DE102023108980B3 - Flugzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Flugzeug (10), umfassend einen Flugzeugrumpf (12), ein vorderes Flügelpaar (26) umfassend einen vorderen linken Flügel (30) und einen vorderen rechten Flügel (32), wobei der vordere linke Flügel (30) und der vordere rechte Flügel (32) drehbar am Flugzeugrumpf (12) befestigt sind, ein hinteres Flügelpaar (28) umfassend einen hinteren linken Flügel (34) und einen hinteren rechten Flügel (36), wobei der hintere linke Flügel (34) und der hintere rechte Flügel (36) drehbar am Flugzeugrumpf (12) befestigt sind, ein linkes Winglet (38), welches zwischen dem vorderen linken Flügel (30) und dem hinteren linken Flügel (34) angeordnet ist und drehbar mit dem vorderen linken Flügel (30) und/oder dem hinteren linken Flügel (34) verbunden ist, und ein rechtes Winglet (40), welches zwischen dem vorderen rechten Flügel (32) und dem hinteren rechten Flügel (36) angeordnet ist und drehbar mit dem vorderen rechten Flügel (32) und/oder dem hinteren rechten Flügel (36) verbunden ist, wobei sämtliche Drehachsen (DVL, DVR, DHL, DHR, DAL, DAR) parallel zu einer Flugzeughochachse (L) verlaufen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeug.
• Im Rahmen der folgenden Beschreibung soll unter einem Flugzeug insbesondere ein Segelflugzeug verstanden werden, wobei eine Ausgestaltung des Flugzeugs als ein Motorsegler oder als ein Motorflugzeug nicht ausgeschlossen ist. Dabei muss das Flugzeug nicht zwangsläufig bemannt sein, vielmehr kann das Flugzeug auch als Drohne ausgestaltet sein.
• Zum relevanten Stand der Technik wird auf die DE 10 2019 003 739 B3 , die US 4 365 773 A , die US 5 899 410 A , die US 2019 / 0 382 115 A1 und die US 6 474 604 B1 verwiesen.
• Ein Streckensegelflug kann im Wesentlichen in Kreisflüge, auch Kurvenflug genannt, und Bahnneigungsflüge eingeteilt werden. Bei einem Kreisflug ist man bestrebt, Aufwindfelder zu nutzen, um das Flugzeug auf möglichst große Höhen zu bringen. Diese Aufwinde werden häufig auch als Thermik bezeichnet. Derartige Aufwindfelder sind häufig örtlich begrenzt und können sich beispielsweise über Grenzflächen ausbilden, an denen dunkle Landschaftsabschnitte wie Acker oder Wälder in hellere Landschaftsabschnitte wie Sandflächen, Schneeflächen, unbewachsene Flächen, Felsen, Waldlichtungen, Industriegelände, große Gleisanlagen, Brachflächen oder dergleichen übergehen. Aufwindfelder können auch von Berghängen induziert werden, über welche ein Wind weht. Um das Segelflugzeug in den Aufwindfeldern zu halten, wird das Segelflugzeug in kreis- oder spiralförmigen Flugbahnen geflogen, daher der Name Kreisflug. Größere Strecken über Grund werden im Kreisflug nicht zurückgelegt.
• Hat das Segelflugzeug eine ausreichend große Höhe erreicht, geht man in den Bahnneigungsflug über. Im Bahnneigungsflug wird die Höhe in Strecke umgesetzt und man ist bestrebt, die Strecke möglichst schnell zurückzulegen, weshalb die Flugbahn möglichst linear ist. Die Höhe nimmt im Bahnneigungsflug üblicherweise deutlich ab.
• Um das Segelflugzeug innerhalb des Aufwindfeldes halten zu können, darf im Kreisflug der Radius der Flugbahn nicht zu groß sein. Je geringer der Radius der Flugbahn und je höher die Geschwindigkeit des Segelflugzeugs ist, desto größer muss das Segelflugzeug um die Flugzeuglängsachse geneigt werden, um der mit abnehmendem Radius steigenden Zentrifugalkraft eine entsprechend hohe Zentripetalkraft entgegensetzen zu können. Mit zunehmender Neigung allerdings nimmt die projizierte Flügelfläche, an welcher der Aufwind angreifen kann, ab. Der nutzbare Auftrieb verringert sich daher, weshalb die Steigleistung entsprechend gering bleibt.
• Um trotz hoher Neigung eine hohe projizierte Flügelfläche bereitstellen zu können, können die Spannweiten der Flügel erhöht werden. Hochleistungssegelflugzeuge der offenen Klasse verfügen über Spannweiten von bis zu 30 m.
• Derartige Flügelkonstruktionen mit freien Flügelenden führen zu einem relativ hohen induzierten Widerstand, der auf die Flügel, auch als Tragflächen bezeichnet, wirkt. Zwar kann mit Winglets dieser induzierte Widerstand vermindert werden, Wirbelzöpfe im gesamten Tragflügelbereich und an den Flügelenden sind aber immer noch vorhanden. Mit zunehmender Geschwindigkeit und mit infolgedessen zunehmender auf die Flügel wirkender Strömungsgeschwindigkeit kommt es zu einer Zunahme des unerwünschten induzierten Widerstands, der zu einer Abnahme der Gleitzahl führt.
• Mit zunehmender Spannweite und zunehmender Strömungsgeschwindigkeit steigt zudem die Neigung zu einem Flattern der Flügel. Unter Flattern versteht man ein unkontrolliertes Schwingen der Flügel im Bereich der freien Flügelenden. Infolgedessen sind der maximalen Geschwindigkeit, mit welcher ein Segelflugzeug geflogen werden kann, Grenzen gesetzt. Die maximale Geschwindigkeit von Segelflugzeugen liegt zum Zeitpunkt des Verfassens der vorliegenden Offenbarung bei ca. 280 km/h.
• Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein Flugzeug, insbesondere ein Segelflugzeug oder einen Motorsegler vorzuschlagen, mit welchem die oben genannten Nachteile verringert werden können. Insbesondere soll ein Flugzeug geschaffen werden, welches im Kreisflug eine im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Segelflugzeugen erhöhte Steigleistung bereitstellt sowie im Bahnneigungsflug mit höheren Geschwindigkeiten und höheren Gleitzahlen geflogen werden kann.
• Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Flugzeug, umfassend
• - einen Flugzeugrumpf,
  • ◯ der eine Flugzeuglängsachse definiert,
  • ◯ und
  • ◯ an welchem eine Seitenflosse mit einem Seitenruder angeordnet ist,
• - ein vorderes Flügelpaar umfassend einen vorderen linken Flügel und einen vorderen rechten Flügel, wobei der vordere linke Flügel und der vordere rechte Flügel um jeweils eine Drehachse drehbar am Flugzeugrumpf befestigt sind,
• - ein hinteres Flügelpaar umfassend einen hinteren linken Flügel und einen hinteren rechten Flügel, wobei der hintere linke Flügel und der hintere rechte Flügel um jeweils eine Drehachse drehbar am Flugzeugrumpf befestigt sind,
• - ein linkes Winglet, welches
  • ◯ zwischen dem vorderen linken Flügel und dem hinteren linken Flügel angeordnet ist und
  • ◯ um eine Drehachse drehbar mit dem vorderen linken Flügel und/oder dem hinteren linken Flügel verbunden ist,
• - ein rechtes Winglet, welches
  • ◯ zwischen dem vorderen rechten Flügel und dem hinteren rechten Flügel angeordnet ist und
  • ◯ um eine Drehachse drehbar mit dem vorderen rechten Flügel und/oder dem hinteren rechten Flügel verbunden ist,
• - wobei sämtliche Drehachsen parallel zu einer Flugzeughochachse verlaufen, und
• - eine Verstelleinrichtung, mit welcher das vordere Flügelpaar und das hinter Flügelpaar zwischen einer ersten Drehstellung und einer zweiten Drehstellung in Bezug auf die Flugzeuglängsachse verstellbar ist.
• Das vordere Flügelpaar weist eine veränderbare positive Pfeilung auf, während das hintere Flügelpaar eine negative Pfeilung aufweist. Aufgrund der vorschlagsgemäßen Gestaltung des ersten Flügelpaares und des zweiten Flügelpaares lassen sich folgende Vorteile erreichen:
• Unter einem Winglet könnte im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein separates Teil der Flügel verstanden werden, das im Wesentlichen parallel zur Flugzeughochachse oder zumindest hauptsächlich parallel zur Flugzeughochachse verläuft. Alternativ können die Winglets auch vom ersten Flügelpaar oder dem zweiten Flügelpaar gebildet werden und sind somit kein separates Teil, sondern in die betreffenden Flügel integriert.
• Aufgrund der Tatsache, dass das vordere Flügelpaar und das hintere Flügelpaar jeweils mit einem Winglet verbunden sind, wird der induzierte Widerstand, der an freien Flügelenden entstehen kann, gering gehalten. Zudem bewirken die Winglets, dass das erste Flügelpaar und das zweite Flügelpaar bezogen auf die Flugzeughochachse mit einem Abstand zueinander angeordnet sind. Wie oben erwähnt, weisen das vordere Flügelpaar eine positive Pfeilung und das hintere Flügelpaar eine negative Pfeilung auf. Vom Bug aus entlang der Flugzeuglängsachse des Flugzeugs betrachtet ist das hintere Flügelpaar zumindest überwiegend hinter dem vorderen Flügelpaar angeordnet. Aufgrund des von den Winglets erzeugten Abstands entlang der Flugzeughochachse ist das hintere Flügelpaar nicht direkt im Strömungsfeld des vorderen Flügelpaars angeordnet. Es bietet sich dabei an, das hintere Flügelpaar oberhalb des vorderen Flügelpaares anzuordnen, wobei eine umgekehrte Anordnung auch denkbar wäre. Der Abstand der beiden Flügelpaare entlang der Flugzeughochachse beträgt dabei mindestens 1 m, idealerweise zwischen 1,3 und 1,7 m. Dadurch, dass das hintere Flügelpaar außerhalb des Strömungsfeldes oder zumindest nicht direkt im Strömungsfeld des ersten Flügelpaars angeordnet ist, stören sich die beiden Flügelpaare nicht oder nur unwesentlich, so dass beide Flügelpaare ihre maximale oder nahezu ihre Auftriebsleistung entfalten können.
• Die erste Drehstellung kann beispielsweise wie folgt definiert sein: Die Pfeilung des vorderen Flügelpaars und des hinteren Flügelpaares sind in der ersten Drehstellung minimal und die Flügelspannweite, also der Abstand zwischen den maximal außen liegenden Punkten der beiden Flügelpaare, maximal. Bei der zweiten Drehstellung ist die Pfeilung des vorderen Flügelpaares und des hinteren Flügelpaares maximal und die Flügelspannweite minimal.
• Im Kreisflug werden das erste Flügelpaar und das zweite Flügelpaar unter Verwendung der Verstelleinrichtung in die erste Drehstellung gebracht. Aufgrund der maximalen Flügelspannweite ist die projizierte Flügelfläche, welche für den Aufwind genutzt werden kann, ebenfalls maximal. Gleichzeitig ist der Stirnwiderstand des ersten Flügelpaares und des zweiten Flügelpaares maximal, wodurch die maximale Geschwindigkeit des Flugzeugs im Vergleich zur zweiten Drehstellung verringert wird. Aufgrund der relativ langsamen Geschwindigkeit können relativ enge Kurvenradien bei vergleichsweise geringer Neigung um die Flugzeuglängsachse geflogen werden. Aufgrund der geringen Neigung nimmt die projizierte Flügelfläche nur geringfügig ab. Die Steigleistung sinkt daher weniger stark ab.
• Im Bahnneigungsflug werden das erste Flügelpaar und das zweite Flügelpaar unter Verwendung der Verstelleinrichtung in die zweite Drehstellung gebracht. Der Stirnwiderstand sinkt, weshalb die maximale Geschwindigkeit weniger stark begrenzt wird als in der ersten Drehstellung.
• Aufgrund der mechanischen Verbindung zwischen dem vorderen Flügelpaar und dem hinteren Flügelpaar einerseits mittels des Flugzeugrumpfs und andererseits mittels des Winglets wird eine geschlossene Struktur ohne freie Flügelenden geschaffen. Hieraus ergibt sich eine gegenüber herkömmlichen Flügelkonstruktionen mit freien Flügelenden eine erhöhte Biegesteifigkeit mit einer deutlich verminderten Tendenz zum Flattern. Folglich kann das Flugzeug mit erhöhter Geschwindigkeit im Bahnneigungsflug geflogen werden.
• Im Flugzeugrumpf kann ein Personenaufnahmeabschnitt angeordnet sein, in welchem zumindest eine Person aufgenommen werden kann. In diesem Fall ist dort typischerweise das Cockpit angeordnet, welches von einem Piloten bedient werden kann. Es ist aber auch möglich, das Flugzeug als Drohne oder dergleichen auszugestalten, bei welcher keine Personen befördert werden.
• Erfindungsgemäß weist die Verstelleinrichtung zumindest ein Verstellglied auf, welches entlang der Flugzeuglängsachse verschiebbar ist und welches mit dem vorderen Flügelpaar oder dem hinteren Flügelpaar zum Verändern der Drehstellung zusammenwirkt.
• Der hierzu notwendige mechanische Aufwand ist vergleichsweise gering, wobei beispielsweise eine entlang der Flugzeuglängsachse verlaufende Spindel verwendet werden kann. Wird die Spindel gedreht, wird das Verstellglied ebenfalls entlang der Flugzeuglängsachse verschoben. Das vordere oder hintere Flügelpaar kann rumpfseitig mit dem Verstellglied drehbar verbunden sein. Aufgrund der Verschiebung des mit dem Verstellglied verbundenen Flügelpaars wird die Drehstellung sowohl des ersten Flügelpaars als auch des zweiten Flügelpaars entsprechend geändert. Es können auch zwei Verstellglieder vorgesehen sein, von denen ein erstes mit dem vorderen Flügelpaar und ein zweites mit dem hinteren Flügelpaar verbunden ist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, das vordere und das hintere Flügelpaar unter Beibehaltung der ersten oder zweiten Drehstellung entlang der Flugzeuglängsachse des Flugzeugs zu verschieben. Infolgedessen lässt sich der Schwerpunkt des Flugzeugs entlang der Flugzeuglängsachse verschieben, was beispielsweise zum Trimmen genutzt werden kann.
• Erfindungsgemäß weist
• - der Flugzeugrumpf
  • ◯ einen ersten Rumpfabschnitt, in welchem der Personenaufnahmeabschnitt angeordnet ist und
  • ◯ einen zweiten Rumpfabschnitt auf, an welchem die Seitenflosse befestigt ist, wobei
• - der zweite Rumpfabschnitt mittels der Verstelleinrichtung entlang der Flugzeuglängsachse relativ zum ersten Rumpfabschnitt verschoben werden kann, und
• - der hintere linke Flügel und der hintere rechte Flügel drehbar an der Seitenflosse befestigt sind und das Verstellglied vom zweiten Rumpfabschnitt gebildet wird.
• Die Seitenflosse wird erfindungsgemäß gleichzeitig als Befestigungselement des hinteren Flügelpaars am Rumpf verwendet, so dass auf zusätzliche Befestigungselemente verzichtet werden kann. Hierdurch kann Gewicht eingespart und ein entsprechender Strömungswiderstand vermieden werden. Der zweite Rumpfabschnitt kann teleskopartig im ersten Rumpfabschnitt gelagert sein. Hierdurch lässt sich ein aerodynamisch günstiger Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Rumpfabschnitt bereitstellen, wobei sich der aerodynamische Widerstand am Übergang infolge einer Verschiebung des zweiten Rumpfabschnitts relativ zum ersten Rumpfabschnitt nicht ändert.
• Bei einer weitergebildeten Ausführungsform können
• - am vorderen Flügelpaar eine erste Klappenanordnung und
• - am zweiten Flügelpaar eine zweite Klappenanordnung angeordnet sein.
• Die erste Klappenanordnung umfasst dabei zumindest eine linke vordere Klappe und eine rechte vordere Klappe. Die zweite Klappenanordnung umfasst dabei zumindest eine linke hintere Klappe und eine rechte hintere Klappe.
• Wie erwähnt, ist das hintere Flügelpaar vom Bug aus entlang der Flugzeuglängsachse des Flugzeugs gesehen hinter dem vorderen Flügelpaar angeordnet. Aufgrund des Abstands zur Flugzeugquerachse kann mit der ersten Klappenanordnung und/oder der zweiten Klappenanordnung ein Drehmoment um die Flugzeugquerachse erzeugt werden. Folglich können beispielsweise die zweite Klappenanordnung nach Art eines Höhenruders und die erste Klappenanordnung nach Art eines Querruders oder umgekehrt ausgebildet sein. In beiden Fällen kann auf ein separates Höhenruder, die Teil beispielsweise eines klassischen Kreuz- oder T-Leitwerks sind, verzichtet werden. Der vom Höhenruder verursachte Widerstand fällt daher weg, weshalb insbesondere die Gleitzahl erhöht wird.
• Bei einer weiteren Ausführungsform können
• - die erste Klappenanordnung
  • ◯ eine linke vordere innere Klappe,
  • ◯ eine rechte vordere innere Klappe,
  • ◯ eine linke vordere äußere Klappe und
  • ◯ eine rechte vordere äußere Klappe, und
• - die zweite Klappenanordnung
  • ◯ eine linke hintere innere Klappe,
  • ◯ eine rechte hintere innere Klappe,
  • ◯ eine linke hintere äußere Klappe und
  • o eine rechte hintere äußere Klappe aufweisen.
• Die jeweiligen Klappen der ersten und zweiten Klappenanordnung können separat nach oben oder unten und in unterschiedlichen Winkeln ausgefahren werden. Hiermit lassen sich beispielsweise hohe Widerstände und hohe Auftriebe erzeugen, wodurch das Flugzeug gebremst wird. Aufgrund von gezielt hergestellten Auftriebsasymmetrien kann der Kreisflug mit geringer Neigung durchgeführt werden, wodurch Aufwinde besonders effektiv genutzt werden können, um Höhe zu gewinnen. Das Flugzeug weist somit eine hohe Steigleistung auf.
• Eine weitergebildete Ausführungsform kann sich dadurch auszeichnen, dass das Flugzeug ein Triebwerk umfasst. Zwar gelten die zuvor erörterten Ausführungen insbesondere für ein Segelflugzeug, allerdings profitiert auch ein mit einem Triebwerk ausgestattetes Flugzeug, insbesondere ein Düsen- oder Motorflugzeug oder insbesondere ein Motorsegler, genauso von der vorschlagsgemäßen Flügelanordnung. Insbesondere kann der Energieverbrauch des Triebwerks mit der vorschlagsgemäßen Flügelanordnung im Vergleich zu klassischen Flügelanordnungen verringert werden.
• Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform kann das Triebwerk einen Propeller umfassen. Triebwerke mit Propeller haben sich als effizient und zuverlässig erwiesen, insbesondere bei kleineren Flugzeugen.
• Bei einer weiteren Ausführungsform kann es sich anbieten, dass das Triebwerk zwischen einer Ruhestellung, in welcher das Triebwerk in den Flugzeugrumpf eingebracht ist, und einer Gebrauchsstellung bewegbar ist, in welcher sich das Triebwerk außerhalb des Flugzeugrumpfs befindet. In dieser Ausführungsform lässt sich das Triebwerk als eine Starthilfe verwenden, so dass das Flugzeug auch ohne eine Seilwinde starten kann. Hierzu wird das Triebwerk in die Gebrauchsstellung gestellt. Hat das Segelflugzeug eine bestimmte Höhe erreicht, kann das Triebwerk in die Ruhestellung gestellt werden, in welcher es keinen oder keinen nennenswerten Strömungswiderstand mehr erzeugt. Dann kann das Flugzeug wie oben beschrieben ohne zusätzliche Energiequelle als Segelflugzeug geflogen werden. Das Triebwerk kann aber auch dann wieder in die Gebrauchsstellung gestellt und in Betrieb genommen werden, wenn keine ausreichende Thermik vorhanden und der nächste Flugplatz noch weit entfernt ist. Eine Außenlandung kann somit verhindert werden.
• Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
• 1A ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flugzeugs anhand einer prinzipiellen Draufsicht,
• 1B das in 1A dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Vorderansicht,
• 1C das in 1A dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Seitenansicht,
• 2A das in 1A dargestellte Ausführungsbeispiel, bei welchem sich das erste Flügelpaar und das zweite Flügelpaar in einer ersten Drehstellung befinden,
• 2B das in 1A dargestellte Ausführungsbeispiel, bei welchem sich das erste Flügelpaar und das zweite Flügelpaar in einer zweiten Drehstellung befinden, jeweils anhand einer vereinfachten prinzipiellen Draufsicht,
• 3A das in 1A dargestellte Ausführungsbeispiel anhand einer prinzipiellen Draufsicht, in welcher sich die erste Klappenanordnung und die zweite Klappenanordnung in einer ersten Klappenstellung befinden,
• 3B das in 3A dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Vorderansicht,
• 3C das in 3A dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Seitenansicht,
• 3D das in 1A dargestellte Ausführungsbeispiel anhand einer prinzipiellen Draufsicht, in welcher sich die erste Klappenanordnung und die zweite Klappenanordnung in einer zweiten Klappenstellung befinden,
• 3E das in 3D dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Vorderansicht,
• 3F das in 3D dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Seitenansicht,
• 4 eine prinzipielle Darstellung der Kräfte, welche in der ersten Klappenstellung auf das Flugzeug wirken,
• 5A ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugs anhand einer prinzipiellen Seitenansicht, wobei sich das Triebwerk in einer Ruhestellung befindet,
• 5B das in 5A dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Seitenansicht, wobei sich das Triebwerk in einer Gebrauchsstellung befindet,
• 6A ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugs anhand einer prinzipiellen Draufsicht,
• 6B das in 6A dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Seitenansicht,
• 7A ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugs anhand einer prinzipiellen Draufsicht, und
• 7B das in 7A dargestellte Flugzeug anhand einer prinzipiellen Seitenansicht.
• In den 1A bis 1C ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flugzeugs 10₁ anhand von verschiedenen Darstellungen gezeigt. Das Flugzeug 10₁ umfasst einen Flugzeugrumpf 12, der eine Flugzeuglängsachse L definiert. Jeweils senkrecht hierzu verlaufen die Flugzeugquerachse Q und die Flugzeughochachse H (siehe 1B).
• Der Flugzeugrumpf 12 ist in einen ersten Rumpfabschnitt 14 und einen zweiten Rumpfabschnitt 16 unterteilt. Im ersten Rumpfabschnitt 14 ist ein Personenaufnahmeabschnitt 18 angeordnet, in welchem zumindest eine Person Platz nehmen kann. An dieser Stelle soll angemerkt werden, dass das Flugzeug 10 als ein unbemanntes Flugzeug 10 (nicht dargestellt) ausgebildet sein kann, insbesondere als Drohne. Der Personenaufnahmeabschnitt 18 kann dann entfallen.
• Am zweiten Rumpfabschnitt 16 ist eine Seitenflosse 20 angeordnet, an welcher ein Seitenruder 22 befestigt ist. Die Seitenflosse 20 kann als ein separates Bauteil ausgestaltet sein oder vom zweiten Rumpfabschnitt 16 integral gebildet werden.
• Der zweite Rumpfabschnitt 16 ist teleskopartig im ersten Rumpfabschnitt 14 gelagert und kann mittels einer hier nur prinzipiell dargestellten Verstelleinrichtung 24 entlang der Flugzeuglängsachse L verschoben werden. Dabei wird der zweite Rumpfabschnitt 16 aus dem ersten Rumpfabschnitt 14 ausgefahren oder in diesen eingefahren (vgl. auch 2A und 2B).
• Das Flugzeug 10₁ umfasst ein vorderes Flügelpaar 26 und ein hinteres Flügelpaar 28. Das vordere Flügelpaar 26 weist dabei einen vorderen linken Flügel 30 und einen vorderen rechten Flügel 32 auf. Entsprechend weist das hintere Flügelpaar 28 einen hinteren linken Flügel 34 und einen hinteren rechten Flügel 36 auf. Wie insbesondere aus den 2A und 2B hervorgeht, sind der vordere linke Flügel 30 um eine vordere linke Drehachse DVL und der vordere rechte Flügel 32 um eine vordere rechte Drehachse DVR drehbar am ersten Rumpfabschnitt 14 gelagert. Der hintere linke Flügel 34 ist um eine hintere linke Drehachse DHL und der hintere rechte Flügel 36 um eine hintere rechte Drehachse DHR drehbar am zweiten Rumpfabschnitt 16 gelagert. Die vordere linke Drehachse DVL und die vordere rechte Drehachse DVR können auch zu einer gemeinsamen vorderen Drehachse zusammengefasst werden (nicht dargestellt). Entsprechend können die hintere linke Drehachse DHL und die hintere rechte Drehachse DHR zu einer gemeinsamen hinteren Drehachse zusammengefasst werden (ebenfalls nicht dargestellt).
• Aus den 1B und 1C geht hervor, dass der hintere linke Flügel 34 und der hintere rechte Flügel 36 an der Seitenflosse 20 befestigt sind.
• Insbesondere aus den 1B und 1C geht hervor, dass zwischen dem vorderen linken Flügel 34 und dem hinteren linken Flügel 36 ein linkes Winglet 38 angeordnet ist, mit welchem der vordere linke Flügel 34 und der hintere linke Flügel 36 um eine äußere linke Drehachse DAL drehbar verbunden sind. Entsprechend sind der vordere rechte Flügel 32 und der hintere rechte Flügel 36 um eine äußere rechte Drehachse DAR mit einem rechten Winglet verbunden (siehe 2A und 2B).
• Sämtliche Drehachsen verlaufen parallel zueinander und parallel zur Flugzeughochachse H.
• Aus der 1A ist erkennbar, dass am vorderen Flügelpaar 26 eine erste Klappenanordnung 42 und am hinteren Flügelpaar 28 eine zweite Klappenanordnung 44 vorgesehen ist. Die erste Klappenanordnung 42 umfasst dabei eine linke vordere innere Klappe 46, eine rechte vordere innere Klappe 48, eine linke vordere äußere Klappe 50 und eine rechte vordere äußere Klappe 52. Die zweite Klappenanordnung 44 umfasst eine linke hintere innere Klappe 54, eine rechte hintere innere Klappe 56, eine linke hintere äußere Klappe 58 und eine rechte hintere äußere Klappe 60. Sämtliche Klappen sind an den jeweiligen hinteren Enden des vorderen Flügelpaars 26 und des hinteren Flügelpaars 28 angeordnet.
• Wie aus den 2A und 2B zu erkennen ist, lassen sich das vordere Flügelpaar 26 und das hintere Flügelpaar 28 zwischen einer ersten Drehstellung und einer zweiten Drehstellung in Bezug auf die Flugzeuglängsachse L verstellen. In 2A befinden sich das vordere Flügelpaar 26 und das hintere Flügelpaar 28 in der ersten Drehstellung. Die vordere linke Drehachse DVL und die vordere rechte Drehachse DVR sind in einem ersten Längsabstand L1 parallel zur Flugzeuglängsachse L zur hinteren linken Drehachse DHL bzw. zur hinteren rechten Drehachse DHR angeordnet, während sich die äußere linke Drehachse DAL in einem ersten Breitenabstand B1 parallel zur Flugzeugquerachse Q zur äußeren rechten Drehachse DAR befindet.
• Das vordere Flügelpaar 26 weist eine positive Pfeilung auf, welche in 2A mit einem ersten positiven Pfeilungswinkel α1 gekennzeichnet ist, welchen der vordere linke Flügel 30 mit der Flugzeugquerachse Q einschließt. Das hintere Flügelpaar 28 weist eine negative Pfeilung auf, die in 2A mit einem ersten negativen Pfeilungswinkel β1 gekennzeichnet ist, welchen der hintere linke Flügel 34 mit der Flugzeugquerachse Q einschließt.
• Infolge einer entsprechenden Aktivierung der Verstelleinrichtung 24 wird der zweite Rumpfabschnitt 16 entlang der Flugzeuglängsachse L aus dem ersten Rumpfabschnitt 14 herausgefahren (vgl. 2B). Diese Bewegung wird von der Seitenflosse 20 auf das hintere Flügelpaar 28 übertragen, weshalb im gezeigten Ausführungsbeispiel die Seitenflosse 20 als ein Verstellglied 61 der Verstelleinrichtung 24 wirkt. Infolge des Herausfahrens des zweiten Rumpfabschnitts 16 aus dem ersten Rumpfabschnitt 14 werden das vordere Flügelpaar 26 und das hintere Flügelpaar 28 in die zweite Drehstellung überführt.
• Hierdurch wächst der erste Längsabstand L1 auf den zweiten Längsabstand L2, während sich der erste Breitenabstand B1 auf den zweiten Breitenabstand B2 verringert. Die positive Pfeilung nimmt auf den zweiten positiven Pfeilungswinkel a2 und die negative Pfeilung auf den zweiten negativen Pfeilungswinkel β2 zu.
• Die erste Drehstellung bietet sich für den Kreisflug an, da hier der Stirnwiderstand des vorderen Flügelpaars 26 und des hinteren Flügelpaars 28 größer als in der zweiten Drehstellung ist, wodurch die maximale Geschwindigkeit des Flugzeugs 10₁ geringer ist als in der zweiten Drehstellung. Zudem ist die Stabilität des Flugzeugs 10₁ um die Flugzeuglängsachse L größer als in der zweiten Drehstellung. Infolgedessen können geringere Kurvenradien bei geringerer und stabiler Neigung um die Flugzeuglängsachse L als in der zweiten Drehstellung geflogen werden, wodurch eine hohe Steigleistung realisiert werden kann.
• Die zweite Drehstellung eignet sich für den Bahnneigungsflug. Der Stirnwiderstand ist hier geringer, so dass die maximale Geschwindigkeit des Flugzeugs 10₁ größer ist als in der ersten Drehstellung. Die Stabilität des Flugzeugs 10₁ um die Flugzeugquerachse Q ist größer als in der ersten Drehstellung. Wie beispielsweise aus 1B ersichtlich, bilden das vordere Flügelpaar 26, das linke Winglet 38 und das rechte Winglet 40 eine geschlossene Struktur, weshalb die Neigung zum Flattern im Vergleich zu herkömmlichen Flügelkonzepten mit freien Flügelenden aufgrund der erhöhten Biegesteifigkeit deutlich reduziert ist. Das Flugzeug 10₁ kann auch bei hohen Geschwindigkeiten sicher im Bahnneigungsflug geflogen werden.
• In den 3A bis 3C ist das in 1A dargestellte Flugzeug 10₁ gezeigt, wobei sich die erste Klappenanordnung 42 und die zweite Klappenanordnung 44 in einer ersten Klappenstellung und in den 3D bis 3F in einer zweiten Klappenstellung befinden. Wie insbesondere aus 3B hervorgeht, sind in der ersten Klappenstellung die linke hintere innere Klappe 54 und die rechte hintere innere Klappe 56 maximal weit nach unten ausgeschlagen. Die übrigen Klappen verbleiben in der Neutralstellung, sind also nicht ausgeschlagen.
• Das Seitenruder 22 befindet sich in der Neutralstellung, also parallel zur Flugzeuglängsachse L. Infolgedessen erhöht sich der Widerstand am hinteren Flügelpaar 28 und daher auch der Auftrieb, welches das hintere Flügelpaar 28 stärker steigen lässt als das vordere Flügelpaar 26. Hierdurch entsteht ein Drehmoment um die Flugzeugquerachse Q, wodurch das Flugzeug 10₁ nach unten geneigt und im Anschluss daran beschleunigt wird.
• Anschließend werden die erste Klappenanordnung 42 und die zweite Klappenanordnung 44 in die zweite Klappenstellung überführt. In der zweiten Klappenstellung verbleibt die rechte hintere innere Klappe 56 in der maximal weit nach unten ausgeschlagenen Stellung, während die linke hintere innere Klappe 54 zwar auch nach unten ausgeschlagen ist, allerdings in einem geringeren Umfang im Vergleich zur rechten hinteren inneren Klappe. Auch die linke hintere äußere Klappe 58 und die rechte hintere äußere Klappe 60 sind ebenfalls etwas nach unten ausgeschlagen. Die rechte vordere innere Klappe 48, die linke vordere äußere Klappe 50 und die rechte vordere äußere Klappe 52 sind etwas nach unten ausgeschlagen, während die linke vordere innere Klappe 46 etwas nach oben ausgeschlagen ist. Das Seitenruder 22 ist nach links ausgeschlagen (siehe 3D bis 3F).
• Das Ausschlagen sämtlicher Klappen bewirkt eine Erhöhung des Strömungswiderstands und folglich eine Absenkung der Geschwindigkeit des Flugzeugs 10₁. Aufgrund der voll ausgeschlagenen rechten hinteren inneren Klappe 56 ist der Auftrieb am hinteren rechten Flügel 36 größer als am hinteren linken Flügel 34. Dadurch, dass die linke vordere innere Klappe 46 etwas nach oben und die linke vordere äußere Klappe 50 etwas nach oben ausgeschlagen sind, ist zwar der Strömungswiderstand des vorderen linken Flügel 30 in etwa genauso groß wie der des vorderen rechten Flügels 32, allerdings ist der Auftrieb am vorderen linken Flügel 30 geringer als am vorderen rechten Flügel 32. Im Ergebnis wird ein leichtes Drehmoment um die Flugzeuglängsachse L erzeugt, wodurch sich das Flugzeug 10₁ etwas um die Flugzeuglängsachse L neigt. Das Seitenruder 22 ist etwas nach links ausgeschlagen, infolgedessen das Flugzeug 10₁ um die Flugzeughochachse H gedreht wird und in einen links um die Flugzeughochachse H gerichteten Kreisflug eintritt. Ist dieser Kreisflug erreicht, können die Klappenanordnungen 42, 44 in eine weitere, hier nicht dargestellte Klappenstellung überführt werden, in welcher eine gleichmäßige Auftriebsverteilung entlang des vorderen Flügelpaars 26 und des hinteren Flügelpaars 28 vorliegt, wobei der Auftrieb am vorderen Flügelpaar 26 etwas größer ist als am hinteren Flügelpaar 28, um einen Steigflug einzuleiten. Bei beiden Klappenstellungen befinden sich das vordere Flügelpaar 26 und das hintere Flügelpaar 28 in der ersten Drehstellung. Dann kann ein Aufwindfeld gut genutzt werden, um Höhe zu gewinnen.
• In 4 sind die Kräfte, welche am vorderen Flügelpaar 26 und am hinteren Flügelpaar 28 in der ersten Klappenstellung wirken, dargestellt. Wie erwähnt, sind in dieser ersten Klappenstellung die innere linke hintere innere Klappe 54 und die rechte hintere innere Klappe 56 maximal weit ausgefahren (siehe insbesondere 3A und 3B). Es soll angenommen werden, dass das Flugzeug 10₁ im Bahnneigungsflug mit möglichst hoher Geschwindigkeit geflogen werden soll. Daher werden das vordere Flügelpaar 26 und das hintere Flügelpaar 28 in die zweite Drehstellung gestellt.
• Am vorderen Flügelpaar 26 wirken eine vordere Auftriebskraft A_V, eine vordere Widerstandskraft W_V und eine vordere resultierende Kraft R_V. Zudem wirken am vorderen Flügelpaar die vordere Gewichtskraft G_V des Flugzeugs und eine vordere Vortriebskraft V_V. Entsprechend wirken am hinteren Flügelpaar 28 eine hintere Auftriebskraft A_H, eine hintere Widerstandskraft W_H und eine hintere resultierende Kraft R_H. Zudem wirken am hinteren Flügelpaar 28 die hintere Gewichtskraft G_H des Flugzeugs und eine hintere Vortriebskraft V_H.
• Aufgrund des höheren Auftriebs am hinteren Flügelpaar 28 (A_H > A_V) wird bei konstant zunehmender Beschleunigung ein induzierter Geschwindigkeitszuwachs erzielt, der ausschließlich infolge der unterschiedlich hohen Auftriebswerte der beiden Flügelpaare 26, 28 entsteht. Der Gesamtauftriebsvektor ist bedingt durch die Auftriebsdifferenz ΔA = A_H - A_V > 0 des vorderen Flügelpaars 26 und des hinteren Flügelpaars 28 leicht nach vorne gekippt, sodass ein gewisser Vortrieb entsteht, der zur Gesamtbeschleunigung des Flugzeugs 10₁ beiträgt. Dieser Effekt besteht, solange eine kontinuierliche Beschleunigung des Flugzeugs 10₁ stattfindet. Infolgedessen bewirkt die Auftriebsdifferenz ΔA einen „induzierten Vortrieb“, der die Geschwindigkeit des Flugzeugs 10₁ erhöht.
• In den 5A und 5B ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugs 10₂ anhand einer prinzipiellen Seitenansicht gezeigt, welches ein Triebwerk 62 aufweist. Das Triebwerk 62 umfasst einen Propeller 64 und ist zwischen einer Ruhestellung (5A) und einer Gebrauchsstellung (5B) bewegbar. In der Ruhestellung ist das Triebwerk 62 abgeschaltet und vollständig in den Flugzeugrumpf 12 integriert. Das Triebwerk 62 bietet in der Ruhestellung keinen Strömungswiderstand, während in der Gebrauchsstellung das Triebwerk 62 aus dem Flugzeugrumpf 12 herausragt und einen Vortrieb bereitstellen kann, wenn das Triebwerk 62 in Betrieb genommen wird. Das Flugzeug 10₁ nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eigenstartfähig. Zudem kann das Triebwerk 62 genutzt werden, um auch bei zu geringer Thermik noch den nächsten Flugplatz zu erreichen.
• In den 6A und 6B ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugs 10₃ anhand einer prinzipiellen Seitenansicht gezeigt, welches ebenfalls ein Triebwerk 62 aufweist. Das Triebwerk 62 ist allerdings fest an der Seitenflosse 20 befestigt und daher ständig in der Gebrauchsstellung.
• In den 7A und 7B ist ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugs 10₄ anhand einer prinzipiellen Seitenansicht gezeigt, welches ebenfalls ein Triebwerk 62 aufweist. Das Triebwerk 62 ist in diesem Fall fest am ersten Rumpfabschnitt 14 befestigt und daher ebenfalls ständig in der Gebrauchsstellung.
• Bezugszeichenliste

10

Flugzeug

101 bis 104

Flugzeug

12

Flugzeugrumpf

14

erster Rumpfabschnitt

16

zweiter Rumpfabschnitt

18

Personenaufnahmeabschnitt

20

Seitenflosse

22

Seitenruder

24

Verstelleinrichtung

26

vorderes Flügelpaar

28

hinteres Flügelpaar

30

vorderer linker Flügel

32

vorderer rechter Flügel

34

hinterer linker Flügel

36

hinterer rechter Flügel

38

linkes Winglet

40

rechtes Winglet

42

erste Klappenanordnung

44

zweite Klappenanordnung

46

linke vordere innere Klappe

48

rechte vordere innere Klappe

50

linke vordere äußere Klappe

52

rechte vordere äußere Klappe

54

linke hintere innere Klappe

56

rechte hintere innere Klappe

58

linke hintere äußere Klappe

60

rechte hintere äußere Klappe

61

Verstellglied

62

Triebwerk

64

Propeller

AH

Auftrieb hinteres Flügelpaar

AV

Auftrieb vorderes Flügelpaar

GH

Gewichtskraft Flugzeug am hinteren Flügelpaar

GV

Gewichtskraft Flugzeug am vorderen Flügelpaar

VH

Geschwindigkeit hinteres Flügelpaar

VV

Geschwindigkeit vorderes Flügelpaar

WH

Widerstand hinteres Flügelpaar

WV

Widerstand vorderes Flügelpaar

B1

erster Breitenabstand

B2

zweiter Breitenabstand

DVL

vordere linke Drehachse

DVR

vordere rechte Drehachse

DHL

hintere linke Drehachse

DHR

hintere rechte Drehachse

DAL

äußere linke Drehachse

DAR

äußere rechte Drehachse

H

Flugzeughochachse

L

Flugzeuglängsachse

L1

erster Längsabstand

L2

zweiter Längsabstand

Q

Flugzeugquerachse

α1

erster positiver Pfeilungswinkel

α1

zweiter positiver Pfeilungswinkel

β1

erster negativer Pfeilungswinkel

β1

zweiter negativer Pfeilungswinkel

ΔA

Auftriebsdifferent

Claims (6)

1. Flugzeug (10), umfassend - einen Flugzeugrumpf (12), ◯ der eine Flugzeuglängsachse (L) definiert, ◯ an welchem eine Seitenflosse (20) mit einem Seitenruder (22) angeordnet ist, - ein vorderes Flügelpaar (26) umfassend einen vorderen linken Flügel (30) und einen vorderen rechten Flügel (32), wobei der vordere linke Flügel (30) und der vordere rechte Flügel (32) drehbar am Flugzeugrumpf (12) befestigt sind, - ein hinteres Flügelpaar (28) umfassend einen hinteren linken Flügel (34) und einen hinteren rechten Flügel (36), wobei der hintere linke Flügel (34) und der hintere rechte Flügel (36) drehbar am Flugzeugrumpf (12) befestigt sind, - ein linkes Winglet (38), welches ◯ zwischen dem vorderen linken Flügel (30) und dem hinteren linken Flügel (34) angeordnet ist und ◯ drehbar mit dem vorderen linken Flügel (30) und/oder dem hinteren linken Flügel (34) verbunden ist, und - ein rechtes Winglet (40), welches ◯ zwischen dem vorderen rechten Flügel (32) und dem hinteren rechten Flügel (36) angeordnet ist und ◯ drehbar mit dem vorderen rechten Flügel (32) und/oder dem hinteren rechten Flügel (36) verbunden ist, - wobei sämtliche Drehachsen (DVL, DVR, DHL, DHR, DAL, DAR) parallel zu einer Flugzeughochachse (H) verlaufen, und - eine Verstelleinrichtung (24), mit welcher das vordere Flügelpaar (26) und das hintere Flügelpaar (28) zwischen einer ersten Drehstellung und einer zweiten Drehstellung in Bezug auf die Flugzeuglängsachse (L) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Verstelleinrichtung (24) zumindest ein Verstellglied (61) aufweist, welches entlang der Flugzeuglängsachse (L) verschiebbar ist und welches mit dem vorderen Flügelpaar (26) oder dem hinteren Flügelpaar (28) zum Verändern der Drehstellung zusammenwirkt, - der Flugzeugrumpf (12) ◯ einen ersten Rumpfabschnitt (14), in welchem der Personenaufnahmeabschnitt (18) angeordnet ist und ◯ einen zweiten Rumpfabschnitt (16) aufweist, an welchem die Seitenflosse (20) befestigt ist, wobei - der zweite Rumpfabschnitt (16) mittels der Verstelleinrichtung (24) entlang der Flugzeuglängsachse (L) relativ zum ersten Rumpfabschnitt (14) verschoben werden kann, und - der hintere linke Flügel (34) und der hintere rechte Flügel (36) drehbar an der Seitenflosse (20) befestigt sind und das Verstellglied (61) vom zweiten Rumpfabschnitt (16) gebildet wird.
2. Flugzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - am vorderen Flügelpaar (26) eine erste Klappenanordnung (42) und - am zweiten Flügelpaar ein zweite Klappenanordnung (44) angeordnet sind.
3. Flugzeug (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Klappenanordnung (42) ◯ eine linke vordere innere Klappe (46), ◯ eine rechte vordere innere Klappe (48), ◯ eine linke vordere äußere Klappe (50) und ◯ eine rechte vordere äußere Klappe (52), und - die zweite Klappenanordnung (44) ◯ eine linke hintere innere Klappe (54), ◯ eine rechte hintere innere Klappe (56), ◯ eine linke hintere äußere Klappe (58) und ◯ eine rechte hintere äußere Klappe (60) aufweisen.
4. Flugzeug (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flugzeug (10) ein Triebwerk (62) umfasst.
5. Flugzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk (62) einen Propeller (64) umfasst.
6. Flugzeug (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk (62) zwischen einer Ruhestellung, in welcher das Triebwerk (62) in den Flugzeugrumpf (12) eingebracht ist, und einer Gebrauchsstellung bewegbar ist, in welcher sich das Triebwerk (62) außerhalb des Flugzeugrumpfs (12) befindet.

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