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Tragflächenflugzeug mit Strahlantrieb und Strahlsteuerung Die Erfindung
betrifft ein Tragflächenflugzeug mit Strahlantrieb und Strahlsteuerung als einzigem
Steuermittel zur Steuerung des Flugzeugs um seine drei Achsen. Bei einem bekannten
Flugzeug dieser Art werden die an der Tragfläche, dem starren Leitwerk und bzw.
oder dem Rumpfende des Flugzeugs angeordneten Düsen von einem einzigen Triebwerksaggregat
beaufschlagt. Derartige Flugzeuge sind im Betrieb sehr wirtschaftlich, da infolge
der Beaufschlagung sämtlicher Steuerdüsen von einem Triebwerksaggregat dieses Aggregat
in der Regel stets mit voller Kraft arbeiten und daher durchgehend völlig ausgelastet
werden kann. Dies führt zur Vermeidung eines toten Ballastes und damit zu einer
erheblichen Gewichtseinsparung.
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Bei diesen bekannten Flugzeugen sind jedoch neben den Steuerdüsen
besondere Schubdüsen angeordnet, die allein dazu dienen, den Vorwärtsflug des Flugzeugs
zu gewährleisten und keinerlei Steuerfunktionen haben, geschweige denn zur Auftriebserhöhung
und gegebenenfalls zum Bremsen herangezogen werden können. Zur Auftriebserhöhung
sind sie außerdem mit besonderen, nach unten gerichteten Düsen ausgestattet, die
ebenfalls keinen Steuerzwecken dienen können. Diese dort erforderlichen zusätzlichen
Düsen für den Vorschub und für die Auftriebserhöhung neben den Steuerdüsen bedingen
aber einen unerwünschten Aufwand und einen nicht unerheblichen toten Ballast, da
jede Düsenart nur dann eingesetzt werden kann, wenn diejenige Wirkung erreicht werden
soll, für die die betreffende Düsenart gerade bestimmt ist.
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Ziel der Erfindung ist daher ein Tragflächenflugzeug mit Steuerdüsen
als einzigem Steuermittel, bei welchem teilweise oder ganz während des Fluges abgeschaltete
und damit toten Ballast bildende Düsen weitgehend oder ganz vermieden sind und sowohl
die Steuerung um alle seine drei Achsen als auch der Vorschub, die Auftriebserhöhung
und gegebenenfalls die Bremsung mit dazu notwendigen Einrichtungen von geringstmöglichem
Gewicht durchgeführt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß durch die Kombination
der Merkmale erreicht, daß für den Strahlantrieb und für die Steuerung ein und dieselben
Düsen vorgesehen sind, die an den Tragflächen, dem starren Leitwerk und bzw. oder
dem Rumpfende des Flugzeugs angeordnet sind, daß sämtliche Düsen von einem einzigen
Triebwerk beaufschlagt werden und daß sämtliche Düsen so schwenkbar bzw. ihre Treibstrahlen
durch Strahllenkvorrichtungen so ablenkbar sind, daß sie neben dem Vorschub und
der Steuerung auch zur Auftriebserhöhung und gegebenenfalls zum Bremsen des Flugzeugs
dienen können. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung eines Tragflächenflugzeugs
wird gewährleistet, daß sowohl sämtliche Steuerdüsen als auch das diese Düsen beaufschlagende
einzige Triebwerksaggregat während des Fluges stets voll im Einsatz sind und daher
keinen toten Ballast bilden, und zwar auch dann, wenn die Düsen keine Steuerfunktionen
ausüben, sondern zum Vorschub und bzw. oder nur zur Auftriebserhöhung dienen sollen.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es zweckmäßig, die gesamten
Abgase des Triebwerkaggregats nur durch die zum Schub, Hub, Steuern und Bremsen
dienenden Düsen zu führen. Wenn nur ein Vorschub des Flugzeugs erwünscht ist, können
alle Düsen gleichsinnig nach rückwärts gerichtet werden. Wird dagegen eine Auftriebserhöhung
oder ein Bremsen angestrebt, können sie alle oder teilweise nach unten oder nach
vorn gerichtet werden. Für eine Richtungsänderung um die Hochachse des Flugzeugs
(Seitensteuerung) ist es möglich, die an den beiden Seiten des Flugzeugs befindlichen
Düsen unterschiedlich stark zu beaufschlagen.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung ist die Anzahl der für alle erforderlichen
Flugfunktionen notwendigen Düsen auf das absolut mögliche Minimum reduziert worden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform des Tragflächenflugzeugs; F i
g. 2 ist ein Schnitt durch den Tragflügel nach Linie 11-11 in F i g. 1;
F
i g. 3 veranschaulicht gesondert die Einrichtung zur Schwenkung der Steuerdüsen
zur Erzielung einer Steuerung des Flugzeugs um die Längs- und Querachse (Quer- und
Höhensteuerung); F i g. 4 veranschaulicht gesondert die Einrichtung zur Steuerung
des Flugzeugs um die Hochachse (Seitensteuerung); F i g. 5 zeigt die Steuerklappe
im starren Leitwerk des Flugzeugs von der Seite gesehen in größerem Maßstab; F i
g. 6 ist ein Vertikalschnitt durch das Leitwerk nach Linie VI-VI in F i g. 4; F
i g. 7 zeigt die Anordnung einer schwenkbaren Steuerdüse am Ende einer Tragfläche
im Horizontalschnitt; F i g. 8 veranschaulicht die Anordnung und Ausbildung einer
starr am Tragflächenende befestigten Steuerdüse einer Einrichtung zur Schwenkung
des Treibstrahls, ebenfalls im Horizontalschnitt; F i g. 9 ist ein Vertikalschnitt
durch die Düsenanordnung nach Linie IX-IX in F i g. B.
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Das in F i g.1 bis 4 dargestellte Tragflächenflugzeug ist ohne jegliche
Steuerruder, wie Quer-, Seiten- und Höhenruder, ausgestattet. Zu seiner Steuerung
dient ausschließlich eine nach dem Rückstoßprinzip arbeitende Steuervorrichtung.
Sie besitzt an dem Ende jedes Tragflügels 1 und jeder horizontal sich erstreckenden
Höhenleitwerkfläche 2 eine Steuerdüse 3, 4, die über Druckgasleitungen 5, 6, 7 von
der Gasturbine 8 des Flugzeugs gespeist werden. Das Druckgas kann in Form von Kalt-
oder Warmluft hinter dem Verdichter oder hinter der Brennkammer der Gasturbine des
Flugzeugs entnommen und den Druckgasleitungen zugeführt werden. Es kann aber auch
in besonderen Verdichtern erzeugt werden.
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Um eine Seitensteuerung des Flugzeugs um seine Hochachse zu erreichen,
sind an den Abzweigungsstellen der Druckgasleitungen 5 der Tragflächen 1 und der
Druckgasleitungen 7 der Leitwerkflächen 2 von der Druckgasleitung 6 im Flugzeugrumpf
Steuerklappen 9 und 10 vorgesehen, welche je nach Schwenkstellung die Gasdruckleitungen
zu den Düsen 3, 4 an der linken oder an der rechten Tragfläche bzw. Leitwerkfläche
vollkommen freigeben oder teilweise bzw. völlig sperren.
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Die an den Enden der Tragflächen bzw. Leitwerkflächen angeordneten
Steuerdüsen 3, 4 sind um eine horizontale Achse schwenkbar. Je nach Schwenkung kann
das Flugzeug um seine horizontale Querachse höhen- oder tiefengesteuert oder um
dessen Längsachse quergesteuert werden.
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Zur Einstellung der Steuerklappen 9,10 und zur Schwenkung der Steuerdüsen
3, 4 dient ein besonderer Mechanismus, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
von durch Hebel betätigten Seil- ; zügen gebildet wird. In F i g. 3 sind die Seilzüge
zur Schwenkung der Steuerdüsen und in F i g. 4 die Seilzüge zur Schwenkung der Steuerklappen
dargestellt. Die Schwenkdüsen 3 werden mittels der Seilzüge 11, 12, die an die Steuerknüppel
13 angeschlossen sind, f betätigt. Die Steuerung der Schwenkdüsen 4 erfolgt
dagegen durch die ebenfalls mittels der Steuerknüppel 13 betätigten Seilzüge 14,
durch welche über einen Winkelhebel 15 eine Stoßstange 16 auf und ab bewegt wird.
Durch diese Bewegung der Stoßstange 16 wird t über Schwenkhebel 17 eine entsprechende
Drehung der Antriebswellen 18 der Schwenkdüsen 4 erreicht, an welchen letztere drehfest
angeschlossen sind. Die Steuerklappen 9 und 10 in den Druckgasleitungen werden gemeinsam
durch die weiteren Seilzüge 19 verschwenkt, die an die Fußhebel 20 angeschlossen
sind. Die beiden Fußhebel sind jeweils in Gegenrichtung zueinander um ihr unteres
Ende verschwenkbar, so daß je nach dem Drücken des einen oder anderen Fußhebels
eine Drehung der vertikalen Drehachse 21 und damit eine entsprechende Verschwenkung
des an diese angeschlossenen Schwenkhebels 22 erreicht wird, an dessen beiden Enden
die Seilzüge 19 angreifen.
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Je nach Schwenkung des Schwenkhebels 22 werden über diese Seilzüge
19 der Schwenkhebel 23 der Steuerklappe 9 in einer etwa horizontalen Ebene und der
Schwenkhebel 24 der Steuerklappe 10 in einer etwa vertikalen Ebene verschwenkt.
Dadurch erfolgt gleichzeitig eine Verschwenkung der Steuerklappe 9 um eine senkrechte
Achse und der Steuerklappe 10
um eine horizontale Achse. Je nach dem Ausmaß
der Verschwenkung dieser Klappen werden die beiden Druckgasleitungen 5 bzw. 7 verschieden
stark beaufschlagt und damit eine verschieden starke Speisung der an diese Leitungen
angeschlossenen Steuerdüsen 3, 4 erreicht. Dadurch wird das Flugzeug um seine Hochachse
gesteuert. Im Geradeausflug (Horizontal-, Steig- oder Gleitflug) stehen die beiden
Steuerklappen 9,10 in ihrer Mittelstellung, in welcher sie die Druckgaskanäle 5
und 7 an beiden Seiten des Flugzeugs vollkommen freigeben. Dadurch arbeiten in diesem
Fall alle Düsen 3, 4 unter voller Beaufschlagung, so daß eine volle Schubwirkung
für das Flugzeug erreicht wird.
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Die Ausschläge der Steuerknüppel 13 bzw. der Fußhebel 20 entsprechen
denen der bisher bei Tragflächenflugzeugen üblichen Rudersteuerungen. Für die Schwenkung
der Steuerdüsen 3, 4 und der Steuerklappen 9,10 können an Stelle der Seilzüge 12,14
und 19 auch elektrische, pneumatische oder hydraulische Einrichtungen verwendet
werden.
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Durch einen besonderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Hebel
können alle Schwenkdüsen 3, 4 derart verstellt werden, daß sie z. B. beim Start
oder bei der Landung insbesondere von Senkrecht- oder Kurzstartflugzeugen die Auftriebserzeugung
unterstützen. Dieser Hebel kann bei entsprechender Ausgestaltung auch dazu geeignet
sein, die Düsen gegen die Flugrichtung zu schwenken, so daß aus ihnen die Treibstrahlen
entgegengesetzt zur Flugrichtung austreten und somit eine Bremswirkung beim Landen
oder für eine erforderliche Verringerung der Fluggeschwindigkeit hervorrufen.
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Um die Wirkung der Schwenkdüsen 3, 4 noch zu steigern, können die
Düsen aus einem mit seinem rückwärtigen, aufgeweiteten Bereich das Ende der Druckgasleitung
5, 7 im Abstand umgebenden Rohrkörper 25 bestehen. Zwischen dem aufgeweiteten Ende
des Düsenrohres 25 und der Druckgasleitung 5 ist ein ringförmiger Eintrittsspalt
26 gebildet, über welchem der Innenraum des Düsenrohres mit der atmosphärischen
Luft in Verbindung steht. Durch das Hindurchströmen des aus der Druckgasleitung
5, 7 austretenden Gasstromes mit hoher Geschwindigkeit durch das Düsenrohr 25 entsteht
am Ringspalt 26 eine Saugwirkung, die durch die Fahrtluft noch unterstützt wird.
Diese Ausbildung mit Saugspalt 26 hat den großen Vorteil, daß besondere gelenkige
oder elastische Abdichtungsstellen zwischen der Druckgasleitung 5, 7 und der schwenkbaren
Steuerdüse
3, 4 nicht erforderlich sind und daß außerdem die Schwenkdüse durch die angesaugte
Außenluft gekühlt wird.
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Die so ausgebildete Schwenkdüse 25 ist an einem Drehzapfen 27 befestigt,
der sich durch eine Lagerhülse 28 am Trag- oder Leitwerk 1 bzw. 2 des Flugzeugs
hindurch erstreckt und innerhalb einer hohlen Antriebswelle 29 befestigt ist, die
über Schwenkhebel 30 durch die Seilzüge 12 in Drehung versetzt werden kann, wodurch
über den Zapfen 27 die Düse einer entsprechenden Schwenkung unterworfen wird.
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Bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Düse
als Nachbrenner ausgebildet, da bei Verwendung von Gas aus der Gasturbine dieses
noch ausreichend Sauerstoff für eine gute Verbrennung enthält. Zu diesem Zweck führt
eine Kraftstoffleitung 31 in das Austrittsende der Druckgasleitung 5, welche dazu
dient, in diesem Rohrende Kraftstoff in den in das Düsenrohr 25 eintretenden Gasstrom
entgegen dessen Strömungsrichtung einzuspritzen und eine Nachbrennung dieses Gases
zu gewährleisten.
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Bei dem in F i g. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Düse
vom Ende der Druckgasleitung 5 selbst gebildet. Nachdem dieses Rohrende nicht schwenkbar
ist, ist zur Steuerung des aus der Diise austretenden Treibstrahls eine Steuerklappe
32 vorgesehen, die schwenkbar in einem die Düse im Abstand umgebenden Mantelrohr
33 gelagert ist. Dieses Mantelrohr, das auch bei Schwenkdüsen gemäß F i g. 7 vorgesehen
sein kann, führt noch zu einer Steigerung der Wirkung der Steuerdüsen und dient
ebenso wie der ringförmige Spalt 26 zwischen dem Düsenrohr 25 und dem Gasstromrohr
5 bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel dazu, ein zusätzliches Ansaugen
der atmosphärischen Luft und damit einen verstärkten Treibstrahl zu gewährleisten.
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Die Schwenkklappe 32 zur Verschwenkung des Treibstrahls kann ebenso
wie die Schwenkdüse 25 bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel an
einem Drehzapfen 34 befestigt sein, der sich durch eine Lagerhülse 35 am Trag- oder
Leitwerk 1 bzw. 2 hindurch erstreckt und innerhalb einer hohlen Antriebswelle 36
befestigt ist, die in gleicher Weise wie die Antriebswelle 30 beim Ausführungsbeispiel
gemäß F i g. 6 über den Schwenkhebel 29 mittels der Seilzüge 12 einer Drehung unterworfen
werden kann.
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Die von der Gasturbine 8 oder einem oder mehreren besonderen Verdichtern
zu den Steuerdüsen 3, 4 führenden Druckgasleitungen 5, 6, 7 sind bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1, 3 und 4, soweit diese Leitungen in den Trag-
oder Leitwerkflächen verlaufen, als Profilnasen des Trag-oder Leitwerks ausgebildet
(s. insbesondere F i g. 2). Hiermit wird erreicht, daß die in den Leitungen strömende
Kalt- oder Warmluft von der Gasturbine 3 oder den Verdichtern die Profilnasen der
Trag- oder Leitwerkflächen aufheizt und damit diese Flächen vor Vereisungsgefahr
schützt.