DE2233352A1

DE2233352A1 - V/stol-flugzeug

Info

Publication number: DE2233352A1
Application number: DE19722233352
Authority: DE
Inventors: Hans-Justus Meier; Herbert Sadowski
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1972-07-07
Filing date: 1972-07-07
Publication date: 1974-01-24
Also published as: GB1435567A

Description

72-33 11-28 2Ö Bremen, den 5« J«3i 1972

Meinecke/we

Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

V/STOL-Flugzeug

Die Erfindung betrifft ein V/STOL-Flugzeug, das mit mindestens einem Marschtriebwerk mit Schwenkdüsen und gegebenenfalls Hubtriebwerken, sowie mit mit Zapfluft beaufschlagten Steuerdüsen für die Flugsteuerung in der Start— bzw. Landungs- und Transitionsphase ausgerüstet ist.

Die zur Verfügung stehende Menge an Zapfluft, die aus den Marschund/oder Hubtriebwerken entnommen werden kann, ist begrenzt. Sie reicht im Regelfall nur zur Abdeckung der beim Entwurf des Flugzeugs berücksichtigten Normaleinsatzfalle aus, Bei einer gegebenen Triebwerlcsanlage ist daher eine weitere nachträgliche Steigerung der Zapfluftmenge nicht mehr möglich.

In der Praxis bedeutet diese Einschränkung, daß Forderungen nach einer Erweiterung des ursprünglichen Einsatzspektrums, z.B. nachAnbringung zusätzlicher Außenlasten am Flügel, nicht mehr erfüllt werden können, weil ein beispielsweise in der Schwebeflugphase um die Rollachse auftretendes Störmoment mit den vorhandenen Einrichtungen nur mit gefährlich großer Verzögerung, wenn überhaupt, ausgeglichen werden kann.

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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist bereits vorgeschlagen " worden, das verfügbare .Steuermoment in Kritischen Phasen dadurch zu steigern, daß entweder die Druckluft in den Steuerdüsen aufgeheizt wird oder daß zusätzliche Raketenmotoren vorgesehen werden. Beiden Vorschlägen haften die gleichen Mangel an, Sie erfordem einen erheblichen zusätzlichen Gewichtsauf wand für Leitungen, Zündanlagen, Tanks usw. Außerdem sprechen diese Einrichtungen nui· mit erheblicher Verzögerung an, so daß das Steuerverhalten insgesamt unbefriedigend bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erhöhung des Steuermoments, insbesondere um die Rollachse zu schaffenj die nur einen geringen zusätzlichen Aufwand erfordert und ein schnelles Ansprechen in kritischen Phasen gewährleistet. Erfindungsgemäß weisen die Austrittsdüsen des bzw. der Marschtriebwerke und/oder gegebenenfalls der Hubtriebwerke Mittel zur Schubvektorsteuerung quer zur Flugseuglängsachse auf. Insbesondere können die Schwenk— düsen des bzw. der Harschtriebwerke als mehrteilige Rohrkrümmer ausgebildet sein, von denen mindestens der Letzte um eine Achse schwenkbar ist, die.in einer Parallelebene zur X-Z-Ebene des Flugzeugs liegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Austrittsdüsen der Hubtriebwerke kardanisch aufgehängt sind. Das gilt sowohl dann, wenn die Hubtriebwerke im Rumpf entlang der Längsachse des Flugzeugs, als auch für den Fall, daß die Hubtriebwerke in Gondeln seitlich des Rumpfes oder an den Flügelenden angeordnet sind.

In den beigefügten Zeichnungen ist ein Beispiel für die Berechnung des zusätzlichen Steuermoments, sowie einige Beispiele für Aus— führungsformen nach der Erfindung dargestellt. Und zwar zeigens

Figuren la — c verschiedene Anordnungen der Schwenkdüsen eines

Marschtriebwerks

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Figur 2 schematisch die Berechnungsgrundlagen für das zusätzliche Steuermoment

Figur 3 die Ausführ^ungsform dex" Schwenkdüsen eines Marschtriebwerks Und

Figur 4 die Anordnung der Austrittsdüse eines Hubtriebwerks i.·

Die Figur la stellt die Lage der Schwenkdüsen eines irarschtriebuerks dar, deren Austrittsöffnungen oberhalb der Schwerpunktsebene liegen. Entsprechend zeigen die Figuren 1 b bzw. 1 c die Anordnung der Schwenkdüsen, wenn ihre Austrittsöffnungen in Höhe bzw. unterhalb der Schwerpunktsebene liegen. In der Figur 2 s'ind die geome~ trisehen Zusammenhänge dargestellt, die eine Berechnung des durch die Schubvektorsteuerung erreichbaren zusätzlichen Steuernioraents ermöglichen. Dabei bedeuten D die Lage des Schwerpunktes des Flugzeugs, S den Schubvektor, A die Schwenkachse des (letzten) Rohrkrümmers 2 der Schwenkdüse 3, a den Abstand der Achse A von der X-Z-Ebene des Flugzeugs, h den Abstand der Achse A von der Schwerpunktsebene des Flugzeugs, r den Abstand des Mittelpunkts der Austrittsebene des Rohrkrümmers 2 von der Achse A und ψ den Schwenkwinkel des Rohrkrümmers 2.

Die Figur 3 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Flugzeugrumpf 31 in Höhe der Schwenkdüsen 33» die an einem Marschtriebwerk 34 angeordnet sind. Mit 35 ist der Tragflügel und mit 36 der Drehkranz für die Schwenkdüsen bezeichnet. Die Schwenkdüsen bestehen jeweils aus den Rohrkrümmern 37 und 32» von denen der letztere um die Achse 38, die in einer Parällelebene zur X-Z-Ebene des Flugzeugs zusammen mit der Schwenkdüse 33 schwenkbar ist, drehbar ist· Dabei ist in der Figur 3 ,der Rohrkrümmer 32 in der Normalstellung auf der linken Seite, in einer um den Winkel - %* auf der

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rechten Seite gezeichnet.

Die Figur 4 zeigt ein Hubtriebwerk 41 mit der schwenkbaren Aus~ trittsdUse 42, die kardanisch um die Achsen 43 und 44 schwenkbar am Hubtriebwerk 41 befestigt ist.

Aus der Darstellung der Figur 2 läßt sich das zusätzliche Steuermoment M„. für den Fall, daß der Schubvektor des Marschtriebwerks senkrecht nach unten gerichtet ist, leicht berechnen. Dabcd entfällt auf die beiden beiderseits des Rumpfes angebrachten Schwenkdüsen jeweils die Hälfte des Schubs mit dem Ergebnis, daß das von ihnen erzeugte Steuermoment M_c, gleich groß ist, solange die beiden Rohrkrümmer 2 ihre Normalstellung einnehmen. Wie sie auf der linken Seite der Figur 2 dargestellt ist. Wenn, wie auf der rechten Seite der Figur 2 zu sehen ist, der Rohrkrümmer 2 um den Winkel + 0 aus seiner Normalstellung herausgedreht ist, ergibt sich insgesamt ein Steuermoment um die Rollachse nach der Formel:

M_c, = - 1/2 . S . (a + r) + 1/2 S / j/ a + h cos (v - arc

tg ~) +

Bei der Berechnung nach dieser Formel ist die_ Größe h mit positivem Vorzeichen zu versehen, wenn die Austrittsebene der Schwenk— düse unterhalb der Schwerpunktsebene liegt, und mit negativem Vorzeichen, wenn die Austrittsebene der Schwenkdüse oberhalb der Schwerpunktsebene angeordnet ist. Der Winkel Φ ist positiv zu rechnen, wenn eine Verschwenkung des Schubvektors nach innen, d. Iu in Richtung auf die durch den Flugzeugschwerpunkt gehende Vertikalebene erfolgt.und mit negativem Vorzeichen, wenn eine Schubvektorschwenkung nach außen erfolgt.

Daraus ergibt sich, daß in dem in der Figur 2 dargestellten Fall, das Gesaratsteuermoment M_c zu einer Linksdrehung um die Rollachse

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führt, obwohl die Vertikalkomponente des Schubstrahls kleiner wird. ·

Bei Plugzeugen mit kleinem Massenträgheitsmoment um die Rollachse läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schubvektor— Kippsteuerung die übliche Druckluft— Reaktionssteuerung mit Düsen in den Tragflächenenden ganz oder teilweise ersetzen. In solch einem Fall kann durch den Wegfall von Zuleitungen, Steuerdüsen usw. der Tragflügelraura für andere Zwecke genutzt werden, z. B. als Kraftstoffbehälter, oder der Aufbau und die Fertigung des Flügels können stark vereinfacht werden.

Mechanisch bietet eine solche zusätzliche Schwenkdüsen-Kippsteuerung keine ,Schwierigkeiten. Sie ist ohne weiteres auch bei variablen Düsen, wie man sie bei Triebwerken mit Äufheizung des kalten Kreises benutzt, anwendbar. Die erförderlichen Stellorgane können ähnlich ausgebildet sein, wie sie beispielsweise bei der Schtienk— vorrichtung verwendet werden.

Eine Berechnung des zusätzlich zu gewinnenden Steuermoraents ergab für ein bekanntes V/STOL-Flugzeug, daß eine Steigerung von 50$ der in diesem Flugzeug verwendeten Bleed-Steuerung erreichbar ist.

— Patentansprüche —

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Claims

Patentansprüche

1. I V/STOL~Flugzeug rait mindestens einem Marschtriebwerk mit Schwenkdüsen und gegebenenfalls Hubtriebwerkenj sowie mit mit Zapfluft beaufschlagten Steuerdüsen für die Flugzeugsteuerung in der Start- bzw. Landungs- und IVansitionspbase, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkdüfsen (3> 33) des bzw. der Marschtriebwerke (34) und gegebenenfalls der Hubtriebwerke (41) mit Mitteln (2j 32? 3öj 42, 43» 44) zur Schubvektor-'-Steuerung quer zur Flugzeuglängsachse ausgerüstet sind.

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2. V/STOL—Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkdüsen (3» 33) als mehrteilige Rohrkrümmer ausgebildet sind, von denen mindestens der Letzte (2, 32) um eine Achse (A, 38) schwenkbar ist, die in einer Parallelebene zur X-Z-Ebene des Flugzeugs liegt.

3· V/STOLr-Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Äustrittsdüsen (42) der Hubtriebwerke (41) kardanisch aufgehängt sind.

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L e e r s e i t e