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Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug mit einem Hubschrauberrotor,
wobei an jeder Rumpfseite mindestens eine im Rotorabstrom gelegene und in Flugzeuglängsachsenrichtung
gegen den Schwerpunkt des Flugzeugs versetzte Ausströmöffnung für einen Gasstrahl
angeordnet ist.
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Bei Hubschraubern, Flugschraubern, Kombinationsflugschraubern und
Verwandlungshubschraubern besteht für den Fall des Schwebefluges oder des sehr langsamen
Horizontalfluges die Notwendigkeit, für die Durchführung der Seitensteuerung um
die Hochachse zusätzlich zu den üblichen Seitenleitwerken weitere Steuerorgane vorzusehen,
da in diesen Flugzuständen die üblichen Seitenruder infolge der fehlenden Anströmung
praktisch wirkungslos sind. Insbesondere für Hubschrauber mit nur einem einzigen
Hubrotor hat sich daher weitestgehend die Verwendung eines zusätzlichen Heckrotors
eingeführt, der um eine horizontale und zur Flugzeuglängsachse senkrechte Achse
rotiert und der Seitensteuerung dient.
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Der wesentliche Nachteil dieser Art von Seitensteuerung für Hubschrauber
besteht - .abgesehen vom zusätzlich erforderlichen Antrieb für den Heckrotor - in
der mit dessen Betrieb verbundenen starken Lärmentwicklung, die einen Betrieb von
Hubschraubern dieser Art über bewohntem Gebiet sehr störend macht.
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Für Kombinationsflugschrauber, die beim Horizontalflug in herkömmlicher
Weise von dem an den Tragflächen entstehenden Auftrieb getragen werden und die außerdem
die Operationen eines Hubschraubers durchführen können, wenn die auf der Oberseite
des Rumpfes angeordneten Rotorblätter in Betrieb sind, erweist sich diese Steuermethode
schon insofern als unpraktisch, als der zusätzliche Rotor entweder zusätzlichen
Strömungswiderstand im Horizontalflug darstellt oder aber für seine Versenkung in
das Profil des Flugzeuges zusätzlichen technischen Aufwand erfordert.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Seitensteuerung
um die Hochachse zu schaffen, bei der die von den Rotorblättern nach unten erzeugte
Strömung ausgenutzt werden kann.
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Es sind bereits Untersuchungen mit einem senkrecht zu seiner Längsachse
angeströmten kreisförmigen Zylinder durchgeführt worden, wobei durch Ausblasen eines
Strömungsmittels in zum Umfang tangentialer Richtung eine senkrecht zur Anströmrichtung
wirkende Auftriebskraft erzeugt wurde.
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Außerdem ist ein Hubschrauber bekannt, bei dem Ausströmöffnungen für
Gasstrahlen an jeder Rumpfseite im Bereich des größten Rumpfdurchmessers im Rotorabstrom
liegen. Diese Öffnungen dienen jedoch nur der Abführung von Kühlluft des Hubschraubermotors,
wobei diese Kühlluft gleichmäßig zu beiden Seiten des Rumpfes abgeführt wird. Aus
diesem Grunde ist keinerlei Rückwirkung auf die Bewegung des Flugzeugs um seine
Hochachse möglich.
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Ferner ist es bei einem Hubschrauber bekannt, die vom Hubschrauberrotor
ausgehende Luftströmung in einer auf der Oberseite des Flugzeugs vorgesehenen Öffnung
aufzufangen und zu einer seitlichen Rumpföffnung in der Nähe eines Heckrotors, und
zwar außerhalb des Rotorabstromes zu leiten. Mit dieser Maßnahme wird die Wirkung
des Heckrotors unterstützt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß jeder Gasstrahl aus der Ausströmöffnung als dünne Schicht tangential
zur Rumpfoberfläche nach abwärts ausströmt, wobei jeder Gasstrahl unter an sich
bekannter Wechselwirkung mit dem Rotorabstrom zur Erzeugung eines Giermomentes für
das Flugzeug dient.
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Vorzugsweise ist auf jeder Rumpfseite eine Ausströmöffnung vor und
eine weitere hinter dem Schwerpunkt des Flugzeugs angeordnet.
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Diese Art der Seitensteuerung bietet sich an, wenn die Rotorblätter
mit Hilfe von Druckgas angetrieben werden, das aus endseitigen Düsen der Rotorblätter
ausströmt. Aber auch bei Hubschraubern, deren Rotor in anderer Weise angetrieben
wird, läßt sich die Seitensteuerung auf diese Art anwenden, da zusätzliche technische
Vorkehrungen für die Erzeugung des Druckgases für den Gasstrahl meist nicht erforderlich
sind. Gas für den Betrieb der Ausströmöffnungen kann nämlich beispielsweise von
dem Kompressor einer Gasturbine abgezweigt oder durch Umlenkung eines Teils des
Abgasstrahls bei strahlgetriebenen Flugzeugen erhalten werden.
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Eine weitere Möglichkeit für den Betrieb der Ausströmöffnungen besteht
in der Ausnutzung des praktisch immer vorhandenen Kühlventilators bei Anwendung
von Kolbenmotoren für den Antrieb des Rotors. Die für die Erzielung hinreichender
Giermomente erforderlichen Gasströme können nämlich sehr klein sein, so daß auch
zu ihrer Erzeugung nur eine geringe Leistung aufgewendet zu werden braucht, da der
Hauptteil der Steuerenergie von dem Rotorabstrom geliefert wird. Auf jeden Fall
liegen die für den Gasstrom erforderlichen Antriebsleistungen weit unter den für
den Betrieb eines üblichen Heckrotors erforderlichen Werten, so daß sich ein Vorteil
auch hinsichtlich der aufzuwendenden Antriebsenergie ergibt.
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Wird die vor dem Schwerpunkt gelegene Austrittsöffnung auf der einen
Rumpfseite und die hinter dem Schwerpunkt des Flugzeuges gelegene Austrittsöffnung
auf der anderen Rumpfseite gleichzeitig mit Gas versorgt, so addieren sich die von
diesen Gasstrahlen erzeugten Giermomente und ergeben insgesamt eine größere Steuerkraft.
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Man kann dann den Gasstrahl auch nur zu den Austrittsöffnungen der
einen Rumpfseite leiten, wodurch eine seitliche Abdrift des Flugzeugs erzeugt wird.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht eines Kombinationsflugschraubers, F i g. 2
einen Schnitt gemäß der Linie II-11 von Fig.1. F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden
Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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Der Kombinationsflugschrauber gemäß F i g. 1 besteht im wesentlichen
aus einem Rumpf 1, den Tragflächen 2, dem Höhenleitwerk 3 und dem Seitenleitwerk
4, das auf der Rumpfoberfläche montiert und mit einem Seitenruder 5 versehen ist.
Auf der Oberseite des Rumpfes ist ein Zweiblatt-Hubschrauberrotor angeordnet, der
aus einem Rotorkopf 6, den Rotorblättern 7 und den im wesentlichen kreisrunden Strahldüsen
8 am äußersten Ende der Rotorblätter besteht. Der Kombinationsflugschrauber wird
durch Strahltriebwerk angetrieben, die mit einem Bypasskanal versehen sind und sich
im Innern des Flugzeugrumpfes
befinden. Die durch den Einlauf 9
angesaugte Luft wird nach der Verbrennung als Schubstrahl durch die rückwärtigen
Schubdüsen 10 ausgeblasen und erzeugt somit die für den Horizontalflug notwendige
Schubkraft. Innerhalb der Strahltriebwerke sind Ablenkvorrichtungen angebracht,
die den Gasstrahl von der Schubdüse weg in das Innere des Rotorkopfes 6 ablenken.
Vom Rotorkopf aus wird der Gasstrahl durch die Rotorblätter und die Strahldüsen
am Ende der Rotorblätter ausgeblasen.
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Gemäß F i g. 2 besitzt der Flugzeugrumpf eine im wesentlichen kreisrunde
Querschnittsfläche. Die Oberfläche des Flugzeugrumpfes ist mit schmalen, langen
Ausströmöffnungen 21 a, 21 b, 22 a, 22 b versehen, die in Flugzeuglängsachsenrichtung
am hinteren Teil des Rumpfes angebracht sind und durch die Luft ausgeblasen wird.
Die Ausströmöffnungen 21 a, 21 b liegen einander auf beiden Rumpfseiten gegenüber
und befinden sich im wesentlichen im Bereich des größten Durchmessers. Sie sind
so ausgerichtet, daß der ausgeblasene Luftstrom in einer dünnen Schicht tangential
über die beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des Flugzeugrumpfes nach
unten gerichtet ausgeblasen wird. Die Ausströmöffnungen 22a, 22b sind im
unteren Bereich des Flugzeugrumpfes beiderseits angeordnet und so ausgerichtet,
daß die ausströmende Luft in einer dünnen Schicht entlang der Krümmung der Unterseite
des Flugzeugrumpfes nach unten und gegeneinander strömt. Der Abstand zwischen den
Ausströmöffnungen 21a und 22a bzw. 21b und 22b beträgt zweckmäßigerweise im Bogenmaß
gemessen zwischen 40 und 60°. In der Zeichnung ist der Querschnitt der Ausströmöffnungen
im Interesse größerer Klarheit besonders übertrieben dargestellt.
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Entsprechend der Darstellung in F i g. 2 wird die Luft zu den Ausströmöffnungen
über Leitungen 23 a, 23 b von einer gemeinsamen Versorgungsleitung 24
aus
zugeführt, die mit einer Druckluftquelle, z. B. dem Bypass-Kompressor der Strahltriebwerke,
verbunden ist. Die Leitungen 23 a, 23 b, 24 enthalten Steuerventile 25 a, 25
b, 26.
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Der Rumpf 1 kann zusammen mit dem Seitenleitwerk als eine Tragfläche
betrachtet werden, die eine runde Rückkante besitzt und im nach unten gerichteten
Luftstrom A des Zweiblatt-Hubschrauberrotors liegt. Wenn über die Ausströmöffnungen
21a, 22a eine Luftschicht nach unten über den Flugzeugrumpf entsprechend
den Pfeilen B ausgeblasen wird, wird ein Umlaufeffekt erzielt, der eine Kraft senkrecht
zu der nach unten strömenden Luft in Richtung des Pfeiles C auf den Flugzeugrumpf
hervorruft. Da diese Kraft hinter dem Schwerpunkt angreift, macht das Flugzeug eine
Drehung um die Hochachse.
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Eine entsprechende Wirkung wird erzielt, wenn die Luft durch die Öffnungen
21 b, 22 b ausgeblasen wird. Das Flugzeug dreht sich dann im anderen Drehsinn um
seine Hochachse.
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Es ist vorgesehen, daß die Steuerung der durch die Ausströmöffnungen
im Flugzeugrumpf ausgeblasenen Luft durch die üblichen Seitenruderhebel oder Pedale
erfolgt, die mit dem Ventil 25a oder 25b
derart verbunden sind, daß
die Luft entweder zu den Ausströmöffnungen 21 a, 22 a oder 21 b, 22 b in
Abhängigkeit von der gewünschten Drehung geleitet werden kann. Die Ventile können
so miteinander verbunden sein, daß das eine Ventil geöffnet wird und damit Luft
durch die entsprechenden Ausströmöffnungen ausströmt, während das andere Ventil
geschlossen wird. Während des Horizontalfluges beginnt das Seitenruder 5 zu wirken,
sobald die Vorwärtsgeschwindigkeit so groß ist, daß die nach unten geblasene Luft
durch die Längsströmung im wesentlichen nach hinten abgelenkt wird. Unter diesen
Bedingungen ist der Luftstrom, der aus den Ausströmöffnungen im Flugzeugrumpf austritt,
unwirksam und bewirkt keinerlei Drehmomente um die Hochachse. Unter diesen Bedingungen
ist es zweckmäßig, die Ventile zu schließen. Zu diesem Zweck ist in der Leitung
24 ein Hauptventil 26 angeordnet.
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Die Länge der Ausströmöffnungen im Flugzeugrumpf hängt von der Größe
des Flugzeuges und der Größe der zur Steuerung um die Hochachse notwendigen Kräfte
ab. Die Ausströmöffnungen müssen selbstverständlich im Bereich des von den Rotorblättern
aus nach unten über den Flugzeugrumpf abfließenden Luftstroms liegen. Es können
auch Ausströmöffnungen in der Oberfläche des Flugzeugrumpfes vor dem Rotorkopf angebracht
werden, wobei dann die Luftzufuhr derart gesteuert wird, daß die Luft gleichzeitig
durch die auf der einen Seite der vor dem Rotorkopf befindlichen Ausströmöffnungen
und die auf der gegenüberliegenden Seite der hinter dem Rotorkopf befindlichen Ausströmöffnungen
ausgeblasen wird. Dadurch wird das Giermoment um die Hochachse weiter verstärkt.
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Es ist vorgesehen, je nach Erfordernis die Ausströmöffnungen am Flugzeugrumpf
in verschiedenen alternierenden Anordnungen anzubringen. So können in einzelnen
Fällen die Ausströmöffnungen 22 a, 22 b weggelassen werden, wogegen in anderen Fällen
zusätzliche Ausströmöffnungen in der seitlichen Oberfläche des Flugzeugrumpfes angebracht
werden. Diese können sich sowohl über als auch unter den Öffnungen 21a, 21b befinden,
jedoch ist es stets erforderlich, daß die Luft nach unten ausgeblasen wird.
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Die in F i g. 2 dargestellte Anordnung der Ausströmöffnungen ist eine
Modifikation für den Fall, daß der Flugzeugrumpf eine runde, untere Oberfläche besitzt,
d. h. daß der Rumpf einen elliptischen, ovalen oder ähnlichen Querschnitt aufweist.
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In F i g. 3 ist eine Anordnung dargestellt, wie sie bei einem im allgemeinen
rechteckigen Querschnitt eines Flugzeugrumpfes mit abgerundeten Kanten möglich ist.
Die sich in Längsrichtung erstreckenden Ausströmöffnungen 31 a, 31
b sind an der Übergangsstelle vom flachen oberen Teil des Flugzeug rumpfes
zur oberen Kante und die unteren Ausströmöffnungen 32a, 32b an der Übergangsstelle
der flachen Seitenwand des Flugzeugrumpfes zur unteren Kante angebracht. Dabei ist
die Ausströmöffnung derart ausgebildet, daß der ausströmende Luftstrom in einer
dünnen Schicht nach unten über die Oberfläche der entsprechenden, abgerundeten Kante
strömt. Es können auch noch weitere Ausströmöffnungen auf der seitlichen Oberfläche
des Flugzeugrumpfes angeordnet werden. Die Zufuhr der Luft erfolgt entsprechend
der in F i g. 2 dargegestellten Ausführung.
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In jedem der beschriebenen Beispiele ist vorgesehen, die Ausströmöffnungen
entweder als lange schmale Schlitze einzeln oder in Serie anzuordnen
oder
an Stelle der Schlitze Reihen eng nebeneinander liegender Einzelöffnungen zu verwenden.