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Titel: Hybrid-Flugzeug
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Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Flugzeug mit Senkrecht-und/oder
Kurzstarteigenschaft, dessen sich zu den Enden hin verJüngender stromlinienförmiger
Rumpf einen ein Traggas aufnehmenden formstabilen AuStriebskörper bildet und im
Inneren ein den Fluggast- und/oder den Frachtraum einschließendes Traggerüst aufweist,
wobei die Rumpfschale von einer Gitterkonstruktion und einer hiermit verbundenen
Abdeckung gebildet ist.
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Hybrid-Flugzeuge, die die Eigenschaften eines Luftschiffs mit denen
eines Flugzeuges verbinden, bei dem der Auftrieb durch die Tragflächenwirkung erzielt
wird, sind seit langem in zahlreichen Ausführungen bekannt, ohne daß sie Jedoch
Eingang in die Praxis gefunden haben (US-PSen 1 130 623, 3 227 400, 3 856 238, 1
741 446)o Bei den bekannten Hybrid-Flugzeugen, die einerseits mit dem statischen
Lift des Traggases (Helium) und andererseits mit dem auf der Tragflächenwirkung
beruhenden dynamischen Lift arbeiten, handelt es sich durchweg um bauaufwendige
Flugzeugkonstruktionen, die zumeist mit starren Tragflächen größerer Flächenabmessungen
und Spannweiten versehen sind.
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In der Praxis besteht ein Bedarf nach einem Flugzeug, mit welchem
sich unter Verzicht auf die hohen Reisegeschwindigkeiten
herkömmlicher
Flugzeuge der Fracht- und Passagierverkehr insbesondere im Kurz- und Mittelstreckenbereich
energiesparend und wesentlich kostengünstiges als mit den herkömmlichen Flugsystemen
durchführen läßt und das sich vor allem auch in solchen Bereichen einsetzen läßt,
wo, wie in Entwicklungs- und Schwellenländern, keine Boden-Infrastruktur für die
Abwicklung des Lufttransportes zur Verfügung steht. Hiervon ausgehend liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vielseitig einsatzfähiges Kombinations-Flugzeug
mit Kurzstart- und/oder Vertikalstarteigenschaft zu schaffen, welches als VTOL-
bzw. V/STOL-Flugzeug den vorgenannten Bedarfserfordernissen entspricht und aufgrund
seiner technischen Konzeption eine hohe Strukturfestigkeit bei vergleichsweise geringem
Strukturgewicht hat sowie bei gedrungener Bauweise über eine hohe Transportkapazität
verfügt.
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Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
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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. Von Bedeutung ist hierbei, daß
der Rumpf selbst als Flügel kurzer Streckung, also mit einem tragflügelartigen Profil
und mit einer maximalen Breite, die bevorzugt um etwa 20 bis 40 96 größer ist als
seine maximale Höhe, ausgebildet ist, so daß das Rumpfprofil unter Vorwärtsflugbedingungen
und geringen Anstellwinkeln von * = 1 bis 120 einen ausreichend großen dynamischen
Lift
erzeugt, Zugleich kann die Formgebung des Rumpfes unter Berücksichtigung der genannten
Formgestaltungsmerkmale so gewählt werden, daß sie die RumDfoberfläche und damit
das Strukturgewicht bei größtmöglichem Rumpfvolumen minimiert, dabei aber zugleich
aerodynamisch möglichst optimiert ist, wodurch sowohl der Formwiderstand als auch
der induzierte Widerstand minimiert wird0 Das Flugzeug benötigt keine großflächigen
und weit ausladenden Tragflächen. Die Triebwerke können an kurzen und schmalen Querauslegern
des Kielträgers angeordnet werden. Im übrigen empfiehlt es sich, die Rumpfgeometrie
so zu gestalten, daß ein Stromlinienkörper gebildet wird, bei dem der Ablösepunkt
der Luftgrenzschicht in der hinteren Hälte des Rumpfes, möglichst in den letzten
20 96 der Rumpflänge liegt. Dies bedeutet, daß der Rumpfquerschnitt mit der größten
Höhe und Breite, d.h. mit der größten Haupt- und Nebenachse der Ellipse, in Rumpflängsrichtung
gesehen, in der rückwärtigen Hälfte des Rumpfes liegt0 Der als Hohlträger ausgebildete
biege- und torsionssteife Kielträger bildet das tragende Rückgrat des Flugzeuges.
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Er liegt weitgehend innerhalb der Rumpfgeometrie. Vorzugsweise ist
die Anordnung so getroffen, daß der Kielträger im vorderen Bereich aus dem Rumpfprofil
heraustritt und an seinem außenliegenden Ende eine verschließbare Zugangsöffnung
aufweist, die vorzugsweise durch eine aufklappbare Rampe od.dglO verschlossen werden
kann. Der Kielträger bildet demgemäß im Bugbereich einen etwa höckerartig nach unten
aus dem Rumpfprofil herausragenden Vorsprung, der in vorteilhafter Weise den dynamischen
Lift unter Kurzstartbedingungen erhöht. Zugleich ergibt sich mit dieser Konstruktionsmaßnahme
eine gute Zugänglichkeit des Frachtraumes im Inneren des Kielträgers. Der Kielträger
liegt im Ubrigen verhältnismäßig tief, d.h. im Kiel des Rumpfes, wodurch
sich
eine für die Stabilität günstige tiefe Schwerpunktlage ergibt.
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Für das günstige Verhältnis von Strukturgewicht zu Strukturfestigkeit
maßgebend ist nach vorstehendem einerseits die an ein Tragflügelprofil angenäherte
Rumpfgeometrie, die die Verwendung von Tragflächen größerer Spannweiten überflüssig
macht, andererseits die Integration des den Frachtraum einschließenden biege- und
torsionssteifen Kielträgers in das Rumpfprofil, der dabei das tragende Rückgrat
des Flugzeuges bildet, das die Triebwerke, die Transportlast und auch das Fahrwerk
trägt. Damit ergibt sich zugleich die Möglichkeit, die Rumpfschale als Gitterkonstruktion
in Leichtbauweise auszugestalten, wobei aber die aus dem Netzwerk von Dreieckfeldern
bestehende, aus Stäben und Knoten aufgebaute Gitterkonstruktion eine ausreichend
hohe Strukturfestigkeit erhalten kann. Eine vorteilhafte Erhöhung der Formstabilität
des Rumpfes läßt sich hierbei dadurch erreichen, daß das Traggas im Rumpf unter
einem solchen Druck gehalten wird, daß die Rumpfschale eine ihre Formstabilität
erhöhende Vorspannung erhält.
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Die Verbindung der die Rumpfhülle bildenden Mantelfolie mit der Gitterkonstruktion
über flexible Verbindungselemente ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. Durch
den im Rumpfinneren wirkenden Überdruck des Traggases hat die Rumpfhülle die Tendenz
sich auzudehnen. Diese Dehnungsbewegungen werden durch die flexiblen Verbindungselemente
aufgefangen, die dabei an den Knotenstücken der Gitterkonstruktion einen senkrecht
nach außen gerichteten Zug ausüben, der die Gitterschale unter der gewünschten Vorspannung
hält, Hierdurch ergibt sich eine formsteife Struktur, Da in ihr nur Zugkräfte auftreten,
können die Strukturelemente
der Gitterkonstruktion kleiner und
leichter sein, wodurch sich nicht unerhebliche Gewichtseinsparungen erzielen lassen.
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Die Verbindung der Mantelfolie mit den Knoten stücken der Gitterkonstruktion
mit Hilfe der flexiblen Verbindungselemente erlaubt Atmungsbewegungen der Gitterschale
und ihrer Strukturelemente, ohne daß es hierbei zu schädlichen Spannungen kommen
kann. Um die vorgenannte Vorspannung zu erzielen, empfiehlt es sich, im Bug- und
im Heckbereich des Rumpfes Jeweils eine Luftkammer vorzusehen, die durch die das
Traggas aufnehmende Hauptkammer durch eine elastiche Membrane od.dgl. abgetrennt
ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß sich der Luftdruck in den Kammern
zur Erzielung der gewünschten Vorspannung in der Rumpfgitterschale veränderlich
einstellen läßt. Die Anordnung wird zweckmäßig so getroffen, daß die beiden Luftkammern
unabhängig voneinander mit Luft beaufschlagbar sind und entlüftbar sind. Über den
Luftdruck in den Luftkammern läßt sich der Innendruck in der das Traggas aufnehmenden
Hauptkammer des Rumpfes in Anpassung an die jeweiligen Flug;Bedingungen einstellen.
Damit ist auch eine optimale Einstellung des aeroelastischen Verhaltens des Flugzeuges
unter den unterschiedlichen Turbulenzbedingungen sowie eine Anpassung an die Jeweiligen
Biegemomente, die der Rumpf unter verschiedenen Reisegeschwindigkeiten und vertikalen
Böen aufzunehmen in der Lage sein muß, möglich.
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Vorteilhaft ist ferner, daß mit Hilfe der beschriebenen Rumpfstruktur
und der veränderlichen Einstellung des Traggas-Innendrucks eine Enteisung des Rumpfes
durchgeführt werden kann. Bei Vereisung wird durch Eindrücken von Luft in die Luftkammern
der Innendruck im Rumpf auf seinen maximal zulässigen Wert erhöht, Der flexible
Teil der Rumpfoberfläche, der von der Mantelfolie abgedeckt wird, wächst
hierbei
um etwa 1 bis 2 6 in Umfangarichtung, wodurch das angelagerte Eis abgespre werden
kann. Der Enteisungsvorgang läßt sich beliebig oft wiederholen.
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Die oben genannten flexiblen Verbindungselemente, welche die Mantelfolie
mit den Knotenpunkten der Gitterkonstruktion verbinden, bestehen vorzugsweise aus
Flachstreifen, doh. flachen Bandelementen, die mit einer über ihre Länge verlaufenden
gewellten oder zahnbogenartigen Profilierung versehen sind, wobei die vorspringenden
Anschlußteile dieser Profilierung mit den Knotenstücken verbunden werden, vorzugsweise
mittels Verbindungslaschen, die z.B.
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mit einem Schlitz für den Schlaufendurchgriff der Anschlußteile der
Bandelemente versehen sind und die sich z.B. mittels Schrauben, Nieten od.dgl.-mit
den KnotenstUkken verbinden lassen. Die Knotenstücke weisen zweckmäßig im Umfangsbereich
Anschlußstutzen für den Anschluß der Stäbe des Gitterwerks sowie auf einander gegenüberliegenden
Seiten Anschlüsse für die genannten Bandelemente und die Zugglieder auf.
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Die Gitterkonstruktion des Rumpfes ist vorteilhafterweise so ausgebildet,
daß die Stäbe einerseits eine Vielzahl von in parallelen Querschnittsebenen des
Rumpfes umlaufenden Stablinien und andererseits eine Vielzahl von in Rumpflängsrichtung
schraubenförmig um den Rumpf umlaufenden parallelen Stablinien bilden. Die flexiblen
Bandelemente verlaufen hierbei parallel zueinander in Längsrichtung des Rumpfes,
wobei sie selbstverständlich der stromlinienförmigen Innenkontur der Rumpfschale
folgen, Es empfiehlt sich9 die Gitterkonstruktion des Rumpfes im Bug- und Heckbereich
sowie zweckmäßig rauch im Kielbereich durch eine Paneel-Beplankung odOdglO zu einem
starren Strukturgebilde
auszusteifen, wobei die Gitterkonstruktion
auf dem Zwischenbereich zwischen dem ausgesteiften Bug-und Heckbereich die Mantelfolie
trägt. Der Kielträger, der an seinem rückwärtigen Ende einen Heckkonus mit horizontalen
Stabilisatoren und an seinem vorderen Ende zweckmäßig einen aufragenden Bugkorb
od.dgl. trägt, verbindet den ausgesteiften Bugbereich des Rumpfes mit dem ausgesteiften
Heckbereich des Rumpfes bzwo dem Heckkonus, wodurch ein über die gesamte Rumpflänge
durchgehender stabiler Träger gebildet wird, welcher zur Formstabilität des Rumpfes
beiträgt.
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Mit dem Kielträger sind im übrigen Querausleger verbunden, die seitlich
aus dem Rumpf herausragen und die Triebwerke des Flugzeuges, vorzugsweise kippbar
gelagerte Propellertriebwerke, tragen. Das Flugzeug wird zweckmäßig mit vier Triebwerken
in Quadanordnung ausgestattet.
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Es empfiehlt sich weiterhin, ein Wärmeaustauschsystem vorzusehen,
mit welchem sich unter Ausnutzung der Abgaswärme der Triebwerke das im Rumpf befindliche
Traggas und/oder die Luft in zumindest einer der beiden Luftkammern erwärmen läßt,
um den statischen Auftrieb zu erhöhen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den einzelnen Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Erfindung. In der Zeichnung zeigen: Fig0 1 ein erfindungsgemäßes
Hybrid-Flugzeug schematisch in Seitenansicht Figo 2 das Flugzeug nach Fig. 1 in
Draufsicht;
Fig0 3 das Flugzeug nach den Figuren 1 und 2 in einer
Heckansicht; 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; Fig0 5 den Kielträger in Seitenansicht; Fig. 6 die Gitterkonstruktion des Rumpfes
mit dem integrierten Kielträger in einer Rumpf-Seitenansicht; Fig. 7 die Gitterkonstruktion
in einer Draufsicht auf den Rumpf; Fig. 8 in schematischer Vereinfachung einen Querschnitt
durch den Rumpf; Fig. 9 einen Ausschnitt auf die Gitterkonstruktion entsprechend
dem Ausschnitt IX der Fig. 6 mit der Verbindung der Mantelfolie mit der Gitterkonstruktion;
Fig. 10 einen Schnitt nach Linie X-X der Fig. 9; Fig0 11 einen einzelnen Knotenpunkt
der Gitterkonstruktion nebst der Verbindung des Knotenpunktes mit der Mantelfolie
in größerem Maßstab; Fig. 12 einen Schnitt nach Linie XII-XII der Fig0 11;
Fig.
13 schematisch einen Querschnitt durch den Kielträger; Fig. 14 das Flugzeug nach
den Figuren 1 bis 13 in einer Seitenansicht mit dem im Rumpf befindlichen Luftkainmersystem;
Fig. 15 den Rumpf in einer Teil-Draufsicht mit Wärmeaustauschsystem.
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Bei dem dargestellten Flugzeug handelt es sich um ein V/STOL-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 sind.
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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 Flügel kurzer Streckung ausgebildet, der aufgrund seiner Tragflächenwirkung
unter Vorwärtsflugbedingungen den hauptsächlichen dynamischen Lift erzeugt Die horizontalen
Stabilisatoren 3 am Flugzeugheck sind zweckmäßig so gestaltet, daß sie größenordnungsmäßig
etwa 30 6 des dynamischen Liftes aufbringen0
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 Spitze, die zur horizontalen
Längsmittelebene symmetrisch ist.
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Mit L ist in den Figuren 1 und 2 die Gesamtlänge des Rumpfes 1 einschließlich
seines Heckkonus 2 bezeichnet0 Der größte vertikale Rumpfdurchmesser 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 Rumpflänge L zwischen etwa 0,28 und 0,38 liegt, bei dem dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiel bei 0,36.
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In Draufsicht hat der Rumpf 1 die in Fig0 2 gezeigte Formgebung, die
in grober Annäherung dieJenige eines Rechteckes oder Trapezes ist, dessen gegenüberliegende
Seiten durch die gekrümmten Kurven 7 gebildet werden. Das Profil ist in Draufsicht
zur Mittelachse, die mit der vertikalen Längsmittelebene des Rumpfes 1 zusammenfällt,
symmetisch. Die Stelle mit dem größten horizontalen Durchmesser bzw. der größten
horizontalen Breitenabmessung ist durch den Pfeil X max bezeichnet. Der größte horizontale
Rumpfdurchmesser DH max beträgt etwa das 1,4 bis 2fache, bei dem dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispiel etwa das 1,5fache des größten vertikalen Rumpfdurchmessers DV
max Die Stellen mit dem größten vertikalen Durchmesser DV max und dem größten horizontalen
Durchmesser DH max liegen 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 Rumpfende befindet. Damit wird sichergestellt,
daß die Abrißstelle der den Rumpf 1 umströmenden Luftgrenzschicht möglichst weit
hinten zum Heck 2 hin liegt.
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Aufgrund der vorstehend beschriebenen Rumpfgeometrie sind sämtliche
Querschnitte durch den Rumpf 1 im wesentlichen Ellipsen mit horizontal liegender
Hauptachse. Dies ist in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 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 erstrecken. Die Breite des Mittelfeldes 9, d.h.
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der Abstand der beiden parallelen Geraden 8 entspricht dem Maß DH
max I 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 Fig. 2 gezeigte Rumpf-Draufsicht im wesentlichen dieselbe Flächenform
haben wie die in Fig. 1 gezeigte Rumpf-Seitenansicht, da die kurvenförmigen Begrenzungsflächen
7 der Rumpf-Draufsicht nach Fig. 2 zumindest angenähert mit den kurvenförmigen Begrenzungen
10 der Rumpf-Seitenansicht nach Fig. 1 übereinstimmen.
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Bei der dargestellten und vorstehend beschriebenen geometrischen Form
des Rumpfes 1 handelt es sich um eine aerodynamische Formgebung, die die Verhältnisse
von Rumpfoberfläche zu Rumpfvolumen zu dynamischem Lift des Rumpfes optimiert. Dies
bedeutet zugleich eine Minimierung der RumpSoberflläche und damit des Rumpf-Strukturgewichtes
bei größtmöglichem Rumpfvolumen unter Berücksichtigung 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 96 seiner Rumpflänge
verlegt ist.
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Das tragende Rückgrat des Hybrid-Flugzeuges bildet der in den Figuren
4, 5 und 6 gezeigte Kielträger 11, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem Fachwerk-Hohlträger besteht. 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 Figo 4 zeigt0 Der Kielträger
11 hat auf ganzer Länge im wesentlichen eine gleichbleibende Breite, die zumindest
angenähert der Differenz DH max DV max entspricht. 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 Rumpfprofil vorspringende höckerartige Ansatz 12 erhöht mit seiner schräg zur
Rumpfachse stehenden Stirnfläche 14 den dynamischen Lift des Flugzeuges unter Kurzstartbedingungen.
Zu gleich ergibt sich mit dieser Anordnung eine gute Zugänglichkeit des von dem
rechteckigen Innenraum des Kielträgers 11 gebildeten Frachtraumes. 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 bzwO 18 verschließbar ist0
Auf diese Weise ist ein nahezu ebenerdiger Zugang zu dem von vorne nach hinten durchgehenden
Frachtraum im Inneren des KittrEgers vorhanden.
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Der Kielträger 11 erstreckt sich heckseitig bis in den Übergangsbereich
zum Heckkonus 2o Wie Fig. 5 zeigt, weist der Kielträger 11 am hinteren Ende einen
aufragenden Balkenansatz 19 auf, welcher den als gesonderte Baueinheit gefertigten
Heckkonus 2 trägt. Wie in Fig. 4 strichpunktiert angedeutet ist, kann der Heckkonus
2 zusätzlich zu den horizontalen Stabilisatoren 3 eine vertikale Stabilisierungsflosse
20 aufweisen.
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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.
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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 zuganglicher
Hohlträger gebildet wird. Es besteht auch die Möglichkeit, den Kielträger 11 aus
einem Kunststoff-Vollträger, statt aus einem Fachwerkträger, herzustellen.
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Mit dem Kielträger 11 fest verbunden sind zwei quer zu dem Kielträger
verlaufende parallele horizontale Querträger 22, die, wie die Figuren 4 und 5 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 tragens
Die vier Triebwerke 4 in Quadanordnung bestehen vorzugsweise aus Propellerantrieben,
die, wie bei Kipp-Propeller-Flugzeugen bekannt, an den Querauslegern 5 um horizontale
Kippachsen schwenkbar gelagert sindp so daß sie sich wahlweise auf Vertikal schub
oder auf Vorwärts schub einstellen lassen,
Anstelle der Propellerantriebe
können aber auch Strahltriebwerke vorgesehen werden. Auch besteht die Möglichkeit,
am Heckkonus 2 des Flugzeuges zwei den Vorwärtsschub bewirkende Triebwerke parallel
nebeneinander anzuordnen. Zwei weitere Triebwerke können dabei an zwei Querauslegern
5 angeordnet werden, die den Vertikalsohub bewirken. Durch Schubmodulation und Schubvektorverstellung
der vier Triebwerke läßt sich die Fluglage zu allen drei Flugachsen bestimmen. Außerdem
kann das Flugzeug in bekannter Weise mit Höhen- und Seitenrudern, von den Triebwerken
angeblasenen Stellklappen u.dgl. ausgestattet sein.
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Diese Einrichtungen sind in der Zeichnung nicht näher dargestellt
Der als Flügel kurzer Streckung ausgebildete und zugleich den Aufnahmebehälter für
das statische Traggas bildende Rumpf 1 besteht aus einem formstabilen Stromlinienkörper,
dessen Rumpfschale, wie vor allem in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist, aus einer
Gitterkonstruktion 23 besteht, die aus in Knotenpunkten 24 verbundenen, vorzugsweise
rohrförmigen Stäben 25, insbesondere Kunststoffstäben, gebildet ist. In jedem Knotenpunkt
24 sind sechs Stäbe 25 in gleichen Winkelabständen zueinander verbunden, so daß
die Gitterkonstruktion 23 ein Netzwerk von Dreieckfeldern bildet. Die Anordnung
ist so getroffen, daß die Stäbe 25 der Gitterkonstruktion einerseits eine Vielzahl
von in parallelen Querschnittsebenen des Rumpfes 1 umlaufende Stablinien und andererseits
eine Vielzahl von in Rumpflängsrichtung schraubenförmig um den Rumpf umlaufendenStablinien
bilden. Die Größe der DreieckSelder des Netzwerks nimmt von derJenigen Stelle, an
welcher der Rumpf 1 die größte elliptische Querschnittsfläche mit der Ellipsen-Hauptachse
DH max und der Ellipsen-Nebenachse DV max aufweist, zum Bug 13 und zum Heckkonus
2 hin ab, wobei
sich das Netzwerk der Dreieckfelder zum Bug und
zum Heck hin verdichtet, wie insbesondere Fig. 6 zeigt.
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Die so ausgebildete Gitterkonstruktion 23 des Rumpfes 1 ist im Bereich
des Buges 13 durch eine die Dreieckfelder abdeckende Bug-Beplankung zu einem starren
Strukturgebilde ausgesteift, Der so ausgesteifte Bugbereich ist in Fig. 6 durch
das dunkel angelegte Bugfeld 26 bezeichnet. Eine entsprechende Aussteifung durch
eine Paneel-Beplankung ist im Heckbereich vorgesehen, wie in Fig.
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6 durch das dunkel angelegte Feld 27 angedeutet ist. Die Beplankung
im Bug- und Heckbereich besteht vorzugsweise aus verstärkten Kunststoffplatten.
Eine entsprechende Beplankung wird vorteilhafterweise auch im Kielbereich an der
Unterseite des Kielträgers 11 vorgesehen.
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Der Bereich zwischen der Bug-Beplankung 26 und der Heck-Beplankung
27 ist durch eine flexible Mantelfolie 28 (Figuren 8 bis 11) abgedeckt, die aus
einer gewebeverstärkten mehrlagigen Kunststoffolie besteht. Die Knotenpunkte 24
der Gitterkonstruktion 23 werden von KnotenstUkken 29 gebildet, die in den Figuren
11 und 12 in größerem Maßstab gezeigt sind. Die Knotenstücke 29 weisen eine etwa
hexagonale Form auf und sind am Umfang mit sechs in gleichen Winkelabständen zueinander
angeordneten Anschlußstutzen 30 für den Anschluß der aus Kunststoffrohren bestehenden
Stäbe 25 versehen. Außerdem weisen die Knotenstücke 29 Anschluß organe für den Anschluß
der Mantelfolie 28 auf 0 Die Verbindung der Mantelfolie 28 mit den Knotenstücken
29 erfolgt mit HilSe von flexiblen Bandelementen in Form von Flachstreifen, die
aus demselben Folienmaterial bestehen können wie die Mantelfolie 28o Die flexiblen
Bandelemente 31 werden zweckmäßig so angeordnet, daß sie sich in Rumpflängsrichtung
erstrecken, wobei sie der stromlinienförmigen Kontur des Rumpfes folgen, Die Bandelemente
31
weisen eine gewellte oder, wie in Fig. 9 und 11 gezeigt, eine etwa zahnbogenartige
Profilierung auf, deren in Abständen zueinander angeordnete und Uber bogenförmige
Einziehungen 33 verbundene Vorsprünge schmale Anschlußteile 32 für den Anschluß
an den Knotenstücken 29 bilden. Die flachen Bandelemente 31 sind an ihrer geradlinigen
Bandkante 34 mit der Innenfläche der Mantelfolie 28 verbunden, was durch Kleben,
Schweißen oder auf sonstige Weise geschehen kann. Die Verbindung mit den Knotenstücken
29 erfolgt über Verbindungslaschen 35, die einen Schlitz 36 aufweisen, durch den
die schmalen vorspringenden Anschlußteile32 unter Bildung einer Schlaufe hindurchgezogen
werden, die dann z.B. mittels Nieten 37 od.dgl. geschlossen wird. Die Verbindungslaschen
35 weisen Laschenansätze 38 auf, die in Einsteckschlitze der Knotenstücke 29 eingesteckt
und in diesen mittels Schrauben, Bolzen, Nieten 39 od.dgl. festgelegt werden. Auf
diese Weise ist die Mantelfolie 28 sowohl in radialer Richtung als auch quer hierzu
begrenzt beweglich mit der Gitterkonstruktion 23 verbunden.
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Die Knotenstucke 29 weisen auf der der Laschen-Anschlußseite gegenüberliegenden
Seite einen Anschluß 40 fUr Zugglieder 41 auf, welche die Verbindung der Gitterkonstruktion
23 des Rumpfes 1 mit den Kielträger 11 herstellen.
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Wie vor allem die Figuren 6, 7 und 8 zeigen, ist der im Querschnitt
rechteckige Kielträger 11 längs durch den Rumpf hindurchgeführt und in die Gitterkonstruktion
23 der Rumpfschale integriert. Die Verbindung der Gitterkonstruktion 23 mit dem
Kielträger 11 erfolgt über eine Vielzahl an Zuggliedern, die über die Länge des
Kielträgers 11 verteilt zwischen diesem und der Gitterkonstruktion angeordnet und,
wie in Fig. 8 gezeigt, strahlformig zueinander über die elliptischen Querschnittsflächen
des Rumpfes
verteilt sind, so daß die Verbindung zwischen dem Kielträger
ii und der Gitterkonstruktion 23 im wesentlichen über den gesamten Rumpfumfang und
über angenähert die gesamte Rumpflänge erfolgt, mit Ausnahme der ausgesteiften Endbereiche
26 und 27. Die Zugglieder 41 bestehen z.B. aus zugfestem Kunststoffmaterial. Sie
sind in den Anschlüssen 40 (Fig. 11) an den Knotenstücken 29 und in Anschlüssen
42 (Fig. 8) an den oberen Seitenbereichen des Kielträgers 11 angeschlossen. Vorzugsweise
sind in die Verbindungen der Zugglieder oder in diese selbst elastische Mittel eingeschaltet,
die gewisse Atmungsbewegungen der Gitterkonstruktion 23 und der Mantelfolie 28 erlauben.
Im Kielbereich ist der Kielträger 11 zweckmäßig über druckfeste Streben 43 od.dgl.
mit der Gitterkonstruktion 23 verbunden, wodurch die Einbindung des Kielträgers
11 in die Gitterkonstruktion zusätzlich stabilisiert wird.
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Wie in Fig. 13 gezeigt ist, kann eine mit dem Kielträger 11 verbundene
flexible Dichthülle 43 vorgesehen sein, die aus seitlichen Bahnen 44 und einer oberen
Bahn 45 besteht, die mit den seitlichen Bahnen be 46 verbunden ist.
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An diesen Verbindungsstellen 46 können die Zugglieder 41 angeschlossen
sein. Die Dichthülle 43 umschließt den Kielträger 11 im Seiten- und Kopfbereich
und dichtet dadurch den Innenraum des Kielträgers gegenüber dem das Traggas aufnehmenden
Innenraum des Rumpfes 1 ab, in dem sich die Zugglieder 41 befinden. An der Unterseite
ist der Kielträger durch die oben genannte Beplankung 47 verschlossen.
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Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, die Dichthülle 43 um den
gesamten Kielträger 11 herum zu legen, 90 daß sie einen Dichtschlauch bildet, in
welchem sich der Kielträger 11 befindet.
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Wie in Fig0 14 angedeutet ist, befindet sich im Inneren
des
Rumpfes 1 in dessen Bug- und Heckbereich jeweils eine Luftkammer 48 bzw. 49, die
durch eine elastische Membrane 50 bzw. 51 gegenüber der dazwischenliegenden, das
Traggas aufnehmenden Hauptkammer 52 abgetrennt ist0 Mit Hilfe von Pumpen läßt sich
der Luftdruck in den beiden Luftkammern 48 und 49 veränderlich einstellen0 Damit
ist es möglich, den Druck des Traggases in der Hauptkammer zu verändern und auf
ein solches Druckniveau einzustellen, daß die Rumpfschale, wie in Fig. 14 durch
die Pfeile 55 angedeutet, die Tendenz hat, sich mehr oder weniger auszudehnen. Diese
Dehnung wird durch die flexiblen Bandelemente 33 aufgefangen, die dabei an den Knotenstücken
29 der Gitterkonstruktion 23 eine senkrecht zu dieser wirkende Zugkraft ausüben,
welche die geodätische Rumpfschale unter der gewünschten Vorspannung hält. Aufgrund
der Vorspannung ergibt sich eine erhöhte Formstabilität der Rumpf schale. Durch
Änderung der Innendrücke in den Luftkammern 48 und 49 und damit auch in der Hauptkammer
52 läßt sich das Flugzeug den verschiedenen Betriebsbedingungen, wie Reisegeschwindigkeit,
Reisehöhe, Winddruck usw. anpassen.
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Durch Erhöhen und nachfolgendes Absenken des Innendrucks in den Luftkammern
48, 49 und damit in der Hauptkammer 52 können gezielt Atmungsbewegungen der Rumpfschale
in Richtung der Pfeile 55 bewirkt werden, um etwaiges anhaftendes Eis abzusprengen.
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Die beiden Luftkammern 48 und 49 lassen sich unabhängig voneinander
mit Luft beaufschlagen oder entlüften. Der Heckkonus 2 hinter der Luftkammer 49
ist zweckmäßig als Hohlkörper ausgebildet, dessen Innenraum mit der Luftkammer 49
in Verbindung steht, so daß er Teil dieser Luftkammer isto Bei Entlüften der Luftkammer
49 kann sich die
Membrane 51 in den hohlen Heckkonus 2 hinein verformen.
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Fig0 15 zeigt eine Teil-Draufsicht auf den Rumpf 1 mit den beiden
Querträgern 5, an denen die Motoren der Propellerantriebe 4 gelagert sind. Ferner
ist erkennbar, daß hier ein Wärmeaustauschsystem mit Wärmeaustauschern 53 vorgesehen
ist, die von den heißen Abgasen der Turbinen der Propellertriebwerke durchströmt
werden. Das im Rumpf befindliche Traggas (Helium) kann, wie durch die Pfeile 54
angedeutet, in geschlossenem Kreislauf durch das Wärmeaustauschsystem gepumpt und
dann durch die Abgase aufgeheizt in den Hauptrads 52 des Rumpfes zurückgeführt werden0
Durch die Erwärmung des Traggases läßt sich eine Steigerung des statischen Vertikalliftes
erreichen. Es besteht auch die Möglichkeit, die den Luftkammern 48, 49 bzwO in diesen
enthaltene Luft durch das Wärmeaustauschersystem 53 zu erhitzen, Dabei können die
Trennmembranen 50 und 51 als Wärmeaustauschelemente ausgelegt werden, welche die
Wärme auf das Traggas übertragen.