WO2012141736A1 | 2012-10-18 |
US3231221A | 1966-01-25 | |||
GB2376928A | 2002-12-31 | |||
US3089666A | 1963-05-14 | |||
US3469803A | 1969-09-30 | |||
US4492353A | 1985-01-08 |
P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Senkrecht startendes Flugzeug (1) mit einem Flügel (3), wobei eine erste Antriebseinheit (4) und eine zweite Antriebseinheit (5) schwenkbar gelagert an dem Flügel (3) angeordnet sind, wobei die erste Antriebseinheit (4) und die zweite Antriebseinheit (5) beabstandet zu einem Flügelende (12) des Flügels (3) an dem Flügel (3) angeordnet sind, wobei ein erster Abstand der ersten Antriebseinheit (4) zu einer Längsachse (10) des Flugzeugs (1) näherungsweise gleich einem zweiten Abstand der zweiten Antriebseinheit (5) zu der Längsachse (10) des Flugzeugs (1) ist und wobei die erste Antriebseinheit (4) und die zweite Antriebseinheit (5) in eine Horizontalfluglage und eine Vertikalfluglage schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Horizontalfluglage die erste Antriebseinheit (4) oberhalb einer Flügelfläche und die zweite Antriebseinheit (5) unterhalb der Flügelfläche an dem Flügel (3) angeordnet sind, und dass in der Vertikalfluglage die erste Antriebseinheit (4) und die zweite Antriebseinheit (5) in einer näherungsweise horizontalen Ebene angeordnet sind. 2. Senkrecht startendes Flugzeug (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit (4) und die zweite Antriebseinheit (5) jeweils einen Schwenkarm (7) aufweisen, wobei die Schwenkarme (7) schwenkbar gelagert an dem Flügel (3) angeordnet sind. 3. Senkrecht startendes Flugzeug (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rumpfabstand (9) der ersten Antriebseinheit (4) und der zweiten Antriebseinheit (5) zu der Längsachse (10) des Flugzeugs (1) kleiner ist als ein Flügelendeabstand (11) der ersten Antriebseinheit (4) und der zweiten Antriebseinheit (6) zu einer durch das Flügelende (12) verlaufenden und zu der Längsachse (10) parallelen Flügelachse (13). 4. Senkrecht startendes Flugzeug (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Flügel (3) eine Schwenkvorrichtung (8) angeordnet ist und die erste Antriebseinheit (4) und die zweite Antriebseinheit (5) mit der Schwenkvorrichtung (8) in Wirkverbindung stehen. 5. Senkrecht startendes Flugzeug (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwenkbewegung der ersten Antriebseinheit (4) und eine Schwenkbewegung der zweiten Antriebseinheit (5) gekoppelt sind. 6. Senkrecht startendes Flugzeug (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit (4) und die zweite Antriebseinheit (5) eine Antriebsvorrichtung (14) bilden und dass an dem Flügel (3) mindestens zwei Antriebsvorrichtungen (14) beabstandet zueinander angeordnet sind. 7. Senkrecht startendes Flugzeug (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Antriebseinheit (4) und der zweiten Antriebseinheit (5) um Propellerantriebe (6) oder Impellerantriebe oder Strahltriebwerke handelt. |
Die Erfindung betrifft ein senkrecht startendes Flugzeug mit einem Flügel, wobei eine erste Antriebseinheit und eine zweite Antriebseinheit schwenkbar gelagert an dem Flügel angeordnet sind, wobei die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit beabstandet zu einem Flügelende des Flügels an dem Flügel angeordnet sind, wobei ein erster Abstand der ersten Antriebseinheit zu einer Längsachse des Flugzeugs näherungsweise gleich einem zweiten Abstand der zweiten Antriebseinheit zu der Längsachse des Flugzeugs ist und wobei die erste Antriebseinheit und die zweite
Antriebseinheit in eine Horizontalfluglage und eine
Vertikalfluglage schwenkbar sind. Senkrecht startende Flugzeuge werden unter anderem als Drohnen und im militärischen Bereich eingesetzt. Diese Flugzeuge weisen üblicherweise zwei auf gegenüberliegenden Seiten eines Rumpfs angeordnete Flügel auf, wobei an den Flügeln jeweils zwei Antriebseinheiten in an den jeweiligen Einsatzzweck angepassten und mit den Flügeln starr
verbundenen Tragelementen schwenkbar gelagert angeordnet sind. Es sind auch Flugzeuge bekannt, bei denen kein separater Rumpf ausgebildet ist und der Flügel aus zwei entlang der Längsache symmetrisch ausgestalteten
Flügelhälften gebildet ist, wobei an den Flügelhälften jeweils zwei Antriebseinheiten in an den jeweiligen
Einsatzzweck angepassten und mit den Flügelhälften starr verbundenen Tragelementen schwenkbar gelagert angeordnet sind .
Bei den Tragelementen kann es sich beispielsweise um unterhalb der Flügel angeordnete Gondeln handeln, in denen die Antriebseinheiten in Flugrichtung hintereinander schwenkbar gelagert angeordnet sind. Zum Starten und Landen bzw. im Schwebeflug werden die Antriebseinheiten in die Vertikalfluglage geschwenkt, wobei eine von den
Antriebseinheiten bereitgestellte Antriebskraft im
Wesentlichen vertikal in Richtung des Erdbodens wirkt und auf diese Weise eine vertikale Steig-, Sink- und
Schwebefluglage ermöglicht. Sobald das Flugzeug eine
Reiseflughöhe erreicht hat, werden die Antriebseinheiten in die Horizontalfluglage geschwenkt. In der
Horizontalfluglage wirkt die von den Antriebseinheiten bereitgestellte Antriebskraft im Wesentlichen horizontal entgegen der Flugrichtung. Da bei senkrecht startenden Flugzeugen mit jeweils zwei in einer Gondel angeordneten Antriebseinheiten die Antriebseinheiten in der Gondel in
Flugrichtung hintereinander angeordnet sind, strömt die in Flugrichtung vorne angeordnete Antriebseinheit die dahinter angeordnete Antriebseinheit an. Dadurch sinkt der
Wirkungsgrad des senkrechtstartenden Flugzeugs in der
Horizontalfluglage bezüglich einer zur Verfügung stehenden Rotorfläche .
Es ist auch bekannt, separate Tragelemente für die
Antriebseinheiten an den Flügeln vorzusehen, wobei ein separates Tragelement oberhalb und ein separates
Tragelement unterhalb des Flügels an dem Flügel starr angeordnet ist. Auf diese Weise strömen sich die
Antriebseinheiten in der Horizontalfluglage nicht gegenseitig an, so dass der Wirkungsgrad in der Horizontalfluglage verbessert wird. Da die
Antriebseinheiten in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, weisen die Antriebseinheiten im Vertikalflug in
Bodennähe jedoch unterschiedliche Bodeneffekte auf, wobei ein von der tiefer angeordneten Antriebseinheit ausgehender Auftrieb üblicherweise größer ist, als ein von der höher angeordneten Antriebseinheit. Daher muss die
Antriebsleistung der in unterschiedlichen Höhen
angeordneten Antriebseinheiten im Vertikalflug ständig nachgeregelt werden. Dies führt zu einem unruhigen
Flugverhalten im Vertikalflug.
Als Aufgabe der Erfindung wird es daher angesehen, die bekannten senkrecht startenden Flugzeuge so weiter zu entwickeln, dass im Horizontalflug ein möglichst guter Wirkungsgrad und im Vertikalflug ein möglichst ruhiges Flugverhalten erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Horizontalfluglage die erste Antriebseinheit oberhalb einer Flügelfläche und die zweite Antriebseinheit unterhalb der Flügelfläche an dem Flügel angeordnet sind, und dass in der Vertikalfluglage die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit in einer näherungsweise horizontalen Ebene angeordnet sind. Auf diese Weise erreicht man in der Vertikalflugphase in Bodennähe einen einheitlichen
Bodeneffekt der ersten und zweiten Antriebseinheit, so dass ein ruhigeres Flugverhalten insbesondere in der Start- und Landephase erreicht wird. In der Horizontalfluglage strömen sich die erste Antriebseinheit die zweite Antriebseinheit nicht gegenseitig an, so dass hierdurch keine
Wirkungsgradverluste eintreten. Die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit sollten in der
Vertikalfluglage möglichst in einer horizontalen Ebene angeordnet sein. Geringfügige Abweichungen von einer solchen Anordnung, die beispielsweise auf
Fertigungstoleranzen zurückgeführt werden können,
beeinträchtigen das Flugverhalten allerdings nicht oder lediglich geringfügig.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die erste
Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit jeweils einen Schwenkarm aufweisen, wobei die Schwenkarme
schwenkbar gelagert an dem Flügel angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine Schwenkachse der Antriebseinheiten so vorgegeben werden, dass die erste und die zweite
Antriebseinheit in der Vertikalfluglage im Wesentlichen einer horizontalen Ebene angeordnet sind und in einer
Horizontalfluglage oberhalb und unterhalb der Flügelfläche angeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind die Schwenkarme so an dem Flügel angeordnet, dass sich die erste
Antriebseinheit in der Vertikalfluglage in
Horizontalflugrichtung vor dem Flügel und die zweite
Antriebseinheit hinter dem Flügel befindet. Dabei können die Schwenkarme so ausgestaltet und an dem Flügel
angeordnet sein, dass die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit in der Horizontalfluglage im
Wesentlichen in einer vertikalen Ebene unterhalb und oberhalb des Flügels angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit in der Horizontalfluglage beabstandet zu einer vertikalen Ebene an dem Flügel angeordnet sind.
Das Flugverhalten des senkrecht startenden Flugzeugs kann dadurch weiter verbessert werden, dass ein Rumpfabstand der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit zu der Längsachse des Flugzeugs kleiner ist als ein
Flügelendeabstand der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit zu einer durch das Flügelende verlaufenden und zu der Längsachse parallelen Flügelachse. Zweckmäßigerweise werden die Antriebseinheiten so nah wie möglich an dem Rumpf angeordnet. Ein kleinster möglicher Rumpfabstand ist beispielsweise durch einen
Rotordurchmesser eines Rotors der ersten Antriebseinheit oder der zweiten Antriebseinheit begrenzt.
Zweckmäßigerweise wird die gesamte Last der
Antriebseinheiten über einen oder mehrere geeignete
innerhalb des Flügels angeordnete Holme auf den Rumpf übertragen. Indem die Antriebseinheiten in der Nähe des Rumpfs an den Flügeln angeordnet werden, kann eine
leichtere Flügelkonstruktion eingesetzt werden, da die Last der Antriebseinheiten nur durch einen kleinen Teil des Flügels zu dem Rumpf geleitet werden muss.
Aufgrund der Anordnung der Antriebseinheiten vor und hinter dem Flügel kann dieser verlängert und so zusätzliche
Flügelstreckung generiert werden. Dadurch sinkt ein
induzierter Widerstand der Flügel im Horizontalflug und die Flugleistungen werden verbessert.
Desweiteren wird durch die Anordnung der Antriebseinheiten in der Nähe des Rumpfs die Flügelkonstruktion insgesamt steifer, so dass geringere Biegeschwingungen in den Flügeln bzw. den tragenden Holmen auftreten. Dadurch wird
insbesondere eine Manövrierbarkeit in der Vertikalfluglage verbessert und ein ruhigeres Flugverhalten erzielt. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem Flügel eine Schwenkvorrichtung angeordnet ist und die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit mit der Schwenkvorrichtung in Wirkverbindung stehen. Durch die gemeinsame Nutzung der Schwenkvorrichtung für die erste und die zweite Antriebseinheit kann das Flügelgewicht weiter reduziert und das Flugverhalten des senkrecht startenden Flugzeugs weiter verbessert werden. Um das senkrecht startende Flugzeug möglichst einfach regeln zu können und dadurch ein ruhigeres Flugverhalten zu ermöglichen ist erfindungsgemäß vorteilhafterweise
vorgesehen, dass eine Schwenkbewegung der ersten
Antriebseinheit und eine Schwenkbewegung der zweiten
Antriebseinheit gekoppelt sind. Durch die Kopplung der
Schwenkbewegung kann zudem auf komplexe Einzelantriebe zum unabhängigen verdrehen der Antriebseinheiten verzichtet werden und besonders kostengünstige und leichte
Schwenkvorrichtungen eingesetzt werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen senkrecht startenden Flugzeugs ist vorgesehen, dass die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit eine Antriebsvorrichtung bilden und dass an dem Flügel mindestens zwei Antriebsvorrichtungen
beabstandet zueinander angeordnet sind. Um eine Redundanz zu erhöhen kann demzufolge vorgesehen sein, dass zwei oder drei Antriebsvorrichtungen an dem Flügel angeordnet sind. Es können je nach Anforderung aber auch mehr als drei Antriebsvorrichtungen an dem Flügel angeordnet sein.
Eine besonders kostengünstige Konstruktion und ein
besonders gutes Flugverhalten werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass es sich bei der ersten
Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit um
Propellerantriebe oder Impellerantriebe oder
Strahltriebwerke handelt. Propellerantriebe sind
zweckmäßigerweise starr oder mit einer
Rotorblattverstellung ausgeführt .
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen des senkrecht
startenden Flugzeugs werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines senkrecht startenden Flugzeugs mit seitlich an einem Flugzeugrumpf angeordneten Flügeln im Horizontalflug,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines senkrecht startenden Flugzeugs mit seitlich an einem Flugzeugrumpf angeordneten Flügeln im Vertikalflug,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines senkrecht startenden Flugzeugs ohne Heckleitwerk im Horizontalflug mit an einer RumpfOberseite angeordneten Flügeln,
Figur 4a ein schematisch dargestellte Draufsicht auf ein senkrecht startendes Flugzeugs im Vertikalflug mit je zwei Antriebsvorrichtungen pro Flügel, Figur 4b eine schematisch dargestellte Vorderansicht des in Figur 4a dargestellten senkrecht startenden Flugzeugs im Horizontalflug, Figur 5 eine schematische Darstellung einer
Schwenkvorrichtung mit an der Schwenkvorrichtung
angeordneten Antriebseinheiten. Figuren 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen senkrecht startender Flugzeuge 1 mit je einem auf gegenüberliegenden Seiten eines Rumpfs 2 angeordneten Flügel 3. An den Flügeln
3 ist jeweils eine erste Antriebseinheit 4 und eine zweite Antriebseinheit 5 schwenkbar gelagert angeordnet. Die erste Antriebseinheit 4 und die zweite Antriebseinheit 5 weisen jeweils einen Propeller 6 und einen Schwenkarm 7 auf. Die Schwenkarme 7 sind schwenkbar an den Flügeln 3 angeordnet, wobei eine gekoppelte Schwenkbewegung von an den Flügeln 3 angeordneten Schwenkvorrichtungen 8 ausgelöst und
angetrieben wird.
Die erste Antriebseinheit 4 und die zweite Antriebseinheit 5 sind so an den Flügeln 3 angeordnet, dass ein
Rumpfabstand 9 der Antriebseinheiten 4 und 5 zu einer
Längsachse 10 des senkrecht startenden Flugzeugs 1 kleiner ist als ein Flügelendeabstand 11 der ersten Antriebseinheit
4 und der zweiten Antriebseinheit 5 zu einer durch ein Flügelende 12 verlaufenden und zu der Längsachse 10 parallelen Flügelachse 13.
In Figur 1 befinden sich die erste Antriebseinheit 4 und die zweite Antriebseinheit 5 in der Horizontalfluglage während in Figur 2 die erste Antriebseinheit 4 und die zweite Antriebseinheit 5 in Vertikalfluglage dargestellt sind. In Figur 3 ist schematisch ein senkrecht startendes
Flugzeug 1 ohne Heckleitwerk mit zwei an einer Oberseite eines Rumpfs 2 angeordneten Flügeln 3 dargestellt. Figur 4a zeigt eine schematisch dargestellte Draufsicht und Figur 4b eine schematisch dargestellte Vorderansicht auf ein senkrecht startendes Flugzeug 1 mit zwei an
gegenüberliegenden Seiten des Rumpfs 2 angeordneten Flügeln 3, wobei an den Flügeln 3 jeweils 2 Antriebsvorrichtungen 14 angeordnet sind. Die Antriebsvorrichtungen 14 weisen jeweils eine erste Antriebseinheit 4 und eine zweite
Antriebseinheit 5 auf, die mit Schwenkarmen schwenkbar gelagert an den Flügeln 3 angeordnet sind. Das senkrecht startende Flugzeug 1 ist in Figur 4a in der Vertikalflugphase dargestellt. In Figur 4b sind die
Antriebseinheiten 4 und 5 in der Horizontalfluglage
dargestellt . In Figur 5 ist schematisch eine Schwenkvorrichtung 8 mit zwei über einen Antriebsriemen 15 angetriebenen
Antriebsrollen 16 dargestellt. Der Antriebsriemen 15 ist jeweils an Festlegepunkten 17 an den Antriebsrollen 16 festgelegt. Eine Lage des Antriebriemens 15 kann über eine Winde 18 verstellt werden. Zur Montage und Demontage des Antriebriemens 15 ist an dem Antriebsriemen 15 eine
Spannvorrichtung 19 vorgesehen.
An den Antriebsrollen 16 sind eine erste Antriebseinheit 4 und eine zweite Antriebseinheit 5 angeordnet. Die erste
Antriebseinheit 4 und die zweite Antriebseinheit 5 weisen jeweils einen Schwenkarm 7 und einen einem Schwenkarm 7 angeordneten Propeller 6 auf. Durch verstellen der Lage des Antriebriemens 15 mithilfe der Winde 18 werden die Antriebsrollen 16 gekoppelt verdreht. Zum Antrieb der Winde 18 kann beispielsweise ein nicht dargestellter elektrischer Servoantrieb eingesetzt werden .