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Die Erfindung betrifft die Flugtechnik, und zwar die Hubschrauberkonstruktion. Derzeit 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 den oberen Propeller hervorgerufene Luftstrom in den Arbeitsbereich des unteren Propellers und wird zusätzlich in geringem Maße beschleunigt. Die Hubkraft des Hubschraubers wird gesenkt und die Nettoleistung des Triebwerks wird nicht effizient genutzt. Die schwere Konstruktion der Hubschrauber verringert ihre Fluggeschwindigkeit und verschlechtert ihre Manövrierfähigkeit. Ein Hubschrauber ist entsprechend der
SU 1819809 A1 nach IPK B 64 C 27/04 bekannt. Der Hubschrauber besitzt zwei Propeller, die hintereinander auf einer geometrischen Achse platziert sind, eine Einrichtung zur Sitz- bzw. Kabinenverstellung und eine Einrichtung zur Änderung des Winkels α des Kabinenchassis. Der durch den oberen Propeller hervorgerufene Luftstrom gelingt ganz in den Arbeitsbereich des unteren Propellers, der mit derselben Geschwindigkeit rotiert. Der untere Propeller, der im vom oberen Propeller hervorgerufenen Luftstrom arbeitet, ist auf Grund 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 Pendel, das innerhalb des Winkels α nur in einer Ebene schwenkt, begrenzt.
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Eine weitere Schrift, die
FR 2 405 870 A1 , beschreibt einen Hubschrauber mit einer Kabine und mit zwei Propeller, die in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden. Die beiden Propeller sind koaxial übereinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnet und weisen unterschiedliche Durchmesser auf. Gemäß dieser Schrift wird es als vorteilhaft angesehen, den kleineren Rotor oberhalb des größeren Rotors anzuordnen. Angaben bezüglich der Längen- bzw. Flächenverhältnisse der beiden Rotoren sind dieser Schrift nicht zu entnehmen. Weiterhin werden gemäß dieser Entgegenhaltung beide Rotoren gleichzeitig und nur von einem gemeinsamen Antrieb über eine einzige Welle synchron angetrieben. Die Steuerung des Hubschraubers erfolgt über eine Taumelscheibe. Eine weitere Schrift, die
US 3 722 830 A , beschreibt zwei koaxial und übereinander angeordnete, gegenläufig rotierende Propeller, die je von einem separaten Antrieb mit jeweils unterschiedlichen Geschwindigkeiten angetrieben werden. Der Antrieb der beiden Propeller erfolgt über Kupplungen, Kupplungskettenräder und Antriebskettenräder.
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Weiterhin ist aus der
WO 84/00339 A1 ein Hubschrauber bekannt, der zwei koaxiale, gleichlange Rotoren aufweist, die in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren. Der Hubschrauber weist einen unterhalb der Triebwerksektion angeordneten Sitz auf. Die vorzugsweise unterhalb der Rotoren angeordnete Triebwerkssektion ist mit den Rotoren als Einheit kardanisch schwenkbar. Das Fliegen und das Manövrieren des Hubschraubers in eine entsprechende Richtung erfolgt durch das Neigen des Sitzes gegenüber der Triebwerksektion.
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Die Aufgabe der Erfindung im Hinblick auf den Stand der Technik ist die effektive Nutzung von Hubschraubertriebwerken, Reduzierung des Konstruktionsgewichtes, Gewährleistung hoher Manövrierfähigkeit, Erhöhung der Flugsicherheit und Fluggeschwindigkeit.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Hubschrauber ohne verlängerten Stabilisator mit zwei Propeller, die koaxial übereinander auf einer geometrischen Achse angeordnet sind und in entgegengesetzte Drehrichtungen durch jeweils ein Triebwerk, welches mit dem entsprechenden Propeller kinematisch verbunden ist, unabhängig voneinander angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomente der Triebwerke getrennt durch jeweils eine Propellerachswelle auf den entsprechenden Propeller übertragen werden, dass der Hubschrauber eine Kabine in Form einer zylindrischen Kapsel aufweist, die am oberen Hubschrauberteil, gleichzeitig an Scharnieren, die eine Seitenneigung der Kabine ermöglichen, und einem Bauteil, das eine Versetzung des Kabinenschwerpunktes gegen den Schwerpunkt der Triebwerksektion des Hubschraubers zwecks effektiver Neigung der Propellerdrehflächen gewährleistet, hängt und dass die Kabine durch das Ändern der Verhältnisse der Drehmomente an den Propellerachswellen zueinander um die Achse herum nach rechts oder links drehbar ist und die Manövrierfähigkeit des Hubschraubers durch Änderung der Verhältnisse der Drehmomente an den Propellerachswellen und Bewegung der Kabine erreicht wird, wobei der obere Propeller länger ist als der untere Propeller, und die Aktivzonen der Flügel des unteren Propellers breiter und kürzer sind als die des oberen Propellers und wobei die Abmessungen der Flügel der Propeller erweitert sind und die Relation der Länge der Flügel zu ihrer Breite für den oberen Propeller 1:3 bis 1:7 beträgt und für den unteren Propeller 1:2 bis 1:5.
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Weiterhin wird die Aufgabe entsprechend einer weiteren Ausführungsform durch einen Hubschrauber ohne verlängerten Stabilisator mit zwei Propeller gelöst, die koaxial übereinander auf einer geometrischen Achse angeordnet sind und in entgegengesetzte Drehrichtungen durch jeweils ein Triebwerk, welches mit dem entsprechenden Propeller kinematisch verbunden ist, unabhängig voneinander angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomente der Triebwerke getrennt durch jeweils eine Propellerachswelle auf den entsprechenden Propeller übertragen werden, dass der Hubschrauber eine Kabine in Form einer zylindrischen Kapsel aufweist, die an einem Kugelgelenk, das am oberen Hubschrauberteil befestigt ist und die Neigung der Kabine in alle Richtungen gewährleistet hängt und dass die Kabine durch das Ändern der Verhältnisse der Drehmomente an den Propellerachswellen zueinander um die Achse herum nach rechts oder links drehbar ist und die Manövrierfähigkeit des Hubschraubers durch Änderung der Verhältnisse der Drehmomente an den Propellerachswellen und durch Bewegungen der Kabine erreicht wird, wobei der obere Propeller länger ist als der untere Propeller, und die Aktivzonen der Flügel des unteren Propellers breiter und kürzer sind als die des oberen Propellers und wobei die Abmessungen der Flügel der Propeller erweitert sind und die Relation der Länge der Flügel zu ihrer Breite für den oberen Propeller 1:3 bis 1:7 beträgt und für den unteren Propeller 1:2 bis 1:5.
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Vorzugsweise Ausgestaltungen ergeben sich aus dem Unteranspruch.
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Die Rotationsgeschwindigkeit des unteren Propeller ist erfindungsgemäß im Absolutwert 1.2 bis 2 mal höher als die Rotationsgeschwindigkeit des oberen Propellers. Unter diesen 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 wird, durch den unteren Propeller effektiv beschleunigt. Infolgedessen werden erfindungsgemäß sowohl durch den oberen als auch durch den unteren Propeller effektive Luftströme, höhere Fluggeschwindigkeiten, schnelleres Manövrieren und größere Lasthebekraft im Vergleich mit herkömmlichen Hubschraubern erzielt.
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Der obere und untere Propeller werden zur entgegengesetzten Rotation unabhängig voneinander durch entsprechende Triebwerke gebracht. Jedes der Triebwerke, das mit entsprechendem Propeller kinematisch verbunden ist, ist im Stande bei ausgeschaltetem zweiten Triebwerk den Hubschrauber in der Luft zu halten und seine sichere Landung zu ermöglichen. Die voneinander unabhängigen Propellerantriebe und die damit verbundene Möglichkeit, den Hubschrauberrumpf durch Änderung der Absolutwerte der Drehmomente an den Hubschrauber-Achswellen rechts und links zu drehen bzw. zu manövrieren, bedingt die Unnötigkeit und das Fehlen eines Stabilisator. Die am oberen Hubschrauberteil aufgehängte Hubschrauberkabine in zylindrischer Form befindet sich nicht in der Luftstromzone und leistet den Luftströmen während des Fluges 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 Fluges 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 gleichzeitigen Seitenmanövrieren und Manövrieren in alle Richtungen.
Variante II: an einem Kugelgelenk, das am oberen Teil des Hubschraubers befestigt ist. Auf diese 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 Fluchtrichtung verschiebt er sich in diese Flugrichtung.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen der 1 bis 6 näher erläutert werden. Der Hubschrauber hat zwei Propeller 3 und 4, die auf einer geometrischen Achse 11 übereinander liegen. Die Propeller 3 und 4 werden unabhängig voneinander durch die Triebwerke 1 und 2 zur entgegengesetzten Rotation gebracht, die mit den Achswellen 3' und 4' (1; 2) kinematisch verbunden sind. Der obere Propeller 3 und der untere Propeller 4 sind unterschiedlich lang. Der Unterschied beträgt die Entfernung von a bis b (3). Der obere Propeller 3 ist dabei länger als der untere Propeller 4. Die Propellerflügel sind erweitert und so gebaut, dass die Propeller eigene Aktivzonen haben, die zueinander versetzt sind und einen eigenen Luftstrom bilden (3, schraffiert). Die Aktivzonen der Flügel des unteren Propellers 4 (Abschnitt c bis b, 3) sind breiter und kürzer als die Aktivzonen der Flügel des oberen Propellers 3 (Abstand c bis a, 3). Die Aktivzonen des oberen 3 (schaffiert) und unteren (schraffiert) Propellers 4 sind von der Fläche her kommensurabel. Eine optimale Relation der Breite zur Länge der Aktivzonen des oberen Propellers 3 beträgt 1:3 bis 1:7, und für den unteren Propeller entsprechend 1:2 bis 1:5. Die Rotationsgeschwindigkeit des unteren Propellers 4 ist im Absolutwert 1.2 bis 2 mal höher als die Rotationsgeschwindigkeit des oberen Propellers 3.
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Variante I: Die Hubschrauberkabine 7 (1, 2, 4) wird durch das Bauteil 12 an der Schiene 13 aufgehängt und kann sich an ihr (d. h. an der Führungslinie 13') vor- und rückwärts bewegen. (1, 4) z. B. anhand eines Hydraulikantriebs. Die Profilschiene 13 ist durch Scharniere 9 mit den Teilen 8 am oberen Hubschrauberteil (1, 2) befestigt. In der Ausgangsstellung (”vor dem Aufflug” und ”Hängen in der Luft”, 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 den Abstand g–e von der Linie 11 entfernt. In dieser Stellung befindet sich der Hubschrauber im Gleichgewicht zur Linie 11; die Drehebenen der Propeller sind waagerecht. Die Kabine 7 (2) kann sich an den Scharnieren 9 mit dem Winkel γ von der Achsenlinie 11 der Propeller 3 und 4 neigen. Die Bewegung der Kabine 7 an der Schiene 13 (4) und die Neigung der Kabine 7 um den Winkel γ (2) sorgen für die Manövrierfähigkeit des Hubschraubers.
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Oder Variante II: die Hubschrauberkabine 7 (5, 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” (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 dieser Stellung befindet sich der Hubschrauber im Gleichgewicht zu der Achsenlinie 11; die Drehebenen der Propeller sind waagerecht. Die Kabine 7 (5, 6) kann sich am Scharnier 9' in alle Richtungen, zum Beispiel nach vorne neigen. Die Neigungen der Kabine 7 ermöglichen den Flug nach dem Kurs (6) und das Manövrieren des Hubschraubers.
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Das Abheben des Hubschraubers wird nachfolgend beschrieben. Das Triebwerk 2, das den Propeller 4 in Richtung 6 dreht, wird gestartet. Das Triebwerk 1, das den Propeller 3 in Richtung 5 (3) dreht, wird gestartet. Die weitere Erhöhung der Motorumdrehungen erfolgte bei in Absolutwerten gleichen Drehmomenten an den Achswellen 3' und 4' (1, 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 von dem 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 (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% des gesamten Luftstroms. 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 (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, indem er mit der Rotationsgeschwindigkeit rotiert, die die Rotationsgeschwindigkeit des Propellers 3 in den Absolutwerten um 1.2–2 faches übersteigt.
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Das Fliegen in der ausgewählten Flugrichtung und das Manövrieren des Hubschraubers in der Luft wird auf nachfolgend beschriebene Weise sichergestellt. Variante I: die Hubschrauberkabine 7 bewegt sich aus der Gleichgewichtstellung (1) in Richtung hin zum Schwerpunkt der Triebwerkssektion (2), d. h. aus der Stellung 7' in die Stellung 7'' (3). Gleichzeitig mit der Versetzung der Kabine und bei Beibehaltung der Gleichheit der Absolutwerte 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 (2) neigt sich mit dem Winkel γ nach 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 Gleichgewichtstellung (5) am Scharnier 9' in Richtung vorwärts (6). Der Hubschrauber bewegt sich vorwärts. Das Manövrieren des Hubschraubers vom Ausgangspunkt in beliebiger 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 (3, 1-1) (auch bei konstanten Triebwerk Umdrehungen) wird senkrechtes Manövrieren durchgeführt. 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 (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 zum Beispiel nach rechts zu lenken, muß man die Relation der Drehmomente an den Achswellen 3' und 4' ändern (die Momente gleichen sich in den Absolutwerten nicht). Dabei wird zum Beispiel das Drehen des Propellers 4 in Richtung 6 beschleunigt und das Drehen des Propellers 3 in Richtung 5 verlangsamt (3). Auf diese Weise erfolgt das Wenden des Hubschraubers durch die Steuerung der Drehmomente an den Achswellen 3' und 4', die Propeller 3 und 4 werden durch das Ändern der Umdrehungen der Triebwerke 1 und 2 gesteuert. Der Auf- und Abstieg wird durch das Ändern der Umdrehung der Triebwerke (Propeller) sowie das Ändern der Angriffswinkel der Propellerflügel von von +β bis –β (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 gewährleistet, weil der Hubschrauber in einer Notsituation mit einem funktionierenden Triebwerk notlanden kann.
