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Triebwerksanordnung Die Erfindung betrifft die Anordnung schwenkbarer
je nach Schwenkungsgrad Auftrieb und/oder Vortrieb liefernder Triebwerke,
insbesondere für VTOL-Flugzeuge.
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Die bekannten Triebwerke dieser Gattung sind am Rumpf oder den Tragflügeln
eines Flugzeuges relativ zu diesem um eine flugzeugfeste Achse schwenkbar angeordnet.
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Bei dieser bekannten Triebwerksanordnung bereitet jedoch der übergang
vom Vertikal- in den Horizontalflug und umgekehrt, als Transition bezeichnet, erhebliche
Schwierigkeiten. Diese rühren daher, daß während der Transition, bei der die aerodynamischen
Steuereinrichtungen noch nicht ausreichend wirksam sind, das Gleichgewicht um die
Flugzeugquerachse erhalten bleiben muß, während gleichzeitig der bei vertikal gestellten
Triebwerken als Auftrieb wirkende Schub der Triebwerke durch deren Verschwenken
in die horizontale Stellung stetig in Vortrieb übergehen soll. Hierbei wird jedoch
der beim Vertikalflug im Flugzeugschwerpunkt angreifende resultierende Schub aus
diesem Punkt auswandern. Als Folge davon stellt sich ein Moment um die Flugzeugquerachse
ein.
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Weitere Schwierigkeiten verursacht die in der Regel zwischen Start
und Landung infolge Treibstoffverbrauches auftretende Schwerpunktswanderung, derzufolge
der beim Senkrechtstart im Flugzeugsch.werpunkt angreifende resultierende Schub
bei der Senkrechtlandung exzentrisch zu diesem wirkt. Daraus ergibt sich ebenfalls
ein um die Flugzeugquerachse drehendes Moment. Diese angeführten, als Kippmoment
bezeichneten Momente müssen durch zusätzliche Einrichtungen ausgeglichen werden.
Als solche Einrichtungen werden schubstarke, vorzugsweise im Rumpfbug und -heck
angeordnete Steuerdüsen verwendet, die von den vorhandenen Triebwerken mit Druckgas
versorgt werden.
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Des weiteren ist bekannt, zusätzlich zu den verschwenkbaren Triebwerken
besondere Hubtriebwerke zu verwenden, die entweder bei festem Einbau im Flugzeug
mit Strahlsteuermitteln versehen sind oder in geringem Maße verschwenkt werden können.
Auch mit Hilfe dieser Mittel sind Kippmomente ausgleichbar.
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Durch die genannten Maßnahmen zur Sicherstellung des Vertikalfluges
und der Transition erhöht sich jedoch das Rüstgewicht sowie die Beschaffungs- und
Unterhaltungskosten eines Flugzeuges bei gleichzeitiger Verminderung seines nutzbaren
Innenraumes.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Triebwerksanordnung schwenkbarer
Triebwerke zu schaffen, durch die Kippmomente infolge Triebwerksverschwenkung vermeidbar
und Kippmomente infolge Schwerpunktswanderung ausgleichbar sind. Die Aufgabe ist
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an nach Lage und Anzahl symmetrisch zur
Flugzeuglängsachse um zur Flugzeug:querachse im wesentlichen parallele Drehachsen
im Flugzeug drehbar gelagerten Schwingen je Schwinge mindestens zwei Triebwerke
individuell schwenkbar angeordnet sind und daß je
Triebwerk ein Verstellorgan
vorgesehen ist, das einerseits an der Schwinge und andererseits am betreffenden
Triebwerk angelenkt ist.
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Erfindungsgemäß verfügt somit jedes Triebwerk über zwei Freiheitsgrade
relativ zum Flugzeugschwerpunkt, und zwar über einen Freiheitsgrad der Rotation,
der sich aus der schwenkbaren Anordnung der Triebwerke an den Schwingen ergibt,
sowie einen Freiheitsgrad der Translation, der sich aus der drehbaren Lagerung der
Schwingen im Flugzeug herleitet. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Triebwerksanordnung
ist der Abstand des resultierenden Schubvektors zu einem flugzeugfesten Punkt sowie
seine Richtung in weiten Grenzen veränderbar. Diese Grenzen werden auslegungsgemäß
durch Bemessung der Schwingenlänge und des Schwenkbereichs der Triebwerke so festgelegte
daß den gestellten Anforderungen nachgekommen werden kann. Durch geeignetes Verschwenken
der Triebwerke und Verdrehen der Schwingen kann somit das Auftreten von Kippmomenten
auch bei extremen Schwerpunktslagen des Flugzeugs wirksam verhindert werden. Außerdem
sind auf diese Weise infolge von Luftkräften auftretende Momente, zumindest solche
niedriger Frequenz, um alle drei Flugzeugachsen aussteuerbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind Triebwerke gleicher Schubklasse
zur aus Drehachse und Längsachse der jeweiligen Schwinge gebildeten Ebene symmetrisch
angeordnet. Hierdurch werden die in den Schwingen und den Schwingenverriegelungen
auftretenden,
von den Triebwerksschüben herrührenden Beanspruchungen
niedrig gehalten.
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Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist eine stabile Fluglage während
des Vertikalfluges und der Transition dadurch gewährleistet, daß die Drehachsen
der Schwingen und zumindest während des Vertikalfluges und der Transition die Schwenkachsen
der Triebwerke oberhalb des Flugzeugschwerpunktes liegen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung liegen die Schwenkachsen der
Triebwerke zur Drehachse der zugehörigen Schwinge parallel. Bei dieser Ausführungsform
gleichen sich in vorteilhafter Weise die Triebwerksaufhängungen sämtlicher Triebwerke.
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Eine gedrängte Bauweise und ein durch diese bedingter geringer Stirnwiderstand
wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, daß sämtliche Triebwerke
einer Schwinge eine gemeinsame Schwenkachse besitzen.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Triebwerksanordnung
sowie deren Wirkungsweise ist in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellt.
Es zeigt in der Seitenansicht F i g. 1 ein Flugzeug mit der erfindungsgemäßen
Triebwerksanordnung im Vertikalflug, F i g. 2 desgleichen, jedoch während
der Transition, F i g. 3 desgleichen, jedoch im Vorwärtsflug.
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Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte VTOL-Flugzeug
1 weist einen Rumpf 2, an diesen angeschlossene aerodynamische Steuereinrichtungen
3 und 4 sowie einen als Schulterdecker am Rumpf 2 angeordneten Tragflügel
5 auf. An jedem Flügelende ist eine Schwinge 6 um eine zur Flugzeugquerachse
parallele Drehachse 7 verstellbar gelagert. Am Ende jeder Schwinge
6 sind jeweils zwei, in diesem Ausführungsbeispiel schubgleiche Triebwerke
8 und 9 um eine zur Drebachse 7 und somit zur Flugzeugquerachse
parallele Schwenkachse 10 beweglich aufgehängt. Zum individuellen Verschwenken
der Triebwerke 8 und 9
dienen Verstello#rgane 11 bzw. 12. Die
Verstellorgane 11 und 12 sind einerseits am betreffenden Triebwerk
8
bzw. 9 und andererseits an der zugehörigen Schwinge 6
im Bereich
ihrer Drehachse 7 angelenkt.
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In der F i g. 1 ist ein mit der erfindungsgemäßen Triebwerksanordnung
ausgerüstetes VTOL- Flugzeug 1 in der Vertikalflugstellung gezeigt. Während
dieser Flugphase ist jede Schwinge 6 in eine Lage gedreht, in der die Schwenkachse
10 senkrecht über dem Flugzeugschwerpunkt 13 liegt, wobei dieser nicht
in der gleichen Vertikalebene wie die Drehachse 7 zu liegen braucht, sondern
sowohl vor als auch hinter dieser Ebene liegen kann. Gleichzeitig sind die Triebwerke
8 und 9 mit Hilfe der Verstellorgane 11 bzw. 12 derart zu verschwenken,
daß sie eine zu der aus Schwenkachse 10 und der Flugzeugquerachse gebildeten
Ebene symmetrische Lage einnehmen. Der Winkel zwischen dieser Ebene und der Längsachse
des Triebwerkes 8 bzw. 9 ist von zweitrangiger Bedeutung, da durch
diesen lediglich die Größe des resultierenden Schubes mitbestimmt wird. Treten während
des Vertikalfluges Schwerpunktswanderungen auf, so sind die Schwingen
6 in dem Maße zu verdrehen und jedes Triebwerk 8 und 9 dermaßen
zu verschwenken, daß die genannten Bedingungen erfüllt bleiben.
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F i g. 2 zeigt ein mit der erfindungsgemäßen Triebwerksanordnung
ausgerüstetes TVOL-Flugzeug 1 in der Transitionsstellung. Während dieser
Flugphase liefern die Triebwerke 8 und 9 neben einer Auftriebskomponente
V ebenfalls eine Vor- oder Rücktriebskomponente H. Zu diesem Zweck sind die Schwingen
6 aus ihrer Stellung während des Vertikalfluges nach vorn bzw. hinten zu
drehen. Der Anteil der Vor- bzw. Rücktriebskomponente H am resultierenden Schub
S.. ist gleichsinnig abhängig von der Größe des Schwingendrehwinkeis, bezogen
auf deren Stellung während des Vertikalfluges. Gleichzeitig sind die Triebwerke
8 und 9 mit Hilfe der Verstellorgane 11 bzw. 12 wiederum derart
zu verschwenken, daß sie auch während des Drehens der Schwingen 6 eine zu
der aus Schwenkachse 10 und Flugzeugquerachse gebildeten Ebene symmetrische
Lage beibehalten.
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Während der Transition auftretende Schwerpunktswanderungen sind auf
die gleiche Weise ausgleichbar wie beim Vertikalflug.
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In F i g. 3 ist ein mit der erfindungsgemäßen Triebwerksanordnung
ausgerüstetes VTOL-Flugzeug 1 im
Vorwärtsflug dargestellt. Hierbei
sind die Schwingen 6
so weit in Flugrichtung gedreht, daß deren Längsachsen
zur Flugzeuglängsachse im wesentlichen parallel liegen. Die Triebwerke
8 und 9 sind mit Hilfe der Verstellorgane 11 bzw. 12 völlig
an die Schwingen 6
herangezogen, so daß die Längsachsen der Triebwerke
8, 9 zueinander parallel liegen, wodurch der resultierende Schub S", gleich
der Summe der Einzelschübe S, und S, ist.
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Außer den beschriebenen Möglichkeiten sind mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Triebwerksanordnung während des strahlgetragenen Fluges Momente und Momentkombi,nationen,
zumindest solche niedriger Frequenz, bei geeigneter Ausnutzung der vorhandenen Bewegungsmöglichkeiten
der Triebwerke 8 und 9
um alle drei Flugzeugachsen aussteuerbar.