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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Starten und Landen von Fluggeräten, zum Anheben von bodennahen Schwebefahrzeugen u. dgl. unter Verwendung von Druckluft, wobei in einem Druckluftkanal ein oder mehrere verstellbare Profile vorgesehen sind.
Es ist bereits der Entwurf eines Flugzeuges mit einem Hubgebläse bekannt, bei dem das Flugzeug für Senkrechtstart und-landung mit einem Kanal in den Tragflächen oder im Rumpf versehen ist, in welchem ein Gebläse angeordnet ist, das durch diesen Kanal Luft nach unten drückt und den Auftrieb für das Flugzeug schafft. Eine derartige Ausführung bringt jedoch insofern Nachteile mit sich, als durch diesen Kanal, welcher beispielsweise die sonst geschlossene Fläche der Tragflächen des Flugzeuges unterbricht, störende Luftströmungen beim Gleitflug entstehen, die nicht nur einen besonderen Flugwiderstand erzeugen, sondern auch das Flugverhalten selbst ungünstig beeinflussen.
Des weiteren ist es bereits bekannt, bei vertikal startenden und landenden Schnellflugzeugen Schwenkdüsentriebwerke vorzusehen, welche beim Start in eine annähernd vertikale Stellung gebracht werden, worauf sie dann durch langsame Schwenkung auch eine Fahrgeschwindigkeit dem Flugzeug erteilen und im Flugzustand dann in horizontaler Richtung arbeiten. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Möglichkeiten noch mit wesentlichen Nachteilen behaftet sind. Diese liegen einerseits darin, dass die Start- und Landebahnen sehr gut gebaut sein müssen, damit sie nicht durch den nach unten austretenden Düsenstrahl beschädigt werden. Ferner können dadurch auch Beschädigungen am Flugzeug selbst, wie beispielsweise an den Fahrwerken usw. auftreten.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil liegt darin, dass die nach unten strömenden heissen Verbrennungsgase aufsteigen und an der Oberseite des Düsentriebwerkes wieder angesaugt werden.
Dadurch kann beispielsweise eine überhitzung des Düsentriebwerkes auftreten, so dass wieder ein wesentlicher Nachteil gegeben ist. Ferner ist anzuführen, dass diese Massnahmen sehr seitenwind-und wetterempfindlich sind, was häufig zu Start- und Landeschwierigkeiten führen wird. Es ist ferner bekannt, im Bereich eines Flügels eines Flugzeuges einen durchgehenden Kanal vorzusehen, in welchem ein Zylinder mit axial verlaufenden Schlitzen vorgesehen ist. Die Luft wird durch die Rotation des Zylinders von oben her angesaugt und mit einer entsprechenden Geschwindigkeit nach unten bewegt. Durch Luftleitorgane kann eine entsprechende Richtung des ausströmenden Luftstromes erzielt werden.
Die zwischen den Schlitzen im Zylinder verbleibenden Teile sind wohl annähernd flügeiförmig ausgestaltet, wobei sie jedoch an der Vorderseite scharfkantig abgeschrägt sind, so dass sie die umgebende Luft weiterbefördern können nach Art einer Schaufel. Diese Flügelprofile bringen aber keine Auftriebskräfte mit sich.
Es sind ferner beschaufelte, umlaufende Strömungsmaschinen, z. B. Gebläse-Hubtriebwerke bekannt, bei denen es im wesentlichen um eine Strömungsmaschine sowie um ein Hubgebläse geht. Die Strömungsmaschine ist aus einer Gasturbinenanlage gebildet, welche eine Welle antreibt. Das äussere Gehäuse kann dabei das äussere Gehäuse einer Gebläseleitung sein, in welcher ein die Welle antreibendes Gebläse angeordnet ist. Durch die Abgase der Gasturbine wird eine weitere, frei drehbare Turbine angetrieben, welche mit der Welle des Hubgebläses in Verbindung steht. Zur Erzielung einer möglichst verlustfreien Umleitung des Abgasstromes sind Luftleitorgane vor und hinter dieser Turbine angeordnet. Diese dienen jedoch nur zur Umlenkung des Abgasstromes von der Gasturbine. Diese Umlenkorgane sollen und werden keine Auftriebskräfte erzielen.
Der Auftrieb wird erst durch das Gebläse bewirkt.
Auch ist es bekannt, in einem Flügelprofil eines Flugzeuges ein Gebläse mit annähernd vertikaler Achse anzuordnen. Dieses Gebläse bewirkt den direkten Auftrieb des Flugzeuges.
Es ist ferner eine Anordnung zum Umlenken von Luft- oder Gasstrahlen bekannt, wobei unabhängig vom Druckerzeuger eine Umlenkung der Druckluft erfolgt. Diese Vorrichtung hat aber den Zweck, einen schon erzeugten Druckluftstrom vertikal zum Boden ausströmen zu lassen. Der zu diesem Zweck vorgesehenen Klappe kommt einerseits die Aufgabe zu, bei einem Start des Flugzeuges die erzeugte Druckluft nach unten abzulenken, damit eine entsprechende Hubkraft für den Senkrechtflug erzeugt wird. Anderseits soll aber diese Klappe bei dem normalen Flug eine solche Lage einnehmen, dass sie möglichst keinen Widerstand innerhalb des Druckluftkanals bringt. Dies ist aber durch die besondere Form der Klappe (bogenförmig) nicht möglich und es werden sich daher unbedingt Wirbel in der Strömung bilden.
Es ist wohl vorgesehen, dass im Unterschallbereich die Klappe eine gekrümmte Form erhält, während für den überschallbereich die Klappe die Form eines überschallprofils annehmen muss, doch sind auch dann noch entsprechende Schwierigkeiten gegeben, da ja auch die Lagerstellen und die Betätigungseinrichtungen entsprechend dem überschallproblem ausgeführt sein müssen.
Wenn diese Luftklappe nur einen geringen Winkel mit der Horizontalen einschliesst, so wird es durchaus vorkommen, dass an der Oberseite der Klappe ein Unterdruck entsteht, wobei jedoch durch die ungünstige Form der Klappe kaum Auftriebskräfte oder aber in ungenügender Grösse entstehen. Dies geht schon daraus hervor, dass der grösste Anstellwinkel der Klappe, wenn also die Luftklappe zum Anschlag an eine Ummantelung gebracht wird, den maximalen Auftrieb in vertikaler Richtung mit sich bringt. In dieser Stellung bildet sich jedoch infolge des Druckluftstromes kein Unterdruck mehr an der Rückseite der Klappe, da ja praktisch überhaupt der Druckluftkanal abgesperrt ist und sich diese Klappe in diesem Falle als Schieber auswirkt.
Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, eine Einrichtung zu schaffen, die konstruktiv einfach zu gestalten ist, die besonders wirkungsvoll und trotzdem ungefährlich arbeitet. Erfindungsgemäss wird dazu
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vorgeschlagen, dass die Profile als Ünterschall-Tragflügelprofile ausgebildet sind, wobei über und unter den Tragflügelprofilen zur freien Atmosphäre führende Leitungen in den Druckluftkanal münden.
Gemäss der Erfindung ist also vorgesehen, in einem Druckluftkanal eines oder mehrere Unterschall-Tragflügelprofile vorzusehen. Es ist allgemein bekannt, dass, falls ein Tragflügel mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, oder der feststehende Flügel mit einer entsprechenden Geschwindigkeit angeblasen wird, eine Hubkraftresultierende entsteht, die bei guten Flügelprofilen nahezu senkrecht auf der Bewegungsrichtung steht. Diese Resultierende wird zerlegt in den Auftrieb und in den Widerstand. Bei der Erfindung wird also die übliche Vorgangsweise bei einem Luftfahrzeug umgekehrt, wobei hier einem stehenden Tragflügelprofil, das also in einem Druckluftkanal innerhalb des Flugzeuges eingebaut ist, ein Druckluftstrom zugeführt, wobei dieser Druckluftstrom eine entsprechende Geschwindigkeit aufweist.
Es entstehen dadurch wie bei üblichen Flugzeugen unter dem Tragflügelprofil ein überdruck und über dem Flügelprofil ein Unterdruck.
Somit wird also auf das Tragflügelprofil eine entsprechende Auftriebskraft ausgeübt, welche auf das Fluggerät bzw. das bodennahe Schwebefahrzeug übertragen wird. Da ausserdem über und unter dem Tragflügelprofil zur freien Atmosphäre führende Leitungen vorgesehen sind, ergeben sich hier zusätzliche Strömungen, welche den Auftrieb unterstützen. So ergibt sich über dem Tragflügelprofil ein Unterdruck, welcher ein Ansaugen eines Luftstromes von oben her bewirkt. Durch den überdruck unter dem Flügelprofil wird teilweise Druckluft durch die andere Leitung und eine entsprechende Öffnung an die freie Atmosphäre abgegeben.
Bei der Ausführung gemäss der Erfindung bleibt das Tragflügelprofil in einer entsprechend gewählten Anstellung, da durch diesen Druckluftkanal nicht zusätzlich der Vorschub des Fluggerätes bewirkt werden soll. Die erfindungsgemässe Einrichtung ist also vorwiegend zum Starten und Landen bzw. zum Anheben von Fluggeräten vorgesehen.
Deshalb kann hier auch ein Unterschall-Tragflügelprofil verwendet werden, welches einen maximalen Auftriebsbeiwert aufweist.
In konstruktiv einfachster Weise und ohne grossen Sach- und Steuerungsaufwand kann daher eine Einrichtung zum Starten und Landen von Fluggeräten bzw. zum Anbeben von bodennahen Schwebegeräten geschaffen werden.
Der Aufbau der Einrichtung ist einfach und robust und daher besonders widerstandsfähig. Es ist nur ein sehr geringer Wartungsaufwand erforderlich, ausserdem ist die Einrichtung betriebssicher, zuverlässig und besitzt eine lange Lebensdauer durch die wenigen beweglichen Teile.
Die Herstellung und Entwicklung der erfindungsgemässen Einrichtung ist dadurch insbesondere begünstigt, dass die verwendeten Teile schon bekannt und erprobt sind, was ein minimales Entwicklungsrisiko, sowohl finanziell als auch zeitlich, darstellt. Insbesondere sind auch bereits die besten Flügelformen mit dem grössten Auftriebswert bekannt und können daher verwendet werden.
Vor dem Drucklufterzeuger sind immer annähernd gleichbleibende Druck- und Strömungsverhältnisse gegeben, weil dieser stationär angeordnet sein kann.
Die erfindungsgemässe Einrichtung verleiht einem Fahrzeug, insbesondere einem Flugzeug, grosse Wendigkeit und eine besondere Präzision beim Zielanflug und beim Start. Ein erfindungsgemäss ausgestattetes Fluggerät oder Schwebefahrzeug kann daher auf Boden jeglicher Beschaffenheit und sogar starker Neigung gestartet und gelandet bzw. benutzt werden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist in bezug auf den Anschaffungspreis sowie die Betriebskosten wesentlich billiger als alle bekannten Einrichtungen für den Senkrechtstart von Flugzeugen. Ausserdem muss als wesentlicher Vorteil die geringe Lärmerzeugung bei einem Start oder einer Landung hervorgehoben werden.
In der nachstehenden Beschreibung wird an Hand der Zeichnungen die Erfindung noch näher erläutert, doch soll diese nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt sein. Es zeigen : Die Fig. l und 2 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Einrichtung ; Fig. 3 zwei hintereinander geschaltete Einrichtungen entsprechend der Ausführung nach Fig. l.
In Fig. l ist ein Körper schematisch dargestellt, welcher einen durchgehenden Druckluftkanal--2--
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Unterseite bogenförmig ausgestaltet ist.
Es ist vorgesehen, das Tragflügelprofil um eine senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende Achse --16-- schwenkbar auszugestalten, so dass je nach Hubkraftbedarf oder je nach der bestimmten Strömungsgeschwindigkeit im Druckluftkanal die günstigste Wirkung erzielt werden kann. Beim übergehen vom Vertikal- zum Horizontalflug ist eine solche Verstellung besonders vorteilhaft, da ja in diesem Stadium lediglich noch das Fluggerät in der erreichten Höhe gehalten werden soll, bis nach Erreichen einer bestimmten Fluggeschwindigkeit die Flügel des Flugzeuges diese Funktion übernehmen, so dass also keine zusätzliche
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Schubkraft mehr erforderlich ist, um das Fluggerät noch weiter nach oben zu bewegen.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel durchdringt der Druckluftkanal-2--den Körper--l-- annähernd S-förmig. Dabei sind die Eingangs- und die Ausgangsöffnungen --6 bzw. 7-des Druckluftkanals --2-- an zwei gegenüberliegenden Flächen des Körpers --1--, vorzugsweise an der Ober- und Unterseite, vorgesehen. Durch diese besondere Massnahme ist eine gedrungene Bauweise des Körpers --1-- möglich, was insbesondere bei Anordnung von mehreren solcher Körper von besonderem Vorteil ist. Gleichfalls ist dadurch auch der Einbau in den Rumpf bzw. bei Grossflugzeugen in die Tragflächen eines Fluggerätes ohne besondere Schwierigkeiten möglich.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. l ist gezeigt, dass die Mündungsöffnungen-8, 9-der Leitungen --4, 5--am Druckluftkanal--2--annähernd der Tiefe des tragflügelprofils --3-- entsprechen. Dadurch pflanzt sich der gesamte entstandene Unterdruck bzw. der überdruck in die Leitungen--4 und 5--fort, ohne dass durch diese Mündungsöffnungen bereits Verluste erzielt werden. Es ist dabei auch von Vorteil, dass die Leitungen--4, 5--annähernd parallel zu ihren Mündungsöffnungen --8,9-- am Druckluftkanal --2-weggeführt sind. Dies bringt ebenfalls weitere Möglichkeiten in der konstruktiven Gestaltung, da durch die Gesamtkonzeption keine grossen Materialanhäufungen gegeben sind, so dass die erfindungsgemässen Körper einen für den Flugzeugbau wichtigen, leichten Aufbau besitzen.
Die zur freien Atmosphäre weisenden
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11--der Leitungen--4, 5--sindMündungsöffnung --10-- nach oben hin besitzt, wogegen die den überdruck abführende Leitung--5--ihre Mündungsöffnung--11-nach unten hin besitzt. Dadurch ist die grösstmögliche Ausnutzung des Unter- bzw. überdruckes gewährleistet, da an der Mündungsöffnung-10--in vertikaler Richtung Luft angezogen wird, wogegen durch die Mündungsöffnung --11-- in vertikaler Richtung ein Luftstoss unter überdruck abgegeben wird. Dadurch ergibt sich auch die vorteilhafte Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind im Druckluftkanal --2'-- Luftleitbleche --12-- vorgesehen, wobei es zweckmässig ist, wenn diese zumindest mit ihrem Endbereich einen spitzen Winkel mit der Unterseite des Tragflügelprofils --3'-- einschliessen. Dadurch kann das Tragflügelprofil--3'--noch stärker beaufschlagt werden, so dass ein noch grösserer Wirkungsgrad erzielt werden kann. Es ist dabei zweckmässig, wenn auch die
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In den Rahmen der Erfindung fällt natürlich auch die Ausführung, den Druckluftkanal--2, 2'--mit durchlaufenden Luftleitblechen zu versehen, so dass eine gleichmässige Beaufschlagung des Tragflügelprofils --3, 3'-- und eine gleichmässige Weiterführung des Luftstromes zu einem eventuell folgenden Element gewährleistet ist. Dies könnten beispielsweise lamellenartige Luftleitbleche sein, die jeweils im geringen Abstand voneinander, der Krümmung des Druckluftkanals--2, 2'--folgend in den Körper-l--eingebaut sind.
Weiters ist es denkbar, an der Ausgangsmündung--7--des Druckluftkanals--2--des letzten Körpers einer Baureihe besondere Luftleitbleche vorzusehen, die mancherlei Zwecke erfüllen können. Auch ohne solche Luftleitbleche an der Ausgangsöffnung --7-- kann durch die auftretende Druckluft eine Schubkraft erzielt werden, was bei vertikalem Austreten zu einer zusätzlichen Hilfe für das Abheben des Flugzeuges wird. Ein besonderer Vorteil der Anordnung von Luftleitblechen an der Ausgangsöffnung --7-- liegt jedoch darin, dass die aus dem Druckluftkanal--2--austretende Luft in eine entsprechende Richtung umgelenkt werden kann.
Dies kann sich besonders wirkungsvoll beim übergang vom Senkrecht- in den Normalflug auswirken, da dadurch zusätzlich eine in schräger Richtung geführte Schubkraft erzielt wird, die zur Beschleunigung des Fluggerätes beiträgt. Beispielsweise bei bodennahen Schwebefahrzeugen nach Art von Luftkissenfahrzeugen können durch diese Anordnung eines Luftleitbleches selbst die Fortbewegung bewerkstelligt werden. Durch entsprechende Verstellmöglichkeiten der Luftleitbleche kann auch eine Stabilisierung eines Flugzeuges bei starkem Seitenwind erzielt werden.
In Fig. 3 sind zwei Körper--l--nach Fig. l übereinander angeordnet, wobei die Körper gegenseitig um 1800 versetzt sind. Dadurch werden jeweils eine Ausgangsöffnung des Druckluftkanals des einen Körpers mit der Eingangsöffnung des Druckluftkanals des nächstfolgenden Körpers gekuppelt. Durch diese Massnahme kann die noch verbleibende Energie der Druckluft einem weiteren Körper zugeführt werden, welcher wieder die gleiche Wirkung zeigt.
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Atmosphäre führenden Leitungen--4, 5--in Sammelleitungen zusammengefasst sind, welche in annähernd lotrechter oder waagrechter Richtung verlaufen und nach oben bzw. nach unten hin geschlossen sind.
Dadurch entstehen nur zwei Wirkungsöffnungen auf beiden Seiten der Körper, u. zw. einmal die Druckluft ausführende Sammelleitung und einmal jene Sammelleitung, in welcher ein Unterdruck herrscht. Da diese Sammelleitungen jeweils diagohal zueinander versetzt sind, wird zusätzlich ein Stabilitätsausgleich erzielt, so dass keinesfalls ein schräges bzw. ungleichmässiges Abheben eintreten kann. Die Sammelleitungen können auch an die Oberfläche des Flugzeugrumpfes geführt werden, wo relativ grossflächig und gleichmässig verteilt die Druckluft ausströmen bzw.
Luft eingesaugt werden kann.
Um die Wirkung aneinandergereihter Körper noch vergrössern zu können, kann vorgesehen werden, dass ein oder mehrere Drucklufterzeuger zwischen die Körperreihen eingeschaltet sind. Dadurch kann die ursprünglich zugeführte Druckluft wieder beschleunigt werden.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, mehrere solcher Körper nebeneinander anzubringen. In einem solchen Fall würde der Druckluftkanal annähernd geradlinig durch den Körper hindurchführen. Diese Körper können in einfacher oder mehrfacher Ausfertigung in den Rumpf und/oder die Tragflächen eines Flugzeuges eingelassen sein. Dadurch entstehen überhaupt keine Flugwiderstände, da beispielsweise auch nach dem Start entsprechende Klappen vorgeschoben werden könnten. Es können auch mehrere Körper in Form von Hubgondeln zusammengebaut und an den Tragflächen eines Flugzeuges angebracht werden. Es ist auch durchaus möglich, ein oder mehrere Elemente in die Karosserie bodennaher Schwebefahrzeuge oder eines andern Fahrzeuges einzubauen.
Ein weiteres Einsatzgebiet liegt darin, dass ein oder mehrere Körper in den Rumpf eines flügellosen Fluggerätes eingebaut sind. Beispielsweise würde sich dieser Körper als Ersatz für einen Rotor bei Hubschraubern anbieten, so dass lediglich noch Antriebsmittel für eine Vorwärtsbewegung vorgesehen werden müssten.
Durch die erfindungsgemässe Einrichtung ist die Verwendung von einfachen, massiven Teilen bei der Konstruktion möglich. Es sind sehr wenig bewegliche Teile vorhanden (mit der Ausnahme des eventuell schwenkbar ausgestalteten Tragflügelprofils). Es ist daher keine Störanfälligkeit gegeben, sondern eine sehr grosse Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit. Ausserdem ist ein sehr grosser Wirkungsgrad gegeben, da die optimalen Möglichkeiten der Flügelformen, des Anstellwinkels und der Kanalquerschnitte ausgeschöpft werden können. Der Wirkungsgrad ist insofern auch sehr hoch, weil keine störenden Luftkräfte auftreten, die beispielsweise normalerweise an den Tragflügeln von Flugzeugen entstehen. Ausserdem ist Allwetterfähigkeit gegeben. Auch in bezug auf die Sicherheitsvorkehrungen ist die Erfindung von besonderem Vorteil, da wie schon erwähnt, hier z.
B. keine rezirkulierenden heissen Gasstrahlen auftreten, weil hier keine Verbrennungsgase ausgestrahlt werden.
Ausserdem ergibt sich durch die Erfindung insofern ein Vorteil, als der Start wesentlich leiser vor sich gehen kann, als dies bei andern Hubtriebwerken der Fall ist, da die Druckbelastung pro Flächeneinheit ausserhalb des Körpers wesentlich geringer ist. Auch die aerodynamischen Interferenzen zwischen Zelle und Hubsystem sowie Bodeneffekte werden dutch die geringe Druckbelastung sehr günstig ausfallen.
Durch die Erfindung werden also wesentliche Vorteile und ein besonderer Fortschritt auf dem Gebiet von senkrecht startenden und landenden Fluggeräten sowie bei bodennahen Schwebefahrzeugen nach Art von Luftkissenfahrzeugen od. dgl. geschaffen. Die Vorteile liegen sowohl in wirtschaftlicher, in technischer als auch in wirkungsmässiger Hinsicht vor.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Starten und Landen von Fluggeräten, zum Anheben von bodennahen
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dgl.flügelprofile (3,3') ausgebildet sind, wobei über und unter den Tragflügelprofilen (3,3') zur freien Atmosphäre führende Leitungen (4,5) in den Druckluftkanal (2) münden.
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