DE2912213C2

DE2912213C2 -

Info

Publication number: DE2912213C2
Application number: DE2912213A
Authority: DE
Inventors: Kai 2000 Hamburg De Kaehler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1979-03-28
Publication date: 1987-12-17
Also published as: DE2912213A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug zur Beförderung von Nutzlast, insbesondere Personen, mit einer zur Aufnahme der Nutzlast eingerichteten Zelle, einer daran angebrachten Drehflügel-Antriebseinheit, die einen mit verstellbaren Schaufeln versehenen drehbaren Rotor zur Erzeugung des erforderlichen Auftriebs aufweist, und einer von der Zelle aus betätigbaren Manövriereinrichtung.The invention relates to an aircraft for the transportation of Payload, especially people, with one to accommodate the Load cell set up, one attached to it Rotary wing drive unit, one with adjustable Blade-provided rotatable rotor for generating the required buoyancy, and one from the cell from actuatable maneuvering device.

Bekannte Luftfahrzeuge der angegebenen Art, insbesondere Hubschrauber, sind konstruktiv und kostenmäßig aufwendig und entwickeln im Betrieb starke Umweltbelästigungen durch Ge räusche und Abgase. Diese Nachteile sind insbesondere für die in der Praxis häufigen Anwendungen für Nahverkehr wie Zubringer- oder Lufttaxidienst sehr nachteilig.Known aircraft of the specified type, in particular Helicopters are constructive and costly and expensive develop strong environmental pollution caused by ge noise and exhaust fumes. These disadvantages are especially for the practical applications for local transport such as Shuttle or air taxi service very disadvantageous.

Beim Luftfahrzeug nach der AT-PS 2 30 204 sind nur die Merkmale des Oberbegriffs des Patent anspruchs 1 verwirklicht; der Antrieb der Drehflügel erfolgt dort mit Hilfe von am Luftfahrzeug befestigten Triebwerken 3, 11 a und 2, 11 b. Als Manövriereinrichtung dienen Leit schaufeln zwischen den Flügelrädern. Die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs sind in dieser Druckschrift weder enthalten noch durch sie nahegelegt.In the aircraft according to AT-PS 2 30 204 only the features of the preamble of claim 1 are realized; the rotary blades are driven there by means of engines 3, 11 a and 2, 11 b attached to the aircraft. Guide vanes between the impellers serve as a maneuvering device. The features of the characterizing part of the patent claim are neither contained in nor suggested by this document.

Das vertikal fliegende, gefesselte Fluggerät nach der DE-AS 24 34 042, das schon nicht alle Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs aufweist (die Manövriereinrichtung fehlt), zeigt lediglich noch das Merk mal a), so daß dieses Fluggerät weder für sich noch im dem gattungsbildenden Gerät nach der AT-PS 2 30 204 zur vollständigen Lösung der Aufgabe führen konnte.The vertically flying, bound aircraft according to DE-AS 24 34 042, not all of them Features of the preamble of the claim (the Maneuvering device is missing), only shows the note times a), so that this aircraft neither for itself nor in the generic device according to the AT-PS 2 30 204 to complete the task could.

Gleiches gilt auch für die Luftschraubenanordnung nach der DE-AS 20 50 929, die hinsichtlich der entscheidungserheblichen Merkmale lediglich den Hinweis auf die Ausnutzung einer Gewichtsverlagerung zur Steuerung des Fluggeräts enthält.The same applies to the propeller arrangement according to DE-AS 20 50 929 in terms of features relevant to the decision are merely a reference to the use of a weight shift to control the Aircraft contains.

Die Drehflügelvorrichtung nach der DE-AS 15 31 457 bleibt hinter dem oben behandelten Stand der Tech nik, wie ohne weiteres erkennbar, zurück.The rotary wing device according to DE-AS 15 31 457 falls short of the Tech nik, as can be easily recognized, back.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein besonders für Kurzstrecken-Luftverkehr geeignetes Luftfahrzeug zu schaffen.The invention is based on the task, a particularly for Suitable short-range air transport aircraft create.

Die Aufgabe wird für ein Luftfarzeug der eingangs angegebenen Art, durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.The task is for a Aircraft of the type specified at the outset which in the characteristic part of the Claim 1 specified features solved.

Das erfindungsgemäße Luftfahrzeug benötigt keinen eigenen Antriebsmotor. Es ist deshalb baulich einfach, in Anschaf fung und Betrieb wirtschaftlich, betriebssicher und umwelt freundlich. Insbesondere ist die Geräuschentwicklung minimal. Das erfindungsgemäße Luftfahrzeug summt und rauscht nur. Eine Belästigung durch Abgase tritt nicht auf.The aircraft according to the invention does not need its own Drive motor. It is therefore structurally simple to buy management and operation economically, reliably and environmentally friendly. In particular, the noise level is minimal. The aircraft according to the invention only buzzes and rustles. There is no nuisance caused by exhaust gases.

Das erfindungsgemäße Luftfahrzeug wird vor dem Start aus einer von ihm getrennten Energiequelle, beispielsweise einem stationären Motor aufgeladen. Dabei sind die Schaufeln in eine Lage geschwenkt, in der sie weder Auftrieb noch Abtrieb erzeugen. Es hat sich gezeigt, daß es ohne weiteres möglich ist, zumindest die für Kurzstrecken-Luftverkehr erforder lichen Antriebsenergien in konstruktiv und betrieblich sicherer Weise als mechanische Schwungenergie in einem Rotor mäßiger Abmessung bei beherrschbaren Trägheitsmomenten und Drehzahlen zu speichern. Ein besonderer Vorteil besteht noch darin, daß die Energiequelle nur eine verhältnismäßig gerin ge Leistungsfähigkeit zu haben braucht und auch impulsweise arbeitende Energiequellen brauchbar sind, weil die angelie ferte Energie angesammelt wird.The aircraft according to the invention is turned off before takeoff a separate energy source, for example one stationary engine charged. The blades are in a position pivoted in which it has neither lift nor downforce produce. It has been shown that it is easily possible is, at least that required for short-haul air traffic drive energies in constructive and operational terms safer than mechanical swing energy in a rotor moderate dimensions with controllable moments of inertia and Save speeds. There is still a particular advantage in that the energy source is only a relatively small It needs to have a high level of performance and also impulses working energy sources are usable because the angelie energy is accumulated.

Zum Start wird das erfindungsgemäße Luftfahrzeug von der fremden Energiequelle abgetrennt, und der Anstellwinkel der Rotorschaufeln wird so verändert, daß sich Auftrieb ergibt. Das Luftfahrzeug steigt dann je nach dem gewählten Anstell winkel der Rotorschaufeln mehr oder weniger schnell auf. Aufgrund der Kreiselwirkung des Rotors sucht dabei die Rotor-Drehachse, die zugleich die Mittelachse der Zelle bildet, ihre Lage im Raum beizubehalten. Ein Manövrieren ist dennoch möglich, und zwar sowohl mit Leitwerken, die im Luftstrom des Rotors und/oder bei ausreichender Horizontal komponente der Fluggeschwindigkeit im Fahrtwind angeordnet sind, als auch durch Gewichtsverlagerungen am Luftfahrzeug.At the start, the aircraft according to the invention is the foreign energy source separated, and the angle of attack Rotor blades are changed so that there is lift. The aircraft then climbs depending on the selected position angle of the rotor blades more or less quickly. Due to the gyro effect of the rotor, the Rotor axis of rotation, which is also the central axis of the cell forms to maintain their position in space. Maneuvering is still possible, both with tail units that are in the Air flow of the rotor and / or if the horizontal is sufficient Component of the airspeed arranged in the airstream are, as well as by shifting weight on the aircraft.

Nach Erreichen der gewünschten Flughöhe werden die Schaufeln und die Manövriereinrichtung so eingestellt, daß sich die gewünschte Flugrichtung zu dem gewählten Flugziel ergibt. Bei Annäherung an das gewünschte Flugziel, spätestens nach so weitgehender Aufzehrung der Schwungenergie des Rotors, daß ein Auftrieb nicht mehr erzielt werden kann, beginnt der Sinkflug. Dazu werden die Schaufeln so eingestellt, daß die von unten nach oben durch die Beaufschlagung tretende Luft das Absinken abbremst und den Rotor wieder beschleunigt. Mit fortschreitendem Sinkflug erhöht sich die Rotordrehzahl weiter, so daß gewünschtenfalls durch nochmaliges Verstellen der Schaufeln erneut Auftrieb erzielt werden kann. Auf diese Weise ist eine weiche Landung möglich.After reaching the desired flight height, the blades are and the maneuvering device adjusted so that the desired flight direction to the selected flight destination. When approaching the desired flight destination, at the latest after so much consumption of the rotor's momentum energy, that buoyancy can no longer be achieved begins Descent. For this purpose, the blades are set so that the air coming from the bottom upwards through the admission the descent slows down and the rotor accelerates again. With as the descent progresses, the rotor speed increases further, so that if necessary by adjusting again bucket buoyancy can be achieved again. To this Wise landing is possible.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.The invention is described below with reference to exemplary embodiments play described in connection with the drawings.

Fig. 1 zeigt eine ganz schematische, nicht maßstäbliche Ver tikalschnitt-Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Luft fahrzeuges. Fig. 1 shows a very schematic, not to scale Ver tikalschnitt partial view of an air vehicle according to the invention.

Fig. 1 erläutert in einer ganz schematischen vertikalen Teil-Axialschnittdarstellung eine Ausführungsform eines Luftfahrzeuges. Eine im wesentlichen zylindrische Zelle 1 mit einer in Fig. 1 vertikalen Mittelachse 3 hat Räume 5, 7 zur Aufnahme von Nutzlast, beispielsweise Personen und/oder Lasten, sowie Räume 9 und 11 zur Aufnahme von Steuerorganen, Energiequellen und Hilfsaggregaten. Die Aufteilung in ver schiedene Räume kann natürlich auch anders gewählt sein. An der Zelle 1 ist eine Drehflügel-Antriebseinheit 13 zur Erzeugung des erforderlichen Auftriebs und Vortriebs ange bracht. Die Drehflügel-Antriebseinheit 13 hat einen um die Mittelachse 3 drehbaren Rotor 15 mit radial zur Mittelachse 3 verlaufenden Schaufeln 17, die um gleichfalls radiale Stellachsen 19 drehverstellbar sind. Das Luftfahrzeug hat ferner eine Manövriereinrichtung 21, deren Arbeitsweise weiter unten beschrieben ist. Fig. 1 illustrates in a very schematic vertical part-axial section of an embodiment of an aircraft. An essentially cylindrical cell 1 with a vertical central axis 3 in FIG. 1 has spaces 5, 7 for receiving payload, for example people and / or loads, and spaces 9 and 11 for receiving control elements, energy sources and auxiliary units. The division into different rooms can of course also be chosen differently. On the cell 1 , a rotary vane drive unit 13 is introduced to generate the required lift and propulsion. The rotary-wing drive unit 13 has a rotatable about the central axis 3 of rotor 15 with radially extending blades 17 to the central axis 3, which are rotatably adjustable about likewise radial positioning axes 19th The aircraft also has a maneuvering device 21 , the operation of which is described below.

Der Rotor 15 ist als Schwungrad ausgebildet, und zwar mit so großem Trägheitsmoment, daß er ein mindestens für Kurz strecken-Luftverkehr ausreichendes Energie-Speichervermögen hat. Ferner ist der Rotor 15 so ausgebildet, daß er vorüber gehend von einer von dem Luftfahrzeug getrennten Energie quelle angetrieben werden kann. Die Zelle 1 hat Landebeine 23, mit denen das Luftfahrzeug auf den Erdboden 25 aufge setzt werden kann.The rotor 15 is designed as a flywheel, with such a large moment of inertia that it has an energy storage capacity which is at least sufficient for short-range air traffic. Furthermore, the rotor 15 is designed so that it can be temporarily powered by a source of energy separated from the aircraft. The cell 1 has landing legs 23 with which the aircraft can be placed on the ground 25 .

Das dargestellte Luftfahrzeug hat ferner allgemein übliche Einrichtungen wie Einstiegs- und/oder Beladetüren, Fenster, Sitzplätze und dergleichen. Diese Einrichtungen sind in der Fig. 1 nicht dargestellt. Ferner ist zu beachten, daß die Fig. 1 nicht maßstäblich ist, sondern das wesentliche dar stellen soll.The aircraft shown also has common facilities such as entry and / or loading doors, windows, seats and the like. These devices are not shown in FIG. 1. It should also be noted that Fig. 1 is not to scale, but should represent the essential.

In Fig. 1 ist angenommen, daß der ganz oben in der Zelle 1 liegende Raum 7 als Pilotenkanzel dient; demgemäß ist dort ein Steuerpult 27 für die Manövriereinrichtung 21 angedeu tet, von dem aus alle wesentlichen stellbaren Organe des Luftfahrzeuges von Hand oder wenigstens teilweise automa tisch gesteuert werden können, z. B. die Anstellwinkel der Rotorschaufeln 17, die Einstellung der Manövriereinrichtung 21 usw. In Fig. 1 it is assumed that the room 7 located at the top of cell 1 serves as a pilot's cockpit; Accordingly, there is a control panel 27 indicated for the maneuvering device 21 , from which all essential adjustable organs of the aircraft can be controlled manually or at least partially automatically, for. B. the angle of attack of the rotor blades 17 , the setting of the maneuvering device 21 , etc.

Der Rotor 15 kann entweder über eine als Elektromotor ausge staltete Drehlagerung oder mechanisch mit einem äußeren Antriebsmotor angetrieben werden.The rotor 15 can either be driven via a rotary bearing designed as an electric motor or mechanically with an external drive motor.

Die Größenverhältnisse zwischen der Zelle 1 und dem Rotor 15 richten sich im wesentlichen danach, daß die Energiemenge, die im Rotor betriebssicher gespeichert werden kann, für eine gewünschte Flugstrecke ausreicht. Es hat sich gezeigt, daß diese Forderung zumindest bei Luft-Zubringerdiensten mit Flugstrecken von z. B. bis 20 km ohne weiteres möglich ist, und zwar so, daß noch eine beträchtliche Sicherheitsreserve an Energie verbleibt.The size relationships between the cell 1 and the rotor 15 essentially depend on the fact that the amount of energy that can be stored in the rotor in a reliable manner is sufficient for a desired flight path. It has been shown that this requirement, at least for air feeder services with routes of z. B. up to 20 km is easily possible, in such a way that there is still a considerable safety reserve of energy.

Der Rotor 15 enthält einen äußeren Ringkörper 33, einen dazu konzentrischen Nabenkörper 35 und dazwischen die im wesent lichen radial angeordneten Schaufeln 17. Der äußere Ring körper 33 liefert den wesentlichen Beitrag zu dem gewünsch ten Trägheitsmoment, d. h. er ist mit einem zur Erzielung des gewünschten Energiespeichervermögens ausreichenden Trägheitsmoment ausgebildet.The rotor 15 includes an outer ring body 33 , a concentric hub body 35 and in between the substantially radially arranged blades 17th The outer ring body 33 makes the essential contribution to the desired moment of inertia, ie it is designed with a moment of inertia sufficient to achieve the desired energy storage capacity.

Der Nabenkörper 35 ist an der Zelle 1 um die Mittelachse 3 drehbar gelagert. Zu diesem Zweck hat die Zelle 1 eine ringförmige Lagernut 37, in der der Nabenkörper 35 mittels Lagern 39 reibungsarm gelagert und geführt ist. Diese Lager 39 können als Kugellager, Wälzlager oder vorzugsweise auch als berührungslose Magnetlager ausgebildet sein. Die Kon struktion derartiger Lager ist dem Fachmann geläufig und wird deshalb hier nicht näher beschrieben.The hub body 35 is rotatably mounted on the cell 1 about the central axis 3 . For this purpose, the cell 1 has an annular bearing groove 37 in which the hub body 35 is mounted and guided with low friction by means of bearings 39 . These bearings 39 can be designed as ball bearings, roller bearings or preferably also as non-contact magnetic bearings. The construction of such bearings is familiar to the person skilled in the art and is therefore not described in detail here.

Die Schaufeln 17 sind an hier zylindrischen Achskörpern 41, 43 befestigt, die in Schaufel-Drehlagern 45 bzw. 46 in dem äußeren Ringkörper 33 bzw. in dem Nabenkörper 35 um die Schaufel-Stellachsen 19 drehbar gelagert sind. In den äuße ren Schaufel-Drehlagern 45 sind Drucklager 44 vorgesehen, um die Schaufeln 17 auch unter der Wirkung der im Betrieb auf tretenden Zentrifugalkräfte reibungsarm am äußeren Ring körper 33 abzustützen.The blades 17 are fastened here to cylindrical axle bodies 41, 43 , which are rotatably mounted in blade pivot bearings 45 and 46 in the outer ring body 33 and in the hub body 35 about the blade adjusting axes 19 . In the outer shovel pivot bearings 45 thrust bearings 44 are provided to support the blades 17 under the action of the centrifugal forces occurring during operation with low friction on the outer ring body 33 .

Die Schaufeln 17 und ihre Achskörper 41 und 43 sind somit nach Art von Speichen zwischen dem äußeren Ringkörper 33 und dem Nabenkörper 35 angeordnet.The blades 17 and their axle bodies 41 and 43 are thus arranged in the manner of spokes between the outer ring body 33 and the hub body 35 .

An ihren radial inneren Enden sind die Schaufeln 17 zu gemeinsamer Drehung um ihre Stellachsen 19 gekoppelt. Dafür geeignete Konstruktionen sind dem Fachmann bekannt, bei spielsweise aus den technischen Gebieten der Flugzeug propeller oder Turbinenschaufeln. Es ist deshalb in Fig. 1 nur ganz schematisch an der Verstelleinrichtung angedeutet. At their radially inner ends, the blades 17 are coupled to rotate together about their actuating axes 19 . Suitable constructions are known to the person skilled in the art, for example from the technical fields of aircraft propellers or turbine blades. It is therefore only indicated very schematically in FIG. 1 on the adjusting device.

Der Rotor 15 muß natürlich ausgewuchtet sein. Falls irgend welche bzgl. der Mittelachse 3 unsymmetrische Massenver teilungen am Rotor 15 vorliegen, wie beispielsweise durch die an den Nabenkörper 35 angebaute Antriebseinheit, sind natür lich entsprechende Gegengewichte vorzusehen oder andere Maßnahmen zu treffen, um den Rotor 15 ausgewuchtet zu halten.The rotor 15 must of course be balanced. If there are any asymmetrical mass distributions on the rotor 15 with respect to the central axis 3 , such as, for example, due to the drive unit attached to the hub body 35 , appropriate counterweights must of course be provided or other measures be taken to keep the rotor 15 balanced.

Zur Manövriereinrichtung 21 gehört ein Leitwerk 51, in welchem Gewichte 53 radial zur Mittelachse 3 verschiebbar angeordnet und Steuerflächen 55, die von dem durch den Rotor 15 gehenden Luftstrom beaufschlagt sind, verstellbar gela gert sind. Durch die radiale Gewichtsverlagerung wird er reicht, daß die Mittelachse 3 in einer zur Verlagerungs richtung um 90 Grad verdrehten Axialebene kippt. Durch die Steuerflächen 55 kann vor allem ein Mitdrehen der Zelle 1 verhindert werden; außerdem lassen sich damit aber auch andere Manövriereffekte erzielen.The maneuvering device 21 includes a tail unit 51 , in which weights 53 are arranged so as to be radially displaceable to the central axis 3 , and control surfaces 55 , which are acted upon by the air flow passing through the rotor 15 , are adjustably mounted. Due to the radial weight shift, it is sufficient that the central axis 3 tilts in an axial plane rotated by 90 degrees to the direction of displacement. The control surfaces 55 above all prevent the cell 1 from rotating; other maneuvering effects can also be achieved.

Bei der dargestellten Ausführungsform enthält das Leitwerk 51 um 90 Grad gegeneinander versetzte, zur Mittelachse 3 radi ale Führungen 57, an denen entlang jeweils eines der Ge wichte 53 verschiebbar ist. In Fig. 1 ist nur eine der Führungen 57 dargestellt. Die Führungen 57 sind hier als Rohre ausgebildet, in denen die Gewichte 53 gegen eine Vor spannfeder 59 mittels eines Seilzuges 61 mehr oder weniger weit nach innen gezogen werden können. Ein Seilzugmotor 63 ist vom Steuerpult 27 aus steuerbar.In the illustrated embodiment, the tail 51 contains offset by 90 degrees to the central axis 3 radial guides 57 , along which one of the weights 53 is displaceable along each. In Fig. 1, only one of the guides 57 is shown. The guides 57 are formed here as tubes, in which the weights 53 can be pulled more or less inwards against a pre-tension spring 59 by means of a cable 61 . A cable motor 63 can be controlled from the control panel 27 .

Bei der dargestellten Ausführungsform dienen die rohrartigen Führungen 57 auch zur Halterung der Steuerflächen 55. In Fig. 1 ist lediglich eine Steuerfläche 55 in Form eines einfachen Blechs dargestellt, das radial von der rohrartigen Führung 57 abgeht. Zur Verstellung der Steuerfläche 55 ist die rohrartige Führung 57 in einem Leitwerklager 65 der Zelle 1 um ihre radial zur Mittelachse 3 liegende Rohrachse 67 drehbar. An ihrem radial inneren Ende ist die rohrartige Führung 57 mit einem Zahnkranz 69 versehen.In the embodiment shown, the tubular guides 57 also serve to hold the control surfaces 55 . In Fig. 1, only a control surface 55 is shown in the form of a simple sheet which radially extends from the tubular guide 57 . To adjust the control surface 55 , the tubular guide 57 is rotatable in a tail unit bearing 65 of the cell 1 about its tubular axis 67 lying radially to the central axis 3 . At its radially inner end, the tubular guide 57 is provided with a ring gear 69 .

Die äußeren Ringbereiche des Rotors 15 werden zweckmäßig windschlüpfrig gestaltet, um beim Horizontalflug den Luftwiderstand gering zu halten. Zu diesem Zweck sind bei der dargestellten Ausführungsform die äußeren Ringbereiche des Rotors 15 mit im Radialschnitt etwa tropfenförmigen Querschnitt mit nach außen weisender Tropfenspitze ausge bildet.The outer ring areas of the rotor 15 are expediently designed to be wind-slippery in order to keep the air resistance low during horizontal flight. For this purpose, in the embodiment shown, the outer ring regions of the rotor 15 are formed with an approximately teardrop-shaped cross section in radial section with an outwardly pointing drop tip.

Fig. 2 erläutert nach Art einer teilweise geschnittenen Teil-Draufsicht die Anordnung der Schaufeln 17 im Verhältnis zum Ringkörper 33 und zur Zelle 1. FIG. 2 explains the arrangement of the blades 17 in relation to the ring body 33 and to the cell 1 in the manner of a partially sectioned top view.

Claims

1. Aircraft for the transport of payload, in particular people, with a cell set up to accommodate the payload, a rotary vane drive unit attached to it, which has a rotatable rotor provided with adjustable blades for generating the required lift, and one from the cell actuatable maneuvering device, characterized in that

a) the rotor ( 15 ) is designed as a flywheel with a storage capacity for short-range air traffic for fly energy and for the temporary drive from a power source separate from the aircraft,
b) the maneuvering device ( 21 ) relative to the cell ( 1 ) and with respect to the central rotor axis ( 3 ) has radially displaceable weights ( 53 ) and a tail unit ( 51 ) mounted on the cell ( 1 ) with adjustable flowable control surfaces ( 55 ) , with the aim of preventing the cell ( 1 ) from rotating and supporting the maneuverability of the aircraft.

2. Aircraft according to claim 1, characterized in that the cell ( 1 ) has four guides offset by 90 degrees ( 57 ), on which the weights ( 53 ) are displaceable.

3. Aircraft according to claim 2, characterized in that the guides ( 57 ) are designed as tubes.

4. Aircraft according to claim 3, characterized in that the tubular guides ( 57 ) are designed as an empennage.