DE102019115577A1 - Luftfahrzeug mit Antriebseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs (1), insbesondere Flugzeug mit Tragflächen (11, 12), mit einem Rumpf (10) zur Aufnahme wenigstens eines Piloten und/ oder einer Nutzlast, insbesondere Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers und wenigstens einer eine Steuereinrichtung (53) aufweisende Antriebseinrichtung (50) zum Versorgen wenigstens eines Mantelpropellerantriebs (14) mit Antriebsleistung. Der Mantelpropellerantrieb (14) weist einen Propeller (20) mit einem Nabenkörper (21) und einer Vielzahl von Laufschaufeln (22) auf, welche invariabel mit dem Nabenkörper (21) verbunden sind, wobei der Propeller (20) um eine Antriebsachse drehbar und dafür vorgesehen ist, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs (14) mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl betrieben zu werden und ein sich koaxial um die Antriebsachse (A) des Propellers (20) erstreckendes Mantelgehäuse (36), welches den Propeller aufnimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug mit einem Rumpf und wenigstens einer Antriebseinrichtung, welche im Rumpf und/ oder in wenigstens einer Tragfläche des Luftfahrzeugs angeordnet ist und wenigstens einem Mantelpropellerantrieb des Luftfahrzeugs Antriebsleistung zur Verfügung stellt, wobei der Mantelpropellerantrieb einen um eine Antriebsachse drehbaren Propeller mit einem Nabenkörper und einer Vielzahl von Laufschaufeln aufweist, und ein Mantelgehäuse, welches den Propeller aufnimmt.
  • Derartige Luftfahrzeuge mit wenigstens einem Mantelpropellerantrieb sind bekannt und eignen sich für eine Verwendung als Luft- bzw. Airtaxis, die zwischen bis ca. 1500 km voneinander entfernten Flughäfen verkehren, und insbesondere für Flugdistanzen von etwa 300 bis 500 km geeignet sind. Dabei können sie insbesondere Auto- und Schienenverkehr wenigstens teilweise ersetzen und so Straßen bzw. das Schienennetz entlasten. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für solche Lufttaxis geeignet, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
  • Heutige Luftfahrzeuge, insbesondere auch Luft- bzw. Airtaxis weisen eine starke Lärmemission auf. Diese Emissionen sind in der Startphase besonders stark ausgeprägt. Es werden also insbesondere Flughafenanrainer, aber auch die Insassen des Flugzeugs wie der Pilot und die Passagiere belastet. Heutige Kleinflugzeuge werden meist mit einem freifahrenden Propeller betrieben, der die größte Lärmquelle darstellt. Als weitere Lärmquellen neben dem Propeller sind vor allem die Brennkraftmaschine und der Umströmungslärm zu nennen.
  • Häufige Anforderungen an Luftfahrzeuge und insbesondere Kleinflugzeuge sind eine kurze Startstrecken (Take-Off), hohe Steigraten (Climb) sowie ein möglichst effizienter Streckenflug (Cruise). Je kürzer die Startstrecke und je höher die Steigrate, desto mehr Leistung wird in diesen Betriebspunkten vom Antriebsaggregat benötigt. Je effizienter das Cruise-Segment, desto weniger Leistung wird in diesem Betriebspunkt vom Antriebsaggregat benötigt. Damit unterscheiden sich die Leistungsbedarfe der beiden Betriebspunkte sehr stark. Insbesondere Luftfahrzeuge, deren Antrieb während des gesamten Flugs in einem zumindest weitgehend konstanten Drehzahlbereich betrieben wird, benötigen für Start und Steigflug sehr hohe Leistungen vom Antriebsaggregat.
  • Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, ein Luftfahrzeug bzw. dessen Betrieb insbesondere bezüglich dessen Energieverbrauch und der Geräuschemission zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Luftfahrzeug vorgeschlagen, insbesondere Flugzeug mit Tragflächen, mit einem Rumpf zur Aufnahme wenigstens eines Piloten und/ oder einer Nutzlast, insbesondere Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers und mit wenigstens einer, eine Steuereinrichtung aufweisenden Antriebseinrichtung zum Versorgen wenigstens eines Mantelpropellerantriebs mit Antriebsleistung. Der Mantelpropellerantrieb weist dabei einen Propeller auf, der einen Nabenkörper und eine Vielzahl von Laufschaufeln aufweist, welche invariabel mit dem Nabenkörper verbunden sind. Der Propeller ist um eine Antriebsachse drehbar und dafür vorgesehen, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl betrieben zu werden. Ferner weist der Mantelpropellerantrieb ein sich koaxial um die Antriebsachse des Propellers erstreckendes Mantelgehäuse auf, welches den Propeller aufnimmt und insbesondere gemeinsam mit dem Nabenkörper einen verstellbaren Auslassquerschnitt an einer Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs definiert. Dabei wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung des Mantelpropellerantriebs eingerichtet ist, durch ein Anpassen der abgegebenen Antriebsleistung die jeweilige Leistungsanforderung im Zusammenwirken mit dem verstellbaren Auslassquerschnitt bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl des Propellers zu erbringen.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Luftfahrzeug wenigstens einen Rumpf auf, der zur Aufnahme von Nutzlast geeignet ist, die in einer Ausführung Luftfracht und/ oder einen Piloten und/ oder mehrere, vorzugsweise höchstens 10, insbesondere höchstens 4, Passagiere, umfasst. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise als Luft(Personen und/ oder Fracht)taxi verwendet werden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Bei einer Ausführung weist der Rumpf eine insbesondere gegenüber der Umgebung des Luftfahrzeugs schallisolierte Gestaltung auf.
  • Zusätzlich oder alternativ ist der Rumpf in einer Ausführung zur Aufnahme wenigstens eines Piloten geeignet, der das Luftfahrzeug manuell steuert. Hierdurch können in einer Ausführung die (Flug)Sicherheit erhöht werden und/ oder Reisende das Luftfahrzeug selbst steuern. In einer anderen Ausführung ist das Luftfahrzeug ein pilotenloses bzw. (rein) automatisch gesteuertes, insbesondere autonom (fliegend)es Luftfahrzeug. Hierdurch kann in einer Ausführung der Lasttransport verbessert und/ oder Gewicht und/ oder Bauraum reduziert bzw. besser genutzt werden, wodurch sich insbesondere auch Kostenreduktionen ergeben.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Luftfahrzeug wenigstens einen Mantelpropellerantrieb („ducted fan“) auf, der zum Antrieb bzw. der Fortbewegung des Luftfahrzeugs insbesondere in der Luft vorgesehen ist. Der Mantelpropellerantrieb weist dabei einen Propeller („fan“) auf, der einen Nabenkörper und eine Vielzahl von beispielsweise sieben bis fünfzehn Laufschaufeln aufweist, welche invariabel („fixed pitch“) mit dem Nabenkörper verbunden sind und insbesondere gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers verteilt sind. Der Propeller und dabei insbesondere der mit den Laufschaufeln versehene Teil des Nabenkörpers ist um eine Antriebsachse dreh- bzw. antreibbar, wodurch ein durch den Mantelpropellerantrieb strömender Luftmassenstrom beschleunigt- und infolgedessen verdichtbar ist, insbesondere um einen Schub zu erzeugen, der das Luftfahrzeug antreibt. Der Propeller ist vorgesehen, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl betrieben zu werden. Entsprechend weist der Propeller und insbesondere die Laufschaufeln eine für die vorgesehene Drehzahl optimierte Gestaltung auf. Insbesondere ist die Anzahl und Gestaltung der Laufschaufeln dafür optimiert, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl schallarm zu operieren. Das Betreiben des Propellers mit einer im Wesentlichen konstanten, insbesondere vergleichsweise niedriger Drehzahl ermöglicht auch dadurch, dass die emittierten Frequenzen von dessen Drehzahl abhängen, eine spezifisch für die Betriebsdrehzahl angepasste aero-akustische Gestaltung, welche insbesondere aufgrund der damit emittierten, im Wesentlichen konstanten Frequenzbänder besonders günstig insbesondere hinsichtlich der Geräuschemission und des Wirkungsgrads des Mantelpropellerantriebs ausgebildet ist.
  • Der vorgeschlagene Mantelpropellerantrieb weist weiter ein sich koaxial um die Antriebsachse des Propellers erstreckendes Mantelgehäuse auf, welches den Propeller umgibt und insbesondere gemeinsam mit dem Nabenkörper einen verstellbaren Auslassquerschnitt an einer Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs definiert. Insbesondere ist das das Mantelgehäuse im den Umfang des Propellers geschlossen ausgeführt und weist dabei eine größere axiale Erstreckung auf, als zur Aufnahme von Propellerlaufschaufeln und Leiteinrichtung erforderlich ist. Auf diese Weise kann der durch den Mantelpropellerantrieb strömende Luftmassenstrom insbesondere strömungstechnisch und/ oder akustisch günstig ausbildet werden. Das Mantelgehäuse fokussiert den Schall dabei in axialer Richtung und isoliert diesen so von der radialen Umgebung des Mantelpropellerantriebs, und damit insbesondere vom Erdboden, wo er als störend empfunden wird. Durch ein Verstellen bzw. Anpassen des vom Mantelgehäuse insbesondere gemeinsam mit dem Nabenkörper des Propellers gebildeten Auslassquerschnitts kann die Drehzahl des Propellers entsprechend der Leistung des Mantelpropellerantriebs im Wesentlichen konstant gehalten werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind insbesondere zusammenwirkend mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl des Propellers die Innenflächen des Mantelgehäuses strömungstechnisch und akustisch günstig gestaltet und/ oder die Außenflächen des Mantelgehäuses weisen eine strömungstechnisch und akustisch günstige Gestaltung auf.
  • Die Antriebseinrichtung des Mantelpropellerantriebs weist eine Steuereinrichtung auf und ist eingerichtet, durch ein Anpassen der abgegebenen Antriebsleistung die jeweilige Leistungsanforderung im Zusammenwirken mit dem verstellbaren Auslassquerschnitt bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl des Propellers zu erbringen. Entsprechend ist die Antriebseinrichtung ausgeführt, eine Leistungsanforderung nicht durch eine Variation der Antriebsdrehzahl zu erfüllen, sondern die geforderte Leistung durch ein Anpassen des abgegebenen Drehmoments bei gleicher Drehzahl darzustellen. Dies erfolgt insbesondere im Zusammenspiel mit einer entsprechenden Leistungsaufnahme des Mantelpropellerantriebs, zusammenwirkend mit einem variabel einstellbaren Auslassquerschnitt. Durch ein geeignetes Einstellen des Auslassquerschnitts wird dabei die Drehzahl des Propellers im Wesentlichen konstant gehalten .
  • Die benötigte Leistung der Antriebseinrichtung ergibt sich aus der jeweiligen Leistungsanforderung an den Mantelpropellerantrieb in einer Flugphase des Luftfahrzeugs, wobei die Drehzahl des Propellers in Verbindung mit dem einstellbaren Auslassquerschnitt im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Der Mantelpropellerantrieb ist daher eingerichtet, die Leistungsanforderung bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl zu erbringen. Die Antriebseinrichtung bedient dabei in entsprechender Weise die Drehmoment-Drehzahl Charakteristik des Mantelpropellers. So stellt die Antriebseinrichtung beim Start eine hohe und beim Reiseflug eine entsprechend niedrigere Antriebsleistung bereit, wobei die Drehzahl des Propellers über die verschiedenen Flugphasen vom Start bis zur Landung im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, wodurch insbesondere vergleichsweise geringe Lärmemissionen möglich sind.
  • Die Leistungsaufnahme des Mantelpropellerantriebs bestimmt sich insbesondere in Verbindung mit dem vom Propeller beschleunigten bzw. verdichteten Luftmassenstrom in Zusammenspiel mit dem durch den Auslassquerschnitt ausströmenden Luftmassenstrom, der den Antriebsstrahl und damit den Schub des Mantelpropellerantriebs definiert. Neben der Propellerdrehzahl, die bei der vorgeschlagenen Gestaltung nahezu konstant gehalten wird, kann die Leistungsaufnahme und damit die vom Mantelpropellerantrieb produzierte Antriebsleistung beispielsweise über einstellbare Strömungswinkel von Lauf- und Leitschaufelstufen (variable Pitch) sowie über den Auslassquerschnitt an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs beeinflusst werden.
  • Es versteht sich, dass die Drehzahl des Propellers nicht vom Start bis zur Landung eines Luftfahrzeugs exakt konstant gehalten werden kann, da sich bei der Drehzahlregelung abhängig von den Flugbedingungen und dem am Propeller wirkenden Antriebsdrehmoment unvermeidbare Drehzahlschwankungen ergeben. So treten beispielsweise bei Änderungen der Flugbedingungen wie bei Änderungen der Fluggeschwindigkeit, beim Anpassen von Beschleunigung und/ oder Verzögerung, bei Leerläufen oder bei einem Übergang vor und/ oder nach einem Steig- oder Sinkflug Drehzahlschwankungen auf. Abgesehen von solchen äußeren Einflüssen, welche eine „im Wesentlichen“ konstante Drehzahl bedingen, soll der Propeller des vorgeschlagenen Luftfahrzeugs entsprechend mit konstanter Drehzahl betrieben werden bzw. die Drehzahl auf einen entsprechend konstanten Wert geregelt sein, wodurch insbesondere vergleichsweise geringe Lärmemissionen möglich sind. Mögliche Abweichungen liegen dabei insbesondere in einem Bereich von +/- 10%.
  • Vorliegend wird also ein Luftfahrzeug mit einem bei nahezu konstanter Antriebsdrehzahl eine sehr geringe Geräuschemission aufweisenden Mantelpropellerantrieb vorgeschlagen, wobei der Mantelpropellerantrieb hohe Steigraten in Verbindung mit einem effizienten Streckenflug ermöglicht. So kann die Antriebsleistung unabhängig von der aus Lärmgründen nahezu konstanten Drehzahl entsprechend der jeweiligen Leistungsanforderung angepasst werden.
  • Durch die vorgeschlagene Ausführung kann die Effizienz und/ oder Geräuschemission des Luftfahrzeugs verbessert werden, was insbesondere für Lufttaxis, die in der Nähe von Besiedlungen, Städten und Gemeinden starten bzw. landen und/ oder niedrige Reiseflughöhen im Bereich von beispielsweise etwa 3000 Metern aufweisen, wichtig ist. So ermöglicht ein Betrieb eines Mantelpropellerantriebs mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl eine geringe Lärmemission und eine akustisch optimierte Auslegung und Gestaltung des Luftfahrzeugs.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs weist die Antriebseinrichtung wenigstens zwei zum Antreiben eines Mantelpropellerantriebs parallel betreibbare Antriebsmaschinen auf. Eine solche Antriebseinrichtung weist zunächst vorteilhaft eine Redundanz beim Ausfall einer der beiden Antriebsmaschinen auf, wobei die ausgefallene Antriebsmaschine insbesondere vom Antriebsstrang trennbar ist, was beispielsweise mittels einer Kupplung erfolgen kann. Ferner ist es möglich, eine erste Antriebsmaschine als „Hauptantriebsmaschine“ zu nutzen, welche sozusagen die Grundlast der Antriebsleistung liefert, und eine zweite Antriebsmaschine als zusätzlichen, parallelen Antrieb für den Fall von Leistungsanforderungen vorzusehen, welche insbesondere über den Leistungsbereich der ersten Antriebsmaschine hinausgehen. So kann in einer Ausführung die erste Antriebsmaschine beispielsweise als Brennkraftmaschine ausgebildet sein, wie ein Kolbenmotor und/ oder eine Gasturbine und insbesondere (jeweils) mit flüssigem oder gasförmigem Treibstoff, in einer Ausführung der Kolbenmotor mit Benzin oder Diesel und die Gasturbine mit Kerosin, Methan, Wasserstoff oder dergleichen betrieben werden. Als zweite Antriebsmaschine kann dabei beispielsweise eine elektrische Maschine vorgesehen werden, welche beispielsweise von einem Akkumulator mit elektrischer Energie versorgbar ist.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist die erste Antriebsmaschine dafür eingerichtet, den Mantelpropellerantrieb in einem ersten Betriebsbereich zu betreiben, dessen Leistungsanforderung bis über die Reiseflugleistung hinausgeht, wobei sich die Leistung der ersten Antriebsmaschine bis zum 1,5-fachen, insbesondere bis zum 1,8-fachen und insbesondere bis zur Doppelten Leistung einer Reiseflugleistung erstreckt. Eine derart ausgebildete Antriebsmaschine deckt damit ein großes Spektrum der während eines Flugs erforderlichen Antriebsleistung bzw. die Leistungsanforderung während eines Großteils der Flugdauer ab. Insbesondere bei Luftfahrzeugen mit geringen Höchstabfluggewichten und entsprechend geringen Reiseflugleistungen ermöglicht dies den Einsatz vergleichsweise kleiner, energieeffizienter Antriebsmaschinen, wie beispielsweise Kolbenmaschinen.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist eine zweite Antriebsmaschine dafür eingerichtet, den Mantelpropellerantrieb parallel zur ersten Antriebsmaschine in einem zweiten Betriebsbereich zu betreiben, dessen Leistungsanforderung über das 1,5-fache, insbesondere über das 1,8-fache und insbesondere über das Doppelte der Leistung einer Reiseflugleistung hinausgeht. Durch die zusätzliche Leistung der zweiten Antriebsmaschine kann die Antriebseinrichtung des Luftfahrzeugs eine Leistungsanforderung abdecken, welche über den Leistungsbereich der ersten Antriebsmaschine hinausgeht. Die erste und zweite Antriebsmaschine sind dabei parallel betreibbar, so dass sich deren jeweilige Leistungsabgabe im Wesentlichen addiert. Bei dieser Ausführung ist es möglich, die erste Antriebsmaschine mit einem Leistungsbereich unterhalb der insbesondere beim Start des Luftfahrzeugs erforderlichen Spitzenleistung vorzusehen, da ein zusätzlicher Leistungsbedarf durch die zweite, parallel betriebene Antriebsmaschine zur Verfügung gestellt wird.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist die erste Antriebsmaschine durch den parallelen Betrieb mit der zweiten Antriebsmaschine insbesondere weitgehend unabhängig von der Leistungsanforderung im zweiten Betriebsbereich in einem Kennfeldbereich mit günstigem Energieverbrauch und/ oder geringerer Geräuschemission betreibbar und/ oder in einem Kennfeldbereich, in welchem die Leistungsabgabe der ersten Antriebsmaschine erhöht ist. So kann durch eine variable Leistungsabgabe der zweiten Antriebsmaschine die Leistungsabgabe der ersten Antriebsmaschine in geeigneter Weise zumindest im Wesentlichen konstant, insbesondere in einem besonders günstigen Leistungsbereich der ersten Antriebsmaschine gehalten werden. Ein solcher günstiger Leistungsbereich bzw. Kennfeldbereich mit günstigem Energieverbrauch ergibt sich beispielsweise aus dem Verbrauchskennfeld (sog. Muscheldiagramm) einer Brennkraftmaschine. Dabei kompensiert die zweite Antriebsmaschine insbesondere die Leistungsanforderung des Luftfahrzeugs, welche über einen Betrieb der ersten Antriebsmaschine in einem günstigen Leistungsbereich (Drehmoment bei bestimmter Drehzahl) hinausgeht.
  • Durch dieses sogenannte „Boosten“ der Leistungsabgabe der Antriebseinrichtung kann die erste Antriebsmaschine insbesondere auch bei erhöhter Leistungsanforderung in einem für diese günstigen Leistungsbereich betrieben werden. Dabei „schiebt“ die zweite Antriebsmaschine die erste Antriebsmaschine in den günstigen Leistungsbereich im Kennfeld, indem die zweite Antriebsmaschine die zum Erreichen der erforderlichen Antriebsleistung nötige Differenzleistung abgibt. Zusätzlich ergibt sich bei dieser Ausführung der Vorteil, dass die Leistungsabgabe der ersten Antriebsmaschine - abhängig von deren Bauart - in bestimmten Kennfeldbereichen höher ist als in anderen, wodurch das „Boosten“ bzw. „Schieben“ der ersten Antriebsmaschine in einen entsprechenden Kennfeldbereich durch die zweite Antriebsmaschine zu einer Leistungssteigerung der Antriebseinrichtung genutzt werden kann. Beispielsweise kann eine derartige Antriebseinrichtung insbesondere kurzzeitig eine hohe Antriebsleistung zur Verfügung stellen, wodurch insbesondere in der Startphase hohe Steigraten ermöglicht werden. Durch hohe Steigraten und damit ein rascher Gewinn an Flughöhe kann ferner die Geräuschbelastung am Boden weiter verringert werden.
  • Insbesondere kann zweite Antriebsmaschine als Booster die Antriebsleistung bei erhöhten Anforderungen, insbesondere beim Starten des Luftfahrzeugs temporär verstärken. Hierdurch kann in einer Ausführung eine Steigrate und/ oder Kurzstartfähigkeit des Luftfahrzeugs bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl des Propellers erhöht und dadurch insbesondere bei einem Einsatz als Lufttaxi die Geräuschemission am Boden (weiter) verbessert werden, insbesondere durch rasches Entfernen vom Flugplatz. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung die Auswahl von Flugplätzen, die insbesondere durch die Länge der Start- bzw. Landebahn limitiert ist, vorteilhaft vergrößert werden. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung bei einem bzw. zum Start auch bei Ausfall der zweiten Antriebsmaschine als Booster der Mantelpropellerantrieb durch die erste Antriebsmaschine alleine angetrieben und so die Sicherheit (weiter) erhöht werden.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs sind die Antriebseinrichtung und/ oder der Propeller und insbesondere die Geometrie der Laufschaufeln und/ oder der Leitschaufeln und/ oder des Mantelgehäuses dafür eingerichtet, mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl betrieben zu werden, welche in einem Bereich von 1.500 bis 5.000 U/min, insbesondere im Bereich von 2.000 bis 4.000 U/min und insbesondere bei etwa 2.600 U/min liegt. Der Energieverbrauch und insbesondere die Geräuschentwicklung von Mantelpropellerantrieben kann bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl von Antriebseinrichtung und Mantelpropellerantrieb in den angegebenen Drehzahlbereichen insbesondere in Verbindung mit weiteren der vorgeschlagenen Merkmale bei entsprechender Auslegung der Elemente des Mantelpropellerantriebs und der Antriebseinrichtung besonders vorteilhafte geringe Werte aufweisen. Zusätzlich kann bei einer Gestaltung des Mantelpropellerantriebs, der für einen Betrieb mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl vorgesehen ist, die geometrische Gestaltung von Propeller und insbesondere der Laufschaufeln und/ oder der Leitschaufeln und/ oder des Mantelgehäuses für diese im Wesentlichen konstante Drehzahl insbesondere bezüglich strömungstechnischer und akustischer Anforderungen günstig ausgestaltet sein, um Geräuschentwicklung zu reduzieren und den Mantelpropellerantrieb energieeffizient zu gestalten.
  • Dadurch, dass der Propeller bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl betrieben wird, bewegen sich die tonalen Anteile der Lärmemission in immer gleichen Frequenzbändern. Dies ermöglicht es, die Elemente des Mantelpropellerantriebs hinsichtlich einer wirkungsvollen Dämpfung dieser tonalen Anteile der Lärmemission zu gestalten. Es versteht sich, dass die Drehzahl des Propellers nicht vom Start bis zur Landung eines Luftfahrzeugs exakt konstant gehalten werden kann, da sich bei der Drehzahlregelung abhängig von den Flugbedingungen und dem am Propeller wirkenden Antriebsdrehmoment unvermeidbare Drehzahlschwankungen ergeben. So treten beispielsweise bei Änderungen der Flugbedingungen wie bei Änderungen der Fluggeschwindigkeit, beim Anpassen von Beschleunigung und/ oder Verzögerung, bei Leerläufen oder bei einem Übergang vor und/ oder nach einem Steig- oder Sinkflug Drehzahlschwankungen auf. Abgesehen von solchen äußeren Einflüssen, welche eine „im Wesentlichen“ konstante Drehzahl bedingen, soll der Propeller des vorgeschlagenen Luftfahrzeugs entsprechend mit konstanter Drehzahl betrieben werden bzw. die Drehzahl auf einen entsprechend konstanten Wert geregelt sein, wodurch insbesondere vergleichsweise geringe Lärmemissionen möglich sind. Mögliche Abweichungen liegen dabei insbesondere in einem Bereich von +/- 10%.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs weist der Nabenkörper an einer Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs einen axial verschiebbaren Zentralkörper mit sich veränderndem, insbesondere an der Antriebsstrahlauslassseite sich verjüngendem Querschnitt auf, wobei durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers der Auslassquerschnitt des Mantelpropellerantriebs einstellbar ist. An der Antriebsstrahlauslassseite definiert das Mantelgehäuse insbesondere zusammenwirkend mit dem Nabenkörper einen Auslassquerschnitt des Mantelpropellerantriebs. Über die Größe des Auslassquerschnitts bestimmt sich die Strömungs- bzw. Austrittsgeschwindigkeit des im Mantelgehäuse verdichteten, durch den Auslassquerschnitt ausströmenden und sich dabei unter Abgabe der Antriebsleistung entspannenden Luftmassenstroms. Dabei kann der Querschnitt des Zentralkörpers über dessen axiale Erstreckung in geeigneter Weise variieren, um den Luftmassenstrom insbesondere im Bereich des Auslassquerschnitts zu beeinflussen und abhängig von der jeweiligen Flugphase anzupassen. Mithilfe des sich verändernden Querschnitts des Zentralkörpers ist der jeweils an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs vorhandene Auslassquerschnitt durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers anpassbar. So ist der Luftmassenstrom über die insbesondere axiale Position des Zentralkörpers einstellbar. Der einstellbare Auslassquerschnitt ermöglicht ein an- und entdrosseln des Propellers im gesamten Betriebsbereich. Der Anströmwinkel der Laufschaufeln ist damit steuerbar, ohne dass die Laufschaufeln hierzu verstellt werden müssten. Dies ermöglicht eine Anpassung des Schubs an den Schubbedarf auch bei konstanter Drehzahl und auch bei hoher Fluggeschwindigkeit. Im Zusammenspiel mit der an den Propeller übertragenen Antriebsleistung und des durch diesen beschleunigten Luftmassenstrom ist so die Antriebsleistung des Luftfahrzeugs steuer- bzw. regelbar.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist im Nabenkörper des Propellers eine Verschiebeeinrichtung zum axialen Verschieben des Zentralkörpers angeordnet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn dem Propeller Antriebsleistung über eine Antriebswelle zugeführt wird und dieser somit einen kalten Luftmassenstrom verdichtet. Die thermische Belastung von am Zentralkörper erforderlichen Stell- bzw. Verschiebeeinrichtungen ist somit gering. In verschiedenen Ausführungen ist der Zentralkörper dabei in mehreren Stufen oder auch stufenlos axial verschiebbar.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist der Auslassquerschnitt an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers gegenüber einer Stellung mit maximaler Öffnung in einem Bereich von 0% bis 50%, insbesondere in einem Bereich von 0% bis 30% und insbesondere in einem Bereich von 0% bis 20% verringerbar. Auf diese Weise ist der Anströmwinkel der Beschaufelung, damit die Leistungsumsetzung am Propeller und somit der Antriebsstrahl und Schub entsprechend den jeweiligen Betriebsphasen des Luftfahrzeugs und insbesondere zum Anpassen der gewünschten Flugleistung anpassbar.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs wird dem Propeller des Mantelpropellerantriebs Antriebsleistung über eine im Wesentlichen radial zum Nabenkörper des Propellers angeordnete Antriebswelle zugeführt. Im Wesentlichen radial zum Nabenkörper heißt dabei, dass eine Längs- bzw. Rotationsachse der Antriebswelle nicht unbedingt senkrecht zur Rotations- bzw. Antriebsachse des Propellers angeordnet sein muss, sondern mit dieser einen von 90° abweichenden Winkel einschließen kann. Durch die Übertragung der Antriebsleistung über eine Antriebswelle an den Mantelpropellerantrieb ist eine räumliche Trennung zwischen der Antriebseinrichtung und der Vortriebserzeugung am Mantelpropellerantrieb und damit beispielsweise eine schallgedämmte Unterbringung der Antriebseinrichtung möglich. Zum Umwandeln einer über die Antriebswelle dem Mantelpropeller zugeführten Antriebsleistung kann eine Getriebeeinrichtung vorgesehen sein, welche beispielsweise im Nabenkörper des Propellers angeordnet ist. Diese Gestaltung eignet sich insbesondere bei einer Anordnung der Antriebseinrichtung im Rumpf oder wenigstens teilweise in wenigstens einer der Tragflächen des Luftfahrzeugs. Dadurch, dass dem Mantelpropellerantrieb insbesondere räumlich getrennt von außerhalb Antriebsleistung zugeführt wird, strömen durch den Mantelpropellerantrieb keine Verbrennungsgase. Somit kann das vorgeschlagene Luftfahrzeug vom Mantelpropellerantrieb insbesondere durch einen sogenannten kalten Luftmassenstrom angetrieben werden.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist insbesondere im Nabenkörper des Propellers ein Getriebe zum Übertragen der Antriebsleistung von der Antriebswelle auf den Propeller angeordnet, welches insbesondere auch zum Über- bzw. Untersetzen einer Antriebsdrehzahl der Antriebseinrichtung dienen kann. Abhängig von der Ausführung der Antriebseinrichtung wird diese mit einer von der vorgesehenen Drehzahl des Propellers abweichenden Drehzahl betrieben. Bei einer Ausführung wird die Antriebseinrichtung dabei mit einer ersten, im Wesentlichen konstanten Antriebsdrehzahl betrieben und der Propeller mit einer zweiten, im Wesentlichen konstanten Propellerdrehzahl angetrieben, wobei zwischen der Antriebsdrehzahl der Antriebseinrichtung und der Propellerdrehzahl des Propellers ein festes Über- bzw. Untersetzungsverhältnis vorliegt. Entsprechend wird vorgeschlagen, die Drehzahl der Antriebseinrichtung bei einer Ausführungsform mittels eines Getriebes entsprechend zu über- oder zu untersetzen, wobei das Getriebe beispielsweise im Nabenkörper des Propellers oder an einer anderen Position im Antriebsstrang angeordnet sein kann. Die Anordnung eines Getriebes im Nabenkörper des Propellers zur Umwandlung einer radial zugeführten Antriebsleistung in um die Antriebsachse des Propellers wirkende Rotationsenergie ermöglicht eine kompakte Bauweise des Mantelpropellerantriebs. Dies ermöglicht beispielsweise auch ein insbesondere schallgedämpftes Anordnen der die Antriebsleistung zur Verfügung stellenden Antriebseinrichtung im Rumpf und/ oder wenigstens teilweise in wenigstens einer Tragfläche des Luftfahrzeugs. Bei einer besonders geräuschoptimierten Ausführung weist der Mantelpropellerantrieb im Betrieb beispielsweise geringere Geräuschemissionen auf, als die Antriebseinrichtung, so dass diese die größte Lärmquelle des Luftfahrzeugs darstellt. Bei dieser Ausführung kann die Geräuschemission durch eine lärmgedämmte bzw. lärmgekapselte Anordnung der Antriebseinrichtung im Rumpf und/ oder wenigstens teilweise in wenigstens einer Tragfläche des Luftfahrzeugs weiter reduziert werden.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs weist das Mantelgehäuse eine Vielzahl von in einem vorbestimmten axialen Abstand von den Laufschaufeln des Propellers um den inneren Umfang des Mantelgehäuses verteilt angeordnete Leitschaufeln auf. Die Anzahl, Anordnung und Ausgestaltung der Leitschaufeln hat neben der Wirkung auf den Luftmassenstrom und den erreichten Verdichtungsgrad auch einen großen Einfluss auf die Geräuschentstehung im Mantelpropellerantrieb. Bei einer robusten und kostengünstigen Ausführung sind die Leitschaufeln fest am Mantelgehäuse angeordnet, so dass keine aufwändigen, schweren und fehleranfälligen Verstellmechanismen erforderlich sind, welche darüber hinaus einer regelmäßigen Wartung bedürfen. Eine Anordnung der Leitschaufeln am Mantelgehäuse des Mantelpropellers ermöglicht beispielsweise auch eine Integration einer dem Propeller Antriebsleistung zuführenden Antriebswelle in die Ebene der Leitschaufeln oder erlaubt bzw. vereinfacht die Lagerung des Propellers innerhalb des Mantelgehäuses. Für diesen Zweck üblicherweise erforderliche Streben („struts“), welche die Luftströmung zusätzlich beeinträchtigen und insbesondere negative akustische Auswirkungen haben, können bei der vorgeschlagenen Gestaltung entfallen oder zumindest reduziert werden.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist die Vielzahl von Laufschaufeln gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers verteilt angeordnet, wobei die Laufschaufeln und an ihrem radial äußerem Ende eine Schaufelspitze aufweisen. Der Mantelpropellerantrieb ist dabei insbesondere bezüglich der radialen Erstreckung der Laufschaufeln so dimensioniert, dass die Schaufelspitzen während der Rotation des Propellers um die Antriebsachse mit der im Wesentlichen konstanten Drehzahl eine Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, deren Machzahl geringer ist als 0,5 und insbesondere geringer ist als 0,45.
  • Die Vielzahl von Laufschaufeln ist in gleichmäßigen Abständen um den äußeren Umfang des Nabenkörpers verteilt angeordnet. Das radial äußere Ende einer Laufschaufel wird dabei als Schaufelspitze bezeichnet, auch wenn das radial äußere Ende der Laufschaufel ohne oder ohne wesentliche radiale Verjüngung, insbesondere also „stumpf“ ausgebildet ist. Der Mantelpropellerantrieb ist bei dieser Ausführung insbesondere bezüglich der radialen Erstreckung der Laufschaufeln so dimensioniert, dass die Schaufelspitzen während der Rotation des Propellers um die Antriebsachse mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl eine Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, deren Machzahl (Ma) geringer ist als 0,5 und insbesondere geringer ist als 0,45. In anderen Worten ist der Mantelpropellerantrieb insbesondere bezüglich der radialen Erstreckung der Laufschaufeln so dimensioniert, dass die Machzahl Ma, die sich aus dem Produkt der Kreiszahl π (Pi = 3,14159) mit dem Durchmesser DSSP des Propellers an den Schaufelspitzen und dem Nennwert der im Wesentlichen konstanten Drehzahl n während der Rotation des Propellers berechneten Umfangsgeschwindigkeit ergibt, geringer ist als 0,5 und insbesondere geringer ist als 0,45. Diese im Vergleich geringe Umfangsgeschwindigkeit an den Schaufelspitzen führt zu einer vergleichsweise geringen Geräuschentstehung, da mit steigender Umfangsgeschwindigkeit an den Schaufelspitzen der an einem Mantelpropellerantrieb entstehende Lärm zunimmt. Zudem werden die Laufschaufeln bei geringeren Machzahlen an den Schaufelspitzen auch geringeren Belastungen ausgesetzt, was sich insbesondere auch vorteilhaft auf den vom Mantelpropellerantrieb emittierten Breitbandlärm auswirkt.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs beträgt das Verhältnis des Luftdrucks im Mantelgehäuse nach den Leitschaufeln zu dem Luftdruck im Mantelgehäuse vor den Laufschaufeln während einer Betriebsphase des Mantelpropellerantriebs weniger als 1,06 und insbesondere weniger als 1,04. Mit einer im Betrieb des Mantelpropellerantriebs an der Vielzahl von Laufschaufeln anliegenden geringen Druckdifferenz ist eine vergleichsweise geringe Belastung der Laufschaufeln im Vergleich mit üblichen Propeller- und Mantelpropellerantrieben verbunden, was sich neben der geringeren Bauteilbelastung insbesondere vorteilhaft auf den entstehenden Breitbandlärm auswirkt.
  • Bei einer Ausführungsform des Luftfahrzeugs beträgt die Austrittsgeschwindigkeit des Antriebsstrahls aus dem Mantelpropellerantrieb weniger als 100 Meter pro Sekunde. Ist die Austrittsgeschwindigkeit des Antriebsstrahls gering, entsteht auch nur ein geringer Strahllärm, der bei der Ausmischung des Schubstrahls mit der Umgebung gebildet wird. Niedrige Strömungs- und damit Austrittsgeschwindigkeiten und eine eher niedrige Drehzahl des Propellers begünstigen eine schalldämpfende Gestaltung, insbesondere die Umsetzung eines Cut-off-Designs, welches die Dämpfung bestimmter, insbesondere eher niedriger Frequenzen von entstehendem Tonallärm ermöglicht.
  • Bei einer Ausführungsform des Luftfahrzeugs liegt die Anzahl der am Nabenkörper des Propellers angeordneten Laufschaufeln in einem Bereich von 3 bis 22 und insbesondere in einem Bereich von 7 bis 16, beispielsweise 15. Bei dieser Ausführungsform weist der Propeller eine vergleichsweise hohe Schaufelzahl auf. Dies ist insbesondere auch in Verbindung mit niedrigen Druckverhältnissen vorteilhaft, wie beispielsweise einem Verhältnis des Luftdrucks im Mantelgehäuse nach den Leitschaufeln und vor den Laufschaufeln von weniger als 1,06 und insbesondere weniger als 1,04 während einer Betriebsphase des Mantelpropellerantriebs, da hierdurch die aerodynamische Belastung der einzelnen Laufschaufel gesenkt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht eine hohe Schaufelzahl ein Cut-off-Design, eine Gestaltung, mittels derer die Ausbreitung des tonalen Lärmanteils wenigstens teilweise unterdrückbar ist. Hierbei ist die Anzahl der Leitschaufeln auf die Anzahl der Laufschaufeln abzustimmen, um ein Ausbreiten der dominanten Schallfrequenzen zu verhindern oder wenigstens zu vermindern.
  • Bei einer Ausführungsform des Luftfahrzeugs liegt die Anzahl der um den inneren Umfang des Mantelgehäuses verteilt angeordneten Leitschaufeln in einem Bereich von 3 bis 37 und insbesondere in einem Bereich von 26 bis 37 oder insbesondere in einem Bereich von 3 bis 8. Die Anzahl von Leitschaufeln, welche insbesondere auf gleicher axialer Höhe des Mantelgehäuses angeordnet sind, wird insbesondere in Verbindung mit der Anzahl von Laufschaufeln am Propeller gewählt. Mittels einem geeigneten Verhältnis der jeweiligen Anzahl von Lauf- zu Leitschaufeln ist eine Ausbreitung der dominanten im Mantelpropellerantrieb entstehenden Schallfrequenzen unterdrückbar. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Schaufelzahlen teilerfremd sind und möglichst weit auseinander liegen.
  • Die vorliegend vorgeschlagene Anzahl von Leitschaufeln von 26 bis 27 und von 3 bis 8 ermöglicht in Verbindung mit einer geeigneten Zahl von Laufschaufeln jeweils verschiedene Cut-off-Gestaltungen. So stellt eine Kombination von 15 Laufschaufeln mit 26 Leitschaufeln ein Beispiel für ein Cut-off-Design und eine Kombination von 15 Laufschaufeln und 7 Leitschaufeln ein Beispiel für ein inverses Cut-off-Design dar. In Verbindung mit niedrigen Druckverhältnissen im Mantelpropellerantrieb ist insbesondere auch eine vergleichsweise hohe Zahl von Leitschaufeln vorteilhaft, da dabei auch die aerodynamische Belastung der Leitschaufeln niedriger ist, was mit weiter geringeren Lärmemissionen verbunden ist.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs beträgt der Durchmesser des Propellers an den Schaufelspitzen DSSP zwischen 600 mm und 1.000 mm, insbesondere zwischen 750 mm und 900 mm und insbesondere 850 mm. Dabei erlaubt die Einfassung des Propellers in einem Mantelgehäuse eine Schuberzeugung mit einem vergleichsweise hohen Massenstrom, verbunden mit einer geringen Strahlaustrittsgeschwindigkeit und damit geringem Strahllärm, der bei der Ausmischung des Schubstrahls mit der Umgebung gebildet wird. Wie bereits ausgeführt, begünstigen niedrige Strömungs- und Austrittsgeschwindigkeiten in Verbindung mit einer insbesondere niedrigen Drehzahl des Propellers eine schalldämpfende Gestaltung, wie ein Cut-off-Design. Ferner sind bei einer Gestaltung mit einem Durchmesser des Propellers an den Schaufelspitzen DSSP zwischen 600 mm und 1.000 mm für eine geringe Geschwindigkeitserhöhung nur geringe Druckverhältnisse am Propeller erforderlich, was einen Betrieb bei kleinen Drehzahlen und damit einer Umfangsmachzahl von unter 0,5 erlaubt, wodurch Gestaltungen mit geringer Lärmemission möglich sind.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs sind am inneren Umfang des Mantelgehäuses schalldämmende Einrichtungen angeordnet. Solche Einrichtungen sind insbesondere am Mantelgehäuse angeordnete Schallminderungsmaßnahmen, die auf den Frequenzbereich des Propellers abgestimmt sind. So sind insbesondere Lärmdämpfungsmaßnahmen in der Ummantelung wie akustisch dämpfende Wandelemente, insbesondere akustische Liner besonders effektiv. Die Lärmdämpfung solcher Wandelemente wird effektiver, wenn die zu dämpfenden Frequenzen enger begrenzt sind. Die Wirkung von akustisch dämpfenden Wandelementen, welche insbesondere im Bereich hochfrequenten Tonallärms wirksam sind, wird insbesondere auch durch eine im Wesentlichen konstante Drehzahl des Propellers insbesondere zusammenwirkend mit einer vergleichsweise hohen Schaufelzahl begünstigt. So weisen akustische Liner bei zugleich niedrigen Bauraumanforderungen besonders im hochfrequenten Bereich gute Wirkungen auf.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs sind die Leitschaufeln im Mantelgehäuse in Richtung des Mantelgehäuses stromabwärts nach hinten geneigt angeordnet. Als insbesondere geeignet hat sich eine solche „Pfeilung“ genannte Neigung der Leitschaufeln im Bereich von 10° bis 30° und insbesondere von etwa 20° in Richtung des Mantelgehäuses herausgestellt. Eine solche Pfeilung resultiert insbesondere in einer Lärmreduktion, weil die Nachlaufdellen der Laufschaufelströmung die Leitschaufeln kontinuierlich überstreichen, statt zu diskreten Zeitpunkten über deren gesamte Vorderkantenhöhe aufzutreffen. Zusätzlich unterstützt eine geeignete dreidimensionale Gestaltung der Leitschaufeln insbesondere in Verbindung mit der Pfeilung eine Verminderung des Tonallärms über radiale Interferenz.
  • Bei einer Ausführungsform des Luftfahrzeugs sind die Schaufelspitzen der am Nabenkörper angeordneten Laufschaufeln entgegen der Umlaufrichtung seitlich nach hinten geneigt ausgebildet. Als insbesondere geeignet hat sich eine solche als „Lean“ bezeichnete seitliche Neigung der Schaufelspitzen entgegen der Umlaufrichtung im Bereich von 2° bis 15° und insbesondere im Bereich von 5° bis 10° herausgestellt. Damit wird eine radial konkave Laufschaufeldruckseite ausgebildet, wodurch Sekundärströmungsverluste und damit einhergehender Lärm aufgrund der Interaktion von Laufschaufeln und Blattspitzenwirbeln verringert werden können.
  • Bei einer Ausführungsform des Luftfahrzeugs sind die Leitschaufeln gleichmäßig um den Umfang des Mantelgehäuses verteilt angeordnet oder in einem vorbestimmten Muster mit variierenden Abständen um den Umfang des Mantelgehäuses verteilt angeordnet. Eine als variable Teilung bezeichnete Anordnung der Leitschaufeln mit um den Umfang des Mantelgehäuses variierenden Abständen unterstützt die Abmilderung von hochfrequenten Komponenten des Tonalllärms durch Aufteilung der Anregung auf variable Blattpassierfrequenzen. So können die Abstände zwischen den Leitschaufeln beispielsweise um +/- 10% variieren, wobei beispielsweise Muster mit insbesondere gleichmäßig zunehmenden oder abnehmenden Abständen bzw. aufeinanderfolgend zunehmenden und/ oder abnehmenden Abständen möglich sind. Ferner ist beispielsweise auch eine in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Anordnung mehrerer Gruppen mit jeweils zueinander gleichen oder variierenden Abständen möglich.
  • Allgemein kann durch eine geeignete Wahl von 3D-Designparametern der Elemente des Mantelpropellerantriebs und insbesondere des Propellers, der Lauf- und der Leitschaufeln ein robustes, lärmarmes Design geschaffen werden, welches über alle Betriebszustände hinweg ein sehr stabiles Betriebsverhalten und geringe Lärmemissionen aufweist.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist die wenigstens eine dem Mantelpropellerantrieb Antriebsleistung zur Verfügung stellende Antriebseinrichtung insbesondere schallgedämpft im Rumpf und/ oder wenigstens einer Tragfläche des Luftfahrzeugs angeordnet. Die Anordnung einer insbesondere tonales oder breitbandiges Geräusch entwickelnden Antriebseinrichtung im Rumpf und/ oder zumindest teilweise in wenigstens einer Tragfläche des Luftfahrzeugs hat den Vorteil, dass die Antriebseinrichtung selbst im Rumpf und/ oder in wenigstens einer Tragfläche schalldämpfend bzw. schallisolierend, insbesondere gekapselt gestaltet bzw. ausgebildet werden kann und/ oder der Rumpf und/ oder die wenigstens eine Tragfläche schalldämpfend bzw. schallisolierend gestaltet bzw. ausgebildet sein kann, um das Antriebsgeräusch der Antriebseinrichtung zu dämpfen bzw. zu isolieren. Auf diese Weise kann das außerhalb des Luftfahrzeugs wahrnehmbare Geräusch in der Umgebung des Flugzeugs, insbesondere am Boden oder in Bodennähe und/ oder auch das im Inneren des Luftfahrzeugs wahrnehmbare Antriebsgeräusch reduziert werden. In einer Ausführung ist das Luftfahrzeug ein Flugzeug mit insbesondere (fest)stehenden Tragflächen. Für Flugzeuge, insbesondere Kleinflugzeuge, kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
  • Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs sind wenigstens zwei Mantelpropellerantriebe insbesondere am Rumpf und/ oder an wenigstens einer Tragfläche des Luftfahrzeugs angeordnet. Alternativ zu Gestaltungen, welche einen zentral am Luftfahrzeug angeordneten Mantelpropellerantrieb aufweisen, sind bei anderen Ausführungen zwei Mantelpropellerantriebe insbesondere symmetrisch am Rumpf und/ oder an den Tragflächen des Luftfahrzeugs angeordnet. Durch wenigstens zwei Mantelpropellerantriebe ist eine höhere Antriebsleistung des Luftfahrzeugs darstellbar. Insbesondere kann bei einer Ausführung mit wenigstens zwei Antriebsmaschinen eine höhere Ausfallsicherheit vorgesehen sein.
  • Bei einer Ausführung weist das Luftfahrzeug eine, insbesondere maximale, Spannweite von wenigstens 5 m, in einer Ausführung wenigstens 7 m, und/ oder höchstens 20 m, in einer Ausführung höchstens 16 m auf. Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung ein Höchstabfluggewicht („Maximum Take-Off Mass“) des Luftfahrzeugs wenigstens 650 kg, in einer Ausführung wenigstens 1000 kg, und/ oder höchstens 3000 kg, in einer Ausführung höchstens 2000 kg. Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung eine, insbesondere minimale, maximale oder mittlere, Flugweite des Luftfahrzeugs wenigstens 100 km, in einer Ausführung wenigstens 250 km, und/oder höchstens 2000 km, in einer Ausführung höchstens 1000 km. Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung eine, insbesondere minimale, maximale oder mittlere, (Reise)Flughöhe des Luftfahrzeugs wenigstens 750 m, in einer Ausführung wenigstens 1500 m, und/oder höchstens 6000 m, in einer Ausführung höchstens 4500 m. Bei solchen Luftfahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, die besonders als Lufttaxis geeignet sind, kann die vorliegende Erfindung aufgrund ihrer Betriebsbedingungen mit besonderem Vorteil eingesetzt werden.
  • In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs, insbesondere Flugzeug mit Tragflächen vorgeschlagen, welches insbesondere entsprechend einer oder mehrerer der vorhergehend beschriebenen Ausführungen eines Luftfahrzeugs ausgeführt ist. Das Luftfahrzeug weist einen Rumpf zur Aufnahme wenigstens eines Piloten und/ oder einer Nutzlast auf, insbesondere einer Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers und wenigstens eine, eine Steuereinrichtung aufweisende Antriebseinrichtung zum Versorgen wenigstens eines Mantelpropellerantriebs mit Antriebsleistung. Der Mantelpropellerantrieb weist einen Propeller auf, der einen Nabenkörper und eine Vielzahl von Laufschaufeln aufweist, welche invariabel mit dem Nabenkörper verbunden sind, wobei der Propeller um eine Antriebsachse drehbar und dafür vorgesehen ist, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl betrieben zu werden, und ein sich koaxial um die Antriebsachse des Propellers erstreckendes Mantelgehäuse, welches den Propeller aufnimmt.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird die von der Antriebseinrichtung abgegebene Antriebsleistung abhängig von der jeweiligen Leistungsanforderung angepasst, um die Drehzahl des Propellers des Mantelpropellerantriebs unabhängig von der jeweiligen Leistungsanforderung im Wesentlichen konstant zu halten.
  • Durch ein Anpassen der abgegebenen Antriebsleistung der Antriebseinrichtung während eines Flugs bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl des Propellers erfüllt die Antriebseinrichtung eine Leistungsanforderung nicht durch eine Variation der Antriebsdrehzahl, sondern stellt die geforderte Leistung in Form eines in entsprechender Größe abgegebenen Drehmoments bei gleichbleibender Drehzahl zur Verfügung. Dies erfolgt insbesondere im Zusammenspiel mit einer entsprechenden Leistungsaufnahme des Mantelpropellerantriebs.
  • Ein mit dem Verfahren betriebenes Luftfahrzeug ist gemäß wenigstens einer der vorbeschriebenen Ausführungen eines Luftfahrzeugs ausgebildet und kann wahlweise eines oder mehrere der in der vorausgehenden Beschreibung definierten Merkmale und deren Funktionsweisen aufweisen. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, das Luftfahrzeug und insbesondere dessen Antriebseinrichtung(en) und/ oder Mantelpropellerantrieb(e) in einem sowohl akustisch als auch energetisch günstigen Betriebspunkt zu betreiben. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich entsprechend insbesondere für einen Betrieb von beispielsweise Kleinflugzeugen wie Lufttaxis oder dergleichen, die in der Nähe von Besiedlungen, Städten und Gemeinden starten bzw. landen und/ oder niedrige Reiseflughöhen im Bereich von beispielsweise etwa 3000 Metern aufweisen, womit die Geräuschemission solcher Luftfahrzeuge besonders relevant ist. Das Verfahren ermöglicht durch eine im Wesentlichen konstante Drehzahl des Propellers einen besonders geräuscharmen und darüber hinaus energieeffizienten Betrieb eines Mantelpropellerantriebs insbesondere in Verbindung mit einer sowohl akustisch als auch energetisch optimierten Auslegung und Gestaltung des Antriebssystems des Luftfahrzeugs.
  • Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Betreiben eines Luftfahrzeugs weist das Luftfahrzeug wenigstens zwei zum Antreiben eines Mantelpropellerantriebs parallel betreibbare Antriebsmaschinen auf. Dabei wird in einem ersten Betriebsbereich, dessen Leistungsanforderung sich bis zum 1,5-fachen, insbesondere bis zum 1,8-fachen und insbesondere bis zum Doppelten der Leistung einer Reiseflugleistung erstreckt, der Mantelpropellerantrieb mit der ersten Antriebsmaschine betrieben und in einem zweiten Betriebsbereich, dessen Leistungsanforderung über das 1,5-fache, insbesondere über das 1,8-fache und insbesondere über die doppelte Leistung einer Reiseflugleistung hinausgeht, der Mantelpropellerantrieb mit einer zweiten Antriebsmaschine parallel zur ersten Antriebsmaschine betrieben.
  • Mit dem Betrieb einer ersten Antriebsmaschine bis zum 1,5-fachen, insbesondere bis zum 1,8-fachen und insbesondere bis zum Doppelten der Leistung der Reiseflugleistung kann die Leistungsanforderung während eines Großteils der Flugdauer von der ersten Antriebsmaschine gedeckt werden, was insbesondere bei Luftfahrzeugen mit geringen Höchstabfluggewichten und entsprechend geringen Reiseflugleistungen den Einsatz vergleichsweise kleiner, energieeffizienter Antriebsmaschinen ermöglicht. Durch den Einsatz der zusätzlichen Leistung der zweiten Antriebsmaschine kann die Antriebseinrichtung des Luftfahrzeugs eine Leistungsanforderung decken, welche über den Leistungsbereich der ersten Antriebsmaschine hinausgeht. Dabei werden die erste und zweite Antriebsmaschine parallel betrieben, um deren jeweilige Leistungsabgabe im Wesentlichen zu addieren. So kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren eine erste Antriebsmaschine mit einem Leistungsbereich unterhalb der erforderlichen Spitzenleistung eingesetzt werden, da ein zusätzlicher Leistungsbedarf durch die zweite, parallel betriebene Antriebsmaschine zur Verfügung gestellt wird.
  • Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Betreiben eines Luftfahrzeugs wird die erste Antriebsmaschine durch den parallelen Betrieb mit der zweiten Antriebsmaschine im zweiten Betriebsbereich insbesondere unabhängig von der Leistungsanforderung in einem Kennfeldbereich mit günstigem Energieverbrauch und/ oder günstiger Geräuschemission betrieben, und/ oder in einem Kennfeldbereich, in welchem die erste Antriebsmaschine eine höhere Leistung abgibt.
  • Bei dieser Ausführung des Verfahrens kann mithilfe einer variablen Leistungsabgabe der zweiten Antriebsmaschine die Leistungsabgabe bei insbesondere konstanter Drehzahl der ersten Antriebsmaschine in geeigneter Weise möglichst gleich gehalten werden. Dabei wird die erste Antriebsmaschine insbesondere in einem günstigen Leistungsbereich betrieben, womit die zweite Antriebsmaschine insbesondere die Leistungsanforderung des Luftfahrzeugs beiträgt, welche über einen energie- und geräuschgünstigen Leistungsbereich der ersten Antriebsmaschine hinausgeht.
  • Durch diesem Verfahrensschritt erfolgt ein sogenanntes „Boosten“ der Leistungsabgabe der Antriebseinrichtung. Dabei kann die erste Antriebsmaschine auch bei erhöhter Leistungsanforderung in einem günstigen Leistungsbereich betrieben werden, da die zweite Antriebsmaschine die erste Antriebsmaschine wie bereits beschrieben wurde, in einem günstigen Leistungsbereich hält, bzw. in einen solchen „schiebt“. Zusätzlich kann durch das vorgeschlagene Verfahren der Vorteil genutzt werden, dass der Wirkungsgrad und die Leistungsabgabe der ersten Antriebsmaschine - abhängig von der Bauart - in bestimmten Kennfeldbereichen höher ist als in anderen. Insbesondere kann eine derartige Antriebseinrichtung insbesondere kurzzeitig mit einer hohen Antriebsleistung betrieben werden, wodurch insbesondere in der Startphase hohe Steigraten ermöglicht werden, womit auch die Geräuschbelastung am Boden reduziert wird.
  • Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Betreiben eines Luftfahrzeugs weist der Nabenkörper an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs einen axial verschiebbaren Zentralkörper mit sich veränderndem, insbesondere an der Antriebsstrahlauslassseite sich verjüngendem Querschnitt aufweist. Der Propeller des Mantelpropellerantriebs wird in allen Betriebsphasen des Luftfahrzeugs mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl angetrieben, wobei der Schub des Mantelpropellerantriebs während der verschiedenen Betriebsphasen durch ein Anpassen der zugeführten Antriebsleistung und/ oder durch ein Anpassen des Auslassquerschnitts des Mantelpropellerantriebs durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers eingestellt.
  • Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, das Luftfahrzeug und insbesondere dessen Mantelpropellerantrieb in einem sowohl akustisch als auch energetisch günstigen Betriebspunkt zu betreiben. So können der Propeller, insbesondere die Laufschaufeln und die am Umfang des Mantelgehäuses angeordneten Leitschaufeln für die vorgesehene Drehzahl bzw. den vorgesehenen Drehzahlbereich akustisch und energetisch derart aufeinander abgestimmt ausgebildet sein, dass der Treibstoffverbrauch minimiert wird und der akustische cut-off in allen wesentlichen Betriebsphasen des Luftfahrzeugs wirkt.
  • Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Betreiben eines Luftfahrzeugs wird in einer Steigphase des Luftfahrzeugs die auf den Propeller übertragene Antriebsleistung gegenüber einer Reiseflugleistung erhöht und der Zentralkörper axial am Propeller verschoben, um einen gegenüber einer Reisephase größeren Auslassquerschnitt an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs einzustellen, und so eine für den Steigflug erforderliche große Flugleistung zu erzeugen. Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, das Luftfahrzeug bzw. den Mantelpropellerantrieb auch in einer Steigphase des Luftfahrzeugs mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl zu betreiben und dadurch in einem entsprechend der Auslegung des Mantelpropellerantriebs vorgesehenen Betriebsbereich.
  • Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Betreiben eines Luftfahrzeugs wird in einer Reisephase des Luftfahrzeugs die auf den Propeller übertragene Antriebsleistung auf einen gegenüber einem Steigflug geringeren Wert gesenkt und/ oder der Zentralkörper axial am Propeller verschoben, um einen gegenüber einer Reisephase des Luftfahrzeugs geringeren Auslassquerschnitt an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs einzustellen, und so eine Reiseflugleistung zu erzeugen. Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens wird dem Luftfahrzeug bzw. dem Mantelpropellerantrieb während der Reisephase die entsprechend dem jeweils vorgesehenen Schub bzw. der gewünschten Reisegeschwindigkeit erforderliche Antriebsleistung zur Verfügung gestellt und der Auslassquerschnitt des Mantelpropellerantriebs entsprechend angepasst.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Luftfahrzeug wenigstens zwei Mantelpropellerantriebe auf, die zum Antreiben bzw. der Fortbewegung des Luftfahrzeugs insbesondere in der Luft vorgesehen sind und vorliegend als erster und zweiter Mantelpropellerantrieb bezeichnet werden.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Luftfahrzeug wenigstens eine, insbesondere im Flugbetrieb wenigstens temporär, rotierende zweite Antriebsmaschine auf, die insbesondere als elektrische Maschine ausgebildet ist, die mit dem ersten Mantelpropellerantrieb, insbesondere antriebs- bzw. krafttechnisch, in einer Ausführung mechanisch, gekoppelt ist und entsprechend als erste (rotierende) elektrische Maschine bezeichnet wird, und wenigstens eine weitere, insbesondere im Flugbetrieb wenigstens temporär, rotierende zweite Antriebsmaschine auf, die insbesondere ebenfalls als elektrische Maschine ausgebildet ist und mit dem zweiten Mantelpropellerantrieb, insbesondere antriebs- bzw. krafttechnisch, in einer Ausführung mechanisch, gekoppelt ist und entsprechend als zweite (rotierende) elektrische Maschine bezeichnet wird.
  • In einer Ausführung ist die erste und/ oder zweite rotierende elektrische Maschine (jeweils) vollständig oder teilweise im Rumpf, in einer Weiterbildung in einer (in Längs- bzw. Flugrichtung) hinteren Hälfte des Rumpfes, angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung die Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung die erste rotierende elektrische Maschine mit dem ersten Mantelpropellerantrieb über wenigstens ein ein- oder mehrstufiges Getriebe, in einer Ausführung Zahnrad-, insbesondere Kegelrad- und/oder Planetengetriebe, das vorliegend entsprechend als erstes Getriebe bezeichnet wird, und/oder wenigstens eine, insbesondere elektrische, mechanische und/oder hydraulische, Kupplung gekoppelt. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung die zweite rotierende elektrische Maschine mit dem zweiten Mantelpropellerantrieb über wenigstens ein ein- oder mehrstufiges Getriebe, in einer Ausführung Zahnrad-, insbesondere Kegelrad- und/ oder Planetengetriebe, das vorliegend entsprechend als zweites Getriebe bezeichnet wird, und/ oder wenigstens eine, insbesondere elektrische, mechanische und/ oder hydraulische Kupplung gekoppelt. Hierdurch kann in einer Ausführung die Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Luftfahrzeug wenigstens eine Versorgungseinrichtung auf, die
    • - in wenigstens einem Betriebszustand die zweite elektrische Maschine mit elektrischer Energie von der ersten elektrischen Maschine und/oder einem ersten Energiespeicher versorgt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird verwendet, der in wenigstens einem, insbesondere diesem und/oder einem anderen, Betriebszustand die erste elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird verwendet; und/oder
    • - in wenigstens einem Betriebszustand die erste elektrische Maschine mit elektrischer Energie von der zweiten elektrischen Maschine und/oder einem, insbesondere von dem ersten Energiespeicher verschiedenen, in einer Ausführung unabhängigen und/oder beabstandeten, insbesondere räumlich getrennten, zweiten Energiespeicher versorgt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird verwendet, der in wenigstens einem, insbesondere diesem und/oder einem anderen, Betriebszustand die zweite elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird verwendet.
  • Entsprechend wird nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Betreiben eines hier beschriebenen Luftfahrzeugs mithilfe dieser Versorgungseinrichtung
    • - in wenigstens einem Betriebszustand die zweite elektrische Maschine mit elektrischer Energie von der ersten elektrischen Maschine und/oder dem ersten Energiespeicher;
    • - in wenigstens einem Betriebszustand die erste elektrische Maschine mit elektrischer Energie von der zweiten elektrischen Maschine und/ oder dem zweiten Energiespeicher;
    • - in wenigstens einem Betriebszustand die erste elektrische Maschine mit elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher und/ oder nicht mit elektrischer Energie von dem zweiten Energiespeicher und/ oder die zweite elektrische Maschine mit elektrischer Energie von dem zweiten Energiespeicher und/ oder nicht mit elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher; und/ oder
    • - in wenigstens einem Betriebszustand die erste und zweite elektrische Maschine mit elektrischer Energie von dem ersten und/ oder zweiten Energiespeicher versorgt
    bzw. ist das Luftfahrzeug bzw. die Versorgungseinrichtung hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird hierzu verwendet.
  • Somit wird in einer Ausführung eine ein- oder mehrfache Redundanz zur Verfügung gestellt:
    • - insbesondere bei Beeinträchtigung der Energieversorgung der zweiten elektrischen Maschine durch den (hierzu vorgesehenen) zweiten Energiespeicher kann die zweite elektrische Maschine (auch) durch den ersten Energiespeicher (der ersten elektrischen Maschine) und/oder die erste elektrische Maschine selber, die hierzu in einer Ausführung generatorisch bzw. als Generator betrieben wird bzw. fungiert, versorgt, insbesondere mitversorgt werden, bzw. umgekehrt;
    • - insbesondere bei Beeinträchtigung der Energieversorgung der ersten elektrischen Maschine durch den (hierzu vorgesehenen) ersten Energiespeicher kann die erste elektrische Maschine (auch) durch den zweiten Energiespeicher (der zweiten elektrischen Maschine) und/oder die zweite elektrische Maschine selber, die hierzu in einer Ausführung generatorisch bzw. als Generator betrieben wird bzw. fungiert, versorgt, insbesondere mitversorgt werden.
  • Dadurch können in einer Ausführung wenigstens zwei, vorzugsweise (voneinander) unabhängige, Energiequellen zur Verfügung gestellt und/oder elektrische Leistung zwischen den Antrieben der wenigstens zwei Mantelpropellerantrieb ausgetauscht und/oder, insbesondere dadurch, die Sicherheit, insbesondere im „one engine inoperative“ Fall, erhöht werden.
  • In einer Ausführung versorgt in wenigstens einem Betriebszustand der erste Energiespeicher die erste elektrische Maschine mit elektrischer Energie und die, insbesondere arbeitende bzw. den zweiten Mantelpropellerantrieb antreibende und/ oder durch den zweite Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgte, zweite elektrische Maschine nicht mit elektrischer Energie bzw. ist von dieser, insbesondere über die nachfolgend beschriebene(n) Leistungselektronik(en), elektrisch getrennt und/ oder versorgt in wenigstens einem, insbesondere diesem, Betriebszustand der zweite Energiespeicher die zweite elektrische Maschine mit elektrischer Energie und die, insbesondere arbeitende bzw. den ersten Mantelpropellerantrieb antreibende und/ oder durch den ersten Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgte, erste elektrische Maschine nicht mit elektrischer Energie bzw. ist von dieser, insbesondere über die Leistungselektronik(en), elektrisch getrennt, bzw. ist das Luftfahrzeug hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. wird hierzu verwendet.
  • Zusätzlich oder alternativ weist das Luftfahrzeug in einer Ausführung ein erstes (elektrisches) Stromnetz bzw. einen ersten (elektrischen) Stromkreis mit der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Energiespeicher, das bzw. der zur Versorgung der ersten elektrischen Maschine mit elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird, und ein hiervon verschiedenes zweites (elektrisches) Stromnetz bzw. einen zweiten elektrischen Stromkreis mit der zweiten elektrischen Maschine und dem zweiten Energiespeicher, das bzw. der zur Versorgung der zweiten elektrischen Maschine mit elektrischer Energie von dem zweiten Energiespeicher vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird, auf, wobei das bzw. der erste und zweite Stromnetz bzw. -kreis in einer Ausführung redundant bzw. derart unabhängig voneinander sind, dass auch bei Unterbrechung des ersten elektrischen Stromkreises bzw. -netzes die zweite elektrische Maschine über das bzw. den zweiten elektrischen Stromnetz bzw. -kreis mit elektrischer Energie von dem zweiten Energiespeicher und/oder auch bei Unterbrechung des zweiten elektrischen Stromkreises bzw. -netzes die erste elektrischen Maschine über das bzw. den ersten elektrischen Stromnetz bzw. -kreis mit elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher versorgbar ist, insbesondere versorgt wird. In einer Ausführung sind erstes und zweites Stromnetz bzw. erster und zweiter Stromkreis miteinander derart elektrisch verbunden, dass auch bei Unterbrechung des ersten elektrischen Stromkreises bzw. -netzes an wenigstens einer Stelle die erste elektrischen Maschine über das bzw. den zweiten elektrischen Stromnetz bzw. -kreis mit elektrischer Energie von dem zweiten Energiespeicher und/oder auch bei Unterbrechung des zweiten elektrischen Stromkreises bzw. -netzes an wenigstens einer Stelle die zweite elektrische Maschine über das bzw. den ersten elektrischen Stromnetz bzw. -kreis mit elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher versorgbar ist, insbesondere versorgt wird. In einer Weiterbildung sind das bzw. der erste und zweite elektrische Stromnetz bzw. -kreis wenigstens abschnittsweise voneinander beabstandet. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung die erste elektrische Maschine, insbesondere über die nachfolgend beschriebene erste Leistungselektronik, mit dem ersten Energiespeicher und die zweite elektrische Maschine, insbesondere über die nachfolgend beschriebene zweite Leistungselektronik, mit dem zweiten Energiespeicher über getrennte Leitungen (elektrisch) verbunden. Dadurch kann in einer Ausführung die Sicherheit (weiter) erhöht werden.
  • In einer Ausführung weist die Versorgungseinrichtung wenigstens eine Leistungselektronik, in einer Ausführung eine bzw. die, insbesondere die erste elektrische Maschine versorgende bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtete, bzw. verwendete, erste Leistungselektronik und eine bzw. die, insbesondere die zweite elektrische Maschine versorgende bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtete, bzw. verwendete, zweite Leistungselektronik, auf. In einer Weiterbildung sind die erste und zweite Leistungselektronik redundant bzw. die erste Leistungselektronik auch zur Versorgung der zweiten elektrischen Maschine bzw. die zweite Leistungselektronik auch zur Versorgung der ersten elektrischen Maschine vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. werden hierzu verwendet. Dadurch kann in einer Ausführung die Verzweigung der elektrischen Energie einfach(er), zuverlässig(er), rasch(er) und/oder präzise(r) variiert und/oder die Sicherheit (weiter) erhöht werden.
  • In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug wenigstens eine erste Antriebsmaschine in Form einer Brennkraftmaschine, die mit dem ersten Mantelpropellerantrieb, in einer Ausführung mechanisch, insbesondere über das erste Getriebe und/oder (wenigstens) eine Kupplung, gekoppelt ist und vorliegend entsprechend als erste Brennkraftmaschine bezeichnet wird, und/ oder wenigstens eine weitere erste Antriebsmaschine in Form einer Brennkraftmaschine auf, die mit dem zweiten Mantelpropellerantrieb, in einer Ausführung mechanisch, insbesondere über das zweite Getriebe und/ oder (wenigstens) eine Kupplung, gekoppelt ist und vorliegend entsprechend als zweite Brennkraftmaschine bezeichnet wird.
  • In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug ein hybrides Antriebskonzept auf, bei dem die erste Brennkraftmaschine und die erste rotierende elektrische Maschine den ersten Mantelpropellerantrieb, in einer Ausführung in wenigstens einem Betriebszustand gemeinsam, antreiben bzw. die zweite Brennkraftmaschine und die zweite rotierende elektrische Maschine den zweiten Mantelpropellerantrieb, in einer Ausführung in wenigstens einem Betriebszustand gemeinsam, antreiben.
  • In einer Ausführung treibt in wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere bei einem bzw. zum, insbesondere weiteren bzw. fortgesetzten, Start(en) mit ausgefallener erster rotierender elektrischer Maschine und/ oder bei einem Reiseflug, die erste Brennkraftmaschine den ersten Mantelpropellerantrieb an und die erste rotierende elektrische Maschine den ersten Mantelpropellerantrieb nicht an und/ oder in wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere bei einer Störung der ersten Brennkraftmaschine, die, in einer Ausführung hierzu ausgekuppelte, erste Brennkraftmaschine den ersten Mantelpropellerantrieb nicht an und die erste rotierende elektrische Maschine den ersten Mantelpropellerantrieb an und/ oder in wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere bei einem bzw. zum, insbesondere regulären, Start(en), die erste Brennkraftmaschine und die erste rotierende elektrische Maschine den ersten Mantelpropellerantrieb gemeinsam an bzw. sind die beiden Maschinen hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. werden hierzu verwendet. Zusätzlich oder alternativ treibt in einer Ausführung in wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere bei einem bzw. zum, insbesondere weiteren bzw. fortgesetzten, Start(en) mit ausgefallener zweiter rotierender elektrischer Maschine und/oder bei einem Reiseflug, die zweite Brennkraftmaschine den zweiten Mantelpropellerantrieb an und die zweite rotierende elektrische Maschine den zweiten Mantelpropellerantrieb nicht an und/ oder in wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere bei einer Störung der zweiten Brennkraftmaschine, die, in einer Ausführung hierzu ausgekuppelte, zweite Brennkraftmaschine den zweiten Mantelpropellerantrieb nicht an und die zweite rotierende elektrische Maschine den zweiten Mantelpropellerantrieb an und/ oder in wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere bei einem bzw. zum, insbesondere regulären, Start(en), die zweite Brennkraftmaschine und die zweite rotierende elektrische Maschine den zweiten Mantelpropellerantrieb gemeinsam an bzw. sind die beiden Maschinen hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. werden hierzu verwendet.
  • Insbesondere kann die erste bzw. zweite rotierende elektrische Maschine jeweils als Booster die Antriebsleistung bei erhöhten Anforderungen, insbesondere Starts des Luftfahrzeugs, temporär verstärken. Hierdurch kann in einer Ausführung eine Steigrate und/ oder Kurzstartfähigkeit des Luftfahrzeugs erhöht und dadurch insbesondere der Einsatz als Lufttaxi und/oder die Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden, insbesondere durch rasche(re)s Entfernen vom Flugplatz. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung die Auswahl von Flugplätzen, die insbesondere durch die Länge der Start-/ Landebahnen limitiert ist, vorteilhaft vergrößert werden. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung bei einem bzw. zum Start auch bei Ausfall der ersten und/ oder zweiten rotierende elektrische Maschine als Booster der erste und/ oder zweite Mantelpropellerantrieb durch die jeweilige Brennkraftmaschine alleine angetrieben und so die Sicherheit (weiter) erhöht werden.
  • In einer Ausführung weist die erste Brennkraftmaschine wenigstens einen Kolbenmotor und/ oder wenigstens eine Gasturbine auf und/ oder ist ganz oder teilweise im Rumpf angeordnet. Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung die zweite Brennkraftmaschine wenigstens einen Kolbenmotor und/ oder wenigstens eine Gasturbine auf und/oder ist ganz oder teilweise im Rumpf angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung die Effizienz und/oder Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden.
  • In einer Ausführung wird die erste und/ oder zweite Brennkraftmaschine (jeweils) mit flüssigem Kraft- bzw. Treibstoff, in einer Ausführung ihr Kolbenmotor mit Benzin oder Diesel und/ oder ihre Gasturbine mit Kerosin, betrieben bzw. ist hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, insbesondere also der Kolbenmotor ein Otto- oder Dieselmotor. In einer Ausführung wird die erste und/oder zweite Brennkraftmaschine (jeweils) mit gasförmigem Kraft- bzw. Treibstoff, in einer Ausführung ihr Kolbenmotor und/oder ihre Gasturbine mit Methan, Wasserstoff oder dergleichen, betrieben bzw. ist hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet. Hierdurch kann in einer Ausführung die Effizienz und/ oder Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden.
  • In einer Ausführung weist der erste und/oder zweite Energiespeicher (jeweils) eine oder mehrere Primärzelle(n), insbesondere Batterie(n), und/ oder Sekundärzelle(n), insbesondere Akkumulator(en) auf. In einer Ausführung weist der erste und/ oder zweite Energiespeicher (jeweils) eine oder mehrere galvanische bzw. Brennstoffzelle(n), insbesondere mit Wasserstoff, Methanol, Butan, Erdgas oder anderen Brennstoffen, auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Effizienz und/oder Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu, dass der erste und/ oder zweite Energiespeicher (jeweils) eine oder mehrere Brennstoffzelle(n) aufweist, und/oder zusätzlich oder alternativ zu einer mit dem ersten Mantelpropellerantrieb gekoppelten ersten Brennkraftmaschine und/oder einer mit dem zweiten Mantelpropellerantrieb gekoppelten zweiten Brennkraftmaschine weist das Luftfahrzeug in einer Ausführung keine oder wenigstens eine weitere rotierende elektrische Maschine, die mit dem ersten Mantelpropellerantrieb, in einer Ausführung mechanisch, insbesondere über das erste Getriebe und/oder wenigstens eine Kupplung, gekoppelt ist, und/oder keine oder wenigstens eine andere rotierende elektrische Maschine auf, die mit dem zweiten Mantelpropellerantrieb, in einer Ausführung mechanisch, insbesondere über das zweite Getriebe und/oder wenigstens eine Kupplung, gekoppelt ist, wobei diese weitere und/oder andere rotierende elektrische Maschine in einer Ausführung (jeweils) in wenigstens einem Betriebszustand von einer, gegebenenfalls weiteren, Brennstoffzelle, mit elektrischer Energie versorgt wird bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist. Somit kann in einer Ausführung eine Brennstoffzellen-E-Maschinen Anordnung anstelle der hier beschriebenen ersten bzw. zweiten Brennkraftmaschine des hybriden Antriebskonzepts verwendet werden. Hierdurch kann in einer Ausführung die Effizienz und/oder Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden.
  • Somit kann ein Luftfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung insbesondere folgende Antriebskonzepte verwirklichen bzw. aufweisen:
    • - ein hybrides Antriebskonzept mit der ersten und/oder zweiten Brennkraftmaschine und der ersten und zweiten elektrischen Maschine, die in einer Weiterbildung als Booster und/oder zur Erhöhung der Sicherheit dienen;
    • - eine Abwandlung dieses hybriden Antriebskonzepts mit der weiteren und/oder andere elektrischen Maschine, die die erste bzw. zweite Brennkraftmaschine unterstützen oder ersetzen, und der ersten und zweiten elektrischen Maschine; und
    • - ein rein elektrisches Antriebskonzept mit der ersten und zweiten elektrischen Maschine, wobei sowohl bei den beiden anderen Antriebskonzept als auch insbesondere hier Brennstoffzellen als erster bzw. zweiter Energiespeicher besonders vorteilhaft sein können.
  • In einer Ausführung sind eine Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine gegensinnig angeordnet, insbesondere kann eine dieser Abtriebswellen sich von der jeweiligen elektrischen bzw. Brennkraftmaschine (aus(gehend)) in Richtung Heck des Luftfahrzeugs bzw. nach hinten und die andere der beiden Abtriebswellen sich gegensinnig von der jeweiligen elektrischen bzw. Brennkraftmaschine (aus(gehend)) in Richtung Bug bzw. Front des Luftfahrzeugs bzw. nach vorne erstrecken. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung realisiert werden.
  • In einer Ausführung sind eine Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine gleichsinnig angeordnet, insbesondere können sich diese beiden Abtriebswellen jeweils von der jeweiligen elektrischen bzw. Brennkraftmaschine (aus(gehend)) in Richtung Heck des Luftfahrzeugs bzw. nach hinten oder in Richtung Bug bzw. Front des Luftfahrzeugs bzw. nach vorne erstrecken. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhaftere) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine in Querrichtung bzw. Richtung einer Querachse des Luftfahrzeugs gegeneinander versetzt, in einer Weiterbildung auf einander gegenüberliegenden Seiten einer, insbesondere zentralen, Längs- bzw. Meridianebene des Luftfahrzeugs angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung und/oder vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine, insbesondere eine Schnittstelle dieser Abtriebswelle mit der jeweiligen Maschine und/oder einem, insbesondere dem ersten bzw. zweiten, Getriebe, in Längsrichtung bzw. Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs gegeneinander versetzt bzw. abgestuft, in einer Weiterbildung auf einander gegenüberliegenden Seiten einer Querebene des Luftfahrzeugs angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung und/oder vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine auf einander gegenüberliegenden Seiten von dem ersten Getriebe angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re), insbesondere schmälere, A(ntriebsa)nordnung realisiert werden. In einer anderen Ausführung sind eine bzw. die Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine auf derselben Seite von dem ersten Getriebe angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine auf einander gegenüberliegenden Seiten von dem zweiten Getriebe angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re), insbesondere schmälere, A(ntriebsa)nordnung realisiert werden. In einer anderen Ausführung sind eine bzw. die Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine auf derselben Seite von dem zweiten Getriebe angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ bilden in einer Ausführung eine Abtriebswelle der ersten Brennkraftmaschine oder weiteren elektrischen Maschine und eine Abtriebswelle der zweiten Brennkraftmaschine oder anderen elektrischen Maschine miteinander einen Winkel, der höchstens 45°, insbesondere höchstens 30°, in einer Ausführung höchstens 15° und insbesondere 0° beträgt, sind also die beiden Abtriebswelle in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, parallel zueinander. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung und/oder vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • In einer Ausführung weist die erste und/ oder zweite Brennkraftmaschine (jeweils) eine Motoraufladung, insbesondere einen oder mehrere Abgasturbolader auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Effizienz und/oder Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung die erste und/ oder zweite Brennkraftmaschine (jeweils) wenigstens eine ein- oder mehrkanalige Abgasleitung auf. In einer Weiterbildung weist die bzw. eine oder mehrere der Abgasleitung(en jeweils) einen oder mehrere Schalldämpfer(n) auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung die bzw. eine oder mehrere der Abgasleitung(en jeweils) eine Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere einen oder mehreren Abgaskatalysator(en) und/oder Partikelfilter(n), auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Schadstoffemission des Luftfahrzeugs reduziert und dieses damit in der Nähe von Ortschaften und/ oder auf niedrige(re)n Reiseflughöhen eingesetzt werden.
  • In einer Ausführung sind eine Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine gegensinnig angeordnet, insbesondere kann eine dieser Abtriebswellen sich von der jeweiligen elektrischen Maschine (aus(gehend)) in Richtung Heck des Luftfahrzeugs bzw. nach hinten und die andere der beiden Abtriebswellen sich gegensinnig von der jeweiligen elektrischen Maschine (aus(gehend)) in Richtung Bug bzw. Front des Luftfahrzeugs bzw. nach vorne erstrecken. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung realisiert werden.
  • In einer anderen Ausführung sind eine Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine gleichsinnig angeordnet, insbesondere können sich diese beiden Abtriebswellen jeweils von der jeweiligen elektrischen Maschine (aus(gehend)) in Richtung Heck des Luftfahrzeugs bzw. nach hinten oder in Richtung Bug bzw. Front des Luftfahrzeugs bzw. nach vorne erstrecken. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine in Querrichtung bzw. Richtung einer Querachse des Luftfahrzeugs gegeneinander versetzt, in einer Weiterbildung auf einander gegenüberliegenden Seiten einer, insbesondere zentralen, Längsebene des Luftfahrzeugs angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung und/oder vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine, insbesondere eine Schnittstelle dieser Abtriebswelle mit der jeweiligen Maschine und/oder einem Getriebe, in Längsrichtung bzw. Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs gegeneinander versetzt bzw. abgestuft, in einer Weiterbildung auf einander gegenüberliegenden Seiten einer Querebene des Luftfahrzeugs angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung und/oder vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine auf einander gegenüberliegenden Seiten von dem ersten Getriebe angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re), insbesondere schmälere, A(ntriebsa)nordnung realisiert werden. In einer anderen Ausführung sind eine bzw. die Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine auf derselben Seite von dem ersten Getriebe angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
    Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine auf einander gegenüberliegenden Seiten von dem zweiten Getriebe angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re), insbesondere schmälere, A(ntriebsa)nordnung realisiert werden. In einer anderen Ausführung sind eine bzw. die Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine auf derselben Seite von dem zweiten Getriebe angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ bilden in einer Ausführung eine bzw. die Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine und eine bzw. die Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine miteinander einen Winkel, der höchstens 45°, insbesondere höchstens 30°, in einer Ausführung höchstens 15° und insbesondere 0° beträgt, sind also die beiden Abtriebswelle in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, parallel zueinander. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung und/oder vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.
  • Wie bereits erwähnt, ist in einer Ausführung das Luftfahrzeug ein Flugzeug mit, insbesondere fest(stehend)en, Tragflächen. In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug bzw. Flugzeug wenigstens eine, insbesondere fest(stehend)e, vordere Tragfläche und wenigstens eine, insbesondere fest(stehend)e, hintere Tragfläche auf, die gegeneinander in Richtung einer Hochachse und in Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs versetzt und durch wenigstens eine, insbesondere schräge bzw. geneigte, seitliche Strebe verbunden sind. In einer Weiterbildung weist das Luftfahrzeug bzw. Flugzeug wenigstens zwei, insbesondere fest(stehend)e, vordere Tragflächen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Rumpfes angeordnet sind, und wenigstens zwei, insbesondere fest(stehend)e, hintere Tragflächen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Rumpfes angeordnet sind, auf, wobei die auf einer Seite des Rumpfes angeordnete vordere und hintere Tragfläche jeweils gegeneinander in Richtung einer Hochachse und in Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs versetzt und durch wenigstens eine, insbesondere schräge bzw. geneigte, seitliche Strebe verbunden sind. In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug eine sogenannte Boxwing-Konfiguration auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Effizienz und/oder Geräuschemission des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden.
  • In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug eine oder mehrere Luftpassage(n) auf, durch die die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine und/ oder die erste Brennkraftmaschine und/oder die zweite Brennkraftmaschine und/ oder die weitere elektrischen Maschine und/oder die andere elektrische Maschine in wenigstens einem Betriebszustand gekühlt wird bzw. die hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist/sind bzw. verwendet wird/ werden, in einer Ausführung wenigstens eine erste Luftpassage zur Kühlung der ersten elektrischen Maschine und/ oder ersten Brennkraftmaschine und/ oder weiteren elektrischen Maschine und/ oder wenigstens eine zweite Luftpassage zur Kühlung der zweiten elektrischen Maschine und/ oder zweiten Brennkraftmaschine und/oder anderen elektrischen Maschine.
  • In einer Ausführung weist die bzw. eine oder mehrere der Luftpassage(n jeweils) eine oder mehrere Kühlluftzufuhr(en), insbesondere Frischluftzufuhr(en), in einer Ausführung eine oder mehrere Öffnung(en) in dem Rumpf, und wenigstens eine oder mehrere, in einer Ausführung in Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs gegen die bzw. eine oder mehrere der Kühlluftzufuhr(en) versetzte, Kühlluftabfuhr(en), insbesondere eine oder mehrere Öffnung(en) in dem Rumpf, auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Effizienz des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden. Insbesondere bei wenigstens teilweise im Rumpf angeordneten elektrischen bzw. Brennkraftmaschinen, durch die in einer Ausführung die Geräuschemission reduziert werden kann, kann eine solche Kühlung besonders vorteilhaft die Effizienz des Luftfahrzeugs verbessern.
  • Zusätzlich oder alternativ weist das Luftfahrzeug in einer Ausführung einen oder mehrere, in einer Weiterbildung flüssigkeitsdurchströmte, Wärmetauscher auf, durch die die erste elektrische Maschine und/ oder die zweite elektrische Maschine und/oder die erste Brennkraftmaschine und/ oder die zweite Brennkraftmaschine und/oder die weitere elektrischen Maschine und/ oder die andere elektrische Maschine in wenigstens einem Betriebszustand gekühlt wird bzw. die hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist/ sind bzw. verwendet wird/ werden, in einer Ausführung einen oder mehrere erste Wärmetauscher zur Kühlung der ersten elektrischen Maschine und/ oder ersten Brennkraftmaschine und/oder weiteren elektrischen Maschine und/ oder einen oder mehrere zweite Wärmetauscher zur Kühlung der zweiten elektrischen Maschine und/ oder zweiten Brennkraftmaschine und/ oder anderen elektrischen Maschine. Hierdurch kann in einer Ausführung die Effizienz des Luftfahrzeugs (weiter) verbessert werden. Insbesondere bei wenigstens teilweise im Rumpf angeordneten elektrischen bzw. Brennkraftmaschinen, durch die in einer Ausführung die Geräuschemission reduziert werden kann, kann eine solche Kühlung besonders vorteilhaft die Effizienz des Luftfahrzeugs verbessern.
  • In einer Ausführung ist zwischen
    • - einem Innenraum des Rumpfes zur Aufnahme des wenigstens einen Piloten und/ oder der Nutzlast einerseits und
    • - der ersten elektrischen Maschine und/oder zweiten elektrischen Maschine und/oder ersten Brennkraftmaschine und/oder zweiten Brennkraftmaschine und/oder weiteren und/oder anderen elektrischen Maschine andererseits
    wenigstens ein Brandschott angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine thermische Belastung des Innenraums vom Maschinenraum bzw. dessen Wärmeentwicklung reduziert, vorzugsweise vermieden, und/oder die Sicherheit erhöht werden.
  • Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung zwischen
    • - der ersten elektrischen Maschine und/oder ersten Brennkraftmaschine und/oder weiteren elektrischen Maschine einerseits und
    • - der zweiten elektrischen Maschine und/oder zweiten Brennkraftmaschine und/oder anderen elektrischen Maschine andererseits
    wenigstens ein, in einer Ausführung ein- oder mehrfach abgewinkeltes, Brandschott angeordnet. Hierdurch kann/ können in einer Ausführung bei Feuer in einem dieser beiden durch dieses Brandschott getrennten Räume die Maschine(n) in dem anderen dieser beiden Räume den Flugbetrieb aufrechterhalten.
  • Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung der erste und zweite Energiespeicher voneinander getrennt, in einer Weiterbildung zwischen dem ersten und zweiten Energiespeicher ein Brandschott, in einer Ausführung eines der oben genannten Brandschotts, angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung bei Feuer in einem dieser beiden durch dieses Brandschott getrennten Räume die bzw. eine oder mehrere der Maschine(n) durch den Energiespeicher in dem anderen dieser beiden Räume versorgt werden und so in einer Ausführung den Flugbetrieb aufrechterhalten.
  • In einer Ausführung sind der erste und zweite Mantelpropellerantrieb auf gegenüberliegenden Seiten des Rumpfes angeordnet, in einer Weiterbildung am bzw. seitlich des Rumpf(es), insbesondere (jeweils) an einem mit dem Rumpf verbundenen Pylon und/oder an einer hinteren Hälfte des Rumpfes. In einer Ausführung ist der Rumpf zwischen den beiden Mantelpropellerantrieben angeordnet.
  • Zusätzlich oder alternativ sind der erste und zweite Mantelpropellerantrieb in einer Ausführung hinter und/oder über der bzw. den vorderen Tragfläche(n) und/oder vor und/oder unter der bzw. den hinteren Tragfläche(n) angeordnet. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung die vorderen Tragflächen nach hinten und/oder hinteren Tragfläche(n) nach vorne gepfeilt.
  • Hierdurch können in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr dieser Merkmale, die Flugeigenschaften des Luftfahrzeugs verbessert werden, insbesondere in Kombination mit der Lastverteilung durch die wenigstens teilweise im Rumpf angeordneten elektrischen und/oder Brennkraftmaschinen.
  • Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der erste Mantelpropellerantrieb mit der ersten elektrischen Maschine und/oder mit der ersten Brennkraftmaschine und/oder mit der weiteren elektrischen Maschine, in einer Ausführung mit dem (ersten) Getriebe, über das diese mit dem ersten Mantelpropellerantrieb gekoppelt ist bzw. sind, über wenigstens eine, in einer Ausführung gemeinsame, Antriebswelle, die mit einer Rotationsachse des ersten Mantelpropellerantriebs und/oder einer Abtriebswelle (wenigstens einer) dieser Maschine(n) einen Winkel bildet, der wenigstens 45°, insbesondere wenigstens 60°, in einer Ausführung wenigstens 75° und insbesondere 90° beträgt, (mechanisch) gekoppelt. In einer Ausführung ist der erste Mantelpropellerantrieb mit dieser Antriebswelle über wenigstens ein (weiteres) ein- oder mehrstufiges Getriebe, in einer Ausführung Zahnrad-, insbesondere Kegelrad- und/oder Planetengetriebe (mechanisch) gekoppelt.
  • Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der zweite Mantelpropellerantrieb mit der zweiten elektrischen Maschine und/ oder mit der zweiten Brennkraftmaschine und/ oder mit der anderen elektrischen Maschine, in einer Ausführung mit dem (zweiten) Getriebe, über das diese mit dem zweiten Mantelpropellerantrieb gekoppelt ist bzw. sind, über wenigstens eine, in einer Ausführung gemeinsame, Antriebswelle, die mit einer Rotationsachse des zweiten Mantelpropellerantriebs und/oder einer Abtriebswelle (wenigstens einer) dieser Maschine(n) einen Winkel bildet, der wenigstens 45°, insbesondere wenigstens 60°, in einer Ausführung wenigstens 75° und insbesondere 90° beträgt, (mechanisch) gekoppelt. In einer Ausführung ist der zweite Mantelpropellerantrieb mit dieser Antriebswelle über wenigstens ein (weiteres) ein- oder mehrstufiges Getriebe, in einer Ausführung Zahnrad-, insbesondere Kegelrad- und/oder Planetengetriebe (mechanisch) gekoppelt. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung realisiert und/oder die entsprechende(n) Maschinen vorteilhaft wenigstens teilweise im Rumpf angeordnet werden.
  • In einer Ausführung sind die erste rotierende elektrische Maschine und die erste Brennkraftmaschine oder weitere rotierende elektrische Maschine auf einander gegenüberliegenden Seiten von dem ersten Getriebe angeordnet, in einer Ausführung über das erste Getriebe miteinander gekoppelt. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden. In einer anderen Ausführung sind die erste rotierende elektrische Maschine und die erste Brennkraftmaschine oder weitere rotierende elektrische Maschine auf derselben Seite von dem ersten Getriebe angeordnet, in einer Ausführung in Serie miteinander. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kürzere und/oder einfachere A(ntriebsa)nordnung realisiert werden.
  • In einer Ausführung sind die zweite rotierende elektrische Maschine und die zweite Brennkraftmaschine oder andere rotierende elektrische Maschine auf einander gegenüberliegenden Seiten von dem zweiten Getriebe angeordnet, in einer Ausführung über das zweite Getriebe miteinander gekoppelt. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden. In einer anderen Ausführung sind die zweite rotierende elektrische Maschine und die zweite Brennkraftmaschine oder andere rotierende elektrische Maschine auf derselben Seite von dem zweiten Getriebe angeordnet, in einer Ausführung in Serie miteinander. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kürzere und/oder einfachere A(ntriebsa)nordnung realisiert werden.
  • In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Versorgungseinrichtung. Einer oder mehrere der hier genannten Betriebszustände sind in einer Ausführung (jeweils) Flugbetriebszustände, bei denen das Luftfahrzeug sich in der Luft befindet und/oder wenigstens ein Mantelpropellerantrieb Vortrieb erzeugt.
  • Unter einer rotierenden elektrischen Maschine wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise eine elektrische Maschine verstanden, die in wenigstens einem (aktiven) Betriebszustand elektrische und mechanische Leistung ineinander umwandelt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird, und eine (in diesem Betriebszustand rotierende) Ab- bzw. Antriebswelle aufweist.
  • In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug eine (erste) Antriebsregelung, die in wenigstens einem Betriebszustand den Antrieb des ersten Mantelpropellerantriebs, insbesondere den Betrieb der ersten elektrischen Maschine, der ersten Brennkraftmaschine und/oder der weiteren elektrischen Maschine, regelt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird, und/oder eine (zweite) Antriebsregelung, die in wenigstens einem, insbesondere diesem oder einem anderen, Betriebszustand den Antrieb des zweiten Mantelpropellerantriebs, insbesondere den Betrieb der zweiten elektrischen Maschine, der zweiten Brennkraftmaschine und/oder der anderen elektrischen Maschine, regelt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird, auf. In einer Weiterbildung sind diese beiden Antriebsregelungen redundant zueinander bzw. regeln insbesondere bei Ausfall der anderen Antriebsregelung den Antrieb des ersten und/ oder zweiten Mantelpropellerantriebs, insbesondere den Betrieb der ersten und/ oder zweiten elektrischen Maschine, der ersten und/ oder zweiten Brennkraftmaschine und/oder der weiteren und/oder anderen elektrischen Maschine, bzw. sind hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. werden hierzu verwendet. Die erste und/ oder zweite Antriebsregelung kann beispielsweise als Teil einer Steuer- bzw. Versorgungseinrichtung, in eine solche integriert und/ oder mit einer solchen wirkverbunden, insbesondere damit zusammenwirkend ausgebildet sein.
  • Eine hier genannte (verbesserte, insbesondere reduzierte) Geräuschemission kann insbesondere eine (verbesserte, insbesondere reduzierte) Geräuschemission im bzw. in das Außenfeld des Luftfahrzeugs umfassen, insbesondere sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine hier genannte (verbesserte, insbesondere reduzierte) Geräuschemission in einer Ausführung eine (verbesserte, insbesondere reduzierte) Geräuschemission im bzw. in das Innere(n) des Luftfahrzeugs umfassen, insbesondere sein.
  • In einer Ausführung kann der erste Energiespeicher für den Fall einer Beeinträchtigung, insbesondere eines Versagens der zweiten Brennkraftmaschine bzw. anderen rotierenden elektrischen Maschine (der zweiten rotierende elektrische Maschine) eine Leistungsreserve zur Verfügung stellen bzw. umgekehrt der zweite Energiespeicher für den Fall einer Beeinträchtigung, insbesondere eines Versagens der ersten Brennkraftmaschine bzw. weiteren rotierenden elektrischen Maschine (der ersten rotierende elektrische Maschine) eine Leistungsreserve zur Verfügung stellen bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet sein bzw. verwendet werden.
  • In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel. Die Erfindung erlaubt zahlreiche Möglichkeiten zur Lärmminderung von Luftfahrzeugen, ausgehend von der damit realisierbaren höheren Anzahl von Laufschaufeln. Dies mindert die vor allem im urbanen/ stadtnahen Umfeld relevanten Geräuschemissionen und zusätzlich auch den konstruktiven Aufwand des Flugantriebs.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen
    • 1 ein Luftfahrzeug nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Ansichten;
    • 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitt einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs;
    • 3 eine beispielhafte Darstellung eines Verbrauchskennfelds einer Brennkraftmaschine;
    • 4 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ablaufs des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Schaufelanordnung in einem Mantelpropellerantrieb; und
    • 6 eine schematische Schnittdarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs.
  • 1 zeigt ein Luftfahrzeug 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer Frontalansicht von vorne (1 (a)), einer Seitansicht (1 (b)), einer Draufsicht von oben (1 (c)) und einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne oben (1 (d)).
  • Es weist einen Rumpf 10 zur Aufnahme von einem Piloten und vier Passagieren auf, sowie zwei vordere Tragflächen 11 und zwei hintere Tragflächen 12. Wie insbesondere in 1(a), (b) und (d) zu sehen ist, sind die hinteren Tragflächen 12 gegen die vorderen Tragflächen 11 in Richtung einer Hochachse des Luftfahrzeugs 1 versetzt. Wie ferner insbesondere in 1(b), (c) und (d) zu sehen ist, sind die hinteren Tragflächen 12 gegen die vorderen Tragflächen 11 in Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs 1 versetzt. Die beiden auf derselben Seite des Rumpfs angeordneten Tragflächen 11 sind jeweils durch eine schräge seitliche Strebe 13 verbunden. An gegenüberliegenden Seiten des Rumpfs 10 ist jeweils ein Mantelpropellerantrieb 14 angeordnet.
  • 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitt einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs 1 mit einem Rumpf 10 zur Aufnahme wenigstens eines Piloten und/ oder einer Nutzlast, insbesondere Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers und wenigstens einer eine Steuereinrichtung 53 aufweisende Antriebseinrichtung 50 zum Versorgen wenigstens eines Mantelpropellerantriebs 14 mit Antriebsleistung.
  • Der Mantelpropellerantrieb 14 weist einen Propeller 20 auf, der einen Nabenkörper 21 und eine Vielzahl von gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers 21 verteilten Laufschaufeln 22 aufweist, welche invariabel mit dem Nabenkörper 21 verbunden sind. Der Propeller 20 ist um eine Antriebsachse A drehbar und dafür vorgesehen, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl betrieben zu werden. Der Mantelpropellerantrieb 14 weist ferner ein sich koaxial um die Antriebsachse A des Propellers 20 erstreckendes Mantelgehäuse 36 auf, welches den Propeller 20 aufnimmt. Die Antriebseinrichtung 50 des Mantelpropellerantriebs 14 ist dabei eingerichtet, durch ein Anpassen der abgegebenen Antriebsleistung die Drehzahl des Propellers 20 des Mantelpropellerantriebs 14 unabhängig von der jeweiligen Leistungsanforderung während eines Flugs im Wesentlichen konstant zu halten.
  • Die Antriebseinrichtung 50 weist wenigstens zwei zum Antreiben eines Mantelpropellerantriebs parallel betreibbare Antriebsmaschinen 51 und 52 auf, wobei eine erste, im Ausführungsbeispiel als Brennkraftmaschine ausgeführte Antriebsmaschine 51 dafür eingerichtet ist, den Mantelpropellerantrieb 14 in einem ersten Betriebsbereich zu betreiben, dessen Leistungsanforderung über die Reiseflugleistung hinausgeht, wobei sich die Leistung der ersten Antriebsmaschine 51 bis zum Doppelten der Leistung einer Reiseflugleistung erstreckt. Die zweite im Ausführungsbeispiel als elektrische Maschine ausgeführte Antriebsmaschine 52 ist dafür eingerichtet, den Mantelpropellerantrieb 14 parallel zur ersten Antriebsmaschine 51 in einem zweiten Betriebsbereich zu betreiben, dessen Leistungsanforderung über das Doppelte der Leistung einer Reiseflugleistung hinausgeht.
  • Über eine radial zum Nabenkörper 21 des Propellers 20 angeordnete Antriebswelle 28 wird diesem Antriebsleistung von der Antriebseinrichtung 50 zugeführt. Zum Umwandeln der zugeführten Antriebsleistung in Rotationsenergie des Propellers 22 ist bei der dargestellten Ausführung im Nabenkörper 21 des Propellers 22 ein Getriebe 27 zum Übertragen der Antriebsleistung von der Antriebswelle 51 auf den Propeller 22 angeordnet. Zusätzlich dient das Getriebe 27 bei der dargestellten Ausführung auch zum Untersetzen einer Antriebsdrehzahl der Antriebseinrichtung 50.
  • Der Mantelpropellerantrieb 14 weist ferner ein sich koaxial um die Antriebsachse A des Propellers 20 erstreckendes Mantelgehäuse 36 auf, welches den Propeller 20 aufnimmt und welches gemeinsam mit dem Nabenkörper 21 einen Auslassquerschnitt 15 des Mantelpropellerantriebs 14 an einer Antriebsstrahlauslassseite 16 definiert. Der Nabenkörper 21 weist an der Antriebsstrahlauslassseite 16 des Mantelpropellerantriebs 14 einen entlang des dargestellten Pfeils axial verschiebbaren Zentralkörper 24 mit einem sich axial verändernden Querschnitt auf, so dass durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers 24 der Auslassquerschnitt 15 des Mantelpropellerantriebs 14 einstellbar ist. In 1 ist mit Strichlinien auch eine alternative Gestaltung des Zentralkörpers 24 mit variablem Querschnitt angedeutet.
  • Zum axialen Verschieben des Zentralkörpers 24 ist bei der dargestellten Ausführung im Nabenkörper 21 des Propellers 20 eine Verschiebeeinrichtung 26 zum axialen Verschieben des Zentralkörpers 24 angeordnet. Um den inneren Umfang 34 des Mantelgehäuses 36 ist eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten Leitschaufeln 35 angeordnet, welche invariabel mit dem Mantelgehäuse 36 verbunden und in einem axialen Abstand a von den Laufschaufeln 22 des Propellers 20 angeordnet sind.
  • 3 zeigt eine beispielhafte qualitative Darstellung eines Verbrauchskennfelds einer Brennkraftmaschine, das auch als Muscheldiagramm bezeichnet wird. Die Linien stellen einen konstanten spezifischen Energiebedarf der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom abgegebenen Drehmoment M und der Drehzahl n dar. Bei einer beispielhaften Ausführung ist die erste Antriebsmaschine 51 als Brennkraftmaschine ausgebildet und durch einen parallelen Betrieb mit der zweiten Antriebsmaschine 52 im zweiten Betriebsbereich in einem Kennfeldbereich K1 mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl n1 und geeignetem Drehmoment M1 mit geringem spezifischen Energieverbrauch betreibbar. Kann also durch eine variable Leistungsabgabe der zweiten Antriebsmaschine 52 die Drehzahl n1 und die Leistungsabgabe M1 der ersten Antriebsmaschine 51 im Wesentlichen konstant gehalten werden, ermöglicht dies den Betrieb der ersten Arbeitsmaschine mit einem besonders günstigen Energieverbrauch.
  • Wie in Verbindung mit dem beispielhaften Kennfeld in 3 erkennbar ist, würde bei einer Antriebseinrichtung mit nur einer einzigen Antriebsmaschine diese beim im Start bei maximalem Moment arbeiten. Im Reiseflug wäre nur ein kleines Moment erforderlich, so dass sich ein schlechter Verbrauchspunkt etwa im Kennfeldbereich K5 einstellt. Weist die Antriebseinrichtung dagegen zwei Arbeitsmaschinen 51, 52 auf, können diese beim Start mit jeweils maximalem Drehmoment betrieben werden. Hierdurch ist es möglich, die erste Antriebsmaschine 51 mit geringerer Antriebsleistung auszulegen, da das zusätzliche Moment durch die zweite Antriebsmaschine 52 zur Verfügung gestellt wird. Benötigt der Mantelpropellerantrieb bei dieser Ausführung während eines Reiseflug nur ein kleines Moment, liegt der Betriebspunkt dann insbesondere aufgrund der kleineren Auslegung im optimalen (energieeffizienten) Kennfeldbereich K1.
  • Haben wir nun zwei Arbeitsmaschinen, betreiben wir beide mit maximalem Drehmoment im Start. Wir können die erste Arbeitsmaschine „Downsizen“, da wir das zusätzliche Moment der zweiten Arbeitsmaschine haben. Im Cruise braucht der Mantelpropeller erneut nur ein kleines Moment. Da die erste Antriebsmaschine kleiner ist, liegt der Betriebspunkt im Cruise nun im optimalen (energieeffizienten) Betriebspunkt.
  • In 4 ist ein beispielhafter Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Luftfahrzeugs 1, insbesondere eines Luftfahrzeugs mit Tragflächen 11, 12, mit einem Rumpf 10 zur Aufnahme wenigstens eines Piloten und/ oder einer Nutzlast, insbesondere Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers und wenigstens einer, eine Steuereinrichtung 53 aufweisende Antriebseinrichtung 50 zum Versorgen wenigstens eines Mantelpropellerantriebs 14 mit Antriebsleistung dargestellt. Das Verfahren kann beispielsweise zum Betreiben eines Luftfahrzeugs 1 durchgeführt werden, wie es beispielhaft in den 1 und 2 dargestellt und beschrieben ist.
  • Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt a) die von der Antriebseinrichtung 50 abgegebenen Antriebsleistung abhängig von der jeweiligen Leistungsanforderung angepasst, um die Drehzahl des Propellers 22 des Mantelpropellerantriebs 14 unabhängig von der jeweiligen Leistungsanforderung im Wesentlichen konstant zu halten.
  • In einem zweiten, optionalen Schritt b) wird in einem ersten Betriebsbereich, dessen Leistungsanforderung sich bis zum 1,5-fachen, insbesondere bis zum 1,8-fachen und insbesondere bis zum Doppelten der Leistung einer Reiseflugleistung erstreckt, der Mantelpropellerantrieb 14 mit der ersten Antriebsmaschine 51 betrieben und in einem dritten, optionalen Schritt c) wird in einem zweiten Betriebsbereich, dessen Leistungsanforderung über das 1,5-fache, insbesondere über das 1,8-fache und insbesondere über die doppelte Leistung der Reiseflugleistung hinausgeht, der Mantelpropellerantrieb 14 mit einer zweiten Antriebsmaschine 52 parallel zur ersten Antriebsmaschine 51 betrieben.
  • In einem vierten, optionalen Schritt d), welcher insbesondere in Verbindung mit einem Schritt c) durchgeführt wird, wird die erste Antriebsmaschine 51 durch den parallelen Betrieb mit der zweiten Antriebsmaschine 52 im zweiten Betriebsbereich insbesondere unabhängig von der Leistungsanforderung in einem Kennfeldbereich mit günstigem Energieverbrauch und/ oder günstiger Geräuschemission betrieben, und/ oder in einem Kennfeldbereich, in welchem die erste Antriebsmaschine 51 eine höhere Leistung abgibt.
  • Bei dem Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs 1 kann optional auch ein fünfter Schritt e), durchgeführt werden, wobei der Nabenkörper 21 des Luftfahrzeugs 1 einen an der Antriebsstrahlauslassseite 16 des Mantelpropellerantriebs 14 axial verschiebbaren Zentralkörper 24 mit sich veränderndem, insbesondere an der Antriebsstrahlauslassseite 16 sich verjüngendem Querschnitt aufweist. Bei dem Verfahrensschritt e) wird der Propeller 20 des Mantelpropellerantriebs 14 in allen Betriebsphasen des Luftfahrzeugs 1 mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl angetrieben, wobei der Schub des Mantelpropellerantriebs 14 während der verschiedenen Betriebsphasen durch ein Anpassen der zugeführten Antriebsleistung und/ oder durch ein Anpassen des Auslassquerschnitts 15 des Mantelpropellerantriebs 14 durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers 24 eingestellt wird.
  • In einem sechsten, optionalen Schritt f), welcher insbesondere in Verbindung mit Schritt e) durchgeführt wird, wird in einer Steigphase des Luftfahrzeugs 1 die auf den Propeller 20 übertragene Antriebsleistung gegenüber einer Reiseflugleistung erhöht und der Zentralkörper 24 axial am Propeller 20 verschoben, um einen gegenüber einer Reisephase größeren Auslassquerschnitt 15 an der Antriebsstrahlauslassseite 16 des Mantelpropellerantriebs 14 einzustellen, und so eine für einen Steigflug erforderliche Steigflugleistung zu erzeugen.
  • In einem siebten, optionalen Schritt g), welcher insbesondere in Verbindung mit einem der Schritte e) oder f) durchgeführt wird, wird in einer Reisephase des Luftfahrzeugs 1 die auf den Propeller 20 übertragene Antriebsleistung auf einen gegenüber einer Steigphase geringeren Wert gesenkt wird und/ oder der Zentralkörper 24 axial am Propeller 20 verschoben, um einen gegenüber einer Reisephase des Luftfahrzeugs 1 geringeren Auslassquerschnitt 15 an der Antriebsstrahlauslassseite 16 des Mantelpropellerantriebs 14 einzustellen, und so eine Reiseflugleistung zu erzeugen.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Schaufelanordnung in einem Mantelpropellerantrieb 14 in zwei Ansichten. Der Mantelpropellerantrieb 14 ist entsprechend dem in 2 dargestellten Mantelpropellerantrieb 14 ausgeführt und gleiche Elemente der Darstellung in 5 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 bezeichnet. Die obere Darstellung zeigt eine Ansicht von vorne auf eine schematische Darstellung eines Mantelpropellerantriebs 14, wobei in der schematischen Darstellung nur der Propeller 20 mit Nabenkörper 21 und Laufschaufeln 22 innerhalb des Mantelgehäuses 36 dargestellt ist. Auf die Darstellung der Leitschaufeln 35, die hinter den Laufschaufeln 22 angeordnet sind, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Der Pfeil zeigt die Umlaufrichtung U des Propellers 20 und damit der Laufschaufeln 22 um die Antriebsachse A an. Die am radial Durchmesser DSSP des Propellers 20 angeordneten Schaufelspitzen 23 der Laufschaufeln 22 sind entgegen der Umlaufrichtung U in einem Winkel α seitlich nach hinten geneigt ausgebildet. Bei der beispielhaften Darstellung in 5 sind bei der als „Lean“ bezeichneten Gestaltung die Laufschaufeln 22 um einem Winkel α von 10° nach hinten geneigt ausgebildet.
  • Die untere Darstellung zeigt eine Vollschnittdarstellung durch die Längsachse des beispielhaften Mantelpropellerantriebs 14 ähnlich zu 2. Auch in dieser Darstellung sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 bezeichnet. Im Gegensatz zu der Darstellung in 2 sind in der Darstellung in 5 nur zwei Leitschaufeln 35 eingezeichnet, welche im Mantelgehäuse 36 in Richtung des Mantelgehäuses 36 in einem Winkel β stromabwärts nach hinten geneigt angeordnet sind. Bei der beispielhaften Darstellung in 5 sind die Leitschaufeln 35 bei der als „Pfeilung“ bezeichneten Gestaltung in einem Winkel β von 15° stromabwärts in Richtung des Mantelgehäuses 36 bzw. des inneren Umfangs 34 des Mantelgehäuses 36 nach hinten geneigt angeordnet. Der durch den Mantelpropellerantrieb 14 strömende Luftstrom ist durch die drei Pfeile in Strömungsrichtung vor dem Mantelgehäuse 36 dargestellt.
  • 6 zeigt einen Schnitt durch einen hinteren Teil des Luftfahrzeugs 1 mit dem Rumpf 10 und mit zwei ummantelten Mantelpropellerantrieben 14A und 14B. Im Rumpf 10 ist ein (vorderer) Innenraum 100 des Rumpfes zur Aufnahme des Piloten und der Passagiere von einem Maschinenraum durch ein (erstes) Brandschott 101 abgetrennt. Der Maschinenraum ist seinerseits durch ein (zweites) Brandschott 102 längs einer zentralen Längsebene des Luftfahrzeugs geteilt.
  • In dem einen Maschinenraumteil (rechts in 6) sind eine erste rotierende elektrische Maschine 37 und eine erste Brennkraftmaschine 31 auf gegenüberliegenden Seiten eines ersten Getriebes 41 angeordnet und mit diesem über je eine Abtriebswelle 211 bzw. 311 verbunden. Das erste Getriebe 41 ist seinerseits über eine Antriebswelle 411 mit einem Getriebe 141 verbunden, das seinerseits mit dem ersten Mantelpropellerantrieb 14A verbunden ist. Zwischen erster elektrischer Maschine 37 und erstem Getriebe 41 und/ oder zwischen erster Brennkraftmaschine 31 und erstem Getriebe 41 und/ oder zwischen erstem Getriebe 41 und dem Getriebe 141 kann (jeweils) eine Kupplung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um den Drehmomentfluss über die entsprechende Welle selektiv zu unterbrechen. Auf diese Weise sind die erste rotierende elektrische Maschine 37 und die erste Brennkraftmaschine 31 über das erste Getriebe 41 mit dem ersten Mantelpropellerantrieb 14A gekoppelt. In analoger Weise sind in dem anderen Maschinenraumteil (links in 6) eine zweite rotierende elektrische Maschine 38 und eine zweite Brennkraftmaschine 32 auf gegenüberliegenden Seiten eines zweiten Getriebes 42 angeordnet und mit diesem über je eine Abtriebswelle 212 bzw. 312 verbunden. Das zweite Getriebe 42 ist seinerseits über eine Antriebswelle 412 mit einem Getriebe 142 verbunden, das seinerseits mit dem zweiten Mantelpropellerantrieb 14B verbunden ist. Zwischen zweiter elektrischer Maschine 38 und zweitem Getriebe 42 und/ oder zwischen zweiter Brennkraftmaschine 32 und zweitem Getriebe 42 und/ oder zwischen zweitem Getriebe 42 und dem Getriebe 142 kann (jeweils) eine Kupplung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um den Drehmomentfluss über die entsprechende Welle selektiv zu unterbrechen. Auf diese Weise sind die zweite rotierende elektrische Maschine 38 und die zweite Brennkraftmaschine 32 über das zweite Getriebe 42 mit dem zweiten Mantelpropellerantrieb 14B gekoppelt.
  • Eine erste Luftpassage zur Kühlung der ersten elektrischen Maschine 37 und ersten Brennkraftmaschine 31 weist eine Frischluftzufuhr in Form einer Öffnung 111 im Rumpf 10 und eine in Längsrichtung bzw. einer Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs 1 (vertikal in 6) versetzte Kühlluftabfuhr in Form einer Öffnung 112 im Rumpf 10 auf. In analoger Weise weist eine zweite Luftpassage zur Kühlung der zweiten elektrischen Maschine 38 und zweiten Brennkraftmaschine 32 eine Frischluftzufuhr in Form einer Öffnung 121 im Rumpf 10 und eine in Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs versetzte Kühlluftabfuhr in Form einer Öffnung 122 im Rumpf 10 auf.
  • Eine Abgasleitung der ersten Brennkraftmaschine 31 weist einen Schalldämpfer 321 auf, eine Abgasleitung der zweiten Brennkraftmaschine 32 einen Schalldämpfer 322. In den beiden Maschinenraumteilen sind jeweils Wärmetauscher 5 zur Kühlung der jeweiligen elektrischen bzw. Brennkraftmaschine angeordnet. Antriebsregelungen 2, 2' regeln den Betrieb der Brennkraftmaschinen 31, 32 und elektrischen Maschinen 37, 38 insbesondere in nachfolgend erläuterter Weise.
  • Die Brennkraftmaschinen 31, 32 werden aus Tanks 200 mit Kraftstoff versorgt und treiben in einem Reise- bzw. Normal(flug)betriebsmodus die beiden Mantelpropellerantriebe 14A, 14B an. In einer Startphase erhöhen die beiden elektrischen Maschinen 37, 38 die Antriebsleistung und ermöglichen so vorteilhaft hohe Steigraten und Starts auf kurzen Startbahnen ortschaftsnaher Flughäfen. Hierzu wird die erste elektrische Maschine 37 über einen ersten Stromkreis bzw. ein erstes Stromnetz S1 von einem ersten Energiespeicher in Form einer (ersten) Batterie 221 und die zweite elektrische Maschine 38 über einen zweiten Stromkreis bzw. ein zweites Stromnetz S2 von einem zweiten Energiespeicher in Form einer (zweiten) Batterie 222 mit elektrischer Energie versorgt. Bei Ausfall der ersten Batterie 221 versorgen Leistungselektroniken 61, 62 die erste elektrische Maschine 37 mit elektrischer Energie aus der zweiten Batterie 222. Umgekehrt versorgen die Leistungselektroniken 61, 62 die zweite elektrische Maschine 38 bei einem Ausfall der zweiten Batterie 222 mit elektrischer Energie aus der ersten Batterie 221.
  • Zusätzlich oder alternativ kann, insbesondere bei einem Ausfall der zweiten Brennkraftmaschine 32, die erste Brennkraftmaschine 31 die erste elektrische Maschine 37 generatorisch betreiben, wobei die Leistungselektroniken 61, 62 (dann) von der ersten elektrischen Maschine 37 abgegebene elektrische Energie der ersten Batterie 221, zweiten Batterie 222 und/oder der zweiten elektrischen Maschine 38 zuleiten. Gleichermaßen kann auch, insbesondere bei einem Ausfall der ersten Brennkraftmaschine 31, die zweite Brennkraftmaschine 32 die zweite elektrische Maschine 38 generatorisch betreiben, wobei die Leistungselektroniken 61, 62 (dann) von der zweiten elektrischen Maschine 38 abgegebene elektrische Energie der ersten Batterie 221, zweiten Batterie 222 und/oder der ersten elektrischen Maschine 37 zuleiten.
  • Auf diese Weise können die Brennkraftmaschinen 31, 32 effizienter, insbesondere in optimalen Betriebsbereichen, betrieben und/ oder kleiner dimensioniert werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Absturzrisiko bei Ausfall einer der Maschinen und/ oder Energiespeicher, insbesondere im „one engine inoperative“ Fall, stark reduziert und hierzu elektrische Leistung zwischen den Antrieben ausgetauscht werden. Zusätzlich oder alternativ können die Energiespeicher 221, 222 effizienter, insbesondere in optimalen Betriebsbereichen, betrieben und/oder kleiner dimensioniert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Luftfahrzeug
    2; 2'
    Antriebsregelung
    5
    Wärmetauscher
    10
    Rumpf
    11
    vordere Tragflächen
    12
    hintere Tragflächen
    13
    seitliche Strebe
    14
    Mantelpropellerantrieb
    15
    Auslassquerschnitt
    16
    Antriebsstrahlauslassseite
    20
    Propeller
    21
    Nabenkörper
    22
    Laufschaufeln
    24
    Zentralkörper
    26
    Verschiebeeinrichtung
    27
    Getriebe
    28
    Antriebswelle
    31
    erste Brennkraftmaschine
    32
    zweite Brennkraftmaschine
    34
    innerer Umfang des Mantelgehäuses
    35
    Leitschaufeln
    36
    Mantelgehäuse
    37
    erste rotierende elektrische Maschine
    38
    zweite rotierende elektrische Maschine
    50
    Antriebseinrichtung
    51
    erste Antriebsmaschine
    52
    zweite Antriebsmaschine
    53
    Steuereinrichtung
    61
    Leistungselektronik
    62
    Leistungselektronik
    100
    Innenraum
    101
    Brandschott
    102
    Brandschott
    111
    Lufteinlass
    112
    Lufteinlass
    121
    Luftauslass
    122
    Luftauslass
    141
    Getriebe
    142
    Getriebe
    200
    Tank
    211
    Antriebswelle
    212
    Antriebswelle
    221
    erste Batterie (erster Energiespeicher)
    222
    zweite Batterie (zweiter Energiespeicher)
    311
    Antriebswelle
    312
    Antriebswelle
    321
    Schalldämpfer
    322
    Schalldämpfer
    411
    Antriebswelle
    412
    Antriebswelle
    A
    Antriebsachse
    a
    axialer Abstand zwischen Laufschaufeln und Leitschaufeln
    c
    Schallgeschwindigkeit
    DSSP
    Durchmesser des Propellers an den Schaufelspitzen
    K1 bis K6
    Kennfeldbereiche
    Ma
    Machzahl
    n
    Drehzahl des Propellers
    S1, S2
    Stromnetz/-kreis
    U
    Umlaufrichtung
    α
    Neigungswinkel der Laufschaufeln
    β
    Neigungswinkel der Leitschaufeln

Claims (28)

  1. Luftfahrzeug, insbesondere Flugzeug mit Tragflächen (11, 12), mit einem Rumpf (10) zur Aufnahme wenigstens eines Piloten und/ oder einer Nutzlast, insbesondere Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers und mit wenigstens einer eine Steuereinrichtung (53) aufweisenden Antriebseinrichtung (50) zum Versorgen wenigstens eines Mantelpropellerantriebs (14) mit Antriebsleistung, wobei der Mantelpropellerantrieb (14) aufweist: - einen Propeller (20), der einen Nabenkörper (21) und eine Vielzahl von Laufschaufeln (22) aufweist, welche invariabel mit dem Nabenkörper (21) verbunden sind, wobei der Propeller (20) um eine Antriebsachse (A) drehbar und dafür vorgesehen ist, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs (14) mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl (n) betrieben zu werden; und - ein sich koaxial um die Antriebsachse (A) des Propellers (20) erstreckendes Mantelgehäuse (36), welches den Propeller (20) aufnimmt und insbesondere gemeinsam mit dem Nabenkörper (21) einen verstellbaren Auslassquerschnitt (15) an einer Antriebsstrahlauslassseite (16) des Mantelpropellerantriebs (14) definiert; dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (50) des Mantelpropellerantriebs (14) eingerichtet ist, durch ein Anpassen der abgegebenen Antriebsleistung die jeweilige Leistungsanforderung im Zusammenwirken mit dem verstellbaren Auslassquerschnitt (15) bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl des Propellers (20) zu erbringen.
  2. Luftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (50) wenigstens zwei zum Antreiben eines Mantelpropellerantriebs (14) parallel betreibbare Antriebsmaschinen (51, 52) aufweist.
  3. Luftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Antriebsmaschine (51) dafür eingerichtet ist, den Mantelpropellerantrieb (14) in einem ersten Betriebsbereich zu betreiben, dessen Leistungsanforderung bis über die Reiseflugleistung hinausgeht, wobei sich die Leistung der ersten Antriebsmaschine (51) bis zum 1,5-fachen, insbesondere bis zum 1,8-fachen und insbesondere bis zum Doppelten der Leistung einer Reiseflugleistung erstreckt.
  4. Luftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Antriebsmaschine (52) dafür eingerichtet ist, den Mantelpropellerantrieb (14) parallel zur ersten Antriebsmaschine (51) in einem zweiten Betriebsbereich zu betreiben, dessen Leistungsanforderung über das 1,5-fache, insbesondere über das 1,8-fache und insbesondere über das Doppelte der Leistung einer Reiseflugleistung hinausgeht.
  5. Luftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsmaschine (51) durch den parallelen Betrieb mit der zweiten Antriebsmaschine (52) insbesondere unabhängig von der Leistungsanforderung im zweiten Betriebsbereich in einem Kennfeldbereich (K1, K2) mit günstigem Energieverbrauch und/oder Geräuschemission betreibbar ist und/ oder in welchem die Leistungsabgabe der ersten Antriebsmaschine (51) erhöht ist.
  6. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsmaschine (51) eine Brennkraftmaschine und die zweite Antriebsmaschine (52) eine elektrische Maschine ist.
  7. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (50) und/ oder der Propeller (20) und insbesondere die Geometrie der Laufschaufeln (22) und/ oder der Leitschaufeln (35) und/ oder des Mantelgehäuses (36) dafür eingerichtet sind, mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl betrieben zu werden, welche in einem Bereich von 1.500 bis 5.000 U/min, insbesondere im Bereich von 2.000 bis 4.000 U/min und insbesondere bei etwa 2.600 U/min liegt.
  8. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper (21) an einer Antriebsstrahlauslassseite (16) des Mantelpropellerantriebs (14) einen axial verschiebbaren Zentralkörper (24) mit sich veränderndem, insbesondere an der Antriebsstrahlauslassseite (16) sich verjüngendem Querschnitt aufweist, wobei durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers (24) der Auslassquerschnitt (15) des Mantelpropellerantriebs (14) einstellbar ist.
  9. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Nabenkörper (21) des Propellers (20) eine Verschiebeeinrichtung (26) zum axialen Verschieben des Zentralkörpers (24) angeordnet ist.
  10. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassquerschnitt (15) an der Antriebsstrahlauslassseite (16) des Mantelpropellerantriebs (14) durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers (24) gegenüber einer Stellung mit maximaler Öffnung in einem Bereich von 0% bis 50%, insbesondere in einem Bereich von 0% bis 30% und insbesondere in einem Bereich von 0% bis 20% verringerbar ist.
  11. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Propeller (20) des Mantelpropellerantriebs (14) Antriebsleistung über eine im Wesentlichen radial zum Nabenkörper (21) des Propellers (20) angeordnete Antriebswelle (28) zugeführt wird.
  12. Luftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere im Nabenkörper (21) des Propellers (20) ein Getriebe (27) zum Übertragen der Antriebsleistung von der Antriebswelle (28) auf den Propeller (20) angeordnet ist, welches insbesondere auch zum Über- oder Untersetzen einer Antriebsdrehzahl der Antriebseinrichtung (50) dient.
  13. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgehäuse (36) eine Vielzahl von in einem vorbestimmten axialen Abstand von den Laufschaufeln (22) des Propellers (20) um den inneren Umfang (34) des Mantelgehäuses (36) verteilt angeordnete Leitschaufeln (35) aufweist.
  14. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Laufschaufeln (22) gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers (21) verteilt angeordnet sind und an ihrem radial äußerem Ende eine Schaufelspitze (23) aufweisen, wobei der Mantelpropellerantrieb (14) insbesondere bezüglich der radialen Erstreckung der Laufschaufeln (22) so dimensioniert ist, dass die Schaufelspitzen (23) während der Rotation des Propellers (20) um die Antriebsachse (A) mit der im Wesentlichen konstanten Drehzahl (n) eine Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, deren Machzahl (Ma) geringer ist als 0,5 und insbesondere geringer ist als 0,45.
  15. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Luftdrucks im Mantelgehäuse (36) nach den Leitschaufeln (35) und dem Luftdruck im Mantelgehäuse (36) vor den Laufschaufeln (22) während einer Betriebsphase des Mantelpropellerantriebs (14) weniger als 1,06 und insbesondere weniger als 1,04 beträgt und/ oder die Austrittsgeschwindigkeit des Antriebsstrahls aus dem Mantelpropellerantrieb (14) weniger als 100 Meter pro Sekunde beträgt.
  16. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der am Nabenkörper (21) des Propellers (20) angeordneten Laufschaufeln (22) in einem Bereich von 3 bis 22 und insbesondere in einem Bereich von 7 bis 16 liegt und/ oder die Anzahl der um den inneren Umfang (37) des Mantelgehäuses (36) verteilt angeordneten Leitschaufeln (22) in einem Bereich von 3 bis 37 und insbesondere in einem Bereich von 26 bis 37 oder insbesondere in einem Bereich von 3 bis 8 liegt.
  17. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (DSSP) des Propellers (20) an den Schaufelspitzen (23) zwischen 600 mm und 1.000 mm, insbesondere zwischen 750 mm und 900 mm und insbesondere 850 mm beträgt.
  18. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (35) im Mantelgehäuse (36) in Richtung des Mantelgehäuses (36) stromabwärts in einem Winkel (β) nach hinten geneigt angeordnet sind und/ oder die Schaufelspitzen (23) der am Nabenkörper (21) angeordneten Laufschaufeln (22) entgegen der Umlaufrichtung (U) in einem Winkel (α) seitlich nach hinten geneigt ausgebildet sind.
  19. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine dem Mantelpropellerantrieb (14) Antriebsleistung zur Verfügung stellende Antriebseinrichtung (50) insbesondere schallgedämpft im Rumpf (10) und/ oder wenigstens teilweise an einer Tragfläche (11, 12) des Luftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
  20. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Mantelpropellerantriebe (14), welche insbesondere am Rumpf (10) und/ oder an wenigstens einer Tragfläche (11, 12) des Luftfahrzeugs (1) angeordnet sind.
  21. Luftfahrzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - es eine Spannweite von wenigstens 5 m, insbesondere wenigstens 7 m, und/ oder höchstens 20 m, insbesondere höchstens 16 m aufweist; und/ oder - sein Höchstabfluggewicht wenigstens 650 kg, insbesondere wenigstens 1000 kg, und/oder höchstens 3000 kg, insbesondere höchstens 2000 kg beträgt.
  22. Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs, insbesondere Flugzeug mit Tragflächen (11, 12), insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Rumpf (10) zur Aufnahme wenigstens eines Piloten und/ oder einer Nutzlast, insbesondere Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers und wenigstens einer, eine Steuereinrichtung (53) aufweisende Antriebseinrichtung (50) zum Versorgen wenigstens eines Mantelpropellerantriebs (14) mit Antriebsleistung, wobei der Mantelpropellerantrieb (14) aufweist: - einen Propeller (20), der einen Nabenkörper (21) und eine Vielzahl von Laufschaufeln (22) aufweist, welche invariabel mit dem Nabenkörper (21) verbunden sind, wobei der Propeller (20) um eine Antriebsachse (A) drehbar und dafür vorgesehen ist, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs (14) mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl betrieben zu werden; und - ein sich koaxial um die Antriebsachse (A) des Propellers (20) erstreckendes Mantelgehäuse (36), welches den Propeller (20) aufnimmt und insbesondere gemeinsam mit dem Nabenkörper (21) einen verstellbaren Auslassquerschnitt (15) an einer Antriebsstrahlauslassseite (16) des Mantelpropellerantriebs (14) definiert; gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: Anpassen der von der Antriebseinrichtung (50) abgegebenen Antriebsleistung, um die jeweilige Leistungsanforderung im Zusammenwirken mit dem verstellbaren Auslassquerschnitt bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl des Propellers zu erbringen.
  23. Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs nach Anspruch 22, wobei das Luftfahrzeug (1) wenigstens zwei zum Antreiben eines Mantelpropellerantriebs (14) parallel betreibbare Antriebsmaschinen (51, 52) aufweist, dadurch gekennzeichnet dass: - in einem ersten Betriebsbereich, dessen Leistungsanforderung sich bis zum 1,5-fachen, insbesondere bis zum 1,8-fachen und insbesondere bis zum Doppelten der Leistung einer Reiseflugleistung erstreckt, der Mantelpropellerantrieb (14) mit einer ersten Antriebsmaschine (51) betrieben wird; und/ oder - in einem zweiten Betriebsbereich, dessen Leistungsanforderung über das 1,5-fache, insbesondere über das 1,8-fache und insbesondere über die doppelte Leistung der Reiseflugleistung hinausgeht, der Mantelpropellerantrieb (14) mit einer zweiten Antriebsmaschine (52) parallel zur ersten Antriebsmaschine (51) betrieben wird.
  24. Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsmaschine (51) durch den parallelen Betrieb mit der zweiten Antriebsmaschine (52) im zweiten Betriebsbereich insbesondere unabhängig von der Leistungsanforderung in einem Kennfeldbereich (K1, K2) mit günstigem Energieverbrauch und/ oder günstiger Geräuschemission betrieben wird, und/ oder in einem Kennfeldbereich, in welchem die erste Antriebsmaschine (51) eine höhere Leistung abgibt.
  25. Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei der Nabenkörper (21) an der Antriebsstrahlauslassseite (16) des Mantelpropellerantriebs (14) einen axial verschiebbaren Zentralkörper (24) mit sich veränderndem, insbesondere an der Antriebsstrahlauslassseite (16) sich verjüngendem Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (20) des Mantelpropellerantriebs (14) in allen Betriebsphasen des Luftfahrzeugs (1) mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl angetrieben wird, wobei der Schub des Mantelpropellerantriebs (14) während der verschiedenen Betriebsphasen durch ein Anpassen der zugeführten Antriebsleistung und/ oder durch ein Anpassen des Auslassquerschnitts (15) des Mantelpropellerantriebs (14) durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers (24) eingestellt wird.
  26. Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Steigphase des Luftfahrzeugs (1) die auf den Propeller (20) übertragene Antriebsleistung gegenüber einer Reiseflugleistung erhöht wird und der Zentralkörper (24) axial am Propeller (20) verschoben wird, um einen gegenüber einer Reisephase größeren Auslassquerschnitt (15) an der Antriebsstrahlauslassseite (16) des Mantelpropellerantriebs (14) einzustellen, und so eine für einen Steigflug erforderliche Steigflugleistung zu erzeugen.
  27. Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs nach wenigstens einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Reisephase des Luftfahrzeugs (1) die auf den Propeller (20) übertragene Antriebsleistung auf einen gegenüber einer Steigphase geringeren Wert gesenkt wird und/ oder der Zentralkörper (24) axial am Propeller (20) verschoben wird, um einen gegenüber einer Reisephase des Luftfahrzeugs (1) geringeren Auslassquerschnitt (15) an der Antriebsstrahlauslassseite (16) des Mantelpropellerantriebs (14) einzustellen, und so eine Reiseflugleistung zu erzeugen.
  28. Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe der Versorgungseinrichtung (61, 62) - in wenigstens einem Betriebszustand die zweite elektrische Maschine (38) mit elektrischer Energie von der ersten elektrischen Maschine (37) und/ oder dem ersten Energiespeicher (221); - in wenigstens einem Betriebszustand die erste elektrische Maschine (37) mit elektrischer Energie von der zweiten elektrischen Maschine (38) und/ oder dem zweiten Energiespeicher (222); und/ oder - in wenigstens einem Betriebszustand die erste elektrische Maschine (37) mit elektrischer Energie von dem ersten Energiespeicher (221) und/ oder die zweite elektrische Maschine (38) mit elektrischer Energie von dem zweiten Energiespeicher (222) versorgt wird.
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