DE1175555B

DE1175555B - Engine arrangement

Info

Publication number: DE1175555B
Application number: DEB69642A
Authority: DE
Inventors: Anton Link
Original assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Current assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Priority date: 1962-11-15
Filing date: 1962-11-15
Publication date: 1964-08-06

Description

Triebwerksanordnung Die Erfindung betrifft die Anordnung schwenkbarer je nach Schwenkungsgrad Auftrieb und/oder Vortrieb liefernder Triebwerke, insbesondere für VTOL-Flugzeuge.Engine arrangement The invention relates to the arrangement of pivotable engines that deliver lift and / or propulsion depending on the degree of pivoting, in particular for VTOL aircraft.

Die bekannten Triebwerke dieser Gattung sind am Rumpf oder den Tragflügeln eines Flugzeuges relativ zu diesem um eine flugzeugfeste Achse schwenkbar angeordnet.The known engines of this type are on the fuselage or the wings of an aircraft arranged to be pivotable relative to this about an axis fixed to the aircraft.

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.In this known engine arrangement, however, prepares the transition from vertical to level flight and vice versa, referred to as transition, considerable Trouble. These arise from the fact that during the transition in which the aerodynamic Control devices are not yet sufficiently effective to keep the balance around the Aircraft transverse axis must be preserved, while at the same time when placed vertically Thrusters acting as lift thrust of the engines by pivoting them in the horizontal position should go steadily into propulsion. Here, however the resulting thrust attacking the aircraft's center of gravity during vertical flight emigrate from this point. As a result, a moment arises around the aircraft transverse axis a.

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.The usually between start causes further difficulties and landing as a result of fuel consumption, resulting migration of the center of gravity the resulting thrust attacking the aircraft's center of gravity during a vertical take-off acts eccentrically to this during the vertical landing. It also follows from this a moment rotating around the aircraft transverse axis. These listed as overturning moment designated moments must be compensated by additional devices. Such devices are powerful, preferably in the bow and stern of the fuselage arranged control nozzles used by the existing engines with pressurized gas are supplied.

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.It is also known, in addition to the pivotable engines to use special lifting engines, which are either permanently installed in the aircraft are provided with jet control means or can be pivoted to a small extent. Tilting moments can also be compensated with the help of these means.

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.By the measures mentioned to ensure vertical flight and the transition increases the set-up weight as well as the procurement and Maintenance costs of an aircraft with a simultaneous reduction in its usable value Interior.

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.The object of the invention is to create an engine arrangement for pivotable engines, by means of which tilting moments due to engine pivoting can be avoided and tilting moments due to a shift in the center of gravity can be compensated. The object is achieved according to the invention in that at least two engines are individually pivotable for each swing arm and that an adjusting member is provided for each engine, symmetrically to the aircraft longitudinal axis about the aircraft: transverse axis essentially parallel axes of rotation in the aircraft, rotatably mounted in the aircraft, which is hinged on the one hand to the rocker arm and on the other hand to the engine concerned.

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.According to the invention, each engine thus has two degrees of freedom relative to the aircraft's center of gravity, namely via a degree of freedom of rotation, resulting from the pivoting arrangement of the engines on the rocker arms, as well as a degree of freedom of translation resulting from the rotatable mounting of the Swinging in the airplane. With the help of the engine arrangement according to the invention is the distance of the resulting thrust vector to an aircraft-fixed point as well its direction can be changed within wide limits. These limits are by design determined by dimensioning the arm length and the swivel range of the engines that the requirements can be met. By appropriate pivoting of the engines and twisting of the rockers can thus cause tilting moments to occur can be effectively prevented even with extreme center of gravity of the aircraft. aside from that are moments that occur in this way as a result of air forces, at least such moments low frequency so that all three aircraft axes can be steered.

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.In an advantageous embodiment, engines are of the same thrust class symmetrical to the plane formed from the axis of rotation and the longitudinal axis of the respective rocker arranged. This removes the locks in the swingarms and the swingarms occurring, from the engine thrusts kept low.

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.According to further features of the invention is a stable flight attitude during the vertical flight and the transition ensured that the axes of rotation the swing and at least during the vertical flight and the transition the swivel axes the engines are above the aircraft's center of gravity.

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.According to a development of the invention, the pivot axes are Engines parallel to the axis of rotation of the associated rocker arm. In this embodiment The engine mountings of all engines are advantageously similar.

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.A compact design and the resulting low forehead resistance is achieved according to a development of the invention in that all engines a rocker have a common pivot axis.

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.An embodiment of the engine arrangement according to the invention and its mode of operation are shown more or less schematically in the drawing. It shows in the side view F i g. 1 shows an aircraft with the engine arrangement according to the invention in vertical flight, FIG . 2 the same, but during the transition, F i g. 3 the same, but in forward flight.

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.The in the F i g. The VTOL aircraft 1 shown in FIGS. 1 to 3 has a fuselage 2, aerodynamic control devices 3 and 4 connected to this, and a wing 5 arranged as a shoulder wing on the fuselage 2. At each wing end, a rocker arm 6 is mounted so as to be adjustable about an axis of rotation 7 parallel to the aircraft transverse axis. At the end of each rocker 6 , two engines 8 and 9 with the same thrust in this exemplary embodiment are suspended movably about a pivot axis 10 parallel to the axis of rotation 7 and thus to the transverse axis of the aircraft. For individually pivoting the engines 8 and 9 serve Verstello # rgane 11 and 12. The adjusting members 11 and 12 respectively on the one hand 9 and on the other hand hinged to the corresponding swing arm 6 in the region of its axis of rotation 7 at the respective engine. 8

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.In FIG. 1 shows a VTOL aircraft 1 equipped with the engine arrangement according to the invention in the vertical flight position. During this flight phase, each rocker 6 is rotated into a position in which the pivot axis 10 lies vertically above the aircraft's center of gravity 13 , which does not need to be in the same vertical plane as the axis of rotation 7 , but can lie both in front of and behind this plane. At the same time, the engines 8 and 9 are to be pivoted with the aid of the adjusting elements 11 and 12 in such a way that they assume a position which is symmetrical to the plane formed by the pivot axis 10 and the aircraft transverse axis. The angle between this plane and the longitudinal axis of the engine 8 or 9 is of secondary importance, since it only helps to determine the magnitude of the resulting thrust. If during the vertical flight there is a shift in the center of gravity, the rockers 6 are to be rotated to the extent and each engine 8 and 9 to be pivoted to such an extent that the stated conditions remain fulfilled.

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.F i g. 2 shows a TVOL aircraft 1 equipped with the engine arrangement according to the invention in the transition position. During this flight phase, the engines 8 and 9 supply, in addition to a lift component V, also a forward or reverse drive component H. For this purpose, the rockers 6 are to be rotated forwards or backwards from their position during vertical flight. The proportion of the forward or backward drive component H in the resulting thrust S .. is dependent in the same direction on the size of the swing arm rotation angle, based on its position during vertical flight. At the same time, the engines 8 and 9 can be pivoted again with the aid of the adjusting elements 11 and 12 in such a way that they maintain a position symmetrical to the plane formed by the pivot axis 10 and the aircraft transverse axis even during the rotation of the rockers 6.

Während der Transition auftretende Schwerpunktswanderungen sind auf die gleiche Weise ausgleichbar wie beim Vertikalflug.Shifts in focus that occur during the transition are on can be compensated in the same way as in vertical flight.

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.In Fig. 3 shows a VTOL aircraft 1 equipped with the engine arrangement according to the invention in forward flight. Here, the rockers 6 are rotated so far in the direction of flight that their longitudinal axes are essentially parallel to the longitudinal axis of the aircraft. The engines 8 and 9 are pulled completely against the rocker arms 6 with the aid of the adjusting elements 11 and 12, so that the longitudinal axes of the engines 8, 9 are parallel to one another, whereby the resulting thrust S ", equal to the sum of the individual thrusts S and S , is.

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.In addition to the described possibilities are during the jet-borne flight moments and torque combi nations with the help of the engine assembly according to the invention, at least those of low frequency at an appropriate utilization of the existing possibilities of movement of the thrusters 8 and 9 Exceptional dynamic range about all three aircraft axes.

Claims

Claims: 1. Engine arrangement of pivotable engines, in particular on VTOL aircraft, d a - by geken nzei chnet that on the position and number symmetrically to the aircraft longitudinal axis about axes of rotation (7) essentially parallel to the aircraft transverse axis in the aircraft (1) rotatably mounted ( 6) at least two engines (8, 9) are individually pivotable for each rocker arm and that an adjusting element (11 or 12) is provided for each engine (8 or 9) , which is on the one hand on the rocker (6) and on the other hand on the relevant engine (8 or 9) is hinged.

2. Engine arrangement according to claim 1, characterized in that engines (8, 9) of the same thrust class are arranged symmetrically to the plane formed from the axis of rotation (7) and the longitudinal axis of the respective rocker (6). 3. Engine arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the axis of rotation (7) of the rocker arm (6 ) lies above the aircraft's center of gravity (13). 4. engine arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the pivot axes (10) of the engines (8, 9), at least during vertical flight and the transition, are above the aircraft's center of gravity (13) . 5. Engine arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the pivot axes (10) of the engines (8, 9) are parallel to the axis of rotation (7) of the associated rocker arm (6). 6. engine arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that all the engines (8, 9) of a rocker arm (6) have a common pivot axis (10) . 7. engine arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that each engine (8, 9) of a rocker arm (6) has its own pivot axis (10) . 8. engine arrangement according to claims 1 to 7, characterized in that the adjusting elements (11, 12) are articulated on the axis of rotation (7) of the associated rocker (6).