Senkrechtstartflugzeug Die vorliegende Erfindung betrifft ein Senkrecht- startflugzeug und insbesondere ein solches mit einer Mehrzahl von Gebläsen und Strahltriebwerken oder Gasgeneratoren, die strömungsmässig miteinander verbunden sind.
Bei VTOL-Flugzeugen hat sich die Verwendung von Hubstrahlgebläsen in den Flügeln oder im Rumpf ausgezeichnet. Durch die Bewegung von grossen Luft mengen mit niedrigem Druck kann mit Hilfe der Gebläse ein vertikaler Auftrieb erzeugt werden. Das Flugzeug kann seine Steigbewegung in vertikaler Richtung fortsetzen, bis eine geeignete Reiseflug- höhe erreicht ist, wonach das Flugzeug auf Reise flug umgestellt und dabei beispielsweise durch Rück stoss angetrieben werden kann. Der Vortrieb wird entweder durch zusätzliche Strahltriebwerke in übli cher Weise oder durch Umlenkung der Gebläseluft mittels Klappen oder Schiebern, so dass sich eine horizontale Komponente ergibt, erzeugt.
Offensichtlich ist für den zuverlässigen Betrieb eines Flugzeuges die Aufrechterhaltung des Gleich gewichtes zu jeder Zeit notwendig. Während der Horizontalbewegung wird die Rollstabilisierung in bekannter Weise durch die Querruder erreicht. Je doch ist bei Senkrechtstartflugzeugen in der Hub- oder Schwebelage keine Strömung über den Flügel vorhanden, welche eine solche Stabilisierung ermögli chen würde, so dass zusätzliche Mittel zur Rollstabili sierung bzw. zur Unterdrückung einer Rolltendenz beim Ausfall eines Gasgenerators oder eines Gebläses notwendig sind.
In ähnlicher Weise muss der Anstell- winkel beherrscht werden können, um das Flugzeug in der gewünschten Lage zu halten. Dabei sollte das Stabilisierungssystem sowie auch der Antrieb Teile verwenden, die die Flügel nicht vergrössern und das Gewicht des Flugzeuges unnötig vergrössern.
In bezug auf Senkrechtstartflugzeuge sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, unter an derem die Anordnung der Gebläse in den Flügeln unter Verwendung von zusätzlichem Stabilisierungs gebläse für die Roll- und Anstellwinkelsteuerung. Bei diesen Anordnungen sollten meist mechanische Verbindungen zwischen den Gebläsen und/oder den Gasgeneratoren verwendet werden, wobei sich äu sserst komplexe Flügelkonstruktionen ergaben. Bei andern Senkrechtstartflugzeugen wurden schwenk bare Triebwerke oder Propeller vorgeschlagen, die sowohl für den Steigflug wie auch den Reiseflug in vertikaler bzw. horizontaler Lage verwendet werden sollten.
Offensichtlich ist insbesondere bei Flugzeugen die Vermeidung von überflüssigen Elementen von grosser Bedeutung; überdies ist es sehr wichtig, dass das Flugzeug im Falle einer Triebwerksstörung stabil bleibt und immer noch genügend Auftriebsleistung vorhanden ist. Der Leistungsausfall ist insbesondere im Schwebe- oder Steigzustand von Bedeutung, da während dieser Phase vermittels der aerodynamischen Stabilisierungsflächen keine Beeinflussung möglich ist.
Es ist anzunehmen, dass die Konstruktionsvor schriften für Senkrechtstartflugzeuge verlangen, dass beim Ausfall eings Strahltriebwerkes oder Gasgene- rators die Fortsetzung des Fluges möglich ist. Beim Ausfall von mehr als einem Triebwerk muss das Flugzeug sein Gleichgewicht beibehalten können, wo bei<B>je</B> nach Kapazität bzw. Auslegung eine Fort setzung des Fluges verlangt werden kann. Auf jeden Fall muss auch bei einer Triebwerksstörung die Sicherheit für das Flugzeug möglichst gross bleiben.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaf fung eines Senkrechtstartflugzeuges, welches neben dem Betrieb im Steig- und Reiseflug jederzeit be herrscht werden kann bzw. stabilisierbar ist.
Das erfindungsgemässe Senkrechtstartflugzeug, das mit einem Rumpf und davon abstehenden Flügeln, einem in jedem Flügel symmetrisch zur Längsmittellinie des Flugzeuges angeordneten Rin- b turbinengebläse und einem vor den in den Flügeln angeordneten dritten Ringturbinengebläse, wobei die Gebläse für vertikalen Auftrieb die Luft praktisch vertikal bewegen, ausgestattet ist, zeichnet sich da durch aus,
dass zwischen jedem Flügelgebläse und dem dritten Gebläse ein Gasgenerator angeordnet ist und ein Leitungssystern jedes Flügelgebläse und das dritte Gebläse mit dem dazwischenliegenden Gasaenerator verbindet, wobei jeder Gasgenerator die volle Antriebsleistung für das zugehörige Flügel- Crebläse und die halbe Antriebsleistung für das dritte Gebläse aufbringt, wobei eine Ausgleichsleitung die Leitungssysteme verbindet, die ein Ventil enthält, um im Falle einer Gasgeneratorstörung die Verbin dung herzustellen,
und dass* beidseitig des Rumpfes hinter den Flügelgebläsen angeordnete Ringturbinen- Gebläse durch zusätzliche einzelne Gasgeneratoren <B>C</B> angetrieben sind, wobei die hinteren Gebläse um eine quer zur Flugzeuglängsachse verlaufende Achse schwenkbar angeordnet sind, um wahlweise Schub in horizontaler oder vertikaler Richtung auf das Flugzeug auszuüben.
Die hinteren Gebläse können durch ein Aus gleichsrohr miteinander verbunden sein, das ein Ventil enthält, um die beiden Gebläse mit einem der zusätzlichen Generatoren zu verbinden. Das Leitungssystem zwischen den Gasgeneratoren und den Gebläsen kann Einläufe aufweisen, die minde stens einen Teil der Gebläse umschliessen, um die Turbinenschaufeln durch die Gase zu beaufschlagen, wobei die Einläufe Apparate aufweisen, um die Strömung an die Schaufeln zu beeinflussen. Der Einlauf des dritten Gebläses kann aus zwei Teilen bestehen, von denen jeder an einen der Gasgenera toren angeschlossen ist und jeder einen Leitapparat aufweist.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Aus führungsform des erfindungsgemässen Senkrechtstart- flugzeuges dargestellt. Es zeigen: Fig. <B>1</B> ein Senkrechtstartflugzeug im Grundriss, Fio,. 2 das Senkrechtstartflugzeug nach Fig. <B>1</B> im Aufriss, wobei die Reisefluggebläse sich in der Hubstellung befinden.
Die Verwendung einer gemeinsamen Leitung, an welche alle Triebwerke oder GasgQneratoren ange- gt bezüglich der Beaufschlagung schlossen sind, bring und der Steuerung gewisse Probleme. Wird eine gemeinsame Leitung nicht verwendet, so vereinfacht sich das Steuerproblem für die Gasgeneratoren. Der Grund liegt darin, dass der Rückstau eines Gasgene- rators in einer gemeinsamen Leitung die anderen an diese Leitung angeschlossenen Gasgeneratoren be einflussen und deren Betrieb verändern kann.
Durch Verwendung getrennter Leitungen wird es unnötig, die Temperaturen, Drücke, Strömungen und Ge schwindigkeiten aufeinander abzustimmen bzw. ein ander anzugleichen. Somit ergibt sich hieraus eine Vereinfachun- der Steuerung dieser Gasgeneratoren und Triebwerke.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden für den Normalbetrieb getrennte Leitungen vorgesehen, jedoch kann es beim Ausfall eines Trieb- Werkes notwendig sein, die Abgase des einen Gas-e- nerators einer anderen Leitung zuzuführen, und zu diesem Zweck ist die Anordnung so gewählt, dass die getrennten Verbindungen im Notfall zu einer gemeinsamen Verbindung vereinigt werden können.
Das in der Zeichnung dargestellte Senkrecht- startflugzeug besitzt einen Rumpf<B>10,</B> von welchem Flügel<B>11</B> abstehen, sowie einen Schwanz 12 be kannter Art. Für den Antrieb des Flugzeuges sind in den Flügeln Gebläse<B>13,</B> in der Rumpfnase ein Gebläse 14 und am Rumpfhinterteil Reisegebläse <B>15</B> vorgesehen. Die Reisegebläse<B>15</B> sind ausserhalb des Flugzeuges beidseitig des Rumpfes und hinter dem Schwerpunkt des Flugzeuges angeordnet, wobei die Anordnung der Gebläse<B>13</B> in bekannter Weise erfolgt. Zum Antrieb der Gebläse<B>13</B> und 14 sind Gasgeneratoren<B>16</B> vorgesehen. Es kann sich hierbei um Strahltriebwerke handeln, wobei jedoch kein nach hinten gerichteter Schub erzeugt werden soll.
Die Verbindung zwischen den Gasgeneratoren und den Gebläsen besteht aus einem Leitungssystem und Ventilen; da die Leitungen symmetrisch angeordnet sind, wird nur die eine Seite des Leitungssysterns <B>C</B> beschrieben. Zwischen dem Gasgenerator und den beiden Gebläsen erstreckt sich eine Leitung<B>17.</B> Jedes Gebläse ist mindestens teilweise von einem Einlauf umgeben, welcher die Verbrennungsgase ge gen die Turbinenschaufeln, dieses Gebläses richtet. Es können Leitapparate<B>19</B> und 20 an den Einläufen der Flügelgebläse und Leitapparate 21 am Einlauf des Gebläses in der Rumpfnase vorgesehen sein. Der Einlauf des Gebläses in der Rumpfnase kann an der Mittellinie in zwei Teile unterteilt sein, um eine Vermischung der Gase von den beiden Gasge neratoren zu vermeiden.
Die Flügelgebläse sind bezüglich der Längsmittel linie des Flugzeuges symmetrisch angeordnet, und ebenso ist das Gebläse in der Rumpfnase symme trisch zum Rumpf. Alle diese Gebläse dienen zur Bewegung von Luft in vertikaler Richtung, um den Flugzeugauftrieb zu erteilen. Eine Beschreibung der Gebläse im Detail erübrigt sich, da sie in bekannter Weise auf die Gebläseschaufeln aufgesetzte Turbinen schaufeln aufweisen, welche die Gebläse antreiben.
Durch die in den Flügeln und in der Rumpfnase angeordneten Gebläse soll kein Vortrieb, sondern nur ein Auftrieb und gegebenenfalls eine Wende stabilisierung erreicht werden. Es sind deshalb Mittel vorgesehen, um die Eintrittsöffnungen und Austritts öffnungen der Gebläse im Reiseflug zu bedecken. Im Steigflug erhält das Gebläse in der Rumpfnase jede Hälfte seiner Antriebsleistung von einem der beiden Gasgeneratoren<B>16,</B> währenddem die beiden Flügelgebläse ihre Antriebsleistung direkt vom be nachbarten Gasgenerator erhalten. Die beiden Seiten des Flugzeuges enthalten somit getrennte und von einander unabhängige Systeme. Vorzugsweise be finden sich die beiden Flügelgebläse in der Ebene der Flügel, wobei deren Einläufe sich teilweise um die Turbine des Gebläses erstrecken.
Der Gasgene rator<B>16</B> ist zwischen dem Flügelgebläse und dem Gebläse in der Rumpfnase angeordnet, und zwar vorzugsweise jedoch nicht unbedingt im Flügel, und zwar zur Vermeidung von zusätzlichen Leitungen für die Zuführung von Luft an die im Rumpf ange ordneten Gasgeneratoren. Durch die Verbindung der Gasgeneratoren über Leitungen mit den zugehörigen Gebläseturbinen fallen mechanische Kraftübertragun gen weg, und es findet ein direkter Antrieb statt. Durch Anordnung der Flügelgebläse und des Ge bläses in der Rumpfnase beidseitig des Schwer punktes des Flugzeuges können diese Gebläse sowohl für die Rollstabilisierung wie auch für die Beein flussung des Anstellwinkels verwendet werden.
Durch die Verwendung von zwei unabhängigen Systemen kann der Querschnitt der Leitung<B>17</B> kleiner ge halten werden, wodurch die Leitungsführung sowie die Steuerungsprobleme im Verhältnis zu einer ein zigen grösseren Leitung, in welcher eine Vermischung stattfindet, vereinfacht werden.
Eine horizontale Bewegung des Flugzeuges bzw. der Reiseflug wird durch die hinteren Gebläse<B>15</B> erreicht. Diese Gebläse<B>15</B> sind um eine quer zum Rumpf verlaufende Achse 22 schwenkbar, so dass sie in die in Fig. 2 dargestellte vertikale Lage ge bracht werden können. In dieser Lage erhöhen sie den Auftrieb des Flugzeuges. In einer Zwischen stellung dienen sie dem übergang von der vertikalen in die horizontale Bewegungsrichtung. Durch die Gebläse 14 und<B>13</B> wird somit der.Auftrieb und durch das Gebläse<B>15</B> Auftrieb und Vortrieb erzeugt, so dass diese Gebläse zusammenwirken.
Durch die Verschwenkung der beiden Gebläse<B>15</B> zwischen den beiden Extremstellungen werden die Möglichkeiten des überganges von einer zur anderen Fluglage ver grössert. Die Gebläse<B>15</B> werden unabhängig durch im Rumpf angeordnete Gasgeneratormittel <B>23</B> ange trieben, wobei aus Sicherheitsgründen zwei oder mehr Gasgeneratoren vorgesehen sind. Ein Leitungssystein 24 verbindet jeden Gasgenerator mit dem zuge hörigen Gebläse. Im Reiseflug sind die vorderen Gebläse stillgesetzt, wobei die Verkleidungskörper <B>29</B> der Gasgeneratoren<B>16</B> eingezogen sind, wodurch der Luftstrom an die Gasgeneratoren unterbrochen und der Luftwiderstand reduziert wird.
Um bei einem Triebwerksausfall das Flugzeug in stabiler Lage zu halten, ist zwischen den beiden Leitungen<B>17</B> eine Ausgleichsleitung<B>25</B> vorgesehen, welche ein normalerweise geschlossenes Ventil<B>26</B> enthält. In ähnlicher Weise ist zwischen den Leitun gen 24 eine Ausgleichsleitung<B>27</B> vorgesehen, die ebenfalls ein normalerweise geschlossenes Ventil ent hält. Es sei angenommen, dass der in Fig. <B>1</B> rechts seitige Gasgenerator ausfällt. In diesem Falle wird das Ventil<B>25</B> geöffnet, so dass das rechtsseitige Gebläse vom linksseitigen Gasgenerator angetrieben werden kann.
Selbstverständlich ist der dabei er zeugte Auftrieb geringer; jedoch lässt sich ein Rollen vermeiden. Um die Menge der jedem Gebläse zu geführten Verbrennungsgase zu regulieren, können die entsprechenden Leitapparate<B>19</B> und 20 betätigt werden, so dass einem Flügelgebläse gleiche Leistung zugeführt wird. Gleichzeitig kann der Leitapparat im Einlauf<B>18</B> geöffnet oder geschlossen werden, um infolge der Reduktion des Auftriebes der Flügel gebläse eine Beherrschung des Anstellwinkels zu ermöglichen. Im Normalbetrieb kann das Gleichgewicht, welches durch Luftstösse oder eine Rolltendenz be- einflusst wird, ebenfalls sehr leicht aufrechterhalten werden.
Falls am linksseitigen Gebläse<B>13</B> mehr Leistung und am rechtsseitigen Gebläse weniger Leistung benötigt wird, kann der Leitapparat 21 an der linken Seite des Einlaufes<B>18</B> geschlossen und der Leitapparat 20 am linksseitigen Gebläse geöffnet werden, so dass das linksseitige Gebläse<B>13</B> auf Kosten des Gebläses 14, welches nimmehr mit re duzierter Leistung angetrieben wird<B>'</B> von seinem Gasgenerator eine erhöhte Leistung erhält. Dies allein kann schon ausreichen, um die Rollbewegung zu korrigieren, oder es kann notwendig sein, den rechts seitigen Leitapparat 21 zu öffnen und den Leit- apparat <B>19</B> im rechtsseitigen Gebläse<B>13</B> zu schliessen.
Dadurch erhält das Gebläse in der Rumpfnase mehr Leistung vom rechtsseitigen Gasgenerator, während das rechtsseitige Flügelgebläse weniger Leistung er hält. Somit ist eine Rollstabilisierung möglich, wäh renddem der Anstellwinkel unverändert bleibt, da das Gebläse 14 die vom einen Gasgenerator abge zogene Leistung durch den andern Gasgenerator wieder erhält. Beim Gebläse 14 in der Rumpfnase handelt es sich somit um ein Ausgleichsventil für das ganze Flugzeug, da durch dieses die, Leistungs übertragung zwischen den drei Gebläsen gesteuert werden kann.
Die Gasgeneratoren<B>16</B> und<B>23</B> sind vorzugsweise identisch, um einen Austausch zu ermöglichen. Wäh rend für die Gasgeneratoren<B>23</B> eine Steuerung not wendig ist, da sie die Gebläse sowohl für Steig- als auch Reiseflug antreiben, ist eine solche Steuerung für die Generatoren<B>16</B> nicht notwendig. Die Gasge neratoren<B>16</B> können somit als Ersatz für die Gene ratoren 21 verwendet werden, da der Steigflug nor malerweise nur einen kleinen Teil des Gesamtweges ausmacht. Durch den Austausch können alle Gene ratoren gleich lang beansprucht werden.
Durch die Verwendung von Ringturbinengebläsen am hinteren Teil des Rumpfes als Antrieb für den Reiseflug kann von deren niedrigem spezifischem Brennstoff verbrauch Gebrauch gemacht werden, wobei diese gleichzeitig für den Steigflug verwendet werden können, um eine Kompensation für die Reaktion des Gebläses 14 zu ermöglichen.
Durch die Verwendung von zwei unabhängigen vorderen Antriebssystemen, die durch Leitungen mit einander verbunden sind, können besondere Steuer elemente für die Triebwerke vermieden werden, wäh rend die Vorteile eines gemeinsamen Leitungssyste- mes infolge der nur irn Notfall verwendeten Aus gleichsleitung<B>25</B> erhalten bleiben. Überdies verrin gern die unabhängigen Systeme die Schwierigkeiten in bezug auf die mechanischen Steuerorgane, die bei gemeinsamen Leitungssystemen auftreten. Das beschriebene Senkrechtstartflugzeug kann als prak tisch unter allen Bedingungen sicher und stabilisier- bar angesprochen werden.