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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 22. Juni 1955 Bekanntgemacht am 15. Dezember 1955Registration date: June 22, 1955. Advertised on December 15, 1955

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die bisher bekannten Drehflügelflugzeuge (Rotorflugzeuge) lassen sich neben ihrer Einteilung in Hub-, Flug- und Tragschrauber in solche mit Rotoren größeren Durchmessers, geringer B'lattzahl 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.The previously known rotary wing aircraft (rotor aircraft) can be divided in addition to their classification in helicopters, aircraft and gyroscopes in those with rotors of larger diameter, less B'lattzahl and relatively low speed without casing and mostly in those with rotors smaller diameter, larger number of blades and 'relatively high speed with sheathing that also known as "ring wing".

Die Luftschraube als freier, nicht ummantelter Rotor ist als Vorschlag Leonardo da Vincis bekannt und wurde 1907 erstmalig durch die Gebrüder Breguet in technisch brauchbarer Form verwirklicht.The propeller as a free, unsheathed rotor is known as a suggestion by Leonardo da Vinci and was first put into a technically usable form in 1907 by the Breguet brothers realized.

Die ummantelte Luftschraube wurde 1910 als Ringflügel-Flugzeug von August Klein erstmalig ausgeführt.The jacketed propeller was known as the Ringflügel aircraft designed for the first time by August Klein.

In der Hub- und Tragschrauberentwicklung setzte sich bisher der Rotor ohne Ummantelung durch. Sein Hauptvorteil liegt darin, daß er infolge der geringen Kreisflächenbelastunig 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 4⁰ vermindert werden muß, eine Autorotation aus, d. h., sie werden allein vom Fährtwind in RotationIn the development of helicopters and gyroscopes, the rotor without a casing has prevailed so far. Its main advantage is that it is able to glide or descend at a low rate of descent in the event of an engine failure due to the low circular area loading, weight / rotor area and aerodynamically high-quality blade slenderness. In this case, lead the rotors, the blade pitch must be reduced to about 4 ^0, an autorotation, ie, they will be solely by the driving wind in rotation

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\crselzt. 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 !{("innen dadurch erheblich leichter ausgeführt werden. Die zyklische Verstellung des\ crselzt. This possibility represents a very important safety factor for these rotary wing aircraft Other advantages of unjacketed rotors are that their blades have both can be connected rigidly as articulated, while practical with the sheathed screw only a rigid connection of the leaves is possible. Free rotors! {("Therefore considerably lighter inside are executed. The cyclical adjustment of the

ίο 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 Ix'im nicht ummantelten Rotor und gelenkig angeschlossenen Blättern statische Stabilität leicht :"j ; rreichcn, während die bisher gebauten Hubschrauber fast durchweg dynamische Instabilität aufweisen, die durch die Strahlablenkung nur unwesentlich verringen wird. Durch konstruktive Maßnahmen, wie Schräggelenke, Hilfsflügel und Trägheitswirkung umlaufender Massen, werden lediglich die Schwingungszeiten verlängert. Im schnellen Vorwärtsflug weisen die Hubschrauber mit gelenkig angesehlossenen 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 Drehniomentes als Leistungsverlust hinzu. Hin 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, dall die Rotoren in Flugrichtung geneigt werden müssen, um eine Schub-IvOnI])OiH¹IIk¹ in Flugrichtung zu erzielen. Dabei wächst der Widerstand der Rotoren rasch mit wachsender Neigung au, während gleichzeitig der Wirkungsgrad abfällt. Außerdem steigt die Laufunrtihe und die Amplitude der Schlagbewegung bei gelenkig angeschlossenen Blättern und damit die Beanspruchung auf Wcchselfestigkeit. Hierin ist einer der Gründe zu suchen, daß sich der Drelillügler mit freien Rotoren bisher praktisch nur als Hubschrauber durchsetzte, jedoch nicht als Flugschrauber. ίο blade pitch angle, as used for single-rotor rotary wing aircraft and those with hinged blades, has the advantage of smooth running and easy controllability around all axes. In hover flight, static stability is easy in the uncovered rotor and hingedly connected blades: "j; reach, while the helicopters built up to now almost always have dynamic instability, which is only insignificantly reduced by the deflection of the beam. By constructive measures such as angled joints, auxiliary wings and inertia of rotating masses, only the oscillation times are increased. In fast forward flight, the helicopters with hinged blades show dynamic stability, but are almost always unstable with the angle of attack. A definite deficiency of the helicopters and aircraft with uncovered rotors is the relatively low wing loading Since, in the case of hinged blades, an opposing arrangement of two rotors coaxially at a short distance is not possible, the loss of twist of the outflow and the necessary compensation of the free torque result as a loss of power ust added. Another major disadvantage of rotary wing aircraft with non-jacketed rotors is their relatively low forward speed, which they can achieve despite the best aerodynamic design. The main reason for this is that the rotors must be inclined in the direction of flight in order to achieve a thrust-IvOnI]) OiH ¹ IIk ¹ in the direction of flight. The resistance of the rotors increases rapidly with increasing inclination, while the efficiency drops at the same time. In addition, the uneven running and the amplitude of the flapping movement increases with hinged blades and thus the stress on changing resistance. This is one of the reasons why the drill with free rotors has so far practically only prevailed as a helicopter, but not as a flight helicopter.

Diese Nachteile ließen in letzter Zeit verschiedene Konstrukteure nach Wegen suchen, den Flugschrauber mit hoher Vorwärtsgeschwindigkeit zu verwirklichen. Fin Weg dazu ist der Kombinationsflugschrauber, bei dem im Vorwärtsflug eine feste Tragfläche den nötigen Auftrieb liefert und die Rotoren so geneigt werden, daß sie imThese drawbacks have recently led various designers to look for ways that Realize aircraft with high forward speed. The way to do this is with the combination aircraft, in which a fixed wing provides the necessary lift in forward flight and the rotors are tilted so that they are in the

fio wesentlichen nur noch Vortrieb liefern. Fin anderer Weg ist der, den Vortrieb durch eine normale Luftschraube oder Strahlantrieb zu erzeugen und die Rotoren lediglich als Tragschrauben arbeiten zu kissen. 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 Bahnrichtimg zeigt.fio essentially only deliver propulsion. Fin other The way is to generate the propulsion by a normal propeller or jet propulsion and the rotors only work as support screws to cushion. What is of particular interest here is that some these solutions encased screws without additional free rotors and without fixed flat wings provide. It is characterized by the fact that counter-rotating screws with a large number of blades, relative high speed, high blade load and the casing in the vertical take-off Should increase the thrust. After a start with excess power, it should be as soon as possible without the use of cyclic pitch can be transitioned to a flight position in which the axial thrust shows in horizontal or inclined direction.

Die extremste Ausführung dieser Art ist der sogenannte Coleopter, wie er z. B. in der deutschen Patentschrift 908 450 beschrieben ist. Der Coleopter ist eine Ringflügel-Flugmaschinc, 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 (Hi Her) zu verwirklichen. Auch hier muß auf eine Autorotationsfähigkcit verzichtet werden, d. h., bei Triebwerksausfall erfolgt nahezu senkrechter Absturz.The most extreme version of this type is the so-called Coleopter, as it z. B. in German Patent 908,450 is described. The Coleopter is a ring-wing flying machine that is used in front of especially high airspeeds without gliding or descent with a low rate of descent should be achieved in the event of an engine failure. In the USA. Attempts are underway to shrouded a helicopter Realize twin screw unit (Hi Her). Here, too, an autorotation capability is required be waived, d. In other words, if the engine fails, there is an almost vertical fall.

Diese Beispiele weisen darauf hin, daß der Vorteil der ummantelten Schrauben besonders auf dem Gebiet des Flugschrauber liegt, der wohl Senkrechtstart und -bindung 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.These examples indicate that the advantage of jacketed screws is particularly important on the The area of the aircraft is, the vertical takeoff and binding with excess power can perform, but on the hover flight and the autorotation flight, i.e. on essential features of the helicopter waived. By properly arranging the center of gravity and tail unit it is easy for this type of flight helicopter to achieve the required flight stability.

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.On the other hand, the controllability itself is essential due to the lack of a cyclical blade adjustment worse and can only be improved by adjustable guide surfaces in the screw jet. Stability in hover is with a center of gravity above the screw planes, as it is Previous designs show not at all possible, so any use in gusty ground winds and becomes impossible when flying out of sight.

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.According to this state of the art, the technical task was to find a solution which both the advantages of rotary wing aircraft with non-jacketed rotors, namely the ability to rotate, easy controllability through cyclic blade adjustment and stability in hover flight, as well the advantages of flying machines with jacketed screws, namely higher overall efficiency, increased thrust and stability in fast forward flight, without the disadvantages of both Own construction types.

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 SchubrichtungenAccording to the invention, the solution to this problem is that in a combination more free non-jacketed rotors with units of jacketed screws create an articulated connection between the two is provided, as is readily available with hinged blades, so that the thrust directions during take-off and landing

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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, alsof the free rotors and the jacketed rotors brought into agreement, but otherwise so to each other can be inclined so that one generates the lift and the other generates the propulsion. The essential advance over the known is that as a result of this combination both an autorotation of the uncovered rotors is possible and thereby the safety against falling is significantly increased than

ίο 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. ίο also a significant increase in forward speed compared to helicopters of the same performance and a decisive improvement in Stability ratios is achieved. This is what makes such an aircraft in the first place for everyone Weather and operational even when there is no view of the earth.

Die Abb. 1 und 2 zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel. Die Blätter des Rotors 1 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,Figs. 1 and 2 show schematically an embodiment. The blades of the rotor 1 are hinged to a rotor head 2, via the in a known manner a cyclical blade adjustment and a simultaneous blade adjustment (Adjustment of the screw pitch) can be applied. The drive that is inherent in each Way can be done is here as a thrust nozzle drive 3 on the sheet ends of the uncoated Rotor adopted. It can simultaneously use a shaft and transmission gear the jacketed screw unit 4 are driven. But then there must be the possibility

30, durch eine Kupplung mit Freilauf 5 den nicht ummantelten Rotor so abzuschalten, daß er bei Triebwerksstillstand frei umlaufen kann.30, by means of a clutch with freewheel 5, switch off the uncovered rotor in such a way that it is at Engine standstill can rotate freely.

Während im senkrechten Aufstieg und Schwebeflug, den Abb. 1 zeigt, die Schubrichtungen der ummantelten und der nicht ummantelten Rotoren parallel gerichtet nach oben zeigen und der Gesamtschub 5" gleich oder größer als die Summe aus Gesamtgewicht G und dem Widerstand W, den das Fluggerät in Richtung entgegen der Anströmgeschwindigkeit ν 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 S/, den Gesamtwiderstand, entgegen der Anströmgeschwindigkeit V₁ 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 1 nimmt dann die Stellung ein, in der sein Widerstand W_x ein Minimum wird.While in vertical ascent and hovering flight, which Fig. 1 shows, the thrust directions of the jacketed and non-jacketed rotors point parallel upwards and the total thrust 5 "is equal to or greater than the sum of the total weight G and the resistance W, which the aircraft is in direction having ν counter to the flow velocity, must be, in the case of a lateral movement, showing the Fig. 2, an articulated connection between the planes of rotation of the unclad rotors and those of sheathed screws necessary and the object of the invention. As a result, the sheathed screw unit a assume such a tendency that its lateral thrust component S /, the total resistance, against the flow velocity V _1, which is composed of W ₁ = resistance of the jacketed unit + hull resistance and W ₂ = resistance of the uncovered rotors, overcomes. The resulting air force R must im Horizontal flight must be equal to the total weight G. The sheath lte rotor 1 then assumes the position in which its resistance W _{x is} a minimum.

In jeder der gezeigten Fluglagen kann bei Triebwerksausfall oder zum Zwecke der Landung im Gleitflug der Rotor 1 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.In each of the flight positions shown, in the event of an engine failure or for the purpose of landing in the Gliding the rotor 1 can be switched to freewheel so that it can auto-rotate. This switchover can be carried out arbitrarily by the pilot or by an automatic system that, for example, depends on the speed is dependent.

Claims

Claim:

Helicopters and aircraft that are not known per se for generating lift and propulsion has jacketed and jacketed propellers, characterized in that between there is an articulated connection between the non-jacketed rotors and the jacketed rotors, which makes it possible to move the plane of rotation of the jacketed rotors against the plane of rotation of the not jacketed rotors to tilt.

1 sheet of drawings