DE3150595C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vertikalstartflugzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solches Flugzeug ist aus der DE-OS 28 33 678 bekannt. Hierbei weist die Hubdüsenanordnung zwei Schwenkdüsen auf, welche jeweils vor dem Flugzeugschwerpunkt liegen und die von Nach­ brennern gespeist werden, welche in einem nach vorn geführten Bypasskanal angeordnet sind. Die vom Heißgasstrom beaufschlagten Schwenkdüsen liegen hinter dem Massenmittelpunkt des Flugzeugs. Der Hubschub wird zu einem Drittel bis zur Hälfte von der vorderen Hubdüsenanordnung geliefert, während der Rest durch die rückwärtigen Schwenkdüsen geliefert wird.

Die DE-OS 14 56 080 zeigt ein Vertikalstartflugzeug, dessen Triebwerk hinter dem Massenmittelpunkt liegende, vom Heißgas­ strom beaufschlagte Schwenkdüsen und vordere, vor dem Massen­ mittelpunkt liegende Schwenkdüsen aufweist, die von Druckluft durchsetzt sind. Zusätzlich sind vor den vorderen Schwenkdüsen und hinter den hinteren Schwenkdüsen fest eingebaute Hubstrahl­ triebwerke vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vertikalstartflug­ zeug mit einer einfach aufgebauten Triebwerksanlage zu schaffen, deren vom Heißgasstrom durchsetzte Schubstrahldüsen das Flugzeug bei Start und Landung bzw. im Schwebeflug tragen und im Reise­ flug den Vorwärtsschub erzeugen, wobei unter allen Flugbe­ dingungen eine stabile Fluglage gewährleistet ist.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Hubdüsenanordnung vor dem Massenmittelpunkt lediglich für die Lagesteuerung um die Querachse ausgelegt sein muß, aber keinen wesentlichen Vertikalhub auf das Flugzeug ausübt. Dadurch, daß die hintere Extremstelle des Massenmittelpunktes in der gleichen Vertikal­ ebene liegt wie die Schubzentren der beiden in Hubstellung befindlichen Schwenkdüsen wird auch bei sich während des Fluges nach vorn oder hinten bewegenden Massenmittelpunkts eine stabile Steuerung gewährleistet, ohne daß es erforderlich wäre, Hub­ triebwerke vor dem Massenmittelpunkt anzuordnen, die einen wesentlichen Vertikalschub bewirken.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen VTOL-Flugzeugs,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine perspektivische Ansicht eines Teils des Flugzeugs nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Grundrißansicht des Flugzeugs gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Seitenansicnt des Flugzeugs nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Ansicht eines Teils des Triebwerks, welches bei dem Flugzeug gemäß Fig. 1 Verwendung findet;

Fig. 6a bis 6d schematische perspektivische Darstellungen des Flugzeugs nach Fig. 1 mit unterschied­ licher Lageanordnung der Schubstrahlaus­ lässe und der Steuerstrahlauslässe.

Das Flugzeug weist einen Rumpf 10 mit einem darin eingebauten Gasturbinenstrahltriebwerk 11 auf, dem die Luft durch einen gegabelten Kanal 12 zugeführt wird. Jeder Zweig steht in Strömungsverbindung mit einem Einlaß 13, 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 Zwischenabschnitts 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. Der rückwärtige Bereich eines jeden Zwischenabschnitts 15 ist hinter dem quer verlaufenden Skelettaufbau 9 weggeschnitten.

Zwei Schwenkdüsen 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 Sehnenrichtung 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 15 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 Schwenk­ düsen 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 Schwenkdüse 16 ist gegenüber dem Flugzeugrumpf 10 um eine Achse 17 schwenkbar. Zu diesem Zweck ist ein Lager 18 im Rumpf angeordnet. Die beiden Lager 18 sind jeweils in einem Zweig einer Gabelkammer im rückwärtigen Teil des Triebwerks 11 angeordnet und diese Gabelkammer, die hosenartig ausgebildet ist, empfängt die vom Trieb­ werk erzeugten Schubgase.

Zum Verschwenken 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 die hintere Extremstelle B des Massenmittelpunktes des Flugzeugs enthält oder benachbart hierzu liegt, d. h. jenen Massenmittelpunkt, der soweit als zulässig hinten liegt. Wenn die Düsen 16 so angestellt sind, daß sie die Schubstrahlen vertikal nach unten richten, um einen Strahlhub zu erzeugen, dann wird kein Neigungsmoment auf das Flugzeug aufgeprägt oder wenigstens nur ein sehr geringes Neigungsmoment.

Das Triebwerk 11 weist eine Turbine mit einem Mantelstromkanal auf, in dem am Vorderende ein Fan angeordnet ist. Wie insbesondere aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, weist das Flugzeug eine bezüglich des Schubvektors nicht einstellbare Hubdüsenanordnung 22 im Rumpf 10 vor jenem Massenmittelpunkt des Flugzeugs auf, der soweit als zulässig nach vorn verschoben ist und dieser Hubdüsenauslaß befindet sich in der Nähe des Fan des Triebwerks 11. Die Hubdüsenanordnung 22 wird durch Luft gespeist, die vom Fan über eine Schnecke 23 (Fig. 5) abgezweigt wird. Die Schnecke ist um den Fan gelegt und empfängt einen Teil des Fanauslasses über schraubenlinienförmige Kanäle oder Leitungen. Der Hubdüsenauslaß weist ein Ventil 24 auf, um die Menge der Luft zu steuern, die den Strahlauslaß verläßt. Die Hubdüsenanordnung 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 Neigungssteuerdüse 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 er­ folgt in herkömmlicher Weise.

Anstelle der Rollsteuerdüsen (Steuerung um die Längs­ achse) 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 Schwenkdüsen 16 so orientiert, daß sie die Schubgase nach hinten ausstoßen, wie in Fig. 1 bis 4 dargestellt ist. Bei normalem Vorwärtsflug sind Hubdüsenanordnung 22 sowie die Steuerdüsen 25 und 26 für die Steuerung um die Längsachse und die Querachse unwirksam.

Im folgenden wird auf die Fig. 6a bis 6d Bezug genommen. Hier sind verschiedene Möglichkeiten der Anstellung der Schubstrahlauslässe und der Steuer­ strahlauslässe für ein Flugzeug dargestellt. Fig. 6a ist eine allgemeine Ansicht eines Flugzeugs, wobei die Speiseleitungen für die Steuerdüsen 25, 26 an­ gedeutet sind.

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

Wenn es während des Schwebefluges erforderlich ist, eine Neigungsbewegung um die Querachse durchzuführen, oder eine solche Bewegung zu kompensieren, dann kann ein Neigungssteuermoment erzeugt werden, indem Druckluft aus der Neigungssteuerdüse 26 entweder nach oben oder nach unten ausgeblasen wird (Fig. 6b).

Wenn es erforderlich ist, dem Flugzeug eine Rollbe­ wegung aufzuprägen oder wenn einer solchen Rollbe­ wegung entgegengewirkt werden soll, dann kann in gleicher Weise ein Rollsteuermoment dadurch erzeugt werden, daß ein Schubstrahl 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 ent­ gegengesetzten Richtungen bewegt, und die differentielle Bewegung der Schwenkdüsen 16 kann eine Rollbewegung einleiten, die durch einen Schub aus den Rollsteuerdüsen 25 neu­ tralisiert werden kann.

Claims (9)

1. Vertikalstartflugzeug nach einem im Rumpf angeordneten Gasturbinenstrahltriebwerk (11), das zwei vom Heißgasstrom beaufschlagte, zwischen einer vertikalen Hubstellung und einer horizontalen Reiseflugstellung verstellbare, seitlich am Rumpf im Bereich der Tragflügel (14) angeordnete Schwenkdüsen (16) und eine Hubdüsenanordnung (22) vor dem Massenmittelpunkt des Flug­ zeugs aufweist, die mit vom Triebwerkverdichter gelieferter Druckluft gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Flugzeug, dessen Massen­ mittelpunkt sich während des Fluges infolge Gewichtsverlust (z. B. Brennstoffverbrauch und/oder Lastabwurf) von einer hinte­ ren Extremstelle (B) entlang der Längsachse nach einer vorderen Extremstelle verschiebt, die Schubzentren (A) der beiden in Hubstellung befindlichen Düsen (16) im wesentlichen in einer Vertikalebene liegen, die die hintere Extremstelle (B) enthält und der Hubdüsenanordnung (22) einen einstellbaren Schub liefert, um die Lageveränderung des Massenmittelpunktes zu kompensieren.

2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkdüsen (16) gemeinsam um ihre Achse (17) zwecks Erzeugung eines Auftriebes anstellbar sind.

3. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkdüsen (16) unabhängig voneinander anstellbar sind, um eine Gierkomponente zu erzeugen.

4. Flugzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Rollsteuerdüsen (25) im Abstand zu der Flugzeuglängsachse vorgesehen sind, die eine Rollkomponente erzeugen, um schädlichen Rollkomponenten entgegenzuwirken, die erzeugt werden wenn die Schwenkdüsen (16) unterschiedlich bewegt werden.

5. Flugzeug nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schwenkdüse (16) derart gelagert ist, daß die zugeordnete Schubachse eine gemeinsame Achse schneidet, die quer zum Rumpf (10) verläuft.

6. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Neigungsschubstrahlsteuerung (26) im Abstand zum Massenmittelpunkt des Flugzeugs angeordnet und so betätigbar ist, daß eine Steuerung des Flugzeugs um die Querachse erfolgen kann.

7. Flugzeug nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Flugachse der Schwenk­ düse (16) im wesentlichen in der seitlichen Ebene liegt, welche den am weitesten hinten liegenden zulässigen Massenmittelpunkt enthält, wenn der Auslaß nach unten gerichtet ist und die Trimm­ strahlsteuervorrichtung einen Trimmstrahlauslaß aufweist, der unter dem vordersten zulässigen Massenmittelpunkt liegt und allgemein nach unten gerichtet ist.

8. Flugzeug nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk (11) eine Turbine mit Mantelstromkanal aufweist, in dem ein Fan am Vorderende vorge­ sehen ist, und die Trimmstrahlauslässe von Luft gespeist werden, die vom Fan abgezapft wird.

9. Flugzeug nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstrahlströmung durch die Trimmstrahlauslässe (22) veränderbar ist.