DE4420219A1 - Luftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Es sind Luftfahrzeuge mit Triebwerken bekannt, welche zum Drehmomentsausgleich auf gemeinsamer Welle zwei koaxial angeordnete Luftschrauben aufweisen. Dieses Prinzip wird beispielsweise bei Hubschraubern verwendet, um auf einen Heckrotor verzichten zu können. Auch bei Turbinen-Pro­ peller-Triebwerken werden Zweifach-Luftschrauben verwen­ det, die entweder beide als Zugschrauben oder aber - stirn- und heckseitiger Anordnung - als Zug- und Druck­ schraube ausgelegt sind.

Nachteilig ist dabei, daß bei den bekannten Luftschraube­ nanordnungen mit gleichgerichteter Wirkungsrichtung beide Luftschrauben stets gemeinsam betrieben werden müssen. Ein Stillsetzen einer der beiden mit einem Antriebsmotor zugeordneten Luftschrauben würde in den meisten Fällen da­ zu führen, daß ein stabiler Flugzustand nicht aufrechter­ halten werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Luft­ fahrzeug der eingangs genannten Gattung die Adaptionsfä­ higkeit an unterschiedliche Flugbedingungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine wahlweise antriebsmäßige Verbindung von für ver­ schiedene Flugbedingungen ausgelegter Propeller insgesamt ein wirtschaftlicherer Flugbetrieb erreicht werden kann als mit nur einem einzigen Propeller, der für alle Flugphasen in gleicher Weise verwendbar ist. Dabei kommt hinzu, daß eine für die Benutzung während der Start- und Landephase ausgelegte Luftschraube in ihrem Durchmesser derart eingeschränkt sein muß, daß sie bei Bodenkontakt des Fahrwerks nicht ebenfalls den Boden berührt. Dies steht einer Optimierung für den Betrieb in Höhen oberhalb von 10 000 m entgegen - es sei denn es werden extrem hohe Fahrwerke vorgesehen oder der Propeller wird oberhalb des Rumpfes montiert. Ersteres führt bei Einziehfahrwerken zu extrem großen Fahrwerksschächten, letzteres zu einem Trim­ mung des Flugzeugs mit der Tendenz die Nase abzusenken, die durch eine ständige Gegenwirkung des Höhenruders kom­ pensiert werden muß.

Insbesondere sind die Blätter der ersten, kleineren Luftschraube derart falt- oder klappbar ausgebildet, daß ihre maximale Erstreckung, ausgehend von ihrer Drehachse, in einer Ruheposition kleiner ist als die entsprechende maximale Erstreckung in der Betriebsposition. Auf diese Weise ist eine optimale Stromlinienform im Reiseflug­ betrieb gewährleistet.

Wenn die erste und/oder zweite Luftschraube zweiblättrig ausgebildet ist, läßt sich diese optimal stauen bzw. hori­ zontal ausrichten, so daß eine Bodenberührung in der Anflugphase und beim Rollen ausgeschlossen ist, insbeson­ dere, wenn der Propellerkreis der zweiten Luftschraube in ihrer Betriebsposition diejenige Fläche schneidet, in der die Bodenberührungspunkte des Fahrwerks gelegen sind.

Die Blätter der zweiten Luftschraube sind insbesondere in einer horizontalen Position in Segelstellung arretierbar, so daß bei Start und Landung sowie beim Flug in niedrigen Luftschichten nur ein geringer zusätzlicher Luftwiderstand besteht.

Wenn die erste Luftschraube, bezogen auf das Ende des Rumpfes oder der Triebwerksgondel, vor der zweiten angeordnet ist, bestehen günstige Staumöglichkeiten für die erste Luftschraube; insbesondere wenn die Achsen der beiden Luftschrauben im wesentlichen koaxial ausgerichtet sind, vereinfacht sich auch die räumliche Anordung innerhalb der Rumpfkonfiguration.

Ins besondere wird die Drehzahl der zweiten Luftschraube durch ein Zwischengetriebe untersetzt, wobei es sich bei dem Zwischengetriebe um ein Planetengetriebe handelt.

Vorzugsweise die Blätter der ersten Luftschraube sind um in der Nähe der Drehachse gelegene Achsen derart schwenkbar, daß sie in einer Ruhestellung den benachbarten Querschnitt des Rumpfes oder der Triebwerksgondel nicht überragen. Weiterhin sind dabei die Schwenkachsen parallel zur Rotationsachse gerichtet.

Günstigerweise werden ferner die Blätter der ersten Luftschraube durch Federn in der Ruhestellung gehalten, wobei die Blätter der ersten Luftschraube im Betriebs­ zustand durch einen verschließbaren, den Rumpf in Querrichtung umlaufenden Spalt ragen, der Spalt durch eine in bzw. gegen die Flugrichtung verschiebbare Nasen- oder Heckverkleidung verschließbar ist.

Weiterhin günstig ist, daß die zweite vorhandene Luft­ schraube auch ein Sicherheitsmoment bildet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugs in schematisierter Seitenansicht,

Fig. 2 dasselbe Ausführungsbeispiel in Frontansicht,

Fig. 3 eine Detailansicht sowie

Fig. 4 und 5 ein anderes Detail in zwei verschiedenen Betriebspositionen.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Flugzeug schematisch in Seitenansicht wiedergegeben, während es Fig. 2 in Frontansicht zeigt. Die nachfolgende Beschreibung nimmt gleichzeitig auf diese beiden Figuren Bezug.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Flugzeug 1 handelt es sich um ein einmotoriges Geschäfts- oder Reiseflugzeug, welches für unterschiedlichste kommerzielle Zwecke - aber auch als Sportflugzeug - geeignet ist.

Ein flüssigkeitsgekühltes Triebwerk 2 mit etwa 125 kW (zuzüglich 20% Leistungsreserve) ist zentral im Rumpf 3 unterhalb des in "Cantilever"-Schulterdeckerposition mon­ tierten Flügels 4 vorgesehen. Die Treibstoffkapazität beträgt etwa 1150 kg während die Nutzlast 450 kg beträgt. Die Nutzlast kann verteilt in zwei Rumpfbereichen 5 und 6 aufgenommen werden, wobei sich im vorderen Rumpfbereich 5 der Pilotensitz und gegebenenfalls die Plätze von Passa­ gieren befinden. Der hintere Rumpfbereich 6 steht vor­ zugsweise für Fracht oder den Einbau von Spezialgeräten wie Luftbildkameras, Meßsonden und dergl. zur Verfügung. Durch die dargestellte Konstruktion können bei Varianten eines Serientyps nach einem Baukastensystem jeweils Rump­ felemente eingefügt werden, welche für die vorgesehene Anwendung besonders ausgestaltet sind. Die betreffenden Rumpfbereiche sind durch Bolzen verbunden.

Das Leitwerk 7 ist T-förmig ausgebildet. Das zweirädrige Hauptfahrwerk 8 ist voll einziehbar, wobei jedes Rad in einen eigenen verschließbaren Schacht eingezogen wird. Das Spornrad ist steuerbar. Die Bodenebene bei geparktem Flug­ zeug ist durch die strichpunktierte Linie 10 angedeutet, während die Linie 11 die Bodenebene kurz vor dem Abheben des Flugzeugs wiedergibt. Der Winkel zwischen beiden Ebe­ nen beträgt ca. 5°.

Das Flugzeug ist für hohe Nutzlasten bei kleinem Luft­ widerstand ausgelegt. An den Flügeln sind lange "span­ flaps" und ailerons an den rückwärtigen Enden zur Anpassung der tragenden Luftströmung an die Flugbedin­ gungen vorgesehen. Der Rumpf besteht aus einem geschweiß­ ten Stahlrohr mit CFRP-Beschichtung. Die Flügel sind aus drei Sektionen zusammengesetzt und bestehen ebenfalls aus CFRP.

Das Triebwerk 2 ist über - weiter unten dargestellte - Getriebemittel wechselweise mit zwei Luftschrauben 11 und 12 verbindbar. Während die Blätter der Luftschraube 11 feststehend angeordnet sind, können die Blätter Luft­ schraube 12 - wie es ebenfalls weiter unten dargestellt ist - in eine Ruheposition eingefaltet und hinter der verschiebbaren Nasenverkleidung 13 verborgen werden. Die Blätter der Luftschraube 11, die - wie in Fig. 1 ersichtlich - in Bodennähe oder beim Rollen mit ihren End­ bereichen mit dem Boden kollidieren würden, werden nur in großen Flughöhen ab 25 000 bis 35 000 ft benutzt. Andern­ falls nehmen sie eine horizontal ausgerichtete Ruhestel­ lung ein, wie sie in Fig. 2 angedeutet ist.

An Hand von Fig. 3 sollen die Antriebsmittel und die Betätigungen zur Veränderung des Antriebs erläutert wer­ den. (Die mit nachfolgend nicht aufgeführten Bezugszeichen versehenen Bauelemente wurden schon anhand der zuvor dargestellten Figuren erläutert und brauchen hier nicht näher dargestellt zu werden.) Das Triebwerk 2 ist über eine Welle 14 über ein Ritzel 15 mit mit einem Getriebe 16 verbunden, wobei ein inneres Zahnrad 17 mit Außenverzah­ nung über eine Kupplung mit einer Nabe 19 der kleineren (ersten) Luftschraube 12 verbunden ist, welche um Achsen 21 bzw. 22 drehbare Blätter aufweist. Wenn die Kupplung 18 aktiviert ist, gelangen die Blätter infolge der ein­ wirkenden Fliehkraft gegen die Rückstellwirkung von Federn in die (dargestellte) Arbeitsstellung (vergleiche auch Fig. 4). Ihre Ruhestellung ist in Fig. 5 wiedergegeben. Die Rumpfnase ist über ein Betätigungselement 26 ver­ schiebbar und verbirgt die in ihrer Ruhestellung befind­ lichen Blätter 22 und 23.

Durch Betätigung der Kupplung 27 wird der große (zweite) Propeller 11 über ein äußeres Zahnrad 28 mit Innenverzah­ nung über das Zahnrad 15 mit dem Antrieb verbunden. Die Blätter 29 und 30 werden dabei in eine Stellung zum Vortrieb geführt. Bei ausgerückter Kupplung 27 befinden sich die Blätter dagegen in Segelstellung und werden in einer horizontal ausgerichteten Position arretiert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Neigung und Leistung des Propellers 11 ist für einen Betrieb in dünnen Luftschich­ ten bei Reisegeschwindigkeit des Flugzeugs ausgelegt, während der Propeller 12 für Start und Flug in Bodennähe optimiert ist. Die beiden Kupplungen 18 und 27 werden abwechselnd aktiviert, so daß beiden Propellern 11 und 12 jeweils die volle Triebwerksleistung zur Verfügung steht. Bevorzugt werden die beiden Luftschrauben 11 und 12 gegenläufig angetrieben, so daß auch für den Fall, daß beide Luftschrauben kurzfristig gleichzeitig betrieben werden, die auftretenden Momente nicht unzulässig groß werden.

Bei einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführung können die Luftschrauben 11 und 12 nach heckwärts gerichtet auch als Druckschrauben wirken. Desgleichen kann ein Flugzeug entsprechend mit mehreren Triebwerken in getrennten Motorgondeln versehen werden, die bevorzugt im Bereich der Tragfläche vorgesehen sind.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (14)

1. Luftfahrzeug, inbesondere mit einem starren Tragflü­ gel, mit mindestens einem Antriebsmotor für mehr als eine Luftschraube gleicher Wirkungsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Luftschraube zum Vortrieb des Luftfahrzeugs vorgesehen ist, welche für Start- und Landebedingungen so­ wie für Flugbedingungen unterhalb einer vorgegebenen er­ sten Flughöhe bemessen ist und eine zweite Luftschraube zum Vortrieb des Luftfahrzeugs eine Radius aufweist, der größer ist als derjenige der ersten Luftschraube und für zweite Flughöhen bemessen ist, welche im wesentlichen grö­ ßer als die erste Flughöhe ist, wobei die beiden Luft­ schrauben wechselweise mit dem Antriebsmotor wirkungsmäßig verbindbar sind und jeweils einzeln an die Leistung des Antriebsmotors zur vollen Nutzung von dessen Leistung zum Vortrieb angepaßt sind.

2. Luftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Blätter der ersten Luftschraube derart falt- oder klappbar sind, daß ihre maximale Erstreckung, ausgehend von ihrer Drehachse, in einer Ruheposition kleiner ist als die entsprechende maxi­ male Erstreckung in der Betriebsposition.

3. Luftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ ste und/oder zweite Luftschraube zweiblättrig ist.

4. Luftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pro­ pellerkreis der zweiten Luftschraube in ihrer Betriebspo­ sition diejenige Fläche schneidet, in der die Bodenberüh­ rungspunkte des Fahrwerks gelegen sind.

5. Luftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter der zweiten Luftschraube in einer horizontalen Po­ sition in Segelstellung arretiert gehalten sind.

6. Luftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ ste Luftschraube, bezogen auf das Ende des Rumpfes oder der Triebwerksgondel, vor der zweiten angeordnet ist.

7. Luftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ach­ sen der beiden Luftschrauben im wesentlichen koaxial aus­ gerichtet sind.

8. Luftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der zweiten Luftschraube durch ein Zwischenge­ triebe untersetzt ist.

9. Luftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem Zwischenge­ triebe um ein Planetengetriebe handelt.

10. Luftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter der ersten Luftschraube um in der Nähe der Dreh­ achse gelegene Achsen derart schwenkbar sind, daß sie in einer Ruhestellung den benachbarten Querschnitt des Rump­ fes oder der Triebwerksgondel nicht überragen.

11. Luftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwenkachsen parallel zur Rotationsachse gerichtet sind.

12. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter der ersten Luftschraube durch Federn in der Ruhestellung gehalten sind.

13. Luftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter der ersten Luftschraube im Betriebszustand durch einen verschließbaren, den Rumpf in Querrichtung umlaufen­ den Spalt ragen.

14. Luftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spalt durch eine in bzw. gegen die Flugrichtung verschiebbare Nasen- oder Heckverkleidung verschließbar ist.