DE202015000784U1

DE202015000784U1 - Hydraulischer Antrieb und -Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke

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Publication number: DE202015000784U1
Application number: DE202015000784.8U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-31
Filing date: 2015-01-31
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2025-02-01

Abstract

Antrieb und Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasvolumen durch den Druck eines Hydraulik-Generaturs komprimiert wird, der nach den Touch-Down eines Flugzeugs die Räder abbremst.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfinding bezieht sich auf die Fahrwerke von Flugzeugen und insbesondere auf große Passagiermaschinen
HINTERGRUND DER ERFINDUNG – PROBLEMSITUATION
Flugzeuge benötigen erheblichen Energieaufwand um in den Flugzustand zu kommen, insbesondere um ihre Masse bis zum Take-off auf etwa 200 km/h zu beschleunigen und nachfolgend, um Höhe zu gewinnen.
Die Energie für den Steigflug kann später im Gleitflug von der Landung wieder genutzt werden, ein guter Teil davon geht jedoch durch die Widerstandsarbeit an Landeklappen und endgültig bei der Landung durch Rollwiderstände und mechanische Bremsung verloren. Es ist in der Regel sogar nötig, eine Bremsung durch Gegenschub, also nochmaligen Energieaufwand zur Kompensation der potenziellen Energie der Maschine zu bewirken. Dies ist natürlich alles andere als Energie-effizient, hinzu tritt der Aufwand zur Bewegung nach der Bremsung auf dem Taxiway zum Terminal.
Es hat zahlreiche Versuche gegeben, durch Zusatzeinrichtungen hierbei wieder Energie zu sparen. Diese konnten sich aber meist nicht durchsetzen, weil der konstruktive Mehraufwand und die Erhöhung des Start- und Fluggewichts keine bessere ökonomische oder ökologische Gesamtbilanz erwarten liessen.
Auch ein wesentliches wirtschaftliches Problem blieb trotz mehrerer Ansätze bisher ungelöst: der Verschleiß von Reifen, Fahrwerksaufhängung und Landebahn durch ein Aufsetzen der Maschinen mit zunächst unbewegten Reifen, die dann schlagartig auf die Landegeschwindigkeit beschleunigt werden müssen. Dies löst einen Schlag aus, der viele Passagiere schockt und verängstigt und neben dem Reifen-Verschleiß eine erheblich robustere Konstruktion des Fahrgestells und damit mehr Gewicht bedingt, als sonst nötig wäre.
STAND DER TECHNIK
Es gibt natürlich schon zahlreiche Schutzrechte, die Antrieb und Bremsung von Flugzeug-Fahrwerten betreffen und insbesondere solche, die letzteren Effekt kompensieren sollen.
Dazu gehören z. B.
DE 10 2013 002 450 A1 . Diese Patentanmeldung beschreibt den Antrieb von Flugzeug-Radwerken vor dem Aufsetzen mit allen denkbaren Antriebsmethoden
Ähnliches zeigte die Erfinderklasse des Maristengymnasiums Fürstenzell bei ”Jugend Forscht” und auf der IENA (etwa 2012) mit ausfahrbaren Strömungsklappen an der Radfelge des Fahrwerks, ferner
EP 2 581 306 A3 , das sich ebenfalls auf einen Fahrwerksantrieb vor dem Aufsetzen bezieht, der aber auch benutzt werden soll, um schneller die Abhebegeschwindigkeit beim Start zu erreichen. Der Antrieb ist in den derzeit zugänglichen Unterlagen nicht spezifiziert.
Einen Antrieb der Räder des Fahrwerks enthalten auch:
DE 10200809193384 , wo die Räder elektrisch angetrieben und gebremst werden und auch eine Rekuperation mit Energiespeicherung erfolgt. Hier soll der Antrieb aus einer Brennstoffzelle erfolgen und die rückgewonnene Energie soll elektro-chemisch per Elektrolyse (näheres ist nicht beschrieben) gespeichert werden. Zur Bremsung wird der Motor in Gegenrichtung aktiviert. Ein Antrieb der Räder vor dem Aufsetzen ist hier nicht beschrieben.
WO 2009/125 213 A2 von Airbus UK beschreibt die Kombination von Bremsen und Elektroantrieb für Bodenmanöver, wobei der E-Motor sowohl bremst, wie auch Energie rückgewinnt. Ein Radantrieb vor dem Aufsetzen ist hier auch nicht vorgesehen.
DE 10 2011 082 029 A1 beschreibt ebenfalls die Energie-Wiedergewinnung nach dem Aufsetzen, speichert aber mittels Druckluft und deren Wärmentwicklung zur Manövrierung des Flugzeugs am Boden.
DE 10 2009 026 982 A1 beschreibt ebenfalls einen elektrischen Radantrieb, allerdings versorgt per Kabel vom Boden aus, was schwer machbar erscheint.
RU 2529558 C2 = EP 55688 20100428 und WO 2011134 503 beschreibt einen Fahrwerks-Antrieb zwischen Zwillingsrädern mit Tandem-Gertriebe-Motoren. Die Anwendung bezieht sich auf Bodenmanöver.
GB 246 01 32 A beschreibt ein Energie-Rückgewinnungssystem, bei dem der Pilot auf der Carriage einer Magnetschwebebahn aufsetzt, mit der die Energie-Rückgewinnung erfolgt.
US 6.450.448 B1 und diverse vorgehende JP-Anmeldungen beziehen sich auf ein mehrstufiges Druckluft-System zum Antrieb und zur Bremsung von Flugzeug-Rädern (zusätzlich zu einer Scheibenbremse). Eine Vor-Beschleunigen der Räder zum Aufsetzen und Energie-Speicherung ist hier nicht vorgesehen.
AUFGABENSTELLUNG
Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher, ein System zu schaffen, mit dem gleichzeitig Energie bei der Landung von Fugzeugen effizient gespeichert und sowohl für Taxiway und Start, wie auch zur Vorbeschleunigung der Räder vor der Landung Verwendung finden werden kann.
LÖSUNG
Der erfinderische Schritt gegenüber dem Stand der Technik ist dabei, die bei der Landung zurück gewinnbare Energie in einem hydraulischen System zu speichern, dass geringes Volumen und Gewicht aufweist und alle oben genannte Funktionen in einer Einheit integriert. Dabei wird die Energie bei der Bremsung des Fahrwerks durch die Hydraulik-Pumpe zunächst für den Antrieb auf dem Taxiway benutzt, eventuell noch für weiteren Energiebedarf im Stand und gegebenenfalls zur Beschleunigung beim Start. Ein Restdruck wird jedoch vorbehalten für die Vorbeschleunigung der Räder vor dem Aufsetzen bei der Landung.
AUSFÜHRUNG
Da die Beschleunigung der Reifen Zeit erfordert, erfolgt ihre Vorbeschleunigung nicht erst bei der Landung oder dem ”Touchdown”, sondern im Anflug zur Flughafen. Damit unterbleibt auch der Druck-Schock im hydraulischen System.
Mittels meines mathematischen Modells, und basierend auf der Höhe und relativer Geschwindigkeit des Flugzeuges, lässt sich die Zeit und ein idealer Abstand (Ref: Vektordiagramm aus zugestellter Präsentation) vom Flughafen sowie die Winkelbeschleunigung der Räder berechnen. So wird vermieden, dass die Räder zu früh beschleunigt werden und die Winkel-Geschwindigkeit bei der Landung wieder zu niedrig ist.
BESCHREIBUNG UND ZEICHNUNGEN
Die Ausführung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben:
1: Die Hydraulikpumpe 1 zwischen den Zwillingsreifen 2 und 3 eines Flugzeug-Fahrwerks 4 bremst und speichert den Schub aus der Bewegungsenergie des Flugzeugs nach einem Touch-down durch die Verdichtung eines Gases 5 im Zylinder 6 über den Druck der Hydraulik-Flüssigkeit 7. Bei Stillstand des Flugzeugs wird das Hydraulik-Ventil 8 geschlossen und das Ventil 9 geöffnet, das den hydraulischen Druck auf die Antriebsseite der Hydraulikpumpe richtet. Durch Steuerung dieses Ventils ist die Geschwindigkeit des Antriebs auf dem Taxiway bis zum Terminal bestimmt. Ein Drucksensor 10 im Gasvolumen des Zylinders 6 gibt vor, wie die weitere Nutzung des Gasdrucks erfolgt: über ein weiteres Ventil 11 kann der Hydraulische Druck auf Nebenaggregate für den Betrieb des Flugzeugs im Stand gelenkt werden, soweit dies sinnvoll und erforderlich erscheint. Die übrige, jetzt noch hydraulisch gespeicherte Energie kann wieder mit Hilfe des Ventils 9 zur Unterstützung des Starts auf dem Runway verwendet werden, bis auf einen vorzubehaltenden Restdruck. Dieser ist so ausgelegt, dass er die Räder des Fahrwerks bei der nächsten Landung durch Steuerung des Ventils 9 so vorbeschleunigt, dass Ihre Drehung der Aufsetzgeschwindigkeit entspricht, so dass keine schlagartige Reibung und keine extremen Schubkräfte am Fahrwerk beim Touch-down auftreten.
Überschlägig erfasst, sollten für eine Maschine wie den Airbus A340 ein Druckzylinder von 500 cm Länge und 47 cm Durchmesser ausreichen, der mit Stickstoff gefüllt, bis 100 bar beaufschlagt werden kann und einen Öldruck von 340 bar bewirkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013002450 A1 [0007]
EP 2581306 A3 [0007]
DE 10200809193384 [0008]
WO 2009/125213 A2 [0008]
DE 102011082029 A1 [0008]
DE 102009026982 A1 [0008]
RU 2529558 C2 [0008]
EP 5568820100428 [0008]
WO 2011134503 [0008]
GB 2460132 A [0008]
US 6450448 B1 [0008]

Claims

Antrieb und Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasvolumen durch den Druck eines Hydraulik-Generaturs komprimiert wird, der nach den Touch-Down eines Flugzeugs die Räder abbremst.
Antrieb und Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Gasvolumen gespeicherte Druck durch die Hydraulik-Flüssigkeit auf die Motorseite des Hydraulik-Generators zum Antrieb der Flugzeug-Räder Verwendung findet.
Antrieb und Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb durch ein oder mehrere regelbares Hydraulik-Ventile gesteuert ist.
Antrieb und Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch die Vorgabe eines Druck-Sensors im Volumen der komprimierten Luft erfolgt.
Antrieb und Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung so erfolgt, dass eine Restmenge Energie vorbehalten bleibt, die die Räder Des Fahrgestells vor dem Touchdown auf die Drehzahl beschleunigen kann, die der Aufsetz-Geschwindigkeit entspricht.
Antrieb und Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach Abzug der Restmenge nach Anspruch 5 zur Verfügung stehende Druck zunächst zum Antrieb der Räder auf dem Taxiway zum Terminal Verwendung findet.
Antrieb und Energiespeicherung für Flugzeug-Fahrwerke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende Energiemenge fakultativ auf die Generierung von im Stand benötigter Energie und zum Radantrieb beim Start Verwendung findet.