Bekannt sind bisher Rotoren ohne in die Rotorblätter integrierte
Flügelteile oder auch geplante Hubschrauber mit Stummelflügeln
und einem zusätzlichen Vortriebsaggregat (Hughes LXH, Sikorsky-X-
Wing, siehe Magazin "PM", Heft 7/85, S. 12 ff.).Up to now, rotors without integrated in the rotor blades are known
Wing parts or planned helicopters with stub wings
and an additional propulsion unit (Hughes LXH, Sikorsky-X-
Wing, see magazine "PM", issue 7/85, p. 12 ff.).
Hoher Energieaufwand in allen Flugsituationen, mangelnde Sicher
heit bei Ausfall des Rotoraggregates, d. h. fehlende Notlandeeigen
schaften, niedrige Reisegeschwindigkeiten im Vergleich zu Flug
zeugen, Abtriebserzeugung bei Verwendung von Stummelflügeln, hoher
induzierter Luftwiderstand sowie eine labile Fluglage durch eine
stark einseitige Auftriebswirkung des Rotors im Schnellflugbereich
sind die Nachteile dieser "herkömmlichen" Techniken.High energy consumption in all flight situations, lack of security
unit in the event of failure of the rotor assembly, d. H. missing emergency landing
low travel speeds compared to flight
testify, downforce generation when using stub wings, higher
induced air resistance as well as an unstable flight attitude by a
strong one-sided buoyancy effect of the rotor in the high-speed flight area
are the disadvantages of these "conventional" techniques.
Auch bei den mit zwei an den Flügelenden schwenkbaren Rotoren aus
gestatteten Kipprotormodellen (Bell XV 15, Boing JVX, siehe "PM",
ebda.) bleiben die Nachteile der Abtriebserzeugung bei Start, Lan
dung und den Übergangsflugbereichen bestehen, sowie die eines re
lativ hohen Baugewichtes, einer relativ niedrigen Wendigkeit und
fehlender Sicherheitsreserven bei Start und Landung. Zudem sind
herkömmliche Hubschrauber nicht mit dem Kipprotor-System umrüst
bar.Also in the case of the two rotatable rotors on the wing ends
permitted tilt rotor models (Bell XV 15, Boing JVX, see "PM",
ibid.), the disadvantages of generating downforce at start, Lan
and the transition flight areas exist, as well as that of a re
relatively high construction weight, a relatively low maneuverability and
lack of safety reserves during takeoff and landing. Also are
Do not convert conventional helicopters with the tilt rotor system
bar.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile mit mög
lichst einem Konzept zu überwinden.The object of the invention was to overcome these disadvantages
to overcome a concept.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch die vor allem in den An
sprüchen 1-3 formulierten Flügel-Rotor-Konzepte sowie durch
ein Konzept mit Trennung von Flügel(n) und Rotor nach Anspruch 4
gelößt.The task was inventively by the in particular in the
Proverbs 1-3 formulated wing-rotor concepts as well
a concept with separation of blades and rotor according to claim 4
solved.
Diese Konzepte sind vielseitig anwendbar, z. B. in Form von zwei
hintereinander, d. h. an den Enden, angeordneten Ringflügelrotoren
bei Transporthubschraubern, solche oder einfache Ausführungen für
Passagierflugzeuge im Intercityverkehr für bis zu ca. 40-Personen-
Kapazitäten (Ausbau und Erschließung dieses Verkehrsbereichs, ohne
daß der Bau zusätzlicher Landebahnen erforderlich wird!), für
Militär-, Verkehrs- und Rettungshubschrauber, sowie für Fluggeräte
im Freizeitsportbereich.These concepts are versatile, e.g. B. in the form of two
in a row, d. H. ring vane rotors arranged at the ends
for transport helicopters, such or simple designs for
Passenger aircraft in intercity traffic for up to approx. 40 people
Capacities (expansion and development of this traffic area, without
that the construction of additional runways will be necessary!), for
Military, traffic and rescue helicopters, as well as for aircraft
in the leisure sports sector.
Die Vorteile der Flügel-Rotor-Konzepte, insbesondere die der ersten
drei, stellen sich wie folgt dar. Die kreisförmigen Flügel ermögli
chen - neben der Separierung des Rotorluftstromes von dem Wirkbe
reich der Flügelflächen und der damit verbundenen Vermeidung von
Abtriebserzeugung! - aufgrund ihres großen Umfanges den Bau einer
relativ geringen "Spannweite", bei gleichzeitig möglicher Nutzung
einer großen Auftriebsfläche. Dies bedeutet, daß sowohl bei (verlang
samter) Rotation (z. B.) des Ringflügelrotors als auch bei dessen
Fixierung - unter Verwendung beispielsweise eines vortriebserzeu
genden Turbopropaggregates am Heck des "Flugzeuges" - auftriebs
wirksame Gleitflügeleigenschaften entstehen. Diese erhöhen nicht nur
die Flugsicherheit wesentlich durch die Ermöglichung von Notlande
gleitflügen, sondern bewirken zudem ein ökonomisches Fliegen, da
jetzt zum einen die Motorkraft völlig für die Vortriebserzeugung
genutzt werden kann, während der Ringflügel für den notwendigen
Auftrieb sorgt, und zum anderen der induzierte Luftwiderstand bei
Ringflügeln bekannterweise sehr gering ist (bei entsprechender Ver
kleidung des Rotorkopfes). Auf diese Weise werden erheblich höhere
Reisegeschwindigkeiten möglich, als dies bei herkömmlichen Hubschrau
bern der Fall ist, deren Rotorblätter durch den Gegendreheffekt in
Flugrichtung bei Geschwindigkeiten um 300 km/h an die Wirkungsgren
zen des Rotors stoßen, bei entsprechend hohem induziertem Widerstand
und instabiler Fluglage aufgrund der stark einseitigen Rotorwirkung
im Schnellflugbereich. Gerade auch letzteres entfällt bei der Ver
wendung eines langsam drehenden oder fixierten Ringflügels, womit
die Steuerbarkeit und Flugsicherheit insbesondere für den Schnell
flugbereich wesentlich verbessert werden. Aber auch für den Langsam
flugbereich, insbesondere bei der Durchführung von Starts und Lan
dungen, wird die Flugsicherheit durch das hohe Trägheitsmoment des
hoch beschleunigten Ringflügels erheblich erhöht, da bei Motorver
sagen dieser sich wesentlich länger auftriebserzeugend weiterdreht
als ein normaler Blattrotor, so daß ein eventueller Aufprall hierbei
zumindest gemildert werden kann und/oder die Maschine durch Steuer
manöver noch in eine Gleitphase gebracht werden kann. Dieser Effekt
des Trägheitsmomentes vor allem des Ringflügels kann noch dadurch
erhöht werden, daß bei verstellbaren Rotorteilen diese in der Start-
oder Landephase in einen möglichst flachen Winkel verstellt werden
bei gleichzeitig erhöhter Rotationszahl, so daß die Auslaufphase
des Ringflügelrotors noch verlängert wird. Auch die Wendigkeit ist
bei nicht reduzierten Steigleistungen für einen derartig konzi
pierten "Hubschrauber", vor allem für den Schnellflugbereich, erheblich
erhöht, da z. B. bei Verwendung eines "Vierblattringflügelrotors" mit
einem auf etwa dem halben Radius der "Rotorblätter" gesetzten Ring
flügel die rechts und links außerhalb des Ringflügels befindlichen
Rotorprofile bei Stillstand des Ringflügelrotors als Querruder zum
Fliegen enger Kurven genutzt werden können, was durch die geringe
"Spannweite" der auftriebserzeugenden Flügelflächen noch begünstigt
wird. Hierbei kann die Wendigkeit für alle Flugbereiche noch durch
die Anbringung von Teilen des Leitwerkes hinter dem vortriebserzeu
genden Luftstrom des Heckpropellers erhöht werden, oder auch durch
die Verwendung eines schwenkbaren Vortriebsaggregates am Heck des
"Flugzeuges". Ein weiterer positiver Effekt bei der Verwendung eines
Ringflügelrotors mit verstellbaren Rotorelementen, welcher die "Wendig
keit" und die Flugsicherheit im Rotorbetrieb noch weiter erhöht, ist
die Tatsache, daß die Steigleistung kurzfristig extrem erhöht werden
kann. Dies wird dadurch erreicht, daß z. B. im Tiefflug über schwieri
gem Gelände grundsätzlich mit flacher Winkelstellung der auftriebs
erzeugenden Rotorteile bei entsprechend erhöhter Rotationszahl ge
flogen wird. Taucht nun ein Hindernis auf, das im schnellen Steigflug
überwunden werden soll, werden die Rotorteile kurzfristig auf einen
stärker positiven Winkel eingestellt, so daß die Massenträgheit des
Ring- oder Scheibenflügels für einen kräftigen Schub sorgt, der ein
schnelles Steigen ermöglicht. Innenliegende strebenartige Rotorteile
können wahlweise für die Rotorbewegung oder für den Gleitflug bei
Rotorstillstand auftriebswirksam oder auch auftriebsneutral gebaut
werden, was bei Winkelverstellbarkeit und entsprechender Profilier
ung auch mit einem einzigen Modell erreicht werden kann. In Relation
zu der Anzahl der genannten Vorteile erscheint der bauliche Auf
wand für ein "Flügel-Rotor-Modell" recht gering, und auch das Flug
gewicht wird nur unwesentlich erhöht. Einen ganz wesentlichen Vor
teil birgt hierbei die Tatsache in sich, daß jeder Hubschrauber unter
Weiterverwendung der Taumelscheibenvorrichtung mit den erfindungs
gemäßen Flügelrotoren umrüstbar ist! Hinzu kommen hierbei im wesent
lichen eine Brems-, bzw. Arretiervorrichtgung für den Flügelrotor,
eine bevorzugt am Heck anzubringende, ggf. schwenkbare Vortriebsluft
schraube oder -düse, der Ausbau des Heckleitwerkes, sowie für den
"Standbetrieb" des Ringflügelrotors z. B. eine einkoppelbare Steuerstift
vorrichtung, die einseitig ein Querruder in einen negativen Winkel
anstellt (zum einseitigen Herabziehen bei gleichsinnig wirkender Wi
derstandserhöhung). Auch gegenüber dem Kipprotorkonzept (s. u.) bleiben
die Vorteile des geringen induzierten Luftwiderstandes, des wahr
scheinlich geringeren Fluggewichtes, der wesentlich erhöhten Flugsi
cherheit, der erhöhten Wendigkeit, der Vermeidung von Abtriebserzeu
gung auf den Flügelflächen und vor allem auch der Umrüstbarkeit sämt
licher Hubschrauber erhalten. Für die in Nebenanspruch 4 genannte
Lösung ergeben sich nur z. T. die genannten Vorteile.The advantages of the vane-rotor concepts, especially those of the first
three, are as follows. The circular wings allow
chen - in addition to separating the rotor air flow from the active
rich of the wing surfaces and the associated avoidance of
Downforce generation! - due to their large size, the construction of a
relatively small "span", with simultaneous possible use
a large buoyancy area. This means that both at (request
velter) rotation (e.g.) of the ring vane rotor as well as its
Fixation - using, for example, a jacking tool
turboprop unit at the rear of the "aircraft" lift
effective sliding wing properties arise. These don't just increase
flight safety essentially by enabling emergency landings
gliding, but also cause economical flying, because
now on the one hand the engine power completely for the generation of propulsion
can be used while the ring wing for the necessary
Buoyancy and secondly the induced air resistance
Ring wings are known to be very low (with appropriate ver
clothing of the rotor head). This way, will be significantly higher
Cruising speeds possible than with conventional helicopters
bern is the case, whose rotor blades due to the counter-rotating effect
Direction of flight at speeds around 300 km / h to the efficiency
zen of the rotor with a correspondingly high induced resistance
and unstable flight position due to the strong one-sided rotor effect
in the fast flight area. The latter is also omitted in the Ver
using a slowly rotating or fixed ring wing, with which
controllability and flight safety, especially for the fast
flight range can be significantly improved. But also for the slow
flight area, especially when taking off and Lan
flight safety is affected by the high moment of inertia of the
highly accelerated ring wing increased considerably, as with motor ver
say this turns much longer to generate buoyancy
than a normal blade rotor, so that a possible impact here
can at least be mitigated and / or the machine by tax
maneuvers can still be brought into a sliding phase. This effect
the moment of inertia, especially the ring wing, can still be caused by this
be increased so that in the case of adjustable rotor parts these
or landing phase can be adjusted to the lowest possible angle
with a simultaneous increase in the number of rotations, so that the phase-out phase
of the ring vane rotor is extended. The maneuverability is also
with not reduced climbing performance for such a conc
"helicopters", especially for high-speed flight, considerably
increased because z. B. when using a "four-blade ring rotor"
a ring placed on about half the radius of the "rotor blades"
wing the right and left outside of the ring wing
Rotor profiles when the ring vane rotor is at a standstill as aileron
Flying tight bends can be used due to the low
"Wingspan" of the wing surfaces that generate lift is still favored
becomes. The maneuverability can still be achieved for all flight areas
the attachment of parts of the tail unit behind the propulsion unit
air flow of the rear propeller can be increased, or by
the use of a swiveling propulsion unit at the rear of the
"Plane". Another positive effect when using a
Ring vane rotor with adjustable rotor elements, which the "agile
speed "and flight safety in rotor operation is further increased
the fact that the climbing performance can be extremely increased in the short term
can. This is achieved in that, for. B. in low-flying over difficult
According to the terrain, basically with the buoyancy at a flat angle
generating rotor parts with a correspondingly increased number of rotations ge
will fly. Now an obstacle appears, that in the fast climb
to be overcome, the rotor parts are short-term on one
set a more positive angle so that the inertia of the
Ring or disc wing provides a strong thrust that one
enables fast climbing. Inner strut-like rotor parts
can be used either for rotor movement or for gliding
Rotor standstill built to be buoyant or also buoyancy neutral
be what with angle adjustability and appropriate profiling
can also be achieved with a single model. In relation
the structural increase appears in addition to the number of advantages mentioned
wall for a "wing-rotor model" quite low, and also the flight
weight is only slightly increased. A very important pre
part of this is the fact that every helicopter is under
Further use of the swash plate device with the Invention
according to the rotor blades! In addition, there are essentially
Lichen a braking or locking device for the wing rotor,
propulsive air that is preferably to be attached to the rear, possibly pivotable
screw or nozzle, the removal of the tail unit, as well as for the
"Standing operation" of the ring vane rotor z. B. a couplable control pin
device that unilaterally ailerons at a negative angle
turns on (for one-sided pulling down when Wi
the increase in level). Also remain in relation to the tipping rotor concept (see below)
the advantages of low induced drag, true
apparently lower flight weight, the significantly increased Flugsi
safety, increased maneuverability, the avoidance of downforce generation
on the wing surfaces and above all the convertibility
get helicopter. For the mentioned in subsidiary claim 4
Solution arise only z. T. the advantages mentioned.
Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel zeigt in einer Übersichtsskizze
einen Ringflügelrotor nach Anspruch 1 mit neutralen Anstellwinkeln
und symmetrischen Auftriebsprofilen der Innenstreben (1). In deren
Hohlung lassen sich räumlich gesehen Steuervorrichtungen zu den hier
außenliegenden und in der Rotation sowie im Stillstand auftriebser
zeugenden, winkelverstellbaren Profilteilen (2) gut unterbringen. Zwei
der äußeren Rotorprofile (2′) übernehmen in dieser Ringflügelrotor
stellung Querruderfunktion, während die in Flugrichtung stehenden
Profilteile in dieser Stellung antriebsneutral sind. Der Ringflügel (3)
hat in allen Teilbereichen eine symmetrische Auftriebsprofilierung,
während die Rotorkopfverkleidung (4) im Beispiel symmetrisch und an
Ober- wie Unterseite konvex ausgeführt ist. Ebenso könnte diese zu
sätzlich als Scheibenflügel nach Anspruch 3 ausgeführt werden.The example shown in Fig. 1 shows an overview sketch of a ring vane rotor according to claim 1 with neutral angles of attack and symmetrical lift profiles of the inner struts ( 1 ). Spatially speaking, control devices for the angle-adjustable profile parts ( 2 ) that are external here and generate rotation and standstill can be accommodated in their hollow. Two of the outer rotor profiles ( 2 ' ) take over aileron function in this ring vane rotor position, while the profile parts standing in the direction of flight are neutral in this position. The ring wing ( 3 ) has a symmetrical lift profile in all sections, while the rotor head cover ( 4 ) is symmetrical in the example and is convex on the top and bottom. Likewise, this could be carried out additionally as a disc wing according to claim 3.