DE2119288A1

DE2119288A1 - Airplane with central thrust

Info

Publication number: DE2119288A1
Application number: DE19712119288
Authority: DE
Inventors: Hans-Otto 4051 Neersen. P B64c 13-02 Fischer
Original assignee: Rhein-Flugzeugbau GmbH, 4050 Mönchengladbach
Priority date: 1971-04-21
Filing date: 1971-04-21
Publication date: 1972-11-16

Description

Flugzeug mit zentralem Schub Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug mit zentralem Schub, d.h. Central Thrust Airplane The invention relates to an airplane with central thrust, i.e.

mit ungefähr in Richtung der Flugzeuglängsachse angreifendem Schubvektor.with a thrust vector acting approximately in the direction of the aircraft longitudinal axis.

Bei Flugzeugen, die durch Motorkraft angetrieben werden, wird vielfach aus Sicherheitsgründen die Forderung erhoben, die Antriebsanlage mit mehreren Motoren auszurüsten.In aircraft that are powered by engine power, is multiple For safety reasons, the requirement was raised, the propulsion system with several motors equip.

Es sind Flugzeuge mit zwei Triebwerken bekannt, die zu beiden Seiten der Rumpflängsachse an den Tragflächen angeordnet sind. Fällt bei diesen Ausführungen ein Triebwerk aus, so ergibt sich für das Flugzeug eine asymmetrische Schub- und Widerstandverteilung. Einelscits entsteht durch den außerhalb der Hochachse des Flugzeuges angreifenden verbleibenden Schub ein Giermoment, und andererseits bewirkt das ausgefallene Triebwerk infolge seines erhöhten Luftwiderstandes ein weiteres Giermoment. Um einen sicheren Weiterflug in Längsrichtung zu gewährleisten, müssen beide GiertnomcnLc durch einen entsprechenden Seitenruderaussh1ag kompensiert werden; diese Maßnahme bedeutet jedoch eine Wi derstanserhöhting für das Flugzeug. Man hat deshalb zur Verminderung des Luftwiderstandes bei ausgefallenem Triebwerk die Propeller mit einer Verstelleinrichtung ausgeführt, so daß sie, in Segelstellung gefahren, einen minimalen Strömungswiderstand erzeugen. Die Verstelleinrichtung zur Veränderung des Ansteliwinkeis erfordert erheblichen konstruktiven und gewichtlichen zusätzlichen Aufwand für die Antriebsanlage. In jedem Falle jedoch bleibt der asymmetrische Flugzustand erhalten, der eine Einschränkung der Flugsicherheit bedeutet.There are aircraft known with two engines, one on both sides the longitudinal axis of the fuselage are arranged on the wings. Does not apply to these versions an engine off, the result is an asymmetrical thrust and thrust for the aircraft Resistance Distribution. Einelscits is created by the outside of the vertical axis of the The remaining thrust of the attacking aircraft is a yaw moment and, on the other hand, causes the failed engine due to its increased aerodynamic drag was another Yaw moment. In order to ensure a safe onward flight in the longitudinal direction, must both yaw values are compensated by a corresponding rudder deflection; However, this measure means an increase in resistance for the aircraft. One has therefore to the reduction the air resistance in the event of a failure Engine run the propellers with an adjustment device so that they, in Sail position driven, generate a minimal flow resistance. The adjustment device to change the Ansteliwinkeis requires considerable constructive and weighty additional effort for the drive system. In any case, however, the asymmetrical one remains Maintained flight condition, which means a restriction of flight safety.

Ferner ist es als Nachteil zu werten, daß für die Fortsetzung des Fluges ohne Höhenverlust eine erhöhte Triebwerksleistung infolge des Luftwiderstandes des ausgefallenen' Triebwerks benötigt wird.Furthermore, it is to be rated as a disadvantage that for the continuation of the Flight without loss of altitude an increased engine performance due to the air resistance of the failed engine is required.

Um diese Nachteile eines asymmetrischen Flugzustandes bei Triebwerksausfall zu vermeiden, ist ferner vorgeschlagen worden, die Triebwerke, insbesondere Strahltriebwerke, möglichst nahe am Rumpf anzuordnen. Bei Militär£lugzeugen hat man sogar das Prinzip des zentralen Schubes für mehrmotorige Flugzeuge dadurch nahezu realisieren können, daß man zwei Strahltriebwerke über- oder nebeneinander innerhalb des Flugzeugrumpfes eingebaut hat. Eine derartige Konzeption erfordert jedoch einen erhöhten Rumpfdurchmesser, vergrößert den Stirnwiderstand des Flugzeuges und beseitigt zudem nicht vollständig den asymmetrischen Zustand bei Triebwerksausfall.About these disadvantages of an asymmetrical flight condition in the event of an engine failure to avoid, it has also been proposed that the engines, in particular jet engines, to be arranged as close as possible to the fuselage. With military aircraft you even have the principle the central thrust for multi-engine aircraft can almost be realized, that you have two jet engines above or next to each other within the aircraft fuselage has built in. However, such a concept requires an increased hull diameter, increases the forehead drag of the aircraft and also does not completely eliminate it the asymmetrical state in the event of an engine failure.

Es sind ferner cinmotorige Flugzeuge bekannt bzw. vorgeschlagen uorden, bei denen am Rumpfbug eine frei fahrende Zug-Luftschraube oder im Bereich Runpfnitte bis -heck eine ur,rantete Luftschraube installiert ist. Diese Konfigurationen besitzen zwar infolge ihres zentralen Schubes bzw. Zuges sige fluflmechanische Eigenschaften, doch rewährleisten sie bei Trieberksausfali keine hinreichende Sicherheit.There are also cin-engine aircraft known or proposed uorden, where there is a free-moving propeller at the front of the fuselage or in the area of rough cuts Until the rear of a ur, rantete propeller is installed. Own these configurations Although due to their central thrust or pull, they have fluid-mechanical properties, however, they do not guarantee sufficient security in the event of a drive failure.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Sicherheit des Flugzeuges zu erhöhen und den zuvor geschilderten asymmetrischen Flugzustand bei Triebwerksausfall zu vermeiden. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Flugzeug zu schaffen, das die Sicherheit eines mehrmotorigen Flugzeuges und die günstigen flugmechanischen Eigenschaften eines einmotorigen Flugzeuges mit zentralem Schub besitzt.It is therefore the object of the invention to ensure the safety of the aircraft to increase and the previously described asymmetrical flight condition in the event of an engine failure to avoid. In particular, the invention is the Task, to create an aircraft that has the safety of a multi-engine aircraft and the favorable flight mechanical properties of a single-engine aircraft with a central Has thrust.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß innerhalb der Rumpfkontur eine Mantelschrauben-Vortriebsanlage mit einer Luftschraube angeordnet ist und daß der Luftschraube zwei koaxial zu deren Drehachse angeordnete, mit der Luftschraube über je eine Freilaufkupplung verbundene Antriebseinheiten zugeordnet sind.The invention solves this problem in that within the fuselage contour a jacketed screw jacking system is arranged with a propeller and that the propeller two coaxially arranged to its axis of rotation, with the propeller are assigned drive units connected via a one-way clutch each.

In einer weiteren selbständigen Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß innerhalb der Rumpfkontur eine antelschrauben-Vortriebsanlage angeordnet ist, daß die Mantelschraube zwei gegenläufige Luftschrauben aufweist und daß jeder Luftschraube eine eigene, mit ihr drehfest verbundene Antriebseinheit zugeordnet ist.The invention provides a further independent solution to the problem before that a quarter-screw propulsion system is arranged within the hull contour is that the jacketed screw has two propellers rotating in opposite directions and that each Propeller assigned its own drive unit, which is non-rotatably connected to it is.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als Antriebseinheit für eine Luftschraube entweder ein Drehkolbenmotor vorgesehen ist oder als andere Lösung eine Wellenturbine.In further embodiments of the invention it is proposed that Either a rotary piston engine is provided as a drive unit for a propeller is or, as another solution, a wave turbine.

Der grundlegende Vorteil der erfindungsgernäßen Lösungen liegt darin, daß einerseits das Prinzip des zentralen Schubes aufrechterhalten und andererseits die Sicherheit eines mehrmotorigen Flugzeuges erreicht wird. Dabei wird der zentrale, also in Richtung der Flugzeuge längsachse angreifende Schub dadurch erzielt, daß die Erfindung zunächst von einem Flugzeug mit einer innerhalb der Rumpfkontur einer bauten Mantelschrauben-Vortriebsanlage ausgeht. Nach dem ersten erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag wird eine Luftschraube von zwei Antriebseinheiten über Freilaufkupplungen angetrieben. Bei Triebwerksausfall treibt dann das noch in Betrieb befindliche Triebwerk die Luftschraube weiterhin an, während das ausgefallene Triebwerk die Luftschraube infolge der Freilaufkupplung nicht blockieren kann. Da sich beide Triebwerke innerhalb des Rumpfes befinden, kann auch ein ausgefallenes Triebwerk keinen zusätzlichen Luftwiderstand und damit kein Giermoment erzeugen. Ebenso entfällt der Nachteil bekannter Lösungen, daß bei Triebwerksausfall ein außermittig angreifender Schub die Flugsicherheit vermindert.The fundamental advantage of the solutions according to the invention is that that on the one hand maintaining the principle of central thrust and on the other hand the safety of a multi-engine aircraft is achieved. The central, So in the direction of the aircraft longitudinal axis attacking thrust achieved in that the invention initially from an aircraft with an inside the fuselage contour a built jacketed screw jacking system runs out. After the first according to the invention A proposed solution is a propeller with two drive units via overrunning clutches driven. If the engine fails, the engine that is still in operation then drives the propeller continues to operate while the failed engine operates the propeller cannot block due to the overrunning clutch. Since both engines are inside of the fuselage, even a failed engine cannot have an additional one Air resistance and with it do not generate a yaw moment. Also not applicable the disadvantage of known solutions that if the engine fails, an off-center attack Thrust reduces flight safety.

Nach einem weiteren Erfindungsvorschlag werden für die Mantel schraube zwei gegenläufige Luftschrauben verwendet. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß eine Erhöhung des Wirkungsgrades für den Vortrieb erreicht wird. Die zweite gegenläufige Luftschraube verhindert, daß Energie durch Drallverwirbelung im abgehenden Strahl verlorengeht, und bewirkt eine sogenannte Entdrallung des Strahles. Weiterhin ergibt sich bei Triebwerksausfall der Vorteil, daß die ausgefallene Luftschraube durch Verstellung ihrer Blätter als Leitrad für die andere Luftschraube benutzt werden kann. Damit erreicht man gleichzeitig bei einmotorigem Betrieb des Flugzeuges, daß der Wirkungsgrad im Teillastbereich gegenüber einmotorigen Flugzeugen verbessert wird.According to a further inventive proposal are for the jacket screw two counter-rotating propellers used. This solution has the advantage that an increase in the efficiency for the propulsion is achieved. The second opposite Propeller prevents energy from being swirled in the outgoing jet is lost, and causes a so-called de-twisting of the jet. Further results In the event of an engine failure, the advantage is that the failed propeller by Adjustment of their blades can be used as a guide wheel for the other propeller can. In this way, when the aircraft is operated with a single engine, this is achieved at the same time the efficiency in the partial load range is improved compared to single-engine aircraft will.

Deshalb bringt diese Lösung auch den weiteren Vorteil mit sich, daß während des Reisefluges ein Triebwerk abgeschaltet werden kann, womit man die Betriebskosten herabsetzt und die Wirtschaftlichkeit erhöht.Therefore, this solution also has the further advantage that An engine can be switched off during the cruise, which reduces operating costs reduces and increases profitability.

Vorteilhaft für beide Lösungen (für eine und für zwei Luftschrauben) ist-es auch, daß die Massen der Triebwerke in unmittelbarer Umgebung der Längsachse des Flugzeuges liegen. Das bedeutet gegenüber bekanr.~>n mehrmotorigen Flugzeugen ein verringertes Massenträgheitsmoment um die Hochachse des Flugzeuges, was wiederum zu'einer Verbesserung der Seitenstabilität des Flugzeuges also zu erhöhter Flugsicherheit, führt.Advantageous for both solutions (for one and for two propellers) it is also that the masses of the engines are in the immediate vicinity of the longitudinal axis of the plane. That means opposite known ~> n multi-engine aircraft a reduced mass moment of inertia around the vertical axis of the aircraft, which in turn to improve the lateral stability of the aircraft, i.e. to increase flight safety, leads.

In besonderer Ausgestaltung sieht die Erfindung ferner Drehkolbenmotoren als Antriebseinheiten für die Mantelsehraube vor. Diese Lösung hat den Vorteil, daß der Drehkolbenmotor und die Luftschraube in ihren Drehzahlen so aufeinander abgestimmt werden können, daß ein Untersetzungsgetriebe überflüssig wird- die Raum- und Gewichtsvorteile dafür sind offensichtlich. Der Drehkolbenmotor arbeitet zudem auch dermaßen vibrationsfrei, daß die Luftschraube unmittelbar auf seiner Abtriebswelle montiert werden kann - Schwingungsdämpfer, drehelastische Kupplungen, zusätzliche Lager entfallen also für diese Lösung und bringen damit weitere Einbau- und Gewichtsvorteile.In a particular embodiment, the invention also provides rotary piston engines as drive units for the jacket hood. This solution has the advantage that the rotary piston engine and the propeller in their speeds so one another can be adjusted so that a reduction gear is superfluous - the space and weight advantages for this are evident. The rotary piston engine also works also vibration-free to such an extent that the propeller is directly on its output shaft assembled - vibration dampers, torsionally flexible couplings, additional bearings are not required So for this solution and thus bring further installation and weight advantages.

Schließlich ist der Drehkolbenmotor als' Antriebseinheit für die hier verwendete Mantelschraube insofern besonders geeignet, da Motor- und Abtriebswelle koaxial liegen und der gesamte Motor radialsymmetrisch um seine Achse baut - das bringt Einbauvorteile für einen schlanken Rumpf.After all, the rotary piston engine is used as the 'drive unit for that here The jacket screw used is particularly suitable as the motor and output shaft are coaxial and the entire motor is radially symmetrical around its axis - that brings installation advantages for a slim fuselage.

Bei Verwendung von Wellenturbinen als Antriebseinheiten für die Luftschraube ergeben sich ebenfalls Einbauvorteile wegen des radialsymmetrischen Aufbaus der Turbine und erhebliche Gewichtsvorteile infolge ihres geringen Leistungsgewichtes.When using shaft turbines as drive units for the propeller There are also installation advantages because of the radially symmetrical structure of the Turbine and significant weight advantages due to its low power-to-weight ratio.

Letztlich erlaubt es die Erfindung, die Lage des Flugzeugschwerpunktes dadurch zu beeinflussen, daß man die Triebwerke an unterschiedlichen Stellen in bezug auf die Längserstreckung des Flugzeuges anordnet, indem man beispielsweise die Antriebswellen zwischen Luftschraube und Triebwerk verlängert oder die Triebwerke einseitig von der Luftschraube installiert und dabei eine Antriebswelle als Hohlwelle ausführt.Ultimately, the invention allows the position of the aircraft's center of gravity to be influenced by the fact that the engines at different points in arranged with respect to the longitudinal extent of the aircraft by, for example the drive shafts between propeller and engine are extended or the engines Installed on one side of the propeller and a drive shaft as a hollow shaft executes.

Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeiznielen in den Figuren 1 2 und 3 dargestellt und wird im folgenden äther beschrieben: Fig. 1 zeigt ein Flugzeug mit der erfindungsgemäß ausgeführten Alantelschrauben-VortriebsanlageS Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Alantelschrauben-Vortriebsanlage mit einer Luftschraube und zwei Triebwerken und Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Mantelschrauben-Vortriebsanlage mit zwei Luftschrauben und zwei Triebwerken.The invention is shown in two embodiments in FIGS 1 and 3 and will be described in more detail below: FIG. 1 shows an aircraft with the aluminum jacket screw jacking system S, designed according to the invention, is shown in FIG the aluminum jacketed screw jacking system according to the invention with a propeller and two engines and FIG. 3 shows the jacketed screw propulsion system according to the invention with two propellers and two engines.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist in dem Flugzeug 11 die Mantelschrauben-Vortriebsanlage 12 innerhalb der Rumpfkontur eingebaut. Der Rumpf selbst verengt sich etwa von der Rumpfmitte an zu einem rohrförmig ausgebildeten Körper 13, der an seinem Ende das Leitwerk trägt. Im Bereich der Mantelschraube ist die Rumpf struktur 13 unterbrochen und zwischen dem vorderen und hinteren Rumpfteil eine bzw. zwei Luftschrauben angeordnet. Beide Rumpfteile werden durch die Rippen 14 und 15 und den Schraubenmantel zusammengehalten und bilden damit eine feste Rumpf struktur, in die die Mantelsehraube aerodynamisch und konstruktiv voll integriert ist.As can be seen from FIG. 1, the jacketed screw propulsion system is in the aircraft 11 12 built into the fuselage contour. The trunk itself narrows approximately from the Middle of the fuselage to a tubular body 13, which at its end the Tail unit carries. In the area of the jacket screw, the body structure 13 is interrupted and one or two propellers are arranged between the front and rear fuselage parts. Both body parts are held together by the ribs 14 and 15 and the screw jacket and thus form a solid fuselage structure into which the jacket hood aerodynamically and is fully integrated structurally.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der mit 2 markierten Einzelheit aus Fig. 1 genauer zu erkennen. Dabei ist hinter dem sich zu einem Lufteinlauf vere-ngenden Flugzeugrumpf 21 die Mantel schraube 22 angeordnet, deren Schraubenmantel sich innerhalb der Rumpfkontur befindet.In Fig. 2 is an embodiment of the detail marked 2 from Fig. 1 can be seen in more detail. It is behind the converging to an air inlet Aircraft fuselage 21, the jacket screw 22 is arranged, the screw jacket is within the fuselage contour is located.

Den Pfeilrichtungen entsprechend wird die Luft durch den Einlauf angesaugt, durch die Luftschraube 27 beschleunigt und als Schubstrahl nach hinten ausgestoßen. Die beiden Motoren 23 und 24 sind koaxial zur Luftschraubenachse in der Rumpf struktur eingebaut und treiben über die Freilaufkupplungen 25 und 26 die Luftschraube 27 an. Fällt ein Motor aus, so wird die Luftschraube durch den anderen weiterhin angetrieben, und sler luftschraubenseitige Teil der Antriebswelle überholt infolge der F;fXilaufkupplung den motorseitigen Teil der ausgefallenen Antriebswelle, so daß die Luftschraube nicht durch den ausgefallenen Motor gebremst bzw. blockiert wird.According to the directions of the arrows, the air is sucked in through the inlet, accelerated by the propeller 27 and ejected backwards as a thrust jet. The two motors 23 and 24 are coaxial with the propeller axis in the fuselage structure installed and drive the propeller 27 via the overrunning clutches 25 and 26 at. If one motor fails, the propeller will continue to be driven by the other, and that part of the drive shaft on the propeller side is overtaken as a result of the F; fXilaufkupplung the motor-side part of the failed drive shaft, so that the propeller is not braked or blocked by the failed motor.

Aus Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu ersehen.From Fig. 3, a further embodiment of the invention can be seen.

Der wesentliche Unterschied gegenüber der zuletzt beschriebenen erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß für die Mantel schraube 32 zwei gegenläufige Luftschrauben 37 und 38 vorgesehen sind. Dabei wird jede Luftschraube 37 bzw. 38 von einem eigenen Motor 33 bzw. 34-angetrieben. Fällt ein Motor aus, so läuft die andere Luftschraube weiter, und die ausgefallene Luftschraube kann die Funktion eines Leitrades über nehmen, insbesondere wenn sie mit einer Verstelleinrichtung für ihre Schraubenblätter ausgerüstet ist.The main difference compared to the last described according to the invention Solution is that for the jacket screw 32 two counter-rotating propellers 37 and 38 are provided. Each propeller 37 or 38 is of its own Motor 33 or 34-driven. If one motor fails, the other propeller runs further, and the failed propeller can take over the function of a stator to take, especially if they are equipped with an adjustment device for their screw blades is.

Im übrigen bietet diese erfindungsgemäße Lösung auch die Möglichkeit für einen wirtschaftlichen Reiseflug mit minimalen Betriebskosten.-Für diesen Fall kann ein Motor stillgesetzt werden, und die ihm zugeordnete Luftschraube fungiert wieder als Leitrad, wobei durch eine Blattverstelleinrichtung der Vortriebswirkungsgrad verbessert wird.In addition, this solution according to the invention also offers the possibility for an economical cruise with minimal operating costs - in this case a motor can be shut down and the propeller assigned to it functions again as a guide wheel, the propulsion efficiency being achieved by a blade adjustment device is improved.

Vorzugsweise steht dabei die hintere Luftschraube still, wodurch eine sogenannte Entdrallung des abgehenden Schubstrahles erreicht wird.Preferably, the rear propeller stands still, whereby a so-called untwisting of the outgoing thrust jet is achieved.

Eine ähnliche Verminderung des Dralls wird bei zweimotorigem Betrieb durch die Gegenläufigkeit der Luftschrauben 37 und 38 erreicht, wie dies durch die Doppelpfeile auf den Naben der Iuftschrauben dargestellt ist. Die ebenfalls eingezeichneten, von oben gesehenen Luftschraubenblattprofile werden also etwa entgegen der Doppelpfeilrichtung angeströmt und erzeugen somit einen nach vorn gerichteten Schub. A similar reduction in swirl is achieved with twin-engine operation achieved by the counter-rotation of the propellers 37 and 38, as is achieved by the Double arrows are shown on the hubs of the propellers. The also drawn, Propeller blade profiles seen from above are thus approximately opposite to the direction of the double arrow and thus generate a forward thrust.

Die Entdrallung des Strahles trägt zur Verbesserung des Vortriebswirkungsgrades bei und die Gegenläufigkeit zur Flugsicherheit, da die Rollmomente sich gegenseitig aufheben.The de-twisting of the jet helps to improve the propulsion efficiency in and the opposite direction to flight safety, since the roll moments are mutually exclusive lift.

Claims

Expectations

1. Aircraft with a central thrust, which means that it is not possible to use it e t that within the hull contour a jacketed screw jacking system (12) with a propeller (27) is arranged and that the propeller (27) is two coaxial arranged to the axis of rotation, with the propeller via one overrunning clutch (25, 26) connected drive units (23, 24) are assigned.

2. Airplane with central thrust, thus g e k e n n n z e i c h -n e t that a jacketed screw jacking system (12) is arranged within the hull contour is that the jacket screw (32) has two counter-rotating propellers (37, 38) and that each propeller (37 or 38) has its own rotatably connected to it Drive unit (33 or 34) is assigned.

3. Aircraft according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a rotary piston engine is provided as a drive unit for a propeller is-.

4. Aircraft according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a shaft turbine is provided as a drive unit for a propeller is.