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Flugzeug und Flugverfahren für Senkrecht start und -Landung Die Erfindung
bezieht sich auf ein Flugzeug und ein Flugverfahren für Senkrechtstart und -landung.
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Es sind bereits verschiedene Arten von Flugzeugen für Senkrechtstart
und
-landung bekannt, von denen sich jedoch keine als voll befriedigend erwies, was
schon aus der Tatsache hervorgeht, daß keine davon in der gewerblichen Luftfahrt
Eingang gefunden hat. Einige der bekannten Typen starten mit dem Vorderende voraus
aus einer Stellung, in der sie mit dem Heck auf der Startfläche sitzen, andere wieder
wurden als vom Herkömmlichen abweichende, tellerförmige Konstruktionen und dergl.
entworfen. Einige Typen verwenden Hubschrauben, darunter auch faltbare, und andere
wieder gegenläufige Luftschrauben, Triebwerke mit Strablablenkung oder verschiedene
Strahiantriebssysteme, die zwischen senkrechten und normalen waagerechtem Flugzustand
umsteuerbar sind.
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Es ist eine bekannte tatsache, daß Flugpassagiere gegenüber völlig
neuen Konstruktionen, welche sowohl im Aussehen als auch im Flugverhalten stark
vom Herkommlichen abweichen, starke Bedenken haben. Darin besteht eine der vieleii
Schwierigkeiten, in der gewerblichen iJuttfahrt, senkrecht startende und landende
Flugzeuge erfolgreich eijizusetzen. Gleich -wohl besteht angesichts des kritischen
Mangels an Startbahnkapazität für den auf der ganzen Welt zunehmenden Luftverkehr
ein grober Bedarf an derartigem Fluggerät. Ein erfolgreich verwendbares Passagierflugzeug
für Kurz- oder Senkrechtstart wäre also jetzt und in Zukunft ein grober Gewinn für
das Luftverkehrsgelrerbe.
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Angesichts dieser Schwierigkeiten und dieses Bedarfs soll die Erfindung
ein senkrecht start endes und landendes Flugzeug sowie ein Verfahren, ein solches
Flugzeug zu fliegen, schaffen, welches als äußerst zweckmäßig, sicher und relativ
wirtschaftlich anzusehen ist und dessen Antriebseinrichtungen in besonders vorteilhafter
Weise mit einem weitgehend herkömmlichen Starrflügelflugzeug, wie einem modernen
Düsen-Passagierflugzeug, kombinierbar sind. Abgesehen von dem Umstand, daß das Flugzeug
mittels einer Ein-Rotor-Anordnung senkrecht mit dem Schwanzende voraus abhebt und
steigt, haben die Passagiere während des Fluges zwischen Start- und Lande ort ein
normalee Fluggefühl wie bei einem im wesentlichen herkömmlichen Flugzeug entsprechend
dem modernen Standard.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
In dieser zeigt: Fig. 1 perspektivisch ein erfindungsgemäßes senkrecht startendes
undlandendes Flugzeug im Stand, Fig. 2 eine teilweise schematisierte Seitenansicht
des Flugzeuges, Fig. 3 eine weitere Seitenansicht des Flugzeuges zu Beginn
des
Starts mittels der Hubschraube, Fig. 4 eine weitere Seitenansicht des Flugzeugs
in senkrecht-am Heck hängender Lage beim Ausstieg, Fig. 5 noch eine weitere Seitenansicht
des Flugzeuges während des ueberganges in den normalen Waagerechtflug beim gesteuerten
Zusammenlegen der Hubschraube, Pig. 6 eine Seitenansicht des Flugzeuges im Waagerechtflug
mit vollständig zusammengelegter, noch nicht in den dafür vorgesehenen Schacht eingezogener
Hubschraube, und Fig0 7 eine entsprechende Seitenansicht des Flugzeugs im Waagerechtflug
mit voll eingezogener Hubschraube.
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Die Zeichnung zeigt zunächst ein Starrflügelflugzeug 15, hier als
strahlgetriebenei Passagierflugzeug, welches in der Erfindungsgemäßen Ausrüstung
zu Fluggeschwindigkeiten im Bereich von wenigstens 800 bis 1 000 km zu befähigt
ist.
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Gerade diese Schnellflugfähigkeit ist einer der wesentlichen Gesichtspunkte
der Erfindung, da bei vielen der bekannten senkrecht startenden und ladenden Flugzeugen
die Waagerechtfluggenchwindigkeit verringert oder geopfert
wurde,
um die senkrechte Beweglichkeit zu erzielen.
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Das Flugzeug 15 weist im wesentlichen herkömmliche Bauweise auf und
hat einen Rumpf 16, starre Tragflächen 17, ein herkömmliches Heckleitwerk und Strahltriebwerke
18. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in der Zeichnung dargestellte Konstruktion
eines Flugzeuges beschränkt, sondern für verschiedene derseit oder in vorhersehbarer
ZuKunft im Einsatz befindliche Flugzeugtypen verwendbar. Sin herkömmliches Fahrwerk
19 ist unter den Tragflächen angeordnet, und ferner sind eine einfahrbare Bugradanordnung
20 und weitere herkömmliche Einrichtungen vorhanden.
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Abweichend vom Herkömmlichen ist der Piloteiisitz oder die Pilotenkanzel
21 vorzugsweise um eine waagerechte Querachse schwenkbar im Flugzeugrumpf gelagert,
so daß de Pilot unabhängig von der Fluglage des Flugzeugs eine normale Sitzstellung
behält, wie aus der Zeichnung hervorgeht.
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Damit die Pilotenkanzel jederzeit ihre Horizontallage behält, kann
ihr Schwerpunkt 22 pendelartig unterhalb der Schwenkachse 21t liegen. Im Rumpf 16
sind die Passagiersitze 23 rückwärts gerichtet und aus Sicherheitsgründen starr
befestigt. Während des senkrechten bufstiegs liegen die Passagiere bequem auf dem
lücken und sind während der relativ kurzen Zeiträume des 8ufstiegs beim Start oder
des
senkrechten Abstiegs bei der Landung keinen besonderen Belastungen unterworfen.
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Die Erfindung umfaßt ferner eine am Schwanz ende des Flugzeugs angeordnete
Hubechraube 24 mit umlaufenden Blättern oder Drehflügeln 25, an deren Spitzen Schubdüsen
26 für den Antrieb der Hubschraube sitzen. Die Hubschraube 24 ist auf einem Mast
27 gelagert, der mit seinem unteren Ende um ein waagerechtes Quergelenk 28 schwenkbar
am Schwanzende des Flugzeugs 15 gelagert ist, so daß er in bezug auf den Rumpf 16
um 900 zwischen den in Fig. 2 und 4 gezeigten Stellungen schwenkbar ist. Der Mast
27 kann mittels herkömmlicher Mittel in der in Fig. 2 dargestellten zum Rumpf 16
senkrechten Stellung lösbar verriegelbar und nach Lösen der Verriegelung frei gegenüber
dem Flugzeug schwenkbar sein. In den Triebwerken 18 erzeugte Schubgase werden zweckmäßig
durch den Mast 27 und die Drehflügel 25 den an deren Spitzen angeordneten Schubdüsen
zugeleitet. Die dafür erforderlichen heitungs- und Ventileinrichtungen sind weitgehend
von bekannter Art und dem Fachmann geläufig.
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Die Drehflügel 25 sind aufwärts zusammenlegbar nd lassen sich in vollkommen
zusammengelegtem Zustand in eine oberhalb des Passagierraums in Längsrichtung des
Rumpfes verlaufende rohrförmige Kammer 29 einziehen. Die Einziehkammer
ist
nach hinten offen. Wie aus folgender Beschreibung und aus Fig. 5 bis 7 hervorgeht,
ist die Hubschraube 24 zusammen mit dem Mast 27 für den Waagerechtflug vollkommen
in Längsrichtung in die Kammer 29 einziehbar, so daß das Flugzeug in diesem Zustand
ein herkömmliches Aussehen aufweist. Die Hubschraube 24 ist mit insbesondere von
Hubschraubern her bekannten Steuereinrichtungen für gemeinsame und zyklische Verstellung
des Anstellwinkels versehen. Diese Steuereinrichtungen ermöglichen den Flug in Querrichtung
sowie die Verstellung der Anstellwinkel der Drehflügel in der senkrecht aufgehängten
Lage des Flugzeuge.
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Die Erfindung ist nicht auf eine besondere Ausbildung der Hubschraube
beschränkt, sondern gestattet die Verwendung von auf diesem Gebiet bekannten aufwärts
zusammenlegbaren Schrauben. Auch die Einrichtungen zum Ausfahren und Einziehen der
Hubschraube aus der bzw. in die in Längsrichtung verlaufende Einziehkammer 29 können
eine in diesem Fachgebiet bekannte Ausbildung aufweisen.
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Solange das Flugzeug auf dem Boden steht, ist der Mast 27 der Hubschraube
24 in senkrechter Stellung verriegelt und die Drehflügel 25 stehen im wesentlichen
waagerecht. Zum Start wird der Gesamtschub der Triebwerke durch die Drehflugel 25
den Schubdüsen 26 an deren Spitzen zugeleitet.
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Sobald die Hubschraube zu wirken beginnt, wird der schwentbare Mast
27 entriegelt. Der Schwerpunkt des Flugzeuges wandert nun bin unter den Auftriebsmittelpunkt
der Hubschraube, wobei das Flugzeug nacheinander die in Pig. 2,3 und 4 gezeigten
Stellungen einnimmt. Beim Abheben des Flugzeuges vom Boden bleibt die Hubschraube
24 waagerecht, während der Flugzeugrumpf 16 seine Lage gegenüber dem Mast 27 um
90° geändert hat und nun koaxial zu diesem steht. Das Flugzeug ist nun frei hängend
um das Gelenk 28 schwenkbar. Nachdem die Hubschraube 24 das Flugzeug auf eine ausreichende
Sicherheitshohe gehoben hat, erfolgt die Umstellung auf den normalen, durch die
Starrflügel getragenen Waagerechtflug im wesentlichen dadurch, daß das Flugzeug
in den Sturzflug übergeht und dann aus diesem hochgezogen wird (Fig.5).
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Im Einzelnen verläuft das Umstelien auf Waagerechtflug folgendermaßen:
Zunächst verringert man den Anstellwinkel der Drehflügel sowie den Schub an den
Schubdüsen 26 der Drehflügel. Anschließend stellt man den Antrieb der Drehflügel
gänzlich ab und läßt die schraube mit Autorotation weIter arbeg ten. Stwa gleichzeitig
damit stellt man mittels herkömmllcher Leitungs- und Steueranordnungen den vollen
schub auf dne Horizontalflugtriebwerke 18 um.
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Der Anstellwinkel del Drehflügel wird nun bis zu Gleitflugstellung
vergrößert,
um die Hubschraube langsam abzubremsen. Während der Verlangsamung der Drehflügel
25 legen sie sich in der in Fig. 5 gezeigten Weise zusammen.
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Dadurch wird der durch die Drehflügel gebildete Kegelwinkel spitzer
und dementsprecnend der Austrieb der Hubschraube geringer. Das Flugzeug erhält nun
unter dem normalen Schub der Triebwerke 18 eine zunehmende Fallgeschwindigkeit,
bis es mittels der normalen Steuerung aus dem Sturzflug hochgezogen wird, um dann
als Starrflügelflugzeug weiterzufliegen. Die zusammengelegte Hubschraube 24 wird
zusammen mit dem Mast 27 und dem Rotorkopf vorwärts in die nach hinten offene Kammer
29 eingezogen, in der sie in Längsrichtung des Rumpfes 16 ober- und außerhalb der
Passagierkabine geborgen ist.
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Beim Zusammenlegen und beim Ausstellen der Drehflügel 25 ist der durch
sie eingeschlossene Kegelwinkel mittels einer oben am Rotormast 27 angeordneten
linearen Verstelleinrichtung 30 einstellbar. Die Verstelleinrichtung 30 kann eo
ausgebildet sein, daß die einzelnen Drehflügel die notwendigen Schlagbewegungen
ausführen können, während die Hubschraube für den AuSstieg des Flugzeuge in Betrieb
ist. Ferner kann die Hubschraube 24 eine bekannte Bremse aufweisen. Außerdem ist
die Hubsehraube zweckmäßig in die Windradetellung einstellbar, um im Sinkflug den
nötigen
Widerstand zu erzeugen. Von unten her die teilweise zusammengelegte
Hubschraube durchströmende Luft ist dabei bestrebt die Drehflügel auf den größten
negativen Anstellwinkel zu drehen, so daß die Hub schraube in der gleichen Drehrichtung
wie im angetriebenen Zustand nach Art eines Windrads umläuft. Bei der Autorotation
ist der durch die Drehflügel gebildete Kegelwinkel, die Größe des negativen Anstellwinkels
sowie die Größe des durch die Hubschraube erzeugten Widerstandes mittels der linearen
Verstelleinrichtung 30 zusammen mit der Rotorbremse beeinflußbar, um den Abstieg
bei der Umstellung zum und vom durch die Tragflächen getragenen Waagerechtflug zu
steuern.
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Zur Umstellung vom Waagerechtflug in den senkrechten Abstieg mittels
der Hub schraube 24 wird das Verfahren einfach umgekehrt durchgeführt. Zunächst
unterbricht man den Schub der Marschtriebwerke 18, so daß das Flugzeug seine eschwindigkeit
im Sinkflug aus relativ großer Höhe verlangsamt. Dann fährt man die Hubschraube
24 rückwärts aus der Kammer oder dem Schacht 29 aus und betätigt die Verstelleinrichtung
30, um das Ausstellen der Drehflügel 25 einen leiten. Dabei entsteht ein Widerstand,
so daß das Flugzeug weiter verlangsamt wird. Die Hubschraube beginnt nun als Windrad
zu arbeiten, wobei der AbstiegswinKel des Flugzeuges steiler wird. Unter Wirkung
der Zentrifugalkraft
und/oder durch Betätigung der linearen Verstelleinrichtung
30 werden die Drehflügel 25 weiter ausgestellt, während die Zufuhr von Schubgasen
von den triebwerken 18 zu den Drehflügel-Schubdüsen 26 einsetzt. Einer Ansteliwinkel
der Drehflügel wird nun über die gemeinsame Anstellwinkelverstellung zur Lieferung
von Auftrieb im normalen angetriebenen Betriebszustand eingestellt. Autorotation
wird jeweils im Bedarfsfall angewendet. Das Flugzeug 15 wid nun gänzlich durch die
Hubschraube getragen, wxbei der Rumpf 16 im wesentlichen senkrecht hängt und die
Flugbahnsteuerung in dieser Stellung mittels der herkommlichen gemeinsamen und zyklischen
Anstellwinkelverstelleinrichtungen der Hubschraube stattfindet. lsach dem Aufsetzen
des Flugzeuobugs auf dem Boden wird das Schwanzende unter Verwendung der Steuereinrichtungen
der Hubschraube und damit verbundener Einrichtungen zur Dämpfung von Schlingerbewegungen
an der dazu bestimmten Stelle abgesenkt, bis der Rumpf im wesentlichen waagerecht
zum Boden steht. Vor dem Abstellen des Antriebs der Hubschraube wird der Mast in
der senkrechten Stellung verriegelt (Fig.2), so daß er gegen Kippen um das frei
bewegliche Gelenk 28 zwischen Rotor und Flugzeug gesichert ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß die Erfindung ein
senkrecht startendes und landendes Flugzeug
schafft, welches in
bezug auf Passagierkapazität, Bequemlichkeit, Geschwindigkeit und Manöverierfähigkeit
einem normalen strahlgetriebenen Passagierflugzeug weitgehend ähnelt. Das Senkrechtstart
und -Landevermögen des Flugzeugs gründet sich auf die Verwendung einer einzigen,
am Schwanzende angeordneten helikopterartigen Hubschraube, die über einen in einem
querverlaufenden Gelenk schwenkbaren Mast frei schwenkbar am Flugzeug befestigt
ist. im normalen Flugzustand ist die zusammenlegbare Hubschraube gänzlich in einen
besonderen, nach hinten offenen Schacht eingezogen.
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Einrichtungen zur Richtungs- oder Schlingersteuerung des Flugzeuge
im Flug mittels der Hub schraube 24 sind nicht eigens angeführt. Zu diesem zweck
eignen sich zahlreiche bekannt Verfahren und inrichtungen zur Steuerung von Schlingerbewegungen,
wie sie für derartige Hubschrauben vorhanden sind. Diese Steuereinrichtungen sind
jedoch nicht Teil der Erfindung und können in Form beliebiger herkömmlicher Anordnungen
für die Schlingersteuerung auf diese anwendbar sein.
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Somit schafft die Erfindung ein im wesentlichen herkömmliches Starrflügeltlugzeug,
an welchem im Bereich des Schwanzendse ie Hubschraube um eine Querachse schwenkbar
angeordnet
ist. Beim Start wirdder Flugzeugantrieb auf di Hubschraube umgeleitet und das Flugzeug
mit dem Schwanzende voraus im wesentlichen senkrecht auf eine zweckmäßige Höhe gehoben.
Anschließend wird der Antrieb von der Hubschraube auf die normalen Vortrieüseinrichtungen
des Flugzeuges umgestellt. Nachdem das Flugzeug darauf zunächst abwärts stürzt,
wird es hochgezogen und setzt seinen Flug auf herkömmliche leise fort, während die
Hubschraube zusammengelegt und in Mängsrichtung in eine im Rumpf angeordnete, nach
hinten offene Kammer eingezogen wird.
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Patentansprüche: