das unmittelbare und schnelle Ansprechen des Systems - auf Steuereingaben generell - garantiert. Um dies zu gewaehrleisten, sind im hinteren Mantelsegment, in direkter Nachbarschaft zum Dichtring, der den Ausblassschlitz abdeckt, vorteilhafterweise Oeffnungen vorgesehen, die speziell fuer die Abfuehrung dieser Blindleistung zustaendig sind. Man kann sie daher auch als Blindleistungskanaele bezeichnen . The constructive solution `` covered double propeller arrangement to generate a compressed air potential '', which can be vented in any desired direction via a movable sealing ring for hover control purposes, requires the integration of an additional technical detail: If the two propellers of the covered propeller arrangement are switched on from cruise mode (both propellers positive ) switched to hover mode (rear propeller turned negative / i.e. turned to 'reverse thrust position') the desired compressed air potential builds up between them immediately. However, this compressed air potential must be able to flow away, although the sealing ring still completely closes the exhaust opening → because at this point in time no sealing ring adjustment was made / i.e. no control vector generation was required of the system. Immediately after switching to hover mode, the system already produces a compressed air potential as a 'reactive power' that must be able to flow off → because only an uninterrupted air flow guarantees the immediate and quick response of the system - to control inputs in general. To ensure this, openings are advantageously provided in the rear jacket segment, in the immediate vicinity of the sealing ring which covers the exhaust slot, which are specifically responsible for the dissipation of this reactive power. They can therefore also be referred to as reactive power channels.
Sie sind nahe der Vorderkante des hinteren Mantelsegments, dieses komplett umlaufend positioniert und werden radial angesteuert. Funktionsseitig koennen sie z.B. mit der Verstellung der Blaetter des hinteren Propellerkranzes gekoppelt werden, - d.h. sie oeffnen sich dann synchron mit dem Einstellen dieser Blaetter auf Umkehrschub / also bei deren negativer Anstellung. Wird der Dichtring nun z.b. gekippt, um Druckluft nach unten abzulassen (um einen Steuerimpuls zu erzielen der das Heck des Flugzeuges nach oben drueckt), taucht der Dichtring oben in das hintere Segment der Ummantelung ein und verschliesst dort die Blindleistungskanaele. Gleichzeitig oeffnet sich unten die Ausblassoeffnung als breiter Spalt, da der Dichtring hier komplett in das vordere Segment der Ummantelung eintaucht. Dadurch wird der gewuenschte Steuerimpuls effizient generiert.They are close to the front edge of the rear jacket segment, this is positioned completely circumferentially and is controlled radially. On the functional side, they can, for example, be coupled with the adjustment of the blades of the rear propeller ring - ie they then open synchronously with the setting of these leaves to reverse thrust / i.e. when they are turned down. If the sealing ring is now tilted, for example, in order to release compressed air downwards (to achieve a control pulse that pushes the tail of the aircraft upwards), the sealing ring dips into the rear segment of the casing and closes the reactive power ducts there. At the same time, the discharge opening opens up as a wide gap at the bottom, as the sealing ring is completely immersed in the front segment of the casing. This efficiently generates the desired control pulse.
Im selben Moment, in dem der Schwebeflugmodus beendet wird und der hintere Propeller wieder zur Position ‚positive Anstellung‘ zurueckkehrt, verschliessen sich auch synchron die Blindleistungskanaele wieder - die Doppelpropeller-Ummantelung ist wieder komplett geschlossen und der gesamte Schub beider (nun wieder positiv angestellter) Propeller kann nur noch z.B. nach hinten austreten - fuer die gewuenschte Generierung von Schub fuer den Reiseflug.At the same moment that the hover mode is ended and the rear propeller returns to the 'positive pitch' position, the reactive power channels close again synchronously - the double propeller casing is completely closed again and the entire thrust of both (now positive pitch again) Propeller can only eg exit to the rear - for the desired generation of thrust for the cruise flight.
Besonderre Vorteile des 2-rotorigen Wirkprinzips der Erfindung:Special advantages of the 2-rotor operating principle of the invention:
Die Be-schraenkung auf lediglich 2 Hubrotoren, die dabei als Kipprotoren konzipiert sind, bringt fuer das erfindungsgemaesse Fluggeraet massive Vorteile mit sich. Generell besitzen wenige grosse Hub-Rotoren einen hoeheren Wirkungsgrad im Schwebeflug als viele kleine Rotoren. Muster mit vielen Rotoren, z.B. Quad-copter (4-Rorige Muster) oder gar Multicopter sind zwar als Loesungsansatz, beispielsweise fuer Drohnen bekannt, aber im Grunde genommen (speziell im Reiseflugmodus) unwirtschaftlich. Auch eine Loesung mit lediglich einem einzelnen Rotor (Helikopterprinzip) ist - wie hinlaenglich bekannt - nachteilig. Der grosse Einzelrotor ist zwar im Schwegeflug effektiv, bedarf aber bekannt-lich einer Taumelscheibe und individueller Blattansteuerung, um einem Flug-geraet in diesem Modus volle Beweglichkeit zu garantieren - und ist zudem ausserst ineffektiv in Hinsicht auf gute Reiseflugleistungen.
Um eine Flaeche im Raum zu stabilisieren, sind bekanntlich mindestens 3 Unterstuetzungspunkte vonnoeten (ein 2-beiniger Schemel ist z.B. instabil und faellt um). D.h. 3 Hubrotoren mit jeweils kollektiver Blattanstellung stellen quasi ein Minimum zur Loesung dieser Aufgabe dar. Allerdings beschraenkt sich die Kipprotor-Flug-Aufgabe ja bekanntlich nicht nur auf die Stabilisierung und Bewegung eines Fluggeraetes im Rahmen seiner freien und langsamen Bewegung im Raum (also den Schwebeflug) sondern insbesondere ja auch im schnellen, per Fluegel ermoeglichten und mit Steuerflaechen kontrollierten Vorwaertsflug (Reiseflug). Die
In order to stabilize a surface in the room, at least 3 support points are known to be needed (a two-legged stool, for example, is unstable and falls over). This means that 3 lifting rotors, each with a collective blade pitch, represent a minimum for solving this task. However, as is well known, the tilting rotor flight task is not limited to the stabilization and movement of an aircraft as part of its free and slow movement in space (i.e. hovering ) but especially in the fast forward flight, which is enabled by wing and controlled with control surfaces (cruise flight). The
Besondere Vorteile im Schwebeflugmodus:Special advantages in hover mode:
Beim erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeug werden (sowohl im Reiseflug, insbesondere aber auch) im Schwebeflugmodus alle generierten Luftstroemungen - also der Rotorabwind und auch alle Steuer-Vektoren, die aus der Propelleranordnung im Heck austreten - ausschliesslich und direkt in der gewuenschten Wirkrichtung abgestrahlt. Dadurch ergibt sich eine enorme Agilitaet des Fluggeraetes im Schwebeflugzustand, geradezu vergleichbar der eines Kolibris im Tierreich.
Waehrend z.B. ein Helikopter aus seinem Schwebeflug-Abwind (der ja primaer fuer den Auftrieb sorgen muss) auch noch Steuerimpulse fuer das Rollen und Nicken ausleiten muss - und das Gieren per Heckrotor unter dem Primat des Drehmomentausgleichs leidet - ist jeder Luftstrahl beim erfindungsgemaessen Fluggeraet direkt und ausschliesslich auf seine Aufgabe fokussiert. Auch der Rotorabwind der beiden Hubrotoren sorgt natuerlich zunaechst einmal primaer fuer den notwendigen Auftrieb - bei Bedarf aber eben auch enorm effektiv fuer einen Rollimpuls - dank des grossen Hebels (erzielt durch die Aussenfluegelposition) und dank der dortigen, optimalen 90°- Abstrahlung) zur Laengsachse. Auch der Austritt eines Luftstrahls aus der Propelleranordnung im Heck erfolgt immer im idealen 90°-Winkel (zur Hoch-oder Querachse). Und aus der Tatsache, dass der Hebel bei der Generierung dieser Steuervektoren auch hier enorm ist, ergibt sich dann die bereits angesprochene, ausserordentliche Agilitaet. Damit ist das erfindungsgemaesse Kipprotorflugzeug jedem anderen, bekannten Senkrechtstartmuster im Schwebeflugmodus weit ueberlegen. Da kann kein anderes Kipprotor - oder Kippfluegelmuster, kein herkoemmlicher Helikopter (auch keiner mit Notar-Auslegung), und schon gar kein Quadcopter mit einer - auf Drehmomentunterschieden der 4 Rotoren basierenden Schwebeflugsteuerung - auch nur annaehernd mithalten!In the tilt rotor aircraft according to the invention (both in cruising flight, but also in particular) in hover mode, all air currents generated - i.e. the rotor downdraft and all control vectors emerging from the propeller arrangement in the tail - are emitted exclusively and directly in the desired effective direction. This results in an enormous agility of the aircraft when hovering, almost comparable to that of a hummingbird in the animal kingdom.
While, for example, a helicopter from its hovering downdraft (which is primarily responsible for the lift) also has to derive control impulses for rolling and pitching - and yawing via the tail rotor suffers from the primacy of torque compensation - every air jet in the aircraft according to the invention is direct and focused exclusively on his task. The rotor downdraft of the two lift rotors is of course primarily responsible for the necessary lift - but also extremely effective for a roll impulse if required - thanks to the large lever (achieved by the outer wing position) and thanks to the optimum 90 ° radiation there) to the longitudinal axis . The exit of an air jet from the propeller arrangement in the stern also always takes place at an ideal 90 ° angle (to the vertical or transverse axis). And from the fact that the leverage in generating these tax vectors is enormous here too, the aforementioned, extraordinary agility results. The tilt rotor aircraft according to the invention is thus far superior to any other known vertical take-off pattern in hover flight mode. No other tilt rotor - or tilt wing pattern, no conventional helicopter (also none with a notary design), and certainly no quadcopter with a hover control based on torque differences of the 4 rotors - can even come close!
Besondere Vorteile im Reiseflugmodus: Special advantages in cruise mode:
Ausgehend von der Tatsache, dass die Propelleranornung im Heck des erfindungsgemaessen Fluggeraetes ja ueber Propeller mit relativ geringem Durchmesser verfuegt (wenn man als Vergleichsmassstab die grossen Kipprotoren am Fluegel heranzieht) ergibt sich fuer den Reiseflugs nun neuerdings eine ausserordentlich vorteilhafte Moeglichkeit, eine Effizienzsteigerung des Fluggeraetes in diesem Betriebszustand herbeizufuehren. Die Antriebsleistung des Fluggeraetes - auch im Reiseflug - setzt sich ja gemaess seiner erfinderischen Auslegung nun aus 2 Quellen zusammen. Sowohl die Kipprotoren am Fluegel als auch die ummantelte Doppelpropelleranordnung im Heck des Fluggeraetes steuern ihren Anteil bei. Vorteilhafterweise kann man nun aber im Reiseflug den beiden Propellern mit geringem Durchmesser in der Doppelpropelleranornung im Heck den Hauptanteil bei der Generierung der Antriebsleistung zuweisen - waehrend die Kipprotoren am Fluegel nur noch einen Minderheitsanteil beisteuern muessen. Wenn die Kipprotoren, die ja ueber einen grossen Durchmesser verfuegen, im Reiseflugmodus sehr schnell rotieren, koennen sich die Blattspitzen der Rotorblaetter dabei dem Bereich der Schallgeschwindigkeit annaehern, was Effizienzverluste nach sich zieht. Diese Problematik besteht in der Propelleranordnung im Heck, deren Propeller ja nur ueber kleine Durchmesser verfuegen, nicht. Wird die Hauptantriebsleistung also nun von den kleinen Propellern erbracht, waehrend die grossen Rotoren weniger beitragen muessen, laesst sich die Blattspitzenproblematik entschaerfen. Steuern laesst sich die Verteilung dieser Antriebsleistung ueber die Blattanstellung der jeweiligen Propeller.Based on the fact that the propeller arrangement in the stern of the aircraft according to the invention has propellers with a relatively small diameter (if the large tilt rotors on the wing are used as a benchmark), there has recently been an extremely advantageous opportunity for cruising to increase the efficiency of the aircraft to bring about this operating state. According to its inventive design, the propulsion power of the aircraft - even when cruising - is now composed of 2 sources. Both the tilt rotors on the wing and the jacketed double propeller arrangement in the rear of the aircraft contribute their share. Advantageously, the two propellers with a small diameter in the double propeller arrangement in the stern can now be assigned the main share in generating the propulsion power - while the tilt rotors on the wing only have to contribute a minority share. If the tilt rotors, which have a large diameter, rotate very quickly in cruise mode, the blade tips of the rotor blades can approach the range of the speed of sound, which results in efficiency losses. This problem does not exist in the propeller arrangement in the stern, whose propellers only have small diameters. If the main propulsion power is now provided by the small propellers, while the large rotors have to contribute less, the blade tip problem can be defused. The distribution of this drive power can be controlled by adjusting the blades of the respective propellers.
Das erfindungsgemaesse Kipprotorflugzeug gemaess den Anspruechen 1 bis 30 ist neuerdings zudem vorteilhafterweise mit einem Hybridantrieb ausgestattet. Dabei kann die notwendige elektrische Energie zum Betrieb seiner Elektromotoren sowohl aus einem Energieerzeugungsmodul (Verbrennungsmotor + Generator) oder aus einer elektrischen Speichereinheit (Akku) stammen. (Oder auch im Rahmen einer Mischversorgung aus beiden Quellen). Der im Energieerzeugungsmodul zum Einsatz gelangende Verbrennungsmotor kann dabei beispielsweise eine Gasturbine oder ein Dieselmotor sein (z.B. OPOC), wobei deratige Motoren dann vorteilhafterweise ueberwiegend im optimalen Drehzahlbereich arbeiten koennen und so (mithilfe eines Generators) effizient die elektrische Energie erzeugen koennen, die die Elektromotoren dann in Antriebskraft fuers Kipprotorflugzeug umsetzen. Durch einen mitgefuehrten Akku ist auch kurzzeitig ein reiner Elektroantrieb moeglich. So laesst sich z.B. fast lautlos elektrisch starten - der Laerm erzeugende Verbrennungsmotor wird erst in gebuehrender Entfernung zum Startplatz aktiviert. Auch bei Landungen ergibt sich natuerlich diese Moeglichkeit der Laernvermeidung - indem bereits vor Erreichen des Landeplatzes der Verbrennungsmotor abgestellt wird und die Endphase der Landung rein elektrisch, d.h. laermreduziert absolviert wird.The tilt rotor aircraft according to the invention according to
Als enormer weiterer Vorteil ergibt sich hier sogar zudem noch die Moeglichkeit, waehrend des Abstiegs, im Anflug zum Landeplatz, die Kraft der Luft, die dabei auf die Rotoren einwirkt, zu elektrischer Energie zu generieren und im Akku zwischenzuspeichern - dadurch verfuegt man nach einer Landung dann ueber bereits teilweise wiederaufgefuellte, elektrochemische Energiespeicher - fuer den naechsten Start.
Der groesste Vorteil einer solchen Hybrid-Auslegung besteht jedoch in der Notfall-Sicherheit, die sie fuer das erfindungsgemaesse Kipprotorflugzeug bietet. Im Falle eines Verbrennungmotor-Ausfalls ist ein derartig ausgestattetes, neuartiges Kipprotorflugzeug nicht mehr auf eine riskante Autorotations-Notlandung angewiesen. Ein derartiges Manoever muss z.B. ein Pilot eines herkoemmlichen Helikopters oder Kipprotormusters bei Komplett-Motorausfall durchfuehren. Dabei muss er sein antriebsloses Fluggeraet unmittelbar - und im steilen Abstieg - landen, ganz egal, ob ein geeignetes Landeareal erreicht werden kann oder nicht. Faellt hingegen beim neuartigen Kipprotorflugzeug tatsaechlich einmal der Ver-brennungsmotor aus, stellen vorhandene, akkugespeiste Elektromotoren ‚die zweite Sicherheit‘ dar, die fuer eine normale Landung ohne jeglichen Zeitdruck buergt - auch wenn eine geeignete Landeflaeche etwas entfernter liegen sollte.As an enormous additional advantage, there is also the possibility of generating electrical energy during the descent, on the approach to the landing site, which acts on the rotors and storing it temporarily in the battery - this is what you have after a landing then over partially refilled, electrochemical energy storage - for the next start.
The greatest advantage of such a hybrid design, however, is the emergency safety it offers for the tilt rotor aircraft according to the invention. In the event of an internal combustion engine failure, a new type of tilt rotor aircraft equipped in this way is no longer dependent on a risky autorotation emergency landing. Such a maneuver must, for example, be carried out by a pilot of a conventional helicopter or a tilt rotor model in the event of a complete engine failure. He has to land his non-powered aircraft immediately - and in a steep descent - regardless of whether a suitable landing area can be reached or not. If, on the other hand, the combustion engine of the new type of tilt rotor aircraft actually fails, the existing battery-powered electric motors represent 'the second security' that guarantees a normal landing without any time pressure - even if a suitable landing area should be a little further away.
Beim erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeug mit seinem Hybridantriebssystem sind die Elektromotoren vorteilhafterweise direkt an die Antriebswellen der schwenkbaren Hubrotoren am Fluegelende angeschlagen - werden also beim Kippvorgang mitbewegt. Alternativ koennen die Elektromotoren auch problemlos an anderer Stelle verbaut werden - sie koennen z.B. in die Verbindungswelle integriert werden, die die beiden Hubrotoren verbindet und im Fluegel verlaeuft. Beim Kippen der Hubrotoren sind dann vorteilhafterweise nur noch geringere Massen in Bewegung, da sich dann nur noch die Rotoren und deren Antriebswellen bewegen - vergleichbar einer bereits veroeffentlichten Konzeptstudie der US-Firma Bell namens ‚Valor‛.In the tilt rotor aircraft according to the invention with its hybrid drive system, the electric motors are advantageously attached directly to the drive shafts of the pivotable lift rotors at the end of the wing - that is, they are moved along with the tilting process. Alternatively, the electric motors can easily be installed elsewhere - they can e.g. be integrated into the connecting shaft that connects the two lifting rotors and runs in the wing. When the lifting rotors are tilted, only smaller masses are advantageously in motion, since then only the rotors and their drive shafts move - comparable to an already published concept study by the US company Bell called 'Valor'.
Verbrennungsmotoren, die aus Transmissionsgruenden direkt hinter den Kipprotoren sitzen muessen - also aussen, an den Fluegelenden - macht eine derartige Hybrid-Konstellation jetzt ueberfluessig. Die Verbrennungsmotoren koennen jetzt neuerdings auch problemlos im Rumpf - oder in unmittelbarer Rumpfnaehe - platziert werden, also schwerpunktseitig vorteilhafter.Combustion engines, which for reasons of transmission have to sit directly behind the tilting rotors - i.e. outside, at the wing ends - now make such a hybrid constellation superfluous. The combustion engines can now also be placed in the fuselage without any problems - or in the immediate vicinity of the fuselage - so it is more advantageous in terms of focus.
Besondere Vorteile waehrend der Transition: Special advantages during the transition:
Durch die Auslegung des erfindungsgemaessen Fluggeraetes - mit seinen lediglich 2 kollektiv angesteuerten Hubrotoren zuzueglich einer Propelleranordnung im Heck - wird auch der Wechsel zwischen den Flugzustaenden, die sogenannte Transition, zu einem Kinderspiel. Das Bereitstellen von Steuerkraeften, generiert ueber die Propelleranordung im Heck, erfolgt dabei nicht nur effektiv (wie erwaehnt jeweils in optimaler 90°-Abstrahlung), sondern das System stellt vorteilhafterweise beim Abrufen eines gewuenschten Steuerimpulses diese Steuerkraft auch ausserordentlich schnell zur Verfuegung. Generell bietet die Propelleranordnung im Heck ja das Ausblasen von Luftstrahlen in 6 Richtungen an. Dieses System kann Luft nach oben oder unten beschleunigt ausstossen, nach links und rechts - und natuerlich auch nach vorne und hinten. Der Wechsel von einer Luftausblasrichtung zu einer anderen erfolgt dabei in Bruchteilen von Sekunden - quasi unmittelbar! Dies gilt sowohl fuer alle Steuerbefehle, die sich aus der Bewegung des Dichtrings ergeben (also auf, ab, links, rechts) aber auch fuer die Steuerbefehle ‚Vorwaerts oder Rueckwaerts‘ fuer die ja, in einem Zusammenwirken, der vordere und der hintere Propeller der Propelleranordnung verantwortlich zeichnen. Auch ein Steuerbefehl zur kollektiven Aenderung dieser Propelleran-stellwinkel kann vom System derart schnell - geradezu rasend schnell - exekutiert werden, dass er sich wohl sogar dem normaler Beobachtungsvermoegen eines menschlichen Auges entzieht.The design of the aircraft according to the invention - with its only 2 collectively controlled lifting rotors plus a propeller arrangement in the tail - also makes changing between flight states, the so-called transition, child's play. The provision of control forces, generated via the propeller arrangement in the stern, is not only effective (as mentioned in each case with optimal 90 ° radiation), but the system also advantageously makes this control force available extremely quickly when a desired control pulse is called up. In general, the propeller arrangement in the stern allows air jets to be blown out in 6 directions. This system can expel air accelerated upwards or downwards, to the left and right - and of course also to the front and back. The change from one air discharge direction to another takes place in a fraction of a second - almost immediately! This applies both to all control commands that result from the movement of the sealing ring (i.e. up, down, left, right) but also to the control commands 'forwards or backwards' for which yes, in an interaction, the front and rear propellers of the Hold the propeller arrangement responsible. A control command for the collective change of this propeller pitch angle can also be executed by the system so quickly - almost extremely quickly - that it is probably beyond the normal ability of a human eye to observe.
Auf Basis dieser enormen Geschwindigkeiten bei der Erzielung von Steuer-und Antriebs-Kraeften stellt daher auch jeder Wechsel der Flugrichtung (z.B. vom Vorwaerts zum Rueckwaertsflug waehrend eines Schwebeflugzustandes) aber auch jede Transition, also der Uebergang vom Schwebe - zum Reiseflug, einen unproblematischer Wechsel dar. Das Fluggeraet spricht auslegungsbedingt ja extrem schnell an - und auch die Ausfuehrung der Transitionen selbst, also die reale Exekutierung durch das Fluggeraet (als Koreographie zwischen den beiden Hubrotoren und der Propellanordnung im Heck) kann schneller erfolgen als bei irgedeinem anderen, vergleichbaren Muster.On the basis of these enormous speeds in achieving control and propulsion forces, every change in flight direction (e.g. from forwards to backwards flight during a hovering state) but also every transition, i.e. the transition from hovering to cruising flight, represents an unproblematic change Due to the design, the aircraft responds extremely quickly - and the execution of the transitions themselves, i.e. the real execution by the aircraft (as a coreography between the two hub rotors and the propeller arrangement in the tail) can take place more quickly than with any other comparable pattern.
Besonderer Vorteil: Alle Antriebs-und Transmissionskomponenten in allen Flugzustaenden immer aktiv:Special advantage: all drive and transmission components are always active in all flight conditions:
Beim erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeug gemaess den Anspruechen 1 - 30 kommt noch ein weiterer positiver Aspekt zum tragen. Alle Antriebskomponenten, die im Schwebeflugmodus aktiv sind, tragen auch im Reiseflugmodus zum Vortrieb bei - wodurch das neuartige Flugggeraet hohe Betriebseffizienz aufweist.In the case of the tilt rotor aircraft according to the invention in accordance with claims 1-30, another positive aspect comes into play. All drive components that are active in hover mode also contribute to propulsion in cruise mode - which means that the new type of aircraft is highly efficient.
Und da die Rotoren der Erfindung nun neuerdings ueber eine sehr hohe Blattzahl von z.B. 8 oder sogar noch mehr Rotorblaettern verfuegen koennen, kann ihr Durchmesser gegenueber bisherigen Kipprotor-Mustern problemlos reduziert werden, ohne gleich Nachteile in Kauf nehmen zu muessen. Eine Reduzierung des Durchmessers wiederum befaehigt ein neuheitliches Kipprotorflugzeug dann im Falle eines gewoehnlichen Horizontalstarts à la Flaechenflugzeug die Rotoren nur wenig aus der Vertikalen kippen zu muessen, (z.b. lediglich 30 Grad nach oben, waehrend es bei einer V22 Osprey z.B, happige 75 Grad sein muessen!) ohne gleich Bodenberuehrung befuerchten zu muessen. So laesst sich auch im normalen Startmodus als Flaechenflugzeug von Anfang an eine hoehe Antriebs-Effektivitaet erreichen - sprich, man kann mit hoher Zuladung starten.And since the rotors of the invention now have a very high number of blades, e.g. 8 or even more rotor blades, their diameter can easily be reduced compared to previous tilting rotor designs without having to accept any disadvantages. A reduction in the diameter in turn enables a new tilt rotor aircraft to have to tilt the rotors only a little out of the vertical in the case of a normal horizontal take-off à la airplanes (e.g. only 30 degrees upwards, while with a V22 Osprey e.g. it has to be a steep 75 degrees !) without having to fear ground contact. In this way, a high level of propulsion efficiency can be achieved from the start in the normal take-off mode as a flat-wing aircraft - that is, you can take off with a high payload.
Das ist ueberhaupt der Hauptvorteil des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs. Es kann fast ohne Einschraenkungen konventionell wie ein gewoehnliches Flaechenflugzeug starten und landen und bietet - durch die Bereitstellung der Auftriebskraft seines Fluegels - die erwaehnten Starts mit hoher Zuladung an. Gleichzeitig offeriert die Neuheit das Potential eines vollwertigen Helikopters mit exzellenter Senkrechtstart und - Senkrechtlandungskapazitaet. Und all dies auf Basis einer simplen konstruktiven Grundkonzeption: Andere Fluggeraete, die eine Transition (den Uebergang vom Schwebe - in den Reiseflug oder umgekehrt) anbieten, brauchen Taumelscheiben (V 22 Osprey), eine Kupplung (F 35 Lightning) oder muessen grosse Massen bewegen (Kippfluegel-Flugzeugmuster). Das erfindungsgemaese Kipprotorflugzeug nach den Anspruechen 1 bis 30 braucht all dies nicht - und ist aufgrund seiner minimalistischen Dynamikkomponenten-Ausstattung preisguenstig zu produzieren und zu betreiben.That is the main advantage of the tilt rotor aircraft according to the invention. It can take off and land conventionally, almost without restrictions, like an ordinary flat-wing aircraft and - by providing the lift power of its wing - offers the mentioned takeoffs with a high payload. At the same time, the novelty offers the potential of a full-fledged helicopter with excellent vertical take-off and vertical landing capacity. And all of this on the basis of a simple basic design: Other aircraft that offer a transition (the transition from hovering to cruising flight or vice versa) need swash plates (
Man kann auch sagen: Mit dem erfindungsgemaessen Fluggeraet liegt erstmals eine tatsaechlich ‚saubere‘ (sprich komplett funktionale) und preiswert zu realisierbare Symbiose aus Senkrechtstarter und Flaechenflugzeug vor, die zudem skalierbar ist. Dieses neuartige Fluggeraet, das eine eigene Flugzeuggattung begruendet, hat daher das Potential, die Weltluftfahrt zu veraendern. Denn der Senkrechtstart und die Senkrechtlandung - bisher eher das Privileg einer kleinen Minderheit aller Luftfahrt-Teilnehmer - koennte bald zum Massenphaenomen werden. Zum profanen Standard beim Betrieb einer Vielzahl von Luftfahrzeugen der zivilen, militaerischen und allgemeinen Luftfahrt.One can also say: With the aircraft according to the invention, there is for the first time an actually 'clean' (i.e. completely functional) and inexpensive to implement symbiosis of vertical take-off and flat-wing aircraft, which is also scalable. This new type of aircraft, which establishes its own type of aircraft, therefore has the potential to change world aviation. Because the vertical take-off and the vertical landing - so far more the privilege of a small minority of all aviation participants - could soon become a mass phenomenon. The mundane standard in the operation of a wide variety of civil, military and general aviation aircraft.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
Zeichnung 1 bis4 : Die Darstellung eines erfindungsgemaessen Kipprotor- Flugzeugs mit Benennung seiner Komponenten (Zeichnung 1 Draufsicht / Komplettdarstellung,Zeichnungen 2 ,3 und4 : Detailansichten)- Zeichnung
5 : Darstellung des erfindungsgemaessen Fluggerates in vergroesserter Draufsicht mit einer zusaetzlichen Detailansicht (einer Seitenansicht des Antriebsstrangs der Propelleranordnung im Heck des Fluggeraetes) - Zeichnung
6 : Seitenansicht des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs - Zeichnung
7 : vergroesserte Vorderansicht des erfindungsgemaessen KipprotorFlugzeugs (nur linker Hubrotor komplett sichtbar) - Zeichnung
8 : Verkleinerte Vorderansicht (Komplettansicht) des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs mit komplett nach oben geschwenkten Hubrotoren (+ Andeutung des Propellerkreises im Reiseflugmodus) - Zeichnung
9 : Verkleinerte Vorderansicht (Komplettansicht) des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs mit lediglich um 30 ° nach oben geschwenkten Hubrotoren - Zeichnung
10 : Perspektivische Ansicht der ummantelten Doppelpropelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotor- Flugzeugs, Situation: Reiseflug - Zeichnung
11 : Schnitt durch die ummantelten Doppelpropelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs, um die Lage der innenliegenden Komponenten im Betriebszustand Reiseflug zu verdeutlichen - Zeichnung
12 : Perspektivische Ansicht der ummantelten Doppelpropelleranorddnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotor- Flugzeugs, Situation: Schwebeflug, Luftauslass nach oben / um Steuerimpuls nach unten zu erreichen - Zeichnung
13 : Schnitt durch die ummantelten Doppelpropelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs, um die Lage der innenliegenden Komponenten im Betriebszustand Schwebeflug (bei Anforderung Steuerimpuls nach unten / Luftauslass nach oben) zu verdeutlichen - Zeichnung
14 : Perspektivische Ansicht der ummantelten Doppelpropelleranorddnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotor- Flugzeugs, Situation: Schwebeflug, Luftauslass in Flugrichtung links, um Steuerimpuls am Heck in Flugrichtung rechts zu generieren - Zeichnung
15 : Schnitt durch die ummantelten Doppelpropelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs, um die Lage der innenliegenden Komponenten im Betriebszustand Schwebeflug zu verdeutlichen (bei Anforderung fuer einen seitlichen Steuerimpuls / und dementsprechendem seitlichem Luftauslass) - Zeichnung
16 bis19 : Abflugsequenz eines erfindungsgemaessen KipprotorFlugzeugs, alle Zeichnungen in perspektivischer Darstellung, (Zeichnung16 : Bodensituation, stillstehende Motoren Zeichnung17 : Senkrechtstart, nach oben geschwenkte Kipprotoren Zeichnung18 : Transition, nach vorne schwenkende Kipprotoren Zeichnung19 : Reiseflug, nach vorne geschwenkte Kipprotoren)
- drawing
1 to4th : The representation of a tilt rotor aircraft according to the invention with the naming of its components (drawing1 Top view / complete representation,drawings 2 ,3 and4th : Detailed views) - drawing
5 : Representation of the aircraft according to the invention in an enlarged top view with an additional detailed view (a side view of the drive train of the propeller arrangement in the rear of the aircraft) - drawing
6th : Side view of the inventive tilt rotor aircraft - drawing
7th : enlarged front view of the tilt rotor aircraft according to the invention (only left lift rotor completely visible) - drawing
8th : Reduced front view (complete view) of the tilt rotor aircraft according to the invention with the lift rotors pivoted completely upwards (+ indication of the propeller circle in cruise mode) - drawing
9 : Reduced front view (complete view) of the tilt rotor aircraft according to the invention with the lift rotors pivoted upwards only by 30 ° - drawing
10 : Perspective view of the jacketed double propeller arrangement in the tail of the tilt rotor aircraft according to the invention, situation: cruising flight - drawing
11 : Section through the jacketed double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft to illustrate the position of the internal components in the cruise flight operating state - drawing
12 : Perspective view of the jacketed double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft, situation: hovering flight, air outlet upwards / to achieve control impulse downwards - drawing
13 : Section through the jacketed double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft to illustrate the position of the internal components in the hovering operating state (when the control pulse is down / air outlet is up) - drawing
14th : Perspective view of the jacketed double propeller arrangement in the tail of the tilt rotor aircraft according to the invention, situation: hovering flight, air outlet in flight direction on the left in order to generate control impulses at the rear in flight direction on the right - drawing
15th : Section through the encased double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft, in order to clarify the position of the internal components in the hovering operating state (if a lateral control pulse is requested and a corresponding lateral air outlet) - drawing
16 to19th : Departure sequence of a tilt rotor aircraft according to the invention, all drawings in perspective representation, (drawing16 : Ground situation, stationary engines drawing17th : Vertical takeoff, tilt rotors swiveled upwards18th : Transition, forward swiveling tilt rotors drawing19th : Cruising flight, tilt rotors tilted forward)
In der Zeichnung
Blindleistungskanaele (
- Zeichnung
5 : Draufsicht auf das erfindungsgemaessen Kipprotor-Flugzeuge in vergroessertem Masstab (weshalb die Abbildung nicht komplett ist, sondern lediglich einen Ausschnitt des Fluggerates darstellt) Hier laesst sich insbesondere die Lage der Transmissions-Komponenten gut erkennen. Dominant ins Auge sticht die Verbindungswelle zwischen den beiden Hubrotoren. Von ihr zweigt deutlich sichtbar - per Kegelradgetriebe die Heckwelle ab, die fuer den Antrieb der Doppelpropelleranordnung im Heck des Fluggeraetes zustaendig ist. Die Detailansicht im rechten, unteren Seitenbereich zeigt einen Ausschnitt des hinteren Rumpfes in Seitenansicht. Mithilfe dieser Darstellung wird die naheliegendste technische Ausfuehrung zur Ansteuerung der Doppelpropeller-Anordnung im Heck.des Fluggeraetes visualisiert. Basis dieser Auslegung ist eine 3-Wellen-Loesung, wobei deren aeussere Hohlwelle die Uebertragung der Antriebsleistung fuer die beiden Propeller gewaehrleistet , die mittlere Hohlwelle den vorder en Verstellpropeller ansteuert und die innere Welle fuer die Ansteuerung des hinteren Verstellpropellers zustaendig ist. Die Lage der beiden - in der Darstellung gezeigten - Aktuatoren (zylinder foermige Stellglieder) ist dabei naheliegend fuer die Ansteuerung der innenliegenden Wellen einer derartigen 3- Wellen-Loesung. - Zeichnung
6 : Diese Seitenansicht des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs zeigt dessen Konfiguration fuer einen anstehenden Senkrechtstart:- - Nach oben geschwenkte Hubrotoren
- - komplett nach unten geklappte Landeklappen und Querruder
- - geoeffnete Blindleistungskanaele der Propelleranordnung im Heck des Fluggeraetes
- Zeichnung
7 : Vorderansicht des erfindungsgemaessen Kipprotor-Flugzeuges in vergroessertem Masstab (weshalb die Abbildung nicht komplett ist, sondern lediglich einen Ausschnitt darstellt) Gezeigt wird eine Konstellation, bei der die Hubrotoren fuer einen Senkrechtstart nach oben geschwenkt sind - die Landeklappen und Querruder jedoch noch nicht abgeklappt sind. Deutlich zu erkennen ist insbesondere die Lage der Triebwerksluft-Einlaesse der Verbrennungsmotoren, die die mechanische Energie bereitgestellen, mit deren Hilfe dann Generatoren die elektrische Energie zum Antrieb der Elektromotoren erzeugen. Auch die Lage der Fahrweks-Komponenten ist gut zu erkennen. - Zeichnung
8 : Vorderansicht des erfindungsgemaessen Kipprotor-Flugzeuges als Komplettansicht, mit nach oben geschwenkten Rotoren und nach unten abgeklappten Landeklappen sowie Querrudern, sprich der Konstellation vor einem Senkrechtstart. Zusaetzlich ist in dieser Darstellung auch noch die Lage der beiden Propellerkreise eingezeichnet, wie sie beim Fluggeraet im Falle von komplett nach vorne geschwenkten Rotoren vorliegen - sprich, der Konstellation, wie sie typischerweise beim Reiseflug anzutreffen ist. Es ist sichtbar, dass die Propeller in dieser 0° -Position am Boden, also bei ausgefahrenem Fahrwerk diesen zwar nicht beruehren, aber tatsaechlich nur minimale Bodenfreiheit besteht. Fuer die Durchfuehrung eines konventionellen Horizontal-Starts mit dieser 0° - Rotoren-Stellung ‚reicht es folglich nicht‘, die Bodenfreiheit ist zu gering - und damit waere die Gefahr einer Bodenberuehrung durch die schnell drehenden Rotorblaetter zu gross. - Zeichnung
9 : Vorderansicht des erfindungsgemaessen Kipprotor-Flugzeuges als Komplettansicht, mit um 30° nach oben geschwenkten Rotoren (bei nicht komplett ausgefahrenen Landeklappen und Querrudern) - einer Konstellation, die rotorseitig ausreichende Bodenfreiheit der schnell drehenden Blaetter gewaehrt und deshalb einen konventionellen Horizontalstart selbst auf sehr kurzen Start-und Landebahnen moeglich macht. (Kurzstart). Trotz der geringeren Wirksamkeit der Rotoren bei der Aufgabe, eine Horizontalbeschleunigung des Fluggeraetes auf der Startbahn fuer einen Horizontalstart bereitzustellen (in der hier visualisier - ten Form gut nachvollziehbar anhand der reduzierten, elyptischen Propellerkreisflaechen / siehe im Vergleich dazu die groesseren Propellerkreisflaechen der Vollkreise in Zeichnung8 ) bleibt dennoch ausreichend Vortrieb verfuegbar, um mit dem erfindungsgemaessen Flugzeug auch in dieser Art und Weise zu starten. - Zeichnung
10 : Perspektivische Ansicht der ummantelten Doppelpropelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotor- Flugzeugs, Situation: Reiseflug Sowohl der vordere als auch der hintere Propeller der Propelleranordnung im Heck sind positiv angestellt. Gleichzeitig ist der radiale Auslassschlitz durch den Dichtring komplett verschlossen, ebenso die Blindleistungskanaele (diese sind hier in dieser Prinzip-Zeichnung - der Uebersichtlichkeit halber - nicht visualisiert) Die von vorne in die ummantelte Propelleranordnung eintretende Luft wird in dieser Konstellation von beiden Propellern beschleunigt und ausschliesslich nach hinten ausgestossen. Daraus resultiert maximaler Schub fuer den effizienten Reiseflug. - Zeichnung
11 : Schnitt durch die ummantelten Doppelpropelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs, um die Lage der innenliegenden Komponenten im Betriebszustand Reiseflug zu verdeutlichen. Der Dichtring verschliesst den radialen Auslassschlitz komplett, Austritt der - von beiden positiv angestellten Propellern - beschleunigten Luft nur nach hinten moeglich. - Zeichnung
12 : Perspektivische Ansicht der ummantelten Doppelpropelleranorddnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotor- Flugzeugs, Situation: Schwebeflug, Luftauslass nach oben / um Steuerimpuls nach unten zu erreichen. Der vordere, positiv angestellte Propeller zieht Luft von vorne in die Propelleranornung hinein und beschleunigt sie nach hinten. Der hintere, negativ angestellte Propeller zieht Luft von hinten in die Propelleranordnung hinein und beschleunigt sie nach vorne. Dadurch baut sich zwischen den Propellern ein Druck-Potential auf, das aufgrund der Stellung des Dichtringes nur nach oben entweichen kann. Diese also nach oben entweichende Luft fuehrt zu einem gegensinnig auftretenden Kraftvektor der nach unten wirkt (symbolisiert durch den dreieckigen Pfeil hinter der Propelleranordnung. Das sich im Schwebeflug befindliche Fluggeraet hebt dadurch die Nase / ‚nickt‘. Auch in dieser Darstellung sind die die Blindleistungskanaele (analog wie schon zuvor bei Zeichnung10 ) - der Uebersichtlichkeit wegen nicht visualisiert). - Zeichnung
13 : Schnitt durch die ummantelten Doppelpropelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs, um die Lage der innenliegenden Komponenten im Betriebszustand Schwebeflug mit gekipptem Dichtring (der Luftauslass lediglich nach oben gewaehrt) zu verdeutlichen. Der Dichtring, gelagert auf seinem zentralen Kugelgelenk, ist nach vorne gekippt, so dass er den radialen Auslassschlitz nach unten komplett verschliesst und nach oben im Maximum freigibt. Durch den Luftauslass ausschliesslich nach oben wird der gewuenschte Steuerimpuls erreicht (Heck senkt sich, Nase des sich im Schwebeflug befindlichen Fluggeraetes hebt sich). - Zeichnung
14 : Perspektivische Ansicht der ummantelten Doppelpropelleranorddnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotor- Flugzeugs, Situation: Schwebeflug, Luftauslass in Flugrichtung links, um einen Steuerimpuls am Heck in Flugrichtung rechts zu generieren Der vordere, positiv angestellte Propeller zieht Luft von vorne in die Propelleranornung hinein und beschleunigt sie nach hinten. Der hintere, negativ angestellte Propeller zieht Luft von hinten in die Propelleranordnung hinein und beschleunigt sie nach vorne. Dadurch baut sich zwischen den Propellern ein Druck-Potential auf, das aufgrund der Stellung des Dichtringes nur nach links (in Flugrichtung gesehen) entweichen kann. Diese nach links entweichende Luft fuehrt zu einem gegensinnig auftretenden Kraftvektor der nach rechts wirkt, also das Heck des Fluggeraetes nach rechts drueckt (symbolisiert durch den dreieckigen Pfeil hinter der Propelleranordnung). Das sich im Schwebeflug befindliche Fluggeraet bewegt im Gegenzug dann gleichzeitig seine Nase nach links / ‚giert‘. Auch in dieser Darstellung sind die die Blindleistungskanaele (analog wie schon zuvor bei Zeichnung10 ) - der Uebersichtlichkeit wegen nicht visualisiert). - Zeichnung
15 : Schnitt durch die ummantelten Doppelpropelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs, um die Lage der innenliegenden Komponenten im Betriebszustand Schwebeflug, mit zur Seite geschwenktem Dichtring (seitlicher Luftauslass, Steuerimpuls um die Hochachse angefordert) zu verdeutlichen Der Dichtring, gelagert auf seinem zentralen Kugelgelenk, ist in der Propelleranordnung nach rechts geschwenkt, gibt deshalb den radialen Auslassschlitz auf der linken Seite in maximaler Weise frei. Durch diesen daraus resultierenden Luftaustritt am Heck des Fluggeraetes in Flugrichtung nach links, wird das Heck dann nach rechts gedrueckt. Dadurch ergibt sich dann der gewuenschte Steuerimpuls (Nase des sich im Schwebeflug befindlichen Fluggeraetes giert nach links). Auch in dieser Darstellung sind die die Blindleistungskanaele (analog wie schon zuvor bei Zeichnung10 ) - der Uebersichtlichkeit wegen nicht visualisiert). - Zeichnung
16 : Perspektivische Darstellung eines erfindungsgemaessen Kipprotorfluggeraetes kurz vor einem Senkrechtstart. Die Rotoren sind bereits nach oben geschwenkt, aber noch nicht in Rotation versetzt. - Zeichnung
17 : Perspektivische Darstellung eines erfindungsgemaessen Kipprotorfluggeraetes im Moment des Abhebens, Modus Senkrechtstart. Der Auftrieb wird nahezu komplett mithilfe des Abwindes der Hubrotoren generiert. Siehe grosse, nach unten gerichtete Pfeile. Die Propelleranordnung im Heck des Fluggeraetes steuert lediglich Steuerimpulse zur Schwebeflugkontrolle des Fluggeraetes bei. Hier momentan einen Steuerimpuls mit nach unten gerichtetem-Kraftvektor, um das Fluggeraet in dieser Flugphase in Vorlage zu bringen. Siehe kleiner, nach unten gerichteter Pfeil der vom Heck ausgehend abwaerts gerichtet ist. - Zeichnung
18 : Perspektivische Darstellung eines erfindungsgemaessen Kipprotorfluggeraetes im Moment der Transition, also nach vorne schwenkenden Kipprotoren, um in den horizontalen Reiseflugmodus ueberzugehen. Der Auftrieb wird noch immer weitestgehend allein durch die Hubrotoren erzeugt. Siehe die parallel zum Rotorabwind verlaufenden/leicht schraeg nach unten gerichteten Pfeile. Diese Pfeile lassen sich - unter den Gesichtspunkten des mechanisch-Kraftflusses - in 2 Kraft-Vektoren aufteilen. Waehrend der groessere Vektor (-Pfeil), der senkrecht nach unten zeigt, die Auftriebskomponente repraesentiert, laesst sich - vom Hubrotorabwind ausgehend - auch schon ein geringfuegiger Vektor-Betrag nach hinten, in horizontaler Richtung ausmachen. D.h. die Hubrotoren erzeugen auch bereits eine, wenn auch noch unwesentliche, Vortriebs-Komponente. Die Propelleranordnung im Heck des erfindungsgemaessen Fluggeraetes ist zudem bereits vom Schwebeflugmodus in den Reiseflugmodus uebergegangen und stellt somit schon vollen Schub nach vorne (also ausschliesslich) in horizontaler Richtung bereit. Siehe dicker Vektorpfeil nach hinten. - Zeichnung
19 : Perspektivische Darstellung eines erfindungsgemaessen Kipprotorfluggeraetes im Reiseflugmodus, also mit komplett nach vorne geschwenkten Kipprotoren Der Auftrieb wird nun komplett von der aerodynamisch wirksamen Fluegelflaeche erzielt. Siehe dicker Pfeil senkrecht nach oben. Um diese Auftriebskomponente dauerhaft bereitstellen zu koennen, muss das Fluggeraet mithilfe seiner Motorleistung staendig nach vorne getrieben werden. Die Umsetzung dieser Motorleistung in den erforderlichen Vortrieb fuer den Reiseflug bewerkstelligen beim erfindungsgemaessen Fluggeraet dabei alle vorhandenen Propeller gleichzeitig und unablaessig ueber den gesamten Flugbereich, sprich sowohl die grossen, nach vorne geschwenkten Kipprotoren - als auch die beiden Propeller, die sich in der Propelleranordnung im Heck befinden, und die dazu beide positiv angestellt sind. In der Zeichnung erkenntlich gemacht ist dieser zusammenwirkende Schub-Betrag durch die 3 nach hinten gerichteten-Pfeile. (2 ausgehend von den gekippten Hubrotoren, einer resultierend aus der Propelleranordnung im Heck). Der Pfeil, der aus der Propelleranordnung im Heck austritt ist deutlich groesser als die Pfeile, die von den gekippten Hubrotoren ausgehen. Dies soll den idealen Betriebszustand des erfindungsgemaessen Kipprotorflugzeugs im Reiseflugmodus symbolisieren. Also vorteilhafterweise ein grosser Schub-Beitrag aus der Propelleranordnung im Heck und ein eher bescheidener Beitrag fuer den die beiden gekippten Hubrotoren verantwortlich zeichnen. Aus betriebsoekonomischer Sicht ist es einfach so, dass die Blattspitzen der schnelldrehenden Blaetter der nach vorne gekippten, grossen, Hubrotoren bei hoher Motordrehzahl in die naehe der Schallgeschwindigkeit kommen, weshalb der Betrieb dieser Propeller dann unwirtschaftlicher wird. Fuer die kleinen Propeller, die innerhalb der Propelleranordnung im Heck des Fluggeraetes arbeiten, besteht diese Gefahr nicht. Steuern laesst sich der Schubbeitrag der jeweiligen Propeller des Systems ueber deren Anstellung
Reactive power channels (
- drawing
5 : Top view of the tilt rotor aircraft according to the invention on an enlarged scale (which is why the figure is not complete, but only shows a section of the aircraft) Here, in particular, the position of the transmission components can be clearly seen. The connecting shaft between the two lifting rotors is particularly eye-catching. The stern shaft, which is responsible for driving the double propeller arrangement in the rear of the aircraft, branches off from it clearly visible - via a bevel gear. The detailed view in the lower right side area shows a section of the rear fuselage in side view. With the help of this representation, the most obvious technical design for controlling the double propeller arrangement in the rear of the aircraft is visualized. The basis of this design is a 3-shaft solution, the outer hollow shaft ensuring the transmission of the drive power for the two propellers, the middle hollow shaft controlling the front variable pitch propeller and the inner shaft controlling the rear variable pitch propeller. The position of the two actuators (cylinder-shaped actuators) - shown in the illustration - is obvious for the control of the internal waves of such a 3-wave solution. - drawing
6th : This side view of the tilt rotor aircraft according to the invention shows its configuration for an upcoming vertical takeoff:- - Lifting rotors swiveled up
- - Flaps and ailerons fully folded down
- - Open reactive power channels of the propeller arrangement in the rear of the aircraft
- drawing
7th : Front view of the tilt rotor aircraft according to the invention on a larger scale (which is why the figure is not complete, but only shows a section) A configuration is shown in which the lift rotors are swiveled upwards for a vertical take-off - the landing flaps and ailerons, however, have not yet been folded down . In particular, the position of the engine air inlets of the internal combustion engines, which provide the mechanical energy with the help of which generators then generate the electrical energy for driving the electric motors, can be clearly seen. The location of the chassis components is also easy to see. - drawing
8th : Front view of the tilt rotor aircraft according to the invention as a complete view, with rotors pivoted upwards and flaps folded down, as well as ailerons, i.e. the constellation before a vertical take-off. In addition, the position of the two propeller circles is also drawn in this illustration, as it is in the case of the aircraft in the case of rotors that are completely swiveled forward - in other words, the constellation that is typically encountered during cruising. It can be seen that the propellers in this 0 ° position on the ground, i.e. with the landing gear extended, do not touch the ground, but that there is actually only minimal ground clearance. For the implementation of a conventional horizontal take-off with this 0 ° rotor position 'it is therefore not enough', the ground clearance is too low - and the risk of ground contact by the rapidly rotating rotor blades would be too great. - drawing
9 : Front view of the tilt rotor aircraft according to the invention as a complete view, with the rotors pivoted upwards by 30 ° (with the landing flaps and ailerons not fully extended) - a constellation that grants sufficient ground clearance for the rapidly rotating blades on the rotor side and therefore a conventional horizontal take-off even on very short take-offs -and runways possible. (Short start). Despite the lower effectiveness of the rotors in the task of providing a horizontal acceleration of the aircraft on the runway for a horizontal take-off (in the form visualized here, this is easy to understand based on the reduced, elliptical propeller circle areas / see in comparison the larger propeller circle areas of the full circles in the drawing8th ) Nevertheless, sufficient propulsion remains available to take off in this way with the aircraft according to the invention. - drawing
10 : Perspective view of the jacketed double propeller arrangement in the tail of the tilt rotor aircraft according to the invention, situation: cruising flight Both the front and the rear propellers of the propeller arrangement in the stern are positively adjusted. At the same time, the radial outlet slot is completely closed by the sealing ring, as are the reactive power channels (these are not visualized here in this principle drawing - for the sake of clarity). The air entering the sheathed propeller arrangement from the front is accelerated in this constellation by both propellers and exclusively ejected to the rear. This results in maximum thrust for efficient cruise flight. - drawing
11 : Section through the jacketed double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft to illustrate the position of the internal components in the cruise flight operating state. The sealing ring completely closes the radial outlet slot, the exit of the air accelerated by both positive propellers is only possible to the rear. - drawing
12 : Perspective view of the jacketed double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft, situation: hovering flight, air outlet upwards / to achieve control impulse downwards. The front, positively adjusted propeller draws air from the front into the propeller assembly and accelerates it backwards. The rear, negative pitched propeller draws air into the propeller assembly from behind and accelerates it forward. As a result, a pressure potential builds up between the propellers which, due to the position of the sealing ring, can only escape upwards. This air escaping upwards leads to an opposing force vector that acts downwards (symbolized by the triangular arrow behind the propeller arrangement. The hovering aircraft lifts its nose / 'nods'. In this illustration too, the reactive power channels ( analogous to the previous drawing10 ) - not visualized for the sake of clarity). - drawing
13 : Section through the jacketed double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft, to illustrate the position of the internal components in the hover operating state with the sealing ring tilted (the air outlet only allowed upwards). The sealing ring, mounted on its central ball joint, is tilted forwards, so that it completely closes the radial outlet slot towards the bottom and releases it to the maximum at the top. The desired control impulse is achieved through the air outlet exclusively upwards (tail sinks, nose of the aircraft in hover rises). - drawing
14th : Perspective view of the encased double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft, situation: hovering flight, air outlet in flight direction left to generate a control impulse at the tail in flight direction right The front, positive propeller pulls air from the front into the propeller arrangement and accelerates it backwards. The rear, negative pitched propeller draws air into the propeller assembly from behind and accelerates it forward. As a result, a pressure potential builds up between the propellers, which due to the position of the sealing ring can only escape to the left (viewed in the direction of flight). This air escaping to the left leads to an opposing force vector which acts to the right, i.e. pushes the rear of the aircraft to the right (symbolized by the triangular arrow behind the propeller arrangement). In return, the aircraft that is hovering then simultaneously moves its nose to the left / 'yaws'. In this illustration, too, are the reactive power channels (analogous to the previous drawing10 ) - not visualized for the sake of clarity). - drawing
15th : Section through the sheathed double propeller arrangement in the tail of the inventive tilt rotor aircraft to illustrate the position of the internal components in the hover operating state, with the sealing ring pivoted to the side (lateral air outlet, control pulse around the vertical axis requested) The sealing ring, mounted on its central ball joint, is shown in swiveled to the right of the propeller arrangement, therefore, exposes the radial outlet slot on the left-hand side in a maximal manner. The resulting air outlet at the rear of the aircraft to the left in the flight direction then pushes the rear to the right. This then results in the desired control impulse (the nose of the hovering aircraft yaws to the left). In this illustration, too, are the reactive power channels (analogous to the previous drawing10 ) - not visualized for the sake of clarity). - drawing
16 : Perspective representation of a tilt rotor aircraft according to the invention shortly before a vertical take-off. The rotors have already been swiveled up, but not yet set in rotation. - drawing
17th : Perspective representation of a tilt rotor aircraft according to the invention at the moment of take-off, vertical take-off mode. The lift is generated almost entirely with the help of the downwash of the lift rotors. See large arrows pointing downwards. The propeller arrangement in the rear of the aircraft only contributes control impulses to the hover control of the aircraft. Here is currently a control pulse with a downward force vector to bring the aircraft into position in this flight phase. See the small arrow pointing downwards from the stern and pointing downwards. - drawing
18th : Perspective representation of a tilt rotor aircraft according to the invention at the moment of the transition, that is tilt rotors pivoting forward in order to switch to the horizontal cruise mode. The lift is still largely generated solely by the lift rotors. See the arrows running parallel to the rotor downdraft / slightly diagonal downwards. These arrows can - from the point of view of the mechanical force flow - be divided into 2 force vectors. While the larger vector (-arrow), which points vertically downwards, represents the lift component, a slight vector amount to the rear, in the horizontal direction, can be made out - starting from the lift rotor downdraft. That is to say, the lifting rotors also already generate a propulsion component, albeit an insignificant one. The propeller arrangement in the stern of the aircraft according to the invention has also already switched from the hover mode to the cruise mode and thus already provides full thrust forwards (ie exclusively) in the horizontal direction. See thick vector arrow to the back. - drawing
19th : Perspective representation of a tilt rotor aircraft according to the invention in cruise mode, that is, with tilt rotors pivoted completely forwards. The lift is now completely achieved by the aerodynamically effective wing area. See the thick arrow pointing straight up. In order to be able to provide this buoyancy component permanently, the aircraft must be constantly propelled forward with the help of its engine power. In the aircraft according to the invention, the implementation of this engine power into the necessary propulsion for cruising is accomplished by all existing propellers simultaneously and continuously over the entire flight range, i.e. both the large, forward-swiveled tilt rotors - as well as the two propellers, which are located in the propeller arrangement in the stern and both of them are positively employed. This interacting thrust amount is made recognizable in the drawing by the 3 arrows pointing backwards. (2 based on the tilted lift rotors, one resulting from the propeller arrangement in the stern). The arrow that emerges from the propeller arrangement in the stern is significantly larger than the arrows that come from the tilted lift rotors. This is intended to symbolize the ideal operating state of the tilt rotor aircraft according to the invention in cruise mode. So advantageously a large contribution to thrust from the propeller arrangement in the stern and a rather modest contribution for which the two tilted lift rotors are responsible. From an operational economic point of view, it is simply the case that the blade tips of the rapidly rotating blades of the large, forward-tilted, lift rotors come close to the speed of sound at high engine speeds, which is why the operation of these propellers becomes less economical. For the small propellers that work within the propeller arrangement in the rear of the aircraft, this danger does not exist. The thrust contribution of the respective propellers of the system can be controlled via their adjustment
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