DE29710244U1

DE29710244U1 - Spaceship

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Publication number: DE29710244U1
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Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2007-06-13
Also published as: WO1998056658A1; AU8530398A

Description

Spaceship

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Raumschiff.The present invention relates to a spacecraft.

Raumschiffe werden bekannterweise in der bemannten oder unbemannten Raumfahrt dazu verwendet, eine üblicherweise wissenschaftliche Nutzlast, z.B. ein Teleskop oder andere physikalische Meßsysteme, von der Erdoberfläche durch die Atmosphäre in den Weltraum und dort auf eine Umlaufbahn um die Erde oder auf eine andere gewünschte Flugbahn zu bringen. Um die Schwerkraft der Erde beim Start und während des Fluges durch die Atmosphäre zu überwinden, werden bei den bekannten Raumschiffen Raketentriebwerke eingesetzt, also Triebwerke, die auch außerhalb der Atmosphäre im luftleeren Weltraum aufgrund des Rückstoßprinzips Vortrieb erzeugen können.Spaceships are known to be used in manned or unmanned space travel to bring a usually scientific payload, e.g. a telescope or other physical measuring systems, from the earth's surface through the atmosphere into space and then into an orbit around the earth or another desired trajectory. In order to overcome the earth's gravity at launch and during the flight through the atmosphere, the known spaceships use rocket engines, i.e. engines that can also generate propulsion outside the atmosphere in airless space due to the recoil principle.

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Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. 933 60 35 (BLZ 200 800 00)Deutsche Bank AG Hamburg, No. 05 28497 (bank code 200 700 00) ■ Postbank Hamburg, No. 28 42 206 (bank code 200 100 20)
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Der nachteilig hohe Brennstoffverbrauch der Raketentriebwerke fuhrt dazu, daß, z.B. beim Space Shuttle, externe Zusatz-Brennstofftanks erforderlich sind, die schon kurze Zeit nach dem Start geleert sind und als unnötiger Ballast abgeworfen werden.The disadvantageous high fuel consumption of rocket engines means that, for example, in the Space Shuttle, external additional fuel tanks are required, which are emptied shortly after launch and discarded as unnecessary ballast.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Raumschiff mit einem ökonomischeren Antriebssystem zu schaffen.The present invention is based on the object of creating a spacecraft with a more economical propulsion system.

Diese Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung durch die in Anspruch 1 formulierten Merkmale gelöst.This object is achieved in the present invention by the features formulated in claim 1.

Das erfindungsgemäße Raumschiff ist mit zwei Antriebssystemen ausgestattet, von denen das erste Antriebssystem Vortriebsenergie durch Verbrennung eines Brennstoffs mit Umgebungsluft erzeugt und das zweite Antriebssystem ein herkömmlicher Raketenantrieb ist. Das erste Antriebssystem kann ein Strahlturbinentriebwerk oder bevorzugterweise ein Turbo-Prop-Antriebssystem sein. Das erste Antriebssystem wird zum Start, z.B. von der Erdoberfläche, und während des Fluges durch die Erdatmosphäre eingesetzt, solange die Umgebungsluft der Atmosphäre zur Verfügung steht. Derartige Antriebssysteme, die z.B. von herkömmlichen Flugzeugen bekannt sind, verbrauchen weniger und ökonomisch günstigeren Brennstoff als Raketentriebwerke. Erst wenn das erfindungsgemäße Raumschiff die Erdatmosphäre verläßt, wird das Raketenantriebssystem eingesetzt, das zu seiner Funktion keinen SauerstoffThe spacecraft according to the invention is equipped with two propulsion systems, of which the first propulsion system generates propulsion energy by burning a fuel with ambient air and the second propulsion system is a conventional rocket engine. The first propulsion system can be a jet turbine engine or, preferably, a turboprop propulsion system. The first propulsion system is used for takeoff, e.g. from the earth's surface, and during flight through the earth's atmosphere, as long as the ambient air of the atmosphere is available. Such propulsion systems, which are known from conventional aircraft, for example, use less and more economically advantageous fuel than rocket engines. Only when the spacecraft according to the invention leaves the earth's atmosphere is the rocket propulsion system used, which does not require oxygen to function.

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der Umgebung benötigt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Raumschiffs wird also auf den unökonomischen Raketenantrieb während des Starts und des gesamten Flugs durch die Atmosphäre vorteilhafterweise verzichtet.-3-out
the environment. With the help of the spacecraft according to the invention, the uneconomical rocket propulsion during the launch and the entire flight through the atmosphere is advantageously dispensed with.

Vorzugsweise kann das erste Antriebssystem Propeller aufweisen, und zwar vorzugsweise zwei Propeller die gegenläufig rotierend gleichgerichteten Vortrieb erzeugen. Diese Propeller können mit dem Rumpf des Raumschiffs, der vorteilhafterweise im wesentlichen zylindrisch ist, koaxial angeordnet sein. So angetrieben, kann das erfindungsgemäße Raumschiff wie ein bekannter Hubschrauber starten.Preferably, the first propulsion system can have propellers, preferably two propellers that rotate in opposite directions and generate propulsion in the same direction. These propellers can be arranged coaxially with the hull of the spaceship, which is advantageously essentially cylindrical. Driven in this way, the spaceship according to the invention can take off like a known helicopter.

Um weiteres Startgewicht vorteilhaft zu sparen, kann das erste Antriebssystem des Raumschiffs mindestens einen Propeller und ein Getriebe aufweisen, das mit einem externen Motor in Antriebsverbindung bringbar ist, welcher nach dem Start am Startplatz verbleibt. Der externe Motor überwindet das Trägheitsmoment des Propellers und beschleunigt ihn auf die zum Start nötige Geschwindigkeit. Das Raumschiff hebt dann beim Start von dem externen, stationären Motor ab, und der Propeller kann sich aufgrund der gespeicherten Schwungenergie weiter drehen. Um diesen Effekt der gespeicherten Schwungenergie konstruktiv zu unterstützen, kann der Propeller radial außen eine Schwungmasse aufweisen.In order to advantageously save further take-off weight, the first propulsion system of the spacecraft can have at least one propeller and a gearbox that can be connected to an external motor, which remains at the launch site after launch. The external motor overcomes the moment of inertia of the propeller and accelerates it to the speed required for launch. The spacecraft then lifts off from the external, stationary motor during launch, and the propeller can continue to rotate due to the stored momentum. In order to structurally support this effect of the stored momentum, the propeller can have a flywheel mass radially on the outside.

Es ist auch eine erfindungsgemäße Antriebskombination denkbar, bei der das bekannte Turbo-Prop-Prinzip derart auf den Raketenantrieb übertragen wird, daß mitIt is also possible to conceive a drive combination according to the invention in which the known turbo-prop principle is transferred to the rocket drive in such a way that

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Hilfe des vom Raketenantrieb erzeugten Gasstroms eine Turbine angetrieben wird, die entweder selbst Schub erzeugt, oder die die Propeller antreibt. Letzteres kann wegen des aerodynamischen Antriebprinzips der Propeller nur während des Flugs durch die Atmosphäre verwendet werden.The gas flow generated by the rocket engine drives a turbine, which either generates thrust itself or drives the propellers. The latter can only be used during flight through the atmosphere due to the aerodynamic propulsion principle of the propellers.

Das erfindungsgemäße Raumschiff kann auf einen üblicherweise nötigen aufwendigen Hitzeschutzschild verzichten, denn die beiden gegenläufigen Propeller bremsen das Raumschiff beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre allmählich ab, so daß eine übermäßige Reibungshitze vorteilhaft vermieden werden kann.The spacecraft according to the invention can dispense with the usually necessary complex heat shield, because the two counter-rotating propellers gradually slow down the spacecraft when re-entering the Earth's atmosphere, so that excessive frictional heat can be advantageously avoided.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.A preferred embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Raumschiffs als Schnitt entlang C-D in Fig. 3.Fig. 1 shows a schematic side view of the spacecraft according to the invention as a section along C-D in Fig. 3.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Raumschiffs aus Fig. 1 mit geschlossenenFig. 2 shows a side view of the spacecraft from Fig. 1 with closed

Düsenklappen.nozzle flaps.

Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Raumschiff aus Fig. 1 alsFig. 3 shows a schematic plan view of the spacecraft from Fig. 1 as

Teilschnitt entlang A-B.Partial section along A-B.

-5-Mit
Bezug auf Fig. 1 hat das Raumschiff 2 einen im wesentlichen zylindrischen Rumpf 24, der in Flugrichtung, in Fig. 1 nach oben, aus aerodynamischen Gründen spitz zuläuft. Der Rumpf 24 steht auf Beinen 30, die zum Flug eingefahren werden können. An seinem unteren Ende weist der Rumpf 24 eine Düse 26 auf. Seitlich am Rumpf 24 angebrachte Leitflächen 32 stabilisieren den Flug des Raumschiffs 2 in Flugrichtung. Zwei Propeller 8, 10 sind drehbar am Rumpf 24 koaxial miteinander und mit dem Rumpf angeordnet. Die Propeller 8, 10 befinden sich übereinander im mittleren Bereich des zylindrischen Rumpfes 24. Je ein Brennstofftank 14, 16 ist als ringförmiger Hohlkörper ausgebildet und mit den Propellern 8, 10 koplanar und konzentrisch zu deren Drehachse verbunden. Auch in Fig. 3 ist sichtbar, wie die Propellerflügel 12 an den Brennstofftanks 14, 16 enden, so daß die Propellerflügel bezüglich der Brennstofftanks angeordnet sind, wie Speichen an Felgen.-5-With
With reference to Fig. 1, the spacecraft 2 has a substantially cylindrical fuselage 24 which tapers in the direction of flight, upwards in Fig. 1, for aerodynamic reasons. The fuselage 24 stands on legs 30 which can be retracted for flight. At its lower end, the fuselage 24 has a nozzle 26. Guide surfaces 32 attached to the sides of the fuselage 24 stabilize the flight of the spacecraft 2 in the direction of flight. Two propellers 8, 10 are rotatably arranged on the fuselage 24 coaxially with one another and with the fuselage. The propellers 8, 10 are located one above the other in the middle region of the cylindrical fuselage 24. One fuel tank 14, 16 is designed as an annular hollow body and is connected to the propellers 8, 10 coplanar and concentric to their axis of rotation. Also in Fig. 3 it is visible how the propeller blades 12 end at the fuel tanks 14, 16, so that the propeller blades are arranged with respect to the fuel tanks like spokes on rims.

Eine Brennstoffleitung 18 verläuft vom ersten Brennstofftank 14 durch einen Propellerflügel 12 zur Drehachse 20 des Propellers 8 und weiter zur Brennkammer 22 eines Antriebssystems, wo der Brennstoff zusammen mit Umgebungsluft zum Erzeugen der Rotationsenergie für die beiden Propeller 8, 10 verbrannt wird. In Fig. 3 ist in den drei geschnitten dargestellten Propellerflügeln sichtbar, daß auf die beschriebene Weise insgesamt drei Brennstoffleitungen verlaufen. Der zweite Brennstofftank 16 ist mit Raketenbrennstoff gefüllt und versorgt dementsprechend ein Raketenantriebssystem des Raumschiffs 2. Beide Brennstofftanks 14, 16 dienen als Schwungmasse jeweils eines der Propeller 8, 10, die so gestaltet sind, daß sie ge-A fuel line 18 runs from the first fuel tank 14 through a propeller blade 12 to the axis of rotation 20 of the propeller 8 and further to the combustion chamber 22 of a propulsion system, where the fuel is burned together with ambient air to generate the rotational energy for the two propellers 8, 10. In Fig. 3, it is visible in the three propeller blades shown in section that a total of three fuel lines run in the manner described. The second fuel tank 16 is filled with rocket fuel and accordingly supplies a rocket propulsion system of the spacecraft 2. Both fuel tanks 14, 16 serve as a flywheel for one of the propellers 8, 10, which are designed in such a way that they

• ··

• · B· B

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genläufig rotierend gleichgerichteten Vortrieb erzeugen. Auf diese Weise kann das Raumschiff 2 mit den gegenläufig rotierenden Propellern 8, 10 wie ein bekannter Hubschrauber senkrecht starten, ohne daß ein bei Hubschraubern üblicher Ausgleichsrotor erforderlich ist. So angetrieben, kann das Raumschiff 2 starten und durch die Atmosphäre fliegen, wobei die Atmosphärenluft einerseits für den aerodynamischen Antrieb durch die Propeller 8, 10 notwendig ist und andererseits für die Verbrennung des Brennstoffs aus dem Brennstofftank 14, denn das Antriebssystem 4 ist als Turbo-Prop-Antriebssystem ausgestaltet, bei dem eine Strahlturbine 22 durch Verbrennung Rotationsenergie für die Propeller 8, 10 und Schub durch die Düse 26 liefert. Sobald das Raumschiff 2 die Atmosphäre verläßt und Umgebungsluft daher nicht mehr zur Verfügung steht, kann das zweite Antriebssystem eingeschaltet werden, das als Raketenantriebssystem Schub ebenfalls aus der Düse 26 erzeugt. Raketenantriebe sind bekannterweise auch im luftleeren Raum wirksam.generate propulsion by rotating in opposite directions. In this way, the spaceship 2 with the propellers 8, 10 rotating in opposite directions can take off vertically like a conventional helicopter, without the need for a compensating rotor, which is usual in helicopters. Propelled in this way, the spaceship 2 can take off and fly through the atmosphere, whereby the atmospheric air is necessary on the one hand for the aerodynamic drive by the propellers 8, 10 and on the other hand for the combustion of the fuel from the fuel tank 14, because the drive system 4 is designed as a turbo-prop drive system in which a jet turbine 22 supplies rotational energy for the propellers 8, 10 and thrust through the nozzle 26 through combustion. As soon as the spaceship 2 leaves the atmosphere and ambient air is therefore no longer available, the second drive system can be switched on, which, as a rocket drive system, also generates thrust from the nozzle 26. Rocket engines are known to be effective even in a vacuum.

Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre, der beim Raumschiff 2 in umgekehrter Flugrichtung, also wie in Fig. 2 dargestellt in Richtung nach unten, erfolgt, sind die Düsenklappen 28 geschlossen, so daß in dieser Flugrichtung ebenfalls eine aerodynamische Spitze des Rumpfes 24 entsteht und die Düse 26 im Rumpf 24 verborgen ist. Beim Eintritt in die Atmosphäre versetzt die anströmende Luft die Rotoren 8, 10 zusammen mit den Brennstofftanks 14, 16 als Schwungmassen in Drehung, so daß diese Propellerrotation für eine sanfte Landung des Raumschiffs 2 genutzt werden kann.When re-entering the atmosphere, which in the case of spacecraft 2 takes place in the opposite direction of flight, i.e. downwards as shown in Fig. 2, the nozzle flaps 28 are closed, so that in this direction of flight an aerodynamic tip of the fuselage 24 is also created and the nozzle 26 is hidden in the fuselage 24. When entering the atmosphere, the incoming air causes the rotors 8, 10 to rotate together with the fuel tanks 14, 16 as flywheels, so that this propeller rotation can be used for a gentle landing of spacecraft 2.

Claims

-7-Claims:

1. Spacecraft (2), characterized in that it is equipped with two propulsion systems, wherein the first propulsion system generates propulsion energy by combustion of a fuel with ambient air and where the second propulsion system is a rocket propulsion system.

2. Spacecraft according to claim 1, characterized in that the first propulsion system is a jet turbine propulsion system.

3. Spacecraft according to claim 1 or 2, characterized in that the first propulsion system is a turbo-prop propulsion system.

4. Spaceship according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first drive system has at least one propeller (8, 10) and a gear that can be brought into drive connection with an external motor.

5. Spacecraft according to claim 3 or 4, characterized in that each propeller (8, 10) has at least three propeller blades (12).

6. Spaceship according to one of claims 3 to 5, characterized in that the first propulsion system has two propellers (8, 10) which, rotating in opposite directions, generate propulsion in the same direction.

7. Spaceship according to one of claims 3 to 6, characterized in that the propeller has a flywheel mass (14, 16) radially on the outside.

8. Spacecraft according to one of claims 3 to 7, characterized in that at least one fuel tank is designed as an annular hollow body (14, 16) which is connected to the propeller (8, 10) as a unit concentrically to its axis of rotation.

9. Spacecraft according to claim 8, characterized in that the propeller (8, 10) and the fuel tank (14, 16) are arranged in one plane and the propeller blades (12) end at the fuel tank (14).

10. Spacecraft according to claim 8 or 9, characterized in that at least one fuel line (18) runs from the fuel tank (14) through a propeller blade (12) to the axis of rotation (20) of the propeller (8) and further to the combustion chamber (22) of the propulsion system (4).

11. Spaceship according to one of claims 6 to 10, characterized in that

a fuel tank for the first propulsion system is connected as a unit to one propeller (8) and a fuel tank (16) for the second propulsion system is connected as a unit to the second propeller (10).

12. Spaceship according to one of claims 4 to 11, characterized in that the hull (24) of the spaceship (2) is substantially cylindrical and the propellers (8, 10) are arranged coaxially with the hull.