DE3150595A1

DE3150595A1 - Flugzeug und steueranordnung hierfuer

Info

Publication number: DE3150595A1
Application number: DE19813150595
Authority: DE
Inventors: James Preston Lancashire Fletcher; Michael Sewell Lytham St. Anne's Lancashire Wooding
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1981-12-21
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE3150595C2; SE8107562L; JPS57134396A; IT8149934A0; FR2501623B1; SE447980B; US4506848A; IT1172164B; JPH0362597B2; CA1201102A; FR2501623A1

Description

Patentanwälte.::. .:. " "..'...\\/ ^:-.D4^3i.-1 ηg. Curt Wallach Europäische Patentvertreter Q Dipping. Günther Koch

European Patent Attorneys ⁷ Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

DipL-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ²¹ · Dezember 1981

Unser Zeichen: 17 357 - K/Ap

Anmelder:. British Aerospace Public

Limited Company
100 Pall Mall
London, SW1Y 5HR
England

Titel: . Flugzeug und. Steueranordnung hierfür

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug und eine hierfür vorgesehene Steuereinrichtung. Das Flugzeug ist ein Düsenflugzeug und für Ve.rtikalstart und/oder für Kurzstart geschaffen. Es sind Schubstrahlauslässe vorgesehen, die zwischen einer Reiseflugstellung,in der die Strahlgase nach hinten ausgestoßen werden und einer Hubstellung beweglich sind, in der die Strahlgase nach unten ausgestoßen werden.

Die in der Beschreibung benutzten Rich.tüngsangaben "oben", "unten","vorwärts","rückwärts" u.s.w. beziehen sich auf ein Flugzeug, welches im Geradeausflug befindlich ist.

Die Erfindung geht aus von einem Flugzeug für Vertikalstart und/oder Kurzstart mit einem Rumpf und einer Triebwerksanlage sowie wenigstens einem Schubstrahlauslaß entlang dessen Achse der Schubstrahl wirksam, wird, und dem ein unter Druck stehendes Strömungsmittel vom Triebwerk zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist dabei die Anordnung derart getroffen, daß der Schubstrahlauslaß oder die Schubstrahlauslässe zwischen einer Stellung in der sie einen nach hinten gerichteten Schub ausüben und einer Stellung beweglich sind, in der die Achse des Schubstrahlauslasses allgemein nach unten gerichtet ist, daß die nach unten gerichtete Achse und der Schubstrahlvektor im wesentlichen innerhalb der gleichen seitlichen Ebene liegen wie eine erste zulässige Extremstellung B des zulässigen Bereichs von Massenmittelpunkten des Flugzeugs ,und daß eine Trimmstrahlvorrichtung hinter einer zweiten zulässigen Endstellung des zulässigen Bereichs von Massenmittelpunkts-

Stellungen des Flugzeugs angeordnet ist und eine Trimmschubkomponente erzeugt-, um die Bewegung des Massenmittelpunktes des Flugzeugs.zwischen der ersten und zweiten zulässigen Endstellung auszugleichen.

In diesem Zusammenhang muß man sich vergegenwärtigen, daß der Massenmittelpunkt eines Flugzeuges sich nach vorn oder nach hinten während des Fluges bewegen kann, wenn beispielsweise Brennstoff verbraucht oder Lasten abgeworfen werden. Wenn dies der Fall.ist, dann gibt es eine erste und eine, zweite Endstellung über die sich der Massenmittelpunkt nicht hinausbewegen dar, weil dann eine ordnungsgemäße Steuerung des Flugzeuges nicht mehr möglich ist.

Das Flugzeug weist vorzugsweise.zwei Strahlschubauslässe auf, von denen je einer auf jeder Seite des Rumpfes angeordnet ist. Die Strahlschubauslaßdüsen körinen gemeinsam bewegt werden, um einen Hub zu er-* zeugen, oder sie können unterschiedlich .bewegt werden, um eine Drehmomentkomponente um die Hochachse zu erzielen .

Wenn durch unterschiedliche Bewegung der Schubauslaßdüsen eine Gear-Bewegung um die Hoc.hachse zustande kommt, dann kann auch eine nicht beabsichtigte Rollbewegung erzeugt werden, und zur Kompensation dieser Rollbewegung weist das Flugzeug vorzugsweise Rollsteuerstrahlauslässe im Abstand zur Längsachse auf, so daß eine Rollkomponente erzeugt werden kann, .die schädlichen Rollkomponenten entgegenwirkt.

Zweckmäßigerweise ist jede Schubstrahlauslaßdüse schwenkbar derart gelagert,- daß die zugeordnete Schubachse eine gemeinsame Achse quer zum. Rumpf schneidet.

Das Flugzeug kann Neigungssteuerstrahl-Auslässe aufweisen, die entfernt vom zulässigen Bereich des Massenmittelpunktes des Flugzeugs entfernt sind und eine Steuerung des Flugzeuges um die Querachse ermöglichen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegen die Schubachsen der Schubstrahlauslaßdüsen im wesentlichen auf der Seitenebene, die die hinterste .zulässige Stellung des Massenmittelpunktes enthält, wenn diese Achse nach unten gerichtet sind und die Trimmsteuerdüsen liefern einen Trimmstrahl, der vor dem vordersten zulässigen Schwerpunkt befindlich ist, wobei dieser Trimmstrahl nach unten gerichtet ist.

Zweckmäßigerweise besitzt die Triebwerksanlage ein Gasturbinentriebwerk mit einem Mantelstromkanal, der von einem Fan am Vorderende gespeist wird und die Tri.mmstrahldüse wird durch Druckluft gespeist, die aus dem Mantelstromkanal abgezapft wird, wobei die Schubströmung durch die Trimmstrahldüse stufenlos veränderbar ist. . ·

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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: :

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Flugzeugs, welches erfindungsgemäße Merkmale aufweist;

Figur 2 in größerem Maßstab eine perspektivische

Ansicht eines Teils des Flugzeugs nach • Fig. 1;

Figur 3 eine Grundrißansicht des Flugzeugs gemäß Fig. 1;

Figur 4' eine Seitenansicht des Flugzeugs nach Fig. 1 ; '

Figur 5. eine Ansicht eines Teils der Triebwerksanlage, welche bei dem Flugzeug gemäß Figur 1 Verwendung findet;

Fig.' 6a

bis 6d . schematische perspektivische Darstellungen

des Flugzeugs nach Fig. 1 mit unterschiedlicher Lageanordnung der Schubstrahlauslässe und der Steuerstrahlauslässe.

In den Figuren 1 bis 3 ist ein Flugzeug dargestellt, welches verschiedene Merkmale der Erfindung aufweist, wobei die Sehubstrahlauslässe so gelagert sind, daß

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sie gegenüber dem Flugzeugrumpf angestellt werden können und.der erzeugte Schub entweder nach hinten (Reiseflug) oder nach unten (Hubbetrieb) ausgestoßen werden kann. Das Flugzeug ist daher ein Vertikal/Kurz-Start und -Landeflugzeug (VSTOL-Flugzeug).

Das Flugzeug weist einen Rumpf 10 mit einer darin eingebauten Triebwerksanlage 11. auf. Die Triebwerksanlage empfängt die Luft durch einen gegabelten Kanal 12, von denen jeder Zweig in Strömungsverbindung mit einem Einlaß 13 steht, von denen je einer auf beiden Seiten eines Vorderabschnitts des Rumpfes 10 angeordnet ist. An den beiden Seiten des Rumpfes 10 sind.Tragflügel 14 angeordnet, die über einen Zwischenabschnitt 15 in den Rumpf übergehen.

Jeder Zwischenabschnitt 15 wird durch obere und untere Oberflächen definiert, die so gestaltet sind, daß eine Auftriebskraft wie bei einem Tragflügel zustande kommt und die Oberflächen divergieren nach hinten vom Vorderrand des Zwischenab'schnitts bis zu einer maximalen Dicke bei .im typischen Falle 40%.Sehnenlänge. Das Flugzeug weist einen Skelettaufbau 9 auf, der den Haupttragflügel-Lastträgeraufbau des Flugzeugs darstellt und in jeden Tragflügel im wesentlichen quer zum Rumpf hinein erstreckt. Der rückwärtige Bereich eines jeden Zwischen-, abschnitts 15 ist hinter dem quer verlaufenden Aufbau 9' weggeschnitten.

Beide Zwischenabschnitte 15 erstrecken sich über die Tragflügel 14 längs des Rumpfes,um einen Vorderrand-Wurzelfortsatz zu bilden.

Zwei Schubstrahldüsen 16, die jeweils aus einem Strahlrohr und einer Auslaßöffnung bestehen, sind auf beiden Seiten des Rumpfes 10 im weggeschnittenen .Bereich des Zwischenabschnitts 15 angeordnet. Die in Sehn.enrichtung äußere Querschnittsgestalt eines jeden Strahlrohres entspricht der Querschnittsgestalt jenes Teils des Zwischenabschnitts 15 unmittelbar vor der jeweiligen Düse, und der Querschnitt des Abschnitts des Strahlrohres im weggeschnittenen Bereich entspricht im wesentlichen dem Querschnitt des Zwischenabschnitts 15 an der Stelle maximaler Dicke.

Zwischen dem hintersten Teil des Zwischenabschnitts und dem vordersten Teil der Düse sind Schwenkklappen 19 derart angeordnet, daß Düse, Schwenkklappen und .Zwischenabschnitt zusammen einen Abschnitt definieren, der im wesentlichen kontinuierlich verlaufende obere und untere Oberflächenprofile besitzt, wenn die Schubdüsen, in ihrer Stellung für Vorwärtsflug befindlich sind. Das Strahlrohr erstreckt sich demgemäß innerhalb eines Fortsatzes des quer verlaufenden Teils maximaler Dicke des Zwischenabschnitts nach hinten und der Anteil des Luftwiderstandes den jede Düse zusätzlich bildet ist klein, wenn sich das Flugzeug im Reiseflug befindet»

Jede Düse 16 ist drehbar gegenüber dem Flugzeugrumpf um eine Achse 17. Zu diesem Zweck ist ein Lager 18 im Rumpf angeordnet. Die beiden Lager 18 sind jeweils in einem Zweig einer Gabelkammer im rückwärtigen Teil der Triebwerksanlage 11 angeordnet und diese Gabelkammer, die· hosenartig ausgebildet ist, empfängt die vom Triebwerk erzeugten Schubgase.

Zur Verdrehung der Düsen 16 um ihre Achse 17 ist ein nicht dargestellter Antrieb vorgesehen, wodurch die Düsen entweder gemeinsam oder getrennt verschwenkt werden können.

Auf jeder Seite des Flugzeugrumpfes unmittelbar .hinter der Düse 16 ist je eine Schutzplatte 21 angeordnet, um eine Verminderung der Strahlwirkung zu vermeiden und um jenen Teil des Flugzeugrumpfes zu schützen.

Ein wichtiges Merkmal besteht bei diesem Ausführungsbeispiel darin, daß die Schubzentren A jeder Düse 16 im vertikalen Schwebeflug in einer Vertikalquerebene liegen, die den Schwerpunkt B des Flugzeugs enthält oder benachbart hierzu liegt, und zwar jenen Schwerpunkt, der soweit als zulässig hinten liegt. Wenn die Düsen 16 so angestellt sind, daß sie die Schubstrahlen vertikal nach hinten richten, um einen Strahlhub zu erzeugen, dann wird kein Neigungsmoment auf das Flugzeug aufgeprägt oder wenigstens nur ein sehr geringes Neigungsmoment.

Die Triebwerksanlage 11 besteht vorzugsweise·aus einem Triebwerk mit nur einer Turbine und mit einem Mantelstromkanal, in dem am Vorderende ein Fan angeordnet ist. Wie insbesondere aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, weist das Flugzeug einen nicht einstellbaren Trimmstrahlauslaß 22 im Rumpf 10 vor jenem Schwerpunkt des Flugzeugs auf, der soweit als zulässig, nach vorn verschoben ist und dieser Trimmauslaß befindet sich in der Nähe des Fan der Triebwerksanlage 11. Der Trimmauslaß 22 wird durch Luft gespeist, die vom Fan über eine Schnecke (Fig. 5) abgezweigt wird. Die Schnecke ist um den Fan

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gelegt und empfängt einen Teil des Fanausflusses :über schraubenlinienförmige Kanäle oder Leitungen. Der "Trimmstrahlauslaß weist ein Ventil -24 .auf', um die Menge der Luft zu steuern-; die den Strahlauslaß 22 verläßt. Der Trimmstrahlauslaß 22 dient dazu,.eine Kompensation im Hinblick auf eine mögliche Verschiebung des Massenmittelpunktes des Flugzeugs nach vorn zu bewirken, was beispielsweise als Folge des Brennstoffverbrauchs geschehen kann, wie dies später erläutert wird.

Das Flugzeug ist ferner mit Steuerdüsen 25 versehen, die eine Steuerung um die Längsachse ermöglichen. Ebenso ist eine Neigungssteuerdiise 26 im Schwanz des Flugzeugs eingebaut, um eine Steuerbewegung um die Querachse durchführen zu können.

Diese Düsen werden mit Druckluft gespeist, die vom Triebwerk 10 abgezweigt wird, und die Steuerung erfolgt in herkömmlicher Weise.

Anstelle der Rollsteuerdüsen (Steuerung um die Längsachse) können Ablenkmittel im Schubstrahlauslaß vor- · gesehen werden, die in der Lage sind den Schubstrahl asymmetrisch abzulenken, wenn die Auslässe allgemein nach unten gerichtet sind, wodurch ein Drehmoment um die Längsachse erzielt werden.kann.

Beim normalen Reiseflug, d.h. wenn die Tragflügel den Auftrieb erzeugen, dann sind die Düsen 16 so orientiert, daß sie die Schubgase allgemein nach

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hinten ausstoßen-, wie in Figur 1 bis 4 dargestellt ist. Bei normalem Vorwärtsflug sind Trimmstrahl 22 sowie die Steuerdüsen 25 und 26 für die Steuerung um die Längsachse und die Querachse unwirksam.

Im folgenden wird auf die Figuren 6a bis 6d Bezug genommen.- Hier sind verschiedene Möglichkeiten der Anstellung der Schubstrahlauslässe und der Steuerstrahlauslässe für ein Flugzeug dargestellt. Figur 6a ist eine allgemeine Ansicht eines Flugzeugs, wobei die Speiseleitungen für die Steuerdüsen 25, 26 angedeutet sind.

Wenn das Flugzeug im Schwebeflug fliegen soll, dann werden die Düsen 16 beide so angestellt, daß sie ihre Schubgase vertikal nach unten richten. Da die Schubzentren der Düsen 16 in jener Vertikalebene liegen, die den-jenigen Massenmittelpunkt des Flugzeugs enthält, der soweit als zulässig nach hinten versetzt ist, wird das Flugzeug in dieser Flugstellung gehalten. Bei einer Vorwärtsverschiebun.g des Massenmittelpunktes des Flugzeugs, beispielsweise durch Brennstoffverbrauch oder Entleerung von Speichern, spricht ein Steuersystem des Flugzeugs an und es wird ein Kompensationsschub durch den Trimmstrahlauslaß 22 nach unten gerichtet, dessen .Größe sich durch die Verschiebung dieses Massenmittelpunktes bestimmt.

Wenn es während des Schwebefluges erforderlich ist, eine Nei'gungsbewegung um die Querachse durchzuführen, oder eine solche Bewegung zu kompensieren, dann kann

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ein Neigungssteuermoment erzeugt werden, indem Druckluft, aus der Noiqungssteuerdüsp ?.6 entweder nach oben oder nach unten ausgeblasen wird (Fig.6b).

Wenn es erforderlich ist, dem Flugzeug eine Rollbewegung aufzuprägen oder wenn einer .solchen Rollbewegung entgegengewirkt werden soll, dann kann in gleicher Weise ein Rollsteuermoment dadurch erzeugt werden, daß ein Schubmittel von einer Flügelspitze nach-oben und von der anderen Flügelspitze nach unten über die Rollsteuerdüsen 25 bzw. umgekehrt ausgeblasen wird· (Fig . 6c).

Wenn es erforderlich ist, eine Bewegung des Flugzeuges um die Hochachse zu bewirken oder wenn es notwendig ist, einer solchen Bewegung entgegenzuwirken, dann werden die Düsen in entgegengesetzten Richtungen um eine variable Düsenbezugsebene 27 (Fig. 6d) in entgegengesetzten Richtungen bewegt, und die differentielle Bewegung der Düsen 16 kann eine Rollbewegung einleiten, die durch einen Schub aus den Rollsteuerdüsen 25 neutralisiert werden kann.

Das oben beschriebene Flugzeug weist Düsen 16 auf, wie sie in der gleichzeitig in vorliegender Anmeldung eingereichten Patentanmeldung beschrieben sind (Aktenzeichen der prioritätsbegründenden Anmeldung 80-41042 Großbritannien). Die Erfindung ist 'jedoch nicht auf diese Form beweglicher Düsen beschränkt und umfaßt auch Flugzeuge mit anderen Ausführungsformen beweglicher Düsen.

Claims

Patentansprüche:

Strahlgetriebenes Flugzeug für Vertikalstart und/oder Kurzstart mit einem Rmpf und einer Tr.iebwerksanlage sowie wenigstens einem Schubstrahlauslaß entlang dessen Achse der Schubstrahl wirksam wird, und dem ein unter Druck stehend.es Strömungsmittel vom Triebwerk zugeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schubstrahlaü.slaß (16) oder die Schubstrahlauslässe zwischen .einer Stellung, in der sie einen nach hinten gerichteten Schub ausüben und einer Stellung beweglich sind, in der die Achse des Schubstrahlauslasses allgemein nach unten gerichtet ist, daß die nach unten gerichtete Achse und der Schubstrahlvektör im wesentlichen innerhalb der gleichen seitlichen Ebene liegen wie eine erste zulässige Extremstellung B des zulässigen Bereichs von Massenmittelpunkten des Flugzeugs, und daß eine Trimmstrahlvorrichtung (22) hinter ' einer zweiten zulässigen Endstellung des zulässigen Bereichs von Massenmittelpunktsstellungen des Flugzeugs angeordnet ist und eine Trimmschubkomponente erzeugt, um die Bewegung des Massenmittelpunkts des Flugzeugs zwischen der ersten und zweiten zulässigen Endstellung auszugleichen.

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2. Flugzeug nach Anspruch Γ,

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schubstrahlauslaßdüsen (16) vorgesehen sind', von denen je eine auf jeder Seite des Rumpfes (.10) liegt.
3. Flugzeug nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstrahlauslaßdüsen (16) gemeinsam beweglich sind, um einen Auftrieb zu erzeugen.
4. Flugzeug nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß'die Schubstrahlauslässe (16) unterschiedlich beweglich sind, um ein Drehmoment mit einer Komponente um die Hochachse zu erzeugen. -
5. Flugzeug nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Rollsteuer-Strahlauslaß (25) im Abstand von der Flugzeuglängsachse vorgesehen ist, der eine Rollkomponente erzeugt, um eine Gegensteuerung hinsichtlich schädlicher Rollkomponenten zu liefern, wenn die Doppel-Schubstrahlauslaßdüsen unterschiedlich bewegt werden.
6. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schubstrahlauslaß (16) schwenkbar derart gelagert ist, daß die zugeordneten Schubachsen eine gemeinsame Achse quer zum Rumpf schneiden.

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7. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Neigungs-• steuerungs-Strahlauslaß (26) im Abstand zu dem zulässigen Bereich von Massenmittelpunkten des Flugzeuges vorgesehen ist, um eine Steuerung des Flugzeuges um die Querachse zu bewirken.
8.. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7,. dadurch gekennzeichnet, daß die Schubachse der Schubstrahlauslässe (16) im wesentlichen auf jener seitlichen Ebene liegt, die den hintersten noch zulässigen Massenmittelpunkt des Flugzeugs enthält, wenn der Auslaß nach unten gerichtet ist, und daß die Trimmstrahldüse (22) einen Trimmstrahl liefert, der vor dem am weitesten vorn liegenden noch zulässigen Massenmittelpunkt angeordnet ist,, wobei dieser Trimmstrahl nach unten gerichtet ist.
9. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, •dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwerksanlage (11) ein Gasturbinentriebwerk mit einem Mantelstromkanal ist, in dem ein Fan am Vorderende angeordnet ist, und daß die Trimm-, strahldüsen von der vom Fan gelieferten Druck-: luft gespeist werden.
10. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstrahl strömung durch die Trimmstrahldüsen (22) stufenlos einstellbar ist.