DE3508100A1 - Hybrid-flugzeug - Google Patents

Hybrid-flugzeug

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DE3508100A1
DE3508100A1 DE19853508100 DE3508100A DE3508100A1 DE 3508100 A1 DE3508100 A1 DE 3508100A1 DE 19853508100 DE19853508100 DE 19853508100 DE 3508100 A DE3508100 A DE 3508100A DE 3508100 A1 DE3508100 A1 DE 3508100A1
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fuselage
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hybrid aircraft
aircraft
keel
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DE19853508100
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English (en)
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Hans Jürgen 5475 Burgbrohl Bothe
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64BLIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/06Rigid airships; Semi-rigid airships
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64BLIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B2201/00Hybrid airships, i.e. airships where lift is generated aerodynamically and statically

Description

  • Titel: Hybrid-Flugzeug
  • Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Flugzeug mit Senkrecht-und/oder Kurzstarteigenschaft, insbesondere mit Quadantrieb, dessen sich zu beiden Enden hin verjüngender stromlinienförmiger Rumpf einen ein Traggas aufnehmenden Auftriebskörper bildet und ein den Fluggast- und/oder den Frachtraum einschließendes TraggerUst aufweist, das mit die außenliegenden Triebwerke tragenden Querauslegern versehen ist0 Luftschiffe, die zur Auftriebserzeugung ein Traggas, zumeist Helium, verwenden, und Hybrid-Flugzeuge, die die Eigenschaften eines Luftschiffes mit denen eines StarrflUgelflugzeuges verbinden, bei denen der Auftrieb durch die Tragflächenwirkung erzielt wird, sind seit langem in zahlreichen Ausführungen bekannt (US-PSen 3 856 238, 3 227 400, 3 801 044, 4 269 375, 1 130 623, 1 741 446). Trotz der stürmischen Entwicklung, die die Luftfahrttechnik in der Vergangenheit genommen hat, und trotz der offenkundigen Schwächen der herkömmlichen Flugzeugversionen, wie vor allem hohe Fertigungs- und Betriebskosten, Abhängigkeit von hochentwickelter Boden-Infrastruktur mit großräumigen Flughäfen, langen Startbahnen und aufwendigen Wartungs- und Abfertigungssystemen haben sich die Hybrid-Flugzeuge bekanntlich bis heute nicht einführen können.
  • In der Praxis besteht der Bedarf nach einem Flugzeug, mit dem sich insbesondere im Kurz- und Mittelstreckenbereich der Fracht- und Passagierverkehr kostengünstig, energiesparend und ohne unzuträgliche Eingriffe in die Umwelt durchftthren läßt, und welches sich vor allem auch in solchen Bereichen einsetzen läßt, wo, wie in Entwicklungs- und Schwellenländern, keine ausreichende Infrastruktur für die Abwicklung des Lufttransportes mittels der herkömmlichen Flugzeuge zur Verfügung steht. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vielseitig einsatzfähiges Kombinationsflugzeug mit Kurzstart- und/oder Vertikalstartfähigkeit zu schaffen, das sich als VTOL- bzw. V/STOL,Flugzeug weitgehend ohne Bodeninfrastruktur und aufwendige Abfertigungssysteme operieren kann, dabei sich durch günstige Anschaffungskosten und vergleichsweise niedrige Betriebskosten auszeichnet, die je Tonne-Kilometer zwischen den Kosten des konventionellen Boden- und Lufttransportes liegen, und das in bevorzugter Ausführung auch hubschrauberähnliche Flugoperationen ermöglicht.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Hybrid-Flugzeug ist so ausgelegt, daß etwa 60 bis 95 % seines Betriebsleergewichtes, d.h. im allgemeinen etwa 25 bis 55 % seines maximalen Startgewichtes von dem statischen Lift des im Rumpf befindlichen Traggases (Helium) getragen wird, während der restliche Hub unter Vorwärtsflugbedingungen durch den dynamischen Lift des Flugzeugkörpers und unter VTOL-Bedingungen durch den Vertikalschub der Triebwerke aufgebracht wird. Dabei ist es wesentlich, daß der Rumpf selbst als Flügel kurzer Streckung mit bevorzugt etwa 30 igem Profil ausgebildet ist, das unter Vorwärtsflugbedingungen und geringen Anstellwinkeln von s = 1 bis 120 einen ausreichend großen dynamischen Lift zu erzeugen in der Lage ist0 Die Formgebung des Rumpfes ist so gewählt, daß sie die Rumpfoberfläche und damit das Strukturgewicht bei größtmöglichem Rumpfvolumen minimiert, dabei aber zugleich aerodynamisch optimiert ist, wodurch sowohl der Formwiderstand als auch der induzierte Widerstand minimiert werden. Das Fluzeug benötigt keine weit ausladenden Tragflächen. Die Querausleger, an welchen die Triebwerke gelagert sind, tragen zum dynamischen Lift nichts oder nur unwesentlich bei. Abweichend von einem rotationssymmetrischen Körper weist das erfindungsgemäße Flugzeug eine an ein Tragflächenprofil angenäherte Form auf, die in den verschiedenen Querschnittsebenen zumindest angenähert etwa elliptisch bzw. oval geformt ist, wobei die Ellipsen-Hauptachse die Horizontalachse ist. Zugleich ist die RumDfgeometrie so gewählt, daß ein Stromlinienkörper mit stufenweisem Druckanstiegs-Gradienten gebildet wird, bei dem der Ablösungspunkt der den Rumpf umströmenden Luft-Grenzschichten sich an einer Stelle befindet, die deutlich hinter der Rumpfmitte, also im hinteren Bereich der Rumpflänge liegt0 Während für den dynamischen Lift hauptsächlich die Rumpfform maßgebend ist, können etwa 20 bis 30 % des dynamischen Liftes durch das Tragflächenprofil der horizontalen Stabilisatoren am Heck des Flugzeuges aufgebracht werden0 Der Rumpf besteht aus einem selbsttragenden, formstabilen Hohlkörper in Leichtbauweise. Der Kielträger bildet das tragende Rückgrat des Flugzeuges; er liegt weitgehend innerhalb der Rumpfgeometrie, so daß er die aerodynamische Form des Rumpfes nicht nachteilig beeinflußt0 Dadurch, daß der Kielträger im Bugbereich etwa höckerartig nach unten aus dem Rumpfprofil herausragt, erhöht er in vorteilhafter Weise den dynamischen Lift unter Kurzstartbedingungen. Zugleich ergibt sich eine gute Zugänglichkeit des Passagier- und/oder Frachtraumes im Inneren des Kielträgers, was bei Operationen des Flugzeuges in Bereichen, wo keine geeignete Boden-Infrastruktur für den herkömmlichen Flugbetrieb zur Verfügung steht, von besonderem Vorteil ist. Der Kielträger liegt verhältnismäßig tief, d.h.
  • im Kiel des Rumpfes, wodurch sich eine für die Stabilität günstige tiefe Schwerpunktlage ergibt.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Rumpfgeometrie mit dem größeren RumDfdurchmesser (Rumpfbreite) in horizontaler Richtung verleiht dem Rumpf nicht nur die genannte gtlnstige Eigenschaft eines Flügels kurzer Streckung; sie erlaubt es zugleich, den als Hohlträger ausgebildeten Kielträger, der im allgemeinen den Frachtraum bildet, verhältnismäßig breit zu bemessen und zugleich den Kielträger innerhalb des Rumpfquerschnitts so tief zu legen, daß eine nahezu ebenerdige Zugänglichkeit des Frachtraumes über Ladeklappen od.dgl. erreichbar ist. Der Kielträger erstreckt sich nach hinten bis in den Heckbereich des Flugzeugs. Entsprechend kann ein sich vom Bugbereich bis in den Heckbereich erstreckender durchgehender Laderaum gebildet werden. Am vorderen und/oder am hinteren Ende des als Hohlträger ausgebildeten Kielträgers wird zweckmäßig eine Zugangsöffnung zum Lade- und/oder Fluggastraum vorgesehen, die vorzugsweise durch eine aufklapobare Rampe verschließbar ist0 Es empfiehlt sich, sowohl vorne als auch hinten eine Zugangsöffnung vorzusehen, so daß das Frachtgut, das zuerst verladen wurde, sich auch als erstes wieder ausladen läßt0 Im übrigen wird hiermit eine rasche Be-und Entladung des Flugzeuges sichergestellt0 Als besonders günstig hat sich eine Anordnung herausgestellt, bei welcher der Kielträger unterhalb der horizontalen Längsmittelebene des Rumpfes liegt und auf ganzer Länge eine im wesentlichen gleichbleibende Breite hat, die zumindest angenähert der Differenz DH max D max entspricht. Der biege- und torsionssteife Kielträger kann aus einem Fachwerk-Hohlträger oder aus einem geschlossenen Kunststoff-Hohlträger hoher Steifigkeit bestehen. Die Anordnung ist zweckmäßig so getroffen, daß der Kielträger an seinem hinteren Ende den Heckkonus trägt, während er en seinem vorderen Ende mit einem das Cockpit bildenden, nach oben aufragenden Bugkorb od.dgl. versehen ist.
  • Der als Stromlinienkörper ausgebildete Rumpf hat nicht nur die Funktion eines Flügels kurzer Streckung, sondern er bildet zugleich einen großvolumigen Behälter für das statische Traggas (Helium)0 Die Rumpfzelle besteht vorzugsweise aus einem Gitterwerk, das zweckmäßig im Bug- und Heckbereich durch eine Paneel-Beplankung od.dgl. ausgesteift ist, während es zwischen diesen ausgesteiften Bereichen durch eine flexible Umhüllung bzw0 Mantelfolie abgedeckt ist Das Cockpit und gegebenenfalls der Fahrgastraum befinden sich zweckmäßig oberhalb des Kielträgers in dem ausgesteiften Bugbereich. Die Anordnung ist zweckmäßig so getroffen, daß die durch die Mantelfolie abgedeckte Gitterkonstruktion durch den Innendruck des Traggases unter einer ständigen Vorspannung gehalten wird, so daß eine hohe Formstabilität des in Leichtbauweise erstellten Rumpfes gegeben ist.
  • Fur den Antrieb des erfindungsgemäßen Hybrid-Flugzeuges können unterschiedliche Antriebssysteme bekannter Art, wie sie bei Vertikalstartflugzeugen bekannt sind, vorgesehen werden. Im Hinblick auf dS hohe Flugsicherheit und gute Manövrierfähigkeit besonders geeignet ist ein Antriebssystem in Quadanordnung0 Dabei finden vorzugsweise bewährte Propellerantriebe Verwendung, die bei Vertikalstart und Vertikallandung den Vertikalschub und beim Vorwärtsflug den Vortrieb erzeugen, wie dies bei Kipp-Propeller-Flugzeugen der Fall ist. Bei diesem bevorzugten Antriebssystem weist also das Flugzeug vier kurze und schmale Querausleger auf, die die Triebwerke in Quadanordnung tragen. Dabei sind mit dem Kielträger durchgehende horizontale Querträger verbunden, die den Kielträger zweckmäßig übergreifen und deren seitlich aus dem Rumpf herausragende Enden die Querausleger für die Triebwerke bilden.
  • Es emDfiehlt sich, an jedem der vier vorgenannten Querausleger ein Fahrwerksbein anzuordnen0 Zweckmäßig wird dabei am Kielträger im Mittelpunkt der Fahrwerksbeine ein nach unten ausfahrbares Anker-Drehglied, vorzugsweise ein Ankerbolzen od.dglO, angeordnet, welches eine Bodenverankerung des Flugzeuges in der Parkposition ermöglicht. Um bei Starkwinden sicherzustellen, daß sich das Flugzeug mit der Längsachse seines Rumpfes in die jeweils vorherrschende Windrichtung dreht, wird vorteilhafterweise ein die Fahrwerksräder antreibender Bordantrieb vorgesehen, der von einem die Windstärke und die Windrichtung ermittelnden Sensorsystem so gesteuert wird, daß er das Flugzeug in die Windrichtung dreht0 Die Fahrwerksbeine sind hierbei auf Lenkwinkel von 45 ausgestellt, so daß sie auf einer Kreislinie laufen, deren Mittelpunkt durch den vorgenannten Ankerpunkt gebildet ist. Der Ankerpunkt befindet sich im übrigen vorteilhafterweise etwa im Mittelpunkt des Flugzeugrumpfes, so daß sich das Flugzeug um seine Mitte dreht. Drehbewegungen des Flugzeugs um seinen Ankerpunkt erfordern daher keinaizusätzlichen Manövrierraum.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind in den einzelnen AnsDrilchen aufgeführt und werden nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten bevorzugten AusfUhrungsbeispiel näher erläutert, In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Hybrid-Flugzeug in Seitenansicht; Fig. 2 das Flugzeug nach Fig0 1 in Draufsicht; Fig0 3 das Flugzeug nach den Figuren 1 und 2 in einer Ansicht auf sein Heck in Richtung der Rumpf-Längsachse; Fig. 4 das Flugzeug nach den Figuren 1 bis 3 in Seitenansicht, wobei der Rumpf lediglich angedeutet und der Kielträger in seiner Lage zum Rumpf gezeigt ist; Fig. 5 den Kielträger in Seitenansicht; Fig. 6 den Kielträger mit dem Heckkonus in Draufsicht; Figuren 7 bis 9 den Bugbereich des Flugzeuges nach den Figuren 1 bis 6 mit einer vorteilhaften Triebwerksanordnung; Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf das Flugzeug nach den Figuren 1 bis 9 mit der Triebwerksanordnung und dem Ankerpunkt; Figuren 11 bis 13 eine Teilansicht des Bugbereiches mit Triebwerksanordnung und Schwenkklappen; Figuren 14 und 15 eine weitere Ausgestaltungsform einer Triebwerksanordnungo Bei dem dargestellten Flugzeug handelt es sich um ein V/STOC-Hybrid-Flugzeug, welches bevorzugt für den Passagier- und/oder Lastentransport im Kurz- und Mittelstrekkenbereich bestimmt ist und welches auch dort operieren kann, wo die für den herkömmlichen Flugbetrieb erforderlichen Boden-Infrastrukturen nicht vorhanden sind0 Das Flugzeug besteht in seinen wesentlichen Teilen aus einem Rumpf 1, einem am hinteren Ende des Rumpfes 1 angeordneten Heckkonus 2 mit horizontalen Stabilisatoren 3, die ein Tragflächenprofil aufweisen, einem Antriebssystem mit vier Triebwerken 4 in Quadanordnung, die jeweils an kurzen und schmalen Querauslegern 5 paarweise auf den gegenüberliegenden Seiten des Rumpfes angeordnet sind, und einem Fahrwerk mit Doppelfahrwerksbeinen 6, die sich jeweils an den Querauslegern 5 befinden. Der Rumpf 1 ist ein formstabiler Aufnahmebehälter für ein statisches Traggas, insbesondere Helium. Er bildet demgemäß einen statischen Auftriebskörper. Zugleich ist der Rumpf 1 als FlUgel kurzer Streckung ausgebildet, der aufgrund seiner Tragflächenwirkung unter Vorwärtsflugbedingungen den hauntsächlichen dynamischen Lift erzeugt. Die horizontalen Stabilisatoren 3 am Flugzeugheck sind zweckmäßig so gestaltet, daß sie größenordnungsmäßig etwa 30 % des dynamischen Liftes aufbringen.
  • Wie insbesondere die Figuren 1 bis 3 zeigen, hat der Rumpf 1 nicht die Form eines rotationssymmetrischen Körpers, sondern vielmehr zumindest in grober Annäherung die Form eines Tragflächengebildes. Der sich zum Bug und zum Heck hin konisch verjüngende Rumpf 1 hat in der Seitenansicht gemäß Fig.1 angenähert eine Eiform mit im Bug auslaufender Snitze, die zur horizontalen Längsmittelebene symmetrisch ist.
  • Mit L ist in den Figuren 1 und 2 die Gesamtlänge des Rumpfes 1 einschließlich seines Heckkonus 2 bezeichneto Der größte vertikale RumDfdurchmesser ist durch das Maß Dv max bezeichnet, Von der Stelle des größten vertikalen Durchmessers DV max verjüngt sich der Rumpf 1 zum Bug und zum Heck hin. Dabei ist der aerodynamisch geformte Rumpf 1 in seiner Geometrie so ausgestaltet, daß das Verhältnis von DV max zu der RumDflänge L zwischen etwa 0,28 und 0,38 liegt, bei dem dargestellten bevorzugten AusfUhrungsbeispiel bei 0,36.
  • In Draufsicht hat der Rumpf 1 die in Fig. 2 gezeigte Formgebung, die in grober Annäherung diejenige eines Recht-Bkes oder Trapezes ist, dessen gegenüberliegende Seiten durch die gekrUmmten Kurven 7 gebildet werden. Das Profil ist in Draufsicht zur Mittelachse, die mit der vertikalen Längsmittelebene des Rumpfes 1 zusammenfällt, symmetrisch. Die Stelle mit dem größten horizontalen Durchmesser bzw. der größten horizontalen Breitenabmessung ist durch den Pfeil DH max bezeichnet0 Der größte horizontale RumDfdurchmesser DH max beträgt etwa das 1,4 bis 2fache, bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa das 1,5fach des größten vertikalen Rumpfdurchmessers DV max Die Stellen mit dem größten vertikalen Durchmesser Dz marx und dem größten horizontalen Durchmesser DH maxliegen in einer gemeinsamen Querschnittsebene des Rumpfes 1, wobei sich diese Querschnittsebene, über die Länge L des Rumpfes gesehen, zwischen der Stelle L/2 und dem heckseitigen Rumpf ende befindet0 Damit wird sichergestellt, daß die Abrißstelle der den Rumpf 1 umströmenden Luftgrenzschicht möglichst weit hinten zum Heck 2 hin liegt.
  • Aufgrund der vorstehend beschriebenen Rumpfgeometrie sind sämtliche Querschnitte durch den Rumpf 1 im wesentlichen Ellipsen mit horizontal liegender Hauptachse. Dies ist in Fig0 3 gezeigt In Fig0 2 ist ein sich mittig über die Rumpflänge erstreckendes, etwa rechteckiges Feld 9 angedeutet, welches zwischen zwei Geraden 8 liegt, die sich beiderseits der Längsmittelachse vom Bug bis zum Heck des Rumpfes 1 erstrecken0 Die Breite des Mittelfeldes 9, d.h.
  • der Abstand der beiden parallelen Geraden 8 entspricht dem Naß DH max W DV max Stellt man sich vor, daß das Mittelfeld 9 aus der in Fig0 2 gezeigten Fläche herausgetrennt ist und daß die beiden Geraden 8 in der Längsmittelachse zusammenfallen, so würde die in Fig0 2 gezeigte Rumpf-Draufsicht im wesentlichen dieselbe Flächenform haben wie die in Fig0 1 gezeigte Rumpf-Seitenansicht, da die kurvenförmigen Begrenzungsflächen 7 der Rumpf-Draufsicht nach Fig0 2 zumindest angenähert mit den kurvenförmigen Begrenzungen 10 der Rumpf-Seitenansicht nach Fig. 1 übereinstimmen.
  • Bei der dargestellten und vorstehend beschriebenen geometrischen Form des Rumpfes 1 handelt es sich um eine aerodynamische Formgebung, die die Verhältnisse von RumDfoberfläche zu Rumpfvolumen zu dynamischem Lift des Rumpfes optimiert, Dies bedeutet zugleich eine Minimierung der Rumpfoberfläche und damit des Rumpf-Strukturgewichtes bei größtmöglichem Rumpfvolumen unter Beriicksichtigung einer optimalen aerodynamischen Form, die sowohl den Formwiderstand als auch den induzierten Widerstand minimiert. Der Rumpf 1 bildet einen Stromlinienkörper mit stufenweisem Druckanstiegsgradienten, bei dem der Grenzschicht-Ablösepunkt etwa in den letzten 20 bis 25 % seiner Rumpflänge verlegt ist.
  • Das tragende Rückgrat des Hybrid-Flugzeuges bildet der in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigte Kielträger 11, der bei detn dargestellten Ausfhrungsbeispiel aus einem Fachwerk-Hohlträger besteht0 Der biege- und torsionssteife Kielträger 11 erstreckt sich vom Bugbereich bis in den Heckbereich des Flugzeugrumpfes; er liegt weitgehend im Inneren des stromlinienförmigen Rumpfes, und zwar unterhalb der horizontalen Längsmittelebene des Rumpfes, wie Fig0 4 zeigt, Der Kielträger 11 hat auf ganzer Länge im wesentlichen eine gleichbleibende Breite, die zumindest angenähert der Differenz DH max - DV max entspricht0 Demgemäß liegt der Kielträger innerhalb des in Fig. 2 angedeuteten Feldes 9. Im Bereich zwischen der Rumpfmitte und dem Bug taucht der Kielträger 11 aus dem Rumpfprofil nach unten heraus, wobei er an der Rumpfunterseite mittig einen höckerartigen Ansatz 12 bildet, wie dies insbesondere Fig. 1 zeigt, Dieser hinter und unterhalb des Buges 13 mittig über das RumDfprofil vorspringende höckerartige Ansatz 12 erhöht mit seiner schräg zur Rumfpachse stehenden Stirnfläche 14 den dynamischen Lift des Flugzeuges unter Kurzstartbedingungen. Zugleich ergibt sich mit dieser Anordnung eine gute Zugänglichkeit des von dem rechteckigen Innenraum des Kielträgers 11 gebildeten Frachtraumes0 Der Kielträger 11 weist am vorderen und hinteren Ende jeweils eine Zugangsöffnung 15 und 16 auf, die durch eine auf den Boden niederklappbare Rampe 17 bzw. 18 verschließbar ist. Auf diese Weise ist ein nahezu ebenerdiger Zugang zu dem von vorne nach hinten durchgehenden Frachtraum im Inneren des Kielträgers vorhanden.
  • Der Kielträger 11 erstreckt sich heckseitig bis in den Utergangsbereich zum Heckkonus 2. Wie Fig. 5 zeigt, weist der Kielträger 11 am hinteren Ende einen aufragenden Balkenansatz 19 auf, welcher den als gesonderte Baueinheit gefertigten Heckkonus 2 trägt0 Wie in Fig. 4 strichpunktiert angedeutet ist, kann der Heckkonus 2 zusätzlich zu den horizontalen Stabilisatoren 3 eine vertikale Stabilisierungsflosse 20 aufweisen, Der Kielträger 11 weist an seinem vorderen Ende einen nach oben aufragenden Bugkorb 21 auf, der unterhalb des Buges 13 des Rumpfes 1 liegt und das Cockpit des Flugzeuges bildet. Das Cockpit ist durch den Raum im Inneren des Kielträgers zugänglich.
  • Der als Fachwerkträger ausgebildete Kielträger 11 wird, was nicht näher dargestellt ist, mit einer Beplankung versehen, so daß ein an allen vier Seiten geschlossener, nur über die endseitigen Zugangsöffnungen 15 und 16 zugänglicher Hohlträger gebildet wird. Es besteht auch die Möglichkeit, den Kielträger 11 aus einem Kunststoff-Vollträger, statt aus einem Fachwerkträger, herzustellen.
  • Mit dem Kielträger 11 fest verbunden sind zwei quer zu den Kielträger verlaufende parallele horizontale Querträger 22, die, wie die Figuren 4 bis 6 zeigen, den Kielträger 11 übergreifen und deren seitlich aus dem Rumpf 1 herausragende Enden die Querausleger 5 bilden, welche die Triebwerke 4 und die Fahrwerksbeine 6 tragen.
  • Der als Flügel kurzer Streckung ausgebildete und zugleich den Aufnahmebehälter für das statische Traggas bildende Rumpf 1 besteht aus einem formstabilen Stromlinienkörper, dessen Außenschale, was in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt ist, von einer Gitterkonstruktion gebildet ist. Das Gitterwerk besteht aus in KnotenDunkten miteinander verbundenen Stäben. Das Gitterwerk ist im Bugbereich 13 und im Heckbereich 23 (Fig. 4) mit glasfaserverstärkten Kunststoffplatten od.dgl. beplankt, wodurch das Gitterwerk im Bug- und Heckbereich ausgesteift wird0 Eine Schottwand 24 schließt den ausgesteiften Bugbereich 13 zu dem das Traggas aufnehmenden Innenraum des Rumpfes 1 abo Vor der Schottwand 24 und oberhalb des Cockpits 21 wird somit ein Bugraum 25 geschaffen, der als Flugpassagierraurn benutzt werden kann0 Eine entsprechende Paneelbeplankung befindet sich, wie erwähnt, im Heckbereich 23 des Rumpfes 1 sowie zweckmäßig auch im Bereich des den Frachtraum einschließenden Kielträgers 11.
  • Im Bereich zwischen der Bug- und Heckpaneelbeplankung ist die Gitterkonstruktion des Rumpfes 1 durch eine flexible Mantelfolie 26 gebildet, die mit der Gitterkonstruktion verbunden ist. Der das Traggas aufnehmende Innenraum des Rumpfes 1 befindet sich oberhalb und seitlich neben dem tief liegenden Kielträger 11. Dabei ist die Gitterkonstruktion des Rumpfes 1 über (nicht dargestellte) Verbindungsglieder, insbesondere Zugglieder, mit dem das tragende Rückgrat bildenden Kielträger 11 verbunden. Im Inneren des Rumpfes 1 befinden sich im Bug- und Heckbereich Lufträume 26 und 27, die durch flexible Membrane 28 gegenüber dem mit dem Traggas (Helium) gefüllten Rumpf innenraum abgetrennt sind und in die Luft unter einem solchen ueberdruck eingebracht werden kann, daß in dem Rumpfkörper ein Uberdruck aufrechterhalten wird, welcher die aus der Gitterkonstruktion und der flexiblen Mantelfolie bestehende Gitterschale unter einer Vorspannung hält. Aufgrund dieser inneren Vorspannung ergibt sich eine ausreichend hohe Formstabilität des Rumpfes bei gewichtsparender Bauweise der Gitterstruktur.
  • Das Volumen des Rumpfes 1 ist so bemessen, daß etwa 60 bis 95 % des Betriebsleergewichtes des Flugzeuges oder etwa 30 bis 45 % des maximalen Startgewichtes des Flugzeuges von dem Auftrieb des Traggases getragen werden.
  • Am Kielträger 11 ist im Mittelpunkt der vier auf den Eckpunkten eines Rechteckes angeordneten Fahrwerksbeine 6 und zweckmäßig auch im Bereich der Rumnfmitte des Flugzeuges ein Ankerdrehglied 29 (Figuren 7 und 10) angeordnet, welches z.B. aus einem Ankerbolzen od.dglO besteht und nach unten in eine im Boden befindliche Ankeröffnung 30 einführbar ist, um das Flugzeug in der Parkposition am Boden zu verankern Die Ankeröffnung 30 ist zweckmäßig so audgcbildet, daß sie sich nach oben konisch erweitert, um das Einführen des Ankerdrehgliedes 29 zu erleichtern.
  • Letzteres befindet sich, wie in Fig. 10 angedeutet, etwa in der Mitte des Flugzeugrumofes und mittig zwischen den Fahrwer7ssbeinenO Falls daher die Räder der Fahrwerksbeine 6, wie in Fig0 10 angedeutet, in einem Lenkwinkel von 450 eingestellt sind, kann sich das Flugzeug innerhalb des kreisförmigen Feldes 31 auf der Stelle drehen. Dies ermöglicht es, das Flugzeug bei Starkwinden Jeweils mit dem Bug 13 in die Windrichtung zu drehen. Zu diesem Zweck ist ein die Räder der Fahrwerke 6 antreibender Bordmotor (Elektromotor) zusammen mit einem die wandstärke und die Windrichtung ermittelnden Sensorsystem vorgesehen, welches den Bordmotor im Sinne einer Ausrichtung des Flugzeuges in die '.Jindrichtung steuert.
  • Wie oben erwähnt, weist das Hybrid-Flugzeug vorzugsweiss einen Quadantrieb mit vier an den Enden der Querausleger 5 angeordneten Triebwerken, insbesondere Prosellertriebwerken 4 auf, die, wie in den Figuren 7 bis 9 für ein einziges Triebwerk dargestellt, um senkrecht zur Rumpflängsachse verlaufende horizontale Schwenkachsen 31 schwenkbar an den Querauslegern 5 gelagert sind0 Der Schwenkwinkel X ist größer als 900, vorzugsweise 1100. Die Figuren 8 und Q3 zeigen das Triebwerk 4 in den beiden Schwenkendpositionen.
  • In der Schwenkposition gemäß Fig. 8 entwickelt das Triebwerk 4 den für den Vorwärtsflug erforderlichen Vorwärtsschub. In der vertikalen Schwenksosition nach Fig0 7 ergibt sich der für den Vertikal start oder die Vertikallandung erforderliche Vertikalschub. In der Schwenkposition nach Fig. 9 ist das Triebwerk 4 auf Schubumkehr eingestellt, wodurch bei dem Landevorgang eine Bremswirkung erzeugt werden kann. Durch Schubmodulation und Schubvektorverstellungen der vier Triebwerke in Quadanordnung läßt sich die Fluglage zu allen drei Flugachsen bestimmen. Die Hauptsteuerung des Flugzeugs erfolgt zweckmäßig durch die Schwenkung der Triebwerksgondeln um die Querachsen 310 Zusätzlich wird dann mit einer Hubschubmodulation gearbeitet. Nick- und Gierbewegungen lassen sich auf diese Weise gut bewerkstelligen0 Zum seitlichen Versatz im Schwebeflug ist außerdem zur Erzeugung einer lateralen Bewegungskomponente eine Rollage nötig, die sich ebenfalls ohne weiteres erreichen läßt. Zur Verbesserung der Flugsteuerung und Flugregelung können an den vier Triebwerken 4 Ruderklappen 32 (Figuren 14 und 15) vorgesehen werden, die im Luftstrom der Propeller 33 liegen. Die Triebwerksgondeln 34 der Triebwerke 4 weisen Tragglieder 35 auf, an denen die Ruderklappen 32 um Achsen 36 schwenkbar sind, die senkrecht zur Triebwerksachse verlaufen. Die z.B. gabelförmigen Tragglieder 35 sind zweckmäßig zugleich um eine Achse 37 schwenkbar, die mit der Triebwerksachse zusammenfällt. Solche angeblasenen Ruderklappen, die mit den Triebwerksgondeln 34 verbunden sind und mit diesen schwenken, sind als Steuerorgane besonders effektiv, Der Hauttvektor wird von dem jeweiligen Schubvektor geliefert, die jeweilige Ruderklappenstellung erzeugt eine Seitenkomponente, die einen spontanen Seitenversatz des Flugzeuges im Schwebeflug erlaubt, ohne vorherige Einnahme einer Sollage, Die Schwenkbewegungen der Ruderklappe 32 um die Achse 36 läßt sich im Reiseflug zur Steuerung der Nicklage benutzen, Wie in den Figuren 11 bis 13 angedeutet ist, konnen auch auf den Querauslegern 5 Ruder- bzw0 Stellklapten 38 schwenkbar gelagert seinR die ebenfalls von den Propellerschrauben angeblasen werden und. mit denen sich Fluglageregelungen durchfUhren lassen. Die Figuren 11 bis 13 zeigen die Klasse 38 in verschiedenen Drehlagen um den Querausleger 5 bei auf Vertikalhub geschwenktem Propellertriebwerk.

Claims (1)

  1. knsprüche : 1. Hybrid-Flugzeug mit Senkrecht- und/oder Kurzstarteigenschaft, insbesondere mit Quadantrieb, dessen sich zu beiden Enden hin verjüngender stromlinienförmiger Rumpf einen ein Traggas aufnehmenden Auftriebskörrer bildet und ein den Fluggast- und/oder den Frachtraum einschließendes Traggerüst aufweist, das mit die außenliegenden Triebwerke tragenden Qucrauslegern versehen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Der Rumpf (1) ist als Flügel kurzer Streckung mit etwa elliptischen Querschnitten in den verschiedenen Querschnittsebenen ausgebildet, wobei der größte horizontale RumDfdurchmesser DH max etwa das 1,4 bis 2fache, vorzugsweise um das 1,5fach, des größten vertikalen Rumpfdurchrn;ssers DV max beträgt und wobei das Verhältnis von Dv max zu der Rumeflänge L zwischen etwa 0,28 und 0,38, vorzugsweise bei 0,36, liegt; b) die Querschnittsebene mit dem größten horizontalen und vertikalen Durchmesser DH max und Dv max liegt, in Rumtflängsrichtung gesehen, zwischen L/2 und dem heckseitigen Rumrfende; c) der Rumpf (1) endet in einem Heckkonus (2), der mit horizontalen Stabilisatoren (3) mit Tragflächenprofil versehen ist; d) das Traggerilst besteht aus einem biege- und torsionssteifen Kielträger (11), der im wesentlichen innerhalb des Profiles des stromlinienförmigen Rumpfes (1) liegt und der im vorderen Bereich etwa höckerartig (bei 12) aus dem Rurrrnfprofil nech unten herausgeführt ist0 2. Hybrid-Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am vorderen vmd/oder am hinteren Ende des als Hohlträger ausgebildeten Kielträgers (11) eine, vorzugsweise durch eine aufklappbare Rampe (17, 18) verschließbare Zugangsöffnung (15, 16) zu dem Lade-und/oder Fluggastraum vorgesehen ist.
    3. Hybrid-Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gckennzeichnet, daß der Kieltrager (11) mittig unterhalb der horizontalen Längsmittelebene des Rumpfes (1) liegt und auf ganzer Lange eine im wesentlichen gleichbleibende Breite hat, die zumindest angenähert der Differenz D11 max - Dv max entspricht.
    4. Hybrid-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kielträger (11) heckseitig im Bereich des Ubergangs zum Heckkonus (2) endet0 5. Hybrid-Flugzeug nach einem der AnsDrUche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kielträger (11) aus einem Fachwerk-Hohlträger oder einem geschlossenen Kunststoff-Hohlträger besteht.
    6 Hybrid-Flugzeug nach vinm der An:.nniche 1 bi. 5, da 'ct gekennzeichnet der í @@@@@@@@@@@@ (11) ", seinem hinteren Ende den Heckkonus (2) trägt und an seinem vorderen Enden mit einem das Cockpit bildenden, nach obn aufragenden Bugkorb (21) versehen isto 70 Hybrid-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpf (1) aus einer Gitterkonstruktion besteht, die im Bug- und Heckbereich (13, 23) durch eine Beplankung ausgesteift ist, wobei die Gitterkonstruktion zwischen diesen ausgesteiften Bereichen durch eine flexible Mantelfolie (26) abgedeckt ist, die mit der Gitterkonstruktion verbunden ist.
    8. Hybrid-Flugzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Cockpit und gegebenenfalls der Fluggastraum (25) sich oberhalb des Kielträgers (11) im ausgesteiften Bugbereich befindet bzw. befinden.
    9. Hybrid-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Rumpfes (1) Luftkammer (26, 27) vorgesehen sind, die durch elastische Membrane (28) gegenüber dem das Traggas enthaltenden Innenraum des Rumpfes abgetrennt sind, wobei der Luftdruck in den Luftkammern zur Erzielung einer Zugvorspannung in der Außenhaut des Rumpfes veränderlich einstellbar ist.
    10. Hybrid-Flugzeug nach einem der AnsprUche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es mit vier seitlich aus dem Rumpf (1) austretenden Querauslegern (5) versehen ist, welche die Triebwerke (4) in Quadanordnung tragen.
    11. Hybrid-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kiclträgr (11) durch gehende horizontale Querträger (22) verbunden sind, die den Kielträger (11) übergreifen und deren seitlich aus dem Rumpf (1) herausragende Enden die Querausleger (5) bilden.
    12. Hybrid-Flugzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der vier Querausleger (5) ein Fahrwerksbein (6) angeordnet ist.
    13. Hybrid-Flugzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Kielträger (11) im Mittelpunkt der vier auf Lenkwinkel von 450 einstellbaren Fahrwerksbeine (6) ein Ankerdrehglied (29), vorzugsweise ein nach unten in eine Lageröffnung (30) einführbarer Ankerbolzen odOdgl., angeordnet ist.
    14. Hybrid-Flugzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Fahrwerksräder antreibender Bordantrieb vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem die Windstärke und die Windrichtung ermittelnden Sensorsystem im Sinne einer Ausrichtung des Flugzeuges in die Windrichtung gesteuert ist, 15o Hybrid-Flugzeug nach einem der AnsPrüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Quadantrieb aus vier Propellertriebwerken (4) besteht, die an den Querauslegern (5) um quer zur Längsachse des Rumpfes (1) verlaufende Achsen (31) über einen Winkel von über 900, vorzugsweise mindestens 1100, schwenkbar gelagert sind.
    16. Hybrid-Flugzeug nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Hubschubmodulation der Pronellerantriebe durch Blattverstellung.
    17. Hybrid-Flugzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch mit den Propellerantrieben (4) verbundene schwenkbare Ruderklappen (32).
    18o Hybrid-Flugzeug nach Ansnruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruderklapten (32) um zwei senkrecht zueinander verlaufende Schwenkachsen (36, 37) schwenkbar sind, wobei eine der beiden Schwenkachsen in Richtung der Triebwerksachse verläuft, 19. Hybrid-Flugzeug nach einem der AnsprUche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an den Querauslegern (5) um deren Achse schwenkbare, von den Propellertriebwerken (4) angeblasene Ruderklaopen (38) angeordnet sind.
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