-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der
-
Steuerbarkeit von strahl getriebenen Flugzeugen unter Verwendung des
Schubstrahls des bzw. der Strahltriebwerke. Ferner betrifft sie eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens sowie ein Flugzeug mit einer solchen Vorrichtung.
-
Bei Flugzeugen, die sich mit hohen Geschwindigkeiten sowie in extremen
Fluglagen bewegen, also vor alle. bei Kampfflugzeugen, hat sich gezeigt, daß unter
gewissen Umständen die üblichen aerodynamischen Steuereinrichtungen nicht mehr ausreichen,
um in jedem Fall eine ausreichende Manövrierbarkeit zu gewährleisten.
-
So genügen insbesondere in post-stall Bereich, d.h. bei großen Anstellwinkeln,
häufig Höhen- und Seitenleitwerk nicht mehr, um eine optimale Kontrolle des Roll-
und Giermoments sicherzustellen.
-
Es sind zur Verbesserung der Steuerbarkeit von Strahl flugzeu gen
bereits diverse Verfahren bzw. Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen mit Hilfe
des Gasstrahls des bzw. der Triebwerke zusätzliche Schubkomponenten um einzelne
Flugzeugachsen erzeugt werden sollen. Dabei wird jedoch in erster Linie eine Stabilisierung
der Fluglage bei senkrecht startenden und landenden Flugzeugen in der Start- bzw.
Landephase sowie beim Übergang in den Horizontalflug angestrebt, So ist beispielsweise
in der GB-PS 1 541 066 ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben. Bei einer
aus dieser Schrift bekannten Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens werden
die Austrittsöffnungen von Strahltriebwerken durch geeignet geformt Strahlumlenkklappen
begrenzt, mit deren Hilfe der Triebwerksstrahl mehr oder weniger stark nach unten
umgelenkt werden kann. Auf diese Weise läßt sich, vorausgesetzt es sind wenigstens
zwei Triebwerke mit hinreichende. Abstand voneinander vorhanden,
unter
anderem ein Einfluß auf das Giernoment des Flugzeugs ausüben.
-
Weiter ist aus der DE-AS 1 506 577 eine Steueranordnung bekannt, bei
der eine Reihe von mit Abzapfluft des Triebwerks beaufschlagten schwenkbaren Steuerdüsen
an einem Flugzeug angeordnet sind. Durch diese bekannte Anordnung soll ebenfalls
die bereits angesprochene Kontrolle in der Schwebephase verbessert werden, in der
die üblichen aerodynamischen Steuerhilfen nicht wirksam sind, um das Flugzeug in
seiner Lage zu stabilisieren.
-
Schließlich ist aus der DE-AS 25 40 537 ein Strahltriebwerk bekannt,
das sowohl zum Antrieb als auch zur Steuerung eines Flugzeugs dient. Bei dieser
bekannten Anordnung ist dem Triebwerk ein Gassammelgehäuse nachgeschaltet, das neben
einer Vortriebsschubdüse zusätzlich zwei senkrecht zu dieser angeordnete, sich gegenüberliegende
Gasaustrittsöffnungen aufweist, wobei sowohl diese als auch die Vortriebsschubdüse
durch Steuerklappen unterschiedlich weit abdeckbar sind. Diese Anordnung ermöglicht,
entsprechend ihrer jeweiligen Stellungdie Erzeugung eines zusätzlichen Moments um
die Flugzeugquerachse bzw um die Hochachse des Flugzeugs.
-
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, das eingangs genannte Verfahren
so zu verbessern, daß hierdurch eine deutliche Erhöhung der Manövrierbarkeit von
strahl getriebenen Flugzeugen, insbesondere von Kampfflugzeugen in extremen Flugbereichen,
erzielbar ist.
-
Ferner soll durch die Erfindung eine Anordnung bereitgestellt werden,
die es ermöglicht» dieses Verfahren auf möglichst einfache und zugleich besonders
effektive Weise zu realisieren.
-
Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie vorsieht, daß bei den
Verfahren der eingangs genannten Art der Schubstrahl in mehrere Teilstrahlen zerlegt
wird und daß diese anschließend jeweils unter einer gegenüber der Flugzeuglängsachse
veränderbaren Winkel ins Freie geführt werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei den Vorteil, daß der gesamte
zur Verfügung stehende Schub des Triebwerks verwendet werden kann, um die gewünschten
änderungen in der Fluglage des Flugzeugs herbeizuführen. In den Ansprüchen 2 und
3 sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben,
durch die die Steuerbarkeit um wenigstens zwei der drei Flugzeugachsen verbessert
wird.
-
Zur Lösung der weiteren Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß bei einer
Anordnung mit einem bzw. mehreren Strahltriebwerken mit Cassammelgehäuse sowie mehreren
Strahlaustrittsöffnungen, diese Strahlaustrittsöffnungen als bewegliche Schubvektordiisen
ausgebildet sind, deren jeweilige Schubrichtung in einem vorgegebenen Winkelbereich
gegenüber der Flugzeuglängsachse variierbar ist.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Anordnung, vor allem in Hinblick
auf eine möglichst einfache und dabei funktionssichere Ausbildung, sind in den Ansprüchen
4 bis 10 wiedergegeben.
-
Die restlichen Ansprüche betreffen die Integration einer derartigen
Anordnung in ein Flugzeug, wobei insbesondere eine Optimierung im Zusammenwirken
der erfindungsgemäßen Anordnung mit den aerodynamischen Steuereinrichtungen erreicht
wird. Diese ist dadurch gegeben, daß bei der in den Ansprüchen 11 bis 15 wiedergegebenen
Einbaulage die Schubvektordüsen so angeordnet sind, daß sie sowohl den Auftrieb
des Tragflügels als auch die Wirksamkeit der Steuerflächen durch die vom Triebwerksstrahl
erzeugte U»-strömung der entsprechenden Flächen günstig beeinflussen.
-
Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeich nung näher erläutert
werden. Und zwar zeigen: Fig. 1 eine Darstellung eines Flugzeugs mit der erfindungsgemäßen
Anordnung in Draufsicht,
Fig. 2 eine Darstellung des Flugzeugs gemäß
Fig. 1 in Seitenansicht (Teilschnitt entlang 11-1,1), Fig. 3 eine schematische Darstellung
des rückwärtigen Bereichs des Flugzeugs nach Fig. 1 nach Entfernen der-Außenverkleldung,~
Fig. 4 eine Darstellung analog zu Fig. 3 in Bezug auf die Seitenansicht.
-
In den Figuren sind gleiche Bauteile it den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
Bei dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Flugzeug handelt es sich
um ein strahl getriebenes Kampfflugzeug. Dieses Flugzeug ist> um seine Manövrierbarkeit
auch im Bereich großer Anstellwinkel, im sogenannten post-stall, zu gewährleisten,
mit zwei vorwärts gepfeilten oberen Seitenleitwerks-Flossen 1 sowie jeweils darunter
angeordneten zusätzlichen Finnen 2 ausgestattet. Darüber hinaus ist dieses Flugzeug
mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbesserung
seiner Manövrierbarkeit versehen.
-
Diese Anordnung besteht aus einem im Flugzeugrumpf angeordneten Triebwerk
3, dessen rückwärtiges Ende in ein Gassammelgehäuse 4 mündet. Am stromabwärtigen
Ende des Triebwerks 3 sowie an Gassammelgehäuse 4 sind insgesamt vier Schubvektordüsen
5 bis 8 angeordnet, deren Auslaßquerschnitt so gewählt ist, daß die gesamte zur
Verfügung stehende Austrittsfläche der Schubvektor düsen 5 bis 8 der Querschnittsfläche
des Triebwerks 3 am Gasauslaß entspricht.
-
Jede der Schubvektordüsen 5 bis 8 ist als schwenkbare Düse ausgebildet,
bestehend aus jeweils einem Düsenstutzen 5' bis 8',
der über ein
Drehgelenk 5" bis 8" schwenkbar gelagert ist.
-
Die Düsenstutzen 5' bis 8' sind dabei so geformte daß die AustrittsFichtung
des Schubstrahls angenähert senkrecht zur jeweiligen Schwenkachse der Schubvektordüse
verläuft.
-
Andererseits sind die Schubvektordüsen 5 bis 8 so in Bezug auf das
Flugzeug angeordnetw daß die Schwenkachsen der Drehgelenke 5" bis 8" unter einem
Winkel von angenähert 90° zur Flugzeuglängsaehse, d.h. zu seiner X-Achse> liegen.
Sie sind ferner in Bezug auf diese Längsachse paarweise symmetrisch zueinander in
zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen angeordnet. Diese Ebenen verlaufen im
Fall des hier dargestellten Ausführungsbei spiels sow daß sie mit der XY- bzw. X/Z-Ebene
des Flugzeugs zusammenfallen.
-
Demzufolge sind die aus den Schubvektordüsen 5 bis 8 bzw. den DUsenstutzten
5' bis 8' austretenden Teilstrahlen in Ebenen verschwenkbar, die angenähert parallel
zur X/Y- bzw. X/Z-Ebene des Flugzeugs liegen.
-
Beide Paare von Schubvektordüsen 5, 6 bzw. 7, 8 sind im Flugzeug hinter
dem Schwerpunkt 9, jedoch in unterschiedlich großer Abstand von diesem angeordnet.
So ist das in der X/Z-Ebene liegende Paar von Schubvektordüsen 5, 6 so angeordnet,
daß die Austrittsöffnungen der Düsenstutzen 5' 6' in etwa in Höhe der Vorderkante
der Seitenleitwerksflossen 1 bzw. der Finnen 2 liegen. Demgegenüber ist das in der
X/Y-Ebene des Flugzeugs liegende zweite Paar von Schubvektordüsen 7, 8 so weit nach
rückwärts versetzt angeordnet, daß die Austrittsöffnungen der Düsenstutzen 7', 8
etwa in Höhe der Hinterkante der Seitenleitwerks-Flossen 1 liegen.
-
Der Vollständigkeit halber sei noch angemerkt, daß das in den Figuren
dargestellte Flugzeug zusätzlich zum Tragfiligel 10 mit Vorflügeln (canards) 11
versehen ist. Nicht dargestellt in den Figuren ist dagegen die Ansteuereinrichtung
mit deren Hilfe es
je nach Art des durchzuführenden Flugmanövers
möglich ist, jedes Paar von Schubvektordüsen synchron und jeweils unabhängig vom
anderen anzusteuern und zu verschwenken. Des weiteren aber kann auch jede der Schubvektordüsen
5 bis 8 einzeln unabhängig von den übrigen verschwenkt werden.
-
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Schubvektordüsen
so in das Triebwerk bei dem es sich ir wesentlichen um ein herkömmliches Strahltriebwerk
handelt, integriert, daß der Gasstrahl unmittelbar nach Verlassen des Triebwerks
in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird und jeder der Teilstrahlen über die ihn
zugeordnete Schubvektordüse ins Freie tritt.
-
In der Ausgangsstellung der Schubvektordüsen, wie sie in den Figuren
dargestellt ist, treten alle vier Teilstrahlen angenähert parallel zur X-Achse des
Flugzeugs ins Freie, so daß der Schub des Triebwerks ausschließlich der Vortriebserzeugung
dient.
-
Soll nun eine Änderung des Nickmomentes des Flugzeugs erzielt werden,
so wfrd hierzu das rückwärtige Paar von Schubvektordüsen 7, 8 synchron und in der
gleichen Richtung aus der Ausgangsstellung um einen Winkel °t verschwenkt. Um andererseits
das Giermoment zu verändern, wird das weiter vorn angeordnete Paar von Schubvektordüsen
5 6 in gleicher Weise um einen Winkel ß verschwenkt. Beide Manöver können dabei
auch zur gleichen Zeit durchgeführt werden, so daß eine gleichzeitige Kontrolle
von Nick-und Giermoment möglich ist. Des weiteren ist es möglich, die sich gegenüberliegenden
Schubvektordüsen gegenläufig zu verschwenken, um so eine Änderung des Rollmoments
herbeizuführen0 Zur weiteren Vereinfachung der Anordnung kann auch, so weit die
Einbauverhältnisse im Flugzeug dies erlauben, das rückwärtige Paar von Schubvektordüsen
7, 8 durch eine einzige, in Flugzeugheck angeordnete Schubvektordüse ersetzt werden,
die dann die Kontrolle des Nickmoments ausübt. Diese ist dabei so anzuordnent dap
in der Ausgangsstellung die Austrittsrichtung des Strahls
unmittelbar
in der X-Achse des Flugzeugs verläuft und diese Richtung beim Verschwenken der Düse
in der X/Z-Ebene variiert wird.
-
Die Anordnung der Schubvektordüsen ist bei der dargestellten Ausführungsbeispiel
so gewählte daß durch die austretenden Teilstrahlen einerseits die Auftriebswirkung
des Tragflügels erhöht wird und andererseits auch unmittelbar die Wirksackeit der
Finnen und Ruder durch die von diesen Strahlen beeinflußte Umströmung der betreffenden
Flächen zusätzlich vergrößert wird.
-
BEZUGSZEICHENLISTE 1 Seitenleitwerks- Flosse 2 Finne 3 Triebwerk
4 Gassammelgehäuse 5 - 8 Schubvektordüsen 5'-8' Düsenstutzen 5"-8" Drehgelenke 9
Schwerpunkt 10 Tragflügel 11 Vorflügel
L e e Ts e i t e