EP2310268A1 - Flugzeug mit zumindest zwei in spannweitenrichtung der flügel voneinander beabstandeten propeller-antrieben - Google Patents

Flugzeug mit zumindest zwei in spannweitenrichtung der flügel voneinander beabstandeten propeller-antrieben

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Publication number
EP2310268A1
EP2310268A1 EP09777158A EP09777158A EP2310268A1 EP 2310268 A1 EP2310268 A1 EP 2310268A1 EP 09777158 A EP09777158 A EP 09777158A EP 09777158 A EP09777158 A EP 09777158A EP 2310268 A1 EP2310268 A1 EP 2310268A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
propeller
aircraft
rotation
drives
axis
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09777158A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Reckzeh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
Publication of EP2310268A1 publication Critical patent/EP2310268A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/10Aircraft characterised by the type or position of power plants of gas-turbine type 
    • B64D27/12Aircraft characterised by the type or position of power plants of gas-turbine type  within, or attached to, wings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/30Blade pitch-changing mechanisms
    • B64C11/305Blade pitch-changing mechanisms characterised by being influenced by other control systems, e.g. fuel supply
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/46Arrangements of, or constructional features peculiar to, multiple propellers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft

Definitions

  • the invention relates to an aircraft, on the aerodynamic vanes of which at least two drive motors spaced apart from each other in their spanwise direction are arranged, each with a propeller rotation axis.
  • twin-engine aircraft In such aircraft having at least two spaced in their spanwise drive motors each having a propeller axis of rotation, the special design criteria for twin-engine aircraft are not considered due to the complexity of the aerodynamic effects generated by the individual engines as well as from aircraft-related aspects.
  • Transport aircraft with a total of at least two propeller drives on each wing are known from the general state of the art, in which, according to FIG. 2, the propeller drives 11, 12, 13, 14 are set up such that the propulsion of the aircraft 1 is generated whose propeller axes of rotation 11a, 12a, 13a, 14a rotate in the same direction of rotation.
  • the arrows indicate the direction of rotation of the propeller axes of rotation 11a, 12a, 13a, 14a for propulsion generation of the aircraft 1 schematically.
  • the directions of rotation of the propeller axes of rotation 11a, 12a, 13a, 14a provided for the propulsion are not aerodynamically and control-technically optimal, since the propellers generate asymmetric aerodynamic effects in these directions of rotation with respect to the longitudinal axis of the fuselage, which compensates by corresponding adjusting movements of the flaps and these adjusting movements must be applied in addition to the control movements required for the control.
  • the propeller drives are usually realized with the propulsion directions of rotation shown in Figure 2, since all drives on the wings 5a, 5b can be realized with the same components and subsystems such as the same engine, the same gear and the same propellers and thus by this Solution results in great logistical and therefore cost benefits. Because of these logistical advantages The manufacturing costs for the drives as a whole and the maintenance and spare parts inventory of components and subsystems can be reduced.
  • the determination of the directions of rotation of the propeller for a propeller-driven aircraft 1 can continue to be made according to the design for cruising, while dispense with the aforementioned logistical advantages.
  • the two directions of propeller rotation shown in FIGS. 3 and 4 are also suitable for the propulsion of the aircraft 1.
  • the symmetrical arrangement of the propeller rotation directions shown in FIG. 3 with respect to the longitudinal direction of the fuselage is provided, since this configuration is favorable in terms of aerodynamic design for cruising flight and, due to the symmetrical arrangement of the propeller rotation directions, also favorable in terms of control engineering because the flap movements no additional compensatory movements must be performed to compensate for asymmetrically occurring aerodynamic effects.
  • the arrangement of the propeller directions of rotation according to FIG. 4 can also be considered.
  • the commonality of the construction of the four propeller drives is also not given.
  • the aerodynamic design with regard to the cruise is less favorable than the arrangement according to FIG. 3, however, this arrangement results in more favorable slow flight characteristics for the aircraft 1 than in the arrangement according to FIG Arrangement of the propeller rotation directions because of the symmetrical arrangement of the propeller rotation directions control technology advantageous.
  • a further advantage of the arrangement of the propeller rotation directions according to the figure 4 over the arrangement of Figure 3 is that the noise input into the hull interior is low, since with an upward movement of the propeller end parts of the propellers of the inside, ie lying next to the fuselage propeller Actuators 12, 13 in the area between these propeller drives 12, 13 and the fuselage 3 less vortex depart from the propeller than if the arrangement of the propeller rotational directions, as shown for example in Figure 2, such that the propeller end pieces of the internal propeller drives 12, 13 in the area between them and the hull to be moved down.
  • These advantages may, in particular cases, be weighted such that the configuration of FIG. 4 is preferred over the other configurations that provide a commonality of the drives.
  • the object of the invention is to find alternative aircraft configurations, whereby an optimal overall aircraft can be realized.
  • the aircraft provided according to the invention has at least two spaced apart spanwise propeller drives on both wings, each with a propeller axis of rotation, wherein the control device is designed such that it actuates the propeller drives for propulsion generation such that the outer portion of a Propeller mounted on the respective propeller axis of rotation is moved on the side facing the fuselage from top to bottom.
  • each wing of the aircraft can be provided in particular such that on each wing of the first, closer to the fuselage propeller drive in the range of 15-40% and the outer propeller drive is located in the range of between 40 and 80% with the span direction defined from the fuselage and the outer wingtip located at the location defined by 100% of the span.
  • each propeller drive has a single propeller circuit on one and the same propeller rotation axis. According to a further embodiment it can be provided that at least 30% of the wing span are covered by the propeller circuits.
  • the wings of the aircraft form a sweep angle between +10 degrees and +40 degrees.
  • the aircraft may be designed so that the propeller circuits at the point where they come closest to the wing leading edge, a local distance of at least 5% of the local, i. at this point occurring chord depth to the wing leading edge.
  • the aircraft may be configured such that the distance or offset of the propeller axis of rotation at the propeller hub or the offset of the propeller axis of rotation at the point where they intersect the plane defined by the propeller circles to the airfoil leading edge in the vertical plane of the aircraft is up or down at most 30% of the propeller diameter.
  • FIG. 1 which shows schematically an aircraft with the configuration of the propeller rotation directions according to the invention
  • FIG. 2 schematically shows an aircraft with a configuration of the propeller rotation directions known from the general state of the art
  • FIG. 3 which schematically shows an aircraft with a known from the general state of the art configuration of the propeller rotation directions
  • FIG 4 which schematically shows an aircraft with another possible configuration of the propeller rotation directions.
  • the respective intended direction of rotation of the propeller is represented by arrows.
  • the figures are components or parts of the aircraft shown have the same or similar function with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows an aircraft 1 with a fuselage 3 and two aerodynamic vanes 5a, 5b, on each of which at least two spaced spanwise propeller drives 11, 12, 13, 14, each with a propeller axis of rotation 11a, 12a, 13a, 14a are arranged. On the axes of rotation 11a, 12a, 13a, 14a, a non-illustrated propeller is mounted in each case.
  • the propeller drives 11, 12, 13, 14 are controlled by a control device for driving the propeller drive motors.
  • the control device and the propeller drives 11, 12, 13, 14 are designed such that in an operating mode of the control device for generating propulsion, the propeller drive motors are actuated such that the outer portion of a respective propeller mounted on the respective propeller rotation axis is moved on the fuselage side from top to bottom ( Figure 1).
  • the mode of operation of the propulsion control device is the mode in which the aircraft is driven in the air.
  • an aircraft 1 with a fuselage 3 and two aerodynamic vanes is provided, on each of which at least two propeller drives 11, 12, 13, 14 spaced apart in the spanwise direction are arranged, each with a propeller rotation axis 11a, 12a, 13a, 14a wherein the aircraft 1 comprises a control device for controlling the propeller drives 11, 12, 13, 14.
  • the propeller drives 11, 12, 13, 14 are actuated such that the outer portion of a propeller mounted on the respective propeller rotation axis moves from top to bottom on the side facing the fuselage 3 becomes.
  • This can be in particular a fixed-wing aircraft.
  • the aircraft according to the invention can be designed as a high-decker.
  • the control device and the propeller drives 11, 12, 13, 14 are arranged such that each propeller rotation axis 11a, 12a, 13a, 14a can be moved in addition in a rotational direction, in which on the respective propeller rotation axis 11a, 12a, 13a, 14a mounted propeller on the fuselage 3 side facing is moved from bottom to top.
  • control device and the propeller drives 11, 12, 13, 14 are set up in such a way that two propeller drives 11, 12, respectively symmetrical to each other with respect to the longitudinal axis of the fuselage. 13, 14 can be moved in a direction of rotation in which a respective propeller mounted on the respective propeller rotation axis on the fuselage 3 side facing is moved from bottom to top, while other propeller drives 11, 12, 13, 14 so operated be that the outer portion of a respective propeller on the respective rotational axis mounted propeller is moved on the fuselage 3 side facing from top to bottom.
  • the arrangement of the propeller rotation directions according to the figure 1 is unfavorable in terms of cruise configuration of the aircraft 1, since this configuration generates a greater flow resistance, due to a superposition of the trailing currents of the propeller of the internal propeller drives 12, 13 and the wing 5a, 5b results. Furthermore, the propeller drives 11, 12, 13, 14 in an arrangement of the propeller rotation directions according to the figure 1 and no Gayun Ches- advantages. Also, this configuration of propeller rotational directions is unfavorable with respect to the noise input to the aircraft fuselage, whereafter a configuration of the propeller rotational directions according to FIG. 2 or 4 would be advantageous.
  • the configuration of the propeller rotation directions according to the figure 1 is achieved contrary to expectations that a separation of the flow at the wing in the wake of the propeller of the internal propeller drive 12, 13 due to interference between this propeller and the wing only at larger angles of attack as at the configuration of the propeller directions of rotation according to the figure 3.
  • a larger maximum lift for the aircraft 1 can be achieved.
  • the configuration of the propeller rotation directions according to FIG. 1 is provided that with this configuration for the aircraft 1, a simpler high-lift system and also a smaller wing 5a, 5b can be provided to fulfill a corresponding power spectrum.
  • the wings can be realized with the associated high-lift system at a lower cost.
  • the wing can be realized with the associated high-lift system with less weight, so that the aircraft 1 can also be realized cheaper in terms of its performance.
  • the solution according to the invention is aerodynamically particularly advantageous in cruise flight as well as in take-off and landing, ie also in slow motion, compared with those of the prior art the technology known solutions.
  • the configuration of the propeller rotation directions according to FIG. 1 can be provided according to the invention for high-wing aircraft as well as for medium or low-wing aircraft and, in particular, for transport aircraft.
  • the propeller thrusters are realized with a single propeller circle on the propeller axis of rotation 11a, 12a, 13a, 14a, i. there is no multiple arrangement of propeller circuits on one of the propeller rotation axis 11a, 12a, 13a, 14a one behind the other ("contra-rotating props").
  • the wing 5a, 5b may basically have a sweep angle in the range of -40 ° to + 40 °.
  • the configuration according to the invention of the propeller rotation directions according to FIG. 1 is particularly advantageous with a blade angle of the blade between +10 degrees and +40 degrees.
  • the aircraft's cruise range can lie in a higher airspeed range.
  • This sweep angle range is inventively provided in particular with a single propeller circuit or single or multiple propeller on one and the same propeller rotation axis 11a, 12a, 13a, 14a.
  • sweep angle is based on conventional definitions and may, in particular, be the angle, seen in plan view, between the leading edge of the vanes 5a, 5b relative to the intended flow or the transverse axis of the aircraft 1.
  • the effect according to the invention already occurs when, in the front view, at least 30% of the wing span is swept by the propeller jets or if at least 30% of the wing span is covered by the propeller circles.
  • the configuration according to the invention can be carried out particularly favorably. This overlap of the wing can advantageously be provided to 70% of the span and in particular cases beyond.
  • the propeller circuits are arranged according to the invention in front of the wing 5a, 5b.
  • the propeller drives 11, 12, 13, 14 are designed in an embodiment according to the invention such that the propeller circles at the point where they come closest to the wing leading edge, a local distance of at least 5% of the blade depth occurring at this point Wing leading edge have. This local distance can amount to a maximum of 70% of the local wing depth at the wing leading edge occurring at this point.
  • the propeller axes of rotation 11a, 12a, 13a, 14a may be above or below the wing.
  • the distance or offset of the propeller axis of rotation at the propeller hub or the offset of the propeller axis of rotation at the point where they intersect the plane defined by the propeller circles to the airfoil leading edge seen in the vertical plane of the aircraft up or down maximum 30% of the propeller diameter.
  • the distance between the propeller tips of the propeller circuits of the engines to each other is at least 5% of the wing span. This prevents the edge vortices, which depart from propellers, from producing disturbing interferences.
  • the distance of the propeller tips of the inner engine to the hull exterior is at least 10% and a maximum of 80% of the propeller diameter.
  • the aircraft according to the invention in the mentioned embodiments preferably operates with cruise velocities in the subsonic range above 0.6 Mach and up to a maximum of 0.85 Mach.

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Abstract

Flugzeug (1) mit einem Rumpf (3) und zwei aerodynamischen Flügeln, an denen jeweils zumindest zwei in deren Spannweiten-Richtung voneinander beabstandete Propeller-Antriebe (11, 12, 13, 14) mit jeweils einer Propeller-Drehachse (11a, 12a, 13a, 14a) angeordnet sind, wobei das Flugzeug (1) eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Propeller-Antriebe (11, 12, 13, 14) aufweist, wobei bei einer Betriebsart der Steuervorrichtung zur Vortriebs-Erzeugung die Propeller-Antriebe (11, 12, 13, 14) derart betätigt werden, dass der äußere Abschnitt eines auf der jeweiligen Propeller-Drehachse jeweils angebrachten Propellers auf der dem Rumpf (3) zugewandten Seite von oben nach unten bewegt wird.

Description

FLUGZEUG MIT ZUMINDEST ZWEI IN SPANNWEITENRICHTUNG DER FLÜGEL VONEINANDER BEABSTANDETEN PROPELLER-ANTRIEBEN
Die Erfindung betrifft ein Flugzeug, an dessen aerodynamischen Flügeln jeweils zumindest zwei in deren Spannweiten-Richtung voneinander beabstandete Antriebsmotoren mit jeweils einer Propeller-Drehachse angeordnet sind.
Bei derartigen Flugzeugen, die zumindest zwei in deren Spannweiten-Richtung voneinander beabstandete Antriebsmotoren mit jeweils einer Propeller-Drehachse aufweisen, kommen wegen der Komplexität der von den einzelnen Motoren erzeugten aerodynamischen Effekte sowie aus flugzeugbezogenen Gesichtspunkten die speziellen Auslegungskriterien für zweimotorige Flugzeuge nicht in Betracht.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Transport-Flugzeuge mit insgesamt zumindest zwei Propeller-Antrieben an jedem Flügel bekannt, bei denen gemäß Figur 2 die Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 derart eingerichtet sind, dass zur Erzeugung des Vortriebs des Flugzeugs 1 deren Propeller-Drehachsen 11a, 12a, 13a, 14a in derselben Drehrichtung drehen. In der Darstellung der Figur 2 geben die Pfeile die Umdrehungsrichtung der Propeller-Drehachsen 11a, 12a, 13a, 14a zur Vortrieb- Erzeugung des Flugzeugs 1 schematisch an. Die für den Vortrieb vorgesehenen Drehrichtungen der Propeller-Drehachsen 11a, 12a, 13a, 14a sind aerodynamisch und steuerungstechnisch nicht optimal, da die Propeller bei diesen Drehrichtungen in Bezug auf die Längsachse des Rumpfes 3 asymmetrische aerodynamische Effekte erzeugen, die durch entsprechende Stellbewegungen der Klappen kompensiert und diese Stellbewegungen zusätzlich zu den für die Steuerung erforderlichen Stellbewegungen aufgebracht werden müssen. Dennoch werden üblicherweise die Propeller-Antriebe mit den in der Figur 2 dargestellten Vortriebs-Drehrichtungen realisiert, da sämtliche Antriebe am Flügel 5a, 5b mit denselben Komponenten und Subsystemen wie z.B. demselben Motor, demselben Getriebe und denselben Propellern realisiert werden können und somit sich durch diese Lösung große logistische und somit Kosten-Vorteile ergeben. Aufgrund dieser logistischen Vorteile können die Herstellungskosten für die Antriebe insgesamt sowie die Wartung und Ersatzteilhaltung von Komponenten und Subsystemen reduziert werden.
Die Festlegung der Drehrichtungen der Propeller für ein Propeller-getriebenes Flugzeug 1 kann weiterhin nach der Auslegung für den Reiseflug erfolgen, während auf die vorgenannten logistischen Vorteile verzichtet wird. Danach kommen generell noch die zwei in den Figuren 3 und 4 dargestellten Propeller-Drehrichtungen für den Vortrieb des Flugzeugs 1 in Betracht. In erster Linie ist dabei die in der Figur 3 dargestellte in Bezug auf die Rumpf-Längsrichtung symmetrische Anordnung der Propeller- Drehrichtungen vorgesehen, da diese Konfiguration hinsichtlich der aerodynamischen Auslegung für den Reiseflug günstig und wegen der symmetrischen Anordnung der Propeller-Drehrichtungen auch steuerungstechnisch günstig ist, da die Klappenbewegungen keine zusätzlichen Ausgleichsbewegungen zur Kompensation von asymmetrisch auftretenden aerodynamischen Effekten durchgeführt werden müssen. Da das Flugzeug mit diesen Propellerantriebs-Drehrichtungen aerodynamisch wie steuerungstechnisch günstig ist, wird im Stand der Technik diese Anordnung alternativ zu der Anordnung der Propeller-Drehrichtungen gemäß Figur 2 verwendet, wenn die Kostenreduktion mittels Kommunalität der Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 nicht besonderes Gewicht erhalten muss.
Theoretisch kann auch die Anordnung der Propeller-Drehrichtungen gemäß Figur 4 in Betracht gezogen werden. Bei dieser Anordnung ist die Kommunalität der Bauweisen der vier Propeller-Antriebe ebenfalls nicht gegeben. Weiterhin ist bei einer derartigen Anordnung der Propeller-Drehrichtungen die aerodynamische Auslegung hinsichtlich des Reiseflugs ungünstiger als die Anordnung nach der Figur 3, jedoch ergeben sich bei dieser Anordnung günstigere Langsamflug-Eigenschaften für das Flugzeug 1 als bei der Anordnung nach der Figur 3. Weiterhin diese Anordnung der Propeller- Drehrichtungen wegen der symmetrischen Anordnung der Propeller-Drehrichtungen steuerungstechnisch vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Propeller- Drehrichtungen nach der Figur 4 gegenüber der Anordnung der Figur 3 ist, dass der Lärmeintrag in den Rumpfinnenraum gering ist, da bei einer Aufwärtsbewegung der Propeller-Endteile von den Propellern der innen, d.h. neben dem Rumpf liegenden Propeller-Antriebe 12, 13 im Bereich zwischen diesen Propeller-Antrieben 12, 13 und dem Rumpf 3 weniger Wirbel vom Propeller abgehen als wenn die Anordnung der Propeller-Drehrichtungen, wie z.B. in der Figur 2 gezeigt, derart ist, dass die Propeller- Endstücke der innen liegenden Propeller-Antriebe 12, 13 im Bereich zwischen diesen und dem Rumpf 3 nach unten bewegt werden. Diese Vorteile können in besonderen Einzelfällen derart gewichtet werden, dass die Konfiguration der Figur 4 den anderen Konfigurationen vorgezogen wird, die eine Kommunalität der Antriebe bieten.
Aufgabe der Erfindung ist, alternative Flugzeug-Konfigurationen zu finden, wodurch ein optimales Gesamtflugzeug realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diesen rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Flugzeug weist an beiden Flügeln zumindest zwei in Spannweitenrichtung voneinander beabstandete Propeller-Antriebe mit jeweils einer Propeller-Drehachse auf, wobei die Steuervorrichtung derart gestaltet ist, dass diese die Propeller-Antriebe zur Vortriebs-Erzeugung derart betätigt, dass der äußere Abschnitt eines auf der jeweiligen Propeller-Drehachse angebrachten Propellers auf der dem Rumpf zugewandten Seite von oben nach unten bewegt wird.
Bei der Anordnung der in Spannweitenrichtung voneinander beabstandeten Propeller- Antriebe an jedem Flügel des erfindungsgemäßen Flugzeugs kann dabei insbesondere derart vorgesehen sein, dass an jeweils einem Flügel der erste, dem Rumpf näher liegende Propeller-Antrieb im Bereich der Spannweite zwischen 15 und 40 % gelegen und der äußere Propeller-Antrieb im Bereich der Spannweite zwischen 40 und 80 % gelegen ist, wobei die Spannweitenrichtung vom Rumpf ausgehend definiert ist und die äußere Flügelspitze an der Stelle gelegen ist, die durch 100 % der Spannweite definiert ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist jeder Propeller-Antrieb einen einzigen Propellerkreis auf ein und derselben Propeller-Drehachse auf. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass mindestens 30% der Flügelspannweite von den Propellerkreisen überdeckt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Flügel des Flugzeugs einen Pfeilwinkel zwischen +10 Grad und +40 Grad bilden.
Alternativ oder zusätzlich kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass mindestens 50% der Flügelspannweite von den Propellerkreisen überdeckt werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Flugzeug derart gestaltet sein, dass die Propellerkreise an derjenigen Stelle, an der diese der Flügelvorderkante am nächsten kommen, einen lokalen Abstand von mindestens 5% der lokalen, d.h. an dieser Stelle auftretenden Flügeltiefe zur Flügelvorderkante haben.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Flugzeug derart gestaltet sein, dass der Abstand oder Versatz der Propellerdrehachse an der Propeller-Nabe oder der Versatz der Propellerdrehachse an der Stelle, an der diese die von den Propellerkreisen definierte Ebene schneiden, zur Tragflügel-Vorderkante in der Vertikalebene des Flugzeugs gesehen nach oben oder unten maximal 30% des Propellerdurchmessers beträgt.
Die Beschreibung der Erfindung erfolgt an Hand der folgenden Figuren:
Figur 1 , die schematisch ein Flugzeug mit der Konfiguration der Propeller- Drehrichtungen nach der Erfindung zeigt;
Figur 2, die schematisch ein Flugzeug mit einer aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen zeigt;
Figur 3, die schematisch ein Flugzeug mit einer aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen;
Figur 4, die schematisch ein Flugzeug mit einer weiteren möglichen Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen zeigt. In diesen Figuren ist die jeweils vorgesehene Drehrichtung der Propeller mittels Pfeilen dargestellt. Die Figuren sind Komponenten oder Teile des dargestellten Flugzeugs gleicher oder ähnlicher Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figur 1 zeigt ein Flugzeug 1 mit einem Rumpf 3 und zwei aerodynamischen Flügeln 5a, 5b, an denen jeweils zumindest zwei in Spannweitenrichtung voneinander beabstandete Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 mit jeweils einer Propeller-Drehachse 11a, 12a, 13a, 14a angeordnet sind. Auf den Drehachsen 11a, 12a, 13a, 14a ist jeweils ein nicht dargestellter Propeller angebracht. Die Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 werden von einer Steuervorrichtung zum Ansteuern der Propeller-Antriebsmotoren angesteuert.
Die Steuervorrichtung und die Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 sind derart gestaltet, dass bei einer Betriebsart der Steuervorrichtung zur Erzeugung von Vortrieb die Propeller-Antriebsmotoren derart betätigt werden, dass der äußere Abschnitt eines auf der jeweiligen Propeller-Drehachse jeweils angebrachten Propellers auf der dem Rumpf zugewandten Seite von oben nach unten bewegt wird (Figur 1). Die Betriebsart der Steuervorrichtung zur Erzeugung von Vortrieb ist die Betriebsart, in der das Flugzeug in der Luft angetrieben wird.
Erfindungsgemäß ist also ein Flugzeug 1 mit einem Rumpf 3 und zwei aerodynamischen Flügeln vorgesehen, an denen jeweils zumindest zwei in Spannweitenrichtung voneinander beabstandete Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 mit jeweils einer Propeller-Drehachse 11a, 12a, 13a, 14a angeordnet sind, wobei das Flugzeug 1 eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 aufweist. Bei einer Betriebsart der Steuervorrichtung zur Vortriebs-Erzeugung werden die Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 derart betätigt, dass der äußere Abschnitt eines auf der jeweiligen Propeller-Drehachse jeweils angebrachten Propellers auf der dem Rumpf 3 zugewandten Seite von oben nach unten bewegt wird.
Das kann insbesondere ein Starrflügler sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Flugzeug als Hochdecker gestaltet sein. Weiterhin kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung und die Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 derart eingerichtet sind, dass jede Propeller- Drehachse 11a, 12a, 13a, 14a zusätzlich in eine Drehrichtung bewegt werden kann, bei der ein auf der jeweiligen Propeller-Drehachse 11a, 12a, 13a, 14a angebrachter Propeller auf der dem Rumpf 3 zugewandten Seite von unten nach oben bewegt wird.
Bei diesen Ausführungsformen kann erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung und die Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 derart eingerichtet sind, dass zwei jeweils in Bezug auf die Rumpf-Längsachse symmetrisch zueinander gelegenen Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 in eine Drehrichtung bewegt werden können, bei der ein auf der jeweiligen Propeller- Drehachse jeweils angebrachter Propeller auf der dem Rumpf 3 zugewandten Seite von unten nach oben bewegt wird, während weitere Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 derart betätigt werden, dass der äußere Abschnitt eines auf der jeweiligen Propeller- Drehachse jeweils angebrachten Propellers auf der dem Rumpf 3 zugewandten Seite von oben nach unten bewegt wird.
Die Anordnung der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 1 ist hinsichtlich der Reiseflug-Auslegung des Flugzeugs 1 ungünstig, da diese Konfiguration einen größeren Strömungswiderstand erzeugt, der sich aufgrund einer Überlagerung der Nachlaufsströmungen der Propeller der innen liegenden Propeller-Antriebe 12, 13 und der Flügel 5a, 5b ergibt. Weiterhin bieten die Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 bei einer Anordnung der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 1 auch keine Kommunalitäts- Vorteile. Auch ist diese Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen ungünstig hinsichtlich des Lärmeintrags auf den Flugzeugrumpf, wonach eine Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 2 oder 4 vorteilhaft wäre.
Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Konfiguration der Propeller- Drehrichtungen aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
Bei der Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 1 wird entgegen der Erwartungen erreicht, dass eine Ablösung der Strömung am Flügel im Nachlauf des Propellers des innen liegenden Propeller-Antriebs 12, 13 aufgrund von Interferenzen zwischen diesem Propeller und dem Tragflügel erst bei größeren Anstellwinkeln als bei der Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 3. Dadurch kann ein größerer Maximalauftrieb für das Flugzeug 1 erreicht werden. Erfindungsgemäß ist wegen dieses besonderen Vorteils die Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 1 vorgesehen, dass mit dieser Konfiguration für das Flugzeug 1 ein einfacheres Hochauftriebssystem und auch ein kleinerer Flügel 5a, 5b zur Erfüllung eines entsprechenden Leistungsspektrums vorgesehen werden kann. Dadurch können die Flügel mit dem zugehörigen Hochauftriebssystem kostengünstiger realisiert werden. Weiterhin kann der Flügel mit dem zugehörigen Hochauftriebssystem mit geringerem Gewicht realisiert werden, so dass das Flugzeug 1 auch hinsichtlich seiner Flugleistungen günstiger realisiert werden kann.
Hinzukommt, dass bei den erfindungsgemäß vorgesehenen Drehrichtungen der Propeller rumpfseitig von oben nach unten zusätzlich im Außenbereich des Tragflügels eine verbesserte Steuerwirksamkeit der äußeren Steuerflächen des Tragflügels, wie insbesondere der Querruder erreicht wird. Dies resultiert daraus, dass die Luftströmung, die von den äußeren Propellern erzeugt wird, aufgrund ihrer Interferenz mit der aerodynamischen Wirkung der genannten Steuerflächen zusätzlich eine verbesserte Steuerwirksamkeit der äußeren Steuerflächen, wie insbesondere der Querruder bewirkt. Durch diesen Vorteil zusammen mit den genannten Vorteilen, die aus der von den innen liegenden Propeller-Antrieben erzeugten Luftströmung resultieren, ist die erfindungsgemäße Lösung aerodynamisch sowohl im Reiseflug als auch bei Start und Landung, also auch im Langsamfiug, besonders vorteilhaft gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
Die Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 1 können erfindungsgemäß für Hochdecker- wie auch für mittel oder Tiefdecker-Flugzeuge und dabei insbesondere für Transport-Flugzeuge vorgesehen sein.
Zwar treten die genannten Nachteile bei der Anordnung der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 1 auf. Jedoch werden diese Nachteile durch entsprechende Gestaltung der Flügel und des Hochauftriebssystems, also durch unerwartete Vorteile der Gesamt- Flugzeug-Konfiguration kompensiert. Die speziellen Vorteile der erfindungsgemäß vorgesehenen Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen nach der Figur 1 werden insbesondere bei folgenden Bestimmungsgrößen des Flugzeugs 1 erreicht:
Die Propellertriebwerke sind mit einem einzigen Propellerkreis auf der Propeller- Drehachse 11a, 12a, 13a, 14a realisiert, d.h. es gibt keine Mehrfachanordnung von Propellerkreisen auf einer der Propeller-Drehachse 11a, 12a, 13a, 14a hintereinander ("contra-rotating props").
Der Tragflügel 5a, 5b kann grundsätzlich einen Pfeilwinkel im Bereich von -40° bis +40° aufweisen. Jedoch ist die erfindungsgemäße Konfiguration der Propeller- Drehrichtungen nach der Figur 1 besonders vorteilhaft bei einem Pfeilwinkel des Flügels zwischen +10 Grad und +40 Grad. Dadurch kann der Reiseflugbereich Flugzeug, trotz des durch den erhöhten Strömungswiderstand, der bei der erfindungsgemäßen Konfiguration der Propeller-Drehrichtungen entsteht, in einem höheren Fluggeschwindigkeitsbereich liegen. Dieser Pfeilwinkelbereich ist erfindungsgemäß insbesondere mit einem einzigen Propellerkreis oder Einfach- oder Mehrfach-Propeller auf ein und derselben Propeller-Drehachse 11a, 12a, 13a, 14a vorgesehen.
Bei dem Begriff Pfeilwinkel wird in diesem Zusammenhang von üblichen Definitionen ausgegangen und kann insbesondere der in der Draufsicht gesehene Winkel zwischen der Vorderkante der Flügel 5a, 5b relativ zur bestimmungsgemäß entstehenden Strömung oder zur Querachse des Flugzeugs 1 sein.
Alternativ oder zusätzlich zu den genannten Ausführungsformen tritt der erfindungsgemäße Effekt bereits auf, wenn in der Frontansicht mindestens 30% der Flügelspannweite von den Propellerstrahlen überstrichen oder wenn mindestens 30% der Flügelspannweite von den Propellerkreisen überdeckt werden. Jedoch kann in dem Fall, dass der Flügel mit mindestens 50% der Flügelspannweite von den Propellerstrahlen überstrichen oder mindestens 50% der Flügelspannweite von den Propellerkreisen überdeckt wird, die erfindungsgemäße Konfiguration besonders günstig ausgeführt werden. Diese Überdeckung des Flügels kann vorteilhafterweise bis 70% der Spannweite und in besonderen Einzelfällen auch darüber hinaus vorgesehen sein. Die Propellerkreise sind erfindungsgemäß vor dem Tragflügel 5a, 5b angeordnet. Dabei sind die Propeller-Antriebe 11 , 12, 13, 14 bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel derart gestaltet, dass die Propellerkreise an derjenigen Stelle, an der diese der Flügelvorderkante am nächsten kommen, einen lokalen Abstand von mindestens 5% der an dieser Stelle auftretenden Flügeltiefe zur Flügelvorderkante haben. Dieser lokale Abstand kann maximal 70% der lokalen, an dieser Stelle auftretenden Flügeltiefe zur Flügelvorderkante betragen.
Die Propeller-Drehachsen 11a, 12a, 13a, 14a können oberhalb oder unterhalb des Flügels liegen. Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand oder Versatz der Propellerdrehachse an der Propeller-Nabe oder der Versatz der Propellerdrehachse an der Stelle, an der diese die von den Propellerkreisen definierte Ebene schneiden zur Tragflügel-Vorderkante in der Vertikalebene des Flugzeugs gesehen nach oben bzw. unten maximal 30% des Propellerdurchmessers.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand der Propellerspitzen der Propellerkreise der Triebwerke zueinander mindestens 5% der Flügelspannweite. Dadurch wird verhindert, dass die Randwirbel, die von Propellern abgehen, keine störenden Interferenzen erzeugen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand der Propellerspitzen des inneren Triebwerks zur Rumpf-Außenseite mindestens 10% und maximal 80% des Propellerdurchmessers.
Das erfindungsgemäße Flugzeug in den genannten Ausführungsformen operiert vorzugsweise mit Reiseflug-Geschwindigkeiten im Unterschallbereich oberhalb 0,6 Mach und bis maximal 0.85 Mach.

Claims

Patentansprüche
1. Flugzeug (1) mit einem Rumpf (3) und zwei aerodynamischen Flügeln, an denen jeweils zumindest zwei in Spannweiten-Richtung voneinander beabstandete Propeller-Antriebe (11 , 12, 13, 14) mit jeweils einer Propeller-Drehachse (11a, 12a, 13a, 14a) angeordnet sind, wobei das Flugzeug (1) eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Propeller-Antriebe (11 , 12, 13, 14) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer Betriebsart der Steuervorrichtung zur Vortriebs-Erzeugung die Propeller- Antriebe (11, 12, 13, 14) derart betätigt werden, dass der äußere Abschnitt eines auf der jeweiligen Propeller-Drehachse (11a, 12a, 13a, 14a) angebrachten Propellers auf der dem Rumpf (3) zugewandten Seite von oben nach unten bewegt wird.
2. Flugzeug (1) nach dem Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Propeller-Antrieb (11 , 12, 13, 14) einen einzigen Propellerkreis auf ein und derselben Propeller-Drehachse (11a, 12a, 13a, 14a) aufweist.
3. Flugzeug (1) nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 30% der Flügelspannweite von den Propellerkreisen überdeckt werden.
4. Flugzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (5a, 5b) des Flugzeugs (1) einen Pfeilwinkel zwischen +10 Grad und +40 Grad bilden.
5. Flugzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50% der Flügelspannweite von den Propellerkreisen überdeckt werden.
6. Flugzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerkreise an derjenigen Stelle, an der diese der Flügelvorderkante am nächsten kommen, einen lokalen Abstand von mindestens 5% der lokalen Flügeltiefe zur Flügelvorderkante haben.
7. Flugzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Propellerdrehachse an der Stelle, an der diese die von den Propellerkreisen definierte Ebene schneidet, zur Tragflügel-Vorderkante in der Vertikalebene des Flugzeugs gesehen nach oben bzw. unten maximal 30% des Propellerdurchmessers beträgt.
8. Flugzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung und die Propeller-Antriebe (11, 12, 13, 14) derart eingerichtet sind, dass jede Propeller-Drehachse (11a, 12a, 13a, 14a) zusätzlich in eine Drehrichtung bewegt werden kann, bei der ein auf der jeweiligen Propeller- Drehachse (11a, 12a, 13a, 14a) angebrachter Propeller auf der dem Rumpf (3) zugewandten Seite von unten nach oben bewegt wird.
9. Flugzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung und die Propeller-Antriebe (11, 12, 13, 14) derart eingerichtet sind, dass zwei jeweils in Bezug auf die Rumpf-Längsachse symmetrisch zueinander gelegenen Propeller-Antriebe (11 , 12, 13, 14) in eine Drehrichtung bewegt werden können, bei der ein auf der jeweiligen Propeller- Drehachse jeweils angebrachter Propeller auf der dem Rumpf (3) zugewandten Seite von unten nach oben bewegt wird, während weitere Propeller-Antriebe (11 , 12, 13, 14) derart betätigt werden, dass der äußere Abschnitt eines auf der jeweiligen Propeller- Drehachse jeweils angebrachten Propellers auf der dem Rumpf (3) zugewandten Seite von oben nach unten bewegt wird.
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