DE2026994A1 - Lift-generating rotor for vertical take-off aircraft - Google Patents
Lift-generating rotor for vertical take-off aircraftInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
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Description
Patentbeschreibung: Auftriebserzeugender Rotor für senkrechtstartende Luftfahrzeuge Die Erfindung betrifft einen radialverdichterähnlichen Rotor, der durch Zentrifugalkräfte and die Trägheit der nachströmenden Luft iii seinem Schaufelfeld oberhalb einer Grundplatte den Luftdruck vermindert, sodaß sich durch den wirkenden Umgeb@@gstruck auf der anderen Seite der Grundplatte eine resultierende Kraft ergibt, die in Achsrichtung des Rotors gerichtet iot , Diese Kraft kann insbesonders als Auftriebskraft fur senkrechtstartende Luftfahrzeuge verwendet werden.Patent description: Lift-generating rotor for vertical take-offs Aircraft The invention relates to a radial compressor-like rotor, the by centrifugal forces and the inertia of the incoming air iii its blade field Above a base plate the air pressure is reduced so that the acting Ambient pressure on the other side of the base plate results in a resulting force, which iot directed in the axial direction of the rotor, this force can in particular as Buoyancy force can be used for vertical take-off aircraft.
Die zunehmende Verlagerung des Personen- und Güterverkehrs von Wasser-, Straßen- und Schienenfahrzeugen auf Luftfahrzeuge erfordert immer mehr wirksame Zeit-, Raum- und Wegersparnisse durch senkrechtstartende und -landende Luftfahrzeuge. Dabei ist es vorteilhaft, wenn solche Luftfahrzeuge aufgrund ihres auftrieberzeugenden Systems möglichst in mittelbarer Nähe des normalen erdgebundenen Personen- und Güterverkehrs starten und landen können, ohne die weitere und nähere Umgebung besonders zu stören oder zu belästigen.The increasing shift in passenger and freight traffic away from water, Road and rail vehicles to aircraft requires more and more effective Time, space and travel savings through vertical take-off and landing aircraft. It is advantageous if such aircraft due to their buoyancy-generating System as close as possible to normal ground-based passenger and freight traffic Being able to take off and land without particularly disturbing the wider and closer surroundings or to harass.
Bekannt sind fiir den Senkrechtstart und die senkrechte Landung voll Luftfahrzeugen Rotoren, die aus sternförmig angeordneten, weit über@@s Luftfahrzeug hinausregenden Rotorblättein bestehen, sowie axialverdichterähnliche Rotoren mit vertikaler Achse. Außerdem wird heute der Auftrieb durch den Abgasstrom von Hubtriebwerken direkt erzeugt.They are well known for vertical take-off and vertical landing Aircraft rotors, which consist of a star-shaped arrangement, far over @@ s aircraft Existing rotor blades exist, as well as rotors similar to axial compressors vertical axis. In addition, buoyancy is now due to the exhaust gas flow from lifting engines generated directly.
Für eine wirtschaftliche Auftriebserzeugung durch bekannte Rotoren ist ein großer Rotordurchmesser (lange Rotorblätter) erforderlich, da es energiemäßig günstig ist, den auftrieberzeugenden Stömungsimpuls bei großem Luftdurchsatz und niedriger Luftgeschwindigkeit zu erreichen. Diese Tatsache bedingt den Bau von Hubschraubern mit langen Rotorblättern.For economical lift generation using known rotors a large rotor diameter (long rotor blades) is required because it is energy-wise is favorable, the stimulant Flow impulse at large To achieve air flow and low air velocity. This fact is conditional the construction of helicopters with long rotor blades.
zur Nachteil die Systems liegt a) im Platzbedarf bei senkrechtem Start und senkrechter Landung b) in der begrenzten Horizontalgeschwindigkeit, da die drehenden Rotorblätter dann einmal mit der anströmenden Luft und einmal gegen die anströmende Luft bewegt werden, wodurch ein ständiger Wechsel der Anströmgeschwindigkeit am Rotorblatt auftritt Diese Nachteile haben bei Hochgeschwindigkeitsflugzeugen mit senkrechten Start- und Landeeinrichtungen zum Einsatz spezieller Hubrotoren und Hubtriebwerken in axialer Bauweise geführt, die nur zum Schwebeflug eingesetzt werden9 Dabei verzichtet man aus Platzgründen auf eine optimale Energieausnützung0 Es wird im Schwebeflug (Start und Landung) der Auftriebsimpuls durch Bewegung geringer Luftmassen bei hoher Geschwindigkeit erzeugt0 Die Nachteile dieser Systeme sind: a) zusätzlicher Ballast im Horizontaiflug, da jetzt der Auftrieb in der Regel durch herkömmliche Tragflächen erzeugt wird. Es werden also zwei getrennte Systeme zur Auftriebserzeugung benötigt.the disadvantage of the system is a) the space required for a vertical start and vertical landing b) in the limited horizontal speed, since the turning Rotor blades then once with the incoming air and once against the incoming air Air are moved, causing a constant change in the flow velocity on the Rotor blade occurs These disadvantages have with high-speed aircraft vertical take-off and landing devices for the use of special lifting rotors and Axial lift engines that are only used for hovering 9 For reasons of space, there is no optimal use of energy in hover flight (take-off and landing) the lift impulse due to movement of small air masses generated at high speed0 The disadvantages of these systems are: a) additional Ballast in horizontal flight, since the lift is now usually due to conventional Airfoils is generated. So there are two separate systems for generating lift needed.
b) Unwirtschaftliche Auftriebserzeugung im Schwebeflug, da der erforderli.she Strömungimpuls bei hoher .3 trömullgsgescbwindigkeit und geringer Luftmasse entsteht. b) Uneconomical generation of lift in hover, since the required Flow momentum arises at a high flow velocity and low air mass.
c) Erhöhte Störung und Belästigung der Umwelt durch hohe senkrecht nach unten gerichtete Luft'geschwindigkeit, (Strömung simpuls) die eine starke Staubentwicklung sowie bei Hubtriebwerken eine hohe Lärmbelästigung zur Folge hat. c) Increased disturbance and nuisance to the environment due to high vertical downward-directed air speed (simpulse flow) which generates a lot of dust as well as a high level of noise pollution in lifting engines.
Luftfahrzeuge mit schwenkbaren Rotoren, die wahlweise im Schwebeflug (Senkrechtstart und -landung) den Auftrieb und im Horizontalflug den Antrieb erzeugen, benötigen für den Schwebeflug eine erhöhte Antriebsleistung0 Es sind daher für den Horizontalflug die Triebwerke überdimensioniert, wodurch die Nutzlast bzw, die Reichweite des Luftfahrzeuges verringert werden0 Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde den Auftrieb für senkrechtstartende Luftfahrzeuge, die schwerer als Luft sind, ohne besonderen Platzbedarf und bei einem verhältnismäßig hohen Anteil von Druckkräften wid geringeren Anteil durch Strömungsimpulse zu erzeugen, wodurch ein Starten und Landen in nächster Umgebung von anderen Fahrzeugen und Personen möglich ist.Aircraft with swiveling rotors, which can optionally be hovering (Vertical take-off and landing) generate the lift and in level flight generate the propulsion, require increased propulsion power for hovering 0 They are therefore for the Horizontal flight the engines are oversized, which increases the payload and the range of the aircraft are reduced0 The invention is primarily the task based on the lift for vertical takeoff aircraft that are heavier than air are, without special space requirements and with a relatively high proportion of Compressive forces wid to generate a smaller proportion through flow impulses, whereby a Other vehicles and people can take off and land in the immediate vicinity is.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß ein radialverdichterähnlicher Rotor, bestehend aus einem zylindrischen Innenmantel, dessen Achse die Rotorachse ist, einer Grundplatte, die an einem Ende den Zylindermantel abschließt und deren Radius um die Schaufeltiefe größer ist als der Radius des Zylinder-mantels, sowie aus radial angeordneten Schaufelblechen, die an zwei benachbarten Seiten von der Grundplatte und vom Zylindei-mantel begrenzt ind. Während herkömmliche Radialverdichter verhältnismäßig flach gebaut sind (geringe Schaufelhöhe), um den Strömungsquerschnitt zwischen stirnNeitigeu. Einlaß an der Nabe und radialem Auslaß entsprechend dem günstigsten erreichbaren Wirkungsgrad für Verdichter mit angeschlossenem Diffusor zu gestalten, besitzt der auftriebserzeugende Rotor gemäß Bild 1 eine verhältnismäßig große Schaufelhöhe.This object is achieved according to the invention in that a radial compressor-like Rotor, consisting of a cylindrical inner jacket, the axis of which is the rotor axis is, a base plate that closes the cylinder jacket at one end and its Radius around the blade depth is greater than the radius of the cylinder jacket, as well from radially arranged blade plates, which on two adjacent sides of the Base plate and limited by the cylinder jacket ind. While conventional centrifugal compressors are built relatively flat (low blade height) to the flow cross-section between frontal u. Inlet at the hub and radial outlet corresponding to the best achievable efficiency for compressors with connected diffuser to design, the lift-generating rotor according to Figure 1 has a relatively large blade height.
Bei Rotation des Rotors wird die Luft zwischen den radialen Schaufeln mitbewegt Es wirken Zentrifugalkräfte1 die diese Luft radial nach außen drücken0 Die wirksame Zentrifugalkraft wächst proportional mit dem Schaufelradius.When the rotor rotates, the air is between the radial blades moved along Centrifugal forces1 act which push this air radially outwards0 The effective centrifugal force increases proportionally with the blade radius.
Nimmt man am äußersten Radius der Schaufelblätter den äußeren Umgebungsdruck als Gegendruck anp so ergibt sich zur Nabe hin ein Druckabbau, der teilweise durch die an der offenen Stirll-.If you take the external ambient pressure at the outermost radius of the blades as counterpressure anp there is a pressure reduction towards the hub, which is partly through the one on the open Stirll-.
seite von oben nachströmenden Luft ausgeglichen wird0 Wälireiid bei Radialverdichtern die Luft in Wabennähc einströmt, um einen möglichst verlustfreien Lufteintritt zu erhalten, wird hier mit Hilfe des Zylindermantels der Lufteinlaß stirnseitiC niir längs der Schaufeltiefe zugelassen, um nachströmende Luft durch die bestehende ZentrifuFa.lkraft möglichst schnell nach außen abzudrängen und ein Nachströmen entlang dem Zylindermantel bis zur Grundplatte zu erschweren. Dies hat zur Folge, dafdie Luft @berhalb der Grundplatte, zwischen den radialen Schaufeln, stark verdünnt wird, besonders in der Nähe des Zylindermantels, und gegenüber dem unterhalb der Grundplatte wirkenden Umgebungsdruck eine resultierende,in Achsrichtung nach oben wirkende Kraft (Auftriebskraft) entsteht.side air flowing in from above is compensated for Centrifugal compressors, the air flows in honeycomb in order to be as loss-free as possible To get air inlet, the air inlet is here with the help of the cylinder jacket The front side is not allowed along the blade depth to allow air to flow through to push the existing centrifugal force outwards as quickly as possible and to bring it in To make it difficult to flow along the cylinder jacket to the base plate. this has the result that the air @ above the base plate, between the radial blades, is heavily thinned, especially near the cylinder jacket, and opposite the The ambient pressure acting beneath the base plate results in an axial direction upward force (buoyancy force) arises.
Durch das Verhältnis zwischen Einlaßfläche (kleine stirnseitige Ringfläche) und der Auslaßfläche (große Mantelfläche) ist di Geschwindigkeit der radial abströmenden Luft verhaltnismäßig gering. Die abströmende Luft kann mit ihrem Strömungsimpuls zur Steuerung (Nicken, Rollen, Gieren) und zum Antrieb des Luftfahrzeuges verwendet werden. Ebenso kann die angesaugte Luft über Klappen und Schächte zur Steuerung und zum Antrieb herangezogen werden. Eine weit-ere Steuerungsmöglichkeit erhält man durch Schwenken des Rotors, wodurch die durch den Rotor entwickelte Kraftkomponente gegenüber dem Schwerpunkt des Luftfahrzeuges verändert wird Das radiale Abströmen der Luft erlaubt die Anbringung des Rotors oberhalb des Schwerpunktes des Luftfahrtzeuges, der meist im Fracht- bZWe Fahrgastraum liegt0 Bei größeren Luftfalirzeugen können mehrere Rotoren verwendet werden, die aus Sicherheitsgründen durch Wellen verbunden sind, Durch Steuerung des Luftdurchsatzes jedes einzelnen Rotors ergibt sich eine weitere Möglichkeit, die Roll- und Nicklage des Luftfahrzeuges zu steuern bzw. zu regeln.Due to the ratio between the inlet area (small frontal ring area) and the outlet area (large surface area) is the speed of the radially outflowing Relatively little air. The outflowing air can with its flow impulse used to control (pitch, roll, yaw) and propel the aircraft will. The sucked in air can also be controlled via flaps and ducts and used to drive. A further control option is given one by pivoting the rotor, thereby reducing the force component developed by the rotor is changed compared to the center of gravity of the aircraft That radial outflow of air allows the rotor to be attached above the center of gravity of the aircraft, which is mostly located in the cargo area or passenger compartment0 For larger ones Luftfalirzeugen multiple rotors can be used for safety reasons connected by shafts, By controlling the air flow of each one Rotor there is another possibility, the roll and pitch of the aircraft to control or regulate.
Erläuterungen zu Bild 1: 1 = stirnseitig angesaugte Luft 2 = durch Zentrifugalkräfte radial abströmende Luft 3 = Restdruck auf die Grundplatte 4 = Umgebungsdruck 5 = Antrieb 6 = Zylindermantel 7 = Grundplatte 8 = SchaufelnExplanations for Fig. 1: 1 = air sucked in at the front 2 = through Centrifugal forces radially outflowing air 3 = residual pressure on the base plate 4 = Ambient pressure 5 = drive 6 = cylinder jacket 7 = base plate 8 = blades
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702026994 DE2026994A1 (en) | 1970-06-02 | 1970-06-02 | Lift-generating rotor for vertical take-off aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19702026994 DE2026994A1 (en) | 1970-06-02 | 1970-06-02 | Lift-generating rotor for vertical take-off aircraft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2026994A1 true DE2026994A1 (en) | 1971-12-16 |
Family
ID=5772807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702026994 Pending DE2026994A1 (en) | 1970-06-02 | 1970-06-02 | Lift-generating rotor for vertical take-off aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2026994A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008063484B4 (en) * | 2008-12-17 | 2012-11-29 | Berthold Möller | Aircraft which allows vertical flight by reducing air pressure in a rotating air column |
-
1970
- 1970-06-02 DE DE19702026994 patent/DE2026994A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102008063484B4 (en) * | 2008-12-17 | 2012-11-29 | Berthold Möller | Aircraft which allows vertical flight by reducing air pressure in a rotating air column |
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