DE10250809B4

DE10250809B4 - Leichtfluggerät zum vertikalen Starten und Verfahren zum Betrieb

Info

Publication number: DE10250809B4
Application number: DE10250809A
Authority: DE
Inventors: Daniil Cotenescu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: DE10250809A1

Abstract

Leichtfluggerät zum vertikalen Starten für mindestens eine Person, bei dem
– in einem oberen Teil zwei vertikale Turbinenschächte (2) angeordnet sind, in denen mit Hilfe jeweils eines Propellers durch Ansaugen von Luft und Abstoßen nach unten Auftrieb erzeugbar ist,
– die abgestoßene Luft über Schwenkflossen (8) ableitbar ist, die den Turbinenschächten (2) nach unten hin vorgelagert sind, und
– in einem dem oberen Teil abgewandten unteren Teil wenigstens ein Antriebsmotor (5) für die Propeller und eine Passagieraufnahme (4) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Turbinenschächte (2) nach oben hin durch eine verstellbare Blende (Diaphragma) (3) verschließbar sind und die Propeller während des gesamten Flugs mit konstanter Drehzahl betrieben werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leichtfluggerät zum vertikalen Starten für mindestens eine Person und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Leichtfluggerätes.
DE 25 52 888 A1 offenbart ein derartiges Leichtfluggerät. Zur Regulierung der Flughöhe ist bei dem bekannten Gerät vorgesehen, die Kraftstoffzufuhr mit Hilfe eines Handgriffes zu regeln. Dies führt zu einer Erhöhung oder Reduzierung der Drehzahl der Propeller, wodurch sich der erzeugte Auftrieb entsprechend verändern lässt. Dies setzt eine störanfällige Motorsteuerung voraus, bei der eine Fehlbedienung u. U. zum Abschalten des Motors führen kann, was während des Fluges fatale Folgen haben kann.
Aus der US 3 314 628 A ist ein Fluggerät mit einem zentralen Turbinenschacht mit einem Rotor bekannt, bei dem die Rotorblätter an ihren rückwärtigen Kanten Klappen aufweisen, die zu Steuerung des Auftriebes in unterschiedlichen Winkeln einstellbar sind. Auf diese Weise ist es zwar grundsätzlich möglich, auf eine manuelle Motorsteuerung durch den Piloten zu verzichten. Die Ansteuerung der Klappen an den sehr schnell rotierenden Rotorblättern ist jedoch mechanisch sehr aufwendig, was zu Kosten- und Gewichtsnachteilen führt.
FR 1 475 842 A1 offenbart ein ähnliches Fluggerät mit zentralem Turbinenschacht, bei dem jedoch, wie bei der erstgenannten Druckschrift, eine Regelung der Motorgeschwindigkeit zur Regelung der Flughöhe erforderlich ist.
FR 2 784 959 A1 offenbart ein Fluggerät mit zentralem Rotor, bei dem ein flugzeugähnlicher Propeller Luft von unten gegen ein kuppelförmigen Dach bläst, an welchem der Luftstrom seitlich abgelenkt wird, um so einen Überdruck unter der als Segel wirkenden Kuppel zu erzeugen. Die Regulierung der Flughöhe muss auch hier über die Drehzahl des Motors und somit die Stärke des Luftstromes erfolgen.
DE 26 28 274 A1 offenbart ein Helikopter-ähnliches Leichtfluggerät mit offen rotierendem Rotor.
Schließlich offenbart WO 95/08472 A1 ein Leichtfluggerät mit zentralem Rotor, das der Pilot rucksackähnlich tragen kann. Auch hier erfolgt die Flughöhenregelung durch Regulierung der Kraftstoffzufuhr des Motors und somit durch eine Drehzahlregulierung des Propellers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leichtfluggerät, das technisch einfach und gewichtsgünstig aufgebaut ist, und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 7 gelöst.
Das Leichtfluggerät zum vertikalen Starten ist für mindestens eine Person vorgesehen. In einem oberen Teil sind zwei vertikale Turbinenschächte angeordnet, in denen mit Hilfe jeweils eines Propellers durch Ansaugen von Luft und Abstoßen nach unten Auftrieb erzeugbar ist. Die abgestoßene Luft ist über Schwenkflossen ableitbar, die den Turbinenschächten nach unten hin vorgelagert sind. In einem dem oberen Teil abgewandten unteren Teil sind wenigstens ein Antriebsmotor für die Propeller und eine Passagieraufnahme angeordnet. Die Turbinenschächte sind nach oben hin durch eine verstellbare Blende (Diaphragma) verschließbar, wobei die Propeller während des gesamten Flugs mit konstanter Drehzahl betrieben werden.
Für jeden der Propeller ist jeweils ein als Leichtmotor ausgebildeter Antriebsmotor vorgesehen, der den jeweiligen Propeller über eine Welle direkt antreibt. Die Propeller drehen in einander entgegengesetzte Richtungen. Die Wellen weisen oberhalb der Propeller Schwunggewichte auf.
Der obere Teil des Leichtfluggerätes ist als eine doppellagige Kuppel ausgebildet, in der ein über Schwenkarme seitlich herausziehbarer Fallschirm angeordnet ist.
Die Passagieraufnahme des Leichtfluggerätes ist als rundum transparente Kabine ausgebildet.
Das Leichtfluggeräte wird durch die folgenden Schritte gestartet:

– dichtes Schließen der verstellbaren Blenden bei startbereitem Fluggerät,
– Steigern der Drehzahl der Propeller bis ein vorgegebener Zielwert erreicht ist, der während des gesamten Fluges konstant gehalten wird,
– gleichmäßiges Öffnen der verstellbaren Blenden, um den durch die Turbinenschächte strömenden Luftstrom zu steigern und einen zum Starten erforderlichen Auftrieb zu erzeugen.

Um ein Absenken des Fluggerätes zu erreichen wird der durch die Turbinenschächte des landebereiten Fluggerätes strömende Luftstroms durch Verringern der Öffnung der verstellbaren Blenden reduziert.
Das Leichtfluggerät ist eine Variante zu den klassischen Großraumflugzeugen, die mit viel Aufwand verbunden sind, und den Leichtflugzeugen, die ihrerseits keine kommerziellen Transportmittel darstellen.
Das Leichtfluggerät ist größtenteils aus Aluminium gebaut und soll 1–2 Passagieren eine flexible Transportmöglichkeit bieten; dabei soll die Breite 2,0 m und die Höhe 2,5 m nicht überschreiten, sodass es direkt von einem Parkplatz z. B abheben könnte, möglicherweise selbst durch eine Lücke in Baumkronen hindurch. Um ein reibungsloses Abheben zu gewährleisten, sind, anders als beim Hubschrauber, keine besonderen Sicherheitsmaßnahmen einzuhalten.
Charakteristisch für die Bauweise ist noch, dass der untere Teil schwerer gebaut ist als der obere, dieser aber die Traktion des Leichtfluggerätes stellt, sodass es sich in einem ständigen vertikalen und leicht lenk- und fährbaren Gleichgewicht befindet.
Nachdem das Gerät abgehoben ist, vorstellbar auf eine Höhe von 1–2 km, kann es sich in einem Neigungswinkel horizontal fortbewegen, wobei eine Korrelation zwischen dem Neigungswinkel und der Fortbewegungsgeschwindigkeit besteht.
Am oberen Teil (Kuppeldach) sind sicherheitshalber zwei zusätzliche Fallschirme angebracht, die bei einer Notlandung bzw. einem technischen Defekt mit zwingender Landungsnotwendigkeit, hochkatapultiert werden um in einer Entfernung von etwa acht Metern zur Entfaltung zu kommen.
Letztendlich liegt der Sinn des Leichtfluggerätes in einer Flugtransportart von Passagieren, die sich flexibel, ökonomisch, unkompliziert, sicher und ohne Stau fortbewegen lassen.
Die Einzelheiten der Wirkungsweise sowie besonders günstige Weiterbildungen werden nachfolgend in der weiteren Beschreibung angegeben.
Es zeigen:
1: eine teilweise geschnittene Frontansicht des Leichtfluggerätes,
2: eine Ansicht von oben und
3: eine Seitenansicht des Leichtfluggerätes.
Das Leichtfluggerät beherbergt im unteren Teil (zentral gelegen) die eine Passagieraufnahme (Flugkabine) 4, ca. 1,4 × 0,9 m, mit zwei Sitzen für die Passagiere. Die Passagieraufnahme 4 ist rundum sichtdurchlässig gebaut. Aus Plastik oder Ähnlichem, das gleichzeitig auch Stabilität und Sicherheit bietet.
Im oberen Teil ist eine Kuppel angeordnet, die ebenfalls von einem halbmondförmigen Plastikkreis umrundet und von der Kuppelplatte 10, die die aerodynamischen Eigenschaften noch verbessern und unterstützen soll, bedeckt ist. Die Kuppelplatte 10 beherbergt die Navigationssysteme mit den Signalgebern und -lichtern.
Die Passagieraufnahme 4 ist umrundet von einem etwa 2 m großen Stahlring, der mit vier Streben senkrecht durch die Kuppel bis zu den Turbinen geht. Zudem gehen von diesem unteren Ring 1 mehrere gerade Streben zum Außenrand der Kuppel plus parallel dazu konvex gebogene Streben, sowie bewegliche Schwenkarme 13, die an Fliegenbeine erinnern und mit einer in der doppellagigen Kuppel versteckten Fallschirmvorrichtung verbunden sind.
Eine obere Kuppelplatte 10 ist von zwei (etwa 0,8 m Durchmesser) ringförmigen Turbinenschächten 2 durchzogen, die im Zentrum einen Abstand von etwa 30 cm zueinander haben und auch zum Außenring etwa 30 cm Abstand halten. Die Turbinenschächte 2 überragen die Kuppel um etwa 50 cm nach oben und werden jeweils durch eine verstellbare Blende 3 bzw. ein zahnradförmig ineinander greifendes, regulierbares Diaphragma abgeschlossen. Die verstellbare Blende 3 ist in der Mitte nur offen für eine Propellerwelle mit Schwunggewichten 12.
Die oberen Turbinen sind auch aus Aluminium gebaut. Die verstellbare Blende besteht aus einem leichten aber äußerst widerstandsfähigen Material. Die Schwunggewichte 12 oben und die Propellerachse sind aus Metall (Stahl o. ä), die Schwenkarme aus elastischen Material.
Seitlich der Passagieraufnahme 4 sind zwei Motoren 5 an einer Motorhalterung 6 angeordnet. Über den Motoren 5 sind jeweils eine Schwenkflosse 8 linear zur darüber sich befindenden Turbine angeordnet, sodass die Schwenkflosse 8 in den Luftstrahl der Turbine bewegt werden kann und die beiden Schwenkflossen 8 die Bewegungsachse des Leichtfluggerätes bestimmen, d. h.,

– werden sie gleichzeitig in dieselbe Richtung z. B nach vorne/hinten bewegt, erhält das Leichtfluggerät einen Neigungswinkel, der auch die Geschwindigkeit bestimmt;
– werden sie entgegengesetzt zueinander bewegt, kann das Leichtfluggerät sich um die eigene Achse drehen.

Über der Passagieraufnahme schließt seitlich (linear zum Motor) je eine Ableittafel 11 an, die den Luftstrom an der Passagieraufnahme entlang führt und konusförmig sich zur Kuppel hin verjüngt, sodass die einströmende Luft an der Kabine im Bogen vorbeigeleitet wird.
Parallel zum unteren Ring 1 ist im oberen Teil ein im Durchmesser größerer Kreis/Ring (2,5 m) der mit den vom unteren Ring kommenden Streben verbunden ist. Dies ist der untere Teil der Metallkuppel die rundum seitlich offen ist und aus der mit Hilfe der Schwenkarme der Stoff eines großen Fallschirmes herausgezogen werden kann. Dieser Stoff ist normalerweise durch eine Schutzhülle bedeckt, die durch eingebaute magnetische Teilchen an den Streben und an einem seitlich verlaufenden, kreisförmigen Metallband haften.
Außerdem ist um beide Turbinenschächte 2 eine länglich ovale Strebe am Außenrand befestigt, die durch ein Plexiglas mit dem äußeren Rand der Kuppel verbunden ist. In dem darunter sich befindenden Raum ist Platz für das Anbringen der Navigationssysteme und Signallichter/-leuchten 14. Ebenfalls kann um die Schwunggewichte 12 herum ein Schutzgitter angebracht werden. An der Kuppel sind noch zwei zusätzliche Sicherheitsfallschirme angeordnet, die im Falle einer Notlandung herausgeschossen werden können.
Die beiden Motoren 5 sind als Leichtmotoren ausgebildet, die jeweils eine Drehzahl von bis zu 6000 U/min erreichen können. Von den Motoren geht ein Direktantrieb 7 (Kardanwelle) an die Turbinen im Turbinenschacht 2, der die Turbinen in zueinander entgegengesetzte Richtungen dreht. Dadurch wird die Gegendrehung neutralisiert An die Turbinenwellen sind oben jeweils kreuzweise vier Schwunggewichte angebracht, diese haben die Aufgabe, die durch die einströmende Luft entstehenden Wirbel abzufangen und die gleichmäßigen Drehungen der Propeller zu erhalten.
Beim Starten der Motoren werden beide Blenden 3 dicht verschlossen, sodass die Maschinen Drehungen bis ca. 5000 U/min erreichen und die Turbinen in der Luftleere drehen Dies wird dank des fehlenden Widerstandes rasch (–10 sec) erreicht. Bei Erreichen der nötigen Drehzahl werden die beiden Blenden 3 gleichmäßig geöffnet und durch die über die Turbinenschächte an den Ableittafeln vorbei einströmenden Luftmassen bekommt die Flugmaschine Auftrieb. Sehr wichtig ist, dass die Turbinen in unmittelbarer Nähe der Blenden 3 angebracht sind, um ein Abfräsen der Turbinenwelle und der Schwunggewichte zu vermeiden.
Der Auftrieb des Leichtfluggeräts erfolgt ohne große Streuung der Luftströmung geradlinig nach vertikal. Im Steigungsflug werden die beiden Schwenkflossen senkrecht gehalten und bei Bedarf zu kleinen Korrekturen benutzt. Wenn eine gewisse Flughöhe erreicht ist, werden die Schwenkflossen betätigt und je nachdem ob gleichsinnig oder entgegengesetzt) wird der Neigungswinkel des Leichtfluggerätes bestimmt bzw. seine Fluggeschwindigkeit oder die Drehung um seine eigene Achse. In dieser Zeit bleiben die Drehungen der Maschinen und der Propeller immer konstant; die Geschwindigkeit wird durch die Öffnung der Blenden 3 und damit der einströmenden Luftmassen bestimmt. In der Strömungsbahn vom Turbinenschacht 2 nach unten sind mehrere Möglichkeiten zur Steuerung des Flugobjektes, wie z. B seitliche Lenkflossen, möglich. Zur Landung wird die Luftmenge über die verstellbare Blende 3 reduziert, die Drehgeschwindigkeit bleibt aber immer konstant, dadurch schwächt sich die Zugkraft und das Flugobjekt kann sich zu Boden senken.
Im Falle eines technischen Defektes mit Notlandezwang werden zunächst die beiden Zusatzfallschirme herauskatapultiert, die in einer Entfernung von etwa 8 m zur Entfaltung kommen, beide Blenden 3 verschlossen und dann der große, seitliche runde Fallschirm 9 aus dem Kuppelinnern mit Hilfe der fliegenbeinähnlichen Schwenkarme 13 herausgezogen, sodass der Fallschirm 9 gespannt wird und das Gerät durch die Armeinstellungen im Gleitflug – ähnlich Paragliding (Gleitschirmfliegen) – zum Landen gebracht. Bei voll ausgefahrenen Schwenkarmen 13 kommen diese als erste auf dem Boden auf und federn das ganze Leichtfluggerät beim Aufprall ab. Falls trotzdem das Gerät bei der Notlandung umkippt, wird es dank der konvex gebogenen Außenstreben und dem inneren unteren Gewichtsschwerpunktes – wie ein Steh-auf-Männchen – sich wieder aufrichten und gerade stehen.

1: unterer Ring
2: Turbinenschacht
3: Blende (Diaphragma)
4: Passagieraufnahme
5: Motor
6: Motorhalterung
7: Direktantrieb
8: Schwenkflosse
9: Fallschirm
10: Kuppelplatte
11: Ableittafel (konkav)
12: Schwunggewicht
13: Schwenkarm
14: Signalleuchten

Claims

Leichtfluggerät zum vertikalen Starten für mindestens eine Person, bei dem – in einem oberen Teil zwei vertikale Turbinenschächte (2) angeordnet sind, in denen mit Hilfe jeweils eines Propellers durch Ansaugen von Luft und Abstoßen nach unten Auftrieb erzeugbar ist, – die abgestoßene Luft über Schwenkflossen (8) ableitbar ist, die den Turbinenschächten (2) nach unten hin vorgelagert sind, und – in einem dem oberen Teil abgewandten unteren Teil wenigstens ein Antriebsmotor (5) für die Propeller und eine Passagieraufnahme (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschächte (2) nach oben hin durch eine verstellbare Blende (Diaphragma) (3) verschließbar sind und die Propeller während des gesamten Flugs mit konstanter Drehzahl betrieben werden.
Leichtfluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der Propeller jeweils ein als Leichtmotor ausgebildeter Antriebsmotor (5) vorgesehen ist, der den jeweiligen Propeller über ein Welle (7) direkt antreibt.
Leichtfluggerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen oberhalb der Propeller Schwunggewichte (12) aufweisen.
Leichtfluggerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil als eine doppellagige Kuppel ausgebildet ist, in der ein über Schwenkarme seitlich herausziehbarer Fallschirm (9) angeordnet ist.
Leichtfluggerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propeller in einander entgegengesetzte Richtungen drehen.
Leichtfluggerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passagieraufnahme (4) als rundum transparente Kabine ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Leichtfluggerätes mit zwei in einem oberen Teil des Fluggerätes angeordneten, nach oben hin jeweils durch eine verstellbare Blende (Diaphragma) (3) verschließbaren, vertikalen Turbinenschächten (2), in denen jeweils ein von einem in einem unteren Teil des Fluggerätes angeordneten Motor (5) angetriebener Propeller drehbar gelagert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – dichtes Schließen der verstellbaren Blenden (3) bei startbereitem Fluggerät, – Steigern der Drehzahl der Propeller bis ein vorgegebener Zielwert erreicht ist, der während des gesamten Fluges konstant gehalten wird, – gleichmäßiges Öffnen der verstellbaren Blenden (3), um den durch die Turbinenschächte (2) strömenden Luftstrom zu steigern und einen zum Starten erforderlichen Auftrieb zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt: – Reduzieren des durch die Turbinenschächte (2) des landebereiten Fluggerätes strömenden Luftstroms durch Verringern der Öffnung der verstellbaren Blenden (3), um ein Absenken des Fluggerätes zu erreichen.