DE2026994A1 - Lift-generating rotor for vertical take-off aircraft - Google Patents

Lift-generating rotor for vertical take-off aircraft

Info

Publication number
DE2026994A1
DE2026994A1 DE19702026994 DE2026994A DE2026994A1 DE 2026994 A1 DE2026994 A1 DE 2026994A1 DE 19702026994 DE19702026994 DE 19702026994 DE 2026994 A DE2026994 A DE 2026994A DE 2026994 A1 DE2026994 A1 DE 2026994A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
base plate
air
aircraft
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702026994
Other languages
German (de)
Inventor
Die Anmelder Sind
Original Assignee
Fnck, Wolfgang, Dipl Ing , Janssen, Horst, 8042 Oberschleißheim
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fnck, Wolfgang, Dipl Ing , Janssen, Horst, 8042 Oberschleißheim filed Critical Fnck, Wolfgang, Dipl Ing , Janssen, Horst, 8042 Oberschleißheim
Priority to DE19702026994 priority Critical patent/DE2026994A1/en
Publication of DE2026994A1 publication Critical patent/DE2026994A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

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)

Patentansprüche: 1.) Auftriebserzeugender Rotor für senkrechtstartende Luftfahrzeuge, der durch Zentrifugalkräfte und die Trägheit der nachströmenden Luft in seinem Sdhaufelfeld oberhalb einer Grundplatte den Luftdruck vermindert, sodaß sich durch den wirksamen Umgebungsdruck äuf der anderen Seite der Grundplatte eine resultierende Kraft ergibt, die in Achsrichtung des Rotors gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, da in Teil der Luftströmung im Vergleich zu Radialverdichtern atif iner längeren Strecke von der offenen Stirnseite des Schaufelkranzea ausgehend zwischen-den radialen, rotierenden Schaufeln, außerhalb eines Zylinder-, Xegel- oder ähnlichen Mantels in einem vorgegebenen Abstand von der Drehachse unter Einwirkung der Zentrifugalkraft parallel Z,B zur Zylinderachse verlaufen muß und dadurch eine ständige Druckverminderung erfährt, da ein Teil der Strömung radial abgedrängt wird, bis die Grundplatte des Rotors erreicht ist bze. sich ein stationärer Zustand eingestellt hat (die Fliehkräfte kompensieren die radial wirkenden Druckkräfte) und der verbleibende Druck an der Grundplatte durch die auftreffende restliche Strömung über der beaufschlagten Fläche der Grundplatte geringer ist als der von der anderen Seite wirkende Umgebungsdruck, wodurch bei verhältnismäßig geringer radialer Abströmgeschwindigkeit durch den Druckunterschied eine hohe Kraft entsteht.Claims: 1.) Lift-generating rotor for vertical takeoffs Aircraft caused by centrifugal forces and the inertia of the incoming air reduces the air pressure in his Sdhaufelfeld above a base plate, so that due to the effective ambient pressure on the other side of the base plate resulting force, which is directed in the axial direction of the rotor, thereby marked because in part of the air flow compared to centrifugal compressors atif In a longer distance from the open face of the blade ring, starting between the radial, rotating blades, outside of a cylinder, Xegel or the like Shell at a predetermined distance from the axis of rotation under the action of centrifugal force Z, B must run parallel to the cylinder axis and thereby a constant pressure reduction learns that part of the flow is displaced radially until the base plate of the Rotor is reached bze. a steady state has established itself (the centrifugal forces compensate the radial pressure forces) and the remaining pressure on the Base plate due to the remaining flow impinging on the surface of the baseplate exposed to it is lower than the ambient pressure acting from the other side, whereby at relatively lower radial outflow velocity due to the pressure difference a high force arises. 2.) Radialverdichterähnlicher Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der überlangen Schaufelhöhe die Strömung durch Aufweitung z.B. des inneren Zylindermantels und kontinuierlichem Übergang in die Grundplatte möglichst verlustfrei an der Grundplatte nach außen abgelenkt wird.2.) Radial compressor-like rotor according to claim 1, characterized in that that at the end of the excessively long blade height the flow is caused by widening e.g. the inner Cylinder jacket and continuous transition into the base plate with as little loss as possible is deflected outwards at the base plate. 3.) Radialverdichterähnlicher Rotor nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln am Einlauf gegen die Drehrichtung gewölbt sind, um einen möglichst verlustfreien Einlauf zu erhalten.3.) Radial compressor-like rotor according to claim 1 - 2, characterized in that that the blades at the inlet are curved against the direction of rotation, around one as possible to get lossless enema. 4.) Radialverdichterähnlicher Rotor nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekerlnzeiclvet,daß durch einen Ringkanal (ähnlich Diffusor) die abströmende Luft möglichst verlustfrei gesammelt wird und über Luftschächte zu einzelnen Steuerdüsen und zur Antriebsdüse für den Horizontalflug eines Luftfahrzeuges geleitet wird, 5.) i:adialverdicht erähnlicher Rotor nach Anspruch 1-4 durch gekennzeichnet, daß die angesaugte Luftströmung über Kanäle und Klappe sowie Düsen ebenfalls zum Vortrieb bzw. zur Steuerung verwendet wird.4.) Radial compressor-like rotor according to claim 1 - 3, characterized in that through an annular channel (similar to a diffuser), the air flowing out is as loss-free as possible is collected and via air shafts to individual control nozzles and to the drive nozzle is directed for level flight of an aircraft, 5.) i: adial compression A similar rotor according to claims 1-4, characterized in that the sucked in air flow Also used for propulsion or control via channels and flaps as well as nozzles will. 6.) Radialverdichterähnlichder Rotor nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor schwenkbar gelagert wird und dadurch der Abstand des Kraftvektors vom Schwerpunkt eines Luftfahrzeuges geändert werden kann, wodurch Gier-, Nick- und. Rollmomente unter Berücksichtigung der Kreiselkräfte des Rotors hervorgerufen werden können.6.) Radial compressor-like the rotor according to claims 1-5, characterized in that characterized in that the rotor is pivotably mounted and thereby the distance of the Force vector from the center of gravity of an aircraft can be changed, whereby Greed, nod and. Rolling moments taking into account the gyroscopic forces of the rotor can be evoked.
DE19702026994 1970-06-02 1970-06-02 Lift-generating rotor for vertical take-off aircraft Pending DE2026994A1 (en)

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
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0857139B1 (en) Aircraft
DE69710733T2 (en) IMPROVEMENTS IN OR REGARDING FLUID DYNAMIC FLOOD GENERATION
DE2008076A1 (en) Whiz kid
DE4123709C2 (en) Aircraft
DE1756879A1 (en) Flying disc
EP0667283A1 (en) Hybrid aircraft
DE102015015756B4 (en) Engine with front air compressor, three-stage rotary engine with continuous firing process and swiveling air jet nozzles as drive for vertical take-off aircraft
DE102007051993A1 (en) Aircraft, has circular wings arranged in air channels, where air is reduced over upper surfaces of upper sphere for forming additional buoyancy when ventilator system or turbo-blower system or other drive systems is operated
EP1631494B1 (en) Method for supporting a propelled flying object during take-off and/or landing
EP2223853A1 (en) Fluid dynamic area with a turbine driven by the flow induced by the area subject to the flow
DE2026994A1 (en) Lift-generating rotor for vertical take-off aircraft
DE102019001834A1 (en) 2-rotor tilt rotor aircraft without swash plates
DE4000344C2 (en)
EP0304614B1 (en) Flying object taking off and landing vertically
EP3917810B1 (en) Aircraft and method for operating an aircraft
DE102017108543A1 (en) Vertical takeoff aircraft, the drive of which has rotary piston engines with continuous combustion process and thrust direction swivel systems
DE10126814A1 (en) Windmill rotor has hollow blades through which air flows from hub to tip
DE102021124502A1 (en) VERTICAL TAKEOFF AND LANDING PLANE AND WING DEVICE
DE10053134A1 (en) Lift system for lift-creating rotors has axes with rolls in star pattern rotating about center point
EP1685024B1 (en) Aircraft
EP2344388B1 (en) Method and apparatus for alleviating the effect of wake vortices left by an aircraft during take-off or landing
DE112008004054T5 (en) Aircraft for vertical takeoff and landing
EP3795469A1 (en) Aircraft and drive unit
DE2241160A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR THE GENERATION OF ELEVATION OR PROTECTION IN AIRCRAFT OR WATER VEHICLES
DE102019210417B4 (en) Missile and method for operating a missile