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Verfahren und Einrichtung zum Kurz starten und Kurz landen mit STOL-Flugzeugen
sie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine entsprechende Einrichtung
zum Kurz starten und Kurz landen mit STOL-Flugzeugen, deren Triebwerke schwenkbar
ausgebildet sind.
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Fdr den Kurzstart und die Kurzlandung ist es erforderlich, eine vertikale
Schubkomponente im Schwerpunkt zur Unterstützung des Auftriebs zu erzeugen. Eine
einschlägige Triebwerksanordnung fUr Flugzeuge, die sowohl das Senkrechtstarten
und -landen des Flugkörpers in etwa horizontaler Lage als auch den Vortrieb des
Flugzeuges gestattet, ist in der DT-PS 1 027 994 beschrieben und dargestellt. Hiernach
ist vorgesehen, daß die Antriebsvorrichtung aus mindestens zwei Zentrifugalkompressoren
besteht, deren Achsen parallel zur Querachse des Flugkörpers liegen und zu denen
je ein spiralförmiger Kollektor gehdrt, und die Steuermittel besitzen, die eine
derartige winkelrnäßige Verstellung
der Richtung jedes Kollektors
um die Achse des Kompressors bewirken, daß die von den Kompressoren gelieferte Luft
entweder nach unten oder nach hinten gerichtet werden kann, wodurch sich entweder
ein Auftrieb oder ein Vortrieb des Flugzeugs ergibt.
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Bei geeigneten Zwischenstellungen läßt sich mit diesen bekannten Einrichtungen
auch der Kurzstart (STOL) realisieren.
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Weiterhin ist aus der DT-AS 1 091 872 ein Flugzeug für V/STOL bekannt,
bei dem beiderseits des Rumpfes z. B. je ein schwenkbares Triebwerk angeordnet ist.
Eine derartige, grundsätzlich für VTOL vorgesehene Maschine ist im Bedarfsfalle
auch für STOL geeignet, wenn die Triebwerke beim Start und bei der Landung in die
hierzu notwendigen Zwischenstellungen verschwenkt werden.
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Die bekannten Einrichtungen für STOL sind teilweise äußerst aufwendig,
zum anderen stehen sie hinsichtlich ihrer Funktion im Widerspruch zu den Sicherheitsbestimmungen
fÜr den Personenverkehr insbesondere der zivilen Luftfahrtgesellschaften.
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Der Erfindung liegt die Aufgahe zugrunde, die den bekannten SToL-Lösungen
anhaftenden Nachteile zu vermeiden und ein Konzept hierfür vorzuschlagen, das sich
mit möglichst geringem Aufwand und unter Beachtung aller Sicherheitsbestimmungen
realisieren läßt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß bei Flugzeugen der eingangs
genannten Art die Strahlen der schräg nach unten und hinten geschwenkten Triebwerke
beim Anrollen des Flugzeugs horizontal nach hinten gelenkt werden, während sie beim
bzw. unmittelbar nach dem Abheben frei entsprechend der Schwenkstellung der Triebwerke
abströmen, worauf im Reiseflug die Triebwerke in die horizontale geschwenkt werden,
und daß beim Landen die angegebenen Schritte in umgekehrter Reihenfolge ablaufen,
mit der Ausnahme, daß nach dem Aufsetzen beim Ausrollen des Flugzeugs der Triebwerks
strahl zur Erzeugung eines Bremsschubs benutzt wird. Zur DurchfAhrung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist ein Flugzeug erforderlich, dessen Vortriebsmittel
um
eine horizontale Achse parallel zur y-Achse schwenkbar sind und daß die Schubstrahlen
der geschwenkten Triebwerke mittels an sich bekannter Einrichtungen zusätzlich ablenkbar
sind. Diese beiden Merkmale sind zwar einzeln für sich bekannt.
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Er.findungsgemäß wurde jedoch erkannt, daß die Kombination der beiden
Maßnahmen in relativ einfacher Weise ein STOL-Verfahren ermöglicht, das allen bisher
bekannten Verfahren weit Überlegen ist. Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin,
daß während der gesamten Startphase ein Schwenken der schräggestellten Triebwerke
nicht erforderlich ist. Vorteilhaft ist es auch, wenn als Ablenkmittel für die Schubstrahlen
{iußere Klappen vorgesehen sind, wozu sich bei vielen Flugzeugen die Landeklappen
geradezu anbieten. Hierzu ist es erforderlich, daß die Triebwerke oberhalb der Tragflächen
angeordnet sind. In diesen Fällen lassen sich zusätzliche Klappen vermeiden, wenn
die Landeklappen als Umlenkmittel für den Schubstrahl benutzt werden können.
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Wenn man erreicht, daß der Schwerpunkt des Flugzeugs im Bereich der
Ebene des bzw. der geschwenkten Triebwerksstrahlen liegt, kann das erfindungsgemäße
STOL-Verfahren mit zwei Triebwerken realisiert werden, bei Doppelrumpfflugzeugen
sogar mit nur einem Triebwerk.
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Die Erfindung ist anhand der folgenden Zeichnungsbeschreibung näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Vorderansicht; Fig. 2 die Draufsicht auf das Mittelstück
eines Flugzeugs nach der Erfindung; Fig. 3 eine erfindungsgemäße Einrichtung beim
Start während des Anrollens; Fig. 4 beim Abheben und Fig. 5 beim Ausrollen (Bremsschub)
nach dem Landen; Fig. 6 bis 9 die Wirkungsweise einer Schubvektorsteuerung.
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Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemäß den Figuren
1 und 2 beiderseits des Rumpfes eines Flugzeugs je ein Triebwerk 1 und 2 oberhalb
der Tragflächen angeordnet.
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Beide Triebwerke können um die Achse 3 geschwenkt werden, die parallel
zur y-Achse des Flugzeugs liegt.
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in Fig. 3 ist ausschnittsweise eine Einrichtung gemäß der Erfindung
in der für das Anrollen beim Start erforderlichen Stellung gezeigt. Das Triebwerk
1 ist um die Achse 3 schräg nach hinten und unten geneigt. Die in gleicher Richtung
ausströmenden Strahlen werden jedoch durch eine Klappe 4 am Flügel 5 entsprechend
Pfeilrichtung 6 nahezu horizontal nach hinten abgelenkt, um die für das Anrollen
beim Start günstigste Schubkomponente zu erzielen.
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Beim Abheben des Flugzeugs von der Startbahn wird die Klappe 4 gemäß
der Fig. 4 nach unten abgeschwenkt, so daß die Strahlen des Triebwerks 1 entsprechend
seiner Schwenkstellung schräg nach unten und hinten abströmen kdnnes,. Hierdurch
wird in einfacher Weise die für STOL erforderliche Hubkomponente erzielt.
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Für den Reiseflug werden die Triebwerke 1 und 2 sowie die Klappen
4 entsprechend den Fig. 1 und 2 in die Horizontale verschwenkt.
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Für den Landevorgang werden die aufgezeigten Schritte in umgekehrter
Reihenfolge durchgeführt. Eine Ausnahme bildet das Ausrollen nach dem Aufsetzen
auf der Landebahn. in dieser Phase wird mit Hilfe der Triebwerksstrahlen vorteilhafterweise
ein Bremsschub (Schubumkehr) erzeugt, was sich gemäß Fig. 5 in relativ einfacher
Weise dadurch erzielen läßt, daß die Klappe 4 schräg nach oben ausgestellt wird.
Hierdurch werden die Triebwerksstrahlen entsprechend Pfeilrichtung 7 nach vorne
abgelenkt, wodurch eine Bremswirkung auf das Flugzeug ausgeübt wird.
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ber die vorstehend beschriebene Einrichtung hinaus, lflßt sich die
Erfindung mit jeder beliebigen Einrichtung erzielen, die
es gestattet,
Triebwerke zu schwenken und die Schubstrahlen zusätzlich abzulenken.
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Bei dem beschriebenen Ausfünrungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn
der Schwerpunkt des Flugzeugs zumindest in Schrägstellung der Triebwerke im Bereich
der Ebene der Triebwerksstrahlen liegt.
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Das vorgeschlagene Kurzstartantriebssystem erlaubt zusätzlich eine
Schubvektorsteuerung zur Erzeugung von Roll- und Giermomenten im strahlgestAtzten
Flug. Diese Steuerung ermöglicht besonders niedrige Mindestfluggeschwindigkeiten,
die mit einer aerodynamischen Steuerung wegen des geringen Staudrucks nicht geflogen
werden können. Fr STOL-Flugzeuge sind sie von besonderer Wichtigkeit, da sie die
Rollbahnlängen entscheidend beeinflussen.
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Die Steuerung beruht auf der gegensinnigen Schwenkung der Schubvektoren
zu beiden Seiten des Rumpfes. Fig. 6 zeigt eine reprS-sentative Einstellung der
Schubvektoren S bei einem Schwenkwinkel g . Dieser Winkel wird um die Winkeländerung
n «6 vergrößert bzw. verkleinert (Fig. 7). Daraus ergeben sich Vektorkomponenten
unterschiedlicher Größe in der Horizontal- und Vertikalebene, die ein nach rechts
drehendes Giermoment und ein linksdrehendes Rollmoment erzeugen. Beide Momente treten
stets gemeinsam auf und müssen zur Steuerung eines Flugzeuges entkoppelt werden.
Das geschieht durch gegensinnige Modulation der Triebwerksschübe um die BetrYgelS
(Fig. 8). Sie wirken sich auf die riorizontal- und Vertikalkomponenten so aus, daß
sich nach der Addition der Vektoren (Fig. 8) ein reines linksdrehendes Moment um
die Flugzeuglängsachse ergibt. Es wird aus den unterschiedlichen Größen der Vertikalkomponenten
gebildet. Da die Horizontalkomponenten gleich groß sind, tritt um die Hochachse
kein Moment auf.
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Zur Erzeugung eines Giermomentes werden bei unveränderten Schwenkwinkeln
die Schubvektoren umgekehrt moduliert, so daS sich nach der Vektoraddition (Fig.
9) ullterschiedliche Vertikalkomponenten ergeben. Dem Vektordiagramm entsprechend
entsteht ein nach rechts
drehendes Giermoment, während das Rollmoment
kompensiert ist.
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Diese Steuerung ist im Prinzip bereits bekannt. Zur gegensinnigen
Schwenkung der Schübe um die Beträge cl o & müssen die Triebwerksgondeln um
eine Achse drehbar gelagert sein. Verschiedene Flugzeuge haben ein pneumatisches
Steuersystem, bei dem huber Düsen an den Flügelenden bzw. am Bug und Heck Luft ausgeblasen
wird.
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Es macht ein Rohrleitungssystem im ganzen Flugzeug erforderlich, das
erhebliches Gewicht besitzt und z. T. schwierig zu warten ist.
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I3ei dem vorgeschlagenen Antriebssystem entfällt dieser Aufwand.
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Die Triehwerksgondeln sind durch einen Strukturkasten starr miteinander
verbunden und werden gemeinsam um den Winkel 6, verstellt.
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Die gegensinnige Schubschwenkung ### erfolgt durch Ruderausschläge
der Klappen in den Triebwerksstrahlen.
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Die vorstehend beschriebene, an sich bekannte Steuerung wird mit am
Flugzeug bereits vorhandenen Einrichtungen ausgeführt. Sie stellt somit kein zusätzliches
Gewicht dar und sie ist einfach zu handhaben.
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