DE581610C - Anordnung fuer den Vortrieb von Hubschraubern - Google Patents

Description

Es sind Hubschrauber bekannt, bei denen der Vortrieb durch Ouerkräfte flügelartiger Treibkörper, die von dem Luftstrom einer zentral angeordneten Hubschraube beaufschlagt werden, erzeugt wird. Bei diesen Hubschraubern besteht infolge der nur geringen Kreiselstabilität die Gefahr des Kippens. Außerdem erfordert die einzige Hubschraube bei erheblichen Abmessungen einen sehr großen Leistungsaufwand zur Erzeugung des Auf- und Vortriebes, da sie lediglich wie die Zugschraube der bekannten Drachenflugzeuge wirkt. Ihr Wirkungsgrad ist also verhältnismäßig ungünstig.

Andererseits ist es bekannt, Hubschrauber mit planetenartig auf einem Drehkreuz gelagerten Hubschrauben auszubilden. Durch diese Anordnung allein läßt sich zwar in günstigerer Weise Auftrieb, jedoch kein Vortrieb erzielen.

Die Erfindung macht sich die Vorteile dieser bekannten Hubschrauberbauarten unter gleichzeitiger Vermeidung von deren Nachteilen zunutze und ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der an sich bekannten Anordnung für den Vortrieb von Hubschraubern durch Ouerkräfte flügelartiger Treibkörper, die von den Hubschraubenstrahlen beaufschlagt werden, die Arme eines auf der Hauptwelle gelagerten Drehkreuzes, das in bekannter Weise einen Kranz von Hubschrauben trägt, tragflügelähnliche, in der Drehrichtung gleichsinnig angeordnete Querschnitte aufweisen, die mit der Vorderkante gegen den Luftstrom gerichtet sind.

Dabei können die Treibkörper erfindungsgemäß in einer Ebene oder in mehreren Ebenen, entweder auf der Druckseite oder Saugseite allein oder auf beiden Seiten vorgesehen sein.

Ferner können die Treibkörper erfindungsgemäß einzeln, gruppenweise, insgesamt oder in beliebiger Kombination um waagerechte, senkrechte oder geneigte Achsen drehbar oder schwenkbar sein.

Endlich kann nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung der Anstellwinkel der tragflügelähnlichen Querschnitt aufweisenden Arme des Drehkreuzes derart bemessen sein, daß das Drehkreuz im gleichen Drehsinn wie die einzelnen Hubschrauben umläuft. Diese Ausbildung führt zu einer ganz besonders vorteilhaften Wirkungsweise der sogenannten Planetluftschrauben, d. h. also der um die eigene und gleichzeitig um eine gemeinsame Mitte umlaufenden Hubschrauben, die wegen ihrer eigenartigen Arbeitsweise gegenüber der umgebenden Luft als Schlagschrauben zu bezeichnen sind. Bei dem gleichsinnigen Umlauf der einzelnen Schrauben mit dem Drehkreuz addiert sich an den äußersten Bahnpunkten eines jeden Schraubenflügels die Umfangsgeschwindigkeit V der Flügelspitzen um die eigene Schraubenmitte zu der Umfangsgeschwindigkeit um die gemeinsame

Mitte. Wenn also die Umfangsgeschwindigkeit der Flügelspitzen gleich der Umfangsgeschwindigkeit der äußeren Endpunkte der bis an die äußersten Bahnpunkte der Schraubenflügel reichenden Drehkreuzarme ist, so haben alle Flügel an ihren äußersten Bahnpunkten die Geschwindigkeit 2 V. Hingegen betragt die tatsächliche Umfangsgeschwindigkeit der Flügelspitze an ihrem der Drehkreuzmitte zunächst gelegenen, also innersten Bahn-

zeL

punkte ~=~ V, wobei d der Luftschraubendurchmesser und D die Spannweite der Arme des Drehkreuzes ist. Außer diesem ständigen starken und sehr schnellen Wechsel der Geschwindigkeit der Luftschraubenflügel gegenüber der sie umgebenden Luft findet aber bei jeder Umdrehung der einzelnen Luftschraube an zwei weiteren Bahnpunkten der Flügelspitze je eine Umkehr auch der Geschwindigkeitsrichtung statt. Hieraus ergibt sich ein stark intermittierendes, gewissermaßen schlagartiges Bearbeiten der Luft durch die Schraubenflügel, und die dabei auftretenden plötzlichen Luftverdichtungen erzeugen einen ganz bedeutend größeren Hubeffekt, als ihn die mit kontinuierlicher Geschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft umlaufenden Luftschrauben hervorrufen. Diese Ausbildungsform führt also zu einem ganz besonders günstigen Wirkungsgrad hinsichtlich der Auftriebs- und Vortriebsbedingungen, wobei sich gleichzeitig eine vollendete Kreiselstabilität des ganzen Hubschraubers zeigt, die wiederum einen stets gleichmäßig stark wirksamen Vortrieb gewährleistet.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen dargestellt. Abb. ι und 2 erläutern im Aufriß und Grundriß das an sich bekannte Zusammenarbeiten der den durch Pfeile angedeuteten Luftstrom ansaugenden Hubschraube 1 mit den von diesem Luftstrom beaufschlagten flügelartigen Treibkörpern 2.

Die in Abb. 2 dargestellte Anordnung, bei der die Treibkörper rechteckig sind, ist nicht die allein anwendbare. Man kann auch einfach oder mehrfach in geraden Linien gebrochene oder auch in Kurven .verlaufende Grundrißformen nach den Beispielen der Abb. 3 bis 6 wählen. Dasselbe gilt für die Seitenrißformen der Treibkörper. Auch die gewählte Zahl von zwei Treibkörpern in einer Ebene ist nur beispielsweise. Grundsätzlich lassen sich auch drei, vier oder mehr anwenden. Man wird aber nur gerade so viel Treibkörper benutzen, als für den erstrebten Vortriebszweck erforderlich sind, wobei ihre Zahl nach oben von selbst begrenzt wird durch die bei zu dichter Anordnung sich er- 1 gebende Störung der Teilluftströme untereinander. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 7 sind z. B. sieben Treibkörper in einer Ebene angeordnet.

Die Erfindung ist nicht gebunden an die für die Abb. 1 und 2 angenommene Anordnung der Treibkörper auf der Druckseite der Hubschrauben, vielmehr können sie auch auf der Saugseite angewendet werden. Es ist sogar angängig, die Treibkörper auf beiden Seiten einer oder mehrerer Hubschrauben anzubringen. Die Abb. 7 und 8 zeigen dies bei Anwendung von vier Hubschrauben an einem Schraubenflugzeug.

In diesen beiden Abbildungen ist nun nicht ein gewöhnlicher Propeller wie in den Abb. 1 und 2 als Hubschrauber angewendet, sondern ein Schraubensystem, das aus vier im Quadrat angeordneten Hubschrauben 3 besteht, die nicht nur um ihre eigene Achse umlaufen, sondern auch noch um eine ihnen gemeinsame Mittelachse 4, so daß ihre Bewegungen planetenartig sind, weshalb man sie auch Planetenschrauben nennt. Treibkörper 5 sind an Trägern 6 und diese wieder am Flugzeugrumpf 7 angeordnet, dessen Längsachse immer in der gewollten Richtung gehalten werden kann, also keiner Reaktionskraft folgend und keine Drehung ausführend, so daß die Treibkörper 5 gewöhnlich stets senkrecht zur Fahrtrichtung stehen und immer in der Fahrtrichtung antreiben. Die Fahrtrichtung wird in den Bildern durch den großen nach rechts weisenden waagerechten Pfeil angegeben.

Wie Abb. 7 zeigt, sind die Treibkörper 5 unterhalb der Hubschrauben 3 vorgesehen. Aber auch über den Hubschrauben befinden sich Treibkörper, deren Anordnung jedoch von der der Treibkörper 5 verschieden ist, denn sie bilden insgesamt ein vierarmiges Drehkreuz, wie Abb. 8 zeigt. Die Arme bestehen je aus zwei zueinander parallelen Treibkörpern 8 und diese bilden im Kreuzpunkt eine Nabe 9 mit einem Lagerloch, das zur drehbaren Lagerung des Armkreuzes um eine auf dem Flugzeugrumpf 7 vorgesehene senkrechte Achse 4 dient.

Zwischen je zwei parallelen Treibkörpern 8 ist je eine Hubschraube 3 mit ihrem Motor angeordnet.

Während also die Treibkörper 5 mit dem Rumpf stillstehen, können sich die Treibkörper 8 um die Mittelachse 4 des Flugzeugs drehen und nehmen dabei die Hubschrauben 3 samt den Motoren 10 im Kreise mit sich.

Sind die Motore und damit die Hubschrauben im Betriebe, so saugen die letzteren die Luft von oben her an. Die Saugluft trifft aber auf ihrem Wege zu den Schrauben zunächst auf die Treibkörper 8

und sucht sie waagerecht fortzutreiben. Infolge ihrer Lagerung auf der Mittelachse 4 kann sich diese Kraftwirkung aber nur als Drehmoment auf jeden einzelnen Arm des Drehkreuzes äußern, so daß dieses umlaufen muß und die Hubschrauben zugleich. Die Hubschrauben erzeugen also die ihnen zugewiesenen planetenartigen Drehbewegungen mit Hilfe der Treibkörper 8 selbst, ohne weitere motorische Hilfskraft oder Mechanismen.

Es ergibt sich also, daß die Treibkörper 5 reinen Vortrieb auf das Flugzeug übertragen, die Treibkörper 8 aber Drehmomente. Es seien deshalb für beide Arten von Treibkörpern hiermit besondere Unterbegriffe eingeführt, und zwar für die Treibkörper 5 die Bezeichnung Vortriebskörper und für die Treibkörper 8 die Bezeichnung Drehmomentkörper oder kurz Drehkörper.

Es muß weiter besonders beachtet werden, daß der von den Schrauben verursachte Luftstrom nicht Vortrieb und Drehmomente gleichzeitig, sondern nacheinander erzeugt, da er ja zuerst die Drehkörper, dann die Schraube und zuletzt die Vortriebskörper beaufschlagt.

Die in den Abb. 7 und 8 gezeichnete Anordnung ist nur beispielsweise, so daß es nicht Bedingung ist, die Drehkörper auf der Saugseite und die Vortriebskörper auf der Druckseite anzuordnen. Die umgekehrte Anordnung wäre ebenfalls möglich. Auch könnte man Vortriebskörper und Drehkörper auf derselben Schraubenseite anbringen. Es läge sogar im Rahmen des Erfindungsgedankens, sowohl Drehkörper als Vortriebskörper in mehreren Ebenen übereinander vorzusehen.

Die gezeichnete Ausführung des Armkreuzes ist gleichfalls nur ein Beispiel. So ist es nicht erforderlich, daß jeder Arm aus zwei parallelen Treibkörpern besteht. Man könnte auch Ausführungen mit einem einzigen Treibkörper oder mit mehr als zwei Treibkörpern für jeden Arm des Kreuzes wählen. Ebenso ließen sich zwischen den vier Armen weitere als Drehkörper ausgebildete Arme in beliebiger konstruktiver Verbindung mit den übrigen vorsehen. Auch diese zusätzlichen Arme könnten mit Hubschrauben ausgerüstet wertlen. Die Zahl der Hubschrauben und Arme ließe sich aber auch im Rahmen des Erfindungsgedankens auf drei und zwei vermindern. Natürlich wäre damit eine Verminderung der Treibwirkung verbunden.
Da Schraubenflugzeuge beim Starten und Landen keinen Vortrieb brauchen, muß es möglich sein, die Wirkung der Vortriebskörper des Flugzeugrumpfes auszuschalten. Dies geschieht, indem man sie z. B. gelenkig in den Punkten 11 aufhängt und in 12 durch eine Stange 13 gelenkig verbindet. Die Stange kann dann mit Hilfe eines besonderen Mechanismus 14-17 vom* Führer so verstellt werden, daß die Vortriebskörper keinen Vortrieb mehr erzeugen. Natürlich wird man auch alle Zwischengrößen des Vortriebs von Null bis auf das vorgesehene Maximum einstellbar machen, um die Möglichkeit zu haben, ganz langsam von Auftrieb auf Vortrieb zu- schalten und umgekehrt, aber auch, um jede beliebige Größe des Vortriebs bis zum erreichbaren Maximum einstellen zu können.

Im Gegensatz zu den Vortriebskörpern arbeiten die Drehkörper auch beim Starten und Landen, um die Planetbewegungen der Hubschrauben zu sichern. Ihre Schaltbarkeit erscheint also hierzu nicht nötig. Ist die Landung aber vollzogen, so sind die Bewegungen der Drehkörper überflüssig, und man wird sie dann gern stillsetzen. Dazu wäre es nötig, die Drehkörper so einstellen zu können, daß sie Drehmomente in der entgegengesetzten Richtung liefern und deshalb bremsend wirken.

Außerdem ist es wünschenswert, die Drehzahl des Drehkörperkreuzes regeln zu können, und deshalb muß es möglich sein, die Drehkörper auf verschieden starke Wirkung einzustellen. Um dies zu erreichen, wird man z. B. die Arme des Drehkreuzes als zylindrische Achsen ausbilden, auf die man die eigentliehen Drehkörper drehbar aufschiebt, wie in Bild 9 angedeutet, und sie miteinander gelenkig durch einen Steuermechanismus so verbindet, daß sie nach Wunsch einzeln, in Gruppen oder im ganzen eingestellt werden können.

Die Vortriebskörper 5 können auch auf Rücktrieb eingestellt werden, indem man den Anstellwinkel des Profils stark negativ macht. Dadurch ist es möglich, das Flugzeug in voller Fahrt "zu bremsen und sogar Rückwärtsflug zu erreichen.

Die Einstellung der Vortriebskörper auf Abtrieb ist gleichfalls möglich, indem man sie den Schraubenluftströmen so zuwendet, daß ihre Anstellwinkel etwa 45 ° und darüber bis zu 90⁰ betragen und die senkrechte Druckwirkung der Luftströme nach unten auf das Flugzeug sehr groß wird.

Die Vortriebskörper können auch unterteilt und die Teile unter sich verschieden eingestellt werden, z. B. derart, daß die Schraubenluftströme auf die Flugzeugseiten links und rechts der Längsachse (parallel zu Fahrtrichtung) verschieden einwirken, so daß sie Dreh-· momente auf den Rumpf ausüben, die dann zu seiner Stillhaltung im Raum und zu Steuerungszwecken ausgenutzt werden können. Dies wird durch die Abb. 9 und 10 angedeutet. Der Grundriß (Abb. 9) stellt zwei Vortriebskörper 18 und 19 auf einer gemeinsamen Achse 20 dar, auf der sie drehbar und je für

sich einstellbar zu denken sind. Der Einstellmechanismus kann z. B. an den Zapfen 21 angreifen. In Abb. 10 bedeuten die waagerechten Pfeile die Richtung des Luftstroms, und es wird daraus deutlich, daß die Treibkörper 18 und 19 einander waagerecht entgegengesetzte Kräfte aus dem Luftstrom aufnehmen, die nur als Drehmoment, und zwar auf das ganze Flugzeug zur Wirkung kommen können, während die Drehmomente der Drehkörper 8 nicht das ganze Flugzeug, sondern nur das Drehkreuz mit den Hubschrauben drehen können. Mit Hilfe der Treibkörper 18 und 19 kann man also erstens erreichen, daß der Rumpf stillsteht, und zweitens, daß das ganze Flugzeug aus seiner Fahrtrichtung in eine andere Richtung gedreht, also gesteuert wird. Und dieser Steuerwirkung wegen sollen solche Treibkörper mit dem Unterbegriff Steuerkörper hierdurch eingeführt werden.

Je nach Wunsch oder Bedarf kann man nun ein einziges Paar Vortriebskörper als Steuerkörper ausbilden oder mehrere oder alle. Man könnte aber auch die Vortriebskörper als solche bestehen lassen und die j Steuerkörper in einer besonderen Ebene darüber oder darunter anordnen.

Für alle diese Einstellungen der Treibkörper waren bisher waagerechte Drehachsen gedacht. Es sind jedoch auch senkrechte und geneigte Drehachsen anwendbar. Z. B. lassen sich die Vortriebskörper, sowohl wenn sie unterteilt als auch wenn sie nicht unterteilt sind, auf senkrechte Achsen drehbar lagern und um diese beliebig verstellbar in waagerechter Ebene einrichten.

Würde man z. B. Wert darauf legen, reinen

Seitentrieb auf das Flugzeug zu übertragen, so wäre eine Einstellung der Vortriebskörper um senkrechte Achsen erforderlich. Eine solche Seitentriebeinstellung kann erwünscht oder notwendig sein, um die Feineinstellung des Flugzeuges über dem Landungsplatz aufs genaueste zu ermöglichen.

Geneigte Drehachsen kommen z. B. in Frage, wenn es sich darum handelt, Treibkörper, die auf dachförmigen Rumpfflächen angeordnet sind, einstellbar zu machen. An Stelle der Drehbewegungen können auch Schwenkbewegungen treten, die auf einzelne Treibkörper oder Gruppen von diesen beschränkt oder auf alle ausgedehnt werden können.

Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß die Verwendung der einstellbaren Treibkörper nach der hier behandelten Erfindung leichte und genaue Einstellmöglichkeiten für alle denkbaren Bewegungen des Schraubenflugzeuges dem Piloten in die Hand gibt.

Die Querschnittsform der Treibkörper kann verschieden sein, sie ist z. B- abhängig von der Geschwindigkeit des Hubschraubenluftstromes, aber auch von den Konstruktionsverhältnissen oder -bedingungen des Flugzeuges. Verwendbar sind alle Ouerschnittsformen, die eine kleine Gleitzahl (waagerechter Widerstand zu Auftrieb oder senkrechter Widerstand zu Vortrieb) bei geringer Querschnittslänge haben.

Die Abb. i, 7 und 10 zeigen solche Profile, und zwar sind in den Abb. 1 und 7 unsymmetrische Profile verwendet, während in Abb. 10 ein symmetrisches Profil benutzt wurde.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung für den Vortrieb von Hubschraubern durch Querkräfte flügelartiger Treibkörper, die von den Hubschraubenstrahlen beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme eines auf der Hauptwelle gelagerten Drehkreuzes, das in bekannter Weise einen Kranz von Hubschrauben trägt, tragflügelähnliche, in der Drehrichtung gleichsinnig angeordnete Querschnitte aufweisen, die mit der Vorderkante gegen den Luftstrom gerichtet sind.
2. 2. Anordnung für den Vortrieb von Hubschraubern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkörper in einer Ebene oder in mehreren Ebenen, entweder auf der Druckseite oder Saugseite allein oder auf beiden Seiten vorgesehen sind.
3. 3. Anordnung für den Vortrieb von Hubschraubern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkörper einzeln, gruppenweise, insgesamt oder in beliebiger Kombination um waagerechte, senkrechte oder geneigte Achsen drehbar oder schwenkbar sind.
4. 4. Anordnung für den Vortrieb von Hubschraubern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der tragflügelähnlichen Querschnitt aufweisenden Arme des Drehkreuzes derart bemessen ist, daß das Drehkreuz im gleichen Drehsinn wie die einzelnen Hubschrauben umläuft.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen