DE102019115578A1 - Aircraft with ducted propeller drive - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug (1) und ein Verfahren zum Betrieb 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 mit wenigstens einem Mantelpropellerantrieb (14). Dieser weist einen Propeller (20) auf, mit einem Nabenkörper (21) und einer Vielzahl von gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers (21) verteilten Laufschaufeln (22), welche invariabel mit dem Nabenkörper (21) verbunden sind, wobei der Propeller (20) um eine Antriebsachse (A) drehbar ist und diesem Antriebsleistung über eine im Wesentlichen radial zum Nabenkörper (21) des Propellers (20) angeordnete Antriebswelle (28) zugeführt wird. Ferner weist der Mantelpropellerantrieb (14) ein sich koaxial um die Antriebsachse (A) des Propellers (20) erstreckendes Mantelgehäuse (36) auf, welches den Propeller (20) aufnimmt, und welches insbesondere zusammenwirkend mit dem Nabenkörper (21) einen variablen Auslassquerschnitt (15) des Mantelpropellerantriebs (14) an einer Antriebsstrahlauslassseite (16) definiert.The invention relates to an aircraft (1) and a method for operating an aircraft (1), in particular an aircraft with wings (11, 12), with a fuselage (10) for receiving at least one pilot and / or a payload, in particular air freight and / or at least one passenger and with at least one ducted propeller drive (14). This has a propeller (20) with a hub body (21) and a plurality of blades (22) evenly distributed around the outer circumference of the hub body (21), which are invariably connected to the hub body (21), the propeller ( 20) is rotatable about a drive axis (A) and this drive power is supplied via a drive shaft (28) arranged essentially radially to the hub body (21) of the propeller (20). Furthermore, the ducted propeller drive (14) has a casing (36) which extends coaxially around the drive axis (A) of the propeller (20) and which accommodates the propeller (20) and which, in particular, interacting with the hub body (21), has a variable outlet cross section ( 15) of the ducted propeller drive (14) is defined on a drive jet outlet side (16).
Description
Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug mit einem Rumpf und wenigstens einem Mantelpropellerantrieb mit einem Propeller, der einen Nabenkörper und eine Vielzahl von gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers verteilten Laufschaufeln aufweist, der um eine Antriebsachse drehbar ist und mit einem sich koaxial um die Antriebsachse des Propellers erstreckenden Mantelgehäuse, welches den Propeller aufnimmt, und insbesondere zusammenwirkend mit dem Nabenkörper einen Auslassquerschnitt des Mantelpropellerantriebs definiert.The invention relates to an aircraft with a fuselage and at least one ducted propeller drive with a propeller, which has a hub body and a plurality of blades evenly distributed around the outer circumference of the hub body, which is rotatable about a drive axis and coaxially about the drive axis of the propeller extending casing housing, which receives the propeller, and in particular cooperating with the hub body defines an outlet cross section of the ducted propeller drive.
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.Such aircraft with at least one ducted propeller drive are known and are suitable for use as air taxis or air taxis, which operate between airports up to about 1500 km apart, and are particularly suitable for flight distances of about 300 to 500 km. In particular, they can at least partially replace car and rail traffic and thus relieve the burden on roads and the rail network. The present invention is particularly suitable for such air taxis, but without being limited thereto.
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.Today's aircraft, especially air taxis or air taxis, emit a lot of noise. These emissions are particularly pronounced in the start-up phase. In particular, people bordering the airport, but also the occupants of the aircraft, such as the pilot and passengers, are burdened. Today's small aircraft are mostly operated with a free-moving propeller, which is the greatest source of noise. Other sources of noise besides the propeller are the internal combustion engine and the noise around the airflow.
Ferner sind auf Propellern oder Mantelpropellern basierende Flugantriebe üblicherweise für einen bestimmten Betriebspunkt ausgelegt, an dem die Zuströmung in Kombination mit der Drehzahl einen idealen Anströmwinkel der Laufschaufel ergibt. Ändert sich die Fluggeschwindigkeit, so ist eine Anpassung des Anströmwinkels erforderlich. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Start schnell und leise erfolgen und hohe Fluggeschwindigkeiten effizient erreicht werden sollen. Die Drehzahl wird dabei meist fest von der Antriebseinrichtung vorgegeben. Daher wird das Anpassen des Anströmwinkels beim Propeller durch ein Verstellen der Propeller- bzw. Laufschaufeln (Verdrehen um deren Hochachse) erreicht. Dies ist aber konstruktiv aufwändig und daher nur für eine sehr geringe, insbesondere einstellige Zahl von Laufschaufeln anwendbar.Furthermore, aircraft drives based on propellers or ducted propellers are usually designed for a specific operating point at which the inflow in combination with the speed results in an ideal angle of attack for the rotor blade. If the airspeed changes, the angle of attack must be adjusted. This is particularly important when take-offs are quick and quiet and high flight speeds are to be achieved efficiently. The speed is usually fixed by the drive device. Therefore, the adjustment of the angle of attack on the propeller is achieved by adjusting the propeller or rotor blades (turning around their vertical axis). However, this is structurally complex and can therefore only be used for a very small, in particular single-digit, number of rotor blades.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, ein Luftfahrzeug bzw. dessen Betrieb zu verbessern und insbesondere dessen Geräuschemissionen zu reduzieren.One object of an embodiment of the present invention is to improve an aircraft or its operation and in particular to reduce its noise emissions.
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.This object is achieved by an aircraft with the features of
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Luftfahrzeug, insbesondere Flugzeug mit Tragflächen vorgeschlagen, mit einem Rumpf zur Aufnahme wenigstens eines Piloten und/ oder einer Nutzlast, insbesondere Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers und mit wenigstens einem Mantelpropellerantrieb. Der Mantelpropellerantrieb weist dabei einen Propeller auf, der einen Nabenkörper und eine Vielzahl von gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers verteilte Laufschaufeln aufweist, welche invariabel mit dem Nabenkörper verbunden sind. Der Propeller ist um eine Antriebsachse drehbar. Antriebsleistung wird dem Propeller über eine im Wesentlichen radial zum Nabenkörper des Propellers angeordnete Antriebswelle zugeführt.To achieve the object, an aircraft, in particular an aircraft with wings, is proposed with a fuselage for receiving at least one pilot and / or a payload, in particular air freight and / or at least one passenger, and with at least one ducted propeller drive. The ducted propeller drive has a propeller which has a hub body and a plurality of rotor blades which are uniformly distributed around the outer circumference of the hub body and which are invariably connected to the hub body. The propeller can be rotated about a drive axis. Drive power is supplied to the propeller via a drive shaft arranged essentially radially to the hub body of the propeller.
Der Mantelpropellerantrieb weist weiter ein sich koaxial um die Antriebsachse des Propellers erstreckendes Mantelgehäuse auf, welches den Propeller aufnimmt, und welches insbesondere zusammenwirkend mit dem Nabenkörper einen Auslassquerschnitt des Mantelpropellerantriebs an einer Antriebsstrahlauslassseite definiert. Dabei wird vorgeschlagen, dass der Nabenkörper an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs einen axial verschiebbaren Zentralkörper mit sich veränderndem, insbesondere an der Antriebsstrahlauslassseite sich verjüngendem Querschnitt aufweist, so dass durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers der Auslassquerschnitt des Mantelpropellerantriebs einstellbar ist. The ducted propeller drive also has a casing extending coaxially around the drive axis of the propeller, which accommodates the propeller and which, in particular, interacting with the hub body, defines an outlet cross section of the ducted propeller drive on a drive jet outlet side. It is proposed that the hub body on the drive jet outlet side of the ducted propeller drive has an axially displaceable central body with a changing cross-section, in particular tapering on the drive jet outlet side, so that the outlet cross section of the ducted propeller drive can be adjusted by axially displacing the central body.
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.According to one embodiment of the present invention, the aircraft has at least one fuselage which is suitable for accommodating payload, which in one embodiment comprises air cargo and / or a pilot and / or several, preferably at most 10, in particular at most 4, passengers. The present invention can be used, for example, as an air (passenger and / or cargo) taxi, but is not limited thereto.
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. 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.Additionally or alternatively, one embodiment of the fuselage is suitable for receiving at least one pilot who controls the aircraft manually. As a result, in one embodiment (flight) safety can be increased and / or travelers can control the aircraft themselves. In another embodiment, the aircraft is a pilotless or (purely) automatically controlled, in particular autonomous (flying) aircraft. As a result, in one embodiment the load transport can be improved and / or weight and / or installation space can be reduced or better used, which in particular also Result in cost reductions. In one embodiment, the aircraft is an aircraft with in particular (fixed) wings. The present invention can be used with particular advantage for aircraft, in particular small aircraft, without, however, being restricted thereto.
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.According to one embodiment of the present invention, the aircraft has at least one ducted fan drive, which is provided for driving or moving the aircraft, in particular in the air.
Der Mantelpropellerantrieb weist dabei einen Propeller („fan“) auf, der einen Nabenkörper und eine Vielzahl von gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers verteilte Laufschaufeln aufweist, welche invariabel („fixed pitch“) mit dem Nabenkörper verbunden sind. Eine Vielzahl von beispielsweise sieben bis fünfzehn um den Umfang des Nabenkörpers verteilten Laufschaufeln verbessert die Geräuschemission eines Mantelpropellerantriebs, indem mit einer geeigneten Zahl der Laufschaufeln die Entwicklung tonaler und rauschartig breitbandiger Geräusche veränder- und insbesondere verringerbar ist. Insbesondere kann die Gestaltung der Laufschaufeln dafür optimiert sein, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl schallarm zu operieren. Eine schallarme Ausführung kann auch durch eine im Wesentlichen konstante Drehzahl des Propellers unterstützt werden, da die emittierten Frequenzen von dessen Drehzahl abhängen. So führt eine im Wesentlichen konstante Drehzahl zu im Wesentlichen konstanten Frequenzbändern des Mantelpropellerantriebs.The ducted propeller drive has a propeller (“fan”), which has a hub body and a large number of blades evenly distributed around the outer circumference of the hub body, which are invariably connected (“fixed pitch”) to the hub body. A multiplicity of, for example, seven to fifteen rotor blades distributed around the circumference of the hub body improves the noise emission of a ducted propeller drive by changing and in particular reducing the development of tonal and noisy broadband noises with a suitable number of rotor blades. In particular, the design of the rotor blades can be optimized to operate with a substantially constant speed of rotation with little noise over the entire operating range of the ducted propeller drive. A low-noise design can also be supported by an essentially constant speed of the propeller, since the emitted frequencies depend on its speed. An essentially constant rotational speed leads to essentially constant frequency bands of the ducted propeller drive.
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 beschleunig- und infolgedessen verdichtbar ist, insbesondere um einen Schub zu erzeugen, der das Luftfahrzeug antreibt. Es wird vorgeschlagen, dem Mantelpropellerantrieb, also insbesondere dem Propeller Antriebsleistung über eine Antriebswelle zuzuführen, welche im Wesentlichen radial zum Nabenkörper des Propellers angeordnet ist. 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. Eine geeignete Antriebseinrichtung, welche die Antriebsleistung zur Verfügung stellt, kann dabei insbesondere im Rumpf oder den Tragflächen des Luftfahrzeugs angeordnet sein. Dadurch, dass dem Mantelpropellerantrieb insbesondere räumlich getrennt von außerhalb Antriebsleistung zugeführt wird, enthält der vom Propeller beschleunigte Luftmassenstrom keine Verbrennungsluft, womit das vorgeschlagene Luftfahrzeug vom beschriebenen Mantelpropellerantrieb durch einen sogenannten kalten Luftmassenstrom angetrieben wird.The propeller and in particular the part of the hub body provided with the rotor blades can be rotated or driven about a drive axis, whereby an air mass flow flowing through the ducted propeller drive can be accelerated and consequently compressed, in particular in order to generate a thrust that drives the aircraft. It is proposed to supply drive power to the ducted propeller drive, that is to say in particular to the propeller, via a drive shaft which is arranged essentially radially to the hub body of the propeller. Essentially radial to the hub body means that a longitudinal or rotational axis of the drive shaft does not necessarily have to be arranged perpendicular to the rotational or drive axis of the propeller, but can include an angle deviating from 90 ° with it. By transmitting the drive power via a drive shaft to the ducted propeller drive, a spatial separation between the drive device and the propulsion generation on the ducted propeller drive and thus, for example, a soundproof accommodation of the drive device is possible. To convert a drive power supplied to the ducted propeller via the drive shaft, a transmission device can be provided which is arranged, for example, in the hub body of the propeller. A suitable drive device, which makes the drive power available, can in particular be arranged in the fuselage or the wings of the aircraft. Because the ducted propeller drive is supplied with drive power, in particular spatially separated from the outside, the air mass flow accelerated by the propeller does not contain any combustion air, so that the proposed aircraft is driven by the ducted propeller drive described by a so-called cold air mass flow.
Der vorgeschlagene Mantelpropellerantrieb weist weiter ein sich koaxial um die Antriebsachse des Propellers erstreckendes Mantelgehäuse auf, welches den Propeller aufnimmt. Insbesondere weist das Mantelgehäuse dabei eine größere axiale Erstreckung auf, als zur Aufnahme von Propellerlaufschaufeln und insbesondere einer Leiteinrichtung erforderlich ist, um den durch den Mantelpropellerantrieb strömenden Luftmassenstrom insbesondere strömungstechnisch- und/ oder akustisch günstig auszubilden. Das Mantelgehäuse fokussiert den Schall dabei in axialer Richtung und isoliert diesen so von der radialen Umgebung des Mantelpropellerantriebs, und damit insbesondere vom Erdboden und der Kabine, wo er als störend empfunden wird. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Innenflächen des Mantelgehäuses strömungstechnisch und akustisch günstig gestaltet und/ oder die Außenflächen des Mantelgehäuses weisen eine strömungstechnisch und akustisch günstige Gestaltung auf. Eine akustisch günstige Gestaltung kann beispielsweise in Form eines langen, divergenten Eintrittsdiffusors ausgeführt sein. Mit der dadurch kleineren Lufteintrittsöffnung ist auch eine kleinere Schallaustrittsöffnung verbunden.The proposed ducted propeller drive also has a jacketed housing which extends coaxially around the drive axis of the propeller and which receives the propeller. In particular, the casing has a larger axial extent than is necessary to accommodate propeller blades and in particular a guide device in order to form the air mass flow flowing through the ducted propeller drive, in particular aerodynamically and / or acoustically favorable. The jacket housing focuses the sound in the axial direction and thus isolates it from the radial surroundings of the jacket propeller drive, and thus in particular from the ground and the cabin, where it is perceived as annoying. In an advantageous embodiment, the inner surfaces of the jacket housing are designed in a fluidically and acoustically favorable manner and / or the outer surfaces of the jacket housing have a fluidically and acoustically favorable design. An acoustically favorable design can be designed, for example, in the form of a long, divergent inlet diffuser. A smaller sound outlet opening is also connected to the air inlet opening that is smaller as a result.
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 und durch den Auslassquerschnitt ausströmenden Luftmassenstroms. Es wird vorgeschlagen, dass der Nabenkörper des Mantelpropellers an der Antriebsstrahlauslassseite einen axial verschiebbaren Zentralkörper mit sich veränderndem, insbesondere an der Antriebsstrahlauslassseite sich verjüngendem Querschnitt aufweist. 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 Flugphasen anzupassen. So kann der Zentralkörper beispielsweise zumindest abschnittsweise in die eine und/ oder andere Richtung kegelförmig ausgebildet sein, oder auch - ebenfalls zumindest teilweise - eine durch eine axiale Rundung ausgebildete Verjüngung oder radiale Erweiterung aufweisen. Mithilfe des sich verändernden Querschnitts des Zentralkörpers ist der jeweils an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs vorhandene Auslassquerschnitt und der Luftmassenstrom des Mantelpropellerantriebs über die 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. On the drive jet outlet side, the casing, in particular interacting with the hub body, defines an outlet cross-section of the casing propeller drive. The size of the outlet cross-section is used to determine the flow or exit speed of the air mass flow that is compressed in the casing and flowing out through the outlet cross-section. It is proposed that the hub body of the ducted propeller have an axially displaceable central body on the drive jet outlet side with a changing cross section, in particular tapering on the drive jet outlet side. The cross-section of the central body can vary over its axial extent in a suitable manner in order to influence the air mass flow, in particular in the area of the outlet cross-section, and to adapt it as a function of the respective flight phases. So can Central bodies, for example, be conical at least in sections in one and / or the other direction, or also - also at least partially - have a taper or radial expansion formed by an axial rounding. With the help of the changing cross section of the central body, the outlet cross section present on the drive jet outlet side of the ducted propeller drive and the air mass flow of the ducted propeller drive can be adjusted via the axial position of the central body. The adjustable outlet cross-section enables throttling and de-throttling of the propeller in the entire operating range. The angle of attack of the rotor blades can thus be controlled without the rotor blades having to be adjusted for this purpose. This enables the thrust to be adapted to the thrust requirement even at constant speed and even at high airspeed.
Im Zusammenspiel mit der an den Propeller übertragenen Antriebsleistung und des durch diesen beschleunigten Luftmassenstrom kann die Antriebsleistung des Luftfahrzeugs gesteuert bzw. geregelt werden.In interaction with the drive power transmitted to the propeller and the air mass flow accelerated by it, the drive power of the aircraft can be controlled or regulated.
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 eine Vielzahl von Laufschaufeln aufweisender und insbesondere bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl betriebener, akustisch günstig gestalteter Mantelpropellerantrieb, dem Antriebsleistung von außen zugeführt wird und der einen axial verschiebbaren Zentralkörper aufweist, eine vorteilhafte Lösung zum Steuern bzw. Regeln der Antriebsleistung eines Luftfahrzeugs mit dem besonderen Vorteil der Lärmminimierung.The proposed embodiment can improve the efficiency and / or noise emissions of the aircraft, which is important in particular for air taxis that take off or land near settlements, cities and communities and / or have low cruising altitudes in the range of, for example, about 3000 meters is. Thus, an acoustically favorably designed ducted propeller drive having a large number of rotor blades and in particular operated at essentially constant speed, to which drive power is supplied from the outside and which has an axially displaceable central body, enables an advantageous solution for controlling or regulating the drive power of an aircraft with the special advantage of minimizing noise.
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. Für solche Stell- bzw. Verschiebeeinrichtungen sind verschiedene Stell- bzw. Verschiebemechanismen möglich. Neben rein axialen Mechanismen beispielsweise entlang einer oder mehrerer Axialführungen können insbesondere auch Spindelkörper eingesetzt werden, wobei neben einer im Wesentlichen axialen Verschiebung des Verschiebekörpers auch eine Drehung des Verschiebekörpers um die Verschiebeachse möglich ist.In one embodiment of the aircraft, a displacement device for axially displacing the central body is arranged in the hub body of the propeller. This is particularly advantageous if drive power is supplied to the propeller via a drive shaft and this thus compresses a cold air mass flow. The thermal load on adjusting or displacement devices required on the central body is therefore low. In various designs, the central body can be axially displaced in several stages or continuously. For such adjusting or shifting devices, various adjusting or shifting mechanisms are possible. In addition to purely axial mechanisms, for example along one or more axial guides, spindle bodies can also be used, in which case, in addition to an essentially axial displacement of the displacement body, a rotation of the displacement body about the displacement axis is also possible.
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 einstellbar.In one embodiment of the aircraft, the outlet cross-section on the drive jet outlet side of the ducted propeller drive is in a range from 0% to 50%, in particular in a range from 0% to 30% and in particular in a range, by axially shifting the central body in relation to a position with maximum opening can be reduced from 0% to 20%. In this way, the angle of attack of the blading, thus the power conversion at the propeller and thus the drive jet and thrust, can be adjusted according to the respective operating phases of the aircraft and in particular to adapt the desired flight performance.
Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs nimmt das Mantelgehäuse eine Vielzahl von 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. So können geeignet gestalte Leitschaufeln insbesondere auch strukturelle Funktionen des Mantelpropellerantriebs übernehmen, wie beispielsweise die Unterbringung von Lagerstreben oder einer radial angeordneten Antriebswelle. Ferner lässt sich mittels einer Anordnung der Leitschaufeln in variierenden Abständen im Mantelpropellerantrieb entstehender tonaler Lärm reduzieren.In one embodiment of the aircraft, the jacket housing accommodates a multiplicity of guide vanes distributed around the inner circumference of the jacket housing. In addition to the effect on the air mass flow and the degree of compression achieved, the number, arrangement and design of the guide vanes also have a major influence on the generation of noise in the ducted propeller drive. In particular, suitably designed guide vanes can also take over structural functions of the ducted propeller drive, such as accommodating bearing struts or a radially arranged drive shaft. Furthermore, by arranging the guide vanes at varying distances in the ducted propeller drive, tonal noise can be reduced.
Die um den inneren Umfang des Mantelgehäuses verteilt angeordneten Leitschaufeln sind fest am Mantelgehäuse angeordnet. Eine feste Anordnung der Leitschaufeln am Mantelgehäuse erlaubt beispielsweise eine Integration einer dem Propeller Antriebsleistung zuführenden Antriebswelle in die Ebene der Leitschaufeln oder ermöglicht 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 entfallen oder zumindest reduziert werden.The guide vanes distributed around the inner circumference of the casing are fixedly arranged on the casing. A fixed arrangement of the guide vanes on the casing allows, for example, an integration of a drive shaft supplying drive power to the propeller in the plane of the guide vanes or enables or simplifies the mounting of the propeller within the casing. Struts usually required for this purpose, which additionally impair the air flow and in particular have negative acoustic effects, can be omitted or at least reduced.
Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist der Propeller und insbesondere die Geometrie der Laufschaufeln und/ oder der Leitschaufeln und/ oder des Mantelgehäuses dafür eingerichtet, über den gesamten Betriebsbereich des Mantelpropellerantriebs 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. Bei einer Gestaltung des Mantelpropellerantriebs, der für einen Betrieb mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl vorgesehen ist, kann 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 werden, um Geräuschentwicklung zu reduzieren und den Mantelpropellerantrieb energieeffizient zu gestalten.In one embodiment of the aircraft, the propeller and in particular the geometry of the rotor blades and / or the guide vanes and / or the casing is set up to be operated over the entire operating range of the ducted propeller drive at a substantially constant speed, which is in a range from 1,500 to 5,000 U / min, in particular in the range from 2,000 to 4,000 rpm and in particular at about 2,600 rpm. In a design of the ducted propeller drive which is provided for operation at a substantially constant speed, the Geometric design of the propeller and in particular the rotor blades and / or the guide vanes and / or the casing for this essentially constant speed, in particular with regard to fluidic and acoustic requirements, can be designed favorably in order to reduce noise and make the ducted propeller drive energy-efficient.
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%.It goes without saying that the speed of the propeller cannot be kept exactly constant from take-off to landing of an aircraft, since the speed control results in unavoidable speed fluctuations depending on the flight conditions and the drive torque acting on the propeller. For example, changes in flight conditions such as changes in airspeed, adapting acceleration and / or deceleration, idling or a transition before and / or after a climb or descent, cause speed fluctuations. Apart from such external influences, which require an “essentially” constant speed, the propeller of the proposed aircraft should be operated at a constant speed or the speed should be regulated to a correspondingly constant value, which in particular enables comparatively low noise emissions. Possible deviations are in particular in a range of +/- 10%.
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 Ausführung der Antriebseinrichtung wird diese mit einer von der vorgesehenen Drehzahl des Propellers abweichenden Drehzahl betrieben. Entsprechend wird vorgeschlagen, die Drehzahl der Antriebseinrichtung bei einer Ausführungsform mittels eines Getriebes entsprechend zu über- oder zu untersetzen, welches 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.In one embodiment of the aircraft, a gear for transmitting the drive power from the drive shaft to the propeller is arranged in the hub body of the propeller, which gear can also be used in particular to increase or reduce a drive speed of the drive device. Depending on the design of the drive device, it is operated at a speed that deviates from the intended speed of the propeller. Accordingly, it is proposed to increase or reduce the speed of the drive device in one embodiment by means of a gear, which can be arranged for example in the hub body of the propeller or at another position in the drive train. The arrangement of a gear in the hub body of the propeller for converting a radially supplied drive power into rotational energy acting around the drive axis of the propeller enables a compact design of the ducted propeller drive.
Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs ist im Rumpf und/ oder in wenigstens einer Tragfläche des Luftfahrzeugs wenigstens eine dem Mantelpropellerantrieb Antriebsleistung zur Verfügung stellende Antriebseinrichtung insbesondere schallgedämpft angeordnet. Die Anordnung einer insbesondere tonales oder breitbandiges Geräusch entwickelnden Antriebseinrichtung im Rumpf und/ oder 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 deutlich reduziert werden.In one embodiment of the aircraft, at least one drive device providing drive power to the ducted propeller drive is arranged in the fuselage and / or in at least one wing of the aircraft, in particular in a soundproofed manner. The arrangement of a drive device, which in particular generates tonal or broadband noise, in the fuselage and / or in at least one wing of the aircraft has the advantage that the drive device itself in the fuselage and / or in at least one wing is designed to be sound-absorbing or sound-insulating, in particular encapsulated can and / or the fuselage and / or the at least one wing can be designed or configured to be sound-absorbing or sound-insulating in order to attenuate or isolate the drive noise of the drive device. In this way, the noise that is perceptible outside the aircraft can be significantly reduced.
Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs weist die Antriebseinrichtung des Mantelpropellerantriebs eine Steuereinrichtung auf und ist eingerichtet, durch ein Anpassen der abgegebenen Antriebsleistung und zusammenwirkend mit einem axial verschiebbaren Zentralkörper die Drehzahl des Propellers des Mantelpropellerantriebs unabhängig von der jeweiligen Leistungsanforderung während eines Flugs insbesondere zugunsten einer geringeren Geräuschemission im Wesentlichen konstant zu halten. 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 insbesondere im Zusammenspiel mit einer axialen Zentralkörperverschiebung und der damit bedingten Änderung des Auslassquerschnitts bei gleicher Drehzahl darzustellen. Dies erfolgt insbesondere im Zusammenspiel mit einer entsprechenden Leistungsaufnahme des Mantelpropellerantriebs, welche über den Auslassquerschnitt an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs anpassbar ist.In one embodiment of the aircraft, the drive device of the ducted propeller drive has a control device and is set up, by adapting the output drive power and interacting with an axially displaceable central body, the speed of the propeller of the ducted propeller drive regardless of the respective power requirement during a flight, in particular in favor of lower noise emissions To keep it essentially constant. Correspondingly, the drive device is designed not to meet a power requirement by varying the drive speed, but to represent the required power by adapting the output torque, in particular in conjunction with an axial displacement of the central body and the resulting change in the outlet cross-section at the same speed. This takes place in particular in conjunction with a corresponding power consumption of the ducted propeller drive, which can be adapted via the outlet cross section on the drive jet outlet side of the ducted propeller drive.
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 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.In one embodiment of the aircraft, the drive device has at least two drive machines that can be operated in parallel to drive a ducted propeller drive. Such a drive device initially advantageously has a redundancy in the event of failure of one of the two drive machines, the failed drive machine in particular being separable from the drive train, which can be done for example by means of a clutch. It is also possible to use a first drive machine as the “main drive machine”, which provides the basic load of the drive power, so to speak, and to provide a second drive machine as an additional, parallel drive in the event of power requirements that go beyond the power range of the first drive machine. For example, in one embodiment the first drive machine can be designed as an internal combustion engine, such as a piston engine and / or a gas turbine and in particular (each) with liquid fuel, in one embodiment the piston engine with gasoline or diesel and the gas turbine with kerosene, methane, hydrogen or the like are operated. As Second drive machine can be provided, for example, an electrical machine which can be supplied with electrical energy, for example, from an accumulator.
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.In one embodiment of the aircraft, the first drive machine is set up to operate the ducted propeller drive in a first operating range, the power requirement of which goes beyond the cruising performance, the power of the first drive machine increasing up to 1.5 times, in particular up to 1.8 -fold and in particular up to twice the performance of a cruise performance. A drive machine designed in this way thus covers a large spectrum of the drive power required during a flight or the power requirement during a large part of the flight duration. In particular in the case of aircraft with low maximum take-off weights and correspondingly low cruising performance, this enables the use of comparatively small, energy-efficient drive machines, such as piston engines.
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 decken, 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.In one embodiment of the aircraft, a second drive machine is set up to operate the ducted propeller drive parallel to the first drive machine in a second operating range, the power requirement of which is over 1.5 times, in particular over 1.8 times and in particular over twice the power a cruise performance. Due to the additional power of the second drive machine, the drive device of the aircraft can meet a power requirement that goes beyond the power range of the first drive machine. The first and second drive machines can be operated in parallel, so that their respective power output essentially adds up. In this embodiment, it is possible to provide the first drive machine with a power range below the peak power required in particular when the aircraft takes off, since an additional power requirement is made available by the second drive machine operated in parallel.
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.In one embodiment of the aircraft, the first drive machine can be operated in a characteristic map area with favorable energy consumption and / or lower noise emissions and / or in a map area in which the power output of the first prime mover is increased. Thus, by means of a variable power output of the second drive machine, the power output of the first drive machine can be kept at least essentially constant in a suitable manner, in particular in a particularly favorable power range of the first drive machine. Such a favorable power range or map area with favorable energy consumption results, for example, from the consumption map (so-called shell diagram) of an internal combustion engine. The second drive machine compensates in particular for the power requirement of the aircraft, which goes beyond operating the first drive machine in a favorable power range (torque at a certain speed).
Durch dieses sogenannte „Boosten“ der Leistungsabgabe der Antriebseinrichtung kann die erste Antriebsmaschine 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 weiteren Effizienzsteigerung der Antriebseinrichtung genutzt werden kann. Insbesondere 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 einen raschen Gewinn an Flughöhe kann ferner kann die Geräuschbelastung am Boden weiter verringert werden.As a result of this so-called “boosting” the power output of the drive device, the first drive machine can also be operated in a power range that is favorable for this when there is an increased power requirement. The second drive machine "pushes" the first drive machine into the favorable power range in the characteristic map, in that the second drive machine delivers the differential power required to achieve the required drive power. In addition, this embodiment has the advantage that the power output of the first drive machine - depending on its design - is higher in certain map areas than in others, which means that the second drive machine “boosts” or “pushes” the first drive machine into a corresponding map area Drive machine can be used to further increase the efficiency of the drive device. In particular, such a drive device can provide a high drive power for a short time in particular, which enables high rates of climb, particularly in the starting phase. The noise pollution on the ground can also be further reduced through high rates of climb and thus a rapid gain in flight altitude.
Insbesondere kann die 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 erhöht und dadurch insbesondere der Einsatz als Lufttaxi und/ oder die Geräuschemission des Luftfahrzeugs (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.In particular, the second drive machine as a booster can temporarily increase the drive power in the case of increased requirements, in particular when the aircraft is started. As a result, in one embodiment, the rate of climb and / or short take-off capability of the aircraft can be increased and in particular the use as an air taxi and / or the noise emission of the aircraft can be (further) improved, in particular by quickly moving away from the airfield. Additionally or alternatively, in one embodiment the selection of airfields, which is limited in particular by the length of the runway, can be advantageously enlarged. Additionally or alternatively, in one embodiment, when the second drive machine fails as a booster, the ducted propeller drive can be driven by the first drive machine alone, and the safety can thus be (further) increased.
Bei einer Ausführung des Luftfahrzeugs sind zwei Mantelpropellerantriebe insbesondere am Rumpf und/ oder an den Tragflächen 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 zwei Mantelpropellerantriebe ist eine höhere Antriebsleistung des Luftfahrzeugs darstellbar.In one embodiment of the aircraft, two ducted propeller drives are arranged in particular on the fuselage and / or on the wings of the aircraft. As an alternative to designs, which have a ducted propeller drive arranged centrally on the aircraft, in other designs two ducted propeller drives are arranged, in particular, symmetrically on the fuselage and / or on the wings of the aircraft. A higher propulsion power of the aircraft can be achieved with two ducted propeller drives.
Bei einer Ausführung weist das Luftfahrzeug wenigstens zwei den wenigstens einen Mantelpropellerantrieb antreibende Antriebseinrichtungen auf, die insbesondere im Rumpf des Luftfahrzeugs angeordnet sind. Damit ist ein redundanter Antrieb des wenigstens einen Mantelpropellerantriebs möglich, um bei einem Ausfall einer Antriebseinrichtung Antriebsleistung von wenigstens einer weiteren Antriebseinrichtung zu erhalten. Bei der Anordnung der wenigstens zwei Antriebseinrichtungen im Rumpf des Luftfahrzeugs ist insbesondere bei einer schallisolierenden Anordnung der Antriebseinrichtungen eine gegenüber der Umgebung geräuscharme Gestaltung des Luftfahrzeugs möglich.In one embodiment, the aircraft has at least two drive devices which drive the at least one ducted propeller drive and which are arranged in particular in the fuselage of the aircraft. A redundant drive of the at least one ducted propeller drive is thus possible in order to obtain drive power from at least one further drive device if one drive device fails. With the arrangement of the at least two drive devices in the fuselage of the aircraft, in particular with a sound-insulating arrangement of the drive devices, the aircraft can be designed to be low-noise in relation to the surroundings.
Bei einer Ausführung des weisen die Laufschaufeln an ihrem radial äußerem Ende eine Schaufelspitze auf, wobei der Mantelpropellerantrieb insbesondere bezüglich der radialen Erstreckung der Laufschaufeln so dimensioniert ist, 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.In one embodiment, the rotor blades have a blade tip at their radially outer end, the ducted propeller drive being dimensioned, in particular with regard to the radial extension of the rotor blades, such that the blade tips have a circumferential speed during the rotation of the propeller around the drive axis at the essentially constant speed whose Mach number is less than 0.5 and in particular less than 0.45.
Das radial äußere Ende einer Laufschaufel wird 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 insbesondere mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl eine Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, deren Machzahl (
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.In one embodiment of the aircraft, the ratio of the air pressure in the casing after the guide vanes to the air pressure in the casing in front of the blades during an operating phase of the ducted propeller drive is less than 1.06 and in particular less than 1.04. The low pressure difference applied to the large number of rotor blades when the ducted propeller drive is in operation results in a comparatively low load on the rotor blades compared to conventional propeller and ducted propeller drives, which, in addition to the lower component load, has a particularly advantageous effect on the broadband noise produced.
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.In one embodiment of the aircraft, the exit speed of the drive jet from the ducted propeller drive is less than 100 meters per second. If the exit speed of the drive jet is low, there is only a small jet noise, which is formed when the thrust jet is mixed with the environment. Low flow and thus exit velocities and a rather low speed of the propeller favor a sound-absorbing design, in particular the implementation of a cut-off design, which enables the attenuation of certain, in particular rather low frequencies of the tonal noise that occurs.
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.In one embodiment of the aircraft, the number of blades arranged on the hub body of the propeller is in a range from 3 to 22 and in particular in a range from 7 to 16, for example 15. In this embodiment, the propeller has a comparatively high number of blades. This is particularly advantageous in connection with low pressure ratios, such as a ratio of the air pressure in the casing after the guide vanes and in front of the rotor blades of less than 1.06 and in particular less than 1.04 during an operating phase of the ducted propeller drive, as this reduces the aerodynamic load the individual blade can be lowered. In addition, a high number of blades enables a cut-off design, a design by means of which the propagation of the tonal noise component can at least partially be suppressed. The number of guide vanes must be matched to the number of rotor blades in order to prevent or at least reduce the spread of the dominant sound frequencies.
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.In one embodiment of the aircraft, the number of guide vanes distributed around the inner circumference of the jacket housing is in a range from 3 to 37 and in particular in a range from 26 to 37 or in particular in a range from 3 to 8. The number of guide vanes which are arranged in particular at the same axial height of the casing, is selected in particular in connection with the number of blades on the propeller. A spread of the dominant sound frequencies arising in the ducted propeller drive can be suppressed by means of a suitable ratio of the respective number of rotor blades to guide blades. In particular, it is advantageous if the numbers of blades are relatively prime and are as far apart as possible.
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.The presently proposed number of guide vanes from 26 to 27 and from 3 to 8, in conjunction with a suitable number of rotor blades, enables different cut-off designs. For example, a combination of 15 rotor blades with 26 guide vanes represents an example of a cut-off design and a combination of 15 rotor blades and 7 guide vanes represents an example of an inverse cut-off design. In connection with low pressure ratios in the ducted propeller drive, in particular A comparatively high number of guide vanes is advantageous, since the aerodynamic load on the guide vanes is also lower, which is associated with further lower noise emissions.
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.In one embodiment of the aircraft, the diameter of the propeller at the blade tips DSSP is between 600 mm and 1,000 mm, in particular between 750 mm and 900 mm and in particular 850 mm. The enclosure of the propeller in a casing allows thrust to be generated with a comparatively high mass flow, combined with a low jet exit speed and thus low jet noise that is formed when the thrust jet is mixed with the environment. As already stated, low flow and exit speeds in connection with a particularly low speed of the propeller favor a sound-absorbing design, such as a cut-off design. Furthermore, in the case of a design with a diameter of the propeller at the blade tips DSSP between 600 mm and 1,000 mm, only low pressure ratios on the propeller are required for a small increase in speed, which allows operation at low speeds and thus a circumferential machine number of less than 0.5, which allows designs with low noise emissions are possible.
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.In one embodiment of the aircraft, sound-absorbing devices are arranged on the inner circumference of the jacket housing. Such devices are, in particular, noise reduction measures arranged on the jacket housing, which are matched to the frequency range of the propeller. In particular, noise damping measures in the casing, such as acoustically damping wall elements, in particular acoustic liners, are particularly effective. The noise attenuation of such wall elements becomes more effective if the frequencies to be attenuated are more narrowly limited. The effect of acoustically damping wall elements, which are particularly effective in the area of high-frequency tonal noise, is in particular also promoted by an essentially constant speed of the propeller, in particular interacting with a comparatively high number of blades. Acoustic liners, for example, have good effects with low installation space requirements, especially in the high-frequency range.
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.In one embodiment of the aircraft, the guide vanes in the jacket housing are arranged inclined to the rear in the direction of the jacket housing downstream. Such an inclination of the guide vanes in the range from 10 ° to 30 ° and in particular from approximately 20 ° in the direction of the jacket housing has proven to be particularly suitable. Such a sweep results, in particular, in a noise reduction because the wake indentations of the rotor blade flow continuously sweep over the guide vanes instead of striking their entire leading edge height at discrete points in time. In addition, a suitable three-dimensional design of the guide vanes, particularly in connection with the sweep, helps reduce the tonal noise via radial interference.
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.In one embodiment of the aircraft, the blade tips of the rotor blades arranged on the hub body are designed to be laterally inclined to the rear counter to the direction of rotation. Such a lateral inclination of the blade tips, referred to as “lean”, counter to the direction of rotation in the range from 2 ° to 15 ° and in particular in the range from 5 ° to 10 ° has proven to be particularly suitable. A radially concave rotor blade pressure side is thus formed, as a result of which secondary flow losses and the associated noise due to the interaction of rotor blades and blade tip vortices can be reduced.
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.In one embodiment of the aircraft, the guide vanes are arranged distributed uniformly around the circumference of the casing or are arranged distributed around the circumference of the casing in a predetermined pattern with varying spacings. A variable pitch arrangement of the guide vanes with spacings that vary around the circumference of the casing supports the mitigation of high-frequency components of the tonal noise by dividing the excitation into variable blade passing frequencies. So For example, the distances between the guide vanes can vary by +/- 10%, for example patterns with in particular evenly increasing or decreasing distances or successively increasing and / or decreasing distances are possible. Furthermore, for example, a plurality of groups can be arranged one after the other in the circumferential direction, each with the same or varying distances from one another.
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.In general, a robust, low-noise design can be created through a suitable choice of 3D design parameters for the elements of the ducted propeller drive and in particular the propeller, the rotor blades and the guide vanes, which has a very stable operating behavior and low noise emissions across all operating states.
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 one embodiment, the aircraft has a, in particular maximum, span of at least 5 m, in one embodiment at least 7 m, and / or at most 20 m, in one embodiment at most 16 m. Additionally or alternatively, a maximum take-off weight ("Maximum Take-Off Mass") of the aircraft is at least 650 kg, in one version at least 1000 kg, and / or at most 3000 kg, in one version at most 2000 kg. Additionally or alternatively, in one embodiment, in particular a minimum, maximum or average flight distance of the aircraft is at least 100 km, in one embodiment at least 250 km and / or at most 2000 km, in one embodiment at most 1000 km. Additionally or alternatively, in one embodiment an especially minimum, maximum or average (travel) altitude of the aircraft is at least 750 m, in one embodiment at least 1500 m and / or at most 6000 m, in one embodiment at most 4500 m. In such aircraft, in particular aircraft, which are particularly suitable as air taxis, the present invention can be used with particular advantage because of their operating conditions.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Flugzeugs 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, insbesondere Luftfracht und/ oder wenigstens eines Passagiers auf, und wenigstens einen Mantelpropellerantrieb, welcher einen Propeller aufweist, der einen Nabenkörper und eine Vielzahl von gleichmäßig um den äußeren Umfang des Nabenkörpers verteilten Laufschaufeln aufweist, welche invariabel mit dem Nabenkörper verbunden sind. Der Propeller ist um eine Antriebsachse drehbar und die Antriebsleistung wird diesem über eine im Wesentlichen radial zum Nabenkörper des Propellers angeordnete Antriebswelle zugeführt. Ferner weist der Nabenkörper an der Antriebsstrahlauslassseite des Mantelpropellerantriebs einen axial verschiebbaren Zentralkörper mit sich veränderndem, insbesondere an der Antriebsstrahlauslassseite sich verjüngendem Querschnitt auf. Der Mantelpropellerantrieb weist weiter ein sich koaxial um die Antriebsachse des Propellers erstreckendes Mantelgehäuse auf, welches den Propeller aufnimmt, und welches insbesondere zusammenwirkend mit dem Nabenkörper einen Auslassquerschnitt des Mantelpropellerantriebs an einer Antriebsstrahlauslassseite definiert.In a second aspect of the invention, a method for operating an aircraft, in particular an aircraft with airfoils, is proposed, which is designed in particular in accordance with one or more of the previously described embodiments of an aircraft. The aircraft has a fuselage for receiving at least one pilot and / or a payload, in particular air freight and / or at least one passenger, and at least one ducted propeller drive, which has a propeller, a hub body and a plurality of uniformly around the outer circumference of the hub body having distributed blades, which are invariably connected to the hub body. The propeller can be rotated about a drive axis and the drive power is supplied to it via a drive shaft arranged essentially radially to the hub body of the propeller. Furthermore, on the drive jet outlet side of the ducted propeller drive, the hub body has an axially displaceable central body with a changing cross-section, in particular tapering on the drive jet outlet side. The ducted propeller drive also has a casing extending coaxially around the drive axis of the propeller, which accommodates the propeller and which, in particular, interacting with the hub body, defines an outlet cross section of the ducted propeller drive on a drive jet outlet side.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird der Propeller des Mantelpropellerantriebs in allen Betriebsphasen des Luftfahrzeugs mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl angetrieben. Der durch den Mantelpropellerantrieb strömende Luftmassenstrom und damit der Schub des Mantelpropellerantriebs wird während der verschiedenen Betriebsphasen des Antriebs durch ein Anpassen der zugeführten Antriebsleistung und/ oder durch ein Anpassen des Auslassquerschnitts des Mantelpropellerantriebs durch ein axiales Verschieben des Zentralkörpers eingestellt.In the proposed method, the propeller of the ducted propeller drive is driven at an essentially constant speed in all operating phases of the aircraft. The air mass flow flowing through the ducted propeller drive and thus the thrust of the ducted propeller drive is set during the various operating phases of the drive by adjusting the drive power supplied and / or by adjusting the outlet cross-section of the ducted propeller drive by axially moving the central body.
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 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.An aircraft operated with the method is designed according to at least one of the above-described embodiments of an aircraft and can optionally have one or more of the features defined in the preceding description and their modes of operation. With the proposed method, it is possible to operate the aircraft and, in particular, its ducted propeller drive at an operating point that is both acoustically and energetically favorable. Thus, the propeller, in particular the rotor blades and the guide vanes arranged on the circumference of the casing, can be designed acoustically and energetically for the intended speed or the intended speed range in such a way that fuel consumption is minimized and the acoustic cut-off in all essential operating phases of the Aircraft acts.
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.In one embodiment of the method for operating an aircraft, in a climb phase of the aircraft, the drive power transmitted to the propeller is increased compared to cruising power and the central body is axially displaced on the propeller in order to set an outlet cross-section that is larger than a cruise phase on the drive jet outlet side of the ducted propeller drive, and so on to generate great flight performance required for the climb. This refinement of the method makes it possible to essentially use the aircraft or the ducted propeller drive even in a climbing phase of the aircraft to operate at a constant speed and thus in an operating range provided according to the design of the ducted propeller drive.
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.In one embodiment of the method for operating an aircraft, in a travel phase of the aircraft, the drive power transmitted to the propeller is reduced to a value that is lower than that of a climb and / or the central body is axially displaced on the propeller by an outlet cross-section that is smaller than in a travel phase of the aircraft Adjust the propulsion jet outlet side of the ducted propeller drive, and thus produce a cruise performance. This embodiment of the method provides the aircraft or the ducted propeller drive with the drive power required according to the intended thrust or the desired cruising speed and the outlet cross section of the ducted propeller drive is adjusted accordingly.
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.According to one embodiment of the present invention, the aircraft has at least two ducted propeller drives, which are provided for driving or moving the aircraft, in particular in the air, and are referred to here as first and second ducted propeller drives.
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.According to one embodiment of the present invention, the aircraft has at least one, in particular at least temporarily, rotating second drive machine, which is designed in particular as an electrical machine that is mechanically coupled in one embodiment to the first ducted propeller drive, in particular in terms of drive or force and is correspondingly referred to as the first (rotating) electrical machine, and at least one further, in particular at least temporarily, rotating second drive machine, which is in particular also designed as an electrical machine and with the second ducted propeller drive, in particular in terms of drive or force, is mechanically coupled in one embodiment and is accordingly referred to as a second (rotating) electrical machine.
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.In one embodiment, the first and / or second rotating electrical machine (each) is arranged completely or partially in the fuselage, in a further development in a rear half of the fuselage (in the longitudinal or flight direction). In this way, in one embodiment, the noise emission of the aircraft can be (further) improved.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment, the first rotating electrical machine with the first ducted propeller drive is via at least one single or multi-stage gear, in one embodiment gear, in particular bevel gear and / or planetary gear, which is correspondingly referred to here as the first gear, and / or at least one, in particular electrical, mechanical and / or hydraulic clutch coupled. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second rotating electrical machine with the second ducted propeller drive is via at least one single or multi-stage gear, in one embodiment gear, in particular bevel gear and / or planetary gear, which is correspondingly referred to here as a second gear, and / or at least one, in particular electrical, mechanical and / or hydraulic coupling coupled. In this way, in one embodiment, the noise emission of the aircraft can be (further) improved.
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
- - In at least one operating state, the second electrical machine is supplied with electrical energy from the first electrical machine and / or a first energy store or provided for this purpose, in particular set up, or used, which in at least one, in particular this and / or another, operating state the first electrical machine is supplied with electrical energy or provided for this purpose, in particular set up, or is used; and or
- - In at least one operating state, the first electrical machine is supplied with electrical energy from the second electrical machine and / or a second energy store, in particular different from the first energy store, independent and / or spaced apart in one embodiment, in particular spatially separated, or provided for this purpose, in particular set up or used, which in at least one, in particular this and / or another, operating state supplies the second electrical machine with electrical energy or is provided, in particular set up, or is used. Accordingly, according to one embodiment of the present invention, this supply device is used to operate an aircraft described here
- - In at least one operating state, the second electrical machine with electrical energy from the first electrical machine and / or the first energy store;
- - In at least one operating state, the first electrical machine with electrical energy from the second electrical machine and / or the second energy store;
- - In at least one operating state, the first electrical machine with electrical energy from the first energy store and / or not with electrical energy from the second energy store and / or the second electrical machine with electrical energy from the second energy store and / or not with electrical energy from the first energy storage; and or
- - In at least one operating state, the first and second electrical machines are supplied with electrical energy from the first and / or second energy store
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.
- - In particular if the energy supply of the second electrical machine is impaired by the second energy store (provided for this purpose), the second electrical machine can (also) through the first energy store (the first electrical machine) and / or the first electrical machine itself, which for this purpose in one embodiment operated or functions as a generator or as a generator, supplied, in particular also supplied, or vice versa;
- - In particular if the energy supply of the first electrical machine is impaired by the first energy store (provided for this purpose), the first electrical machine can (also) through the second energy store (the second electrical machine) and / or the second electrical machine itself, which for this purpose in one embodiment is operated or functions as a generator or as a generator, supplied, in particular also supplied.
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.As a result, in one embodiment, at least two, preferably (mutually) independent, energy sources can be made available and / or electrical power can be exchanged between the drives of the at least two ducted propeller drives and / or, in particular, the safety, in particular in the "one engine inoperative" case, increase.
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.In one embodiment, in at least one operating state, the first energy store supplies the first electrical machine with electrical energy and the second electrical machine, in particular working or driving the second ducted propeller drive and / or supplied with electrical energy by the second energy store, does not supply electrical energy or is electrically isolated from this, in particular via the power electronics described below, and / or supplied with electrical energy in at least one, in particular this, operating state, the second electrical machine and the, in particular, working or the first The ducted propeller drive and / or the first electrical machine supplied with electrical energy by the first energy store does not have electrical energy or is electrically separated from it, in particular via the power electronics, or the aircraft is provided for this purpose , in particular set up or used for this purpose.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment the aircraft has a first (electrical) power network or a first (electrical) circuit with the first electrical machine and the first energy store, which is used to supply the first electrical machine with electrical energy from the first energy store provided, in particular set up, is or is used, and a different second (electrical) power network or a second electrical circuit with the second electrical machine and the second energy store, which is used to supply the second electrical machine with electrical energy from the second energy store is provided, in particular set up, is or is used, the or the first and second power grid or circuit in one embodiment being redundant or independent of one another in such a way that even when the first electrical circuit or circuit is interrupted, -netzes the second electrical machine ine via the second electrical power network or circuit with electrical energy from the second energy store and / or also when the second electrical circuit or network is interrupted, the first electrical machine via the first electrical power network or circuit can be supplied with electrical energy from the first energy store, in particular is supplied. In one embodiment, the first and second power supply network or first and second power circuit are electrically connected to one another in such a way that, even if the first electrical circuit or network is interrupted, the first electrical machine is connected to the second electrical power supply network or network at at least one point. circle with electrical energy from the second energy store and / or also when the second electrical circuit or network is interrupted at at least one point, the second electrical machine via the first electrical network or circuit can be supplied with electrical energy from the first energy store is, in particular, is supplied. In a further development, the or the first and second electrical power network or circuit are at least partially spaced from one another. Additionally or alternatively, in one embodiment, the first electrical machine, in particular via the first described below Power electronics connected to the first energy store and the second electrical machine, in particular via the second power electronics described below, to the second energy store via separate lines (electrically). As a result, security can be (further) increased in one version.
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 one embodiment, the supply device has at least one power electronics unit, in one embodiment one or the first power electronics unit that supplies, in particular, the first electrical machine or is provided, in particular installed or used, and one that supplies, in particular, the second electrical machine or provided for this purpose, in particular set up or used, second power electronics. In a further development, the first and second power electronics are provided redundantly or the first power electronics are also provided for supplying the second electrical machine or the second power electronics are also provided for supplying the first electrical machine, in particular set up or used for this purpose. As a result, in one embodiment, the branching of the electrical energy can be varied simply (more), reliably (more), quickly (more) and / or precisely (r) and / or safety can be (further) increased.
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 one embodiment, the aircraft has at least one first drive machine in the form of an internal combustion engine, which is coupled to the first ducted propeller drive, in one embodiment mechanically, in particular via the first transmission and / or (at least) one clutch, and is referred to here as the first internal combustion engine , and / or at least one further first drive machine in the form of an internal combustion engine, which is coupled to the second ducted propeller drive, in one embodiment mechanically, in particular via the second transmission and / or (at least) one clutch, and is referred to here as a second internal combustion engine .
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 one embodiment, the aircraft has a hybrid drive concept in which the first internal combustion engine and the first rotating electrical machine drive the first ducted propeller drive, in one embodiment in at least one operating state, or the second internal combustion engine and the second rotating electrical machine drive the second ducted propeller drive , in one embodiment in at least one operating state together.
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. In one embodiment, the first internal combustion engine drives the first ducted propeller drive and the first rotating one in at least one operating state, in particular for one or for, in particular further or continued, start (s) with a failed first rotating electrical machine and / or during a cruise electrical machine does not switch on the first ducted propeller drive and / or in at least one operating state, in particular in the event of a malfunction of the first internal combustion engine, the first internal combustion engine, which is disengaged for this purpose in one embodiment, does not switch on the first ducted propeller drive and the first rotating electrical machine switches the first ducted propeller drive on and / or in at least one operating state, in particular at or for, in particular regular, start (s), the first internal combustion engine and the first rotating electrical machine jointly on the first ducted propeller drive or the two machines are provided for this purpose, in particular set up or are used for this. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second internal combustion engine drives the second ducted propeller drive in at least one operating state, in particular during or for, in particular further or continued, start (s) with a failed second rotating electrical machine and / or during a cruise the second rotating electrical machine does not switch on the second ducted propeller drive and / or in at least one operating state, in particular in the event of a fault in the second internal combustion engine, the second internal combustion engine, which is disengaged for this purpose in one embodiment, does not switch on the second ducted propeller drive and the second rotating electrical machine the second ducted propeller drive on and / or in at least one operating state, in particular on or at, in particular regular, start (s), the second internal combustion engine and the second rotating electrical machine jointly on the second ducted propeller drive or are the two dimensions Machines are provided for this purpose, in particular set up or used for this purpose.
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 particular, the first or second rotating electrical machine, respectively, as a booster, can temporarily increase the drive power in the case of increased requirements, in particular when the aircraft is taking off. As a result, in one embodiment, the rate of climb and / or short take-off capability of the aircraft can be increased and, in particular, the use as an air taxi and / or the noise emission of the aircraft can be (further) improved, in particular by quick (re) s removal from the airfield. Additionally or alternatively, in one embodiment the selection of airfields, which is limited in particular by the length of the runways, can be advantageously enlarged. Additionally or alternatively, in one embodiment, when the first and / or second rotating electrical machine fails as a booster, the first and / or second ducted propeller drive can be driven solely by the respective internal combustion engine, thereby increasing safety (further).
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 one embodiment, the first internal combustion engine has at least one piston engine and / or at least one gas turbine and / or is arranged entirely or partially in the fuselage. Additionally or alternatively, in one embodiment the second internal combustion engine has at least one piston engine and / or at least one gas turbine and / or is arranged entirely or partially in the fuselage. In one embodiment, this allows the efficiency and / or noise emission of the aircraft to be (further) improved.
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 one embodiment, the first and / or second internal combustion engine is (in each case) operated with liquid fuel, in one embodiment its piston engine with gasoline or diesel and / or its gas turbine with kerosene, or is provided for this purpose, in particular set up, in particular So the piston engine is a gasoline or diesel engine. In one embodiment, the first and / or second internal combustion engine (each) is operated with gaseous fuel, in one embodiment its piston engine and / or its gas turbine is operated with methane, hydrogen or the like, or is provided, in particular set up, for this purpose. In one embodiment, this allows the efficiency and / or noise emission of the aircraft to be (further) improved.
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.In one embodiment, the first and / or second energy store (each) has one or more primary cell (s), in particular battery (s), and / or secondary cell (s), in particular accumulator (s). In one embodiment, the first and / or second energy store (each) has one or more galvanic or fuel cell (s), in particular with hydrogen, methanol, butane, natural gas or other fuels. In one embodiment, this allows the efficiency and / or noise emission of the aircraft to be (further) improved.
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.Additionally or alternatively, the first and / or second energy storage device (each) has one or more fuel cell (s) and / or additionally or alternatively to a first internal combustion engine coupled to the first ducted propeller drive and / or a second one coupled to the second ducted propeller drive Internal combustion engine, the aircraft has in one embodiment no or at least one additional rotating electrical machine, which is coupled to the first ducted propeller drive, in one embodiment mechanically, in particular via the first gearbox and / or at least one clutch, and / or none or at least one other rotating electrical machine, which is coupled to the second ducted propeller drive, in one embodiment mechanically, in particular via the second gear and / or at least one clutch, this further and / or other rotating electrical machine in one embodiment (each) in at least one Operating condition nd is supplied with electrical energy by one, possibly further, fuel cell or is provided for this purpose, in particular is set up. Thus, in one embodiment, a fuel cell electric machine arrangement can be used instead of the first or second internal combustion engine of the hybrid drive concept described here. In one embodiment, this allows the efficiency and / or noise emission of the aircraft to be (further) improved.
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.
- - A hybrid drive concept with the first and / or second internal combustion engine and the first and second electrical machine, which in a development serve as a booster and / or to increase safety;
- - A modification of this hybrid drive concept with the further and / or other electrical machine that support or replace the first or second internal combustion engine, and the first and second electrical machine; and
- - A purely electric drive concept with the first and second electric machine, with both the other drive concept and, in particular, fuel cells as the first and second energy storage device being particularly advantageous here.
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 one embodiment, an output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and an output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine are arranged in opposite directions; in particular, one of these output shafts can extend from the respective electrical or internal combustion engine (from (going)) towards the rear of the aircraft or to the rear and the other of the two output shafts extend in opposite directions from the respective electric or internal combustion engine (outgoing) in the direction of the bow or front of the aircraft or forwards. As a result, a compact (re) drive arrangement can be implemented in one embodiment.
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 vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.In one embodiment, an output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and an output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine are arranged in the same direction; in particular, these two output shafts can each move from the respective electrical or internal combustion engine (from (outgoing)) towards the rear of the Aircraft or to the rear or in the direction of the bow or front of the aircraft or to the front. As a result, an advantageous (more) load distribution can be implemented in one embodiment.
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. Additionally or alternatively, in one embodiment, one or the output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and one or the output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine are offset from one another in the transverse direction or direction of a transverse axis of the aircraft, in one development on opposite sides Arranged sides of a, in particular central, longitudinal or meridian plane of the aircraft.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) A(ntriebsa)nordnung und/oder vorteilhafte(re) Lastverteilung realisiert werden.As a result, a compact (re) drive arrangement and / or advantageous (re) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.Additionally or alternatively, one or the output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and one or the output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine, in particular an interface of this output shaft with the respective machine and / or one, in particular the first or second, transmission, offset or stepped in relation to one another in the longitudinal direction or in the direction of a longitudinal axis of the aircraft, arranged in a further development on opposite sides of a transverse plane of the aircraft. As a result, a compact (re) drive arrangement and / or advantageous (re) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment one or the output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and one or the output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine are arranged on opposite sides of the first transmission. As a result, a compact (more), in particular narrower, drive arrangement can be implemented in one embodiment. In another embodiment, one or the output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and one or the output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine are arranged on the same side of the first transmission. As a result, an advantageous (more) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment, one or the output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and one or the output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine are arranged on opposite sides of the second transmission. As a result, a compact (more), in particular narrower, drive arrangement can be implemented in one embodiment. In another embodiment, one or the output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and one or the output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine are arranged on the same side of the second transmission. As a result, an advantageous (more) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment, an output shaft of the first internal combustion engine or further electrical machine and an output shaft of the second internal combustion engine or other electrical machine form an angle with one another of at most 45 °, in particular at most 30 °, in one embodiment at most 15 ° and in particular 0 ° is, so the two output shafts are in one embodiment, at least substantially, parallel to one another. As a result, a compact (re) drive arrangement and / or advantageous (re) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.In one embodiment, the first and / or second internal combustion engine (each) has an engine supercharger, in particular one or more exhaust gas turbochargers. In one embodiment, this allows the efficiency and / or noise emission of the aircraft to be (further) improved.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment, the first and / or second internal combustion engine (each) has at least one single-channel or multi-channel exhaust line. In a further development, the or one or more of the exhaust pipe (s) each has one or more silencers. In this way, in one embodiment, the noise emission of the aircraft can be (further) improved.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment the or one or more of the exhaust line (s) each has an exhaust gas cleaning device, in particular one or more exhaust gas catalytic converter (s) and / or particle filter (s). As a result, in one embodiment, the pollutant emissions of the aircraft can be reduced and the aircraft can thus be used in the vicinity of localities and / or at low (more) n cruising altitudes.
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 one embodiment, an output shaft of the first electrical machine and an output shaft of the second electrical machine are arranged in opposite directions; in particular, one of these output shafts can extend from the respective electrical machine (from (going)) in the direction of the tail of the aircraft or to the rear and the other of the Both output shafts extend in opposite directions from the respective electrical machine (out (going)) in the direction of the bow or front of the aircraft or forwards. As a result, a compact (re) drive arrangement can be implemented in one embodiment.
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.In another embodiment, an output shaft of the first electrical machine and an output shaft of the second electrical machine are arranged in the same direction; in particular, these two output shafts can each extend from the respective electrical machine (from (outgoing)) towards the tail of the aircraft or towards the rear or in Extend towards the bow or front of the aircraft or forward. As a result, an advantageous (more) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment, one or the output shaft of the first electrical machine and one or the output shaft of the second electrical machine are offset from one another in the transverse direction or direction of a transverse axis of the aircraft, in a further development on opposite sides of a, in particular central, Arranged longitudinal plane of the aircraft. As a result, a compact (re) drive arrangement and / or advantageous (re) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.Additionally or alternatively, one or the output shaft of the first electrical machine and one or the output shaft of the second electrical machine, in particular an interface of this output shaft with the respective machine and / or a transmission, are in the longitudinal direction or direction of a longitudinal axis of the Aircraft offset from one another or stepped, in a development arranged on opposite sides of a transverse plane of the aircraft. As a result, a compact (re) drive arrangement and / or advantageous (re) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.Additionally or alternatively, one or the output shaft of the first electrical machine and one or the output shaft of the second electrical machine are arranged on opposite sides of the first transmission in one embodiment. As a result, a compact (more), in particular narrower, drive arrangement can be implemented in one embodiment. In another embodiment, one or the output shaft of the first electrical machine and one or the output shaft of the second electrical machine are arranged on the same side of the first transmission. As a result, an advantageous (more) load distribution can be implemented in one embodiment.
Additionally or alternatively, in one embodiment, one or the output shaft of the first electrical machine and one or the output shaft of the second electrical machine are arranged on opposite sides of the second transmission. As a result, a compact (more), in particular narrower, drive arrangement can be implemented in one embodiment. In another embodiment, one or the output shaft of the first electrical machine and one or the output shaft of the second electrical machine are arranged on the same side of the second transmission. As a result, an advantageous (more) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment, one or the output shaft of the first electrical machine and one or the output shaft of the second electrical machine form an angle with one another of at most 45 °, in particular at most 30 °, in one embodiment at most 15 ° and in particular 0 ° is, so the two output shafts are in one embodiment, at least substantially, parallel to one another. As a result, a compact (re) drive arrangement and / or advantageous (re) load distribution can be implemented in one embodiment.
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.As already mentioned, in one embodiment the aircraft is an aircraft with, in particular fixed (stationary) wings. In one embodiment, the aircraft or aircraft has at least one, in particular fixed (standing) e, front wing and at least one, in particular fixed (standing) e, rear wing, which are offset from one another in the direction of a vertical axis and in the direction of a longitudinal axis of the aircraft and are connected by at least one, in particular inclined or inclined, lateral strut. In a further development, the aircraft or aircraft has at least two, in particular fixed (standing) e, front wings, which are arranged on opposite sides of the fuselage, and at least two, in particular fixed (standing) e, rear wings, which are on opposite sides Sides of the fuselage are arranged on, wherein the front and rear wing arranged on one side of the fuselage are offset from one another in the direction of a vertical axis and in the direction of a longitudinal axis of the aircraft and are connected by at least one, in particular inclined or inclined, lateral strut. In one embodiment, the aircraft has what is known as a box wing configuration. In one embodiment, this allows the efficiency and / or noise emission of the aircraft to be (further) improved.
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 one embodiment, the aircraft has one or more air passage (s) through which the first electrical machine and / or the second electrical machine and / or the first internal combustion engine and / or the second internal combustion engine and / or the further electrical machine and / or the other electrical machine is cooled in at least one operating state or which is / are or is / will be used for this purpose, in particular designed, at least one first air passage for cooling the first electrical machine and / or first internal combustion engine and / or further electrical machine and / or at least one second air passage for cooling the second electrical machine and / or second internal combustion engine and / or other electrical machine.
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.In one embodiment, the or one or more of the air passage (s) each has one or more cooling air supply (s), in particular fresh air supply (s), in one embodiment one or more opening (s) in the fuselage, and at least one or more, in one embodiment in the direction of a longitudinal axis of the aircraft against the or one or more of the cooling air supply (s) offset, cooling air discharge (s), in particular one or more opening (s) in the fuselage. In one embodiment, this allows the efficiency of the aircraft to be (further) improved. In particular in the case of electrical or internal combustion engines which are arranged at least partially in the fuselage and by means of which the noise emission can be reduced in one embodiment, such cooling can particularly advantageously improve the efficiency of the aircraft.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment, the aircraft has one or more heat exchangers through which the first electrical machine and / or the second electrical machine and / or the first internal combustion engine and / or the second internal combustion engine and / or the further electrical machine and / or the other electrical machine is cooled in at least one operating state or which is / are or is / are provided for this purpose, in particular set up, is / are or is / are used, in one embodiment one or more first heat exchangers for cooling the first electrical machine and / or first internal combustion engine and / or further electrical machine and / or one or more second heat exchangers for cooling the second electrical machine and / or second internal combustion engine and / or other electrical machine. In one embodiment, this allows the efficiency of the aircraft to be (further) improved. In particular in the case of electrical or internal combustion engines which are arranged at least partially in the fuselage and by means of which the noise emission can be reduced in one embodiment, such cooling can particularly advantageously improve the efficiency of the aircraft.
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
- - An interior of the fuselage for receiving the at least one pilot and / or the payload on the one hand and
- the first electrical machine and / or second electrical machine and / or first internal combustion engine and / or second internal combustion engine and / or further and / or other electrical machine on the other hand
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.
- - The first electrical machine and / or first internal combustion engine and / or further electrical machine on the one hand and
- - The second electrical machine and / or second internal combustion engine and / or other electrical machine on the other hand at least one, in one embodiment, one or more angled, firewall arranged. As a result, in an embodiment in the event of a fire in one of these two rooms separated by this fire partition, the machine (s) in the other of these two rooms can maintain flight operations.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment the first and second energy stores are separated from one another, in a further development a fire bulkhead is arranged between the first and second energy store, in one embodiment one of the above-mentioned fire bulkheads. As a result, in one embodiment in the event of a fire in one of these two rooms separated by this fire partition, the or one or more of the machine (s) can be supplied by the energy storage device in the other of these two rooms and thus maintain flight operations in one embodiment.
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.In one embodiment, the first and second ducted propeller drive are arranged on opposite sides of the fuselage, in a further development on or to the side of the fuselage (es), in particular (each) on a pylon connected to the fuselage and / or on a rear half of the fuselage. In one embodiment, the fuselage is arranged between the two ducted propeller drives.
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.Additionally or alternatively, the first and second ducted propeller drive are arranged in one embodiment behind and / or above the front wing (s) and / or in front of and / or below the rear wing (s). Additionally or alternatively, in one embodiment the front wings are swept back and / or the rear wing (s) are swept forward.
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.As a result, in one embodiment, in particular in combination of two or more of these features, the flight characteristics of the aircraft can be improved, in particular in combination with the load distribution through the electric and / or internal combustion engines arranged at least partially in the fuselage.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment the first ducted propeller drive is connected to the first electric machine and / or to the first internal combustion engine and / or to the further electric machine, in an embodiment with the (first) gearbox via which it is coupled to the first ducted propeller drive or are, via at least one drive shaft common in one embodiment, which forms an angle with an axis of rotation of the first ducted propeller drive and / or an output shaft (at least one) of this machine (s) of at least 45 °, in particular at least 60 °, in one embodiment is at least 75 ° and in particular 90 °, (mechanically) coupled. In one embodiment, the first ducted propeller drive is (mechanically) coupled to this drive shaft via at least one (further) single or multi-stage gear, in one embodiment gear, in particular bevel gear and / or planetary gear.
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.Additionally or alternatively, in one embodiment the second ducted propeller drive is connected to the second electrical machine and / or to the second internal combustion engine and / or to the other electrical machine, in an embodiment with the (second) gearbox via which it is coupled to the second ducted propeller drive or are, via at least one drive shaft common in one embodiment, which forms an angle with an axis of rotation of the second ducted propeller drive and / or an output shaft (at least one) of this machine (s) of at least 45 °, in particular at least 60 °, in one embodiment is at least 75 ° and in particular 90 °, (mechanically) coupled. In one embodiment, the second ducted propeller drive is coupled (mechanically) to this drive shaft via at least one (further) single or multi-stage gear, in one embodiment gear, in particular bevel and / or planetary gear. In this way, in one embodiment, a compact (more) drive arrangement can be implemented and / or the corresponding machine (s) can advantageously be arranged at least partially in the fuselage.
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 one embodiment, the first rotating electrical machine and the first internal combustion engine or further rotating electrical machine are arranged on opposite sides of the first transmission, in one embodiment they are coupled to one another via the first transmission. As a result, an advantageous (more) load distribution can be implemented in one embodiment. In another embodiment, the first rotating electrical machine and the first internal combustion engine or further rotating electrical machine are arranged on the same side of the first transmission, in one embodiment in series with one another. As a result, a shorter and / or simpler drive arrangement can be implemented in one embodiment.
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 one embodiment, the second rotating electrical machine and the second internal combustion engine or other rotating electrical machine are arranged on opposite sides of the second transmission, in one embodiment they are coupled to one another via the second transmission. As a result, an advantageous (more) load distribution can be implemented in one embodiment. In another embodiment, the second rotating electrical machine and the second internal combustion engine or other rotating electrical machine are arranged on the same side of the second transmission, in one embodiment in series with one another. As a result, a shorter and / or simpler drive arrangement can be implemented in one embodiment.
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.In one embodiment, one or more, in particular all, steps of the method are carried out completely or partially in an automated manner, in particular by the supply device. One or more of the operating states mentioned here are (in each case) flight operating states in which the aircraft is in the air and / or at least one ducted propeller drive generates propulsion.
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 the present case, a rotating electrical machine is understood in particular in the customary manner as an electrical machine that converts electrical and mechanical power into one another in at least one (active) operating state or is provided for this purpose, in particular is set up or used, and a (rotating in this operating state ) Has output or drive shaft.
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.In one embodiment, the aircraft has a (first) drive control which, in at least one operating state, controls the drive of the first ducted propeller drive, in particular the operation of the first electrical machine, the first internal combustion engine and / or the further electrical machine, or which is provided, in particular set up for this purpose , is or is used, and / or a (second) drive control which, in at least one, in particular this or another, operating state, drives the second ducted propeller drive, in particular the operation of the second electrical machine, the second internal combustion engine and / or the other electrical machine, regulates or provided for this purpose, in particular set up, is or is used on. In a further development, these two drive controls are redundant each other or regulate the drive of the first and / or second ducted propeller drive, in particular the operation of the first and / or second electrical machine, the first and / or second internal combustion engine and / or the further and / or other electrical machine, in particular if the other drive control fails , or are provided for this purpose, in particular set up, or are used for this purpose. The first and / or second drive control can be designed, for example, as part of a control or supply device, integrated into such a device and / or operatively connected to such a device, in particular designed to interact with it.
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.An (improved, in particular reduced) noise emission mentioned here can include, in particular, an (improved, in particular reduced) noise emission in or into the outer field of the aircraft. Additionally or alternatively, an (improved, in particular reduced) noise emission mentioned here can in one embodiment include, in particular be, an (improved, in particular reduced) noise emission in or into the interior (s) of the aircraft.
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 one embodiment, the first energy store can provide a power reserve in the event of an impairment, in particular a failure of the second internal combustion engine or other rotating electrical machine (the second rotating electrical machine) or, conversely, the second energy store in the event of an impairment, in particular a failure of the first internal combustion engine or further rotating electrical machine (the first rotating electrical machine) provide a power reserve or be provided for this purpose, in particular set up or used.
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 besiedlungsnahen Umfeld relevanten Geräuschemissionen und zusätzlich auch den konstruktiven Aufwand des Flugantriebs.In one embodiment, one or more, in particular all, steps of the method are carried out completely or partially in an automated manner, in particular by the controller or its means. The invention allows numerous possibilities for reducing noise from aircraft, based on the higher number of rotor blades that can be realized with it. This reduces the noise emissions, which are particularly relevant in the area close to settlements, and also reduces the structural complexity of the aircraft drive.
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 mit einem Mantelpropellerantrieb; und -
3 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ablaufs des Verfahrens der vorliegenden Erfindung; -
4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Schaufelanordnung in einem Mantelpropellerantrieb; und -
5 eine schematische Schnittdarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs.
-
1 an aircraft according to an embodiment of the present invention in different views; -
2 a schematic sectional view of a detail of an exemplary embodiment of an aircraft according to the invention with a ducted propeller drive; and -
3 a schematic representation of an exemplary sequence of the method of the present invention; -
4th a schematic representation of an exemplary blade arrangement according to the invention in a ducted propeller drive; and -
5 a schematic sectional view of an exemplary aircraft according to the invention.
Es weist einen Rumpf
Der Mantelpropellerantrieb
Der Mantelpropellerantrieb
Zum axialen Verschieben des Zentralkörpers
Die Antriebseinrichtung
In
Bei dem Verfahren wird der Propeller
In einem zweiten, optionalen Schritt b) wird in einer Steigphase des Luftfahrzeugs
Die untere Darstellung zeigt eine Vollschnittdarstellung durch die Längsachse des beispielhaften Mantelpropellerantriebs
In dem einen Maschinenraumteil (rechts in
Eine erste Luftpassage zur Kühlung der ersten elektrischen Maschine
Eine Abgasleitung der ersten Brennkraftmaschine
Die Brennkraftmaschinen
Zusätzlich oder alternativ kann, insbesondere bei einem Ausfall der zweiten Brennkraftmaschine
Auf diese Weise können die Brennkraftmaschinen
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LuftfahrzeugAircraft
- 2; 2`2; 2`
- AntriebsregelungDrive control
- 55
- WärmetauscherHeat exchanger
- 1010
- Rumpfhull
- 1111
- vordere Tragflächenfront wings
- 1212
- hintere Tragflächenrear wings
- 1313th
- seitliche Strebeside strut
- 1414th
- MantelpropellerantriebDucted propeller drive
- 1515th
- AuslassquerschnittOutlet cross-section
- 1616
- AntriebsstrahlauslassseiteDrive jet outlet side
- 2020th
- Propellerpropeller
- 2121st
- NabenkörperHub body
- 2222nd
- LaufschaufelnBlades
- 2424
- ZentralkörperCentral body
- 2626th
- VerschiebeeinrichtungSliding device
- 2727
- Getriebetransmission
- 2828
- Antriebswelledrive shaft
- 3131
- erste Brennkraftmaschinefirst internal combustion engine
- 3232
- zweite Brennkraftmaschinesecond internal combustion engine
- 3434
- innerer Umfang des Mantelgehäusesinner circumference of the jacket housing
- 3535
- LeitschaufelnGuide vanes
- 3636
- MantelgehäuseShell housing
- 3737
- erste rotierende elektrische Maschinefirst rotating electrical machine
- 3838
- zweite rotierende elektrische Maschinesecond rotating electrical machine
- 5050
- AntriebseinrichtungDrive device
- 5151
- erste Antriebsmaschinefirst prime mover
- 5252
- zweite Antriebsmaschinesecond prime mover
- 5353
- SteuereinrichtungControl device
- 6161
- LeistungselektronikPower electronics
- 6262
- LeistungselektronikPower electronics
- 100100
- Innenrauminner space
- 101101
- BrandschottFirewall
- 102102
- BrandschottFirewall
- 111111
- LufteinlassAir inlet
- 112112
- LufteinlassAir inlet
- 121121
- LuftauslassAir outlet
- 122122
- LuftauslassAir outlet
- 141141
- Getriebetransmission
- 142142
- Getriebetransmission
- 200200
- Tanktank
- 211211
- Antriebswelledrive shaft
- 212212
- Antriebswelledrive shaft
- 221221
- erste Batterie (erster Energiespeicher)first battery (first energy storage)
- 222222
- zweite Batterie (zweiter Energiespeicher)second battery (second energy storage)
- 311311
- Antriebswelledrive shaft
- 312312
- Antriebswelledrive shaft
- 321321
- Schalldämpfersilencer
- 322322
- Schalldämpfersilencer
- 411411
- Antriebswelledrive shaft
- 412412
- Antriebswelle drive shaft
- AA.
- AntriebsachseDrive axle
- aa
- axialer Abstand zwischen Laufschaufeln und Leitschaufelnaxial distance between rotor blades and guide vanes
- cc
- SchallgeschwindigkeitSpeed of sound
- DSSP D SSP
- Durchmesser des Propellers an den SchaufelspitzenDiameter of the propeller at the blade tips
- MaMa
- MachzahlMach number
- nn
- Drehzahl des PropellersSpeed of the propeller
- S1, S2S1, S2
- Stromnetz/-kreisPower grid / circuit
- UU
- UmlaufrichtungDirection of rotation
- αα
- Neigungswinkel der LaufschaufelnInclination angle of the blades
- ββ
- Neigungswinkel der LeitschaufelnAngle of inclination of the guide vanes
Claims (25)
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-
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