DE3842897A1 - Luftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Diese Luftfahrzeuge sind als Hubschrauber oder Tragschrauber bekannt. Die meisten Hubschrauber besitzen eine Rotorblattanordnung, die das Sinken und Steigen mittels einer Rotorblattverstellung, und einen Heckrotor, der den Ausgleich des von der Rotorblattanordnung erzeugten Drehmomentes gestattet. Hubschrauber, die gegenläufige Rotorblattan­ ordnungen besitzen, benötigen den Heckrotor nicht, weil durch die gegen­ läufige Bewegung dar Rotoren ein auf das Luftfahrzeug ausgeübtes Drehmo­ ment nicht auftritt.

Mit einem einen Doppelrotor mit gegenläufigen Rotorblattanordnungen aufweisenden Luftfahrzeug befaßt sich die Erfindung.

Ein wesentliches Problem derartiger Hubschrauber ist die Steuerung und die geeignete Anordnung der einzelnen Komponenten, insbesondere dann, wenn der Hubschrauber in die Klasse der Ultraleichtluftfahrzeuge eingeordnet werden soll. Hier nämlich soll die Steuerung konstruktiv einfach sein und darüberhinaus soll auch eine einfache Bedienung ermöglicht werden, um den Kostenaufwand der Flugschulung zu minimieren.

Grundsätzlich ist bekannt (siehe DE-Z: Grundlagen für Luftfahrzeugtechnik, 1980, S. 98 ff.), die Steuerung des Hubschraubers dadurch zu bewerkstelligen, daß der Rotorkopf, an dem die Rotorblätter angebracht sind, kardanisch am Hubschrauber angelenkt wird, damit der Kopf in alle Richtungen geneigt werden kann. Weitere Angaben, insbesondere wie dies bei Doppelrotorblattanordnungen verwirklicht werden soll, sind der Literaturstelle nicht entnehmbar.

Welche Probleme nämlich damit verbunden sind, diese Steuerung auszugestalten, zeigen die beiden Druckschriften GB-PS 5 95 988 und FR-PS 9 31 517. Aus der FR-PS 9 31 517 z.B. ist ein Hubschrauber bekannt, dessen Rotorkopf mittels eines im Inneren eines Gehäuses gelagerten und geführten Gestänges in der gewünschten Stellung gehalten wird. Da sich das Gestänge immer mitdrehen muß, ist die Ausführung für kostengünstig und einfach zu wartende Luftfahrzeuge kaum verwendbar; insbesondere wird der Verschleiß sehr hoch sein. Die GB-PS 5 95 988 zeigt eine ähnliche Gestaltung, nur mit einem einzigen Rotorblatt und einem als Gewichts­ ausgleich wirkenden Gegengewicht. Bei beiden Ausführungen wird nur eine einfache Rotoranordnung gesteuert und für eine Doppelrotoranordnung ist diese Steuerung nicht benutzbar.

Eine andere Steuerung, allerdings ebenfalls nur für Einfachrotoren, zeigt die US-PS 21 11 804. Hier wird eine Rotorkopfneigung mittels zweier unabhängig ausgebildeter Gestänge erreicht. Bei Doppelrotoranord­ nungen ist, wie aus der US-PS 30 34 746 hervorgeht, die Steuerung erheb­ lich komplizierter. Der Steuerknüppel ist mittels eines aufwendigen Umlenkgetriebes nur zur Vorwärts- und Rückwärtsbewegung bzw. -neigung des Rotorkopfes geeignet, und zusätzliche Steuerungen sind mittels einer Pedalverstellung durchzuführen.

Ein Hubschrauber mit zwei gegenläufigen Rotorblattanordnungen (Doppelrotoren) ist aus der DE-OS 32 36 027 bekannt geworden. Dieser Hubschrauber umfaßt zwei Einheiten, nämlich eine Rotor-Motoreinheit, bei der sich der Antriebsmotor zwischen den Rotoren befindet, und eine daran angehängte Sitzeinheit. Die Steuerung umfaßt die Möglichkeit, die Motor-Rotoreinheit zu verschwenken, um im Fluge dem Hubschrauber eine Richtungsänderung zu erteilen; wegen der an diese Einheit angehängten Sitzeinheit dürften der Start und die Landung schwierig sein, und aus diesem Grunde ist speziell für diese Flugphase eine Blattverstellvor­ richtung vorgesehen.

Offensichtlich ist die Anordnung des Motors zwischen den Rotoren wegen des dadurch sehr hochgelegenen Schwerpunktes nachteilig; diese Konstruktion ist daher auch verlassen worden und der Antriebsmotor wurde unter die Rotoren gesetzt, wobei die Sitzanordnung ähnlich einem Sitz in einem Sessellift oberhalb des Motors aufgehängt wurde (siehe DE-OSen 34 00 898 oder 35 21 251 oder PCT-WO 84/00 339). Dadurch gelangt der Schwerpunkt zwar etwas nach unten; gleichwohl sind Stabilitätsprobleme nicht ohne weiteres zu vernachlässigen. Bei den vier eben erwähnten Aus­ führungen gehen alle Steuer- und Antriebsfunktionen von einer Gehäuse- oder Rotor-Motoreinheit aus, wobei sich die Fahrgastzelle (Sitz­ anordnung) unterhalb dieser Einheit befindet. Auch hier sind Start- und Landephase schwierig durchzuführen, wehalb eine Rotorblattverstellung erforderlich wird. Der Pilot sitzt unterhalb des Antriebsmotores und befindet sich während der Start- und Landephase, also wenn der Hub­ schrauber in der Luft oder am Boden stillsteht, immer im Abgasstrom, was zu gesundheitlischen Schäden führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Luftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, das leicht handhabbar und einfach zu warten ist und dessen Zuordnung und Anordnung der einzelnen Komponenten ihm günstige und gutmütige Flugeigenschaften verleiht.

Diese Aufgabe wird erfingungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmals des Anspruches 1 gelöst.

Die Anordnung der einzelnen Komponenten bewirkt einen tiefen Schwerpunkt des Luftfahrzeuges, da alle gewichtsmäßig schweren Kompo­ nenten, inclusive Pilot, sich deutlich unterhalb der Rotoranordnungen befinden. Die einzelnen Komponenten sind, da nahe dem Boden befindlich, leicht zugänglich und daher reparaturfreundlich. Da der Antriebsmotor mit einem Reduzier- und Umlenkgetriebe hinter dem Piloten angeordnet sind, ist der Pilot kaum den Abgasen ausgesetzt, auch dann nicht, wenn das Luftfahrzeug steht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht nach Anspruch 6 darin, daß die Rotorblattanordnungen von einem Leitring umgeben sind. Dieser Leitring hat die Aufgabe, die Randwirbelverluste zu verringern, so daß der Wirkungsgrad des Luftfahrzeuges verbessert ist. Dadurch wird der Antrieb zu einem Impellerantrieb. Solche Impellerantriebe sind zwar an sich bekannt, s. z.B. DE-Z Fliegermagazin Nr. 9, 1988, Seite 12; wie aber gerade dieses Gerät gesteuert werden kann, ist aus der Literaturstelle nicht zu entnehmen. Es dürfte, da sich der Pilot und alle anderen Komponenten innerhalb des Leitringes befinden, aus Sicht­ gründen kaum fliegen.

Praktisch handelt es sich bei der Erfindung um eine besonders vorteilhafte und einfache Ausführung eines Luftfahrzeuges mit einer Gewichtskraftsteuerung, bei der durch Verlagerung des Schwerpunktes des Luftfahrzeuges bezogen auf die Rotorachse eine Steuerung in alle Richtungen erfolgen kann. Evtl. vorzusehende Steuerflächen haben die Aufgabe, den Geradeausfluß zu stabilisieren, um Gierbewegungen um die Hochachse so klein wie möglich zu halten bzw. um Kurvenflüge einfach durchführen zu können.

An Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteillhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt die einzige Figur eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges, in schematischer Darstellung.

Das Luftfahrzeug, das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, besitzt einen Grundrahmen 11 mit zwei in Abstand zueinander angeordneten Landekufen 12, an denen senkrecht verlaufende Rahmenstangen 13 befestigt sind, die ein Basisteil 14 tragen, auf dem die einzelnen Komponenten befestigt sind. In der Mitte ist ein Rahmen­ turm 15 aufgebaut, der zur Erzielung einer erhöhten Steifigkeit aus zueinander geneigt verlaufenden Stützstäben 16 und diese verbindenden Fachwerkstreben 17 zusammengebaut ist. Der Abstand der Stützstäbe 16 ist unten größer als oben, wodurch der Rahmenturm sich nach oben hin verjüngt. Hinter dem Rahmenturm 15 befinden sich ein Antriebsmotor 18, dessen Antriebswelle horizontal verläuft und an den ein Umlenk- und Reduziergetriebe 19 anschließt, welches einerseits als Drehzahlreduzier­ getriebe und andererseits als Winkelgetriebe dient, mit dem der horizontale Drehmomentenvektor des Antriebsmotors auf den senkrechten Vektor umgelenkt wird, so daß eine vertikal ausgerichtete Rotorantriebs­ welle 20 angetrieben wird, die die Antriebskraft des Motors auf die Rotoren überträgt. Vor dem Rahmenturm 15 befindet sich der Pilotensitz 21 mit einer Sitzwanne 22 und einer an dem Rahmenturm angrenzenden Rückenlehne 23. Der Basisrahmen 14 setzt sich nach vorn hin fort und trägt an seinem vorderen Ende einen Instrumentenpilz 24, wie er bei Segelflugzeugen z.B. bekannt ist, und seitlich neben dem Instrumenten­ pilz 24 zwei Fußpedale 25, auf denen sich die Füße abstützen können. Oberhalb des Motors 18 ist eine Steuerfläche 26 zur Hochachsensteuerung angebracht, die mittels der Fußpedale 25 über Lenkseile (nicht dargestellt) verstellt werden kann.

Diese Komponenten, die ggfls. durch Nutzlasthalterungen ergänzt werden können, befinden sich alle an der Rahmenanordnung und sind praktisch zueinander fest fixiert, wenn man von der Beweglichkeit der Fußpedale und der Steuerfläche absieht.

Auf dem oberen Ende des Rahmenturmes 15 ist kardanisch-gelenkig ein Getriebegehäuse 27 angelenkt, in dem sich ein gegenläufiges Drehrich­ tungsgetriebe (kurz auch Getriebe ganannt) befindet, das hier nicht näher erläutert werden muß; es hat die Aufgabe, die eine Drehrichtung der Welle 20 in die gegenläufigen Drehrichtungen der Rotorblattanord­ nungen umzusetzen. Hierzu besitzt es eine Kegelradgetriebeanordnung, wie sie z.B. in der DE-OS 21 19 974 oder der US-PS 34 34 746 beschrieben ist.

Mit der Kegelradgetriebeanordnung sind verbunden zwei gegenläufige Rotoranordnungen 28 und 29, die von einem Luftschrauben-Ummantelungsring 30 (Leitring) umgeben sind. Dieser Leitring 30, der, wie gestrichelt gezeichnet, im Innenbereich eine Tragflügelprofilform mit maximaler Profildicke "d" im Bereich der unteren Kante aufweist, ist mittels nicht näher dargestellter Streben mit dem Getriebegehäuse 27 fest verbunden.

Am Getriebegehäuse 27 ist eine Steuerstange 31 befestigt, mit der das Getriebegehäuse 27 zusammen mit den Rotoren 28 und 29 und dem Leitring 30 gegenüber den übrigen Komponenten verschwenkt werden kann. Das Getriebegehäuse ist mittels eines Kardangelenkes (nicht näher dar­ gestellt) mit dem oberen Ende des Rahmenturmes verbunden, der Anschlag­ flächen 32 aufweist, damit die Rotorblattanordnungen 28 und 29 in Ruhestellung abgelegt werden können; dann liegt die untere Getriebe­ gehäusefläche auf diesen Anschlagflächen auf.

Claims (7)

1. Luftfahrzeug, mit einem Hubrotor mit zwei Rotorblattanordnungen, mit einem gestellartigen Rahmen, an dem wenigstens ein Pilotensitz angebracht ist, mit einem Antriebsmotor, der über eine Kardanwellen­ anordnung die Rotorblattanordnungen antreibt, und mit einem Fahrgestell, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (18), das Fahrgestell (12) und der Pilotensitz (21) zusammen mit weiteren, evtl. erforderlichen Komponenten, an dem gestellartigen Rahmen (11, 15) angebracht sind, daß an dem oberen Ende des gestellartigen Rahmens (11, 15) eine aus einem in einem Getriebegehäuse (27) untergebrachten Getriebe und die Rotorblatt­ anordnungen (28, 29) gebildete Einheit kardanisch angelenkt ist, und daß an dem Getriebegehäuse (27) ein Steuerknüppel (31) befestigt ist.

2. Luftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Antriebsmotor (18) eine Antriebswelle (20) gekoppelt ist, deren Drehbewegung mittels des Getriebes in die gegenläufigen Drehbewegungen der Rotorblattanordnungen (28, 29) umsetzbar ist.

3. Luftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des Antriebsmotors (18) horizontal und die Antriebswelle (20) senkrecht dazu vertikal angeordnet ist.

4. Luftfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gestellartige Rahmen (11, 15) einen Rahmenturm (15) umfaßt, an dessen vorderer Seite der Pilotensitz (21), an dessen hinterer Seite der Antriebsmotor (18) mit einem Umlenk- und Reduziergetriebe (19), an dessen unterer Seite das Fahrgestell, und an dessen oberem Ende die Einheit aus Getriebegehäuse (27) mit Getriebe und Rotorblattanordnungen (28, 29) angeordnet sind.

5. Luftfahrzeug nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Getriebegehäuse (27) zusätzlich ein die Rotor­ blattanordnungen (28, 29) umgebender Leitring (30) befestigt ist.

6. Luftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitring (30) zumindest auf seiner Innenfläche eine tragflügelprofil­ artige Kontur aufweist, deren maximale Profildicke (d) sich im Bereich der unteren Ringkante befindet.

7. Luftfahrzeug nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Antriebsmotors (18) eine Steuerfläche (26) vorgesehen ist, die mittels als Seitenruderpedale dienenden Fußpe­ dalen (25) steuerbar ist.