DE202019103684U1 - Missile for transport and traffic - Google Patents
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Abstract
Flugkörper für Transport und Verkehr, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper als Flugscheibe ausgebildet ist, die aus einer ringförmigen und folglich strömungstechnisch unendlich gestreckten Tragfläche besteht und das Antriebsaggregat in ihrem Zentrum enthält. A missile for transport and traffic, characterized in that the missile is designed as a flying disc, which consists of an annular and thus aerodynamically infinitely stretched wing and contains the drive unit in its center.
Description
Das Hauptunterscheidungsmerkmal gegenwärtiger Flugkörper ist ihr grundsätzliches Auftriebserzeugungsprinzip. Das Starrflügelprinzip ist heute unter dem Begriff Flugzeug, das Drehflügelprinzip hauptsächlich als Hubschrauber bekannt. Flugkörper beider Gattungen oder Hybride sind schwerer als Luft und erzeugen ihren Auftrieb dynamisch - unabhängig von der Anzahl und Anordnung ihrer Triebwerke und Tragflächen bzw. tragenden Elementen. Exemplarisch seien hier die Varianten mehrmotorige Flugzeuge, Canards, Multicopter oder Tragschrauber genannt.The main distinguishing feature of current missiles is their basic lift generation principle. The fixed-wing principle is today known as the aircraft, the rotary-wing principle mainly as a helicopter. Missiles of both genera or hybrids are heavier than air and generate their buoyancy dynamically - regardless of the number and arrangement of their engines and wings or supporting elements. Exemplary here are the variants called multi-engine aircraft, canards, multicopters or autogyros.
Als dynamische Auftriebskraft bezeichnet man die senkrecht zur Anströmrichtung wirkende Kraftkomponente auf einen umströmten Körper. Lenkt der Körper aus flugtechnischer Sicht z.B. über seine Tragflächen eine horizontale Umströmung abwärts ab und ändert damit den Impuls der Strömung, so induziert er impulserhaltend aufwärts wirkend die Auftriebskraft. Dem zufolge kann dieser Körper bei ausreichend großer Relativgeschwindigkeit den gesamten Impuls seiner Gewichtskraft vollständig an die Umgebungsluft ableiten und fliegen.As a dynamic buoyancy force is called acting perpendicular to the direction of flow force component to a body flow around. Directs the body from a technical point of view, for. via its wings from a horizontal flow downwards and thus changes the momentum of the flow, it induces impulse-sustaining upward acting buoyancy. As a result, at sufficiently high relative speeds, this body can completely divert and fly the entire momentum of its weight to the ambient air.
Starrflügler erzeugen den dazu notwendigen Vorschub über ihre Triebwerke oder durch Abgleiten. Die Vorschubkraft braucht dabei nur einen Bruchteil der Eigengewichtskraft zu betragen. Entsprechend diesem Funktionsprinzip sind Starrflügler jedoch auf lange Start- und Landebahnen angewiesen.Fixed-wing aircraft generate the necessary feed via their engines or by sliding. The feed force only needs to be a fraction of its own weight. However, fixed-wing aircraft rely on long runways according to this operating principle.
Drehflügler hingegen generieren die Umströmung, indem sie über ihre Triebwerke die Tragflächen direkt oder indirekt über Vorschub in Rotation versetzen. Funktionsbedingt erfordert dies eine im Vergleich zum Starrflügler wesentlich höhere Triebwerksleistung. Das Drehflügelprinzip ermöglicht jedoch senkrechtes Starten und Landen, was den Verzicht auf Start- und Landebahnen ermöglicht.Rotorcraft, on the other hand, generate the flow around their engines by directly or indirectly setting the wings in motion via feed. Functionally, this requires a much higher engine performance compared to the fixed-wing aircraft. However, the rotary wing principle allows vertical take-off and landing, which allows the abandonment of runways.
Beiden Flugprinzipien wohnen weitere Mängel inne:
- - Die Tragflächen sind endlich lang. Darum sind Auftriebsverluste und Induktion von Widerstandskräften durch unkontrollierten Druckausgleich zwischen Ober- und Unterseite der Tragfläche über ihre Randbögen unvermeidlich. Eine strömungstechnisch unendlich lang gestreckte Tragfläche würde diese Effekte verhindern.
- - Die Tragflächen sind zum übrigen Flugkörper hin prinzipbedingt auskragend angebunden; ihre Höhe, genannt Profildicke, ist im Vergleich zur Länge sehr klein. Folglich stützt sich das resultierende Hebelmoment der Auftriebskräfte nur über einen niedrigen Flächenquerschnitt ab. Der Kraftfluss ist an der Tragflächenwurzel konzentriert, beim Drehflügler wirken zudem grundsätzlich die Fliehkräfte aus der Rotation ein. Die Festigkeitswerte des Strukturmaterials begrenzen demnach die Gestaltungs- und Skalierungsmöglichkeiten solcher Flugkörper; auch bei Verwendung von High-Tech-Materialien. Eine nicht-kragende Tragflächenkonfiguration schüfe hier neue Möglichkeiten und ließe auch wieder den Einsatz natürlicher Materialien zu.
- - Charakteristisch für konventionell geartete Flugkörper ist ihre große Außenoberfläche bei vergleichsweise kleinem Volumen. Dieses unsinnig kleine Volumen schränkt natürlich die Möglichkeiten, sperrige Güter zu transportieren, erheblich ein.
- - Die enormen Außenabmessungen der Flugkörper erfordern einen erheblichen logistischen, verkehrstechnischen, sowie Ressourcen- und Raum-verschlingenden Aufwand zu ihrem Betrieb. Eine Reduzierung dieser Aufwände ist erstrebenswert.
- - The wings are finally long. Therefore, lift losses and induction of drag forces by uncontrolled pressure equalization between the top and bottom of the wing over their margins are inevitable. An aerodynamically infinitely elongated wing would prevent these effects.
- - The wings are connected to the rest of the missile in principle projecting overhanging; their height, called profile thickness, is very small in comparison to the length. Consequently, the resulting momentum of the buoyancy forces only supported over a low area cross-section. The power flow is concentrated at the root of the wing, while the rotorcraft basically also has the centrifugal forces from the rotation. The strength values of the structural material therefore limit the design and scaling possibilities of such missiles; even when using high-tech materials. A non-cantilevered wing configuration creates new possibilities here and allows the use of natural materials again.
- - Characteristic of conventionally shaped missiles is their large outer surface with a comparatively small volume. Of course, this nonsensical small volume considerably limits the possibilities of transporting bulky goods.
- - The enormous outer dimensions of the missile require a significant logistical, traffic engineering, as well as resource and space-consuming effort to their operation. A reduction of these efforts is desirable.
Zweck der Erfindung ist folglich ein Senkrechtstart-fähiger Flugkörper, der die sich ausschließenden Vorteile aus beiden Flugprinzipien in sich vereint und die daraus folgenden gemeinsamen Nachteile aus beiden Flugprinzipien kompensieren kann.The purpose of the invention is therefore a vertical launch capable missile, which combines the exclusive advantages of both flight principles in itself and can compensate for the consequent common disadvantages of both flight principles.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, indem der Flugkörper als Flugscheibe ausgebildet ist, die aus einer ringförmigen und folglich strömungstechnisch unendlich gestreckten Tragfläche besteht und das Antriebsaggregat in ihrem Zentrum enthält. Direkt an der Oberseite der ringförmigen Tragfläche wird von innen her über mindestens einen konzentrisch angeordneten Ringspalt ein dünner, vom Antriebsaggregat hoch beschleunigter Luftfilm radial nach außen geblasen, so dass die Anordnung nach dem Bernoulli-Effekt Auftrieb erzeugt. Dem Coanda-Effekt gehorchend folgt der Luftfilm der nach unten gekrümmten Tragflächenkontur, indem die Umgebungsluft den hochbeschleunigten Luftfilm über seine Grenzschicht auf die Tragfläche drückt. Strömungstechnisch bedingt verliert der Luftfilm dabei an Geschwindigkeit und wird dicker. Am äußeren Rand der Scheibe, also der Endkante der ringförmigen Tragfläche, rollt sich der Luftfilm unter der Tragfläche schließlich zu einem Wirbeltorus ein und wird von diesem Torus verlustfrei ins Zentrum umgelenkt, von dem Antriebsaggregat eingesaugt und wiederum beschleunigt durch den Ringspalt ausgeblasen. Der Wirbeltorus strömt demnach Auftrieb erzeugend auf der Tragflächenunterseite radial auseinander.According to the invention, this object is achieved in that the missile is designed as a flying disc, which consists of an annular and thus aerodynamically infinitely stretched wing and contains the drive unit in its center. Directly at the top of the annular support surface, a thin air film accelerated from the drive assembly is blown radially outward over at least one concentrically arranged annular gap, so that the arrangement generates lift in accordance with the Bernoulli effect. Obeying the Coanda effect, the air film follows the downwardly curved airfoil contour as the ambient air pushes the high velocity air film over its boundary layer onto the airfoil. As a result of flow technology, the air film loses speed and becomes thicker. At the outer edge of the disc, so the end edge of the annular support surface, the air film rolls under the wing finally to a vortex torus and is deflected by this torus lossless center, sucked by the drive unit and in turn accelerated blown through the annular gap. The vortex torus thus flows radially apart, generating lift on the underside of the wing.
Die Tragfläche bildet zusammen mit dem über den relativ zur Umgebung schnell strömenden geschlossenen Luftfilm eine Drucksenke, in deren Richtung von allen Seiten die ruhende Luft hin beschleunigt wird. Diese Luft wird, gegeben durch die außerhalb der Flugscheibe vorgegebene Strömungsrichtung des Luftfilms, nach unten abgelenkt, wo sie sich unterhalb des geschlossenen Luftfilms staut und somit eine Druckquelle bildet. Die so entstehende Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Flugscheibe bildet in Summe ein abwärts gerichtetes Strömungsfeld, über welches die Flugscheibe den Impuls ihrer Gewichtskraft an die Umgebungsluft ableitet und so ihren Auftrieb erzeugt.The airfoil, together with the closed air film, which flows rapidly relative to the environment, forms a pressure sink in the direction of which the quiescent air is accelerated from all sides. This air is, given by the predetermined outside of the flying disc flow direction of the air film, deflected downward, where it jams under the closed air film and thus forms a pressure source. The resulting pressure difference between the top and bottom of the flying disc in total forms a downwardly directed flow field over which the flying disc derives the momentum of its weight force to the ambient air and thus generates its buoyancy.
Die Steuerung kann exemplarisch über eine Vielzahl von auf und / oder unter der Tragfläche angeordneten Steuerfinnen erfolgen, welche den Luftfilm unterschiedlich stark auf den Umfang der ringförmigen Tragfläche verteilen und somit über eine kontrollierte bedingte Verschiebung des Auftriebsschwerpunktes -analog dem Drehflügelprinzip - den Flugkörper steuern. Gleichzeitig eignen sich solche Finnen auch, eine Rotation um die vertikale Achse zu erzeugen oder zu verhindern.The control can be carried out by way of example by way of a plurality of control fins arranged on and / or under the support surface, which distribute the air film differently to the circumference of the annular support surface and thus control the missile via a controlled conditional displacement of the lift center-analogous to the rotary vane principle. At the same time, such fins are also suitable for generating or preventing rotation about the vertical axis.
Ebenso kann der Auftriebsschwerpunkt beispielsweise durch eine asymmetrische Aufweitung des erwähnten Luftspaltes erfolgen, der dann ganz analog zur Taumelscheibe eines Hubschraubers angesteuert wird. In diesem Fall dienen die Finnen nur zur Regulierung der Bewegung um die vertikale Achse.Likewise, the buoyancy center of gravity can be effected, for example, by an asymmetrical widening of the mentioned air gap, which is then activated in a manner completely analogous to the swashplate of a helicopter. In this case, the fins only serve to regulate the movement about the vertical axis.
Die Ausführung als ringförmige Tragfläche reduziert zudem die Belastungen der Flugkörper-Struktur, da im Vergleich zum Starr- und Drehflügler der Kraftfluss nicht abgewinkelt verläuft und die Kraftfluss-Strecken sowohl kurz als auch feldartig verteilt sind, was zusätzlich eine unkomplizierte Leichtbauweise des Flugkörpers begünstigt. Dazu trägt auch die dicke Profilgestaltung bei. Des Weiteren ist das Volumen dieses Flugkörpers einer kleineren Oberfläche einbeschrieben, was deutlich mehr Nutzlast pro reibungserzeugender, und damit energieverbrauchender Fläche ermöglicht.The design as an annular wing also reduces the burden of the missile structure, since compared to the fixed-wing and rotorcraft, the power flow is not angled and the power flow routes are both short and field-like distributed, which also favors uncomplicated lightweight construction of the missile. The thick profile design also contributes to this. Furthermore, the volume of this missile is inscribed on a smaller surface, which allows significantly more payload per friction-generating, and thus energy-consuming surface.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert
Zeichnung 1 zeigt die Flugscheibe im Schnitt, sowie das vom Antriebsaggregat erzeugte StrömungsfeldZeichnung 2 zeigt die Flugscheibe von obenZeichnung 3 zeigt die Flugscheibe von unten
-
drawing 1 shows the flying disk in section, and the flow field generated by the drive unit - drawing
2 shows the flying disc from above - drawing
3 shows the flying disc from below
Zu Zeichnung
Der Antrieb ist hier als ein einziges Antriebsaggregat
Zeichnung
Zeichnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Claims (6)
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