DE102021124376A1

DE102021124376A1 - Flugzeug zum vertikalen starten und landen sowie flügelvorrichtung

Info

Publication number: DE102021124376A1
Application number: DE102021124376.9A
Authority: DE
Inventors: Yuki Matsui
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2022-03-31
Also published as: US20220097835A1; JP2022054657A; US11661179B2; CN114313249A

Abstract

Ein Flugzeug (10) zum vertikalen Starten und Landen weist Folgendes auf: einen Flügelkörper (30), eine Luftführung (50), einen Drehflügel (70), an einer oberen Oberfläche angeordnete Gelenke (210) sowie an der oberen Oberfläche angeordnete Abdeckungen (230). Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke (210) sind an einer an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) angeordnet. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) sind durch die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke (210) schwenkbar gelagert und dazu ausgebildet, ein Öffnen bzw. Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) zu veranlassen. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) sind dazu ausgebildet, bei Vorwärtsbewegung des Flugzeugs eine Schwenkbewegung in Schließrichtung aufgrund eines Unterdrucks, der auf der Seite der oberen Oberfläche des Flügelkörpers (30) erzeugt wird, auszuführen und dadurch ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) zu veranlassen. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) sind dazu ausgebildet, beim Schwebeflug des Flugzeugs eine Schwenkbewegung in Öffnungsrichtung aufgrund des Drucks eines Luftstroms, der in der Luftführung (50) in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung des Drehflügels (70) von der Oberseite zu einer Unterseite strömt, des jeweiligen Eigengewichts der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230), oder von beiden, auszuführen und dadurch ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) zu veranlassen.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen sowie auf eine Flügelvorrichtung.
2. Einschlägiger Stand der Technik
Vor kurzem ist ein Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen entwickelt worden, das eine Antriebsvorrichtung für den Auftrieb bzw. eine Auftriebs-Antriebsvorrichtung aufweist, die zum Ermöglichen eines vertikalen Startens und Landens ausgebildet ist, und das zusätzlich Hauptflügel aufweist, die zum Ermöglichen des horizontalen Flugs oder Reiseflugs ausgebildet sind. Beispiele für eine solche Auftriebs-Antriebsvorrichtung können ein Düsentriebwerk sowie einen Drehflügel beinhalten. Beispielsweise offenbart die internationale Veröffentlichung WO 2006/103774 A1 eine Technik für ein Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen, das mit einer Auftriebs-Düsenvorrichtung (einer Auftriebs-Antriebsvorrichtung) innerhalb einer sich durch einen Hauptflügel erstreckenden Luftführung ausgestattet ist.
Gemäß der herkömmlichen Technik wird eine Lamelleneinrichtung mittels eines Aktuators in Betrieb gesetzt, wenn die Auftriebs-Düsenvorrichtung nicht in Betrieb ist, um dadurch das Schließen der Luftführung zu veranlassen. Wenn ein Schließen der Luftführung beim horizontalen Flug des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen veranlasst wird, kann der Luftwiderstand während des horizontalen Flugs reduziert werden. Indem beim vertikalen Starten und vertikalen Landen ein Öffnen der Luftführung veranlasst wird, kann ferner das vertikale Starten und vertikale Landen mittels der Auftriebs-Antriebsvorrichtung ausgeführt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen angegeben, das einen Flügelkörper, eine Luftführung, einen Drehflügel, zwei oder mehr Gelenke an einer oberen Oberfläche sowie zwei oder mehr Abdeckungen an der oberen Oberfläche aufweist. Der Flügelkörper weist eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche auf. Die Luftführung verläuft von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche durch den Flügelkörper. Die Luftführung besitzt eine an der oberen Oberfläche befindliche Öffnung, die an der oberen Oberfläche positioniert ist, sowie eine an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung, die an der unteren Oberfläche positioniert ist. Der Drehflügel ist im Inneren der Luftführung angeordnet.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke sind an der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung der Luftführung angeordnet. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke erstrecken sich in einer Richtung, die eine Bewegungsrichtung des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen kreuzt, wenn sich dieses in Vorwärtsrichtung bewegt.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen sind durch die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke jeweils schwenkbar angebracht bzw. gelagert. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen sind dazu ausgebildet, ein Öffnen bzw. Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung der Luftführung zu veranlassen.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen sind dazu ausgebildet, bei Vorwärtsbewegung des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in einer Schließrichtung aufgrund eines negativen Drucks bzw. Unterdrucks, der auf der Seite der oberen Oberfläche des Flügelkörpers erzeugt wird, auszuführen und dadurch ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung der Luftführung zu veranlassen.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen sind dazu ausgebildet, beim Schwebeflug des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in Öffnungsrichtung aufgrund des Drucks des Luftstroms, des jeweiligen Eigengewichts der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen, oder von beiden, auszuführen und dadurch ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung der Luftführung zu veranlassen. Der Luftstrom strömt in der Luftführung in Abhängigkeit von der Rotation des Drehflügels von der Seite der oberen Oberfläche zu der Seite der unteren Oberfläche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Flügelvorrichtung zur Anordnung an einem Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen angegeben. Die Flügelvorrichtung weist einen Flügelkörper, eine Luftführung, einen Drehflügel, und zwei oder mehr an einer oberen Oberfläche angeordnete Gelenke sowie zwei oder mehr an der oberen Oberfläche angeordnete Abdeckungen auf. Der Flügelkörper weist eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche auf. Die Luftführung verläuft von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche durch den Flügelkörper. Die Luftführung besitzt eine an der oberen Oberfläche befindliche Öffnung, die an der oberen Oberfläche positioniert ist, sowie eine an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung, die an der unteren Oberfläche positioniert ist. Der Drehflügel ist im Inneren der Luftführung angeordnet.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke sind an der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung der Luftführung angeordnet. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke erstrecken sich in einer Richtung, die eine Bewegungsrichtung des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen kreuzt, wenn sich dieses in Vorwärtsrichtung bewegt. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen sind durch die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke jeweils schwenkbar angebracht bzw. gelagert.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen sind dazu ausgebildet, ein Öffnen bzw. Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung der Luftführung zu veranlassen. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen sind dazu ausgebildet, bei Vorwärtsbewegung des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in einer Schließrichtung aufgrund eines Unterdrucks, der auf der Seite der oberen Oberfläche des Flügelkörpers erzeugt wird, auszuführen und dadurch ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung der Luftführung zu veranlassen.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen sind dazu ausgebildet, im Schwebeflug des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in einer Öffnungsrichtung aufgrund des Drucks des Luftstroms, des jeweiligen Eigengewichts der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen, oder von beiden, auszuführen und dadurch ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung der Luftführung zu veranlassen. Der Luftstrom strömt in der Luftführung in Abhängigkeit von der Rotation des Drehflügels von der Seite der oberen Oberfläche zu der Seite der unteren Oberfläche.
Figurenliste
Die Begleitzeichnungen sind beigefügt, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu vermitteln und bilden einen integralen Bestandteil der vorliegenden Beschreibung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine von oben betrachtete Perspektivansicht eines Beispiels eines Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels eines Körpers entlang einer Linie II-II in 1;
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels eines Zustands von einem Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus zu dem Zeitpunkt, zu dem der Drehflügel rotationsmäßig angetrieben wird; und
4 eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels eines Zustands des Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus zum Zeitpunkt eines horizontalen Flugs des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispielsweise kann beim vertikalen Starten, beim vertikalen Landen oder beim Schwebeflug die Antriebskraft eines Auftriebs-Drehflügels zum Tragen des Eigengewichts des Flugzeugs genutzt werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, dass ein Öffnungs- und Schließmechanismus für eine Luftführung äußerst zuverlässig ist. Ein bestehendes Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen, wie es in der WO 2006/103774 A1 beschrieben ist, besitzt jedoch eine Konfiguration, bei der eine solche Antriebsvorrichtung, wie etwa ein Aktuator dazu verwendet wird, eine Lamelleneinrichtung zu betreiben, die das Öffnen und Schließen der Luftführung veranlasst. Zur Steigerung der Zuverlässigkeit des Öffnungs- und Schließmechanismus kann somit beispielsweise Redundanz bei dem Aktuator zu einem starken Anstieg bei dem Gewicht des Flugzeugs führen.
Es ist wünschenswert, ein Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen sowie eine Flügelvorrichtung anzugeben, die jeweils das Öffnen und Schließen einer Luftführung eines Auftriebs-Drehflügels veranlassen können, ohne dass eine solche Antriebsvorrichtung, wie etwa ein Aktuator genutzt wird, sowie einen Anstieg beim Gewicht unterdrücken können.
Im Folgenden werden einige exemplarische Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben. Die Abmessungen, die speziellen numerischen Werte usw., die in den exemplarischen Ausführungsformen beschrieben werden, stellen lediglich Beispiele zum Vereinfachen des Verständnisses der Erfindung dar und sollen die Erfindung nicht einschränken, wenn nichts anderes erwähnt ist. In der Beschreibung und den Zeichnungen sind Elemente mit im Wesentlichen der gleichen Funktion und Konfiguration mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um Redundanz in der Beschreibung zu vermeiden, wobei Elemente, die nicht in direkter Beziehung zu den Ausführungsformen der Erfindung stehen, weggelassen sein können.
1. Allgemeine Konfiguration des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen
Unter Bezugnahme auf 1 erfolgt als erstes eine Beschreibung der allgemeinen Konfiguration eines Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung. 1 zeigt eine von oben betrachtete Perspektivansicht des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß der exemplarischen Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 dargestellt, kann das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen beispielsweise einen Körper 30, zwei oder mehr Luftführungen 50, zwei oder mehr Drehflügel 70 sowie eine Antriebsvorrichtung 90 für die Vorwärtsbewegung aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Bei dem Körper 30 kann es sich um eine Vorrichtung mit einer Konfiguration handeln, bei der ein Körper einer Flugzeugzelle des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen sowie ein Flügelkörper (eine Flügelvorrichtung) in integraler Weise ausgebildet sind.
Der Körper 30 kann z.B. Folgendes aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt: eine Kabine; Komponenten, wie z.B. einen Treibstofftank und eine Batterie zum Antreiben der Drehflügel 70 und der Antriebsvorrichtung 90 für die Vorwärtsbewegung; sowie verschiedene, an einem Flugzeug anzubringende Einrichtungen.
Der Körper 30 kann in einem vertikalen Querschnitt in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung bzw. Längsrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen eine Flügelform aufweisen. Somit kann der Körper 30 des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß der exemplarischen Ausführungsform als Flügelkörper (Flügelvorrichtung) dienen, der einen Auftrieb für das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen erzeugt.
Die exemplarische Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben, in dem der Körper 30, bei dem der Körper der Flugzeugzelle und der Hauptflügel integriert ausgebildet sind, als Flügelkörper (Flügelvorrichtung) dient. Jedoch ist der Flügelkörper (die Flügelvorrichtung) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Bei dem Flügelkörper (der Flügelvorrichtung) gemäß der Ausführungsform der Erfindung kann es sich um eine beliebige Vorrichtung handeln, die eine Flügelform besitzt und einen Auftrieb für ein Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen erzeugt. Beispielsweise kann es sich bei dem Flügelkörper (der Flügelvorrichtung) um einen Hauptflügel (einen feststehenden Flügel) handeln, der separat von dem Körper der Flugzeugzelle ausgebildet ist.
Bei der Luftführung 50 kann es sich um einen Hohlraum handeln, der als Installationsraum dient, in dem der Drehflügel 70 in dem Körper 30 (dem Flügelkörper) versenkt angeordnet werden kann. Die Luftführung 50 kann in dem Körper 30 angeordnet sein und kann beispielsweise eine zylindrische Form aufweisen. Die Luftführung 50 kann sich von einer oberen Oberfläche 30US zu einer unteren Oberfläche 30LS des Körpers 30 durch den Körper 30 hindurch erstrecken. Gemäß der exemplarischen Ausführungsform können vier Luftführungen 50 in dem Körper 30 ausgebildet sein.
Beispielsweise können zwei Luftführungen 50 auf der rechten Seite in Bezug auf die Mittellinie des Körpers 30 angeordnet sein, und die anderen beiden Luftführungen 50 können auf der linken Seite in Bezug auf die Mittellinie des Körpers 30 angeordnet sein. Die vier Luftführungen 50 können symmetrisch um die Mittellinie des Körpers 30 angeordnet sein. Die Anzahl der Luftführungen 50 ist nicht auf vier beschränkt. Die Anzahl der Luftführungen 50 kann eins, zwei, drei, fünf oder mehr betragen.
Die Drehflügel 70 können im Inneren der jeweiligen Luftführungen 50 auf einer Basis von 1 zu 1 angeordnet sein. Somit können bei der exemplarischen Ausführungsform vier Drehflügel 70 in den jeweiligen vier Luftführungen 50 angeordnet sein. Der Drehflügel 70 kann beim vertikalen Starten, beim vertikalen Landen und im Schwebeflug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen rotationsmäßig angetrieben werden. Wenn der Drehflügel 70 rotationsmäßig angetrieben wird, kann dieser einen Auftrieb für das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen erzeugen.
Wie vorstehend beschrieben, kann das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß der exemplarischen Ausführungsform den Drehflügel 70 als in den Flügel versenkten sowie in der Luftführung angeordneten Drehflügel aufweisen. Der Drehflügel 70 gemäß der exemplarischen Ausführungsform kann als Auftriebs-Antriebsvorrichtung (in den Flügel versenkter sowie in der Luftführung angeordneter Drehflügel) dienen, die einen Auftrieb erzeugt, der beim vertikalen Starten und vertikalen Landen des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen genutzt werden kann.
Die Antriebsvorrichtung 90 für die Vorwärtsbewegung kann eine Antriebskraft erzeugen, die dem Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen die Vorwärtsbewegung ermöglicht. Die Antriebsvorrichtung 90 für die Vorwärtsbewegung kann beispielsweise ein Düsentriebwerk aufweisen. Die Antriebsvorrichtung 90 für die Vorwärtsbewegung kann an einem hinteren Ende des Körpers 30 vorgesehen sein. Beispielsweise kann in Richtung von links nach rechts des Körpers 30 eine Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 in der Mitte angeordnet sein, eine weitere Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 kann auf der linken Seite angeordnet sein, und eine weitere Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 kann auf der rechten Seite angeordnet sein.
Das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß der exemplarischen Ausführungsform kann somit eine Konfiguration aufweisen, bei der der Körper 30 des Starrflügelflugzeugs, das die Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 aufweist, mit dem in den Flügel versenkten und in der Luftführung angeordneten Drehflügel 70 kombiniert ist, der als Antriebsvorrichtung für den Auftrieb dient.
2. Konfiguration der Flügelvorrichtung
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts des Körpers 30 in der vertikalen Richtung entlang einer Linie II-II (einer Position des Flügelkörpers) in 1. Bei einer Ausführungsform kann der Körper 30 als „Flügelvorrichtung“ oder „Flügelkörper“ dienen. Wie in 2 dargestellt, kann der Körper 30 im vertikalen Querschnitt eine Flügelform aufweisen, die einen nach oben gehenden Auftrieb für das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen erzeugt. Der Körper 30 kann mit der Luftführung 50 ausgestattet sein, die von einer an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a zu einer an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b durchgeht. In der Luftführung 50 können ein Träger 110, ein Elektromotor 130 und der Drehflügel 70 angeordnet sein.
Der Träger 110 kann z.B. stangenförmig ausgebildet sein. Beide Enden des Trägers 110 können mit einer Innenwand der Luftführung 50 verbunden sein. Der Träger 110 kann den Elektromotor 130 und den Drehflügel 70 abstützen. Der Elektromotor 130 kann den Drehflügel 70 unter Verwendung von elektrischer Energie, die von einer nicht dargestellten Batterie zugeführt wird, zum Ausführen einer Rotationsbewegung veranlassen. Der Drehflügel 70 kann eine Nabe 71 sowie zwei oder mehr Flügelblätter bzw. Laufelemente 73 aufweisen. Die Nabe 71 kann an einer Drehwelle des Elektromotors 130 angebracht sein und sich zusammen mit der Drehwelle des Elektromotors 130 drehen. Die Flügelblätter 73 können mit der Nabe 71 gekoppelt sein und um die Nabe 71 drehbar sein.
Weiterhin kann die Luftführung 50 mit einem Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 ausgestattet sein. Der Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 kann zwei oder mehr an der oberen Oberfläche angeordnete Gelenke 210, zwei oder mehr an der oberen Oberfläche angeordnete Abdeckungen 230, zwei oder mehr an der unteren Oberfläche angeordnete Gelenke 250 sowie zwei oder mehr an der unteren Oberfläche angeordnete Abdeckungen 270 aufweisen.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 und die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 können einen lamellenartigen Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus bereitstellen, der das Öffnen bzw. Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 veranlasst. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 können als Lamellen dienen, die in der Lamelleneinrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Die Lamellen können jeweils in Form eines länglichen plattenförmigen Elements vorliegen. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 können jeweils als Gelenk dienen, das die entsprechende der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 (der Lamellen) schwenkbar abstützt.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 können jeweils eine runde Stangenform aufweisen. Die beiden Enden von jedem der an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 können mit der Innenwand der Luftführung 50 gekoppelt sein. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 können an der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 angeordnet sein. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 können jeweils in einer Richtung verlaufen, die eine Bewegungsrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen kreuzt, wenn sich dieses in Vorwärtsrichtung bewegt.
Gemäß der exemplarischen Ausführungsform können sich die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 jeweils in einer Richtung rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen erstrecken, d.h. in Querrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 können in Längsrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen nebeneinander sowie parallel zueinander angeordnet sein.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 können jeweils eine entsprechende, der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 in einer derartigen Weise abstützen, dass die entsprechende, an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckung 230 um eine zentrale Achse des an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenks 210 schwenkbar ist.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 können beispielsweise eine längliche Plattenform aufweisen, die sich in Querrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen erstreckt. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 können jeweils ein Ende, d.h. ein Kopplungsende, aufweisen, das von dem entsprechenden, an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenk 210 abgestützt wird. Bei dem anderen Ende der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 kann es sich jeweils um ein bewegliches freies Ende handeln.
Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 können an dem Ende (dem freien Ende), das dem mit dem Gelenk 210 an der oberen Oberfläche gekoppelten Kopplungsende gegenüberliegt, jeweils eine Vertiefung bzw. Aussparung 231 aufweisen. Die Vertiefung 231 kann von der oberen Oberfläche der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckung 230 in Richtung auf die untere Oberfläche derselben vertieft bzw. zurückgesetzt sein. Die Vertiefung 231 kann eine Tiefe aufweisen, die ungefähr gleich dem Durchmesser des an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenks 210 ist.
Faktoren, die ohne Einschränkung die Formgebung und die Positionen der Abdeckungen 230 an der oberen Oberfläche sowie der Vertiefungen 231 beinhalten, können derart eingestellt werden, dass beim Verschwenken der jeweiligen an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 um die zentrale Achse des an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenks 210 in Schließrichtung, wie in 4 dargestellt, die Vertiefung 231 der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckung 230 mit dem an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenk 210 einer benachbarten Abdeckung 230 der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 in Kontakt gelangt.
Wenn die Vertiefung 231 der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckung 230 mit dem an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenk 210 der benachbarten Abdeckung 230 an der oberen Oberfläche in Kontakt gelangt, kann die Vertiefung 231 dieses an der oberen Oberfläche angeordnete Gelenk 210 aufnehmen.
Wenn die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 eine Schwenkbewegung in der Schließrichtung ausführen, bis die Vertiefungen 231 mit den jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenken 210 in Kontakt gelangen, können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 veranlassen, wie dies in 4 dargestellt ist.
Wenn dagegen die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 eine Schwenkbewegung in Öffnungsrichtung ausführen und die Vertiefungen 231 von den jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenken 210 entfernt angeordnet sind, können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 veranlassen, wie dies in 3 dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben, können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 durch die jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 schwenkbar abgestützt werden, wobei sie zum Öffnen bzw. Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 veranlasst werden können. Es sei erwähnt, dass bei einem Stoppen bzw. Stillstand des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 aufgrund ihres Eigengewichts eine Schwenkbewegung um die jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 vertikal nach unten ausführen können, wie dies in 2 dargestellt ist.
Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 und die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 können einen lamellenartigen Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus bereitstellen, der das Öffnen bzw. Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlasst. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 können als Lamellen dienen, die in der Lamelleneinrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Die Lamellen können jeweils in Form eines länglichen plattenförmigen Elements vorliegen. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 können jeweils als Gelenk dienen, das die entsprechende der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 (der Lamellen) schwenkbar abstützt.
Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 können jeweils eine runde Stangenform aufweisen. Die beiden Enden von jedem der an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 können mit der Innenwand der Luftführung 50 gekoppelt sein. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 können an der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 angeordnet sein. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 können jeweils in einer Richtung verlaufen, die die Bewegungsrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen kreuzt, wenn sich dieses in Vorwärtsrichtung bewegt.
Gemäß der exemplarischen Ausführungsform können sich die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 jeweils in der Richtung rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen erstrecken, d.h. in Querrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 können in Längsrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen nebeneinander sowie parallel zueinander angeordnet sein.
Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 können jeweils eine entsprechende der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 in einer derartigen Weise abstützen, dass die entsprechende, an der unteren Oberfläche angeordnete Abdeckung 270 um eine zentrale Achse des an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenks 250 schwenkbar ist.
Die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 können beispielsweise eine längliche Plattenform aufweisen, die sich in Querrichtung des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen erstreckt. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 können jeweils ein Ende, d.h. ein Kopplungsende, aufweisen, das von dem entsprechenden, an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenk 250 abgestützt wird.
Bei dem anderen Ende der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 kann es sich jeweils um ein bewegliches freies Ende handeln. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 können an dem Ende (dem freien Ende), das dem mit dem Gelenk 250 an der unteren Oberfläche gekoppelten Kopplungsende gegenüberliegt, jeweils eine Vertiefung bzw. Aussparung 271 aufweisen. Die Vertiefung 271 kann von der oberen Oberfläche der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckung 270 in Richtung auf die untere Oberfläche derselben vertieft sein. Die Vertiefung 271 kann eine Tiefe aufweisen, die ungefähr gleich dem Durchmesser des an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenks 250 ist.
Faktoren, die ohne Einschränkung die Formgebung und die Positionen der Abdeckungen 270 an der unteren Oberfläche sowie der Vertiefungen 271 beinhalten, können derart eingestellt werden, dass beim Verschwenken der jeweiligen an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 um die zentrale Achse des an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenks 250 in Schließrichtung, wie in 4 dargestellt, die Vertiefung 271 der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckung 270 mit dem an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenk 250 einer benachbarten Abdeckung 270 der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 in Kontakt gelangt.
Wenn die Vertiefung 271 der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckung 270 mit dem an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenk 250 der benachbarten Abdeckung 270 an der unteren Oberfläche in Kontakt gelangt, kann die Vertiefung 271 dieses an der unteren Oberfläche angeordnete Gelenk 250 aufnehmen.
Wenn die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 eine Schwenkbewegung in der Schließrichtung ausführen, bis die Vertiefungen 271 mit den jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenken 250 in Kontakt gelangen, können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 ferner ein Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlassen, wie dies in 4 dargestellt ist. Wenn dagegen die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 eine Schwenkbewegung in Öffnungsrichtung ausführen und die Vertiefungen 271 von den jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenken 250 entfernt angeordnet sind, können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 ein Öffnen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlassen, wie dies in 3 dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben, können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 durch die jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 schwenkbar abgestützt werden, wobei sie zum Öffnen bzw. Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlasst werden können. Es sei erwähnt, dass bei einem Stoppen bzw. Stillstand des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 aufgrund ihres Eigengewichts eine Schwenkbewegung um die jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 vertikal nach unten ausführen können, wie dies in 2 dargestellt ist.
3. Arbeitsweise des Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 wird im Folgenden die Arbeitsweise des Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 gemäß der exemplarischen Ausführungsform beschrieben. In 3 und 4 sind Luftströme durch weiße Pfeile dargestellt. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 in einem Zustand, wenn der Drehflügel 70 rotationsmäßig angetrieben wird.
Wie in 3 dargestellt, kann beim vertikalen Starten, beim vertikalen Landen oder im Schwebeflug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen, wenn der Drehflügel 70 rotationsmäßig angetrieben wird, die Luft von der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 in Richtung auf die an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung 50b derselben strömen. Dabei können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 eine Schwenkbewegung um die jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210, die die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 schwenkbar abstützen, in der Öffnungsrichtung von der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a in Richtung nach unten ausführen, und zwar durch den Druck von nach unten strömender Luft sowie ihr Eigengewicht.
Folglich können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 in einen Öffnungszustand verbracht werden, so dass ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 veranlasst wird. In ähnlicher Weise können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 eine Schwenkbewegung um die jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250, die die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 schwenkbar abstützen, in der Öffnungsrichtung von der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b in Richtung nach unten ausführen, und zwar durch den Druck von nach unten strömender Luft sowie ihr Eigengewicht.
Als Folge hiervon können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 in einen Öffnungszustand verbracht werden, so dass ein Öffnen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlasst wird.
Wenn der Drehflügel 70 rotationsmäßig angetrieben wird, kann durch Verbringen der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 in den Öffnungszustand Luft über der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a durch die an der oberen Oberfläche befindliche Öffnung 50a hindurch in die Luftführung 50 strömen. Ferner kann, wenn der Drehflügel 70 rotationsmäßig angetrieben wird, durch Verbringen der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 in den Öffnungszustand die Luft in der Luftführung 50 durch die an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung 50b hindurch aus der Luftführung 50 nach außen strömen.
Beim Schwebeflug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen kann somit der Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 rasch ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a sowie der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlassen, so dass es möglich wird, das Eigengewicht des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen unter Nutzung von einem durch den Drehflügel 70 erzeugten Auftrieb zu tragen.
4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Zustands des Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen einen horizontalen Flugvorgang (Reiseflug) ausführt. Es sei erwähnt, dass 4 einen Rotations-Stoppzustand veranschaulicht, in dem die Rotation des Drehflügels 70 gestoppt ist.
Wie in 4 dargestellt, kann bei horizontalem Flug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen Luft von der Vorderseite des Flugzeugs in Richtung auf die Rückseite desselben auf der Seite einer oberen Oberfläche 30US und auf der Seite einer unteren Oberfläche 30LS des flügelförmigen Körpers 30 strömen.
Bei einer Ausführungsform kann der Körper 30 als „Flügelkörper“ dienen. In diesem Fall kann der Druck der Luft, die auf der Seite der unteren Oberfläche 30LS des Körpers 30 mit der einen Auftrieb erzeugenden Flügelform strömt, höher sein als der Druck der auf der Seite der oberen Oberfläche 30US des Körpers 30 strömenden Luft.
Beispielsweise kann es sich bei dem Druck der Luft, die auf der Seite der unteren Oberfläche 30LS des Körpers 30 strömt, um einen positiven Druck bzw. Überdruck P1 handeln, der höher ist als der Atmosphärendruck. Bei dem Druck der Luft, die auf der Seite der oberen Oberfläche 30US des Körpers 30 strömt, kann es sich um einen negativen Druck bzw. Unterdruck P2 handeln, der niedriger ist als der Atmosphärendruck. Es sei erwähnt, dass der Unterdruck P2 niedriger als der Atmosphärendruck sein kann, jedoch einen positiven Wert (Überdruck P1 > Atmosphärendruck > Unterdruck P2 > 0) aufweist.
Beim horizontalen Flug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen kann somit zwischen dem Druck auf der Seite der oberen Oberfläche 30US des Körpers 30 sowie dem Druck auf der Seite der unteren Oberfläche 30LS des Körpers 30 eine Druckdifferenz ΔP (ΔP = P1 - P2) vorhanden sein. Der Körper 30 kann die Flügelform aufweisen, die einen Auftrieb unter Nutzung einer solchen Druckdifferenz ΔP zwischen der Seite der oberen Oberfläche 30US und der Seite der unteren Oberfläche 30LS erzeugt.
In diesem Fall können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 mit einer nach oben ziehenden Kraft beaufschlagt werden, die aus dem Unterdruck der auf der Seite der oberen Oberfläche 30US des Körpers 30 strömenden Luft resultiert. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 können dadurch eine Schwenkbewegung in der Schließrichtung ausführen, um ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a zu veranlassen.
Genauer gesagt, es können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 eine Schwenkbewegung um die jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 in der Schließrichtung (d.h. in Richtung auf die Oberseite in 4) ausführen und sich der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a nähern, und zwar durch den Unterdruck der auf der Seite der oberen Oberfläche 30US des Körpers 30 strömenden Luft.
Somit können die Vertiefungen 231 der jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 mit den jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenken 210 in Kontakt gelangen. Als Folge hiervon können die Abdeckungen 230 an der oberen Oberfläche in einen Schließzustand verbracht werden, in dem ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 veranlasst wird, wie dies in 4 dargestellt ist.
Zu diesem Zeitpunkt können sich die oberen Oberflächen der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 in etwa in der gleichen Ebene wie die obere Oberfläche 30US des Körpers 30 befinden, so dass der Luftwiderstand reduziert wird. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 können jeweils an der Vorderseite der entsprechenden, an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckung 230, d.h. auf der stromaufwärtigen Seite der Luftströmung in Bezug auf die entsprechende, an der oberen Oberfläche angeordnete Abdeckung 230 positioniert sein.
Die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 können eine Schwenkbewegung in der Schließrichtung ausführen, indem sie mit einem Luftstrom beaufschlagt werden, während sie sich in dem Öffnungszustand befinden, wobei sie hierdurch ein Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlassen. Ferner können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 mit einer nach oben drückenden Kraft beaufschlagt werden, die aus dem Überdruck der auf der Seite der unteren Oberfläche 30LS des Körpers 30 strömenden Luft resultiert, so dass sie hierdurch die an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung 50b weiterhin geschlossen halten, und zwar auch nach dem Verschwenken in der Schließrichtung zum Verbringen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b in den geschlossenen Zustand.
Genauer gesagt, es können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 eine Schwenkbewegung um die jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 in der Schließrichtung (d.h. in Richtung auf die Oberseite in 4) ausführen und sich der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b nähern, und zwar durch Beaufschlagung mit dem auf der Seite der unteren Oberfläche 30LS des Körpers 30 strömenden Luftstrom. Somit können die Vertiefungen 271 der jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 mit den jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenken 250 in Kontakt gelangen.
Als Folge hiervon können die Abdeckungen 270 an der unteren Oberfläche in einen Schließzustand verbracht werden, in dem ein Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlasst wird, wie dies in 4 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt können sich die unteren Oberflächen der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 in etwa in der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche 30LS des Körpers 30 befinden, so dass der Luftwiderstand reduziert wird.
Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 können jeweils an der Vorderseite der entsprechenden, an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckung 270, d.h. auf der stromaufwärtigen Seite der Luftströmung in Bezug auf die entsprechende, an der unteren Oberfläche angeordnete Abdeckung 270 positioniert sein.
4. Zusammenfassung
Wie vorstehend beschrieben, kann das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß der exemplarischen Ausführungsform die Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 als Antriebsvorrichtung für die Vorwärtsbewegung aufweisen sowie den in den Flügel versenkten und in dem Luftkanal angeordneten Drehflügel 70 als Auftriebs-Antriebsvorrichtung aufweisen, die beim vertikalen Starten, beim vertikalen Landen sowie beim Schwebeflug genutzt werden kann.
Das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß der exemplarischen Ausführungsform kann somit einen Vorteil dahingehend aufweisen, dass die Kombination aus der Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 und dem Drehflügel 70 für den Auftrieb mit optimierten Formgebungen bereitgestellt werden kann. Im Gegensatz dazu kann bei einer bestehenden Konstruktion mit einer derartigen Kombination ein Problem dahingehend vorhanden sein, dass der Drehflügel für den Auftrieb beim horizontalen Flug (Reiseflug), bei dem sich das Flugzeug mit hoher Geschwindigkeit vorwärts bewegt, starken Luftwiderstand verursacht.
Zur Bewältigung des vorstehend genannten Problems kann, wie bei der exemplarischen Ausführungsform, der Drehflügel 70 für den Auftrieb in die Luftführung 50 des Flügelkörpers versenkt sein, um dadurch den Luftwiderstand an dem Drehflügel 70 zu reduzieren. Ferner kann beim horizontalen Flug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen, wenn die Luftführung 50 geöffnet ist, Luft in die Luftführung 50 einströmen, und die einströmende Luft kann mit einem solchen Teil, wie der Innenwand der Luftführung 50 oder dem Drehflügel 70 kollidieren, so dass ein Anstieg des Luftwiderstands verursacht wird.
Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, ein Schließen der Luftführung 50 beim horizontalen Flug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen zu veranlassen, um dadurch die in die Luftführung 50 einströmende Luft zu verringern, so dass wiederum der Luftwiderstand reduziert werden kann.
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen besitzt eine bestehende Technik eine Konfiguration mit einer Antriebsvorrichtung, wie z.B. einen Aktuator, um ein Öffnen bzw. Schließen der Luftführung 50 zu veranlassen sowie den Betrieb einer Lamelleneinrichtung, die das Öffnen oder Schließen der Luftführung 50 veranlasst, durch eine Antriebskraft der Antriebsvorrichtung zu veranlassen. Zum Erhöhen der Zuverlässigkeit des Öffnungs- und Schließmechanismus kann jedoch beispielsweise Redundanz hinsichtlich des Aktuators zu einem starken Anstieg bei dem Gewicht des Flugzeugs führen.
Zur Überwindung dieses Problems kann gemäß der exemplarischen Ausführungsform der Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 vorgesehen sein, der keinen eigenen Antrieb aufweist, wie dies vorstehend beschrieben ist. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, ein Öffnen bzw. Schließen der Luftführung 50 des Drehflügels 70 für den Auftrieb zu veranlassen, ohne dass eine solche Antriebsvorrichtung, wie etwa ein Aktuator verwendet wird, wobei ferner auch ein Anstieg beim Gewicht unterdrückt werden kann.
Genauer gesagt, es weist der Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 gemäß der exemplarischen Ausführungsform die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke 210 sowie die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 auf. Beim horizontalen Flug (Reiseflug) des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 eine Schwenkbewegung in der Schließrichtung ausführen, und zwar durch den auf der Seite der oberen Oberfläche 30US des Körpers 30 erzeugten Unterdruck, so dass ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 ohne Einsatz von Energie veranlasst werden kann.
Beim vertikalen Starten, beim vertikalen Landen oder im Schwebeflug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 eine Schwenkbewegung in der Öffnungsrichtung ausführen, und zwar aufgrund von: Druck eines Luftstroms, der in Abhängigkeit von der Rotation des Drehflügels 70 in der Luftführung 50 von der Seite der oberen Oberfläche 30US zu der Seite der unteren Oberfläche 30LS strömt; aufgrund des Eigengewichts der jeweiligen, an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230; oder von beiden. Die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 können dadurch ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 ohne Einsatz von Energie veranlassen.
Mit einer derartigen Konfiguration können beim horizontalen Flug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 veranlassen. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Luftwiderstands des als Flügelkörper dienenden Körpers 30. Beim vertikalen Starten, beim vertikalen Landen oder im Schwebeflug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen können die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 ohne Einsatz von Energie ein rasches Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a veranlassen.
Somit kann das Eigengewicht des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen durch den Auftrieb getragen werden, der von dem Drehflügel 70 erzeugt wird. Auf diese Weise kann ein äußerst zuverlässiger Öffnungs- und Schließmechanismus 200 ohne eigenen Antrieb bereitgestellt werden.
Darüber hinaus kann somit die zum Öffnen und Schließen der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 ausgebildete Antriebsvorrichtung, wie z.B. ein Aktuator, weggelassen werden, womit das Problem eines Anstiegs beim Gewicht aufgrund der Redundanz der Antriebsvorrichtung gelöst ist. Als Folge hiervon kann ein Gewichtsanstieg bei dem Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen unterdrückt werden, während zugleich das Öffnen und Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung 50a der Luftführung 50 jeweils ohne Einsatz von Energie ermöglicht wird.
Weiterhin kann der Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 gemäß der exemplarischen Ausführungsform die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 sowie die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 aufweisen. Beim horizontalen Flug (Reiseflug) des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 eine Schwenkbewegung in der Schließrichtung ausführen, und zwar durch den auf der Seite der unteren Oberfläche 30LS des Körpers 30 erzeugten Überdruck, und die Abdeckungen 270 können dadurch ein Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 ohne Einsatz von Energie veranlassen.
Beim vertikalen Starten, beim vertikalen Landen oder im Schwebeflug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 eine Schwenkbewegung in der Öffnungsrichtung ausführen, und zwar aufgrund von: Druck eines Luftstroms, der in Abhängigkeit von der Rotation des Drehflügels 70 in der Luftführung 50 von der Seite der oberen Oberfläche 30US zu der Seite der unteren Oberfläche 30LS strömt; aufgrund des Eigengewichts der jeweiligen, an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen; oder von beiden. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 können dadurch ein Öffnen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 ohne Verwendung von Energie veranlassen.
Mit einer derartigen Konfiguration können beim horizontalen Flug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 ein Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 veranlassen. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Luftwiderstands des als Flügelkörper dienenden Körpers 30.
Beim vertikalen Starten, beim vertikalen Landen oder im Schwebeflug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen können die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 ohne Einsatz von Energie ein rasches Öffnen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b veranlassen. Somit kann das Eigengewicht des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen durch den von dem Drehflügel 70 erzeugten Auftrieb getragen werden.
Auf diese Weise kann ein äußerst zuverlässiger Öffnungs- und Schließmechanismus ohne eigenen Antrieb bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann somit die zum Öffnen und Schließen der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 ausgebildete Antriebsvorrichtung, wie z.B. ein Aktuator, weggelassen werden, womit das Problem eines Anstiegs beim Gewicht aufgrund der Redundanz der Antriebsvorrichtung gelöst ist.
Als Folge hiervon kann ein Gewichtsanstieg bei dem Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen unterdrückt werden, während gleichzeitig das Öffnen und Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung 50b der Luftführung 50 jeweils ohne Einsatz von Energie ermöglicht wird.
Ferner kann das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß der exemplarischen Ausführungsform die Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 getrennt von der Auftriebs-Antriebsvorrichtung, d.h. dem Drehflügel 70 für den Auftrieb, aufweisen. Mit dieser Konfiguration können eine Antriebsvorrichtung für die Vorwärtsbewegung und eine Antriebsvorrichtung für den Auftrieb genutzt werden, die für ihre jeweiligen Anwendungen optimiert sind.
Durch das Ausstatten des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen mit der Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 können ferner beim Horizontalflug des Flugzeugs 10 zum vertikalen Starten und Landen der auf der Seite der oberen Oberfläche 30US des Körpers 30 erzeugte Unterdruck sowie der auf der Seite der unteren Oberfläche 30LS des Körpers 30 erzeugte Überdruck im Vergleich zu einem Fall erhöht werden, in dem die Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 nicht vorhanden ist. Als Folge hiervon ist es möglich, die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen 230 sowie die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 in einfacher Weise von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand zu verbringen.
Darüber hinaus kann das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen gemäß der exemplarischen Ausführungsform den Elektromotor 130 aufweisen, der zum rotationsmäßigen Antreiben des Drehflügels 70 für den Auftrieb ausgebildet ist. Mit dieser Konfiguration kann das System im Vergleich zu einem Fall vereinfacht werden, in dem z.B. eine Auftriebs-Düsenvorrichtung als Energiequelle für das vertikale Starten und vertikale Landen verwendet wird.
Vorstehend sind zwar einige exemplarische Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben worden, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen beschränkt. Es versteht sich, dass von Fachleuten Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass man den Umfang verlässt, wie dieser durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Die Erfindung soll solche Modifikationen und Änderungen in ihrem technischen Umfang mit umfassen.
Die vorstehende exemplarische Ausführungsform ist unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben worden, bei dem der Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 und die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 aufweist; dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke 250 und die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen 270 müssen nicht unbedingt vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Luftführungs-Öffnungs- und Schließmechanismus 200 kein Gelenk 250 an der unteren Oberfläche oder keine Abdeckung 270 an der unteren Oberfläche aufweisen.
Die vorstehende exemplarische Ausführungsform ist unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben worden, bei dem das Flugzeug 10 zum vertikalen Starten und Landen die Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 aufweist; dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Die Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung muss nicht unbedingt vorhanden sein.
Beispielsweise kann keine Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung vorhanden sein, und die Richtung eines Teils der Drehflügel 70 (der Drehflügel für den Auftrieb), die für das vertikale Starten und das vertikale Landen vorgesehen sind, kann variabel sein. Mit einer derartigen Konfiguration können die für das vertikale Starten und das vertikale Landen vorgesehenen Drehflügel 70 (die Drehflügel für den Auftrieb) auch als Antriebsvorrichtung für die Vorwärtsbewegung (Drehflügel für die Vorwärtsbewegung) genutzt werden.
Die vorstehende exemplarische Ausführungsform ist unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben worden, bei dem die Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung 90 ein Strahltriebwerk aufweist; dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Solange die Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung Antriebskraft zum Veranlassen einer Vorwärtsbewegung des Flugzeugs zum vertikalen Starten und Landen erzeugt, kann es sich bei der Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung auch um eine beliebige andere Vorrichtung, beispielsweise einen Drehflügel, handeln. In diesem Fall kann ein Elektromotor als Energiequelle vorhanden sein, um den Drehflügel für die Vorwärtsbewegung rotationsmäßig anzutreiben. Mit dieser Konfiguration kann das Flugzeugzellengewicht im Vergleich zu einem Fall reduziert werden, in dem z.B. eine Auftriebs-Düsenvorrichtung als Energiequelle für die Vorwärtsbewegung verwendet wird.
Die vorstehende exemplarische Ausführungsform ist unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben worden, bei dem der Elektromotor 130 in der Luftführung 50 als Energiequelle angeordnet ist, die zum Veranlassen der Rotationsbewegung des Drehflügels 70 ausgebildet ist; dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Beispielsweise kann auch eine Auftriebs-Düsenvorrichtung anstelle des Elektromotors 130 als Energiequelle vorgesehen werden.
Bezugszeichenliste

10: Flugzeug zum vertikalen Starten und Landen
30: Körper
30LS: untere Oberfläche
30US: obere Oberfläche
50: Luftführung
50a: an der oberen Oberfläche befindliche Öffnung
50b: an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung
70: Drehflügel
71: Nabe
73: Flügelblätter
90: Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung
110: Träger
130: Elektromotor
200: Schließmechanismus
210: an der oberen Oberfläche angeordnetes Gelenk
230: an der oberen Oberfläche angeordnete Abdeckung
231: Vertiefung
250: an der unteren Oberfläche angeordnetes Gelenk
270: an der unteren Oberfläche angeordnete Abdeckung
271: Vertiefung
P1: Überdruck
P2: Unterdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/103774 A1 [0002, 0014]

Claims

Flugzeug (10) zum vertikalen Starten und Landen, das Folgendes aufweist: - einen Flügelkörper (30) mit einer oberen Oberfläche (30US) und einer unteren Oberfläche (30LS); - eine Luftführung (50), die von der oberen Oberfläche (30US) zu der unteren Oberfläche (30LS) durch den Flügelkörper (30) verläuft, wobei die Luftführung (50) eine an der oberen Oberfläche befindliche Öffnung (50a), die an der oberen Oberfläche (30US) positioniert ist, sowie eine an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung (50b), die an der unteren Oberfläche (30LS) positioniert ist, aufweist; - einen Drehflügel (70), der im Inneren der Luftführung (50) angeordnet ist, - zwei oder mehr an der oberen Oberfläche angeordnete Gelenke (210), die an der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) angeordnet sind, wobei sich die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke (210) in einer Richtung erstrecken, die eine Bewegungsrichtung des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen kreuzt, wenn sich dieses in Vorwärtsrichtung bewegt; und - zwei oder mehr an der oberen Oberfläche angeordnete Abdeckungen (230), die durch die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke (210) jeweils schwenkbar gelagert sind, wobei die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) dazu ausgebildet sind, ein Öffnen bzw. Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) zu veranlassen, wobei die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) dazu ausgebildet sind, bei Vorwärtsbewegung des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in Schließrichtung aufgrund eines Unterdrucks, der auf der Seite der oberen Oberfläche des Flügelkörpers (30) erzeugt wird, auszuführen und dadurch ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) zu veranlassen, und wobei die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) dazu ausgebildet sind, beim Schwebeflug des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in Öffnungsrichtung aufgrund des Drucks eines Luftstroms, des jeweiligen Eigengewichts der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230), oder von beiden, auszuführen und dadurch ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) zu veranlassen, wobei der Luftstrom in der Luftführung (50) in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung des Drehflügels (70) von der Seite der oberen Oberfläche zu der Seite der unteren Oberfläche strömt.
Flugzeug (10) zum vertikalen Starten und Landen nach Anspruch 1, das ferner Folgendes aufweist: - zwei oder mehr an der unteren Oberfläche angeordnete Gelenke (250), die an der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung (50b) der Luftführung (50) angeordnet sind, wobei sich die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke (250) in einer Richtung erstrecken, die die Bewegungsrichtung des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen kreuzt, wenn sich dieses in Vorwärtsrichtung bewegt; und - zwei oder mehr an der unteren Oberfläche angeordnete Abdeckungen (270), die durch die an der unteren Oberfläche angeordneten Gelenke (250) jeweils schwenkbar gelagert sind, wobei die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen (270) dazu ausgebildet sind, ein Öffnen bzw. Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung (50b) der Luftführung (50) zu veranlassen, wobei die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen (270) dazu ausgebildet sind, bei Vorwärtsbewegung des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in Schließrichtung durch Beaufschlagung mit einem Luftstrom in einem geöffneten Zustand derselben auszuführen und dadurch ein Schließen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung (50b) der Luftführung (50) zu veranlassen, wobei die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen (270) dazu ausgebildet sind, die an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung (50b) der Luftführung (50) aufgrund von Überdruck, der auf der Seite der unteren Oberfläche des Flügelkörpers (30) erzeugt wird, auch nach dem Verschwenken in der Schließrichtung im geschlossenen Zustand zu halten, und wobei die an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen (270), dazu ausgebildet sind, beim Schwebeflug des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in Öffnungsrichtung aufgrund des Drucks eines Luftstroms, des jeweiligen Eigengewichts der an der unteren Oberfläche angeordneten Abdeckungen (270), oder von beiden, auszuführen und dadurch ein Öffnen der an der unteren Oberfläche befindlichen Öffnung (50b) der Luftführung (50) zu veranlassen, wobei der Luftstrom in der Luftführung (50) in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung des Drehflügels (70) von der Seite der oberen Oberfläche zu der Seite der unteren Oberfläche strömt.
Flugzeug (10) zum vertikalen Starten und Landen nach Anspruch 1 oder 2, das ferner eine Vorwärtsbewegungs-Antriebsvorrichtung (90) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Vorwärtsbewegung des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen zu ermöglichen.
Flugzeug (10) zum vertikalen Starten und Landen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner einen Elektromotor (130) aufweist, wobei zumindest der Drehflügel (70) dazu ausgebildet ist, durch den Elektromotor (130) angetrieben zu werden.
Flügelvorrichtung zur Anordnung in einem Flugzeug (10) zum vertikalen Starten und Landen, wobei die Flügelvorrichtung Folgendes aufweist: - einen Flügelkörper (30) mit einer oberen Oberfläche (30US) und einer unteren Oberfläche (30LS); - eine Luftführung (50), die von der oberen Oberfläche (30US) zu der unteren Oberfläche (30LS) durch den Flügelkörper (30) verläuft, wobei die Luftführung (50) eine an der oberen Oberfläche befindliche Öffnung (50a), die an der oberen Oberfläche (30US) positioniert ist, sowie eine an der unteren Oberfläche befindliche Öffnung (50b), die an der unteren Oberfläche (30LS) positioniert ist, aufweist; - einen Drehflügel (70), der im Inneren der Luftführung (50) angeordnet ist, - zwei oder mehr an der oberen Oberfläche angeordnete Gelenke (210), die an der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) angeordnet sind, wobei sich die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke (210) in einer Richtung erstrecken, die eine Bewegungsrichtung des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen kreuzt, wenn sich dieses in Vorwärtsrichtung bewegt; und - zwei oder mehr an der oberen Oberfläche angeordnete Abdeckungen (230), die durch die an der oberen Oberfläche angeordneten Gelenke (210) jeweils schwenkbar gelagert sind, wobei die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) dazu ausgebildet sind, ein Öffnen bzw. Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) zu veranlassen, wobei die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) dazu ausgebildet sind, bei Vorwärtsbewegung des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in Schließrichtung aufgrund eines Unterdrucks, der auf der Seite der oberen Oberfläche des Flügelkörpers (30) erzeugt wird, auszuführen und dadurch ein Schließen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) zu veranlassen, und wobei die an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230) dazu ausgebildet sind, beim Schwebeflug des Flugzeugs (10) zum vertikalen Starten und Landen eine Schwenkbewegung in Öffnungsrichtung aufgrund des Drucks eines Luftstroms, des jeweiligen Eigengewichts der an der oberen Oberfläche angeordneten Abdeckungen (230), oder von beiden, auszuführen und dadurch ein Öffnen der an der oberen Oberfläche befindlichen Öffnung (50a) der Luftführung (50) zu veranlassen, wobei der Luftstrom in der Luftführung (50) in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung des Drehflügels (70) von der Seite der oberen Oberfläche zu der Seite der unteren Oberfläche strömt.