DE1205392B

DE1205392B - Airplane with an air inlet opening lying approximately in a horizontal plane for an approximately vertical air duct

Info

Publication number: DE1205392B
Application number: DEG36889A
Authority: DE
Inventors: Donald Edwin Clar; Marvin Ray Simonson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1962-03-23
Filing date: 1963-01-24
Publication date: 1965-11-18

Description

Flugzeug mit etwa in waagerechter Ebene liegender Lufteintrittsöffnung für einen etwa senkrechten Luftkanal Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug mit etwa in waagerechter Ebene liegender Lufteintrittsöffnung für einen etwa senkrechten Luftkanal mit abgerundeten Eintrittskanten und mit einem Leitflügel, der sich als konzentrischer Ring längs der Eintrittskante mit Abstand von dieser erstreckt, wobei in der Mitte des Kanals ein Träger für ein Gebläse angeordnet ist, der von zumindest einer Strebe in Längsrichtung des Flugzeuges gehalten wird und durch eine Anzahl von querverlaufenden Leitflügeln mit dem Leitflügelring verbunden ist, nach Patentanmeldung G 36888 XI/62b.Airplane with air inlet opening approximately in a horizontal plane for an approximately vertical air duct. The invention relates to an aircraft with an air inlet opening lying approximately in a horizontal plane for an approximately vertical one Air duct with rounded leading edges and with a guide vane that turns out to be concentric ring extending along the leading edge at a distance therefrom, wherein in the middle of the channel, a support for a fan is arranged from at least a strut is held in the longitudinal direction of the aircraft and by a number is connected by transverse guide vanes with the guide vane ring, according to patent application G 36888 XI / 62b.

Die gemäß der Hauptpatentanmeldung vorgesehenen querverlaufenden Leitflügel haben den Zweck, bei derartigen Gebläseanordnungen auftretende, aerodynamische und mechanische Probleme auszuschalten. Die aerodynamischen Probleme treten dadurch auf, daß während des Fluges die Gebläseschaufeln bezüglich der Anströmungsrichtung eine vorlaufende und eine rücklaufende Bewegung durchführen, wie es bei Hubschraubern bekannt ist. Durch die querverlaufenden Leitflügel werden die hierdurch auftretenden Belastungsänderungen weitgehend ausgeschaltet. Die querverlaufenden Leitflügel haben ferner den Zweck, den Gebläseträger an bestimmten Stellen mechanisch abzustützen.The transverse guide vanes provided according to the main patent application have the purpose of aerodynamic and to eliminate mechanical problems. The aerodynamic problems arise thereby on that during the flight the fan blades with respect to the direction of flow perform a forward and a backward movement, as with helicopters is known. Due to the transverse guide vanes, the resulting Load changes largely eliminated. The transverse guide vanes have also the purpose of mechanically supporting the fan support at certain points.

Durch die Erfindung soll die Anordnung der querverlaufenden Leitflügel derart verbessert werden, daß bessere aerodynamische Ergebnisse erzielt werden.The aim of the invention is to arrange the transverse guide vanes can be improved in such a way that better aerodynamic results are achieved.

Erfindungsgemäß nimmt das Verhältnis der Profiltiefe der querverlaufenden Leitflügel zu deren Abstand voneinander in Richtung nach vorn zu, was bedeutet, daß die querverlaufenden Leitflügel in Richtung nach vorn dichter beieinander angeordnet sind. Dadurch wird ein besseres Stabilitätsverhältnis erzielt. Unter dem Betriff »Stabilitätsverhältnis« ist dabei eine Verhältniszahl zu verstehen, die angibt, wieviel Flügel in einem vorgesehenen Raum Verwendung finden. Eine derartige Ausbildung bringt auch beim Übergang zwischen den einzelnen Flugzuständen Vorteile mit sich.According to the invention, the ratio of the profile depth decreases to the transverse Guide vanes to their distance from each other in the forward direction, which means that the transverse guide vanes are arranged closer together in the forward direction are. This results in a better stability ratio. Under the subject "Stability ratio" is to be understood as a ratio that indicates how many wings are used in a given space. Such training also brings advantages with the transition between the individual flight states.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown.

Die Zeichnung zeigt einen Teil eines Flugzeuges, welches eine Tragfläche 10 aufweist. Weiterhin ist in der Tragfläche ein trompetenförmiger Hubgebläseeintritt vorgesehen, der mit 13 bezeichnet ist und der zu einem Kanal 14 führt, der sich durch die Fläche 10 erstreckt. Der Aufbau ist derart, daß ein Hubgebläse 15 zum Ansaugen von Luft durch den Kanal von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche der Tragfläche in dem Kanal getragen wird. Dieses Hubgebläse 15 erzeugt eine Hubkraft zum senkrechten Anheben des Flugzeuges.The drawing shows part of an aircraft which has a wing 10 . Furthermore, a trumpet-shaped lifting fan inlet is provided in the wing, which is designated by 13 and which leads to a channel 14 which extends through the surface 10 . The structure is such that a lifting fan 15 for drawing air through the duct is carried from the upper surface to the lower surface of the wing in the duct. This lifting fan 15 generates a lifting force for vertical lifting of the aircraft.

Um das Hubgebläse zu lagern, ist ein Haubenteil 16 in der Mitte des Kanals angeordnet, und dieser Haubenteil wird durch Streben 17 an der Tragfläche gehalten. Dieser Haubenteil weist Lager, die nicht dargestellt sind, auf, in denen das Hubgebläse 15 drehbar gelagert ist. Das Hubgebläse ist ein randbeaufschlagtes Gebläse. Die Turbinenschaufeln 19 dieses Hubgebläses werden durch Austrittsgase beaufschlagt, um das Gebläse in an sich bekannter Weise anzutreiben.To store the lifting fan, a hood part 16 is in the middle of the Channel arranged, and this hood part is by struts 17 on the wing held. This hood part has bearings, which are not shown, in which the lifting fan 15 is rotatably mounted. The lifting fan is an exposed one Fan. The turbine blades 19 of this lifting fan are caused by exhaust gases applied to drive the fan in a known manner.

Bei einem Aufbau eines Senkrechtstarters, bei dem der Kanaleinlaß in einer Tragfläche angeordnet ist, weist normalerweise der trompetenförmige Kanaleintritt eine scharfe Krümmung bzw. kleine Krümmungsradien auf, da durch die Abmessungen der Tragfläche, die sehr gering sind, der zur Verfügung stehende Raum begrenzt wird. Dies führt zu einem Abreißen der eintretenden Luft an der Eintrittskante. Zusätzlich wird dieses Abreißen noch durch Undichtigkeiten im Bereich der Turbinenschaufeln unterstützt, wobei von dort aus Antriebsgase in den Kanal eintreten können. Um dieses Problem des Abreißens der Luft an der Eintrittskante zu beheben, ist ein tragflächenartiger Ringflügel 21 vorgesehen, der konzentrisch zum Kanal verläuft und der im Kanaleintritt derart angeordnet ist, daß sich dieser Flügel 21 vollständig um die Eintrittsöffnung herum erstreckt, wie es die Zeichnung zeigt. Dieser Flügel ist derart angeordnet und ausgerichtet, daß dessen Vorderkante nach oben in den Luftstrom Vp hineinragt, und dieser Flügel verläuft im wesentlichen parallel zur Krümmung der Eintrittskante.In a vertical take-off construction in which the duct inlet is arranged in a wing, usually has the trumpet-shaped channel inlet a sharp curvature or small radii of curvature, because of the dimensions of the wing, which are very small, the available space is limited. This leads to the incoming air being torn off at the leading edge. Additionally this tearing is still caused by leaks in the field of Turbine blades supported, with drive gases from there enter the channel can. To fix this problem of tearing air at the leading edge, a wing-like ring wing 21 is provided, which is concentric to the channel runs and which is arranged in the channel inlet such that this wing 21 extends completely around the inlet opening, as the drawing shows. This wing is arranged and oriented so that its leading edge after protrudes into the air flow Vp at the top, and this wing runs essentially parallel to the curvature of the leading edge.

Die sich in den Luftstrom hinein erstreckende Vorderkante des Ringflügels 21 verläuft im wesentlichen bündig oder. glatt zur oberen Oberfläche der Tragfläche.The leading edge of the ring wing extending into the air flow 21 runs essentially flush or. smooth to the upper surface of the wing.

Unter »Stabilitätsverhältnis« ist eine Verhältniszahl zu verstehen, die angibt, wieviel Flügel in einem vorgegebenen Raum Verwendung finden. Dies bedeutet, daß je höher das Stabilitätsverhältnis ist, um so mehr Flügel verwendet werden. Weiterhin bedeutet ein ansteigendes Stabilitätsverhältnis, daß die Flügel in Richtung des Ansteigens näher beieinander liegen."Stability ratio" is to be understood as a ratio, which indicates how many wings are used in a given room. This means, that the higher the stability ratio, the more wings are used. Furthermore, an increasing stability ratio means that the wings are in the direction of of the rise are closer together.

In den L7bergangsflugzuständen vom Senkrechtflug zum Vorwärtsflug und umgekehrt treten zusätzliche Einlaßströmungsstörungen auf, die nicht erwünscht sind. Wenn sich das Gebläse 15 dreht und wenn das Flugzeug vorwärts fliegt, so nehmen die Gebläseschaufeln, die sich in Richtung des Fluges bewegen, eine größere Belastung auf als unter statischen Bedingungen. Die sich rückwärts bewegenden Schaufeln nehmen eine geringere Belastung auf. Dies ist ein an sich bekanntes Problem bei Hubschraubern und tritt wegen der Anstellwinkel und der Anströmwinkel der Gebläseschaufeln, die sich verändern, auf, und dies ist der Grund, daß Hubschrauberblätter mit einer Steuerung des Anstellwinkels ausgestattet sind. Die konstante Belastung und Entlastung der Hubgebläseschaufeln im Betrieb führt zu einer pulsierenden Vibration des Rotors, und dies führt wiederum sowohl zu mechanischen Problemen und Schwierigkeiten als auch zu aerodynamischen Schwierigkeiten. Mit anderen Worten, die sich drehenden Gebläseschaufeln sind bei jeder Umdrehung einem Impuls unterworfen. Um die Größe dieser Rotorbeaufschlagung zu vermindern, ist es wünschenswert, Vorkehrungen zu treffen, um die vorwärts gerichtete Komponente der Fluggeschwindigkeit abzufangen, und dies wird dadurch erreicht, daß feste Leitflügel, die allgemein mit 25 bezeichnet sind, eingebaut werden. Wie die Zeichnung zeigt, bestehen diese Leitflügel 25 aus einer Anzahl von festen Flügeln, die im Abstand voneinander angeordnet sind und die sich über den Einlaß quer zur Richtung des Horizontalfluges erstrecken und die oberhalb des Gebläses angeordnet sind. Diese Leitflügel sind derart orientiert, daß deren Vorderkanten in den Luftstrom hineinragen. Diese Leitflügel sind, wie dargestellt, vorzugsweise parallel angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Eintrittsöffnung und sind mit ihren Enden am Ringflügel 21 und am Haubenbauteil 16 befestigt. Die Befestigung am Haubenbauteil erfolgt an den Stellen, an denen dieser Haubenbauteil ihre Erstrekkung schneidet.In the transition flight states from vertical flight to forward flight and vice versa, additional inlet flow disturbances occur which are undesirable. When the fan 15 rotates and when the aircraft is flying forward, the fan blades moving in the direction of flight take on a greater load than under static conditions. The backward moving blades take less load. This is a known problem with helicopters and occurs because of the angles of attack and the angles of attack of the fan blades which vary, and this is the reason that helicopter blades are equipped with a control of the angle of attack. The constant loading and unloading of the lifting fan blades during operation leads to a pulsating vibration of the rotor, and this in turn leads to mechanical problems and difficulties as well as aerodynamic difficulties. In other words, the rotating fan blades experience an impulse with each revolution. In order to reduce the amount of this rotor impingement it is desirable to take precautions to intercept the forward component of airspeed and this is accomplished by incorporating fixed vanes, generally indicated at 25. As the drawing shows, these guide vanes 25 consist of a number of fixed vanes which are arranged at a distance from one another and which extend across the inlet transversely to the direction of horizontal flight and which are arranged above the fan. These guide vanes are oriented in such a way that their leading edges protrude into the air flow. As shown, these guide vanes are preferably arranged in parallel and extend over the entire inlet opening and are fastened with their ends to the annular vane 21 and to the hood component 16. The attachment to the hood component takes place at the points at which this hood component intersects its extension.

Diese Flügel überspannen die Eintrittsöffnung derart, daß in Richtung nach vorn zu, wie es die Zeichnung zeigt, das Stabilitätsverhältnis ansteigt. Mit anderen Worten, die Leitflügel sind in Richtung zur Vorderkante 11 der Tragfläche hin dichter beieinander angeordnet, wie es die Zeichnung zeigt.These wings span the inlet opening in such a way that in the direction towards the front, as the drawing shows, the stability ratio increases. With In other words, the guide vanes are in the direction of the leading edge 11 of the wing closer together, as shown in the drawing.

Diese Leitflügel sind dazu bestimmt, den größten Teil der Komponenten der Querlast an den Seiten der Gebläseteile aufzunehmen, wobei gerade an diesen Stellen die Belastung am meisten kritisch ist. Weiterhin vermindern diese Leitflügel die durch Vorlauf und Rücklauf erzeugten Schaufellastveränderungen. Diese Leitflügel entlasten den schwerer belasteten vorlaufenden Teil des Gebläses und belasten den rücklaufenden Teil des Gebläses, um die Impulse zu vermindern und um die Vibration herabzusetzen und um den Anstellwinkel zu korrigieren, so daß ein Abwürgen des Gebläses vermieden wird. Es sei bemerkt, daß sich diese Leitflügel nicht in den Kanal 23 zwischen dem Ringflügel 21 und der Eintrittskante hinein erstrecken, um Störungen auszuschalten. Weiterhin ist die Grenzschicht am Flügel 21 dünner als an der Eintrittskante des Kanals, und dadurch wird ein geringerer Verlust bei der Umlenkung der Luft in den Kanal bewirkt. Um weiterhin Störungen zu vermindern, sind die Leitflügel, die normalerweise den Haubenbauteil 16 durchsetzen würden, am inneren Ende mit einem radialen Teil 26 versehen.These guide vanes are designed to take up most of the components of the transverse load on the sides of the fan parts, and it is precisely at these points that the load is most critical. Furthermore, these guide vanes reduce the blade load changes generated by the forward and reverse movement. These guide vanes relieve the heavier loaded leading part of the fan and load the returning part of the fan in order to reduce the impulses and to reduce the vibration and to correct the angle of attack, so that a stalling of the fan is avoided. It should be noted that these guide vanes do not extend into the channel 23 between the annular vane 21 and the leading edge in order to eliminate disturbances. Furthermore, the boundary layer on the wing 21 is thinner than on the leading edge of the duct, and this results in less loss when the air is deflected into the duct. In order to further reduce disturbances, the guide vanes, which would normally pass through the hood component 16, are provided with a radial part 26 at the inner end.

Claims

Claim: Aircraft with an air inlet opening lying approximately in a horizontal plane for an approximately vertical air duct with rounded leading edges and with a guide vane which extends as a concentric ring along the leading edge at a distance from it, a support for a fan being arranged in the center of the duct , which is held by at least one strut in the longitudinal direction of the aircraft and is connected to the guide vane ring by a number of transverse guide vanes, according to patent application G36888 XI / 62b, characterized in that the ratio of the profile depth of the transverse guide vanes to their distance from one another in the direction front increases.