DE1198205B

DE1198205B - Arrangement for deflecting propeller jets

Info

Publication number: DE1198205B
Application number: DED42889A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hansjuergen Schnurr
Original assignee: Dornier Werke GmbH
Current assignee: Dornier Werke GmbH
Priority date: 1963-11-08
Filing date: 1963-11-08
Publication date: 1965-08-05

Description

Anordnung zur Umlenkung von Luftschraubenstrahlen Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem des Senkrechtstartes bzw. Kurzstartes bei Luftfahrzeugen mit Luftschraubenantrieb. Die Gruppe der Drehflügler oder Hubschrauber soll hierbei außer Betracht gelassen werden. Es sind bisher verschiedene Vorschläge bekanntgeworden, um den Luftschraubenstrahl zur direkten Auftriebserzeugung bei Luftfahrzeugen heranzuziehen. So sind bei einer bekannten Anordnung Flügel vorgesehen, die mitsamt den Triebwerken und Propellern von der normalen Horizontallage zum Senkrechtstart in die Vertikallage gekippt werden können. Diese Ausbildung ist aber mit erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten verknüpft so daß sie sich bisher in der Praxis noch nicht durchgesetzt hat. Andere bekannte Ausbildungsforinen lassen daher die Flügel in ihrer Lage stehen und verschwenken nur die Triebwerke mit den Luftschrauben oder gegebenenfalls nur die Luftschrauben allein. Als Beispiel hierfür sei eine Anordnung angeführt, bei der an den Flügelspitzen ummantelte Luftschrauben angeordnet sind, die um 901 von einer horizontalen Lage in die Vertikallage geschwenkt werden können. Auch diese Anordnungen sind mit Nachteilen behaftet. Vor allen Dingen sind komplizierte und teuere Schwenkeinrichtungen oder Schwenkgetriebe erforderlich.Arrangement for deflecting propeller jets The invention deals with the problem of vertical takeoff or short takeoff in aircraft with propeller drive. The group of rotary wing aircraft or helicopters should be disregarded here. So far, various proposals have become known to use the propeller jet for the direct generation of lift in aircraft. Thus, in a known arrangement, wings are provided which, together with the engines and propellers, can be tilted from the normal horizontal position for vertical take-off into the vertical position. However, this training is associated with considerable constructional difficulties so that it has not yet established itself in practice. Other known training forines therefore leave the wings in their position and pivot only the engines with the propellers or, if necessary, only the propellers alone. An example of this is an arrangement in which jacketed propellers are arranged on the wing tips, which can be pivoted 901 from a horizontal position into the vertical position. These arrangements also have disadvantages. Above all, complicated and expensive swivel devices or swivel gears are required.

Mit einer weiteren bekannten Einrichtung, bei der die Schraubenebene starr in bezug auf das Flugzeug bleibt und lediglich die Hälften des umhüllenden Mantels windschief zur Luftschraubenachse einstellbar sind, läßt sich zwar eine gewisse Strahlablenkung erzielen, doch vermindert sich der Schub rasch mit zunehmender Schräganblasung der Luftschraubenebene. Der mögliche Schwenkwinkel des Schubvektors ist außerdem aus konstruktiven Gründen begrenzt, eine Schubumlenkung um 90' ist mit dieser Einrichtung nicht möglich. Auch hier sind aufwendige Schwenkmechanismen erforderlich.With another known device, in which the screw plane remains rigid with respect to the aircraft and only the halves of the enveloping jacket can be adjusted skewed to the propeller axis, a certain beam deflection can be achieved, but the thrust decreases rapidly with increasing oblique blowing of the propeller plane. The possible swivel angle of the thrust vector is also limited for structural reasons, a thrust deflection by 90 ' is not possible with this device. Elaborate pivoting mechanisms are also required here.

Aufgabe der Erfindung war es, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und mit möglichst einfachen Mitteln eine wirksame Umlenkung von Luftschraubenstrahlen zu erreichen, um die umgelenkten Strahlen zur Erzeugung einer Hubkraft für den Senkrechtflug zu verwenden. Das Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in angemesseem Abstand zwei Luftschrauben koaxial vorgesehen sind, von denen die hintere Luftschraube bedarfsweise in einer der vorderen Luftschraube entgegengesetzten Schubrichtung arbeiten kann und daß die Ummantelung zwischen den beiden Luftschrauben einen Durchbruch als Austrittsöffnung für den durch das Gegeneinanderarbeiten der Luftschrauben umgelenkten Strahl aufweist. Dieser Durchbruch liegt, da ja eine Hubkraft erzeugt werden soll, auf der Unterseite der Ummantelung. Vorteilhafterweise sind noch Einrichtungen vorgesehen, um den Durchbruch für bestimmte Flugzustände verschließbar zu machen. Es können etwa an der betreffenden Stelle Klappen vorgesehen sein, die in ihrer geschlossenen Stellung die Ummantelung bilden. Zur Drehmomentenkompensation und zur Verhinderung eines unerwünschten, die Wirksamkeit der Anordnung herabsetzenden Strahldralles, können die beiden Luftschrauben in an sich bekannter Weise als gegenläufige Luftschrauben ausgebildet werden.The object of the invention was to overcome the disadvantages of the known arrangements to avoid and with the simplest possible means an effective deflection of propeller jets to achieve the deflected beams to generate a lifting force for vertical flight to use. The aim is achieved according to the invention in that in appropriate Distance two propellers are provided coaxially, of which the rear propeller if necessary in a thrust direction opposite to the front propeller can work and that the casing between the two propellers has a breakthrough as an exit opening for the one deflected by the counter-working of the propellers Having beam. This breakthrough is because a lifting force is to be generated on the underside of the jacket. Devices are advantageously also provided to make the breakthrough lockable for certain flight conditions. It can approximately at the point in question flaps can be provided that are closed in their Position form the sheath. For torque compensation and prevention an undesirable jet twist that reduces the effectiveness of the arrangement, can use the two propellers in a known manner as propellers rotating in opposite directions be formed.

Die Wirkungsweise der Anordnung wird also im wesentlichen dadurch bestimmt, daß die beiden, in einem Mantel angeordneten Luftschrauben in der Senkrechtstartphase gegeneinander gerichtete Luftströmungen erzeugen können im Gegensatz zu be- kannten Anordnungen mit ummantelten Doppelluftschrauben, bei denen die eventuell gegenläufig ausgebildeten Luftschrauben immer gleichsinnig bezüglich der Strömungsrichtung wirken oder bei denen allenfalls eine der beiden Luftschrauben stillgelegt werden kann.The mode of operation of the arrangement is essentially determined by the fact that the two propellers arranged in a jacket can generate air currents directed against each other in the vertical take-off phase, in contrast to known configurations with jacketed double propellers, in which the propellers, which may be configured in opposite directions, are always in the same direction with respect to the Act in the direction of flow or where at most one of the two propellers can be shut down.

An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung erläutert.The invention will be explained with reference to the drawings.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Luftschraubenanordnung; F i g. 2 zeigt die F i g. 1 in der Ansicht von vom teilweise geschnitten; F i g. 3 zeigt eine Abwandlung gegenüber F i g. 1, bei der ein Triebwerk in die Ummantelung mit eingebaut ist.F i g. Figure 1 shows a longitudinal section through the propeller assembly; F i g. 2 shows the FIG. 1 in the view of from the front partially sectioned; F i g. 3 shows a modification compared to FIG. 1, in which an engine is built into the casing.

In den F i g. 1 und 2 sind ummantelte Luftschrauben 1 und 2 dargestellt. Die Ummantelung selbst ist mit 7 bezeichnet. Der Antrieb der Luftschrauben erfolgt im angenommenen Beispiel über die Welle 4 von einer Wellenturbine her. Ein Kegelgetriebe 3 sorgt für einen gegenläufigen Antrieb der vorderen Luftschraube 1 und der hinteren Luftschraube 2. Die Verbindung zur hinteren Luftschraube wird durch die Welle 5 hergestellt. Zur Lagerung der Luftschrauben und Wellen sind in der Ummantelung die Streben 6 bzw. 6' vorgesehen. Eine der Streben 6 dient gleichzeitig als Verkleidung für die Antriebswelle 4. Im angenommenen Beispiel ist die hintere Luftschraube 2 als Verstellschraube ausgebildet. Die Verstellmöglichkeit ist durch die Einrichtung 10 angedeutet. Die Steuereinrichtungen für diese Verstelleinrichtung verlaufen etwa durch eine der hinteren Streben 6'. In the F i g. 1 and 2 jacketed air screws 1 and 2 are shown. The casing itself is denoted by 7. In the example assumed, the propellers are driven via the shaft 4 from a shaft turbine. A bevel gear 3 ensures that the front propeller 1 and the rear propeller 2 are driven in opposite directions. The connection to the rear propeller is established by the shaft 5 . The struts 6 and 6 'are provided in the casing to support the propellers and shafts. One of the struts 6 also serves as a cladding for the drive shaft 4. In the example assumed, the rear propeller 2 is designed as an adjusting screw. The possibility of adjustment is indicated by the device 10 . The control devices for this adjustment device run approximately through one of the rear struts 6 '.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist so, daß im Reiseflug die vordere Luftschraube 1 wie üblich einen Vortrieb liefert. Die Strömungsrichtung ist durch die Pfeile S 1 angedeutet. Im Reiseflug ist die hintere Luftschraube 2 so eingestellt, daß sie ebenfalls einen Vortrieb liefert. Die Strömung an ihr ist dann der eingezeichneten Strömungsrichtung s 2 entgegengesetzt. Für den Fall, daß eine senkrechte Hubkraft durch Strahlumlenkung erzeugt werden soll, wird die hintere Luftschraube 2 so verstellt, daß sie einen gegenüber der vorderen Luftschraube 1 entgegengerichteten Schub erzeugt. Für diesen Fall ist die Strömungsrichtung S 2 an der hinteren Luftschraube durch die Pfeile dargestellt. Die gegeneinandergerichteten Luftschraubenstrahlen treffen in der Mitte der Ummantelung aufeinander und werden etwa in den gestrichelt eingezeichneten Bahnen so abgelenkt, daß sie nach unten durch die Öffnung 8 der Ummantelung 7 in der Richtung S 3 austreten. Man erhält auf diese Weise eine Propellerstrahlumlenkung ohne Umlenkklappen oder ähnliche Einrichtungen zu benötigen.The mode of operation of the arrangement is such that the forward propeller 1 provides propulsion as usual when cruising. The direction of flow is indicated by the arrows S 1 . When cruising, the rear propeller 2 is set so that it also provides propulsion. The flow at it is then opposite to the drawn flow direction s 2. In the event that a vertical lifting force is to be generated by deflecting the jet, the rear propeller 2 is adjusted in such a way that it generates a thrust that is opposite to the front propeller 1. In this case, the direction of flow S 2 on the rear propeller is shown by the arrows. The opposing propeller jets meet in the middle of the casing and are deflected, for example, in the paths shown in dashed lines, so that they exit downwards through the opening 8 of the casing 7 in the direction S 3. In this way, a propeller jet deflection is obtained without the need for deflection flaps or similar devices.

Die Anordnung kann ohne weiteres auch so abgewandelt werden, daß etwa die hintere Luftschraube 2 nicht dauernd in Betrieb ist sondern nur dann, wenn eine Schuburnlenkung gewünscht wird. Zu diesem Zweck kann im Zuge der Verbindungswelle 5 zur hinteren Luftschraube 2 in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise eine Kupplung 12 vorgesehen werden. Im Reiseflug wird die hintere Luftschraube 2 dann etwa so stillgesetzt, daß sie hinter den Streben 6' in einer widerstandsarmen Stellung liegt. Für den Senkrechtflug wird nun die hintere Luftschraube durch Betätigung der Kupplung in Betrieb genommen und eine Strahlumlenkung in der oben beschriebenen Weise erreicht. Diese Ausbildung hat eine Vereinfachung an der hinteren Luftschraube 2 zur Folge, da hier mit einem festeingestellten Blattwinkel gearbeitet wird und deswegen die Einrichtung 10 zur Blattwinkelverstellung entfallen kann. Dafür ist aber der Einbau einer Kupplung erforderlich.The arrangement can easily be modified so that, for example, the rear propeller 2 is not continuously in operation but only when a thrust steering is desired. For this purpose, a coupling 12 can be provided in the course of the connecting shaft 5 to the rear propeller 2 in a manner known per se and not shown in detail. When cruising, the rear propeller 2 is then stopped approximately so that it lies behind the struts 6 ' in a position with little resistance. For vertical flight, the rear propeller is now put into operation by actuating the clutch and a beam deflection is achieved in the manner described above. This design results in a simplification of the rear propeller 2, since a fixed blade angle is used here and the device 10 for blade angle adjustment can therefore be dispensed with. However, this requires the installation of a coupling.

Die F i g. 2 zeigt die Ansicht der Anordnung von vom, wobei ein Teil im Schnitt dargestellt ist. Die Ummantelung ist hier auf ihrer Unterseite so ausgebildet, daß zwei Klappen 9 bzw. 9' entstehen, die die Öffnung 8 im Nonnalflug abdecken können. Sie werden lediglich im Fall einer benötigten Schubumlenkung geöffnet.The F i g. Figure 2 shows the view of the arrangement of Figure 2, with a part shown in section. The casing is designed here on its underside so that two flaps 9 and 9 ' are created which can cover the opening 8 in normal flight. They are only opened when a thrust deflector is required.

Gegebenenfalls ist es möglich, die beiden gegenläufigen Luftschrauben nicht über Fernwellen anzutreiben, sondern in der Ummantelung ein Triebwerk, z. B. ein Turbinentriebwerk, einzubauen. Die Luftschrauben 1 bzw. 2 sitzen dann direkt auf dem vorderen bzw. hinteren Abtrieb der Turbine. In der F i g. 3 ist diese Ausbildungsmöglichkeit dargestellt. Die Turbine ist mit 11 bezeichnet. Sie ist in nicht näher dargestellter Weise über Streben in der Ummantelung befestigt.If necessary, it is possible not to drive the two propellers rotating in opposite directions via long-distance shafts, but rather an engine in the casing, e.g. B. a turbine engine to be installed. The propellers 1 and 2 are then located directly on the front or rear output of the turbine. In FIG. 3 this training option is shown. The turbine is denoted by 11. It is fastened in a manner not shown by means of struts in the casing.

Die Erfindung bietet den großen Vorteil, daß kein gewichtsmäßiger Aufwand und kompliziertere Einrichtungen für ein Verschwenken, für Getriebe oder Klappen erforderlich sind und daß durch sie praktisch keine Widerstandserhöhung auftritt. Es ist möglich, für Start und Reiseflug die Vorteile der Mantelschraube und der Tandemanordnung der Luftschrauben voll auszunutzen. Für den Fall, daß die hintere Luftschraube eine Schubumkehrmöglichkeit durch Blattwinkelverstellung aufweist, ist ein kontinuierlicher übergang von Vorwärtsflug zum Senkrechtflug bzw. umgekehrt möglich. Dabei treten im übergangsflug keine unerwünschten Momentenänderungen auf, weil sich der Angriffspunkt des Schubvektors in Schwerpunktsnähe anordnen läßt und weil dieser bei Änderungen des Verhältnisses von Vertikalschub zu Horizontalschub nicht auswandert; bekanntlich sind dieses z. B. bei der Strahlumlenkung durch Klappensysterne schwierige Probleme. Ferner kann die Anordnung bei einer Normal-oder Kurzlandung ebenfalls in vorteilhafter Weise eingesetzt werden. Wenn die Klappen für die Austrittsöffnung geschlossen sind, so kann durch Schubvernichtung die Landestrecke wesentlich verkürzt werden.The invention offers the great advantage that no weight Effort and more complicated facilities for pivoting, for gear or Flaps are required and that practically no increase in resistance through them occurs. It is possible to take advantage of the jacketed screw for takeoff and cruise and to take full advantage of the tandem arrangement of the propellers. In the event that the rear propeller has a thrust reversal option by adjusting the blade angle, is a continuous transition from forward flight to vertical flight or vice versa possible. No undesirable torque changes occur in the transition flight, because the point of application of the thrust vector can be arranged near the center of gravity and because this occurs when the ratio of vertical thrust to horizontal thrust changes does not emigrate; as is known, these are z. B. with the beam deflection by flap systems difficult problems. Furthermore, the arrangement can be used for a normal or short landing can also be used in an advantageous manner. When the flaps for the outlet opening are closed, the landing distance can be significantly shortened by destroying thrust will.

Claims

Patentanspräche: 1. An arrangement for selectively horizontal and / or vertical thrust generation in aircraft by means of jacketed air screws, d a d u rch in that in reasonable distance-two propellers (1, 2) are coaxially provided, of which the rear propeller (2) if necessary, can work in a thrust direction (S2 ) opposite to the front propeller (1) and that the casing between the two propellers has an opening (8) as an outlet opening for the jet (S 3) deflected by the counter-action of the propellers.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the opening (8) for the deflected propeller jet (S3) can be closed. 3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the rear propeller (2) can be switched on if necessary with a fixed blade angle setting. 4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized by a switchable coupling (12) between the rear propeller (2) and the common drive (4). 5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the rear propeller (2) is equipped as a counter-rotating propeller with a thrust reversal enabling blade angle adjustment (10) . 6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that a common engine (11) is arranged in the casing (7) between the two propellers (1, 2). Documents considered: Austrian Patent No. 165 736; British Patent No. 175,922; U.S. Patent No. 2,969,936.