DE944102C - Autorotationsfaehiger Hub- und Flugschrauber - Google Patents

Autorotationsfaehiger Hub- und Flugschrauber

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DE944102C
DE944102C DES44448A DES0044448A DE944102C DE 944102 C DE944102 C DE 944102C DE S44448 A DES44448 A DE S44448A DE S0044448 A DES0044448 A DE S0044448A DE 944102 C DE944102 C DE 944102C
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DE
Germany
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rotors
helicopter
jacketed
flight
autorotation
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Expired
Application number
DES44448A
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Siegel
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Individual
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04Helicopters
    • B64C27/08Helicopters with two or more rotors
    • B64C27/10Helicopters with two or more rotors arranged coaxially

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Toys (AREA)

Description

  • Autorotationsfähiger Hub- und Flugschrauber Die bisher bekannten Drehflügelflugzeuge (Rotorflugzeuge) lassen sich neben ihrer Einteilung in Hub-, Flug- und Tragschrauber in solche mit Rotoren größeren Durchmessers, geringer Blattzahl und relativ niedriger Drehzahl ohne Ummantelung und in solche mit Rotoren meist geringeren Durchmessers, größerer Blattzahl und relativ hoher Drehzahl mit Ummantelung, die auch als »Ringflügel« bezeichnet wird, aufgliedern.
  • Die Luftschraube als freier, nicht ummantelter Rotor ist als Vorschlag Leonardo d a Vincis bekannt und wurde 1907 erstmalig durch die Gebrüder B r eg u e t in technisch brauchbarer Form verwirklicht. Die ummantelte Luftschraube wurde I9Io als Ringflügel-Flugzeug von August Klein erstmalig ausgeführt.
  • In der Hub- und Tragschrauberentwicklung setzte sich bisher der Rotor ohne Ummantelung durch. Sein Hauptvorteil liegt darin, daß er infolge der geringen Kreisflächenbelastung Fluggewicht/ Rotorfläche und aerodynamisch hochwertiger Blattschlankheit imstande ist, bei Triebwerksausfall einen Gleitflug oder Abstieg mit geringer Sinkgeschwindigkeit auszuführen. Dabei führen die Rotoren, deren Blatteinstellwinkel auf etwa 4° vermindert werden muß, eine Autorotation aus, d.h., sie werden allein vom Fahrtwind in Rotation versetzt. Diese Möglichkeit stellt einen ganz wesentlichen Sicherheitsfaktor für diese Drehflügelflugzeuge dar. Weitere Vorteile der nicht ummantelten Rotoren sind, daß ihre Blätter sowohl starr als gelenkig angeschlossen werden können, während bei der ummantelten Schraube praktisch nur ein starrer Anschluß der Blätter möglich ist. Freie Rotoren können dadurch erheblich leichter ausgeführt werden. Die zyklische Verstellung des Blatteinstellwinkels, wie sie für einrotorige Drehflügler und solche mit gelenkig angeschlossenen Blättern angewandt wird, bringt den Vorteil eines ruhigen Laufes und leichter Steuerbarkeit um alle Achsen mit sich. Im Schwebeflug ist beim nicht ummantelten Rotor und gelenkig angeschlossenen Blättern statische Stabilität leicht zu erreichen, während die bisher gebauten Hubschrauber fast durchweg dynamische Instabilität aufweisen, die durch die Strahlablenkung nur unwesentlich verringert wird. Durch konstruktive Maßnahmen, wie Schräggelenke, Hilfsflügel und Trägheitswirkung umlaufender Massen, werden lediglich die Schwingungszeiten verlängert. Im schnellen Vorwärtsflug weisen die Hubschrauber mit gelenkig angeschlossenen Blättern dynamische Fahrtstabilität auf, sind jedoch fast durchweg mit dem Anstellwinkel instabil. Ein ausgesprochener Mangel der Hub- und Flugschrauber mit nicht ummantelten Rotoren ist die relativ geringe Flächenbelastung der Flügelblätter. Da ferner bei gelenkig angeschlossenen Blättern eine Gegenlaufanordnung zweier Rotoren koaxial in geringem Abstand nicht möglich ist, kommt der Drallverlust des Abstromes und der notwendige Ausgleich des freien Drehmomentes als Leistungsverlust hinzu. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der Drehflügler mit nicht ummantelten Rotoren ist ihre relativ geringe Vorwärtsgeschwindigkeit, die sie trotz bester aerodynamischer Gestaltung erreichen können. Der Hauptgrund dafür ist, daß die Rotoren in Flugrichtung geneigt werden müssen, um eine Schubkomponente in Flugrichtung zu erzielen. Dabei wächst der Widerstand der Rotoren rasch mit wachsender Neigung an, während gleichzeitig der Wirkungsgrad abfällt. Außerdem steigt die Laufunruhe und die Amplitude der Schlagbewegung bei gelenkig angeschlossenen Blättern und damit die Beanspruchung auf Wechselfestigkeit. Hierin ist einer der Gründe zu suchen, daß sich der Drehflügler mit freien Rotoren bisher praktisch nur als Hubschrauber durchsetzte, jedoch nicht als Flugschrauber.
  • Diese Nachteile ließen in letzter Zeit verschiedene Konstrukteure nach Wegen sucheng den Flugschrauber mit hoher Vorwärtsgeschwindigkeit zu verwirklichen. Ein Weg dazu ist der Kombinationsflugschrauber, bei dem im Vorwärtsflug eine feste Tragfläche den nötigen Auftrieb liefert und die Rotoren so geneigt werden, daß sie im wesentlichen nur noch Vortrieb liefern. Ein anderer Weg ist der, den Vortrieb durch eine normale Luftschraube oder Strahlantrieb zu erzeugen und die Rotoren lediglich als Tragschrauben arbeiten zu lassen. Hier interessiert vor allem, daß einige dieser Lösungen ummantelte Schrauben ohne zusätzliche freie Rotoren und ohne feste ebene Tragflügel vorsehen. Kennzeichnend für sie ist, daß Gegenlaufschrauben mit großer Blattzahl, relativ hoher Drehzahl, hoher Blattbelastung benutzt werden und die Ummantelung im Senkrechtstart den Standschub erhöhen soll. Nach einem Start mit Leistungsüberschuß soll dann möglichst rasch ohne die Anwendung zyklischer Blattverstellung in eine Fluglage übergegangen werden, bei der der Axialschub in waagerechter oder geneigter Bahnrichtung zeigt.
  • Die extremste Ausführung dieser Art ist der sogenannte Coleopter, wie er z. B. in der deutschen Patentschrift 908 45o beschrieben ist. Der Coleopter ist eine Ringflügel-Flugmaschine, mit der vor allem hohe Fluggeschwindigkeiten unter Verzicht auf einen Gleitflug oder Abstieg mit geringer Sinkgeschwindigkeit bei Triebwerksausfall erreicht werden sollen. In den USA. sind Versuche im Gange, Hubschrauber mit einem ummantelten Doppelschraubenaggregat (H i 11 e r) zu verwirklichen. Auch hier muß auf eine Autorotationsfähigkeit verzichtet werden, d. h., bei Triebwerksausfall erfolgt nahezu senkrechter Absturz.
  • Diese Beispiele weisen darauf hin, daß der Vorteil der ummantelten Schrauben besonders auf dem Gebiet des Flugschraubers liegt, der wohl Senkrechtstart und -landurig mit Leistungsüberschuß durchführen kann, aber auf den Schwebeflug und den Autorotationsflug, also auf wesentliche Merkmale des Hubschraubers verzichtet: Durch richtige Anordnung von Schwerpunkt und Leitwerk ist es für diese Art Flugschrauber leicht, die erforderliche Flugstabilität zu erreichen.
  • Hingegen ist die Steuerbarkeit selbst durch das Fehlen einer zyklischen Blattverstellung wesentlich schlechter und kann nur durch verstellbare Leitflächen im Schraubenstrahl verbessert werden. Stabilität im Schwebeflug ist bei einer Schwerpunktlage über den Schraubenebenen, wie sie die bisherigen Entwürfe zeigen, überhaupt nicht mÖglich, so daß jede Verwendung bei böigem Bodenwind und bei Flug ohne Sicht unmöglich, wird.
  • Nach diesem Stand der Technik bestand nun die technische Aufgabe darin, eine Lösung zu finden, die sowohl die Vorteile der Drehflügler mit nicht ummantelten Rotoren, nämlich Autorotationsfähigkeit, leichte Steuerbarkeit durch zyklische Blattverstellung und Stabilität im Schwebeflug, als auch die Vorteile der Flugmaschinen mit ummantelten Schrauben, nämlich höheren Gesamtwirkungsgrad, erhöhten Standschub und Stabilität im schnellen Vorwärtsflug, aufweist, ohne die Nachteile beider Konstruktionsarten zu besitzen.
  • Gemäß der Erfindung besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, daß bei einer Kombination freier nicht ummantelter Rotoren mit Aggregaten ummantelter Schrauben eine gelenkige Verbindung zwischen beiden vorgesehen ist, wie sie bei gelenkig angeschlossenen Blättern ohne weiteres gegeben ist, so -daß bei Start und Landung die Schubrichtungen der freien Rotoren und der ummantelten Rotoren in Übereinstimmung gebracht, aber sonst so zueinander geneigt werden können, daß die einen den Auftrieb und die anderen den Vortrieb erzeugen. Der wesentliche Fortschritt gegenüber dem Bekannten besteht darin, daß infolge dieser Kombination sowohl eine Autorotation der nicht ummantelten Rotoren möglich wird und sich dadurch die Sicherheit gegen Absturz wesentlich erhöht, als auch eine erhebliche Steigerung der Vorwärtsgeschwindigkeit gegenüber Hubschraubern gleicher Leistung und eine entscheidende Verbesserung der Stabilitätsverhältnisse erzielt wird. Dadurch wird ein solches Fluggerät überhaupt erst bei jedem Wetter und auch bei fehlender Erdsicht einsatzfähig.
  • Die Abb. I und 2 zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel. Die Blätter des Rotors I sind gelenkig an einem Rotorkopf 2 angeschlossen, über den auf bekannte Weise eine zyklische Blattverstellung und eine simultane Blattverstellung (Verstellung der Schraubensteigung) aufgebracht werden kann. Der Antrieb, der an sich auf jede Weise erfolgen kann, ist hier als Schubdüsenantrieb 3 an den Blattenden des nicht ummantelten Rotors angenommen. Über eine Welle und Übersetzungsgetriebe hinweg kann damit gleichzeitig das ummantelte Schraubenaggregat 4 angetrieben werden. Nur muß dann die Möglichkeit bestehen, durch eine Kupplung mit Freilauf 5 den nicht ummantelten Rotor so abzuschalten, daß er bei Triebwerksstillstand frei umlaufen kann.
  • Während im senkrechten Aufstieg und Schwebeflug, den Abb. I zeigt, die Schubrichtungen der ummantelten und der nicht ummantelten Rotoren parallel gerichtet nach oben zeigen und der Gesamtschub S gleich oder größer als die Summe aus Gesamtgewicht G und dem Widerstand W, den das Fluggerät in Richtung entgegen der Anströmgeschwindigkeit v aufweist, sein muß, ist im Falle einer seitlichen Fortbewegung, den Abb. 2 zeigt, eine gelenkige Verbindung zwischen den Drehebenen der nicht ummantelten Rotoren und denen der ummantelten Schrauben nötig und Gegenstand der Erfindung. Dadurch kann das ummantelte Schraubenaggregat eine solche Neigung einnehmen, daß seine seitliche Schubkomponente Sh den Gesamtwiderstand, entgegen der Anströmgeschwindigkeit v, der sich aus W1 =Widerstand des ummantelten Aggregats + Rumpfwiderstand und W2 = Widerstand der nicht ummantelten Rotoren zusammensetzt, überwindet. Die resultierende Luftkraft R muß im Waagerechtflug gleich dem Gesamtgewicht G sein. Der ummantelte Rotor I nimmt dann die Stellung ein, in der sein Widerstand W1 ein Minimum wird.
  • In jeder der gezeigten Fluglagen kann bei Triebwerksausfall oder zum Zwecke der Landung im Gleitflug der Rotor I auf Freilauf umgeschaltet werden, so daß er autorotieren kann. Diese Umschaltung kann willkürlich durch den Flugzeugführer vorgenommen werden oder durch eine Automatik, die beispielsweise von der Drehzahl abhängig ist.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Hub- und Flugschrauber, der für Auftriebs-und Vortriebserzeugung an sich bekannte nicht ummantelte und ummantelte Luftschrauben besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den nicht ummantelten Rotoren und den ummantelten eine gelenkige Verbindung besteht, die es ermöglicht, die Drehebene der ummantelten Rotoren gegenüber der Drehebene der nicht ummantelten Rotoren zu neigen.
DES44448A 1955-06-23 1955-06-23 Autorotationsfaehiger Hub- und Flugschrauber Expired DE944102C (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES44448A DE944102C (de) 1955-06-23 1955-06-23 Autorotationsfaehiger Hub- und Flugschrauber

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DES44448A DE944102C (de) 1955-06-23 1955-06-23 Autorotationsfaehiger Hub- und Flugschrauber

Publications (1)

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DE944102C true DE944102C (de) 1956-06-07

Family

ID=7485136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DES44448A Expired DE944102C (de) 1955-06-23 1955-06-23 Autorotationsfaehiger Hub- und Flugschrauber

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DE (1) DE944102C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2980365A (en) * 1958-12-05 1961-04-18 Lester N Yohe Aircraft with rotary lifting airfoils
DE1164241B (de) * 1961-05-12 1964-02-27 Boelkow Entwicklungen Kg Drehfluegelflugzeug mit schwenkbaren Rotorblaettern

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2980365A (en) * 1958-12-05 1961-04-18 Lester N Yohe Aircraft with rotary lifting airfoils
DE1164241B (de) * 1961-05-12 1964-02-27 Boelkow Entwicklungen Kg Drehfluegelflugzeug mit schwenkbaren Rotorblaettern

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