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Die Zusatz erfindung betrifft wie die gleichlautende vorhergehende
Haupterfindung ein Hub-,Drag- und Triebwerk.
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Dar in der Haupterfindung beschriebene Triebwerk findet sowohl für
Iuftfahrzeuge, wie für Wasser- und Bodeneffekt-Landfahrzeuge Verwendung. Es ist
durch die sogenannte Flossenrotorbauweise gekennzeichnet und deshalb wurde ihm auch
der Naine Fin-Fan-Triebwerk"zuteil.
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Bei der nachfolgend beschriebenen Zusatzerfindung geht es um eine
Modifikation dieser Bauweise,welche bevorzugt nur auf Luftfahrzeuge angewendet werden
soll.
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Bei dieser Modifikation kommt mit Ziel auf Senkrecht-oder Kurzstartflugzeuge
eine Verbindung der Flossenrotoren mit dem bekannten kennzeichnenden System der
herkömmlichen Hubschrauber zustande.
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Bei der Haupterfindung ist betont worden, dass die Fin-Fan-Triebwerke
bevorzugt in die starren Tragflächen herkömmlicher Flugzeuge eingebaut werden, oder
dass sie unter Entfall solcher Tragflächen selbst solche starre Tragflächen bilden.
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Demgegenüber besteht die Zusatzerfindung darin, dass Flossenrotorgetriebe
mit dem bekannten Drehflügelprinzip kombiniert werden, indem die Fin-Fan-Flossenrotortriebwerke
in einen Drehflügel eingebaut werden oder selbst einen Drehflügel bilden.
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Diese Sombination hat gegenüber dem Einbau der Fin-Fans in starre
Tragflächen,und auch gegenüber dem herkömmlichen Hubschraubersystem,manche Vorteile.
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1. Nach Fig.l. und 2. der Zusatzzeichnung wird die Länge (L) der Fin-Fan-Drehflügels
viel kleiner als bei herkömmlichen Hubschraubern. Allerdings wird die Breite (B)
grösser als bei jenen. Die Drehzahlen liegen wie bei jenen im Bereich zwischen 2oo
und 800 UpXi. Das Gewicht des Drehflügels ist wesentlich grösser als bei jenen.
Das hat aber den Vorzug, dars der Rotor hier mitunter als Energiespeicher bei Start
und Landung herangezogen wird.
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2. Sofern der Rotor als bnergiespeicher benutzt wird, kommt man mit
einer kleineren,Starthubleistung aus. Man spart also an Pferde stärken und Treibstoff.
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3. Es werden ihre Reisegeschwindigkeiten als bei herkömmlichen Hubschraubers
erzielt. Auch Überscha##flug verträgt sich mit dmesem neuen Dreh£lügler'sofern man
für seinen Antrieb modifizierte Turboluftstrahlgetriebe mit Anzapfung an der Verdichterturbine
schafft.
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4. Es gibt Versionen, bei welchen im Horizontalflug der Fin-Fan-Drehflügel
gezurrt werden kann,sodass er als Tragfläche wirkt.
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5. Die in der Hauptanmeldung genannte und schwierig zu erreichende
Reversierbarkeit der Flossenrotoren entfällt.
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6. Das System mündet insbesondere im Kreisflächen-Schwungrad-Drehflügelrotor
gemäss Fig.3. bis 6., welcher eine grössere Fluglagenstabilität, gewissermassen
auch Gyro-Stabilität, und einen Einbau unter Tragflächen oder in Tragflächen nach
Fig. 5 ### 8. zulässt.
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In den Figuren der Zusatzzeichnung ist diese Kombination schematisch
dargestellt.
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Die Figuren 1. und ?. zeigen den Motor mit Propeller und Rechteck-FinFan-Rotor.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht und Fig.2. eine Draufsicht;es sind bezeichnet:
Rit
(1) der Antriebsmotor. Es kommt bei Unterschalleinheiten ein Kolbenmotor oder eine
Gasturbine infrage.
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Bei Überschalleinheiten wird nach Fig. 5. und 6.
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eine dahingehend modifizierte TurboluftstrahlEinheit verwendet, als
die Turbinenwelle am Verdichter angezapft wird, einen Abtrieb erhält und im Start-und
Landemanöver die Flossenrotoren treibt, andonsten aber Horizontalschub liefert.
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Mit (r) Ein an die Turbinenwelle rechts angeflanschtes Kegelrad- oder
Planetenradgetriebe mit senkrechtem Abtrieb A-A durch Welle (4) von Höhe (h). Das
Mass (h) kann auch wesentlich grösser sein, als hier gezeichnet wurde.
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Lit (3) Die linksseitige Turbinenwelle.
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lit (5) eine Propellerkupplun (lösbar).
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Mit (6) Ein Propeller zur Lieferung des Horizontalschubs.
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Dieser Kommt nur bei Unterschalleinneiten vor.
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Mit (9) Ein Freilauf als Kupplung zwischen der Welle (4) und dem Flossenrotorgetrieberahmen
(8). Wenn (4) gestoppt wird oder langsamer zu laufen anfängt, rotiert (8) mit seiner
Drehzahl weiter Mit (8) Der Flossenrotorlager- und-Abdeckrahmen.Er ist unten offen
und oben geschlossen. in ihm sind die Rotoren gelagert und er liegt auf dem Freilauf
zentriert auf. Er hat einen Rotationakreisdurchmesser (D), eine länge (L) und eine
Breite (B).
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it (9) Als Ausgang des Getriebes (2) ein meist eingebautes stufenloses
oder Stufengetriebe zum wählen der Drehzahl an (4). Es hat meist auch eine Reversiereinrichtung,sodass
die Welle (4) in beiderlei Drehsinn(n1) oder (n0) bei verschiedenen Drehzahlen gefahren
werden wann.
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Mit (lo) bis (35) eine grosse Anzahl Rotoren, hier z.B.
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26 Stück, welche die Länge (l) haben, in (8) für hohe Drehzahl geeignet
gelagert sind und in bekannter Weise mit Flossen ausgerüstet sind.
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Mit (36) ein auf (4) fest montiertes grosses Kegelrad Mit (37) und
(38) je ein mit (36) kämmendes Kegelritzel auf jedem Mittelrotor (16) und (29).
Über dieses Ritzel wird (16) und (29) über (36) von (4) angetrieben und zwar in
folgender Weise:
(4) treibt über den Freilauf (7) zum Beispiel im
Drehsinn (n2) den Rahmen (8) an. Solange (4) seine mit (8) synchrone Drehzahl hält,
kann das Kegelrad (36) die Ritzel (37,38) nicht treiben.Sie rotieren ohne Eigendrehung
mit (8) mit. Sobald (4) seine Drehzahl reduziert oder gestoppt oder reversiert wird,
wälzen sich die Ritzel (37,38) auf (36) ab und die Flossenrotoren nehmen hohe Drehzahl
an. Diese Drehzahl kann verdoppelt werden, wenn darauf hin (4) auf Drehsinn und
Drehzahl (n1) reversiert wird.
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Die übrigen Rotoren werden von den beiden Mittelrotoren (16) und
(29) durch Räder angetrieben. Man kann diese Antriebe so einrichten, dass die Rotoren
(10 bis 22) gleichen Drehsinn, und -auch die Rotoren (23 bis 35) gleichen Drehsinn
haben, aber entgegen gerichtet zur ersteren Gruppe.Man kann es auch so einrichten,
dass nebeneinander liegende Rotoren Gegendrehsinn haben.
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Ferner kann man es so einrichten, dass alle Rotoren (10) bis (35)
gleichen Drehsinn haben.letzterenfalles darf nur eines der beiden Kegelritzel, (37)
oder (38) dem antrieb dienen. In diesem Falle kann im Unterschallflug mitunter der
iropeller (6) entfallen und bei in: Horizontalflug in Stellung der Fig.2.
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gezurrtem Rahmen (8) bringen die Flossen der 26 Rotoren auch den
Horizontal##hub zustande.
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Mit C-C Die Flugzeuglängsachse (Fahrtrichtung).
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:it (n3) und (n4) mögliche Rotationsdrehsinne von (8).
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Mit (D) der Rotationsdurchmesser von gahmen (8).
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Die Virkungswise ist beim Start, beim Horizontalflug und bei der Landung
folgende: 1. Start a. Senkrechtstart ohne Horizontalschub.
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Kupplung (5) ist gelöst. Mit Vollgas wird unter Drehzahlregelung
( stufenlos oder in mehreren Gängen) an (9) die Welle (4) so hochgefahren, dass
allmählich (8) im Drehsinn (n2) Solldrehzahl, z.B- 250 bis 600 UpM, annimmt. Das
dauert z.B. 10 bis 60 Sekunden und in dieser Zeit wird in (8) Energie gespeichert.
Der Propeller ruht,die Rotoren rotieren noch nicht um ihre eigene achse. Sun wird
Gas weggenommen und an (9) wird die Welle (4) auf negative Volldrehzahl mit Vollgas
reversiert. Die Rotoren rotieren nun auf doppelter Solldrehzahl und die Maschine
hebt sich sehr schnell vom Boden bei ruhendem Propeller ab. Die in (8) gespeicherte
Wucht geht in Rotordrehung über und wird im Stathub zum grösseren Teil ve#braucht,sodass
trots Energiezzfuhr aus (4) die Drehzahl (n2) abnimmt.
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Nun wird die,Kupplung (5) eingerückt und der Propeller (6) läuft
an und die maschine nimmt Horizontalflug auf.
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b. Kurzstart, mit Horizontalschub.
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Wenn man mit Kurzstart (Rollstart) vorlieb nimmt, kann die Kupplung
(5) -entfallen. Der Startvorgang ist derselbe wie bei a.) Jedoch tritt bereits beim
Abheben der Maschine vom Boden ein Horizontalschub auf,den der Propeller liefert,
sodass tor und beim Starten und Anheben vom Boden ein kurzes Anrollen unvermeidbar
ist. Es geht um einige Meter Rollweg.
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Senkrechtstarter haben Kufen,Rollstarter Räder.
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2. Horizontalflug.
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a. Mit Starrflügel (8).
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Nach Aufnahme des HorizOntalflugzustandes wird über Index und Bremse,die
nicht eingezeichnet sind, der Fin-Fan-Lagerrahmen (8) in die bei Fig.2. ersichtliche
Lage gebremst und gezurrt. Er wirkt nun auch als kurze Hilfstragfläche. Die Rotoren
laufen unter Antrieb der Welle (4) weiter, welche jetzt im Drehsinn (n ) läuft.
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Ein Teil der Motorleistung geht in den Propelter, der Rest in die
Rotoren (lo bis 35) und letztere geben den Tragschub ab. Ihre Drehzahl wird über
(9) so eingeregelt, dass bei Sollhöhe kein weiterer Hökengewinn auftritt.
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b. Mit Drehfügel(8).
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Das Zurren von (8) entfällt. Wenn die Rotoren (10-22) zu den Rotoren
(23 bis 35) gegensinnig laufen,wie das -aer Regelfall ist, dann liefert an beiden
Rotorgruppen die aus der Hauptanmeldung bekannte Vorschubkomponente (P ) bzw. (P
),welche beim gezurrten Rahmen (8) verloren geht, ei Drehmoment im Drehsinn (n2
in den Rahmen (8). Dadurch wird die Komponente (P + PGewinn und es handelt sich
um ein System, bei welchem sowohl c wie auch cp genutzt wird ( cw = Widerstandsbeiwert,
a = Auftriebsbeiwert der Flossen ).
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Dieser Gewinn lässt den Flügel (8) nach Aufnahme der Rorizontalfahrt
im Drehsinn (n ) wieder anlaufen wodurch die Drehzahl der Rotoren zunimmt, und wodurch
ausserdem wieder Rotationsenergie in (8) gespeichert wird ( Autogiriprinzip). Der
Drehflügel (8) nimmt nach kurzer Zeit wieder die Startdrehzahl 25o bis 600 UpM an.
Dieser Energiespeicher sichert das Flugzeug bei Motorschaden vor Absturz und sichert
glatte Landung.
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Ausserdem spart er Leistung.
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3. landung a. Sehkrechtlandung.
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Bei gezurrtem Flügel(8) und gelöster Kupplung (5) wird das Höhenruder
angezogen und die Maschine steil gstelte Die Geschwindigkeit nimmt ab und bei gedresseltem
Gas wird steil gelandert. Während des Sinkeis wird bei v=0 die Maschine wieder in
die Wagrechte gezogen.
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enn der Drehflügel nicht gezurrt war, wird aus dem Rotationsenergiespeicher
glandet.' In diesem Fall kann eine Reversiermöglichkeit von (6) einbezogen werden.
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Die Rotoren bleiben ohne Zusatzantrieb. Der Propeller wird durhh
Reversieren aus der Turbinenleistung als Bremse benutzt.
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b, Kurzlandung (Rollandung) Der Manöver ist dasselbe wie bei a. Nur-kann
bei gezurrten Flügel (8) das Kippmanöver im Landeansatz entfallen.
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Bei drehendem Flügel (8) entfällt das Reversieren von (6). In beiden
Fällen kann auch das Entkuppeln an (5) entfallen. Die Maschine rollt nach Landung
einige-Meter aus.
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Bei Kurzstart- und Kurzlandetypen kann infolgesessen (5) generell
weg gelassen werden.
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Der rechteckige Kastenflügel (8) der Fig. 1. und 2. hat dieselben
Nachteile wie eine herkömmliche Hubschraube, nämlich das Gefahrenmoment des Schlages.
Damit man ihn weniger hoch über der Kabine anordnen kann und er eine grosse Lauruhe
bei guter Wuchtung und günstigen Aerodynamischen Verhältnissen, sowie auch die bei
Fig.5. und 6. erwartete Eignung besitzt, ist es sinnvoll, aus dem Rotationsdurchmesser
(D) der Fig.2. den Schwungrad-Flossendrehflügel der Fig.3. abzuleiten. Er ist eine
Scheibe von Durchmesser -(D) und seine Flossenrot#ren (39) bis (70) sind radial
gestellt. Jeder dieser Rotoren hat ein mit dem Segelradkranz (36) kämmendes und
hier nicht eingezeichnetes Kegelritzeltsodass jeder Rotor direkt von (36) in demselben
Drehsinn angetrieben wird.
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Ansonsten ist die Wirkungsweise dieselbe wie bei Fig.1.
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und 2. Fig.3. ist eine Draufsicht. Mit C-C ist die Flugszeugrumpfachse
bezeichnet.Auch hier ist es vorteilhaft, beim Horizontalflug den Drehflügel nicht
zu zurren.Er speichert auch hier wie oben die anderenfalls verlorene Horizontalschubenergie
der Flossen und wandelt sie in Rotationsenergie von (8) um'welche bei Nlotorschaden
zur Sicherung der Landung und beim Landen an sich verwertet wird.
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Die Figuren 4. bis 6. zeigen in Draufsicht schematisch einige Anwendungen.
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Bei Fig.4. handelt es sich um einen Doppelaggregat-Laster mit zwei
Turbinen (1), zwei Propeller (6) und Speicherrotoren (72,73) nach Fig.3. Beide sind
Gegenläufig um das Reaktionsmoment zu beseit#genMit C-C ist die Rumpfachse,mit (76)
der Rumpf bezeichnet.
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Bei Fig .5. handelt es sich um ein Hochgeschwindigkeitsflugzeug mit
Senkrechtstart- und -Landeeigenschaften,Mitunter auch auf I,urtstart und Kurz landung
ausgelegt.
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Es sind unterhalb kurzer Tragflächenansätze beidseits des Rumpfes
(76) die Rotoren (72,73) angeordnet,deren Bauart aus Fig.3. hervorgeht. Sie werden
von auf oder in oder unter diesen Flügelansätzen montierten Turboluftstrahltriebwerken
(74,75) betrieben, wie sie in den figuren 9. bis 11. darge-.
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stellt sind. Es handelt sich um Qie eingangs erwähnten angezapften
Triebwerkstyren,welche im Horizontalflug Schub in der Achse C-G liefern, bei Start
und Landung aber über eine vertikale Zapfwelle den antrieb für das System (8) der
Fig.3. bzw. die hier mit (72,73) bezeichneten beiden Rotorsysteme. Die beiden Rotoren
stören den tberschallflug nicht nennenswert. Sie wirken in geringem Lasse auch als
Hilfstragflächen.
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Bei Fig.6. handelt es sich ebenfalls um eine supersonische Flugzeugtype,
jedoch eine grosse Linienverkehrsmaschine mit Deltaflügeln. Auch sie hat Kurzstart-
bzw. Kurzlande-Eigenschaften, mitunter kann sie auch vertikal starten und landen.
In die Deltafl#ügel sind ähnlich wie bei Fig.5., und unter Benutzung von Triebwerkstypen
ebenfalls nach Fig.9.bis 11. , drei Turboluftstrahltriebwerke (74,75,78) ein- oder
unter- oder aufgebaut, meist aufgebaut, welche den Horizontalschub in Richtung C
liefern und über ihre vertikalen Zapfwellen ausserdem je einen Strobel-Rotor (72,73,77)
in Pfeilrichtung antreiben,welcher nach Fig.3.
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aufgebaut ists und welcher den Hubschub beim Start bzw den Tragschub
bei der Landung und im Horizontalflug liefert.
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Die Draufsicht auf die drei Rotoren erinnert an moderne Turbo-Fans-Schubwerke
mit vertikaler achse, mit denen diese Bauweise aber nichts gemeinsam hat. Wenn man
die Triebwerke oben auf die Tragfläche setzt, liegt die in Fig.ll. ersichtliche
Gondel (84) in der Tragfläche und der Rotor schaut unten an der Tragfläche nur auf
die bekannte Höhe (f) vor. Die Tragflächen sind oben geschlossen.
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Das ist auch ein wesentlicher Unterschied Ce-^enüber einem Turbo-Fan.
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Ausserdem zeiten die Figuren 7. und 8 . in einer Draufsicht und einer
Seitanansicht ein ebenfalls sehr schnelles kleineres Reiseflugzeug.Es ist mit nur
einem im Rumpf montierten Turboluftstrahl-Anzapftriebwerk nach Fig.11. ausgerüstet,welches
den Horizontalschub in Richtung C und über die vertikale Welle den Zapfantrieb für
einen Strobelrotor (8) liefert. Mit (79) ist das Reel- und Reversiergetriebe bezeichnet,welches
bei Fig.9. und 11. die Bezeichnung (84) hat.
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Mit (F) ist die Blasrichtung der Flossenrotoren des Speichers (8)
und mit (74) das Turboluftstrahltriebwerk bezeichnet. Es können, wann auch nicht
unbedingt erforderlich, Hilfstragflächen (80) angebracht werden.
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Der Rotor (8--) verleiht der Maschine auf Wasser ein Schwimmvermögen
und erlaubt insofern senkrechtes Operieren ins aa-er und aus der Wasser,wobei der
Rumpf keine Bootsattribute braucht.
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In den Figuren 9. bis 12. sind aie oben wiederholt erwähnten und im
Übrigen separat zum latent angemeldeten Anzapf-Turboluftstrahltriebwerke angegeben,welche
dazu dienen, Hochgeschwindigkeitsflugzeugen einerseits den erforderlichen Horizontalreiseschub
in Richtung (H), und anderseits den hntrieb der Strobelrotoren (8) nach Fig.l. ,
Fig.?. und Fig.3. zu liefern,wobei in der Regel die von einer oder einigen Turbinenstufen
getriebene Verdichterwelle mit einem Radtrieb angezapft wird.
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Bei den Figuren 9. und lo. handelt es sich um eine stehenae Type,
und bei den Figuren 11. und 12. um eine hängende Type. Mit (F) ist die Blasrichtung
des mit Flossenrotoren nach Fig.3. besetzten Strobel-Rotors, mit (G) die kuspuffrichtung
des Turboluftstrahltriebwerks (74), mit (H) seine Reiseschubrichtung, mit (8) der
Strobel-Speic#errotor, mit (4) die senkrechte und den Rotor treibende Zapfwelle,
mit (82) das Schubrohr, mit (81) der Einlaufkonus, mit (84) das Regel- oder Gangschalt-Reversiergetriebe
zu (4) und mit (8)) die Gondel bezeichnet an welcher auch (84) montiert ist.
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Die Type der Fig.9. und lo. ist zum Beispiel beim La ster nach Fig.4.,
und die Type der Big.l.und l. ist bei den schnellen Flugzeugbauweisen der Figuren
5. bis 8.
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eingebaut.
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Bei den Anwendungsbeispielen für Flossenrotortriebwerke der Hauptanmeldung
ist die schwierige Frage des Rotoren antriebs nicht berührt worden. Es ist an sich
nicht einfach, insbesondere auch in Hinsicht der niedrig zu haltenden Gewichte,
in einem Rahmen (8) 20 bis 30 Rotoren geeignet anzutreiben, wobei Drehzahlen bis
zu 20000 Upgi infrage kommen.
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Insofern kann nun nach dem System von Fig. 1. bis 3.
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einschränkend auch eine Modifikation dahingehend vorgenommen werden,
dass das in Fig.l. und 2., insbesondere aber in Fig.3. gezeigte Flossenrotorantriebsprinzip,über
Kegelritzel von einem einzigen Kegelrad (36),aush bei einem fest montierten Rahmen
(8) anwendbar ist und auch dort seine Vorteile nutzbar werden. Man kann demnach
den Kasten mit zum Beispiel nach Fig.3. 32 eingebaute und radial gestellten Flossenrotoren
für 15000 UpM fest in oder auf oder unter die Tragfläche bzw. den Rumpf anbauen
um Starthub und Traghub daraus abzuleiten,wenn man auf das 3peichern von Energie
verzichten will und darf.
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Das gilt auch für die Antriebssysteme von Fig.9. bis 12., bei welchen
dann ebenfalls (8) rotationsfrei fest mit (84) oder mit dem Flugzeugzelle verbunden
wird, sodass die senkrechte Welle (4) über dæ Eegelrad (36) die 32 Rotoren treibt,
wobei auf den Freilauf (7) dann verzichtet werden darf,