DE1292006B

DE1292006B - Tragflaechenflugzeug mit Strahlantrieb und Strahlsteuerung

Info

Publication number: DE1292006B
Application number: DES82393A
Authority: DE
Inventors: Balluff Helmut
Original assignee: Siebelwerke ATG GmbH
Current assignee: Siebelwerke ATG GmbH
Priority date: 1962-11-09
Filing date: 1962-11-09
Publication date: 1969-04-03
Also published as: GB1037817A; US3161377A

Description

Die Erfindung betrifft ein Tragflächenflugzeug mit Strahlantrieb und mit Strahlsteuerung als einziges Steuermittel zur Steuerung des Flugzeugs um seine drei Achsen, wobei für den Strahlantrieb und die Steuerung ein und dieselben Düsen vorgesehen sind, die an den Tragflächen, dem starren Leitwerk und bzw. oder dem Rumpfende des Flugzeugs angeordnet sind, und sämtliche Düsen von einem einzigen Triebwerk beaufschlagt werden und so schwenkbar bzw. deren Gasstrahlen durch Ablenkvorrichtung so ablenkbar sind, daß sie neben dem Vorschub und der Steuerung auch zur Auftriebserhöhung und gegebenenfalls zum Bremsen des Flugzeugs dienen können.
Ein derart ausgebildetes Flugzeug ist Gegenstand der Patentanmeldung P 1274892.4-22. Es besitzt den sehr wesentlichen Vorteil, daß bei ihm neben den zur Steuerung dienenden Steuerdüsen für die Erzeugung des Vorschubs, einer Auftriebserhöhung und gegebenenfalls für ein Bremsen keine weiteren Düsen am Flugzeug vorhanden sein müssen und daß damit die Anzahl der für alle erforderlichen Flugfunktionen notwendigen Düsen auf das absolut mögliche Minimum reduziert ist. Sowohl sämtliche Steuerdüsen als auch das diese Düsen beaufschlagende einzige Triebwerksaggregat sind während des Fluges stets voll im Einsatz und bilden daher keinen toten Ballast, und zwar auch dann nicht, wenn die Düsen keine Steuerfunktionen ausüben, sondern zum Vorschub und bzw. oder nur zur Auftriebserhöhung dienen sollen.
Ziel der Erfindung ist eine Weiterbild:ung und Verbesserung desTragflächenflugzeugs gemäßPatentanmeldung P 1274892.4-22. Diese Weiterbildung und Verbesserung besteht erfindungsgemäß darin, daß eine Einrichtung zur Grenzschichtbeeinflussung vorgesehen ist, die von dem einzigen zur Beaufschlagung der Düsen bestimmten Triebwerk gespeist wird.
Einrichtungen zur Grenzschichtbeeinflussung sind bei rudergesteuerten Tragflächenflugzeugen bereits bekannt. Die Grenzschichtbeeinflussung ist vor allem beim Kurzstart oder bei Kurzlandung des Flugzeugs notwendig, also bei Flugzuständen, bei denen das Luftfahrzeug eine geringe Geschwindigkeit hat.
Die Einrichtung zur Grenzschichtbeeinflussung weist zweckmäßig Ausblasöffnungen an der Flügelnase und vor bzw. über den Landeklappen des Luftfahrzeugs auf, welche mit der bzw. den Gasturbinen bzw. Verdichtern für die Strahlsteuerung in Verbindung stehen. Die Gasturbine bzw. -turbinen oder die Verdichter für die Strablsteuerung können gleichzeitig für den Strahlantrieb des Luftfahrzeugs dienen, wobei es zweckmäßig ist daß die Ausblasöffnungen für die Grenzschichtbeeinflussung und die Öffnung der Schubdüse des Hauptstrahlantriebs gemeinsam oder getrennt in ihrem Querschnitt regelbar sind.
Vorzugsweise sind die Turbine bzw. Turbinen oder Verdichter für die Steuerdüsen und die Grenzschichtbeeinflussung mit je einer Anzapfung bzw. einem Umgehungskanal ausgestattet, so daß nur ein Teil der zur Grenzschichtbeeinfiussung und zur Steuerung dienenden auszublasenden Luft als Verbrennungsluft die Turbinen durchströmt und bei Verwendung von Zweistromtriebwerken die durch das Gebläserad in den Umgehungskanal gelieferte Kaltluft nach anschließender Vermischung mit der Verbrennungsluft den Ausblasöffnungen bzw. Steuerdüsen zugeführt wird. Die hinter der Turbine vorgesehene Mischkammer, in welcher die aus der Turbine kommende Verbrennungsluft mit der von dem Gebläserad oder dem Verdichter gelieferten Kaltluft vermischt wird, kann nicht nur mit den Ausblasöffnungen für die Grenzschichtbeeinflussung, sondem auch mit der bzw. den Schubdüsen und den eventuell vorhandenen Bremsdüsen des Luftfahrzeugs verbunden sein.
An Stelle eines Zweistromtriebwerks kann auch eine Propellerturbine mit aufgesetztem Gebläserad an Stelle einer aufgesetzten Luftschraube verwendet werden.
Durch die Verwendung von Mischluft zur GrenzschichtbeeMussung und zur Strahlsteuerung können die zum Transport der Mischluft vom Triebwerk zu den Ausblasöffnungen und den Steuerdüsen dienenden Lufffiihrungskanäle bei gleichzeitiger Senkung der Strömungswiderstände im Querschnitt kleiner gehalten werden, und zwar auf Grund der erheblich niedrigeren Temperatur der Mischluft als derjenigen eines unvermischt aus dem Strahltriebwerk austretenden Heißstrahls.
Natürlich können die Kaltluft und die Heißluft auch getrennt zum Einsatz gebracht werden, indem z. B. die vom Gebläserad gelieferte Kaltluft nur zur Grenzschichtbeeinflussung und die aus der Turbine ausströmende Heißluft zur Strahlsteuerung und gegebenenfalls zur Vortriebserzeugung verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
F ig. 1 zeigt einen horizontalen Schnitt durch ein Flugzeug mit einer Vorrichtung zur Steuerung und Grenzschichtbeeinflussung; F i g. 2 veranschaulicht das Flugzeug im Längsschnitt durch diese Vorrichtung; F i g. 3 ist ein vertikaler Mittellängsteilsähnitt durch das Flugzeug im Bereich der Mischkararner und der Schubdüse; F i g. 4 ist ein Querschnitt durch die Tragfläche des Flugzeugs nach Linie IV-IV in F i g. 1; F i g. 5 veranschaulicht eine Stirnansicht des Flügelendes des Flugzeugs gemäß F i g. 1.
Das im Rumpfbug des in der Zeichnung dargestellten Flugzeugs angeordnete Zweistromtriebwerk besteht aus einer Turbine 1 mit einem vorgesetzten Gebläserad 2 und einem Umgehungskanal 2. Die vom Gebläserad 2 angesaugte Luft wird teilweise durch die Turbine 1 und teilweise durch den Umgehungskanal 3 hindurchgeleitet, worauf sich die aus der Turbine austretende Heißluft mit der aus dem Umgehungskanal austretenden Kaltluft in der Mischkammer 4 vereinigen und eine Mischluft bilden, deren Temperatur erheblich geringer als diejenige der aus der Turbine austretenden Heißluft ist.
Von der Mischkammer 4 strömt die Mischluft zum Teil mit Hilfe der Leitbleche 5 durch die hohl ausgebildeten Tragflächen 6 zu den an deren Profilnase vorgesehenen Ausblasschlitzen 7 sowie zu den an den Flügelenden 8 vorgesehenen schwenkbaren Steuerdüsen 9 und Bremsdüsen 10, während der andere Teil der Mischluft von der Mischkammer 4 bei geöffaeter Klappe 11 über die Öffnung 21 durch den im rückwärtigen Bereich der Tragflügel 6 vorgesehenen Kanal 12 zu den vor den Landeldappen 13 befindlichen Ausblasschlitzen 14 in den Tragflügeln strömt. Von der Mischkammer 4 führt ein weiterer Kanal 15 zu der durch eine Klappe 16 verschließbaren Schubdüse 17 für den Vortrieb des Luftfahrzeugs. Die beiden Klappen 11 und 16 für das Ab- sperren der Kanäle 12 bzw. des Kanals 15 befinden sich auf einer gemeinsamen Welle 18, auf welcher sie derart angeordnet sind, daß die Klappe 11 sich in Schließstellung befindet, wenn die Klappe 16 die Schubdüse 17 vollkommen freigibt. Bei geschlossener Klappe 16 strömt daher die gesamte Mischluft von der Mischkammer 4 durch die in den Tragflächen 6 vorgesehenen Ausblasschlitze 7 und 14 sowie durch die Steuerdüsen 9 und gewünschtenfalls auch durch die Bremsdüsen 8. Befindet sich dagegen die Klappe 16 in Offenstellung, so strömt der größte Teil der Mischluft von der Mischkanuner 4 durch den Schubkanal 15 zur Schubdüse 17, während der Rest der Mischluft infolge der verschlossenen Kanäle 12 und der gleichzeitig verschlossenen Ausblasschlitze 7 durch die Steuerdüsen 9 und bei geöffneten Bremsdüsen 10 auch durch letztere entweicht.
Die an der Profilnase der Tragflächen 6 vorgesehenen Ausblasschlitze 7 werden durch eine klappenartige Ausbildung der Profilnasen gebildet. Der Ausblasschlitz 7 wird durch Herabschwenken der Profilnase 19 um die Schwenkachse 20 geöffnet und durch Hochklappen der Nase 19 in ihre Normallage wieder geschlossen. Das Auf- und Abklappen der Profilnase 19 kann gleichzeitig mit der Bewegung der Klappe 11 für den Zustrom der Mischluft zu den Ausblasschlitzen 14 vor den Landeklappen gekoppelt sein, so daß je nach Öffnung der Ausblasschlitze 7 und der von der Klappe 11 verschließbaren Öffnung 21 in der Trennwand 25 des Flügels 6 für den Zustrom der Mischluft zu den Ausblasschlitzen 14 eine mehr oder weniger große Menge der Mischluft durch die Ausblasschlitze 7 bzw. 14 zum Austreten gebracht und die Grenzschichtbeeinflussung in entsprechendem Maße durchgeführt werden kann.
Beim Ausblasen der Mischluft durch die Ausblasschlitze 7 und 14 wird die Grenzschicht über den Tragflächen 6 des Flugzeugs derart beeinflußt, daß der Auftriebskoeffizient erhöht und damit der Start oder die Landung des Flugzeugs derart begünstigt wird, daß das Flugzeug bei den bei diesen Flugzuständen herrschenden Geschwindigkeiten die volle Tragfähigkeit wie im Horizontalflug besitzt bzw. beibehält.
Die an den Flügelenden 8 durch die schwenkbaren Steuerdüsen 9 austretende Mischluft dient zum Steuern des Flugzeugs um dessen Hochachse, und zwar dadurch, daß die Düsen an den Enden der beiden Flügel unterschiedlich stark beaufschlagt werden. Sie können aber auch zur Quersteuerung herangezogen werden, und zwar dadurch, daß die Düsen 9 an den beiden Flügelenden entgegengesetzt zueinander verschwenkt werden, z. B. die Düse 9 am linken Tragflügel nach oben und die Düse am rechten Tragflügel nach unten. Die Steuerdüsen 9 an den beiden Flügelenden können auch gleichsinnig nach unten oder oben verschwenkt werden. Bei nahezu senkrecht nach unten gerichteter Stellung kann durch den hierbei erfolgenden senkrechten Strahlaustritt ein zusätzlicher Auftrieb des Luftfahrzeuges erhalten werden. Das Luftfahrzeug kann damit Eigenschaften von Senkrecht- oder Steilstartern erreichen.
Die Bremsdüsen 10 können mit den Steuerdüsen 9 auf jeder Seite des Luftfahrzeuges bezüglich ihrer Bewegung gekuppelt sein, so daß die Bremsstrahlen ebenso wie die aus den Steuerdüsen austretenden Steuerstrahlen gleichsinnig zur Quersteuerung dienen.
Die Steuerung des Luftfahrzeuges um dessen Hochachse durch verschieden starke Beaufschlagung der Steuerdüsen 9 in deren horizontaler Lage kann durch stromlinienförmige Verdrängungskörper erfolgen, die in die Steuerdüsen ein bzw. aus diesen herausschwenkbar sind. Durch Ein- und Ausschwenken dieser Verdrängungskörper können die freien Durchtrittsquerschnitte der schwenkbaren Steuerdüsen 9 verändert und damit die Düsen an den Enden der beiden Tragflächen unterschiedlich beaufschlagt werden.
Beim Start sind die Ausblasschlitze 7 sowie die öffnung 21 für die Luftzufuhr zu den Ausblasschlitzen 14 geöffnet, um die Grenzschichtbeeinflussung in der gewünschten Weise durchzuführen. Nach ausreichendem Höhengewinn des Luftfahrzeuges wird auf Waagerechtflug umgeschaltet, und zwar dadurch, daß die an den Tragflächen 6 befindlichen Ausblasschlitze 7 durch Hochklappen der Profilnase 19 geschlossen und die öffnung 21 für den Zustrom der Mischluft zu den Ausblasschlitzen 14 durch die Klappe 11 ebenfalls verschlossen werden. Hierbei gelangt die im zur Schubdüse 17 führenden Kanal 15 befindliche Klappe 16 in Offenstellung, so daß der größte Teil der Mischluft aus der Mischkammer 4 durch die Schubdüse 17 entweicht und das Luftfahrzeug vom Steil- oder Senkrechtstart in den waagerechten Flug übergeht. Der restliche Teil der Mischluft dient zum Steuern des Luftfahrzeuges mittels der an den Flügelenden 8 vorgesehenen Steuerdüsen 9. Bei waagerechter Stellung dieser Steuerdüsen gemäß F i g. 5 der Zeichnung dienen diese gleichzeitig zum Vortrieb, bei senkrecht nach unten gerichteter Stellung zu einer zusätzlichen Auftriebserhöhung und in den Zwischenstellungen in entsprechendem Verhältnis sowohl zur Vortriebs- als auch zur Auftriebserhöhung je nach ihrer Winkelstellung.
Die Bremsdüsen 10, die zur Lenkung des Luftstrahls mit verstellbaren jalousieartigen Lenkflächen 22 ausgestattet sind, können selbstverständlich durch entsprechende Verstellung dieser Lenkflächen oder durch andere Verschlußelemente geschlossen werden.
Sie werden nur von Fall zu Fall eingeschaltet, z. B. beim Probelauf des Luftfahrzeugs im Stand, um ein Wegrollen des Luftfahrzeuges zu verhindern, und bei der Landung, um die Auslaufstrecke des Luftfahrzeuges zu verkürzen. Die Bremsdüsen 10 können aber auch beim Flug erforderlichenfalls in Wirkung gesetzt werden, z. B. dann, wenn das Luftfahrzeug von seiner Höchstgeschwindigkeit möglichst schnell auf Langsamflug gebracht werden soll.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem zur Schubdüse 17 führenden Kanal 15 ein weiterer Kanal 23 angeschlossen, der zur Profilnase des Höhenleitwerks 24 führt und dort ebenfalls mit Ausblasschlitzen zum Austritt der in der Mischkammer 4 gebildeten Mischluft ausgestattet ist. Das hierdurch mögliche Ausblasen der Mischluft an der Flügelnase des Höhenleitwerks dient zum Ausgleich der im Langsamflug auftretenden kopflastigen Momente des Luftfahrzeuges, die durch die ausgeschlagenen Landeklappen im Langsamflug und die bei der Grenzschichtbeeinflussung erfolgende Verschiebung des Auftriebmittelpunktes nach hinten verursacht werden. Es ist nicht notwendig, die Ausblasöffnungen am Höhenleitwerk. bei Schnellflug zu schließen, da hierbei die Wirkung des Ausblasens der Mschluft am Höhenleitwerk verschwindend gering ist.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel dient die vom Gebläserad 2 und der Gastarbine 1 gelieferte Mischluft sowohl zur Strahlsteuerung als auch zum Strahlantrieb und zur Grenzschichtbeeinflussung des Flugzeuges, wobei die zur Grenzschichtbeeinflussung notwendige Luftmenge um so kleiner wird, je stärker die Schubdüse 17 zum Vortrieb des Flugzeuges beaufschlagt wird. An der Schubdüse können zusätzliche, in der Zeichnung nicht dargestellte, verstellbare Umlenkklappen vorgesehen sein, um die dort austretenden Vortriebstrahlen gleichzeitig auch zur Auftrieberhöhung, zum Steuern des Luftfahrzeuges um seine Hoch- und Querachse sowie zur Schubumkehr zwecks Bremsung des Luftfahrzeuges beim Auslauf nach der Landung heranziehen zu können. Durch die in den hohlen Tragflächen 6 und in der Flügelnase des Höhenleitwerks 24 geförderte Mschluft wird eine Vereisung der gefährdeten Außenflächen des Luftfahrzeuges verhindert, so daß sich besondere Einrichtungen zur Verhinderung der Vereisungsgefahr erübrigen.

Claims

Patentansprüche: 1. Tragflächenflugzeug mit Strahlantrieb und mit Strahlsteuerung als einziges Steuermittel zur Steuerung des Flugzeugs um seine drei Achsen, wobei für den Strahlantrieb und die Steuerung ein und dieselben Düsen vorgesehen sind, die an den Tragflächen, dem starren Leitwerk und bzw. oder dem Rumpfende des Flugzeugs angeordnet sind, und sämtliche Düsen von einem einzigen Triebwerk beaufschlagt werden und so schwenkbar bzw. deren Gasstrahlen durch Ablenkvorrichtungen so ablenkbar sind, daß sie neben dem Vorschub und der Steuerung auch zur Auftriebserhöhung und gegebenenfalls zum Bremsen des Flugzeuges dienen können, nach Patentanmeldung P1274892.4-22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Grenzschichtbeeinflussung vorgesehen ist, die von dem einzigen zur Beaufschlagung der Düsen bestimmten Triebwerk gespeist wird.
2. Tragflächenflugzeug nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Grenzschichtbeeinflussung an sich bekannte Ausblas- bzw. Ansaugöffiiungen an der Flügelnase und vor bzw. -über den Landeklappen aufweist. 3. Tragflächenflugzeug nach den Ansprächen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitig als Schubdüsen usw. ausgebildeten Steuerdüsen sowie die zur Grenzschichtbeeinflussung dienenden Ausblas- bzw. Ansaugöffnungen durch einen gemeinsamen Strömungskanal für die Luft, die Gase oder das Gasgemisch mit dem Triebwerksaggregat über eine Mischkammer in Verbindung stehen. 4. Tragflächenflugzeug nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblas- bzw. Ansaugöffnungen für die Grenzschichtbeeinffussung des Luftfahrzeugs und die öffnung der als Schubdüsen usw. einsetzbaren Steuerdüsen gemeinsam oder getrennt in ihrem Querschnitt regelbar sind. 5. Tragflächenflugzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerksaggregat für die Steuerdüsen und die Grenzschichtbeeinflussung je eine Anzapfung bzw. einen Umgehungskanal aufweisen, so daß ein Teil der zur Grenzschichtbeeinftussung und zur Steuerung dienenden auszublasenden Luft als Verbrennungsluft die Turbine durchströmt und ein anderer Teil dieser Luft durch die Umgehung geleitet und nach anschließender Vermischung mit der Verbrennungsluft den Ausblasöffnungen bzw. Steuerdüsen zugeführt wird. 6. Tragflächenflugzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter der Turbine und dem Umgehungskanal befIndliche Mschkammer nicht nur mit den Ausblasöffnungen der Einrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht, sondern auch mit den als Schubdüsen bzw. Bremsdüsen dienenden Steuerdüsen des Luftfahrzeugs verbunden ist. 7. Tragflächenflugzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Gasturbine und dem Umgehungskanal ein Gebläserad angeordnet ist. 8. Tragflächenflugzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch an der Profilnase des Höhenleitwerks Ausblasöffnungen vorgesehen sind, die mit dem Triebwerksaggregat oder mit der Mschkammer hinter dem Aggregat verbunden sind. 9. Tragflächenflugzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdüsen jeder Seite des Luftfahrzeugs zwecks gemeinsamer, gleichsinniger Drehung miteinander gekoppelt sind.