Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
VERTICAL-TAKEOFF AIRCRAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/016226
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a vertical-takeoff aircraft (1) with a wing (3). A first drive unit (4) and a second drive unit (5) are swivellably mounted on the wing (3). The first drive unit (4) and the second drive unit (5) are arranged on the wing (3) at a distance from a wing-end (12) of the wing (3). A first distance between the first drive unit (4) and a longitudinal axis (10) of the aircraft (3) is approximately equal to a second distance between the second drive unit (5) and the longitudinal axis (10) of the aircraft (3). The first drive unit (4) and the second drive unit (5) are swivellable into a horizontal flying position and a vertical flying position. In the horizontal flying position the first drive unit (4) is arranged above a wing surface and the second drive unit (5) below the wing surface on the wing. In the vertical flying position the first drive unit (4) and the second drive unit (5) are arranged in an approximately horizontal plane. The first drive unit (4) and the second drive unit (5) each have a swivel arm (7), wherein the swivel arms (7) are swivellably mounted on the wing (3).

Inventors:
HESSELBARTH JONATHAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/065361
Publication Date:
January 30, 2014
Filing Date:
July 19, 2013
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
HESSELBARTH JONATHAN (DE)
International Classes:
B64C29/00
Domestic Patent References:
WO2012141736A12012-10-18
Foreign References:
US3231221A1966-01-25
GB2376928A2002-12-31
US3089666A1963-05-14
US3469803A1969-09-30
US4492353A1985-01-08
Attorney, Agent or Firm:
HABERMANN, JAN (DE)
Download PDF:
Claims:
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.

Description:
Senkrecht startendes Flugzeug

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 .