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Antriebseinrichtung für Flugzeuge
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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Flugzeuge, insbesondere
für tiotorsegler.
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o Die serienmäßige Herstellung von tiotorseglern begann Anfang der
60-ziger Jahre. Bis ca. 1973 erfolgte ein starker Anstieg der Zulassungszahlen in
der Bundesrepublik bis zu loo/a, danach trat eine Abflachung auf ca. 3o/a ein. Total
waren 1976 in der Bundesrepublik ca. 8ulC)llotorsegler zugelassen.
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O Die Zielsetzung für Motorsegler ist sehr vielfältig: - Unabhängigkeit
von externen Starthilfen (Flugzeuoschlepp,Winde), die einerseits hohe Investitionen
für den Betreiber erfordern und andererseits zusätzliches geprüftes Personal (Flugzeugführer,
indenschlepper) erfordern. Sie sind damit relativ teuer und erfordern eine Mindestqröße
der betreibenden Vereine die unter verschiedenen anderen Gesichtspunkten zu hoch
ist und vielfältige Probleme schaft. Vor allem aber erlauben diese Starthilfen beim
normalen Verei nsbetri eb Segelflug nur am Wochenende. Viele Segelflieger würden
aber bei gutem Wetter auch in der Woche hin und wieder fliegen, bringen aber das
notwendige Starthilfspersonal nur mühsam oder gar nicht zusammen.
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- Streckenflüge von Segelflugzeugen enden häufig mit einem Abbruch
weit weg vom Heimatflugplatz. Die Rückholung erfolgt mit Transportwagen. Diese Prozedur
ist langwierig und personalaufwendig. Beim flotorsegler hingegen kann der Pilot
nach Abbruch des Segel fl uges mit Motorkraft zum Heimatflugplatz zurückkehren.
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Dadurch können mehr Streckensegelflugversuche auch bei ungünstigen
Wetterlagen unternommen werden.
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- Mit zunehmender Kontrolle des Luftraumes und der Einrichtung von
Gebieten mit eingeschränkten Flugmöglichkeiten wächst die Notwendigkeit Gebiete
rj't Motorkraft zu durchfliegen.
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- Segel flugplätze liegen häufig ungünstig bezüglich der Gebiete
mit thermischen, Hang- oder Wellenaufwind. Mit dem Motorsegler können diese Distanzen
leicht überbrückt werden und Streckenfl ugkurse können in günstigere Gebiete gelegt
werden.
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- Motorsegler bieten gute Schulungsmöglichkeiten für den Segelflug
(Oberlandeinweisungen, Fl ugdauer kann nach didaktischen Notwendigkeiten eingerichtet
werden, ...) o Die obigen Gründe für den Einsatz von Motorsegl ern sind solche aus
der Perspektive des Segelfliegers. Tatsächlich werden aber die heutigen Motorsegler
überwiegend von Piloten benutzt, die ihrer Mentalität nach eher Motorflieger sind.
Für sie bietet der Motorsegler niedrigere Betriebskosten als Standardmotorflugzeuge
und den leichteren Scheinerwerb dieser Flugzeugk.lasse.
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Diese Pilotengruppe überwiegt heute bei den Motorsegler-Benutzern.
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Der Bedarf dieser Gruppe scheint weitgehend gedeckt zu sein und hat
zum Rückgang der Zulassungszahlen in Deutschland geführt.
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Ein Grund für diese Situation ist, daß bei Einführung der Motorsegler
deren Segelflugleistungen noch zumindest bei Doppelsitzern innerhalb der qleichen
Größenordnung wie die reiner Segelflugzeuge waren. Inzwischen ist die Leistungsentwicklung
im Segelflug derartig rapide vorangeschritten, ohne daß die Motorsegler bei den
derzeit bekannten Konstruktions-Konzepten nachziehen konnten, daß für einen passionierten
Segelflieger ein heutiger Motorsegler völlig indiskutabel ist (auch von seiten der
ästhetik - was nicht unterzubewerten ist). Innerhalb der Wettbewerbsklassen der
Segelflugzeuge sind heutige Motorsegler chancenlos (von wenigen Spezialausführungen
abgesehen).
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o Es ist dadurch ein völlig offener Markt für tiotorsegler entstanden,
die neben der Eigenstartfähigkeit zugleich über den vollen Leistungsstandard heutiger
Segelflugzeuge verfügen.
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Dieser Markt wird von allen Experten als äußerst attraktiv angesehen.
Da segel fliegen in Deutschland, aber auch weltweit ein Sport mit hoher Zuwaohsrate
ist, steigt der Bedarf. Insbesondere in Ländern mit wenig oder keiner Segelfluggeschichte
resp. Erfahrung sind die aufwendigen Startverfahren für Segelflugzeuge ein Hindernis
für die schnellere Ausbreitung.
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Deutschland ist weltweit mit Abstand im Segelflugzeug- und Motorsegl
erbau führend. Für verschiedene Segel fl ugzeugtypen bestehen Lieferfristen bis
zu 2 Jahren. Es werden oft Optionen erteilt vor dem Erstflug des Prototyps.
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O Zur Eroberung dieses flarktes wurden vielfältige Konzepte entwickelt
und auch Prototypen gebaut. Eine leistungs- und kostenmäßig tragbare Lösung wurde
bisher nicht gefunden. Das Konzept des unten beschriebenen Hochleistungsmotorseglers
bietet aus heutiger Sicht erstmals für Doppelsitzer eine geeignete Lösung. Er erfüllt
alle von Senelfliegern erhobenen Forderungen . Sein Konzept gibt Freiheit für beliebige
Leistungsauslegung entsprechend reinen Segelflugzeugen.
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e Wenn dieses neue Konzept durch einen leistungsfähigen Einsitzer
ergänzt wird, würden langfristig viele Segelflugvereine sich völlig auf Hochleistunqsmotorsegler
umrüsten , um von den aufwendigen Starthilfen freizukommen sowie um die anderen
oben genannten Vorteile des Motorseglers zu nutzen. Das bedeutet eventuell eine
erhebliche Umstrukturierung des Segel fl ugbetriebes von großen Vereinen mit lose
angeschlossenen Privatfliegern" zu kleineren Vereinen oder nur Haltergemeinschaften.
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Nicht zuletzt könnten Leistunnsniveau und Sicherheitsstandard weiterangehoben
werden. Wenn dieser Prozeß eintritt, würde der Bedarf an Hochleistungsmotorseglern
weiter steigen.
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Die aus dieser Situation resultierende Aufgabe wird erfi ndungs -gemäß
wie folgt gelöst: a Die Flugzeugzelle ist angelehnt an derzeitige Hochleistungssegelflugzeuge.
tleuartig ist der Antrieb ( sieXe tt r 4 ) . Der Motor (1) befindet sich im Rumpfmittelstück
hinter den nebeneinanderliegenden beiden Sitzplätzen (2).
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Die Kraftübertragung zum Propeller im Rumpfbug erfolgt über eine
dünne, flexible Welle in einem Rohr (3)., welches den Motor und das im Rumpfbug
befindliche Getriebe (4) fest verbindet (ähnlich dem Transaxleprinzip im Automobilbau,
beispielsweise beim Porsche 924).
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Der Propeller (5) wird durch eine Hohlwelle des Getriebes angetrieben.
Er besteht aus einem ittelstück(6)(d ca.2/5 des Propellerdurchmessers) mit außen
angelenkten Propellerblättern. Im Stand sind die Blätter um die Gelenke des Flittelstückes
in der Drehebene des Propellers nach innen geklappt (durch Federkraft mit fl;imnfnn
- Ab einer bestimmten Drehzahl klappern v die Blätter automatisch nach außen
Der "Spinner" (7) wird durch ein durch die hohle Propeller welle hindurchgehendes
Rohr (8) gehalten und dreht nicht mit.
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Es entfällt dadurch die Forderung der Rotationssymmetrie und er kann
zugleich so groß gehalten werden, daß der zusammengeklappte Propeller innerhalb
des Querschnittes liegt. Der Spalt zwischen vorderem Rumpfspant und hinterem Spinnerquerschnitt
wird durch Zurückziehen des Spinners mit dem durch die hohle Propellerwelle hindurchgehenden
Rohr aerodynamisch glatt geschlossen.
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a Der entscheidende Vorfeil des Antriebskonzeptes ist die freie Gestaltungsmöglichkeit
des Rumpfes nach den hochentwickelten aerodynamischen Kriterien moderner Hochleistungs-Segelflugzeuge,
ohne daß dadurch Schwierigkeiten auftreten, die auf andere Bereiche wie Fluqeigenschaften,
Kosten usw. verlagert werden müssen. Das Rumpfvorderteil, auf dem laminare Strömung
angestrebt wird, bleibt völlig frei von strömungsstörenden Elementen. Für die spaltlose
Abdichtung des festen Spinners, unter dem die zusammengeklappte Luftschraube ruht,
sind alle Voraussetzungen gegeben (leichter als Haubenabdichtung). Damit sind erstmalig
die kostenmäßig tragbaren Voraussetzungen für den Bau eines Hochleistungssegelflugzeuges
mit einem "Hilfsantrieb" für Eigenstart und Reiseflug erfüllt.
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a Weitere Charakteristika sind: - der Obergang von der Segelflug-
zur Motorfl ugkonfi guration erfolgt in wenigen Sekunden. Es ist lediglich mit einem
Handgriff der Spinner nach vorn zu schieben, damit die Luftschraube frei ist. Gleichzeitig
werden damit die Lüftungsklappen für den Motor geöffnet. Der Motor ist damit startbereit.
Die Luftschraube öffnet sich ab einer bestimmten Drehzahl automatisch. Einfachheit
und Schnelligkeit dieser Prozedur sind aus Sicherheitsgründen entscheidend, wenn
beim Abbruch eines Leistungssegelfluges in niedriger Höhe das Triebwerk schnell
und sicher gestartet werden muß. Ein
weiterer wesentlicher Beitrag
zur Sicherheit ist (im Vergleich zu anderen Konzepten), daß die Prozedur von keinen
Lastigkeitsänderungen begleitet ist (wie beipielsweise bei über dem Rumpf angeordneten
Antrieben: Aufbäumendes flomen beim Ausfahren, begleitet von sprunghaft zunehmendem
Widerstand in Größenordnung der gesamten Bremskl appenwi rkung - gefolgt von Kopfl
asti gkei t nach Starten des Triebwerkes).
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- die tiassenkonzentration durch die Motoranordnung und de-n Zugkraftangriffspunkt
im Schwerpunktsbereich wirkt positiv auf die Flugeigenschaften.
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- die Raumausnutzung im Rumpf und die rlassenverteilung sind optimal.
Der für Motor, Nebenaggregate und Auspuff vorgesehene Raum ist beim reinen doppelsitzigen
Segelfluozeug leer oder zu mindestens kaum genutzt (Steuerungsgestänge) . Durch
die Anordnung der Piloten nebeneinander statt hintereinander wird der Raum noch
größer ohne daß durch diese Sitzposition leistungsmäßig (Rumpfwiderstand) Einbußen
zu erwarten sind.
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- die Motormassenkräfte können direkt vom "Hauptspant" aufgenommen
werden. Dadurch, daß auch die Zugkräfte, Drehmomente und Schwingungen über das starr
an den Motor gekoppelte Verbindungsrohr ebenfalls im wesentlichen auf den Hauptspant
übertragen werden, entfallen alle entsprechenden gewichtsbringenden Strukturverstärkungen
des Rumpfvorderteiles.
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- das Antriebskonzept erlaubt eine optimal schwingungsgedämpfte, weiche
Aufhängung im Rumpf. Das kommt der Lärmminderung und dem Flugkomfort zugute - ebenfalls
der Lärmminderung kommen die guten Möglichkeiten zur Abtrennung und zur Schallschluckauskleidung
des Motorraumes einschließlich des ausreichenden Raumes für wirkungsvolle Auspufftöpfe
entgegen.
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- das Fluggewicht steigt gegenüber einem konventionellen Hochleistungsdoppelsitzer
nur um <15% und kann nötigenfalls durch eine Vergrößerung der Fläche kompensiert
werden. (Hochleistungssegelflugzeuge nehmen Wasserbal last bis zu 40% ihres Fluggewihtes
mit). Trotz des höheren technischen Aufwandes für den Antrieb bleibt sein Gewicht
im Bereich konventioneller Antriebe. Das Mehrgewicht für Kraftübertragung , Getriebe
und Propellerklappmechanismus wird durch das günstigere Leistungsgewicht höherdrehender
Motore kompensiert, deren Einsatz wegen der Drehzahl anpassung an den Propeller
durch das Getriebe möglich wird.
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- das Verbindungsrohr kann in die konstruktiven Maßnahmen zum Schutz
der Insassen bei Kollisionen einbezogen werden (insbesondere für Stoß mit Frontalkomponente).
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