DE1481653A1 - Vertikal- oder Kurzstartflugzeug hoher Vorwaertsgeschwindigkeit - Google Patents
Vertikal- oder Kurzstartflugzeug hoher VorwaertsgeschwindigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein I'lut zeug (Aerodyne),
welches einerseits in der Lege ist, wie Plugzeuge mit festen Flügeln mit sehr hohen Transittionsgeschwindlgkeiten,
sogar Überschallgeschwindigkeiten, zu fliegen, und welches andererseits die Möglichkeit hat, vertikal nach Art eines
Hubschraubers zu starten und zu landen.
Es ist bekannt, daß die Vorwärtsgeschwindigkeit von Hubschraubern durch mehrere Erscheinungen begrenzt ist,
die ihren Ursprung grundsätzlich im Rotor haben. Tatsächlich
führen von einer bestimmten Geschwindigkeit an die Erscheinungen des Abreißens, des Einflusses der Machzahl,
der Kückwärtsanströmung der Ilügelblätter, der Asymmetrie
der aerodynamischen Belastungen, zu Wechselbeanspruchungen infolge von Schwingungen, zu Unstabilitätserscheinungen usw.,
die es sehr oft nicht erlauben, die Geschwindigkeit zu
erzielen, die aufgrund der zur Verfugung stehenden Leistung erzielt werden könnte.
&09812/0299.
— 2 —
Um diese Grenze hinauszuschieben, sind verschiedene
Lösungen vorgeschlagen worden, z.B. multizyklische Steuerungen, einziehbare Flügelblätter, Flügelblätter, bei denen
eine schwingende Bewegung der Rotationsbewegung überlagert ist, usw. Die am weitesten verbreitete lösung besteht darin,
den Rotor einerseits von seiner Tragfunktion durch einen festen Flügel zu entlasten, andererseits von seiner Antriebsfunktion, indem ein unabhängiges Antriebsmittel vorgesehen wird,
z.B. eine durch einen Kolbenmotor angetriebene Luftschraube, ^ ein Turboproptriebwerk, ein Strahltriebwerk o.dgl. Nichtsdestoweniger
haben alle diese Lösungen nur die der Vorwsrtsgeschwindigkeit durch den Rotor auferlegte Grenze zurückgetrieben.
Eine ganz neue Lösung, die darin besteht, den vollständig entlasteten Rotor stillzusetzen und einzuziehen oder zu
verkleiden, während ein fester Flügel denAuftrieb im Vorwärtsflug sichert, bringt außerordentliche Komplikationen mit
sich.
Die Maschine nach der Erfindung besitzt diese Kachteile nicht, und zwar weder hinsichtlich der Geschwindigkeitsbegrenzung
noch der Verwirklichung.
oo Zu diesem Zweck ist das Flugzeug mit mindestens einem
*° Antriebsmittel ausgerüstet und nit einem Eotor, der vorzugs-
,,o weise drei Flügelblätter besitzt und der derart ausgebildet
co ist, daß er einerseits als Drehflügel dient, der zumindest das Starten des Flugkörpers sicherstellt, und andererseits
als fester Flügel, um während des Flugs mit hoher - 3 -
- 5 ' H81653
Geschwindigkeit Auftrieb zu erzeugen.
Ein derartiger Rotor ist aus "starren" Flügelblättern gebildet,
die in bezug auf eine vertikale Mittelebene ein symmetrisches Profil besitzen und die mit Klappen sowohl an der Flügelnase
wie an der Hinterkante versehen sind, so daß eine geeignete Steuerung dieser vorn und hinten befindlichen Klappen alle
Manöver eines Hubschraubers und eines Flugzeugs mit festen Flügeln ermöglicht. Andererseits sind Bremsmittel vorgesehen, um
den Rotor während des Fluges stillzusetzen. Eine geeignete Verriegelung
hält den gebremsten Rotor während des Fluges nach Art ^ eines festen Flugzeugflügels in der richtigen Stellung fest.
Ein derartiges Flugzeug kann somit nach Art eines Hubschreubers
starten, indem der Rotor durch geeignete Mittel angetrieben wird. Z.B. kann der Rotor durch ein Strahltriebwerk
angetrieben sein, wobei das diesem Zweck dienende Strömungsmittel vorzugsweise vom Triebwerk geliefert wird. Im Falle der
Verwendung von Zweistromstrahltriebwerken kann man vom iekundrrstroir. gelieferte Preßluft zum Antrieb des Rotors ver- λ
.venden, während der Printerstrom einen beträchtlichen Vorwcrtsschub
liefert. Ebenso kann man bei Verwendung eines Strahltriebwerkes die heißen ttase verwenden, einmal, um den Rotor anzutreiben,
indem rr.an sie durch die Drehflügel schickt, andererseits,
o um den Vortrieb des Apparats sicherzustellen.
^ Von einer bestimmten Geschwindigkeit an wird die dem Rotor
to zugeführte Leistung in einem bestimmten Llaße erniedrigt. In dem
cc vorzugsweise in Betracht genommenen Beispiel wird diese Leistung
der. Triebwerk zugeführt und liefert somit den Schub für die ■ 'c-: ■·''■'r\·? .-'. .'-e;"'i>,!-.^.. I1- ii^fe-n "Jee ?hwindi.··; 2itsber-=i-h - A- -.,
~ BAD ORIGINAL
arbeitet der Rotor somit im Zustand eines Girodynes oder eines
iragschraubers (Autogiro).
An der oberen Grenze dieses zweiten Zustandes wird der
Rotor sehr schnell gebremst, so daß die verschiedenen Resonanzbereiche sehr schnell durchschritten werden. Die für diesen
Zweck geeigneten Bremsmittel können in Strahlablenkungen der am Ende der Drehflügel befestigten Düsen bestehen und den
Schub umlenken oder, vorzugsweise aus im Bremsvorgang freigelegten Düsen an der Flügelnase der Rotorblätter gebildet sein·
Eine derartige Bremsung verhindert jegliches Moment auf den Rumpf und sich daraus ergebende Komplikationen der llugmanöver. Diese Bremsung, die das zum Antrieb des Rotors dienende
Strömungsmittel selbst verwendet, ist vorzugsweise unterstützt durch eine mechanisch wirkende, auf Reibung beruhende Bremsung.
Die Wirkung der Steuerungen wird naoh und naoh geändert, um sich dem Übergang vom Hubsohraubereustand in der ersten
Phase in den Flugeeugzustand in der dritten Phase anzupassen.
Wenn der Rotor einmal durch die mechanische Bremse festgehalten ist, wird er in einer Lage blockiert, in der ein Blatt naoh vorn·
zeigt, während die beiden anderen Flügelblätter unter Winkeln von 120° einen Pfeilflügel bilden. Ss ist vorteilhaft, anaohließend das naoh vorn zeigende Flügelblatt durch ein zurück- **<
° ziehbares oder nicht zurückziehbares Auflager blockieren zu
können, welches im Rumpf vorgesehen ist. In dieser dritten ;
«>. Phase verhält sich das Drehflügelflugzeug wie ein Starrflügler,
*° Pfeillage eignen sich gut für erhöhte Geschwindigkeiten, ja
sogar Überschallgeschwindigkeiten.
Ein Ausführungsbeiapiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Ss zeigern
Pig. 1 eine teilweise im Querschnitt gezeigte Seitenansicht eines Flugzeuges nach der Erfindung,
Pig. 2 eine Draufsicht auf ein derartiges Plugzeug,
Pig. 3 einen Querschnitt durch ein Rotorblatt, wie es bei dem Plugzeug nach der Erfindung verwendet wird,
Pig. 4 perspektivisch eine Ausführungaart für eine
mechanische Steuerung der Klappen, die an der g
Vorder- und Hinterkante der Flügelblätter angeordnet sind,
Fig. 5a und 5b
schemstisch die Wirkung der zyklischen Blattanstellwinkeländerung
auf die vorwärts- und rückwärtsdrehenden Flügelblätter,
Fig. 6a und 6b
schematisch die Wirkung der allgemeinen Blattanstellwinkeländerung
auf die vorwärts- und rückwärtsdrehenden Flügelblätter. "
Das in Pig. 1 dargestellte Drehflügelflugzeug nach der Erfindung besitzt einen Rumpf 1 und ein Triebwerk 2, z.B.
ein Zweistrom-Strahltriebwerk. Außerdem ist der Plugkörper
co
mit einem Hotor 3 ausgerüstet, der vorzugsweise mit einem
-* Reaktionsantrieb ausgestattet ist, da diese Art des Antriebs
*"* die einfachste Lösung ergibt. Es soll jedoch darauf hingeo
„^ wiesen werden, daß die Erfindung generell verwendet werden
kann, unabhängig davon, welches Prinzip für den Antrieb
des Rotors und für den Vortrieb des Flugkörpers verwendet wird. Im Falle eines Zweistrom-Triebwerks liefert der von den
nach hinten ausgestoßenen Gasen gebildete Primärstrom einen Vorwärtsschub, während der Sekundärstrom teilweise über ein
geeignetes System durch eine Leitung 4 der Nabe 5 des Rotors zugeführt werden kann, worauf dieser Sekundärstrom komprimierter
luft durch die Flügelblätter 6 strömt, um über Düsen 7,
die am Ende der Blätter angeordnet sind, ausgestoßen zu werden.
Der Rotor ist vorzugsweise aus drei starren Blättern W gebildet, von denen jedes ein in bezug auf eine vertikale
Mittelebene ein symmetrisches Profil besitzt. Ein derartiges linsenförmiges Profil ist in Fig. 3 dargestellt. Außerdem
ist jedes Blatt mit einer Klappe 8 an der Hinterkante und einer Klappe 9 an der Flügelnase verbunden, die mit einem
hohlen Holm 10 gelenkig verbunden sind, der als Leitung für das durch die Düsen 7 ausströmende Gas dient. Jedes Flügelblatt
hat somit ein vollkommen symmetrisches Profil, so daß es ebenso von vorn wie von hinten angeströmt werden kann.
Die Änderung des Schubs, die notwendig ist, um das gyroskopische Moment des Rotors zu kompensieren und um ganz allgemein die
Steuerung durchzuführen, wird während der Phase, die einem Flug als Hubschrauber entspricht, durch eine Verstellung der
Klappen 8 an den Hinterkanten der Flügelblätter vorgenommen.
ο Durch diese Aktion wird das Profil der Flügelblätter geändert,
oo folglich auch der Schub.
»ο Die Klappen können entweder zyklisch oder gleichzeitig
<o betätigt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die
Anstellwinkeländerung durch Servomotoren sichergestellt,
die in jedem Flügelblatt montiert Bind und deren Verstellung
elektronisch gesteuert wird. Jeder Servomotor kann von einer Rechenmaschine gesteuert werden, die ale Information einerseits Änderungen der Steuerungen (Steuerknüppel der zyklischen
Blattanstellwinkeländerung und der allgemeinen Blattaneteilwink eländerung) und andererseits Charakteristiken der Umgebung,
E.B. Drehzahl des Botorβ, Vorwärtsgeschwindigkeit, Spannungen
der Flügelblgtter usw. erhält.
nur die Happen an der Hinterkante des pfeilartigen Flügels |
betätigt, was unter Berücksichtigung des Drehsinns des
i Flügelblattes und der Klappe an der Hinterkante des anderen i
Bei einer anderen Variante werden die Klappenverstellungen in der oben beschriebenen Art über zwei Taumelscheiben gesteuert.
Gemäß einer noch anderen Variante, die schematisch in
Fig. 4 dargestellt ist, wird die Verstellung sowohl an der Hinterkante wie an der Vorderkante Jedes Flügelblattes
durch eine einzige Taumelscheibe 11 ausgeführt. Eine
parallel zur Mittelachse des Hotors verlaufende Achse 12 trägt an ihrem oberen Ende für jedes Flügelblatt ein Gelenk
13, welches über einen Hebel 14 mittels eines Fühlers 15
und einer Stange 16 den Hebel 17 betätigt, der die mit der an der Hinterkante befindlichen Klappe 8 verbundene Achse 18
dreht.
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Andererseits wird die mit der Klappe 9 verbundene, an der
Vorderkante befindliche Welle 19 unter Zwischenschaltung eines Hebels 20 und eines Fühlers 21, der in Verbindung
mit der Taumelscheibe 11 steht, betätigt.
Die genannten Verbindungen sind für alle Blätter des
Rotors gleich. Die Achse 12 kann parallel zu sioh selbst verschoben werden, so daß die Taumelscheibe 11 nur noch
Neigungsbewegungen um ein Kardangelenk ohne axiale Veraehiebung
ermöglicht. Eine Bewegung der Steuerung des allgemeinen Anstellwinkels, der mit der Achse 12 verbunden ist, ruft
eine Bewegung der Klappen 8 an der Hinterkante der drei Flügelbätter hervor, wie es in Fig. 6a für di· vorwärts
drehenden Flügelblgtter und in Fig. 6b für die rückläufigen Flügelblätter angegeben ist. Hingegen verändern die Bewegung
der zyklischen Steuerung die lage der Fühler 15 und 21 und bewirken
eine Änderung der Stellung der beiden Klappen 8 und S,
wie es in den Fig. $_a und 5b für die vorlaufenden und die
rücklaufenden Flügelblätter angegeben ißt. In dem darge-)
stellten Ausführungsbeispiel senkt das vorlaufend· Plügelblatt
die vordere Klappe 9 und hebt die hintere Klappe 8, was den Schub vermindert, während auf dem rücklaufenden
Flügelblatt genau der umgekehrte Vorgang abläuft, wodurch somit eine Vergrößerung de· Schubs erzeugt wird·
CD
O
CO
O
CO
co Da die Flügelblätter eine gewisse Trägheit beeiteen,
N> wird die Bewegung des Rotors oder die Kupplung an den
° Rumpf mit einer gewissen Verzögerung wirksam. Außerdem
J0 kann man feststellen, daß die Klappenbewegung auch für die
Steuerung im Flug bei stillgesetztem Rotor dienen könnte.
ι Tatsächlich entspricht diese Bewegung einem Niokmanöver,
j da die beiden FlügeIblatter nun durch denselben Luftstrom
angeströmt werden, wie leicht bei Vergleich der Pig. 5a und 5b zu sehen ist, wobei die Plugrichtung in der Richtung des
Pfeiles am voreilenden Drehflügel ist.
Über die besondere Anordnung des Eotora hinaus, dessen Ausführungsarten vorstehend genannt sind, sind Mittel vorgesehen,
um eine sehr wirksame Bremsung des Rotors sicherzustellen, die sein Anhalten währand des Flugs gestatten. Zu
diesem Zweck kann man an den Enden der Flügelblätter eine zweite Düse vorsehen, die normalerweise gesperrt ist und d ie in
der lage ist, in Verbindung mit dem Inneren des Flügelblattes
Düse
zu treten, wobei diese zweite/eine entgegengesetzte Strömungsrichtung zur Düse 7 aufweist. Durch geeignete Mittel kann Gas
im gewünschten Zeitpunkt des Bremsens in diese zweite Düse umgelenkt werden, um den vorher durch die Düsen 7 erzeugten
Schub umzukehren. Man könnte z.B. eine auf dem Blatt gleitende profilartige Verkleidung vorsehen, die Aussparungen in geeigneter
Weiee besitzt derart, daß sie entsprechend ihrer
Lage eine der Düsen mehr oder weniger freigibt, während die andere mehr oder weniger bedeokt bleibt. Man kann auf diese
Weise eine sehr schnelle Bremsung bewirken, um die verschiedenen Resonanzdrehzahlen des Rotors schnell zu durchlaufen.
Eine mechanische durch Reibung wirkende Bremsung vervollständigt in vorteilhafter Weise diese aerodynamische
Bremsung. Andererseits ermöglichen Mittel, die für den Fachmann leicht zu entwerfen sind, z.B. eine mechanische Kupplung,
den Rotor in der korrekten Lage, wie z.B. der in Fig.
für den Fall eines Dreiblatt-Rotors dargestellten, zu
- io -
blockieren. Schließlich ist es vorteilhaft, eine in den Sumpf einziehbare oder feste Nase 22 vorzusehen, die im
Schnellflug über mechanische oder pneumatische Mittel mit demnach vorn zeigenden Flügelblatt verbunden ist.
Selbstverständlich können die beschriebenen Ausführungsarten zahlreiche Änderungen erfahren, ohne daß man den Umfang
der vorliegerden Erfindung verläßt. So sind z.·*3. verschiedene
Lösungen für die Klappen an den Vorder- und Hinterkanten möglich. Ee ist jedoch wesentlich, daß die Flügelblätter ein
symmetrisches Profil haben, das andererseits dem Vorwärtsflug,
Unterschallflug, Schallflug oder "Überschallflug angepaßt sein
soll. Die öffnungen, die zwischen den Klappen und dem Holm jedes Flügelblattes bestehen, können gegebenenfalls zur
Grenzschichtenanblasung herangezogen werden. Andererseits kann man durch ein elastisches Ausfüllmaterial 23, wie Schaumkautschuk,
ein spaltfreies Profil erhalten und so eine Widerstandserhöhung vermeiden.
Schließlich kann man für das Flügelblatt oder die Flügelblätter, die sich in der Achse des Drehflügelflugzeugs
befinden, wenn der Rotor blockiert ist, und die nicht zum Auftrieb des Flugkörpers beitragen, eine normalerweise in
(p den Rumpf zurückgezogene Verkleidung vorsehen und so das
co Flügelblatt oder die Flügelblätter in eine aerodynamische
—* günstige Form einschließen. Dies® Flügelblatt oder diese
Flügelmutter könnten auch in den Rumpf eingezogen werden.
Claims (1)
- FATIRTARWItT HAKBtXKθ ·· · MBUXS ITALI. «1 · FXRMKITF 8β 74 28 ΙΤΝ» ββ 41 ISSociete Charles Marchetti
22, Avenue d'Eylau
Paris 16° / FrankreichPatente na ρ r ü c h e1· Flugzeug, das sowohl einen Flug mit erhöhten Vorwärts-gesahwindigkeiten als auch ein senkrechtes Starten und %Landen gestattet, gekennzeichnet durch zumindest ein Schubtriebwerk (2) und einen Rotor (3)f vorzugsweise mit drei Flügeln (6), die einerseits derart ausgelegt sind, daß sie in Rotation versetzt werden können und ein sich drehendes Tragwerk bilden, um den Senkrechtstart vollführen zu können, und andererseits derart, iaß sie in bezug auf den Flugkörper befestigt //erden können und ein festes Tragwerk bilden, um im Schnellflug zur Auftriebserzeugung beizutragen. -2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) *U8 starren (nicht gelenkig aufgehängten) Flügelblättern (6) gebildet wird, die in bezug auf eine vertikale Mittelebene ein symmetrisches Profil aufweisen und sowohl an den Vorder- wie an den Hinterkanten mit ι verstellbaren Klappen (8, 9) versehen sind, wobei eine ge- : eignete Steuereinrichtung für die Klappen sämtliche zum Flug als Hubschrauber bzw. Starrflügler nötigen Manöver gestattet. . '909812/02993. Flugzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bremsmittel zum Stillsetzen des Rotors (3) während des Fluges und Blockiermittel zur Verriegelung des gebremsten Rotors in' einer korrekten Lage während des Fluges mit erhöhter Geschwindigkeit.4. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) durch Reaktion angetrieben wird, wobei der Gasstrom aus Düsen (7) am Ende der Flügelblätter (6) expandiert.5e Flugzeug nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsmittel aerodynamische Mittel sind, die gegebenenfalls durch mechanisch wirkende Reihungsmittel vervollständigtsind.6. Flugzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamischen Bremsmittel Schubumkehreinrichtungen für die Strahlen.am Ausgang der Düsen (7) enthalten.7. Flugzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamischen Bremsmittel durch Hilfsdüsen gebildete Uinkehreinrichtungen für den Schub enthalten, die die Richtung des Stromes, bezogen auf den normalen Ausstoß der Düsen, umkehren.8. Flugzeug nach Anspruch 5f dadurch gekennzeichnet, daß eineJ0 Verkleidung, die das Profil des Flügelblattes hat, auf demco Flügelblatt bewegbar ist, um hierbei mehr oder weniger eine oo-*· der Düsen freizugeben und mehr oder weniger die andereDüse zu bedecken.Flugzeug nach Ansp-ruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung, die zum Antrieb des Rotors (3) dient, von einem Schubtriebwerk geliefert wird, . - 3 -10. Flugzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelblätter (6) ein linsenförmiges Profil haben, das der Geschwindigkeit, für die das Flugzeug ausgelegt ist, angepaßt ist.11. Flugzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Klappen (8, 9) sowohl für den Flug als Hubschrauber als auch für den Flug als Flugzeug von Servomotoren gesteuert wird, die in jedem Flügelblatt (6) ppgeordnet sind.12. Flugzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Servomotoren elektronisch über eine Rechenanlage gesteuert M werden, die als Informationen die Veränderungen der Steuerungen und Parametern empfängt, die die Umgebung charakterisieren.13. Flugzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daßdie Verstellung der Klappen (8, 9) von zwei Taumelscheiben gesteuert wird, die derart angeordnet und betätigt werden, daß sie dem flugkörper gestatten, alle Manöver eines Hubschraubers und eines Flugzeugs mit festen Flügeln auszuführen.14. Flugzeug nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Steuerung der zwei Arten von Klapoen (8, 9)» die an jedem Flügelblatt angeordnet sind und die einer zyklischen Slattanstellwinkelanderung beim Flug als Hubschrauber und einer symmetrischen Änderung der festen Flügelblatter beim Flug als Starrflügler mittels einer Taumelscheibe (11) entspricht, die über Fühler (15, 21) und ein Gestänge (14-16, 17, 18; 19, 20) mit den Klappen verbunden ist.15. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß die Änderung des allgemeinen - 4 -309812/0299Anstellwinkels (pitch) durch Verschiebung einer ζτίΓτϊσTOr-achse parallelen Welle (12) sichergestellt ist, die alleindie an der Hinterkante der Flügelblätter (6) angeordneten
Klappen (8) betätigt»16. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Flügelblatt (6) durch einen hohlen Holm (10) gebildet wird, der die Verbindung der Rotornabe
(3) mit der am Blattende befestigten Düse (7) herstellt, wobei die an diesem Holm angeordneten Klappen (8, 9) in geeigneter Weise das Profil ergänzen.* 17. Flugzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontinuität des Profils zur Anpassung der Klappen an den
Holm durch Verwendung eines elastischen Materials gewährleistet ist.18. Flugzeug nach Anspruch 1, bei dem der Rotor aus drei Flügelbli-'ttern gebildet ist, die untereinander Winkel von 120°
bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fli;gelblätter in
einer solchen Lage festgehalten werden, daß eines der Flügelblätter (6) über dem Rumpf (i) ist und nach vorne zeigt,
ψ während die beiden anderen Flügilblätter einen Pfeilflügel bilden.19· Flugzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das nach vorn zeigende Flügelblatt (6) durch eine oberhalb desRumpfes (1) vorgesehene Nase (22) blockiert wird, die
togegebenenfalls einziehbar ist.J^ 20. Flugzeug nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß das ο Flügelblatt oder die FlUgelblätter, die sich in der Achse desFlugkörpers befinden, wenn der Rotor blockiert ist, in den coRumpf oder in eine zu diesem Zweck vorgesehene Verkleidung eingezogen werden können.
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