DE2233352A1

DE2233352A1 - V / STOL PLANE

Info

Publication number: DE2233352A1
Application number: DE19722233352
Authority: DE
Inventors: Hans-Justus Meier; Herbert Sadowski
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1972-07-07
Filing date: 1972-07-07
Publication date: 1974-01-24
Also published as: GB1435567A

Description

72-33 11-28 2Ö Bremen, den 5« J«3i 197272-33 11-28 2Ö Bremen, 5 «J« 3i 1972

Meinecke/weMeinecke / we

Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter HaftungUnited Flugtechnische Werke-Fokker Company with limited liability

V / STOL aircraft

Die Erfindung betrifft ein V/STOL-Flugzeug, das mit mindestens einem Marschtriebwerk mit Schwenkdüsen und gegebenenfalls Hubtriebwerken, sowie mit mit Zapfluft beaufschlagten Steuerdüsen für die Flugsteuerung in der Start— bzw. Landungs- und Transitionsphase ausgerüstet ist.The invention relates to a V / STOL aircraft with at least a marching engine with swivel nozzles and, if necessary, lifting engines, as well as control nozzles charged with bleed air for flight control in the take-off, landing and transition phase is equipped.

Die zur Verfügung stehende Menge an Zapfluft, die aus den Marschund/oder Hubtriebwerken entnommen werden kann, ist begrenzt. Sie reicht im Regelfall nur zur Abdeckung der beim Entwurf des Flugzeugs berücksichtigten Normaleinsatzfalle aus, Bei einer gegebenen Triebwerlcsanlage ist daher eine weitere nachträgliche Steigerung der Zapfluftmenge nicht mehr möglich.The amount of bleed air available from the marsh and / or Hoist drives can be removed is limited. As a rule, it is only sufficient to cover the normal use cases taken into account in the design of the aircraft, given a given The engine system is therefore a further afterthought It is no longer possible to increase the bleed air volume.

In der Praxis bedeutet diese Einschränkung, daß Forderungen nach einer Erweiterung des ursprünglichen Einsatzspektrums, z.B. nachAnbringung zusätzlicher Außenlasten am Flügel, nicht mehr erfüllt werden können, weil ein beispielsweise in der Schwebeflugphase um die Rollachse auftretendes Störmoment mit den vorhandenen Einrichtungen nur mit gefährlich großer Verzögerung, wenn überhaupt, ausgeglichen werden kann.In practice, this restriction means that there are requirements for an expansion of the original application spectrum, e.g. after installation additional external loads on the wing, can no longer be met because, for example, in the hover phase disturbance torque occurring around the roll axis with the existing facilities can only be balanced with a dangerously long delay, if at all.

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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist bereits vorgeschlagen " worden, das verfügbare .Steuermoment in Kritischen Phasen dadurch zu steigern, daß entweder die Druckluft in den Steuerdüsen aufgeheizt wird oder daß zusätzliche Raketenmotoren vorgesehen werden. Beiden Vorschlägen haften die gleichen Mangel an, Sie erfordem einen erheblichen zusätzlichen Gewichtsauf wand für Leitungen, Zündanlagen, Tanks usw. Außerdem sprechen diese Einrichtungen nui· mit erheblicher Verzögerung an, so daß das Steuerverhalten insgesamt unbefriedigend bleibt.To avoid these difficulties it is already suggested " been to increase the available .Steuermoment in critical phases by either heating the compressed air in the control nozzles or that additional rocket motors are provided. Both suggestions have the same shortcomings as you require considerable additional weight for lines, ignition systems, tanks, etc. In addition, these devices speak only · with a considerable delay, so that the tax behavior remains unsatisfactory overall.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erhöhung des Steuermoments, insbesondere um die Rollachse zu schaffenj die nur einen geringen zusätzlichen Aufwand erfordert und ein schnelles Ansprechen in kritischen Phasen gewährleistet. Erfindungsgemäß weisen die Austrittsdüsen des bzw. der Marschtriebwerke und/oder gegebenenfalls der Hubtriebwerke Mittel zur Schubvektorsteuerung quer zur Flugseuglängsachse auf. Insbesondere können die Schwenk— düsen des bzw. der Harschtriebwerke als mehrteilige Rohrkrümmer ausgebildet sein, von denen mindestens der Letzte um eine Achse schwenkbar ist, die.in einer Parallelebene zur X-Z-Ebene des Flugzeugs liegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Austrittsdüsen der Hubtriebwerke kardanisch aufgehängt sind. Das gilt sowohl dann, wenn die Hubtriebwerke im Rumpf entlang der Längsachse des Flugzeugs, als auch für den Fall, daß die Hubtriebwerke in Gondeln seitlich des Rumpfes oder an den Flügelenden angeordnet sind.The object of the invention is therefore to provide a device for increasing of the control torque, in particular to create the roll axis only requires a small amount of additional effort and ensures rapid response in critical phases. According to the invention the outlet nozzles of the cruise engine or engines and / or, if applicable, of the lifting engines have means for thrust vector control transversely to the longitudinal axis of the flight. In particular, the pivoting nozzles of the harsh engine (s) can be designed as multi-part pipe elbows, at least the last of which is about an axis is pivotable, die.in a plane parallel to the X-Z plane of the aircraft. Another possibility is that the outlet nozzles the lift drives are gimbaled. This applies both when the lift engines in the fuselage along the Longitudinal axis of the aircraft, as well as in the event that the lift engines arranged in nacelles on the side of the fuselage or at the wing tips are.

In den beigefügten Zeichnungen ist ein Beispiel für die Berechnung des zusätzlichen Steuermoments, sowie einige Beispiele für Aus— führungsformen nach der Erfindung dargestellt. Und zwar zeigensIn the accompanying drawings is an example of the calculation of the additional steering torque, as well as some examples of off— Guide forms shown according to the invention. And show it

Figuren la — c verschiedene Anordnungen der Schwenkdüsen einesFigures la - c different arrangements of the swivel nozzles one

MarschtriebwerksCruise engine

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Figur 2 schematisch die Berechnungsgrundlagen für das zusätzliche Steuermoment Figure 2 shows schematically the calculation bases for the additional control torque

Figur 3 die Ausführ^ungsform dex" Schwenkdüsen eines Marschtriebwerks UndFIG. 3 shows the embodiment dex "swivel nozzles of a cruise engine and

Figur 4 die Anordnung der Austrittsdüse eines Hubtriebwerks i.·Figure 4 shows the arrangement of the outlet nozzle of a lift engine i.

Die Figur la stellt die Lage der Schwenkdüsen eines irarschtriebuerks dar, deren Austrittsöffnungen oberhalb der Schwerpunktsebene liegen. Entsprechend zeigen die Figuren 1 b bzw. 1 c die Anordnung der Schwenkdüsen, wenn ihre Austrittsöffnungen in Höhe bzw. unterhalb der Schwerpunktsebene liegen. In der Figur 2 s'ind die geome~ trisehen Zusammenhänge dargestellt, die eine Berechnung des durch die Schubvektorsteuerung erreichbaren zusätzlichen Steuernioraents ermöglichen. Dabei bedeuten D die Lage des Schwerpunktes des Flugzeugs, S den Schubvektor, A die Schwenkachse des (letzten) Rohrkrümmers 2 der Schwenkdüse 3, a den Abstand der Achse A von der X-Z-Ebene des Flugzeugs, h den Abstand der Achse A von der Schwerpunktsebene des Flugzeugs, r den Abstand des Mittelpunkts der Austrittsebene des Rohrkrümmers 2 von der Achse A und ψ den Schwenkwinkel des Rohrkrümmers 2.The figure la represents the position of the swivel nozzles of an irarschtriebuerks, the outlet openings of which are above the plane of the center of gravity. Correspondingly, FIGS. 1 b and 1 c show the arrangement of the swivel nozzles when their outlet openings are at or below the plane of the center of gravity. In FIG. 2, the geometrical relationships are shown, which enable a calculation of the additional control direction that can be achieved by the thrust vector control. D is the position of the aircraft's center of gravity, S is the thrust vector, A is the pivot axis of the (last) pipe bend 2 of the pivoting nozzle 3, a is the distance between axis A and the XZ plane of the aircraft, h is the distance between axis A and the plane of the center of gravity of the aircraft, r the distance of the center point of the exit plane of the pipe bend 2 from the axis A and ψ the pivoting angle of the pipe bend 2.

Die Figur 3 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Flugzeugrumpf 31 in Höhe der Schwenkdüsen 33» die an einem Marschtriebwerk 34 angeordnet sind. Mit 35 ist der Tragflügel und mit 36 der Drehkranz für die Schwenkdüsen bezeichnet. Die Schwenkdüsen bestehen jeweils aus den Rohrkrümmern 37 und 32» von denen der letztere um die Achse 38, die in einer Parällelebene zur X-Z-Ebene des Flugzeugs zusammen mit der Schwenkdüse 33 schwenkbar ist, drehbar ist· Dabei ist in der Figur 3 ,der Rohrkrümmer 32 in der Normalstellung auf der linken Seite, in einer um den Winkel - %* auf derFIG. 3 is a schematic cross section through an aircraft fuselage 31 at the level of the swivel nozzles 33 »which are arranged on a cruise engine 34. 35 with the wing and 36 with the turntable for the swivel nozzles. The swivel nozzles each consist of the pipe bends 37 and 32, the latter of which can be rotated about the axis 38, which can be swiveled in a plane parallel to the XZ plane of the aircraft together with the swivel nozzle 33 32 in the normal position on the left, in an angle - % * on the

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rechten Seite gezeichnet.drawn right side.

Die Figur 4 zeigt ein Hubtriebwerk 41 mit der schwenkbaren Aus~ trittsdUse 42, die kardanisch um die Achsen 43 und 44 schwenkbar am Hubtriebwerk 41 befestigt ist.FIG. 4 shows a lifting engine 41 with the pivotable Aus ~ entrance nozzle 42, which is gimbal-mounted on the lifting mechanism 41 so that it can pivot about the axes 43 and 44.

Aus der Darstellung der Figur 2 läßt sich das zusätzliche Steuermoment M„. für den Fall, daß der Schubvektor des Marschtriebwerks senkrecht nach unten gerichtet ist, leicht berechnen. Dabcd entfällt auf die beiden beiderseits des Rumpfes angebrachten Schwenkdüsen jeweils die Hälfte des Schubs mit dem Ergebnis, daß das von ihnen erzeugte Steuermoment M_c, gleich groß ist, solange die beiden Rohrkrümmer 2 ihre Normalstellung einnehmen. Wie sie auf der linken Seite der Figur 2 dargestellt ist. Wenn, wie auf der rechten Seite der Figur 2 zu sehen ist, der Rohrkrümmer 2 um den Winkel + 0 aus seiner Normalstellung herausgedreht ist, ergibt sich insgesamt ein Steuermoment um die Rollachse nach der Formel:From the illustration in FIG. 2, the additional control torque M ". for the case that the thrust vector of the cruise engine is directed vertically downwards, easily calculate. The two swivel nozzles mounted on both sides of the fuselage each have half of the thrust, with the result that the control torque M _c generated by them is the same as long as the two pipe bends 2 are in their normal position. As shown on the left-hand side of FIG. If, as can be seen on the right-hand side of FIG. 2, the pipe elbow 2 is rotated out of its normal position by the angle + 0, there is a total control torque about the roll axis according to the formula:

M_c, = - 1/2 . S . (a + r) + 1/2 S / j/ a + h cos (v - arcM _c , = - 1/2. S. (a + r) + 1/2 S / j / a + h cos (v - arc

tg ~) +tg ~) +

Bei der Berechnung nach dieser Formel ist die_ Größe h mit positivem Vorzeichen zu versehen, wenn die Austrittsebene der Schwenk— düse unterhalb der Schwerpunktsebene liegt, und mit negativem Vorzeichen, wenn die Austrittsebene der Schwenkdüse oberhalb der Schwerpunktsebene angeordnet ist. Der Winkel Φ ist positiv zu rechnen, wenn eine Verschwenkung des Schubvektors nach innen, d. Iu in Richtung auf die durch den Flugzeugschwerpunkt gehende Vertikalebene erfolgt.und mit negativem Vorzeichen, wenn eine Schubvektorschwenkung nach außen erfolgt.When calculating according to this formula, the variable h is to be provided with a positive sign if the exit plane of the swivel nozzle is below the plane of the center of gravity, and with a negative sign if the exit plane of the swivel nozzle is arranged above the plane of the center of gravity. The angle Φ is to be calculated positively if a pivoting of the thrust vector inwards, i.e. Iu takes place in the direction of the vertical plane passing through the aircraft's center of gravity and with a negative sign if a thrust vector pivoting outwards takes place.

Daraus ergibt sich, daß in dem in der Figur 2 dargestellten Fall, das Gesaratsteuermoment M_c zu einer Linksdrehung um die RollachseIt follows from this that in the case shown in FIG. 2, the total control torque M _c leads to a left-hand rotation about the roll axis

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führt, obwohl die Vertikalkomponente des Schubstrahls kleiner wird. ·leads, although the vertical component of the thrust jet is smaller will. ·

Bei Plugzeugen mit kleinem Massenträgheitsmoment um die Rollachse läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schubvektor— Kippsteuerung die übliche Druckluft— Reaktionssteuerung mit Düsen in den Tragflächenenden ganz oder teilweise ersetzen. In solch einem Fall kann durch den Wegfall von Zuleitungen, Steuerdüsen usw. der Tragflügelraura für andere Zwecke genutzt werden, z. B. als Kraftstoffbehälter, oder der Aufbau und die Fertigung des Flügels können stark vereinfacht werden.For plug-in tools with a low mass moment of inertia around the roll axis can be used with the device according to the invention for thrust vector— Tilt control the usual compressed air reaction control with nozzles replace in whole or in part in the wing tips. In such one case can be achieved by eliminating supply lines and control nozzles etc. the hydrofoil can be used for other purposes, e.g. B. as a fuel tank, or the construction and manufacture of the Wings can be greatly simplified.

Mechanisch bietet eine solche zusätzliche Schwenkdüsen-Kippsteuerung keine ,Schwierigkeiten. Sie ist ohne weiteres auch bei variablen Düsen, wie man sie bei Triebwerken mit Äufheizung des kalten Kreises benutzt, anwendbar. Die erförderlichen Stellorgane können ähnlich ausgebildet sein, wie sie beispielsweise bei der Schtienk— vorrichtung verwendet werden.Mechanically, such an additional swivel nozzle tilt control presents no difficulties. It can also easily be used with variable nozzles such as those used in engines with heating of the cold circuit. The erförderlichen actuators can be similar as they are used for example in the device Schtienk-.

Eine Berechnung des zusätzlich zu gewinnenden Steuermoraents ergab für ein bekanntes V/STOL-Flugzeug, daß eine Steigerung von 50$ der in diesem Flugzeug verwendeten Bleed-Steuerung erreichbar ist.A calculation of the additional tax mornings to be gained resulted for a well known V / STOL aircraft that is an increase of $ 50 the bleed control used in this aircraft is achievable.

— Patentansprüche —- patent claims -

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Claims

1. I V / STOL ~ Airplane raids at least one cruise engine Swivel nozzles and, if necessary, lifting mechanisms j as well as with with bleed air pressurized control nozzles for the aircraft control in the take-off, landing and transition base, characterized in that the swivel nozzles (3> 33) of the cruise engine or engines (34) and, if applicable of the lifting drives (41) with means (2j 32 - 3öj 42, 43 »44) are equipped for thrust vector control transversely to the longitudinal axis of the aircraft.

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2. V / STOL — aircraft according to claim 1, characterized in that the swivel nozzles (3 »33) are multi-part Pipe bends are formed, of which at least the last (2, 32) can be pivoted about an axis (A, 38), those in a plane parallel to the X-Z plane of the aircraft lies.

3 · V / STOLr aircraft according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e η η shows that the outlet nozzles (42) of the lift engines (41) are gimbaled.

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L e e r s e i t eL e r s e i t e