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Die Erfindung betrifft die Flugtechnik, und zwar die Hubschrauberkonstruktion.
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Der Zeit sind der untere und obere Propeller eines Hubschraubers, der mit mehr
als einem Propeller auf einer geometrischen Achse ausgestattet ist, gleich lang. Ihre
Rotationsgeschwindigkeiten sind in Absolutwerten gleich. Beim Betrieb solcher Propeller
gelingt der durch oberen Propeller hervorgerufene Luftstrom in den Arbeitsbereich des
unteren Propellers und wird zusätzlich in geringer Maße beschleunigt. Die Hubkraft des
Hubschraubers wird gesenkt und die Nettoleistung des Triebwerks wird nicht effzient
genutzt. Die schwere Konstruktion der Hubschrauber verringert ihre Fluggeschwindigkeit
und verschlechtert ihre Manövrierfähigkeit.
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Es ist ein Hubschrauber (SU 1819809 A1 nach IPK B 64 C 27/04) bekannt. Er
besitzt zwei Propeller, die hinter einander auf einer geometrischen Achse plaziert sind,
eine Einrichtung zur Sitz- bzw. Kabinenverstellung und eine Einrichtung zur Änderung
des Winkels α des Kabinenchassis.
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Der durch oberen Propeller hervorgerufene Luftstrom gelingt ganz in den
Arbeitsbereich des unteren Propellers, der mit der selben Geschwindigkeit rotiert. Der
untere Propeller, der im vom oberen Propeller hervorgerufenen Luftstrom arbeitet, ist
aufgrund gleicher Absolutwerte der Drehgeschwindigkeiten der beiden Propeller nicht
imstande, den Luftstrom bedeutend zu beschleunigen und damit eine effektive Hubkraft
zu schaffen. Die Nettoleistung des Motors wird dabei nicht effizient genutzt. Ein Teil des
Luftstroms prallt auf die unten liegenden Bauteile des Hubschraubers. Dieser
Luftstromteil, der eine bedeutende Motorleistung in Anspruch nimmt, bildet aber keine
Hubkraft. Die Manövrierfähigkeit des Hubschraubers ist bei der Kabinenaufhängung nach
dem Prinzip eines Pendels, das innerhalb des Winkels α nur in einer Ebene schwenkt,
begrenzt.
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Das Ziel dieser Erfindung ist effektive Nutzung von Hubschraubertriebwerken,
Reduzierung des Konstruktionsgewichtes, Gewährleistung hoher Manövrierfähigkeit,
Erhöhung der Flugsicherheit und -Geschwindigkeit.
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Das angegebene Ziel wird dadurch erreicht, dass sich zwei Propeller in der
vorzuschlagenden Hubschrauberkonstruktion über einander auf einer geometrischen
Achse befinden; der obere Propeller ist dabei länger als der untere. Die Propellerflügel
sind erweitert und so gebaut, dass jeder der Propeller eigene Aktivzonen hat, die zu
einander versetzt sind und einen eigenen Luftstrom bilden.
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Die Aktivzonen der Flügel des unteren Propellers sind breiter und kürzer als die
Aktivzonen der Flügel des oberen Propellers. Die Aktivzonen des oberen und unteren
Propellers sind von der Fläche her kommensurabel. Die Relation der Breite zur Länge der
Aktivzonen des oberen Propellers beträgt 1 : 3 bis 1 : 7, für den unteren Propeller beträgt
sie entsprechend 1 : 2 bis 1 : 5. Die Rotationsgeschwindigkeit des unteren Propellers ist
im Absolutwert 1,2-2mal höher als die Rotationsgeschwindigkeit des oberen Propellers.
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Unter den Bedingungen wird der Luftstrom, der von dem oberen Propeller in der
Arbeitszone der beiden Propeller, d. h. im Bereich der gegenseitigen Wirkung der
Aktivzonen gebildet, durch den unteren Propeller effektiv beschleunigt. Infolgedessen
bilden sich, sowohl durch den oberen als auch durch den unteren Propeller, effektive
Luftströme, höhere Fluggeschwindigkeiten, schnelleres Manövrieren und größere
Lasthebekraft im Vergleich mit herkömmlichen Hubschraubern ermöglichen.
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Der obere und untere Propeller werden zur gegengesetzten Rotation unabhängig
voneinander durch entsprechende Triebwerke gebracht. Jeder der Triebwerke, der mit
entsprechendem Propeller kinematisch verbunden ist, ist imstande, beim ausgeschalteten
zweiten Triebwerk den Hubschrauber in der Luft zu halten und seine sichere Landung zu
ermöglichen. Die voneinander unabhängige Propellerantriebe und die damit verbundene
Möglichkeit, den Hubschrauberrumpf durch Änderung von Absolutwerten der
Drehmomente an den Hubschrauber-Achswellen nach rechts und links zu drehen bzw.
manövrieren, bedingt die Unnötigkeit und das Fehlen eines Stabilisators. Die am oberen
Hubschrauberteil aufgehängte Hubschrauberkabine in einer zylindrischen Form befindet
sich nicht in der Luftstromzone und leistet den Luftströmen während des Flugs keinen
Widerstand, was die Hubschrauberkonstruktion im ganzen leichter macht.
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Die Kabine ist am oberen Hubschrauberteil aufgehängt:
Variante I: an einer Profilschiene, die mit Scharnieren am oberen Hubschrauberteil
befestigt ist; die Konstruktion ermöglicht während des Flugs eine erhöhte Neigung des
Hubschraubers nach vorne und hinten sowie eine Neigung nach links und rechts, d. h. sie
bedingt seine Bewegung mit hoher Geschwindigkeit mit gleichzeitigem
Seitenmanövrieren und Manövrieren in alle Richtungen.
Variante II: an einem Kugelgelenk, das am oberen Teil des Hubschraubers
befestigt ist. Auf die Weise kann sich die Kabine beim Manövrieren in alle Richtungen
neigen. Bei den beiden Varianten befindet sich der Schwerpunkt der Kabine in der
Stellung "vor dem Aufflug" und "Hängen" im Gleichgewicht zum Schwerpunkt der
Triebwerksektion, und beim Fliegen in die vorgegebene Flugrichtung verschiebt er sich in
diese Flugrichtung.
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Der Hubschrauber hat zwei Propeller 3 und 4, die auf einer geometrischen Achse
11, über einander liegen. Die Propeller 3 und 4 werden unabhängig von einander durch
die Triebwerke 1 und 2 zur gegengesetzten Rotation gebracht, die mit den Achswellen
3' und 4' (Fig. 1; Fig. 2) kinematisch verbunden sind. Der obere 3 und der untere 4
Propeller sind unterschiedlich lang. Der Unterschied beträgt die Entfernung von a bis b
(Fig. 3). Der obere Propeller 3 ist dabei länger als der untere 4. Die Propellerflügel sind
erweitert und so gebaut, dass die Propeller eigene Aktivzonen haben, die zu einander
versetzt sind und einen eigenen Luftstrom bilden (Fig. 3, schraffiert). Die Aktivzonen der
Flügel des unteren Propellers 4 (Abschnitt c bis b, Fig. 3) sind breiter und kürzer als die
Aktivzonen der Flügel des oberen Propellers 3 (Abstand c bis a, Fig. 3). Die Aktivzonen
des oberen 3 (schraffiert) und unteren 4 (schraffiert) Propellers sind von der Fläche her
kommensurabel. Eine der optimalsten Relationen der Breite zur Länge der Aktivzonen
des oberen Propellers 3 beträgt 1 : 3 bis 1 : 7, und für den unteren Propeller - 1 : 2 bis 1 : 5
entsprechend. Die Rotationsgeschwindigkeit des unteren Propellers 4 ist im Absolutwert
1,2-2mal höher als die Rotationsgeschwindigkeit des oberen Propellers 3.
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Variante I: Die Hubschrauberkabine 7 (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 4) wird durch den
Bauteil 12 an der Schiene 13 aufgehängt und kann sich an ihr (d. h. an der Führungslinie
13') vor- und rückwärts bewegen. (Fig. 1, Fig. 4) z. B. anhand eines Hydraulikantriebs.
Die Profilschiene 13 ist durch Scharniere 9 mit den Teilen 8 am oberen Hubschrauberteil
(Fig. 1, Fig. 2) befestigt.
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In der Ausgangsstellung ("vor dem Aufflug" und "Hängen in der Luft", Fig. 1) ist die
Achsenlinie 10 der Kabine 7 um den Abschnitt e-d von der Achsenlinie 11 der Propeller
3 und 4 entfernt. Die Linie 14, die durch den Schwerpunkt der Triebwerksektion läuft, ist
um g-e von der Linie 11 entfernt. In der Stellung befindet sich der Hubschrauber im
Gleichgewicht zu der Achsenlinie 11; die Drehebenen der Propeller sind waagerecht. Die
Kabine 7 (Fig. 2) kann sich an den Scharnieren 9 mit dem Winkel γ von der Achsenlinie
11 der Propeller 3 und 4 neigen. Die Bewegungen der Kabine 7 an der Schiene 13 (Fig. 4)
und Neigungen der Kabine 7 um den Winkel γ (Fig. 2) sorgen für die
Manövrierfähigkeit des Hubschraubers.
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Oder Variante II: Die Hubschrauberkabine 7 (Fig. 5, Fig. 6) ist durch das
Kugelgelenk 9' an dem Bauteil 8' der Hubschraubertriebwerksektion so aufgehängt, dass
der Schwerpunkt 10' der Kabine 7 in der Stellung "vor dem Aufflug" und "Hängen in der
Luft" (Fig. 5) um den Abschnitt e-d von der Achsenlinie 11 der Propeller 3 und 4 und
dem Abschnitt g-d von der Linie 14 entfernt sind, die durch den Schwerpunkt der
Triebwerksektion läuft. In der Stellung befindet sich der Hubschrauber im Gleichgewicht
zu der Achsenlinie 11; die Drehebenen der Propeller sind waagerecht. Die Kabine 7 (Fig.
5, Fig. 6) kann sich am Scharnier 9' in alle Richtungen, z. B. nach vorne, neigen. Die
Neigungen der Kabine 7 ermöglichen den Flug nach dem Kurs (Fig. 6) und das
Manövrieren des Hubschraubers.
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Der Hubschrauber hebt auf folgende Weise ab. Das Triebwerk 2, das den Propeller
4 in Richtung 6 dreht, wird gestartet. Das Triebwerk 1, das den Propeller 3 in Richtung 5
(Fig. 3) dreht, wird gestartet. Die weitere Erhöhung der Motorumdrehungen erfolgt bei in
Absolutwerten gleichen Drehmomenten an den Achswellen 3' und 4' (Fig. 1, Fig. 5), um
das Drehen der Kabine zu vermeiden. Beim Abheben des Hubschraubers von dem
Landeplatz ändern sich die Absolutwerte der Drehmomente an den Achswellen 3' und 4'.
Es ermöglicht ein Wendemanöver der Hubschrauberkabine um die Achse 11 herum in der
ausgewählten Flugrichtung. Die Flügel des Propellers 3, der vom Triebwerk 1 zur
Rotation gebracht wird, sind um den Abschnitt von a bis b länger als die Flügel des
Propellers 4, der vom Triebwerk 2 (Fig. 3) zur Rotation gebracht wird. Die Flügel des
Propellers 3 haben eine Aktivzone, die im Bereich a bis c einen Luftstrom bilden. In der
Zone a bis b bildet der Propeller 3 30-70% gesamten Luftstrom.
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Die Flügel des Propellers 4, der vom Triebwerk 2 zur Rotation gebracht wird, ist um den
Abschnitt a bis b kürzer als die Flügel des Propellers 3, der vom Triebwerk 1 (Fig. 3) zur
Rotation gebracht wird. Die Flügel des Propellers 4 haben eine Aktivzone, die im Bereich
b bis c einen Luftstrom bilden. Der Propeller 4 beschleunigt im Bereich b bis c effektiv,
ohne Energieverlust, den im Bereich b bis c durch den Propeller 3 gebildeten
Luftstrom rotiert, indem er mit der Rotationsgeschwindigkeit rotiert, die in den
Absolutwerten um 1,2-2faches die Rotationsgeschwindigkeit des Propellers 3
übersteigt.
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Das Fliegen in der ausgewählten Flugrichtung und Manövrieren des
Hubschraubers in der Luft wird auf folgende Weise sichergestellt.
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Variante I: Die Hubschrauberkabine 7 bewegt sich aus der Gleichgewichtsstellung
(Fig. 1) in Richtung hin zum Schwerpunkt der Triebwerksektion (Fig. 2), d. h. aus der
Stellung 7' in die Stellung 7" (Fig. 3). Gleichzeitig mit der Versetzung der Kabine und
bei der Behaltung der Gleichheit von Absolutwerten der Drehmomente an den Achsen 3'
und 4' erhöhen sich die Rotationsgeschwindigkeiten der Propeller 3 und 4. Der
Hubschrauber bewegt sich mit Beschleunigung fort. Die Hubschrauberkabine 7 (Fig. 2)
neigt sich mit dem Winkel γ rechts oder links; es wird ein Manöver rechts oder links
durchgeführt.
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Oder Variante II: Die Hubschrauberkabine 7 neigt sich aus der
Gleichgewichtsstellung (Fig. 5) am Scharnier 9' in Richtung vorwärts (Fig. 6). Der
Hubschrauber bewegt sich vorwärts. Das Manövrieren des Hubschraubers aus dem
Ausgangspunkt in beliebige Richtung erfolgt durch die Neigung der Kabine 7 am
Scharnier 9' in die entsprechende Richtung. Durch Änderung der Angriffswinkel der
Propellerflügel von +β bis -β (Fig. 3, 1-1) (auch bei konstanten
Triebwerkumdrehungen) wird senkrechtes Manövrieren durchgeführt.
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Die Propeller 3 und 4 sind unterschiedlich lang, die Leistung der Triebwerke 1 und 2 ist
aber gleich. Bei gleichen Umdrehungen der Triebwerke 1 und 2 (und bei entsprechenden
Getrieben) gleicht der Drehmoment an der Achswelle 3' des Propellers 3 dem Absolutwert
des Drehmoments an der Achswelle 4' des Propellers 4. Die Rotationsgeschwindigkeit des
Propellers 4 in Richtung 6 ist dabei größer als die Rotationsgeschwindigkeit des
Propellers 3 in Richtung 5 (Fig. 3). Der Hubschrauberrumpf dreht sich dabei nicht um die
Achse 11 herum. Das geschieht im Flug ohne Wenden nach rechts oder links. Um den
Hubschrauber z. B. nach rechts zu lenken, muß man die Relation der Drehmomente an
den Achswellen 3' und 4' ändern (die Momente gleichen in den Absolutwerten nicht).
Dabei wird z. B. das Drehen des Propellers 4 in Richtung 6 beschleunigt und das Drehen
des Propellers 3 in Richtung 5 verlangsamt (Fig. 3). Auf die Weise erfolgt das Wenden
des Hubschraubers durch die Steuerung der Drehmomente an den Achswellen 3' und 4'
der Propeller 3 und 4 und die Drehmomente an den Achswellen 3' und 4' der Propeller 3
und 4 werden durch das Ändern der Umdrehungen der Triebwerke 1 und 2 gesteuert.
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Der Auf- und Abstieg wird durch das Ändern der Umdrehungen der Triebwerke
(Propeller) sowie das Ändern der Angriffswinkel der Propellerflügel von +β bis -β
(Fig. 3, 1-1) erreicht. Die vorgeschlagene Konstruktion reduziert den Treibstoffverbrauch,
gewährleistet die volle Manövrierfähigkeit des Hubschraubers in jede Richtung aus der
Anfangsposition heraus. Seine Herstellungskosten werden reduziert. Die Flugsicherheit
ist gesichert, weil der Hubschrauber in einer Notsituation mit einem funktionierenden
Triebwerk notlanden kann.