DE1082131B - Starthilfe fuer Flugzeuge - Google Patents

Description

Bei den hohen Abhebegeschwindigkeiten heutiger Flugzeuge, die bis zu 400 km/h betragen, werden sehr große Startbahnlängen — etwa von 2 bis 3 km — benötigt, wenn die Geschwindigkeiten mit bordeigener Kraft erreicht werden sollen. Solche Startlängen stehen jedoch meist nicht zur Verfügung.

Es wurden schon Starthilfen mittels Raketen vorgeschlagen, jedoch wurden bei Verwendung der üblichen Feststoffraketen die Treibstoffkosten außerordentlich hoch und deshalb unwirtschaftlich sein.

Die Erfindung bezweckt vor allem, eine Starthilfe zu schaffen, die sich gleichzeitig durch hohe Leistungsfähigkeit, Betriebssicherheit und große Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Sie geht aus von einer Starthilfe für Flugzeuge, bei der ein vom Flugzeug oder Flugkörper getrenntes oder trennbares, mit Raketen sowohl vortreibbares als auch abbremsbares Fahrwerk verwendet wird und sich dadurch kennzeichnet, daß sowohl zum Vortrieb als auch zum Abbremsen Heißwasserraketen mit entgegengesetzt gerichteten Dampfstrahldüsen verwendet werden.

Wie die Berechnung ergibt, können die Treibstoffkosten pro Start gegenüber denjenigen bei Verwendung von Feststoffraketen auf etwa ein Fünfhundertstel der bisherigen Kosten gesenkt werden. Diese »5 Wirkung beruht insbesondere auf der Zwischenschaltung der großen Wassermasse, wodurch die Impulsausbeute der aufgewendeten Energie in ähnlicher Weise erhöht wird wie der Luftdurchsatz bei Luftstrahltriebwerken. Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil erhöhter Betriebssicherheit und praktisch vollständiger Klimaunabhängigkeit.

Bei einer Beschleunigung, welche sich auf 30m/sec² beschränkt, sowie bei einer Abhebegeschwindigkeit von 400 km/h kommt man mit einer Rollbahnlänge von 500 m aus. Für die Verzögerung können hierbei entsprechend der geringeren abzubremsenden Energie kleinere Düsen verwendet werden, da die Bremsdüse nur etwa ein Viertel bis ein Fünftel des zu beschleunigenden Gewichtes zu verzögern hat.

An den in Längsrichtung des Fahrzeugs liegend angeordneten Heißwasserkessel ist sowohl eine zum Vortrieb nach hinten als auch eine zum Bremsen nach vorn gerichtete Dampfstrahldüse angeschlossen, wobei die zum Bremsen dienende Düse zweckmäßig kleiner als die zum Vortrieb dienende Düse bemessen ist und wobei die Dampfstrahldüsen wechselweise durch gegebenenfalls gemeinsam gesteuerte Ventilorgane in Wirkung bzw. außer Wirkung gesetzt werden.

Vorteilhaft ist die seitwärts gerichtete Anordnung der Dampfstrahldüsen paarweise unter einem Winkel zur Startrichtung bzw. zur Längsrichtung des Fahrwerkes, beispielsweise unter einem Winkel von etwa 30° zueinander, so daß die austretenden Dampfstriih-Starthilfe für Flugzeuge

Anmelder:
Dr.-Ing. Eugen Sänger, Stuttgart-Flughafen

Dr.-Ing, Eugen Sänger, Stuttgart-Flughafen,
ist als Erfinder genannt worden

len das nachfolgende Flugzeug nicht treffen bzw. behindern können. Die Dampfstrahldüsen können hierbei in zwei (oder mehrere) unter einem Winkel zueinander gerichtete Düsenzweige gegabelt sein, indem sich die Düse vorzugsweise bis zur Verzweigungsstelle zunächst verjüngt und erst hierauf in ihren Abzweigungen erweitert. Zur weiteren seitlichen Ablenkung der Strahlen können die Mündungen der Dampfstrahldüsen nach außen abgeschrägt sein.

Der Heißwasserkessel ist zweckmäßig in Längsrichtung des Startwagens angeordnet, wobei die Ventile für die zugeordneten Düsen zweckmäßig in abnehmbaren Böden des Dampfkessels untergebracht sind. Die den Anschluß der Düsen an den Heißwasserkessel steuernden Ventile können durch das unter Druck stehende Heißwasser verstellt werden. Die lange Entleerungsdauer für das Heißwasser lassen es jedoch praktischer erscheinen, die Ventile aus einem besonderen Preßluftvorrat zu betätigen.

Der Kessel selbst ist vorzugsweise stark wärmeisoliert, um die Wärmeverluste während der Bereitstellung gering zu halten. Die Beheizung des Heißwassers kann durch elektrische Einrichtungen geschehen. Im regulären Betrieb werden solche Einrichtungen vorzugsweise nur in Form einer verhältnismäßig klein bemessenen elektrischen Zusatzheizung vorgesehen, welche zur Aufrechterhaltung des Ladungsdruckes dient, während die eigentliche Aufladung des Kessels aus besonderen Heißwasserbereitern unter dem vollen Ladungsdruck (z. B. von etwa 50 ata) erfolgt.

- Die Kupplung des als Starthilfe dienenden Startwagens mit dem zu beschleunigenden Flugzeug oder Flugkörper kann auf verschiedene Weise erfolgen.

Es kann das Fahrwerk unter das Flugzeug derart untergeschoben werden, daß das Flugzeug auf eigenen Rädern läuft. Die im allgemeinen geringe Bodenfreiheit, insbesondere bei den modernen Überschalljägern, verursacht jedoch Schwierigkeiten, das Fahrwerk unter das Flugzeug zu schieben, ohne daß die Räder

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des Flugzeuges den Boden verlassen. Auch bestehen Schwierigkeiten, den Startschub durch den Schwerpunkt des Gesamtsystems zu leiten, da bei dem verhältnismäßig niedrigen Angriffspunkt ein sehr großes aufbäumendes Moment entsteht, das nur sehr schwer durch Unterschiede in den Achsdrücken ausgeglichen werden kann.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, das Flugzeug auf den Wagen zu heben und vom Wagen tragen zu lassen. Auch in diesem Falle entsteht ein kaum beherrschbares aufbäumendes Moment.

Ferner müssen Flugzeug und Wagen bezüglich ihrer Befestigung miteinander genau aufeinander abgestimmt werden, was unter Umständen konstruktiv sehr kompliziert ist. Da der Wagen und seine Räder festigkeitsmäßig auch für das Gewicht des Flugzeuges zu bemessen sind, werden diese notwendigerweise sehr groß und schwer, was, abgesehen von den erhöhten Kosten, einen zusätzlichen Energieaufwand zum Beschleunigen bedeutet. Außerdem ist das Aufbringen des Flugzeuges auf den Startwagen verhältnismäßig umständlich.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Flugzeug durch den Startwagen zu schieben, wobei der Angriffspunkt möglichst in Schwerpunkthöhe des Flugzeuges liegen soll. Hierbei entstehen jedoch insofern Schwierigkeiten, als bei Düsenflugzeugen der meist zentrale Strahl des Triebwerkes den Startwagen überstreichen würde, was zu S chub Verlusten führen und besondere, den Wagen schützende Vorkehrungen an diesem erforderlich machen würde. Auch wären besondere Einrichtungen zur Überragung der Schubkraft vom Startwagen auf das Flugzeug erforderlich, Schwierigkeiten ergeben sich ferner auch hinsichtlich der Sicherstellung der aerodynamischen Stabilität und der Lenkbarkeit des Gesamtsystems.

Wenn auch unter Umständen die eine oder andere der vorstehenden Möglichkeiten Vorteile bietet, sieht die Erfindung vorzugsweise eine solche Anordnung vor, bei welcher das Fahrwerk als Zugwagen mit auslösbaren Mitteln zum Schleppen des Flugzeuges bis zur Erzielung der notwendigen Startgeschwindigkeit ausgebildet ist. Diese Lösung hat folgende Vorteile:

Der Startwagen ist vollständig selbständig und unabhängig von der Art des zu startenden Flugzeuges. Er kann also sowohl für leichte Flugzeuge (beispielsweise auch Segelflugzeuge) als auch für besonders schwere Flugzeuge (z. B. Transport- oder Verkehrsflugzeuge) Starthilfe bieten und entspricht hinsichtlich der Konstruktion in vieler Hinsicht derjenigen eines sehr schnellen Rennwagens. Die Einleitung des Startschubes in das Flugzeug mit Hilfe des Schleppgeschirres kann momentenfrei und an der jeweils günstigsten Stelle des Flugzeuges erfolgen.

Gegebenenfalls ist beim Start verschiedener Flugzeugsysteme nur jeweils das Schleppgeschirr zu wechseln. Die Trennung von Wagen und Flugzeug weist — abgesehen von dem notwendigen Überspringen des bremsenden Wagens durch das Flugzeug —■ keine besonderen fliegerischen Probleme auf, da sich das Flugzeug nach dem Abwerfen des Schleppgeschirres beim Abheben in derselben Situation befindet wie bei einem Start ohne jede Starthilfe. Die beiden Einheiten des Gespannes sind ohne weiteres je für sich aerodynamisch stabil. Sollten zwischen den beiden Einheiten durch Schwingungen Schwierigkeiten auftreten, so kann durch ein starres Schleppgeschirr auch das Gesamtgespann leicht stabil gemacht werden, ohne daß es seine Lenkeigenschaften verliert.

Vorzugsweise wird der Startwagen mit Fahrersitz in der Fahrtrichtung und mit Besatzung ausgestattet, wobei er wie ein normales Kraftfahrzeug gelenkt werden kann. Wegen der relativ hohen Beschleunigungen müssen allerdings besondere Vorkehrungen zum Schütze des Fahrers getroffen werden.

Grundsätzlich könnte der Wagen auch unbemannt mit Programmsteuerung oder Fernsteuerung bzw. mit Eingr,iffsmöglichkeiten von Seiten des Flugzeugpiloten fahren. Auch das Ausschwenken des abgebremsten Wagens aus der Rollbahn geschieht in diesen Fällen zweckmäßigerweise durch Programmsteuerung, worauf der Wagen außerhalb der Rollbahn von bereitstehendem Personal übernommen und mit eigener Motorkraft an den Startplatz zurückgefahren werden kann. Zum Zwecke dieses Zurückfahrens kann ein eigener kleiner Antriebsmotor, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, ein Elektromotor od. dgl., gegebenenfalls auch ein durch das Heißwasser betriebener Motor vorgesehen sein.

Um das Überspringen des Wagens durch das startende Flugzeug zu erleichtern, kann die Bremsstrecke des Startwagens als abfallende Rampe ausgebildet sein. Auch kann die Bremsstrecke außerhalb der eigentlichen Rollbahn des zu startenden Flugzeuges liegen; ferner kann das Schleppgeschirr bzw. Schleppseil so lang gewählt werden, daß der Abstand zwischen geschlepptem Flugzeug und Schleppwagen genügend groß ist.

Der Startwagen ist vorzugsweise mit gummibereiften Rädern ausgerüstet, wobei zur Erhöhung der Stabilität und der erforderlichen Bodenhaftung ein großer Radstand mit niedriger Schwerpunktslage vorteilhaft ist. Da sich mit zunehmender Entleerung des Wagens die Gefahr eines Gleitens und damit einer Beeinträchtigung der Lenkbarkeit und der Seitenstabilität erhöht, können unter Umständen Flügelflächen am Wagen, welche Auftriebskräften entgegenwirken, von Vorteil sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 schematisch die Seitenansicht eines Heißwasserraketen-Startwagens,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Startwagen nach

Fig-1.

Fig. 3 eine Vorderansicht des Startwagens,

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch die Heißwasserrakete und

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch eines der hierbei verwendeten Ventilaggregate in vergrößertem Maßstab.

Das Fahrwerk besteht aus dem Rumpf 10, welcher den Heißwasserkessel 11 umschließt, der in Längsrichtung des Startwagens angeordnet ist und der mit einem wärmeisolierenden Mantel 12 zur Verringerung von Energieverlusten umschlossen ist. Eine nach hinten gerichtete Düse 13 gabelt sich in die beiden Zweige 14und 15j die unter einem Winkel, z.B. einem Winkel von α = etwa 30° zueinander, nach hinten ausmündet, und zwar derart, daß sich die Düse anschließend an den Heißwasserkessel 11 bis zur Gabelung verjüngt und hierauf die Gabelzweige 14,15 sich von der Verzweigungsstelle ab gegen das Ende zu wieder erweitern. Die Austrittsmündungen 16 und 17 sind an ihren Enden, z. B. entsprechend der Formgebung des Rumpfes, abgeschrägt, so daß dem Dampf beim Austritt aus den Mündungen zusätzlich eine seitlich gerichtete Komponente erteilt wird.

In entsprechender Weise ist an den Heißwasserkessel 11 eine vordere Düse 18 angeschlossen, welche

sich bis zu einer Verzweigungsstelle verjüngt und hierauf in die Zweigleitungen 19, 20 gabelt, die sich bis zu Ausmündungen 21, 22 wieder erweitern.

Der Rumpf 10 ist ähnlich einem Kraftfahrzeug auf gummibereiften Vorderrädern 23 und Hinterrädern 24 gelagert, wobei neben der vorderen Düse ein Fahrersitz 25 vorgesehen ist. Die Räder 23 sind hierbei vorzugsweise lenkbar ausgebildet, gegebenenfalls auch die Räder 24. Eine Heckflosse 26 zwischen den Mündungen 16 und 17 der Düsenzweige 14,15 dient xo zur Seitenstabilisierung des Startwagens. Des weiteren ist am Heck des Fahrzeuges, z. B, an einer Versteifung der Heckflosse 26, eine Vorrichtung 27 vorgesehen, an welche das Schleppgeschirr 28 für das zu schleppende Flugzeug angeschlossen ist.

Wie Fig. 4 zeigt, wird die Verbindung der Düsen 13,18 mit dem Innern des Heißwasserkessels 11 durch Ventile 29 und 30 gesteuert, deren Ventilquerschnitte unmittelbar an den zugeordneten Stirnenden des Heißwasserkessels in abnehmbaren Böden 11 α und 11 b desselben angeordnet sind. Die Betätigung der Ventile erfolgt durch Kolben 31 bzw. 32, welche in Zylindern 33 bzw. 34 in Achsrichtung des Heißwasserkessels verschiebbar gelagert sind.

In Fig. 5 ist das Ventil 29 und seine Betätigung durch den Kolben 31 in größerem Maßstab dargestellt. Der Kolben 31 ist hierbei mittels seines Ventilschaftes 31 α in einem Fortsatz 35 des Zylinders 33 nochmals gelagert. Der Zylinder 33 steht durch eine mit Durchtrittsschlitzen 36 für das gesteuerte Medium versehene zylindrische Wand 37 mit dem Boden 11 α des Kessels in Verbindung. Leitungen 38, 39 führen zu den Druckräumen 40 bzw. 41 beiderseits des Kolbens 31 und werden durch ein Ventil 42 über die Steuerkanäle 43, 44 gesteuert. Zum Ventil 42 führt des weiteren eine Leitung 45, die an einen Hilfskraft-, z. B. Preßlufterzeuger oder — wie im Falle des Ausführungsbeispieles — an das Innere des Heißwasserkessels 11 angeschlossen ist. Durch eine weitere Leitung 46 kann die eine oder andere Kolbenseite 40, 41 zum Ablassen des Druckmediums mit der Außenluft verbunden werden.

In gleicher Weise wie das Ventil 29 kann das Ventil 30 durch das gleiche Ventilorgan 42 oder ein gesondertes Ventil gesteuert werden.

In der in Fig. 5 gezeichneten Darstellung sperrt das Ventil 29 die Verbindung vom Innern des Druckkessels 11 zur Düse 13. Das Ventil 42 ist jedoch bereits umgestellt, so daß die Kolbenseite 40 mit dem im Heißwasserkessel 11 befindlichen Druckwasser in Verbindung steht, während die Kolbenseite 41 über die Leitungen 39 und 46 mit dem Außendruck verbunden ist. Es wird infolgedessen das in den Druckraum 40 einströmende Druckwasser den Kolben 31 nach rechts verschieben, so daß das Ventil 29 die Verbindung zwischen dem Innern des Druckkessels 11 und der Düse 13 über die Schlitze 36 freigibt. Das im Innern des Druckkessels 11 befindliche Druckmedium kann infolgedessen in die Düse 13 übertreten, hierbei verdampfen und infolge der ihm innewohnenden Energie den Vorschub des Startwagens bewirken.

Sobald der Startwagen die für das Abheben des Flugzeuges erforderliche Geschwindigkeit erhalten hat, wird das Flugzeug vom Startwagen abgekuppelt und hierauf das Ventil 30 — in entsprechender Weise wie zuvor das Ventil 29 — geöffnet. Der aus der Düse austretende Dampfstrahl verzögert infolgedessen den Startwagen, bis dieser zum Stillstand gelangt.

Die Ventile 29 und 30 können hierbei gesondert oder auch gemeinsam, insbesondere derart betätigt werden, daß beim Schließen des Ventils 29 das Ventil geöffnet wird. Das öffnen des Ventils 29 bzw. das Schließen des Ventils 30 muß jedoch getrennt erfolgen.

Wegen der geringeren aufzuwendenden Energien kann die Düse 18 mit dem Ventil 30 wesentlich kleiner als die Düse 13 mit dem Ventil 29 bemessen sein.

Durch einen auf dem Startwagen an geeigneter Stelle angeordneten Antriebsmotor, z. B. eine Brennkraftmaschine, können die Fahrzeugräder oder ein Teil derselben, vorzugsweise die Hinterräder, angetrieben werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Starthilfe für Flugzeuge oder Flugkörper, vorzugsweise für solche mit hoher Abhebegeschwindigkeit, unter Verwendung eines vom Flugzeug oder Flugkörper getrennten bzw. trennbaren, mittels Raketen sowohl vortreibbaren als auch abbremsbaren Fahrwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zum Vortrieb als auch zum Abbremsen Heißwasserraketen mit entgegengesetzt gerichteten Dampfstrahldüsen verwendet werden.

2. Starthilfe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar an den vorzugsweise in Längsrichtung des Fahrwerkes liegend angeordneten Heißwasserkessel (11) sowohl eine zum Vortrieb nach hinten als auch eine zum Bremsen nach vorn gerichtete Dampfstrahldüse (13 bzw. 18) angeschlossen ist, wobei die zum Bremsen dienende Düse (18) zweckmäßig kleiner als die zum Vortrieb dienende Düse (13) bemessen ist und wobei die Dampfstrahldüsen wechselweise durch gegebenenfalls gemeinsam gesteuerte Ventilorgane in Wirkung bzw. außer Wirkung gesetzt werden.

3. Starthilfe nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Vortrieb und zum Bremsen dienenden Dampfstrahldüsen paarweise unter einem Winkel zur Startrichtung bzw. zur Längsrichtung des Fahrwerkes (z. B. unter einem Winkel von etwa 30° zueinander) seitwärts gerichtet oder in zwei (oder mehrere) unter einem Winkel zueinander gerichtete Düsenzweige (14,15 bzw. 19, 20) gegabelt sind, vorzugsweise derart, daß die Dampfstrahldüse sich bis zur Verzweigungsstelle zunächst verjüngt und erst hierauf in ihren Abzweigungen erweitert.

4. Starthilfe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (z. B. 16, 17) der Dampfstrahldüsen nach außen abgeschrägt sind.

5. Starthilfe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Anschluß der Vortriebs- bzw. Bremsdüsen (13, 18) an den Heißwasserkessel (11) steuernden Ventilorgane (29,30) durch Preßluft oder Preßwasser, gegebenenfalls auch durch das im Heißwasserkessel (11) befindliche, unter Druck stehende Heißwasser (z. B. über 45, 43, 38) wechselweise zum Starten bzw. Bremsen verstellt werden.

6. Starthilfe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorteilhaft in einem abnehmbaren Boden (11a, 11 b) des Heiß Wasserkessels (11) befindliche Ventilquerschnitt von einem Ventilorgan (29, 30) gesteuert wird, dessen Hilfskraftzylinder (33, 34) im Innern des Heißwasserkessels untergebracht ist und z. B. mit den Wandungen des Heißwasserbehälters durch ein das Ventilorgan (29, 30) umschließendes, mit Durchtrittsschlitzen (36) versehenes Drosselgehäuse (37) od. dgl. verbunden ist.

7. Starthilfe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel mit einer Heizeinrichtung, insbesondere einer verhältnismäßig klein bemessenen Zusatzheizeinrichtung, zum Ausgleich von Wärmeverlusten des in den Kessel eingebrachten, unter Druck stehenden Heißwassers versehen und vorzugsweise wärmeisoliert ist.

8. Starthilfe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk als Zugwagen mit auslösbaren Mitteln zum Schleppen des Flugzeuges oder Flugkörpers bis zur Erzielung der notwendigen Startgeschwindigkeit ausgebildet ist.

9. Starthilfe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das z. B. durch Programm- oder Fernsteuerung gesteuerte Fahrwerk mit

Fahrsitz und Lenkeinrichtung sowie gegebenenfalls mit einem zusätzlichen Antriebsmotor, ζ. Β. einer Brennkraftmaschine, ausgestattet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 847 102;

französische Patentschriften Nr. 994 923, 1 005 262, 007 644;

USA.-Patentschrift Nr. 2 659 553;

Dipl.-Ing. O. Mühlhäuser: »Die Heißwasser-Rakete«, FGZ-Bericht 1944;

W. Michely: »Heißwasser-Raketen«, Stuttgart, 1956;

P. D üb an: »Quelques possibilites des fusees a eau chaude«, La recherche Aeron, November-Dezember 1956.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1009510/37 5.60