DE202006017959U1 - Verwandlungsflugzeug mit Tragflächentransport-System - Google Patents

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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64C3/00Wings
    • B64C3/38Adjustment of complete wings or parts thereof
    • B64C3/56Folding or collapsing to reduce overall dimensions of aircraft

Abstract

Verwandlungsflugzeug, zum Straßenfahrzeug umwandelbar und zurück, wobei das Flugwerk (Tragflächen, Leitwerk, Flugantrieb) direkt am Fahrzeug mitgeführt werden kann, gekennzeichnet durch:
1.1. Tragflächen, die aus Innen- und Außentragflächenteilen bestehen, wobei die Außentragflächenteile von den Innentragflächenteilen gelöst werden können, sowie
1.2. Aufnahmepunkte am Rumpf des Flugzeugs, an denen die Außentragflächenteile so befestigt werden können, dass ihr gemeinsamer Schwerpunkt sich in der Längsachsenrichtung um eine Distanz x von dem Gesamtschwerpunkt des Flugzeugs entfernt befindet, sowie
1.3. Schwenkarme, die zwischen dem Rumpf und den Innentragflächenteilen jeweils über Schwenkgelenke mit im wesentlichen hochachsenparallelen Schwenkachsen angeschlagen sind, mittels derer die Innentragflächenteile nach Lösen der Verbindungen zum Rumpf in Längsachsenrichtung vor und zurück geschwenkt werden können, sowie
1.4. Drehgelenke mit im wesentlichen spannweitenparallelen Achsen, die sich jeweils zwischen den tragflächenseitigen Gelenken der Schwenkarme und den Wurzelrippen oder Tragflächenholmen der Innentragflächenteile befinden, mittels derer die Innentragflächenteile jeweils zu ungefähr 90° verdreht werden können, sowie...

Description

  • 1. Einleitung und Aufgabenstellung
  • 1.1. Die Allgemeine Luftfahrt hat in den meisten Ländern der Erde nicht die Bedeutung für den Individualverkehr, die sie haben könnte. Vorteile des Flugzeugs sind die höhere Geschwindigkeit gegenüber allen sonstigen üblichen Verkehrsmitteln und die Möglichkeit, die kürzeste Strecke zwischen zwei Orten A und B zu wählen. Bezogen auf die Reisestrecke ist der Kraftstoffverbrauch eines Kleinflugzeugs meist gleich zu dem des Autos. Der Nachteil des Flugzeugs als Individualverkehrsmittel ist die Abhängigkeit von Flugplätzen. So muss außer dem Flugzeug noch ein anderes Verkehrsmittel genutzt werden, um zum Flugplatz und vom Flugplatz zu gelangen. Auf einer solchen Reise wird der Privatpilot üblicherweise zumindest am Zielflugplatz einen Mietwagen, ein Taxi oder Bus und Bahn in Anspruch nehmen müssen, will er seinen Aufenthalt nicht lediglich auf die Umgebung des Flugplatzes beschränken. Die Nutzung dieser Landverkehrsmittel darf jedoch nicht so zeitintensiv sein, dass der im Flug gewonnene Vorsprung wieder aufgebraucht würde. Die Gesamtkosten für die Reise per Kleinflugzeug und bis zu einer bestimmten Distanz auch die Gesamtreisezeit sind im Ergebnis höher als die einer Reise per Auto bzw. Bahn.
  • 1.2. Da in allen Ländern die hauptsächliche Landverkehrsanbindung an Flugplätze die Straße ist, und da fast alle Piloten auch einen Autoführerschein haben, sollte ein Flugzeug idealerweise auch die Aufgaben eines Autos übernehmen, und zwar so vollständig, dass es auch überwiegend als Auto verwendet werden kann.
  • 1.3. Das Flugzeug müsste, um alltagstauglich zu sein, innerhalb kürzester Zeit von einer Person für den Straßenverkehr umgewandelt werden können, es sollte Platz für mindestens zwei Personen und etwas Gepäck bieten und akzeptable Flug- und Fahrleistungen bei geringem Gesamtgewicht, hoher Antriebseffizienz und kompakten Ausmaßen haben. Es sollte so konstruiert sein, dass es auf einer Standard-Mission (Fahrt vom Ausgangspunkt zum Startflugplatz- Flug- Fahrt vom Zielflugplatz zum Ziel) nirgendwo ein Teil zurücklassen muss.
  • 1.4. Dazu müsste das Flugzeug idealerweise sein Flugwerk (Tragflächen, Leitwerk, Flugantrieb) im Straßenfahrbetrieb selbst transportieren können, wobei alle Zulässigkeitsvoraussetzungen eingehalten werden und der Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs tief und in günstiger Position in Längs- und in Querrichtung liegen sollte. Der Fahrzeuginnenraum sollte keine allein zum Flugwerktransport notwendigen Stauräume haben oder sonstiges im reinen Fahrbetrieb nicht nutzbares Material aufnehmen müssen. Es sollte über nur einen Motor verfügen, der sowohl im Fahrbetrieb die Räder, als auch im Flugbetrieb vorzugsweise einen Propeller antreibt. Ferner sollte das gesamte Flugwerk für den reinen Fahrbetrieb demontierbar sein.
  • 2. Stand der Technik
  • 2.1. Viele Konzepte sind theoretisch entwickelt und patentiert worden, um eine ähnliche oder gleiche Aufgabe zu lösen. Bislang wurde die oben genannte Aufgabe jedoch nur teilweise zufriedenstellend gelöst. Die bestehenden Patente für solche Verwandlungsflugzeuge können in drei Hauptgruppen eingeteilt werden:
    • a) Flugzeuge, die im Straßenfahrbetrieb das Flugwerk (Tragflächen, Leitwerk, Flugantriebsteile) nicht mitführen können,
    • b) Flugzeuge, die im Fahrbetrieb das Flugwerk ganz oder teilweise auf einem Anhänger mitführen können,
    • c) Flugzeuge, die im Fahrbetrieb das Flugwerk vollständig ohne Anhänger mitführen können.
  • 2.2. Unter der Prämisse der obigen Ziff. 1.4. sollen hier nur die Patente der Gruppe c) näher angesprochen werden.
  • US 4.899.954 angemeldet am 11.05.1988 (A. Pruszenski): Ein Canard-Flugzeug mit starrer Kastentragfläche (box-type-wing), die aufgrund ihrer geringen Spannweite für den Straßenbetrieb ohne Veränderung am Fahrzeug verbleibt. Nachteile: geringe Spannweite führt zu hoher Flächenbelastung, was hohe Fluggeschwindigkeiten und einen – für das Konzept – zu starken Flugantrieb notwendig machen würde; große Breitenüberhänge im Fahrbetrieb, große Seitenwind-Angriffsfläche sind weitere Nachteile.
  • US 4.269.374 angemeldet am 08.01.1979 (H. Miller): Canard-Flugzeug, wobei die Tragflächen an den Rumpf über fast die gesamte Rumpflänge in einen Stauraum geklappt werden. Nachteile: Tragflächen nehmen im Fahrbetrieb Rumpfraum in Anspruch, daneben verdecken die Tragflächen mögliche Seitentüren, der Ein- und Ausstieg gestaltet sich dadurch schwierig.
  • US 4.913.375 angemeldet am 09.08.1988 (P. Fitzpatrick): amphibisches Flugzeug, dessen Tragflächen über einen Klapp- oder Schwenkmechanismus seitlich abgeklappt oder in Segelstellung geschwenkt werden können. Nachteile: Tragflächen verdecken im Fahrbetrieb die Sicht zu den Seiten, große Seitenwind-Angriffsfläche. Die Segelstellung der Tragflächen ist kaum praktisch nutzbar.
  • CH 692.977 angemeldet am 06.11.1997 (P. Allenbach): amphibisches Canard-Flugzeug, bei dem die Tragflächen mittels großer Schwenkgelenke in seitliche Stauräume eingefahren werden. Nachteile: Tragflächen nehmen im Fahrbetrieb sehr viel Rumpfraum in Anspruch, praktisch ist nur eine Tandem-Sitzanordnung für die Passagiere möglich. Der Längsschwerpunkt des Gesamtgefährts verschiebt sich. Ein- und Ausstieg ist nur über Kabinenfenster möglich. Die Einleitung der Luftkräfte in den Rumpf erfolgt nur über die Schwenkgelenke.
  • DE 39 00 096 C2 ( US 141096 ) angemeldet am 05.01.1988 (B. Sarh): Flugzeug, das die Tragflächen schwerpunktneutral teleskopartig entlang Spannweitenrichtung in einen Stauraum auf dem Kabinendach einziehen kann. Nachteile: Teleskop-Tragflächen müssen auf eine innere, mit der Tragflächenhaut verbundene Holmstruktur verzichten, wodurch sich das Strukturgewicht der Tragflächenhaut letztendlich erhöht. Im Fahrbetrieb bleibt der Schwerpunkt sehr hoch.
  • US 3.371.886 angemeldet am 14.01.1996 (R. Schertz): Flugzeug, dessen Tragflächen dreifach geteilt seitlich an den Rumpf geklappt werden. Nachteile: dreifache Klappgelenke auf jeder Seite erhöhen das Gesamtgewicht empfindlich. Die Breite der Klapptragflächen steht in ungünstigem Verhältnis zur Fahrzeuggesamtbreite und die Befestigung solchermaßen geklappter Tragflächen muss sehr solide und damit schwer sein.
  • US 4.627.585 angemeldet am 25.06.1984 (H. Einstein): Flugzeug, dessen Tragflächen dreifach geteilt nach oben auf das Kabinendach geklappt werden. Nachteile: dreifache Klappgelenke auf jeder Seite erhöhen das Gesamtgewicht empfindlich. Im Fahrbetrieb ist der Schwerpunkt noch höher als im Flugbetrieb.
  • US 4.881.701 angemeldet am 14.03.1988 (G. Bullard): Canard-Flugzeug mit einfach geteilten Tragflächen, die nach oben und übereinander geklappt werden. Nachteil: nur geringe Spannweite möglich, Fahrzeugbreite zu Kabinenbreite im ungünstigen Verhältnis, evtl. nur Tandem-Sitzanordnung möglich.
  • US 6.129.306 angemeldet am 13.03.1998 (R. Pham): Flugzeug als Hochdecker mit einer zweifach geteilten, durchgehenden Tragfläche, die in Rumpfmitte drehbar gelagert um 90° geschwenkt wird. Die Außentragflächenteile werden zuvor hochgeklappt und auf den Zentraltragflächenteil gelegt. Nachteile: hohe Dachlast im Fahrbetrieb, da das gesamte Flugwerk auf dem Dach bleibt. Der Schwerpunkt bleibt erhöht. Es ergibt sich eine erhebliche Sichtobstruktion nach vorne oben. Weiters liegen die Tragflächenteile nur in einem kleinen Bereich des Kabinendachs auf, sodass die Luftkräfte des Fahrtwinds die Tragflächenaufnahme stark belasten.
  • DE 103 46 189 B3 angemeldet am 02.10.2003 (T. Aubert): Flugzeug mit kombiniertem Dreh-Hub-Gelenk, wobei die Tragflächen auf den Kabinenrumpf geschwenkt und übereinander gelegt werden und gleichzeitig das Gelenk in Fahrtrichtung verschoben wird. Hiernach werden die Tragflächenteile durch eine Dachhaube abgedeckt. Nachteile: hohe Dachlast und hoher Schwerpunkt im Fahrbetrieb, da das gesamte Flugwerk auf dem Dach bleibt. Daneben werden alle von der Tragfläche aufgenommenen Luftkräfte über das eine zentrale Gelenk in den Rumpf eingeleitet.
  • DE 197 49 647 C2 angemeldet am 10.11.1997 (M. Kekus): Flugzeug, dessen Tragflächen über Klapp/Drehgelenke flach an den Rumpf angelegt werden können. Nachteile: die im Fahrbetrieb angelegten Tragflächen verschieben den Schwerpunkt des gesamten Fahrzeugs nach hinten. Daneben werden die Sicht aus den Seitenfenstern und die Einstiege vollständig obstruiert.
  • DE 43 03 619 C2 angemeldet am 02.02.1993 (A. Bosak): amphibisches Flugzeug, das sich im Fahrbetrieb in Richtung der Flugzeugquerachse bewegt. Nachteile: geringe Spannweite führt zu hoher Flächenbelastung. Im Fahrbetrieb unsymmetrische Stirnfläche. Teile des Leitwerks nehmen Stauraum im Rumpf in Anspruch.
  • 3. Beschreibung der Erfindung
  • 3.1. Die Aufgabe nach Ziff. 1.4. wird durch die hier vorgestellte Erfindung dadurch gelöst, dass die Tragflächen, als ein Hauptbestandteil des Flugwerks, aus je zwei Teilen bestehen, die für den Fahrbetrieb an unterschiedlichen Orten außen am Rumpf befestigt werden. Die hierdurch bezweckte Verteilung der zu transportierenden Massen der Tragflächenteile beeinflusst die Lage des Gesamtschwerpunkts des Fahrzeugs positiv. Die Tragflächen werden also nicht als Einheit transportiert, sondern sie werden wie Gepäckstücke am Rumpf des Fahrzeugs in Längsrichtung verteilt, wobei als weiterer Vorzug der Erfindung auch weitere, wichtige Design-Vorgaben eingehalten werden können: Die Flugwerkteile verdecken keine primären Sichtfenster für den Fahrer, sie obstruieren keine Einstiegstüren, es sind keine zusätzlichen Rumpfstrukturen für die Befestigung der Teile notwendig, ebenso wenig wie spezielle Stauräume, die den Nutzraum des Fahrzeugs einschränken. Ferner wird die Seiten- und Stirnfläche des Fahrzeugs nur geringfügig vergrößert, was unwillkommene aerodynamische Effekte minimiert. Als weiteres Merkmal der Erfindung können die Tragflächenteile von nur einer Person von einer Konfiguration in die andere verbracht werden, da sie nicht völlig abmontiert werden, sondern an einer Seite mit dem Fahrzeug verbunden bleiben, bzw. auf dem Fahrzeug aufliegen.
  • 3.2. Die Flugzeugkategorie, die für die Erfindung vorzugsweise in Frage kommt, ist ein zweisitziges einmotoriges Reiseflugzeug von ca. 1 Tonne Abfluggewicht mit den Flugeigenschaften eines konventionellen Reisemotorseglers (also innerhalb der deutschen Echo- oder Kilo-Klasse).
  • 3.3. Die Seitenansicht in Fluganordnung 1 und die folgenden Figuren zeigen ein mögliches Anwendungsbeispiel an dem die Erfindung nachfolgend beschrieben wird. Es handelt sich um ein zweisitziges Flugzeug in "schwanzloser" Konfiguration lediglich mit einem Hilfsleitwerk. Der Antrieb ist hinter den Insassen im Heck des Flugzeugs positioniert.
  • Erfindungsgemäß sind die Tragflächen 4 am Flugzeug mittels Bolzen lösbar fest durch eine oder zwei konventionelle, technologisch bereits bekannte Holmbrücken 28 und 29 innerhalb des Flugzeugrumpfs miteinander verbunden. Die Holmbrücken wiederum sind nur an vier Punkten mit dem Rumpf des Flugzeugs drehbar gelagert verbunden, wobei auf jeder Rumpfseite jeweils zwei Punkte (Drehlager) mit gleicher Drehachse parallel zur Profilsehne in einer Flucht liegen. Dies hat bekann termaßen zur Folge, dass Biegekräfte zwischen den Tragflächen nicht in den Rumpf eingeleitet werden. An den Drehlagern werden hauptsächlich die hochachsenparallelen Auftriebskräfte bzw. die Gewichtskräfte der ruhenden Tragflächen eingeleitet, und nur geringe längs/querachsenparallele Schub- und Zugkräfte (Beschleunigung und Verzögerung der Tragflächen) sowie hochachsenparallele Torsionskräfte. Diese Tragflügelaufnahme wird auch „bendingbeam wing attachment" genannt.
  • 3 zeigt eine Draufsicht der Tragflächenanordnung im Flugbetrieb mit jeweils zwei Tragflächenholmen 36a und 36b die an den Holmbrücken 28 und 29 befestigt sind.
  • 3.4. Diese Tragflächenanordnung für den Flugbetrieb kann nun mittels der Erfindung in eine Transportanordnung für den Fahrbetrieb umgewandelt werden. Die Seitenansicht 2 zeigt die Transportanordnung im Fahrbetrieb. Die Teile der Erfindung werden über die folgenden Teilschritte eingesetzt:
    3.4.1. In Teilschritt 1 (Frontansichten 4 und 5) werden die Außentragflächenteile 16 nach Lösen von Bolzenverbindungen am unteren Gurt der Holme nacheinander über Drehgelenke 31 an den oberen Gurten der Holme nach oben und innen geklappt, bis sie auf dem Kabinendach des Flugzeugs aufliegen. Vorzugsweise ist für diese und die folgenden Operationen vorgesehen, dass durch Polster, Gummipuffer, Stoffmatten o.ä. Beschädigungen an der Außenhaut der Tragflächenteile vermieden werden. Liegt ein Außentragflächenteil wie in 4 gezeigt auf dem Kabinendach auf, kann die Gelenkverbindung 31 an den Holmen gelöst werden und der Tragflächenteil von einer Person vollständig auf das Kabinendach verbracht werden, indem er mit beiden Händen gefasst, in Richtung Flugzeuglängsachse getragen und sodann von vorne auf das Kabinendach geschoben wird. Er gleitet dabei auf dem Kabinendachrahmen 2 und den Schubkraft-Einleitungsrohren 6 (1), vorzugsweise auf technologisch bereits bekannten Gleitvorrichtungen.
  • Auf dem Dach abgelegt, kann der erste Außentragflächenteil für den Transport befestigt werden, was vorteilhafterweise durch automatisch einrastende oder einhändig fixierbare Sicherungen 26 an drei Punkten geschieht (siehe 2 und 6).
  • Sodann wird in 5 mit dem zweiten Außentragflächenteil in fast gleicher Weise verfahren, mit dem Unterschied, dass der Tragflächenteil nach Lösen der Gelenkverbindung 31 und Auflegen auf den Kabinendachrahmen 2 umgedreht wird, damit die Tragflächenoberseite wieder nach oben kommt. Für das Umdrehen über die Nasenleiste bietet der schon transportbefestigte Tragflächenteil eine Auflagefläche. So kommen die Flachseiten der Tragflächenteile aufeinander zu liegen und dadurch wird die Befestigung aneinander durch Klammern 27 (6) besser möglich. Die transportbefestigten Außentragflächenteile in 2 haben im Anwendungsbeispiel ihren Schwerpunkt 5 in Längsrichtung nun um die Distanz x vor dem Fahrzeuggesamtschwerpunkt 19 und auch vor ihrem vormaligen Schwerpunkt in der Fluganordnung (1). Diese Schwerpunktverschiebung findet innerhalb der von den Radaufstandspunkten gebildeten standstabilen Zone statt. Sie verhindert im Übrigen in diesem Anwendungsbeispiel, dass das Flugzeug auf sein Heck kippt, denn für den Flugbetrieb ist es in der Start- und Landephase notwendig, dass sich die Hinterräder nicht weit hinter dem Flugzeuggesamtschwerpunkt befinden. Würden die Außentragflächen – in diesem Anwendungsbeispiel – einfach nur abgenommen, könnte der Schwerpunkt hinter die stabile Zone geraten.
  • 3.4.2. In Teilschritt 2 werden die Höhenruder/Landeklappen 14 von den Innentragflächenteilen 15 an den Aufnahmepunkten 32 gelöst und über Gelenke an den Rudersteuerstangen 33 hochgeklappt, die Verbindung der Steuerstange zu den Steuerorganen im Inneren des Flugzeugs lösen sich dabei automatisch. Sodann können die Höhenruder/Landeklappen 14, wie in 2 und Frontansicht 7 erkennbar, entlang des Rumpfes nach vorne verdreht und an kleinen Aufnahmen arretiert werden. Mit diesem Teilschritt reduziert sich das Flächenmaß und das Gewicht der im Folgenden noch zu bewegenden Innentragflächenteile 15 weiter.
  • 3.4.3. In Teilschritt 3 (6) werden nun nacheinander die Innentragflächenteile 15 von den im Rumpf befindlichen Holmbrücken 28 und 29 durch Demontage (Auseinanderschrauben) der Kopfstifte 37c des Bolzens 37a am vorderen Holm 36a und Demontage des gesamten Bolzens 37b am hinteren Holm 36b gelöst. Die Kopfstifte 37c und der Bolzen 37b sind die einzigen tragenden Verbindungen zwischen den Holmen (der Tragfläche) und der Holmbrücke (dem Rumpf). Sie nehmen im Flugbetrieb die von den Holmen und den Holmbrücken erzeugten Scherkräfte auf. Von den Bolzen 37a verbleiben die Schäfte in ihren jeweiligen Positionen. Daran hängen die Schwenkarme 34, welche tragflächenseits schwenkbar über die hochachsenparallele Achse h der Kombinationsgelenke 35 an den hinteren Holmen 36b angeschlagen sind. An den Schwenkarmen können die Innentragflächenteile nach vorne und vom Rumpf weg geschwenkt werden, wie in 6 für den in Flugrichtung linken Tragflächenteil gezeigt.
  • 3.4.4. In Teilschritt 4 werden die Innentragflächen jeweils um die in Spannweitenrichtung verlaufende Achse s des Kombinationsgelenks 35 um ca. 90° gedreht. Diese Drehung wird vorzugsweise von einem, bereits bekannten, doppelten Kegelrollenlager ermöglicht. Die Nasenleisten der Innentragflächenteile weisen nach der Drehung nach unten, wie in der Frontansicht des Flugzeugs in 6 oben an dem in Flugrichtung rechten Tragflächenteil gezeigt. Da sich das Kombinationsgelenk in der Nähe der Schwerpunktlinie des jeweiligen Innentragflächenteils befindet, entsteht beim Lösen der Holmverbindungen in Teilschritt 3 kein bzw. nur ein geringes Drehmoment um die Achse s. (Dieses Merkmal erlangt Bedeutung bei der stets zu hinterfragenden Umwandelbarkeit durch nur eine Person. Die Umwandlung muss für die eine Person stets alleine beherrschbar bleiben.)
  • 3.4.5. In dieser Weise vorbereitet, können die Innentragflächenteile in Teilschritt 5, wie in 7 gezeigt, über den Schwenkarm 34 noch weiter nach vorn in Fahrtrichtung bis zu einem gepufferten Anschlag gebracht werden und über die Achse h des Kombinationsgelenks 35 an den Rumpf geschwenkt werden. Dort kann der jeweilige Innentragflächenteil hinten am Rumpf in eine Transport halterung 13 eingehängt werden. Da bei der Drehung der Innentragflächenteile die Bolzenaufnahmen der hinteren Holme 36b mit verdreht werden, müssen sie jetzt beim Einschwenken der Tragfläche an den Rumpf die Ebene des Schwenkarmes 34 durchstoßen, was durch geeignete Öffnungen im Schwenkarm ermöglicht wird. Der Schwerpunkt der Innentragflächenteile 17 (2) liegt nach der Verschwenkung zwar hinter seiner Lage in der Fluganordnung, wie sich aus einem Vergleich von 1 und 2 ergibt. Durch den Einsatz des Schwenkarmes jedoch gelangt dieser Schwerpunkt 17 in Längsrichtung um das ca. eineinhalbfache der Schwenkarmlänge vor die Lage, die er bei bislang üblichen, dem Stand der Technik entsprechenden Klapp/Drehsystemen hätte.
  • 3.4.6. Für die Vorbereitung zum Start sind dann noch weitere, hier nicht beschriebene Arbeiten, insbesondere im Innenraum notwendig. Bei der Umwandlung zurück in ein Straßenfahrzeug wird in entgegengesetzter Reihenfolge vorgegangen. Auch dies ist durch nur eine Person möglich.
  • 3.5. Im Ergebnis werden durch die erfindungsgemäße Anordnung der Tragflächen für den Fahrbetrieb die Lasten der Tragflächenteile in Längsrichtung so verschoben, dass sich die durch sie erzeugten Momente (Distanzen x und y multipliziert mit den jeweiligen Massen) im Konstruktionsschwerpunkt des Fahrzeugs 19 gegeneinander aufheben oder jedenfalls verschwindend gering bleiben. Daneben ist die Demontage und die Montage der Tragflächen von nur einer Person durchführbar, weil in jedem Teilschritt die Tragflächenteile an einer Stelle am Rumpf des Fahrzeugs befestigt sind oder aufliegen. Zu keiner Zeit muss ein Tragflächenteil vollständig von Personen getragen werden.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Innentragflächenteile – anders als bei den bekannten Klapp/Drehsystemen – nun erheblich tiefer am Rumpf anliegen, da der Drehpunkt viel weiter hinten, nämlich am hinteren Holm 36b, ca. in der Mitte zwischen Nasenleiste und Endleiste liegt.
  • Mit der Erfindung ist ein Kompromiss geschaffen worden zwischen einer zu starken Zergliederung der Tragflächen, um kleine Einzelteile zu erhalten und einer Unterbringung von großflächigen Teilen an fahrdynamisch ungünstigen Stellen: Eine starke Zergliederung würde bedeuten, dass viele lasttragende Gelenke und Versteifungen notwendig sind, die das Flugzeuggewicht erhöhen und damit die Nutzlast einschränken. Großflächige Teile hingegen sind in der Relation leichter, jedoch können sie für den Fahrbetrieb effektiv nur auf dem Kabinendach untergebracht werden, was eine unwillkommen hohe Lage des Schwerpunkts zur Folge hätte.
  • 3.6. Aus den 1 bis 9 sind auch weitere vorteilhafte Einzelheiten des Anwendungsbeispiels erkennbar:
    3.6.1 Das Verwandlungsflugzeug sollte vorzugsweise in Anlehnung an bereits bekannte Konstruktionen, wie die französischen Fauvel-Motorsegler, in „schwanzloser"-Konfiguration gebaut sein, was gegenüber einem konventionellen Aufbau das Gewicht und die von Luft umströmte Fläche („wetted area") des Leitwerksträgers und der Leitwerke einspart und die Umwandlung in ein Straßenfahrzeug beschleunigt. Das Anwendungsbeispiel hat leicht negativ gepfeilte Tragflächen mit für diesen Konstruktionstyp üblichen Höhenruder/Landeklappen-Kombinationen 14. Die Tendenz, im Sackflug "auf den Kopf" zu gehen, also zu einem negativen Anstellwinkel hin, wird durch ein in Wurzelrippennähe ausgeprägtes S-Schlag-Profil gewährleistet, welches sich zu einem Normalprofil über die Spannweite (ca. bis zum Mean Aerodynamic Chord) ausglättet und ab dort in eine geometrische oder aerodynamische Schränkung übergeht. An den Außentragflächen sind übliche Querruder 7 angebracht. Bei solchen "schwanzlosen" Nurflügel-Konfigurationen ist es trotzdem üblich, ein kleines Hilfsleitwerk zu verwenden. Das Anwendungsbeispiel hat eine inverte V-Leitwerkskonstruktion 11 direkt hinter dem Propeller 10, wobei mit minimalen Ruderflächen 12 teilweise im Propellerabstrom eine gute Manövrierfähigkeit zu erreichen ist. Dieses Leitwerk ist so klein und nahe am Rumpf, dass es im Fahrbetrieb an Ort und Stelle verbleiben kann. Für den dauerhaften Fahrbetrieb ist es, ebenso wie der Pylon 8 der Propellerwelle und das Propellergetriebe 9 samt Propeller abmontierbar.
  • 3.6.2. Das Flugzeug hat vorzugsweise eine vollgeschlossene Kabine 1 auf einem katamaranähnlichen Bootsrumpf 25. Der Bootsrumpf verfügt über eine, für Flugzeugschwimmer und Flugbootrümpfe bereits bekannte sogenannte „Stufe" 18 im Kiel in Gesamtschwerpunktsnähe. Dadurch kann das Flugzeug auch aus dem Wasser starten und im Wasser landen. Mit einem aus dem Rumpf klappbaren Wasserpropeller als Antrieb könnte das Flugzeug auch als Sportboot dienen (zeichnerisch nicht dargestellt). Nach einer Wasserlandung kann das Flugzeug jedenfalls mit dem Schub der Luftschraube und dem Einsatz von Seitenrudern auf dem Wasser manövrieren.
  • 3.6.3. Sowohl für die Straßenfahrt als auch den Flug ist das Anwendungsbeispiel mit nur einem Antriebsaggregat ausgerüstet, vorzugsweise einem mehrscheibigen Kreiskolbenmotor 42 im Heck des Flugzeugs, von der Kabine durch Brandschott getrennt, mit Flüssigkeits- und Gebläseluftkühlung. Dieser Motor ist vorzugsweise um einen bestimmten Winkel α = 43° zur Längsachse des Fahrzeugs geneigt, um zwischen dem Fahrgetriebe 45 am Rumpfboden und dem Propellergetriebe 9 auf der Propellerwelle 43 die kürzest mögliche Verbindung herzustellen. Die Kühllufteinlässe 20 befinden sich seitlich hinter den Seiteneinstiegen 21, mit der Unterkante deutlich über der Konstruktionswasserlinie und vor Bugwelle und Umstömungswasser zusätzlich geschützt durch die Trittkante im Rumpf. Die Kühlluftkanäle vereinigen sich nach Abzweigungen für Flüssigkeitskühler und Ölkühler vor dem Motor, der vereinigte Kanal ummantelt den Motor und notwendig zu kühlende Teile, die Abluft wird hinter dem Motor durch ein Gebläse 48 beschleunigt, bevor sie rings um den Propeller-Wellenschaft aus dem Rumpf austritt. Dem Stand der Technik entsprechende Serien-Kreiskolbenmotoren erreichen die Leistungen, die zur Erfüllung angemessener Vorgaben für diese Flugzeugkategorie angesetzt werden können: für eine Reisegeschwindigkeit von 160 km/h resp. 86 kts, eine Steigrate 1200 ft/min resp. 6 m/s bei Design-Abfluggewicht, bei einer Reichweite von 3 h 20 min, entsprechend ca. 530 km oder 286 NM und einer Startstrecke < 400 m und einer UD = ca. 18–20 bei ca. 100 km/h sollten unter Berücksichtigung erforderlicher Leistungsreserven für den Wasserstart Dauerleistungen von 190 bis 250 PS zur Verfügung stehen. Der Treibstoff wird für den Flugbetrieb in strukturell günstiger Weise ("wing loading") in Tanks der Innentragflächen 44 mitgeführt. Diese haben automatisch einrastende, technisch bereits bekannte, Leitungsverbindungen zu dem zentralen Rumpftank 41 hinter den Sitzen in Schwerpunktsnähe. Der Tank ist vom Motor durch ein separates Brandschott abgeschirmt. Der Rumpftank versorgt den Motor im Fahrbetrieb. Umpumpen von Treibstoff, zumindest aber das Entleeren der Tragflächentanks in den Rumpftank ist möglich.
  • 3.6.4. Der Fahrantrieb wird im Anwendungsbeispiel nach pedalbetätigter Scheibenkupplung über ein an sich bereits bekanntes, stufenloses Riemenscheibengetriebe 45 und über Antriebswellen 46 zu den Hinterrädern gelöst.
  • 3.6.5. Das Fahrwerk ist im Anwendungsbeispiel für den Flugbetrieb und Wasserbetrieb einziehbar. Hierfür wird das Vorderrad 23 an seiner Feder/Dämpfer-Gabeleinheit 38 um einen Drehpunkt im Lenkkopflager nach hinten in den Rumpf in einen wasserdichten Fahrwerkskasten 39 eingeklappt, welcher sich in der Fahrzeugmittellinie zwischen den Insassen befindet und vorzugsweise einen Teil der tragenden Rumpfstruktur darstellt. Das Einklappen geschieht vorzugsweise manuellmechanisch, evtl. mit hydraulischer Unterstützung. Rumpfklappen schließen den Fahrwerkskasten wasserdicht ab. Die Hinterräder 22 werden über hydropneumatische, technisch an sich bereits bekannte Feder/Dämpferelemente um die Achsen der Querlenker nach oben in wasserdichte Fahrwerkskästen gezogen. Vorteilhafterweise kann ein doppelter Rumpfboden (nicht gezeigt) hinter der Stufe in dem Bereich der Hinterräder dann nach unten abgesenkt werden, sodass ein aerodynamischer Übergang am Rumpfboden geschaffen wird. Rumpfklappen zum Abdecken der Hinterradöffnungen können vorgesehen werden. Alle Fahrwerkskästen sind selbstlenzend und sind zusätzlich an das Lenzpumpensystem angeschlossen.
  • 3.6.6. Die Seiteneinstiege 21 des Flugzeugs sind im Anwendungsbeispiel tief ausgeschnitten, um im Fahrbetrieb beim Ein- und Aussteigen möglichst hohen Komfort zu bieten. Dies wird dazu führen, dass man das im Wasser schwimmende Flugzeug sicherheitshalber nicht über die Seiteneinstiege verlassen kann, denn es besteht die Gefahr, dass das Flugzeug bei geöffneten Türen und Wellengang mit Wasser vollschlägt. Aus diesem Grund ist im Anwendungsbeispiel vorgesehen, dass die zwischen den Kabinendachrahmen 2 liegende Front- und Dachscheibe 3a und 3b geöffnet werden kann. Hierbei gleitet nach der Entriegelung die Frontscheibe 3a in ihrer Einfassung vorzugsweise mittels kleiner Rollen entlang entsprechender Schienen der Dachrahmen 2 und die Dachscheibe 3b ist an der Frontscheibe 3a über Gelenke so angeschlagen, dass sie beim Hochgleiten der Frontscheibe nach hinten umklappt, wie in 9 gezeigt. Dieser Mechanismus ist vorzugsweise durch kleine Öffnungsdämpfer zu unterstützen. Im Innenraum ist vorgesehen, dass die Insassen jeweils über Trittflächen auf den Cockpitkonsolen 47 in und aus der Kabine und auf den Rumpfbug steigen können. Zur Erleichterung des Ein- und Ausstiegs sind die Fluginstrumente auf einem zentralen Instrumentenpilz 40 in der Mitte untergebracht. Kumulativ können kleine Multifunktionsanzeigen auf die Konsolen 47 direkt vor den Insassen aufgesteckt und abgesteckt werden.

Claims (11)

  1. Verwandlungsflugzeug, zum Straßenfahrzeug umwandelbar und zurück, wobei das Flugwerk (Tragflächen, Leitwerk, Flugantrieb) direkt am Fahrzeug mitgeführt werden kann, gekennzeichnet durch: 1.1. Tragflächen, die aus Innen- und Außentragflächenteilen bestehen, wobei die Außentragflächenteile von den Innentragflächenteilen gelöst werden können, sowie 1.2. Aufnahmepunkte am Rumpf des Flugzeugs, an denen die Außentragflächenteile so befestigt werden können, dass ihr gemeinsamer Schwerpunkt sich in der Längsachsenrichtung um eine Distanz x von dem Gesamtschwerpunkt des Flugzeugs entfernt befindet, sowie 1.3. Schwenkarme, die zwischen dem Rumpf und den Innentragflächenteilen jeweils über Schwenkgelenke mit im wesentlichen hochachsenparallelen Schwenkachsen angeschlagen sind, mittels derer die Innentragflächenteile nach Lösen der Verbindungen zum Rumpf in Längsachsenrichtung vor und zurück geschwenkt werden können, sowie 1.4. Drehgelenke mit im wesentlichen spannweitenparallelen Achsen, die sich jeweils zwischen den tragflächenseitigen Gelenken der Schwenkarme und den Wurzelrippen oder Tragflächenholmen der Innentragflächenteile befinden, mittels derer die Innentragflächenteile jeweils zu ungefähr 90° verdreht werden können, sowie 1.5. Aufnahmepunkte am Rumpf des Flugzeugs, an denen die Innentragflächenteile so befestigt werden können, dass ihr gemeinsamer Schwerpunkt sich in der Längsachsenrichtung um eine Distanz y, entgegengesetzt zu der in 1.2. genannten Distanz x, von dem Gesamtschwerpunkt des Flugzeugs entfernt befindet, wobei die Innentragflächenteile hierzu mit einer Flachseite (Ober – oder Unterseite) jeweils über die tragflächenseitigen Gelenke der Schwenkarme an den Rumpf des Flugzeugs geschwenkt und an den genannten Aufnahmepunkten befestigt werden können, wodurch schließlich 1.6. die Massen der in Transportkonfiguration platzierten Tragflächenteile durch ihre jeweiligen, entgegengesetzten Schwerpunktdistanzen x und y in Längsachsenrichtung um den Gesamtschwerpunkt zwei Momente bilden, die sich gegenseitig weitgehend aufheben oder den Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs für den Straßenverkehr günstig beeinflussen.
  2. Verwandlungsflugzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Funktionen des tragflächenseitigen Schwenkgelenks aus 1.3. und des Drehgelenks aus 1.4. in einem Kombi nationsgelenk zusammengefasst sind, welches an einem Holm ungefähr in Profilmitte des Innentragflächenteils befestigt ist.
  3. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch Landeklappen an den Tragflächen, die nach Demontage des Außentragflächenteils an ihrer Anlenkung nach oben geklappt und dann in Flugzeuglängsrichtung gedreht werden können.
  4. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Klappgelenke an den Verbindungen zwischen den Außen- und Innentragflächenteilen, mittels derer die Außentragflächenteile um eine im wesentlichen längsachsenparallele Achse geklappt werden können, bis sie an einem Ort am Rumpf des Flugzeugs anliegen, wo sie – ggf. nach weiteren Schritten – an den Rumpf im Sinne des Anspruches 1, Merkmal 1.5. befestigt werden können.
  5. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine reine Nurflügelkonfiguration oder eine „schwanzlose" Konfiguration mit einem Hilfsleitwerk, vorzugsweise bestehend aus einer Seiten- und Höhenruderkombination, deren Flossen und Ruder als invertes V angeordnet sind.
  6. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine geschlossene Kabine für mindestens zwei nebeneinander sitzende Personen und einem einzigen Antriebsmotor für Fahr- und Flugbetrieb.
  7. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Antriebsmotor, der in einem solchen Winkel zur Flugzeuglängsachse eingebaut ist, dass eine Parallele seiner Wellenachse im Wesentlichen zugleich die kürzeste Verbindung zwischen Fahrantrieb und Flugantrieb ist.
  8. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Flugbootrumpf, vorzugsweise einen katamaran-artigen Flugbootrumpf mit Stufe für den Betrieb als Wasserflugzeug.
  9. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein einziehbares Fahrwerk, vorzugsweise ein dreirädriges Fahrwerk, wobei das Vorderrad an seiner Gabel um einen Drehpunkt am Lenkkopflager nach hinten in den Rumpf in einen gegen den Rumpf abgeschlossenen Fahrwerkskasten eingeklappt wird und Rumpfklappen den Fahrwerkskasten wasserdicht abschließen und wobei ferner die Hinterräder über hydropneu matische, an sich bereits bekannte Feder/Dämpferelemente um die Bewegungsachsen der Fahrwerkslenker nach oben in wasserdichte Fahrwerkskästen gezogen werden.
  10. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen doppelten Rumpfboden hinter der Stufe in dem Bereich der Hinterräder, der nach unten abgesenkt werden kann, sodass ein aerodynamischer Übergang am Rumpfboden geschaffen wird.
  11. Verwandlungsflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Frontscheibe, die an Rollen, befestigt am Scheibenrahmen, in Schienen der Rumpfrahmen gleitend gelagert ist und mit einer Dachscheibe oder einem Dachblech über Gelenke solchermaßen verbunden ist, dass die Dachscheibe bzw. das Dachblech beim Hochgleiten der Frontscheibe nach hinten umklappt.
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