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Die
Erfindung betrifft eine konzeptionelle und konstruktive Ausführung des
Antriebs für
Mini – Flugapparates
mit Senkrecht-Start-Landung sowie die einige verbindliche konstruktiven
Eigenschaften der Flugapparate mit Senkrecht-Start-Landung, die
man als Personal-Flug-Autos betrachten kann.
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Durch
die konstruktive und rechnerische Auslegungen ist belegt, dass die
Art von Erzeugung der treibenden Kraft, umgesetzt in vorgeschlagener
Antriebsanlage mitsamt der etlichen Elementen des Flugapparates
zur Verstärkung
oder Richtungsänderung
des Schubes, zur Lösung
der Probleme der Senkrecht-Start-Landung des Personal-Flugautos
beigeben können.
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Unter
Art von Erzeugung der treibenden Kraft versteht man Zusammenwirkung
den verschiedenen konstruktiven Elementen des Flugapparates und
Triebwerks, die zum Erstehung der treibenden Kraft führt. Es ist
sinnvoll eine Analyse der bekannten Arten von Erzeugung der Triebkraft
mit Ausnahme vielleicht dem puren aerodynamischem (Flugzeug) und
drehflügelartigen
(Hubschrauber) zu vollziehen, um zu entscheidender Konzeption von
Personen-Flugauto zu kommen. Diese letzten sind weit präsent in
gegenwärtigen
Kommerzflugzeugen und Hubschrauber, nichtsdestoweniger sind sie
nicht imstande (wie auch viele andere) die Idee von Personen-Flugauto
in einer Konstruktion des kleinen Flugapparates zu verkörpern.
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Das
ist schwierige Aufgabe, denn der Idee von Personen-Flugauto, außer technischen
Parameter, die eine Fähigkeit
des Personen-Flugautos zum Vertikal- und Horizontalflug untermauern,
müssen
in möglichst größerem Maß die Eigenschaften
von solchen Art zugetraut sein wie Fähigkeit inmitten der städtischen
Bebauung zu basieren, die möglichst
niedrige Niveau von Lärm
und ökologischen
Nachteilen zu haben. Weiter müssen
die Personen-Flugautos der Eigenschaften besitzen, wie Einfachheit
und Bequemlichkeit von technischer Aufwartung und unkomplizierte
Steuerung. In allgemeinem muss das Personen-Flugauto ein Inbegriff
von Sicherheit, Komfort und Wirtschaftlichkeit sein.
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Manche
von diesen Anforderungen im Widerspruch zum bekannten und zugänglichen
Wegen für
Erlangung von VTOL- und STOL- Eigenschaften stehen. (Vertical Take-off
andLanding = Senkrechtstart- und Landung und Short Take off and
Landing = Kurzstart- und Landung). Und in diesem Zusammenhang der
Antrieb eigentlich nur als ein Teil der Konstruktion des Flugapparates
zu betrachten ist.
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Nichtsdestoweniger
ausgerechnet die Konstruktion von Antriebsanlagen, seine Kompaktheit
Energieausstattung und Wirtschaftlichkeit sind die Hauptvoraussetzungen
für Erledigung
aller verbliebenen Forderungen, die für Realisation der Idee von
Personen-Flugauto unentbehrlich sind. Also ist es sinnvoll die Entwicklung der
Antriebanlagen im Kontext der Entwicklung der gesamten Senkrechtstarttechnik
zu verfolgen.
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In
der Patentliteratur bezüglich
den Personal- Flugautos, und zwar im Hinblick auf kleine Flugapparate mit
Senkrechtstart – Landung,
hat der Autor einige Publikationen gefunden; darunter US – Patent
3,785,592 und WO 96/07586 betreffend Flugapparate mit einem runden
Flügel.
Patent WO 95/07215 beschreibt ein „Kombinations-Luftfahrzeug" mit Hebe-Rotor,
Tragfläche,
zwei Marschpropellern und zwei Kraftmaschinen. Aber diese Flugapparate
sind keine Mini-Flugapparate.
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Senkrechtstartende
Plattformen (VZ-1, VZ-7, VZ-8P, VT-8PB, VZ-9, B-10) wurden schon
in den Jahren zwischen 1955 und 1965 im Auftrag von NACA von den
Unternehmen Lackner, Hiller und Beansen, Aero-Physics von Curtiss-Wright,
Piasecki und anderen entwickelt. Die Plattformenfamilie Aiergip(PiaseckiVZ-8P, VZ-8PB)
hatte gegenüber
Hubschraubern deutliche Vorteile in bezug auf Abmessungen und Manövrierfähigkeiten,
haben aber erheblich mehr Triebstoffverbrauch. Wann die Technik
des Luftschraubenauftriebs genug ausgereift war, es wurde begonnen,
die Senkrechtflugfähigkeiten
von Plattformen und die aerodynamischen Flugfähigkeiten von Flugzeugen zu
vereinigen. Flugzeuge mit versenkten Luftschrauben und Schubsteuerklappen
wurden gebaut (VANGWARD 2C, 2D, Avrokar, Vz-11, Ryan XV-5B) und
die flogen, aber diese waren schon die großen Maschinen und von der Idee
eines Flugautos weiter entfernt als ursprüngliche Plattformen.
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In
der öffentlichen
Literatur kann man Behauptungen vorfinden, dass einige Exemplare
solcher Technik, welche kann man als Flugauto bezeichnen kann, bereits
existieren. So berichtet „Der
Spiegel" 52/1999
von einem „Skycar"-Prototyp des Konstrukteurs
Moller, eine Art Bat-Mobil fürs
Volk mit vier Sitzen und acht Wankelmotoren, welches der Autor diesem
Spiegel-Bericht nach auch der realen Flugerprobung unterziehen wollte.
In „Der
Spiegel" 23/1999
und 15/2000 gibt es kleine Notizen über „SoloTrek" des Visionärs Moshier und über einen
Helikopter für
jedermann, der von der japanischen Firma Engineering System gebaut
ist. Aber bis heute kann man kein Bat-Mobil fürs Volk im Alltag sehen oder
beobachten.
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Das
Haupt – Problem
des Flugautos konzentriert sich auf die passende Antriebsanlage
und die Einrichtungen für
die Antriebsschubschwenkung, die in ihren Zusammenwirkung der Senkrechtstart,
Schwebeflug, Übergangsflüge und Horizontalflug
möglich
mache.
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Was
betrieft die Antriebsanlage, so ist ein Rotor wenig passende Mittel
für das
Flugauto, denn er widerspricht Einbauprinzipien des Flugautos. Ein
Jet -Getriebe eignen sich ebenfalls nicht für ein Mini-Flugauto. Ihr Treibstoffverbrauch
ist zu hoch, seine Auswirkung auf Umwelt in städtischen Bedingungen ist sehr
verheerend. Die Kombination eines trivialen Kolbenmotors mit Propeller
(Rotor) wie bei Flugzeugen und Hubschraubern eignet sich für den Mini – Flugapparat
auch wenig, denn die Leistungsmasse für Kolbenmotoren (1,5 – 4 kg/KW),
bedingt durch raumraubenden, schweren Kurbelwellen-Mechanismus samt
umschließendem
Gehäuse
und Bedienungsanlagen, ferner durch mechanische Reduzier-Getriebe
oder Transmission zum Propeller (Rotor), ist zu groß. Das Arbeitsverfahren
des Kolbenmotors begrenzt die Drehzahl der Kraftmaschine und kann
deshalb keine gleichmäßige und
laufende Zufuhr der Energie zum Propeller gewährleisten.
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Ein
Mantelpropeller als Betreiber ist bei Senkrechtstart und relativ
kleinen Geschwindigkeiten vielfach wirtschaftlicher als ein Jet – Getriebe,
um so mehr, wenn man vom Vielblatt- Propeller der neuen Generation spricht.
Aber Probleme der Kraftmaschine existieren nichtsdestoweniger. Der
beste Weg, Probleme der Kraftmaschine für den Antrieb der Propeller
zu lösen,
zeichnet sich durch die Verwendung der Kraftmaschinen mit gleichmäßigem Arbeitsverfahren
und Hochdrehzahlen ab. Dadurch lässt
sich ein entscheidender Gewichtsgewinn zu erzielen, ungeachtet dessen,
dass ein Reduziergetriebe unentbehrlich ist.
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Die
zweite wichtige Voraussetzung besteht darin, dass die Kraftmaschine
bestenfalls inmitten des Propellers untergebracht und dafür spindelförmig sein
muss, um so mehr, da die Zone um die Achse der Propeller wenig effektiv
ist. Dadurch erlöst
sie sich von Übertragungsgetriebe.
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Der
längst
bekannten Wankelmotor oder dessen Modifikation, z. b. WO 95/16116,
WO 96/11334, WO 96/12878, oder WO 98/49435 als auch verschiedenen
Arten der Rotations- und Kreiskolben-Motoren ( WO 96/23135,
EP 0747586 A1 ,
WO 96/41934, WO /41935, WO 97/10419,
EP 0785348 A1 , WO 97/34078,
DE 43249558 A1 ,
DE 4324997 A1 ,
WO 95/05534,
DE 43
35878 A1 ,
DE
4436822 A1 , WO 95/08055, WO 96/17161, WO 96/21096, WO 99/35382,
WO 99/46494 und weitere) stehen mehr oder weniger der Kraftmaschine
näher,
die gleichmäßig und
mit Hochdrehzahlen arbeitet. Diese Motoren haben aber bisher keine
breite Verwendung für
die Triebwerke der Flugapparate (und im gesamten Verkehrwesen) gefunden.
Grund dafür
ist die Präsenz
der freien Massenkräfte,
welche die Drehzahl der Maschine begrenzt und einige erhöhte Werte von
Ausmaß und
Gewicht zur Folge haben. Außerdem
leiden manche schon erprobten Maschinen an erhöhtem Verschleiß der Verdichtungsteile
oder sind zu kompliziert in der Herstellung.
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Die
Notwendigkeit in einem kompakten spindelförmlichen Motor mit gut bekannten
kolbenartigen Arbeitsprozess und günstigen Masse/Leistung – Verhältnisse
für Verwendung
zusammen mit einem Ventilator in Triebwerkanlage von "Bypass"- Schema ist Grund
für gegebene
erfinderische Tätigkeit.
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Das
als Erfindung beanspruchte Verfahren zum Betreiben den im Mantel
(2) angeordneten Vielblattpropeller (1) (1)
kann man verwirklichen durch Anwendung einer spindelförmlichen
kolbenhydraulischen Kraftmaschine, die ist eine Verschmelzung den
Zylinder-Kolben-Paar mit einem hydraulischen Hydrogetriebe, das
einen Hydromotor, automatisch funktionierende Ventile und Leitkanäle einschließt, und
das den gewichtträchtigen
Kurbelwellenmechanismus samt Gehäuse
und Steuerung den herkömmlichen
Kolbenmotor ersetzt. Die Rolle allen diesen Teilen spielt letztlich
die Nabe des Ventilatorsrades, eingerichtet als Hydromotorgehäuse.
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Es
kann dazu kommen, dass solch eine Antriebanlage kraft sehr kompakten
und flexiblen Hydrogetriebe, die auch ein Reduziergetriebe überflüssig macht,
mehr rational ankommen könnte,
als einen Antrieb mit dem Kraftmaschine von einer gleichmäßigen, drehzahlgroßen Arbeitsprozess,
denn diesem letzten eigentlich Reduziergetriebe notwendig ist.
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Gewiss,
in solch einer hybriden Konstruktion bei Erlösung von Nachteilen, die einen
Kolbenmotor bezeichnen, die spezifische neue entstanden können, aber
letztlich ist es das Problem der konstruktiven Instandsetzung, weil
Herstellungstechnologien den allen Teilen sind längst bekannt. Probleme der
Materialien und angespannten Regime entstehen nicht. Diese Umstände können die
Herstellung und Instandsetzung den Kraftmaschine wesentlich erleichtern.
Allerdings für
Antreiben von Flugauto mit ihren Senkrecht- und Horizontalflüge braucht
man noch die Einrichtungen für
die Umkehr der Schubrichtung und das Mittel für Lagebestiemung bei Schwebe-
und Übergangsflüge, von
denen die Rede noch vorne.
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Die
auf 2 dargestellte Konstruktion zeigt eine zweiköpfige Kraftmaschine
zusammen mit dem Ventilatorsrad (30) und Mantel (34).
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Die
Kraftmaschine besteht aus den beiden Verbrennungskammern (2),
beiden medientrennenden Kolben (4) die mit einem festen
Verbundstock (15) versehen, beiden hydraulischen Kammer
(6) mit festeingebauter Achse (19) und den zum
Rotor gehörenden
Hydromotor (29). Zu den wichtigsten Teilen der Kraftmaschine gehören Dehnbüchsen (8),
Lufteinlassventile (9) und zurückhaltende Einrichtungen (10).
Die Verbrennungskammern (2) haben Auslassöffnungen,
die in einige mit Dehnbüchsen
(16) versorgte Auspuffkollektoren (7) münden.
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Beide
Hydrokammern sind durch die feststehende Hydromotor-Achse und die
Mantel-Konstruktion miteinander
verbunden. Beide Verbrennungskammern stehen mittels der Dehnbüchsen (8)
in Verbindung mit der Hydrokammer.
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Wände und
Boden von Kolben (4) und Hydrokammer (6) bilden
eine Vorverdichterkammer.
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Im
Boden der Hydrokammer sind Lufteinlassklappen (20) und
Kanäle
(21) für
flüssige
Medien eingerichtet.
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Das
kinematische Schema vorsiecht, dass Gehäuse des Hydromotors rotiert
um feststehende Achse. Das zum Rotor gehörende Gehäuse des Hydromotors (29)
ist in die Nabelplattform (14) eingebaut, die auch die
Schaufel der Propeller (30) trägt. Im Gehäuse sind einen mit dem feststehenden
Achse verbundenen Zahnrad (27) und einen umlaufenden Zahnrad,
wie auch zum Motor gehörende
Einlass – und
Auslasshydroventile (22), (23), (24),
(25) untergebracht. Im Nabel des Schaufelrades und um seiner
Peripherie ist auch das Steuerungssystem für Steigungswinkel den Schaufeln
installiert, die aus einem Kranzkette der Zahnräder für gemeinsame Schwenkung den
Schaufeln (35), dem Schraubenwelle (33) für Kugelgetriebe,
den Bügelmuter
(34) und Hydrozylindern (26) mit Schlangen und
Verdichtungspaketen (13) besteht.
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Der
Rotor ist durch die Lager auf der feststehenden Achse (19)
zentriert und rotiert um sie. Die Gleitringdichtungen (11)
und (13) sorgen für
Verdichtung bei dem Wälzlager
und bei Übertragungsrinnen
der Steuerhydrosysteme.
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Zu
den bedienenden Einrichtungen gehören Einspritzklappe (1),
Zündkerze
und Vorverdichterrad (näher
nicht gezeigt).
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Der
als leer gezeigte Raum (12) kann für weitere bedienende Einrichtungen
(nicht näher
gezeigt) wie Luftfilter, Hydrotransmission zum nebenstehenden Triebwerk
() und zur Ersatz-Kraftmaschine
(), (s. 3), aber auch für die Einspritzpumpe
und den Dynamo benutzt werden. Der Propeller ist nur bedingt dargestellt, denn
seine wirkliche und endgültige
Gestalt kann man nur nach Extra-Berechnungen ermitteln.
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Auf 2 ist
auch ein Querschnitt (D-D) durch den Hydromotor in seiner zweiten
Variante, nämlich
mit innerer Verzahnung, dargestellt.
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Die
Kraftmaschine hat ein Zweitakt- Arbeitsverfahren. Zwischen beiden
verbrennungshydraulischen Köpfen
pendelt mit der Frequenz den Arbeitsprozess eine gewisse Menge von
Flüssigkeit
(ungefähr
0,5 L), die ist wechselweise mit den Kolbenwänden (4) aus Hydroräumen der
Dehnbüchsen
(8) verdrängt
und, geleitet von automatischwirkenden Drückventilen (22), (23),
(24), (25) von einer Motorhöhle zu anderen, betreibt unterwegs
der Hydromotor und dient dabei als Schmiermittel für alle bewegliche
Teile.
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Auf
der Achsenschnitt-Zeichnung 2 kann man
die ganze Fließbahn
der Flüssigkeit
und den Arbeits-Zyklus des Triebwerks verfolgen.
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Der
Arbeitszyklus der Kraftmaschine reguliert sich automatisch durch
das Zusammenwirken von Endeinrichtungen (10), Lufteinlassventilen
(5), Ventilen (22), (23), (24),
(25) Dehnbüchsen
(8) und der Einspritzanlage (3).
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Der
Arbeitszyklus beginnt mit der Verbrennung den komprimierten Öl – Kraftstoff – Gemischs
in der Verbrennungskammer des Zylinders (2). Dabei verdrängt die
medientrennende Kolben (4) die Flüssigkeit aus der Hydrokammer
der Büchse
(8), und die fließt
durch die unbewegliche Achse (19) und das entsprechende Einlassventil
(22) in den Hydromotor (29) und die erforderliche
Rotorbewegung vollzieht. Dabei ist das Auslassventil (26)
zugesperrt von Flüssigkeitsdruck.
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Dann
fließt
das Medium durch das Auslassventil (24) und durch den zweiten
Teil dieser Achse in die hydraulische Kammer im zweiten Kopf, folgt
dem medientrennenden Kolben dort, der, weil er durch den Stock mit
dem gerade puffenden Pendant im Verbindung steht, komprimiert die
durch das Lufteinlassventil (17) schon angesaugte und vorverdichtete
frische Luft. Dabei eine neue Portion der frischen Luft läuft durch
den Filter (12) und Anlassventil (9) in Vorkammer
an. Nach der Einspritzung den Kraftstoff, verursacht durch den Kontakt
den Einspritzer mit dem Ventil im Boden des Kolbens, und nach Zündung den
Luft-Kraftstoff-Gemischs beginnt
des Arbeitszyklus im zweiten Kopf.
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In
der Endfase der Gasausdehnung, wenn Kolben (4) ist schon
fast vollkommen unten, offnen sich die Auslassschlitze in den Zylinderwänden, und
unter Beihilfe den in Vorkammer komprimierten Luft beginnt Prozess
der Abspülung.
Dabei zieht die zurückhaltende
Einrichtung den Kolben (4) am Heckteil den Ventilsitz zum Boden
der Hydraulischen Kammer (6) nach und hält ihn in dieser Lage zurück, um die
Spülfase
zu verlängern. Die
Beendigung der Spülfase
und Freisetzung den Kolben beginnt mit Ausbruch den Kolben in gegenseitigen Kopf
den Kraftmaschine bei Anfang den Arbeitstakt in dortigen Zylinder,
denn die Kolben verbunden sind mit dem Stock (15)
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Eine
wichtige Rolle dabei spielen die beiden Dehnbüchsen (8). Sie ebnen
den Druck im Hydrokontur, dämpfen
die kinetische Energie der Kolben und Medium und liefern dem Motor
Energie in der Übergangsphase bei
Spülung
den Zylinderraum, indem geben sie die akkumulierte Energie bei Anhalten
den Kolben und Medium vor dem Wechsel der Bewegungsrichtung ab und
verwandeln sie in nützliche
Arbeit. Außerdem,
dehnen sich die Dehnbüchsen
(8) aus und versetzen dabei die Masse den Köpfe in Richtung,
gegenseitige bezüglich dem
Kolben- und Medienbewegung, und so balancieren sie die Versetzung
den Massen.
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Verbundstock
(15) bewegt sich zusammen mit dem Medium und mindert dabei
den hydraulischen Wiederstand. Unter Gegenwirkung von beiden Dehnbüchsen bewegt
sich Medium wie ein fester Körper,
und keine Kavitation entsteht, die für einen Hydroschlag führen könnte. Für Anlass
und Kontroll- Unterstützungsfunktion
sorgt das autonomen Druckluft- und Einspritzsystem.
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Die
Abkühlung
der Maschinenköpfe
ist kein Problem, denn diese sind ständig dem Luftstrom ausgesetzt.
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Für Bekräftigung
die These, dass so ein Triebwerk in der Lage ist für den Senkrechtstart
den Flugapparat als Antrieb zu dienen und zum Abmessungen den Kraftmaschine
zu kommen, ist es sinnvoll die einfachen Berechnungen zu vollziehen.
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So
zum Beispiel, für
einen Flugapparat mit Abfluggewicht m = 1000 kg und zwei Triebwerken
mit Durchmessern des Ventilatorsrads D = 1,2 m kann man zum Hauptcharakteristiken
mit folgenden Berechnungen kommen.
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Der
höchste
Wert der Drehzahl des Propellers n
max lässt sich
mit dem Vorbehalt zu berechnen, dass die Geschwindigkeit der Propellerspitze
im Unterschallbereich liegt, also bei Mo,max = 0,8 Grenzwerte.
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Relativer
Startschubwert F0 jedes des beiden Triebwerks
mit Vorratskoeffizient 1,3 für
Senkrechtstrat:
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Aus
der Schub/Leistung- Relation lässt
sich bei der Annahme eines Standgütergrades η
o =
0,75 für einen
8–12 Blatt-Propeller
die Leistung abschätzen:
(Urlaub,
Alfred: Flugtriebwerke Springer-Verlag 1991, s. 122–130)
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Bei
Annahme, dass Drehzahl n
0 = 3500 l/min (die
Grenzwert für
Hydromotor mit innerer Verzahnung) die Parameter des Hydromotors
betragen:
Drehmoment auf die Motorswelle:
(Dubbel,
Taschenbuch für
den Maschinenbau, 17 Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg,
1990, s H 4,5,6, Bild 1, 3 Tabelle 1)
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Das
Verdrängungsvolumen
beträgt:
- b
- – Zahnlänge;
- da
- – Außendurchmesser
- dw
- – Betriebswälzkreisdurchmesser;
- z
- – Zähnezahl;
- m
- – Modul;
- αp
- – Flankenwinkel des Bezugsprofils
(αp = 200)
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Motor
mit Innerverzahnung haben günstigere
Eingriffsverhältnisse
und daher einen Ungleichförmigkeitsgrad
im Förderstrom δ = 3-5% (für Außenverzahnung δ = 25-10%
bei z = 9–20).
Für Innerverzahnung
z
2, d
2, α negativ
und die Zähnezahl
des Hohlrads um 1 größer ist
als die der Ritzel.
(Dubbel,
Taschenbuch für
den Maschinenbau, 17 Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg,
1990, s.G 115–119,
120)
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Arbeitsregime Δp = 60 bar;
b = 0,103 m; VH = 0, 000405 m3;
V*th = 0, 0236 m3 ist
praktisch und konstruktiv die zweckmäßigste.
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Motorhubvolumen
V
H2z läst
sich aus Leistungsrelation errechnen:
(Klaus Groth, Verbrennungskraftmaschinen,
Braunschweig/Wiesbaden, 1994, s.19)
Hydrolaufbahn
(ist durch konstruktive Maßnahmen
zu besorgen)
Motorhubvolumen:
Zylinderhubvolumen:
Zylinderabmessungen bei
Annahme, dass Verhältnis
Schub/Durchmesser beträgt:
S/D = 0,6
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Die
Kontinuitätsbedingung
des Stromes ist die Volumengleichheit den Medium, die aus den Dehnbüchsenräumen verdrängt ist
in einer Sekunde und theoretischen Förderström V*
th:
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Um
die Minderung der hydraulischen Verluste zu erreichen es ist sinnvoll
die Zahl den Arbeitszyklus den Zylindern n in niedrigen Bereich
zu wählen
n = 2000 – 2400
l/min, aber das zieht mit sich die Vergrößerung den Durchmesser und
Schub des Zylinders und, folglich den Gewicht und Abmessungen der
Kraftmaschine. Der Bescheid kann man mit Experimenten präzisieren.
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Wegen
der beträchtlichen
Geschwindigkeiten der Medium die wichtige Rolle spielt die konstruktive Ausfertigung
den Teilen der Hydrokontur.
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So
bei der Förderström V*
th = 0,0236 (m
3),
um die üblichen
für Hydrogetriebe
Werte der Mediumgeschwindigkeit w = 5 m/s zu erreichen, die Querschnittfläche den
Laufbahn muss betragen:
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Klaus
Groth, Hydraulische Kolbenmaschinen, Fried. Verlag & Sohn Verlags-
GmbH, Braunschweig/Wiesbaden, 1996, s 47)
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(Dubbel,
Taschenbuch für
den Maschinenbau, 17 Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg,
1990, s.H 1)
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Solche
günstigen
Bedingungen kann man schaffen dank konstruktiver Freiheit und Flexibilität des gegebenen
konstruktiven Schemas. Außerdem,
wie es schon erwähnt,
der Verbundstock den Kolben (s. Position 15, 2) bewegt
sich in dieselbe Richtung, wie Medium und kann für ihres Übertragung mithelfen.
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Die
erwartenden Komplikationen verbunden mit Sicherstellung der schlagfreien
Umschaltung der Arbeitszweigen der Hydrokontur von dem Arbeitszyklus
auf Lehrgang und zurück,
welche drohend durch die Gefahr der Hydroschlag und Schläge den Ventilklappen
an der Ventilsättel
aussieht. Eigentlich ist das einzige Problem, das ist zu meistern.
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Die
fließende
Landung den Klappen in ihren Sättel
kann man durch Drosselung der Medium, die Klappenstocke verdrängen aus
den Bohrungen in dem Gehäuse,
wo die stationiert sind.
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Der
Hydroschlag in System ist grundsätzlich
durch die Präsenz
den Dehnbüchsen
vorbeugt werden können,
aber kleine Hydroschläge
können
das Problem bilden.
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Andere
weniger große
Probleme können
mit dem genügenden
Spulung den Zylindern und den Massenausgleich entstehen, aber das
ist übliche
Probleme bei jeder neuen Konstruktion.
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Selbst
um eine grobe Einschätzung
des Gewichts und Abmessungen zu machen, könnte man zum Zeichnung den
Triebwerk auf den 2 sich wenden, denn diese Zeichnung
mit Beachtung den Maßstab
hergestellt ist. Mit Orientierung auf den Kolbendurchmesser D =
0,19 m ist es der Durchmesser den Spindelförmigen Körper DM =
0,3 m und die Länge
L = 1 m zu haben.
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Bei
dem spezifischen Gewicht der Konstruktion (Annahme) γ = 2 Kg/L
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Gewicht
der Kraftmaschine:
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Die
Leistung/Bauvolumen-Relation
beträchtlich übertrifft der Kennwert für die Kolbenmotoren
(bis 200 kW/m
3 beim Kolbenmotor, bis 8.000
kW/m
3 bei Gasturbine).
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(Dubbel,
Taschenbuch für
den Maschinenbau, 17 Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg,
1990, s R85).
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Also
entsprechend der Berechnungen, zwei Kolbenhydromotoren mit Gesamtgewicht
von zirka 240 kg sind in der Lage der Flugapparat mit Startgewicht
von 1000 kg mit Schubsvorsatz 1,3 aufheben.
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Die
thermodynamischen Berechnungen (beim Autor) belegen, dass thermodynamischen
Wirkungsgrad liegt im Bereich 0,36 – 0,38 und der Treibstoffverbrauch
im Schwebeflug beträgt
für Abfluggewicht
1000 kg bei 20° Atmosphäre 20÷40 kg/Stunde
(beim Horizontalflug mehrfach weniger).
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Die
Ergebnisse erlauben es zu behaupten, dass gegebener Kolbenhydromotor
geeignet ist für
Verwendung als Kraftmaschine im Zweiströmtriebwerk statt Gasturbine
für Antreiben
den kleinen senkrechtstartenden Flugapparat. Er hat mehrfach größere Leistung/Gewicht
Charakteristiken, als herkömmlichen
Kolbentriebwerke, aber man hat mit bekannten Herstellungstechnologien
von Kolbenmotoren und Hydromotoren zu tun. Dabei läst sich
eine hydraulische Verbindung zum anderen Triebwerk oder Ersatztriebwerk
zu schaffen, was von großer
Bedeutung für
Sicherheit darstellt.
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Einen
von den wichtigsten Ergebnissen besteht darin, dass Kraftmaschine
eine kompakte, spindel- und strömlinienförmige Gestalt
hat und mit Ventilator in eine Einheitskonstruktion vereinigen liest,
was erleichtern die Aufgaben den Projektanten.
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Als
ersten Experimentalprototyp läst
sich Kraftmaschine ohne den Hydromotor und Ventilatorsrad zu bauen.
Dann vereinfachte sie sich drastisch, indem sie ist jetzt ohne jeden
rotierenden Teile und Lager und entsprechenden Dichtungen erscheint.
Nur eine kleines Gehäuse
für Ventile,
Verbundstutzen und als Verbindungsteil zwischen Köpfen ist
notwendig noch. Diesen Prototyp kann man im jedem Maschinenwerk
bauen und mit Erprobungen beim Äußerbelastung
beginnen.
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Zugleich
ohne den Hydromotor und Ventilatorsrad erscheint die kolbenhydraulische
Kraftmaschine als Antrieb mit hydraulischen Getriebe für jeden
Zweck, oder einfach als Hydropumpe Denkbar ist auch eine Fiertakt-Kolbenhydraulische
Kraftmaschine mit Steuerung. Diese beiden sind Gegenstand für eine Abzweigung dem
Patent und wird zusätzlich
angemeldet.
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Die
Welterfahrung mit senkrechtstartenden Flugzeugen zeigt, dass Apparate
mit fixierten Triebwerken einfacher und siecherer sind, als Drehflügler mit
Kipprotoren oder Verwandlungsflugzeuge mit Kipppropellertriebwerke,
Kippmantelflugzeuge oder Kippflügelflugzeuge.
Aber sie bedürfen
zusätzliche
Triebwerke für
senkrechten oder horizontalen Schub oder Einrichtungen für Schwenken
des Schubvektors.
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So
einige wurden ersten fliegende Plattformen, die fixierte Triebwerke
mit Propellern von Vertikalschub hatte, aber auch die Steuerfläche, welche
im Propellerstrahl installiert wurden, und mit dessen Hilfe eine
Neigung den Vertikalachse des Apparates und Entstechung der Horizontalkomponente
erreichen. So einige waren die Flugzeuge mit Turborotoren, welche
den Schub von den unbeweglich installierten Strahltriebwerken verwendeten
und multiplizierten. Die Strahltriebwerke für den Horizontalflug ihren
Schub erzeugen, aber bei dem Senkrechtstart betreiben sie diesen
Turborotor. Der Bau den Flugzeugen mit Hubtriebwerken – spezifischen
Strahltriebwerken mit großem
Schub und kurzen Arbeitseinsatz nur für Start- Landung (großen Triebstoffverbrauch)
verfolgte dieselben Ziele – Vereinfachung
der Konstruktion.
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Schließlich so
einige waren Flugzeuge mit Pegasus – Zweistromtriebwerk mit gabelförmig eingerichteten
Luft- Gasleitungen und schwenkbaren Düsen von vorne und hinten dem
Triebwerk. Pegasus diente P.1127, Kestrel FGA Mk1 und Harrier (Hawker,
Bristol) – den Überschallflugzeugen
mit Vertikalstart – als
einzelne festeingebaute Triebwerk für beide Vertikal- und Horizontalflüge, aber
mit Schwenkbaren Düsen.
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Auch
Flugzeuge, die Schubvektorsteuerung mit Hilfe den ausgefahrenen
Klappen und Endscheiben, verwirklichen, die Festeingebaute Triebwerke
hatten. Und bei weiterem feiner konstruierten Flugzeugen, die das
Prinzip den Anblasen den Trägflächen und
Kaskade von Klappen und Querrudern mit Gas- Luftstrom von feststehenden
Triebwerken verwenden, den Senkrechtschub erzeugte man mit Hilfe
der aerodynamischen Kräfte,
die von konstruktiven Elementen des Flugzeugs entstanden.
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Deshalb
im Flugauto als im Apparat mit Senkrechtstart- Landung, wo die Triebwerke
von neuen Art vorhergesehen sind, die festeingebaute Triebwerke
als beste Lösung
vermutet ist, was übrigens
die Verwendung der anderen sich bewerten Schemen, zum Beispiel mit
Kipptriebwerken nicht ausschließt.
Aber Verwendung der festeingebauten Triebwerke ist bevorzugt, wenn
die Einrichtungen für
die Schubvektorsteuerung nicht sehr beeinträchtigen die Aerodynamik des
Flugzeugs.
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Dank
dem Umstand, dass Ventilatorsdurchmesser des neuen Triebwerks ist
kleiner als Durchmesser des leistungsvergleichbaren Propellers,
und unter Berücksichtigung
Prinzip den Anblasen den konstruktiven Elementen, die Auftrieb erzeugen,
zweckmäßig erscheint
beim horizontaleingelegten Triebwerk die Verwendung speziellen Korb,
der mit Triebwerksmantel verknüpft
ist und leitet der Luftstrom von Triebwerk nach unten beim Vertikalstart,
und umformt sich beim Übergangsflug
in Elementen, die wirken nicht störend, aber sogar behilflich
bei Erzeugung den aerodynamischen Auftrieb. Bei Horizontallage von
Triebwerk er könnte
zusammen mit Korbteilen in die Trägfläche eingebaut werden.
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Eine
von möglichen
konstruktiven Schemen von solchen Korb ist auf 3 dargestellt.
Konstruktiv Korb besteht aus Übergangsteil
(3), der vorne einen runden Flansch für Verbindung mit dem Mantel
(1) des Triebwerks und hinteren rechteckigen Flansch hat,
beiden senkrechtinstallierten Schilden (4), die sich wie
eine Verlängerung
den Korbseiten stellen, wie auch aus ein paar von schwenkbaren Schilden
(5), die horizontal zwischen beiden vertikalen Schildern
installiert sind und können
zusammen mit ihnen einen von oben abgerundeten und nach unten gerichteten
Leitansatz bilden. Bei Wendung in Horizontallage ermöglichen
sie allmählich die
Erscheinung der Horizontalkomponente des Schubs und übernehmen
teilweise auf sich die Erzeugung den Aerodynamischen Auftrieb. Dies
mindert auch die gesamte bedürfte
Trägflügelfläche und
dadurch die Abmessungen den Flugzeug. Die senkrechten Schilde erzeugen
wenigen Wiederstand, und eine Schwenkung den horizontalen Schilden
keine großes
Probleme darstellt.
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Ein
anderes mögliche
Schema den Korb auf 4 dargestellt ist. Der Korb
besteht aus ähnlichen Übergangsteil,
als im ersten Variante, und aus ein Paar schwenkbaren Sektionen
(7), die für Start
in eine Lage gedreht worden können,
wo sie, wie im erstem Fall, einen nach unten gerichteten Leitansatz
bilden und den Schub umkehren. Im volleingezogenem Lage richten
sie keinen beträchtlichen
Widerstand ein. Der Vorteil von dieser Variante kann darin bestehen,
dass bei Erzeugung den Auftrieb bei Senkrechtstart und Übergangsflüge kann
man von Verstärkung
den Schub durch Ejektionseffekt profitieren, der von den Spalten
zwischen Sektion hervorgerufen ist. Wie groß dieser Effekt sein möge kann
man hier nicht vorherzusagen. Es ist zu vermuten, dass hier auch
von aerodynamischen Effekt, der entsteht bei Anblasen nach unten
gerichteten Klappen bei modernen Flugzeugen mit VTOL oder STOL (wie
zum Beispiel bei H126 (Hunting), Augmentor Wing (NASA) und V22 QSRA,
wie auch bei An-74 UdSSR) zu gewinnen könnte.
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In
etlichen Fällen
eine senkrechte Lage der Triebwerke zweckmäßig erscheint. Hier beim Start
muss die Korbsektionen im dem eingezogenen Lage liegen und ausgeschoben
werden beim Übergangsflug
für Erzeugung
den Horizontalkomponente des Schubs. Solch eine Anordnung ist möglich, wenn
Bauraum den Flugkörper
erlaubt es das Triebwerk zusammen mit Korbsektionen im ihren zugeklappten
Zustand zu unterbringen. Die ausgeschobene Sektionen erhöhte der
Frontalwiederstand, aber dabei kann man auch der Ejektionseffekt wie
auch aerodynamischen Effekt benutzen. Bild 5 zeigt
das Konstruktionsschema den Triebwerk, das mit dem Korb von dessen
Art verseht ist.
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Das
Flugauto unvermeidlich bekommt Aussehen wie von einem Flugzeug,
weil es ist notwendig die aerodynamischen Eigenschaften für einen
andauernden Flug dem Flugzeug zu geben. Aus Sicherheitsgründen muss
der Apparat mit mindestes zwei kinematisch oder energetisch verbundenen
Triebwerken bestückt sein,
um eine sichere Landung des Flugapparates bei Ausfall einer der
Kraftmaschinen zu gewährleisten
und die Verwendung der zusätzlichen
Vorrichtungen für
die Beseitigung der reaktiven Momente der Triebwerke auszuschließen..
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Die 6, 7,
zeigen einige aus möglichen
Varianten von Zusammenstellung den Flugzeugen, die neuen Typ den
Triebwerk verwenden.
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6 zeigt
ein Flugauto für
zwei Personen, der ist als Kippmanteltriebwerkflugzeug konzipiert.
Das Flugzeug hat an den Spitzen den kurzen Trägflächen beide schwenkbare Mantelstromtriebwerke
mit kolbenhydraulischen Kraftmaschine (2). Die Äußere Teile
der Trägflächen (6)
schwenken zusammen mit Triebwerk, weil sie sind fest mit den Triebwerken
verbunden. Die Mäntel
beherrschen den Flügelprofil
und dadurch beteiligen auch beim Erzeugung den Auftrieb.
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Die
Kippmechanismen müssen
wie einen synchronen als auch getrennter Umkehr den Triebwerken auf
einen bestimmten Winkel. Dies ist notwendig für Giersteuerung beim Schweben,
als auch in der Übergangsfase
zum Horizontalflug. Einigen Verlust den Vertikalkomponente des Schubs
läst sich
mit der Steigung den Einstellwinkel der Ventilatorsblätter zu
kompensieren. Die Steuerung den Rollbewegungen beim Schwebeflug
und im Übergangsflüge lässt sich
mit getrennter Änderung
der Einstellwinkel der Ventilatorsblätter zu regulieren. Die Gierbewegungen
regulierte man mit der getrennten Steuerung den Kippwinkel den Triebwerken.
Die Nickbewegungen des Flugautos kann man nur mit Hilfe den zusätzlichen
Rotor mit dem verstellbaren Einstellwinkel den Blättern zu
steuern. Dazu braucht man eine Zusätzliche Kraftmaschine, vielleicht
ohne den eigenen Rotor. In dem Rumpf des Flugzeugs untergebracht
und auch als Ersatzkraftmaschine vorgesehen und mit gemeinsamer
Hydrotransmission verbunden dient dise Kraftmaschine für Sicherheit
beim Ausfall einer von anderen.
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7 zeigt
ein Flugauto auch für
zwei Personen mit fixierten horizontalangebrachten Mantelstromtriebwerken
von neuem Typ, bestückt
mit dem Ablenkanlage für
Schubvektorsteuerung. Das Flugzeug hat Trägfläche mit kurzem Breitweite,
aber mit beträchtlichem
Gesamtfläche,
was erlaubt es kompakt die Triebwerke gemeinsam mit Schubablenksystem
von ersten oder zweiten Typ einzubauen. Die Tatsache, dass summarischen
Schub von abgelenktem Luftstrom des Triebwerks und Resultante von
aerodynamischen Auftriebkräften
der Schilden bei allen Flugfasen gruppieren sich in Projektion auf
Vertikalsymmetrieebene in dem Nähe den
Schwerpunkt des Flugzeugs, erscheint sich als sehr wichtige und
günstige
Besonderheit des Schemas. Das erleichtert die Steuerungsfunktion
des Heckrotors im Nicken.
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Getrennte
Steuerung den Wendewinkel den Schilden zusammen mit der Steuerung
der Blatteinstellwinkel des Ventilators ermöglichen die Lenkung den Rollen
und Gieren.
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Aber
nicht nur flugzeugartige Flugapparate sind möglich.
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Gute
Möglichkeiten
für Lagesteuerung
des Flugapparates, die eine paarweise gestellte Einbringung von
fier Triebwerken und Schubvektorsteuerung mitteln die Körbe mit
ihren schwenkenden Schilden erübrigen die
Hecktragwerk und zusätzliche
Steuerorgane. Deshalb ein Schema von Flugauto wie fliegende Untertasse möglich ist.
Nach diesem Schema die spezifischen Apparate gebaut werden können, zum
Beispiel gepanzerte Kampfuntertassen für Infanterie oder Rettungsdienstamphibien,
bei denen die aerodynamischen Eigenschaften spielen eine untergeordnete
Rolle, und auf den Vordergrund rücken
sich Eigenschaften wie Unempfindlichkeit bei Zusammenstoß mit den
Hindernissen, Arbeitsfähigkeit
unter Bedingungen der atmosphärischen
Unregelmäßigkeiten
der Umwelt bei Naturkatastrophen oder Unanfechtbarkeit auf dem Kampffeld.
Die Form des Apparates erlaubt es solche Eigenschaften zu erlangen, überdies
besitzt der Apparat aerodynamischen Eigenschaften und damit Wirtschaftlichkeit.
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8 und 9 zeigen
einige mögliche
Schemen den Untertassen mit den Horizontal- und Vertikallage den
Triebwerken. Das Schema mit Horizontalinstallierten Triebwerken
ermöglichen
die hohen Geschwindigkeiten den Horizontalflug. Dabei lasse sich
die Fluglage den Untertasse mit dem Einstellwinkel den Schwenkschilden
in Körbe
zu regulieren, wie es beim Schwebe- und Übergangsflug möglich ist.
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Die
eingebauten Triebwerke, wie es 9 zeigt,
geben dem fliegenden Untertasse mehr Schutz von Schädigungen
und Verwundungen. Die ausgeschobene Korbsektionen beschützen die
Triebwerke bei Angriff von Erderichtung.