DE102019118023B3

DE102019118023B3 - Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019118023B3
Application number: DE102019118023.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Riesbeck; Thomas Schaal
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2020-07-23
Anticipated expiration: 2039-07-05

Abstract

Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Luftfahrzeug weist einen Mantelpropeller mit Lamellen (11) und einem Betätigungsmechanismus auf; undder Betätigungsmechanismus ist dazu eingerichtet, den Mantelpropeller zu öffnen, indem die Lamellen (11) in einer ersten Stufe teilweise angehoben und in einer zweiten Stufe geschwenkt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, senkrecht start- und landefähiges (vertical take-off and landing, VTOL) Luftfahrzeug.
Stand der Technik
Als VTOL wird in der Luft- und Raumfahrttechnik sprachübergreifend jedwede Art von Flugzeug, Drohne oder Rakete bezeichnet, welche die Fähigkeit besitzt, im Wesentlichen senkrecht und ohne Start- und Landebahn abzuheben und wieder aufzusetzen. Dieser Sammelbegriff wird nachfolgend in einem weiten Sinne verwendet, der nicht nur Starrflügelflugzeuge mit Tragflächen, sondern ebenso Drehflügler wie Hub-, Trag-, Flugschrauber und Hybride wie Verbundhub- oder Kombinationsschrauber sowie Wandelflugzeuge einschließt. Erfasst seien des Weiteren Luftfahrzeuge mit der Fähigkeit, auf besonders kurzen Strecken zu starten und zu landen (short take-off and landing, STOL), auf kurzen Strecken zu starten, aber senkrecht zu landen (short take-off and vertical landing, STOVL) oder senkrecht zu starten, aber horizontal zu landen (vertical take-off and horizontal landing, VTHL).
DE 20 2015 007 089 U1 betrifft ein VTOL-Flugzeug mit sogenanntem „Blended Wing Body“, wobei der Übergangsteil zwischen Rumpf und Flügeln Längsreihen elektrischer, drehzahlgeregelter Mantelpropeller für vertikalen Schub und Flug enthält, die durch Klappen verschließbar sind. Das Öffnen und Schließen der Klappen erfolgt durch einen horizontalen Schwenkarm, wie bei einer Bustür.
JP S62- 168 793 A offenbart einen Flugschrauber für höhere Fluggeschwindigkeiten mit als profilierten Hochauftriebsklappen ausgebildeten Strahlrudern, die mit einem Strömungsspalt versehen sind. Der Strömungsspalt ist durch eine Klappe an der Unterseite des Profils verschließbar. Die Klappe verschließt hierbei unter Federwirkung von innen her den Spalt und wird bei hohen Ausschlagwinkeln der Ruder zur Freigabe des Spaltes nach innen für die Durchströmung mittels des Strömungsdruckes selbsttätig bewegt. Das Dokument nimmt unabhängig von den Klappen Bezug auf die Möglichkeit, am Fluggeräteheck von Drehflüglern einen Mantelpropeller zur Vortriebserzeugung mit in der Propellernachlaufströmung liegendem Seitenleitwerk anzuordnen.
CN 105 121 188 B beschreibt ein VTOL-Luftfahrzeug mit klappbaren Festflügeln und einem Mantelpropeller für den Reiseflug. An den Seiten des Fahrzeuges sind Gondeln mit Elektromotoren und Klappen vorgesehen, die die Gondeln umschließen, wenn die Flügel eingeklappt sind.
DE 196 22 834 A1 beschreibt eine Luftschraube für ein bemanntes Luftfahrzeug mit einer Luftschraube und einer Verstell-Einrichtung zum Verstellen des Steigungswinkels der Rotorblätter, die eine Klappeinrichtung aufweist, mit der die Blätter in eine zur Rotationsachse der Luftschraube parallele Lage geklappt werden. Bei einer Ausgestaltung setzt die Verstell-Einrichtung eine Verschiebebewegung in eine Schwenkbewegung der Blätter um. Dies geschieht mit Hilfe einer Kulissenführung, deren Kulissenbahnen in einem spitzen Winkel zur Verschieberichtung verlaufen, wodurch sich eine Kraftübersetzung ergibt.
DE 102 03 038 A1 betrifft eine Vorrichtung mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren, im Rumpf fest eingebauten Kleinstrahltriebwerken zum Antrieb von Segelflugzeugen oder Motorseglern. Die beiden getrennten und beweglichen Schubrohre der beiden Kleinstrahltriebwerke einschließlich ihrer Schachtabdeckklappen am Rumpf können um einen Drehpunkt jeweils aus- oder- eingefahren werden. Der hierzu genutzte Handhebel ist in einer Kulissenführung gelagert.
WO 2016/ 066 848 A1 offenbart ein Antriebsmodul für ein Luftfahrzeug. Das Antriebsmodul umfasst zwei Antriebseinrichtungen mit insgesamt drei Impellern mit Rotorblättern, von denen zwei mit einer Schwenkeinrichtung gekoppelt sind. Hierzu wird ein Hebelarm in einer Führungskulisse in vertikaler Richtung mittels einer Hydraulikzylindereinrichtung oder einem Spindelantrieb geführt.
US 3 179 353 A offenbart den Gegenstand des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne senkrecht start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
Die Erfindung ist durch Untersuchungen im Windkanal motiviert, welche zeigen, dass bei in den Tragflächen integrierten Mantelpropellern (ducted fans) die Abdichtung zwischen den Lamellen (louvers) essenziell für die aerodynamischen Eigenschaften ist.
Der Vorzug eines erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges liegt darin, dass das System die geforderte Luftdichtheit erfüllt, eine Anwendung auf der Ober- und Unterseite des Tragflügels möglich ist und seine Selbsthemmung ein Aufziehen weitgehend verhindert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann das Luftfahrzeug etwa mit abgeknickten oder gar wahlweise abknickbaren Tragflächen ausgestattet sein. Eine entsprechende Variante vergrößert die im Horizontalflug wirksame Flügelfläche, ohne aber die Standfläche des Luftfahrzeuges auszudehnen.
Ferner mag das Luftfahrzeug über ein schnell ladbares Batteriesystem verfügen, welches die Antriebsenergie für Senkrechtstart und -landung sowie Horizontalflug bereitstellt und eine kurzfristige Aufladung des Luftfahrzeuges im Stand ermöglicht.
Zum Antrieb des Luftfahrzeuges können hierbei anstelle freifahrender Rotoren mehrere der erwähnten Mantelpropeller auch unterschiedlicher Größe zum Einsatz kommen, wie sie abseits der Luftfahrttechnik etwa von Luftkissenfahrzeugen oder Sumpfbooten bekannt sind. Das den Propeller umgebende zylindrische Gehäuse vermag in einer derartigen Ausführungsform die Schubverluste infolge von Verwirbelungen an den Blattspitzen beträchtlich zu reduzieren. Geeignete Mantelpropeller mögen horizontal oder vertikal ausgerichtet, zwischen beiden Stellungen schwenkbar ausgeführt oder aus aerodynamischen Gründen im Horizontalflug durch die Lamellen abgedeckt sein. Zudem ist eine reine Horizontalschuberzeugung mittels feststehender Mantelpropeller denkbar.
Schließlich kommt - neben einem vorzugsweise vollautonomen Betrieb des Luftfahrzeuges - bei hinreichender Qualifikation auch die Einräumung einer manuellen Kontrolle an den menschlichen Piloten in Betracht, was der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine größtmögliche Flexibilität in der Handhabung verleiht.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt den Querschnitt einer Tragfläche im Horizontalflug.
2 zeigt einen entsprechenden Schnitt in einer ersten Stufe.
3 zeigt einen entsprechenden Schnitt in einer zweiten Stufe.
4 zeigt einen entsprechenden Querschnitt im Vertikalflug.
5 beschreibt schematisch das Dichtkonzept durch axiale Verpressung der Lamellen.

Ausführungsformen der Erfindung
Eine Zusammenschau der 1 bis 4 illustriert die konstruktiven Merkmale einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges im Bereich seines Tragflügels (10). Erfindungsgemäß ist ein zweistufiger Mechanismus vorgesehen, um ein vollvariables Öffnen und Schließen zu ermöglichen und bei verschlossenem Tragflügel (10) eine optimale Dichtheit zu gewährleisten (1).
Zum Öffnen wird über eine Kulisse im Betätigungsmechanismus in der ersten Stufe ( 2) jede zweite Lamelle (11) zunächst angehoben. In der zweiten Stufe (3) erlaubt die Kulisse die vollvariable Bewegung aller Lamellen (11) über den gemeinsamen Betätigungsmechanismus, bis diese für den Vertikalflug (4) vollständig geöffnet sind.
Bei dem in 5 dargestellten Schließvorgang werden die Stufen in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Wie die Zeichnung erkennen lässt, werden durch die ausschließlich translatorische Bewegung in der ersten Stufe die Dichtelemente (12) der bereits geschlossenen Segmente mit jenen der sich schließenden Segmente verpresst.
In geschlossener Position ist die Kulisse selbsthemmend ausgeführt; ein Aufziehen durch aerodynamische Kräfte im Vertikalflug ist ausgeschlossen.

Claims

Luftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen: - das Luftfahrzeug weist einen Mantelpropeller mit Lamellen (11) und einem Betätigungsmechanismus auf und - der Betätigungsmechanismus ist dazu eingerichtet, den Mantelpropeller zu öffnen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Öffnen erfolgt, indem die Lamellen (11) in einer ersten Stufe teilweise angehoben und in einer zweiten Stufe geschwenkt werden, - der Betätigungsmechanismus umfasst eine Kulissenführung und - die Kulissenführung führt die Lamellen (11) solchermaßen, dass in der ersten Stufe jede zweite Lamelle angehoben und in der zweiten Stufe sämtliche Lamellen (11) über den gemeinsamen Betätigungsmechanismus bewegt werden.
Luftfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Lamellen (11) weisen Dichtelemente (12) auf und - die Dichtelemente (12) sind derart angeordnet, dass die Dichtelemente (12) paarweise verpresst werden, wenn die angehobenen Lamellen (11) abgesenkt werden.
Luftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug weist einen vollelektrischen Antrieb auf.
Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst abgeknickte oder abknickbare Tragflächen.
Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst ein schnell ladbares Batteriesystem.
Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Mantelpropeller ist waagerecht feststehend.
Luftfahrzeug nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug ist dazu eingerichtet, dass die Lamellen (11) den Mantelpropeller in einem horizontalen Reiseflug abdecken.
Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst senkrecht feststehende Mantelpropeller zum Erzeugen eines Vortriebes.
Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug ist wahlweise vollautonom steuerbar.