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Title:
WEIGHT-SHIFT-CONTROLLED AIRPLANE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/019671
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a weight-shift-controlled airplane that is characterized by a novel design of airplanes with closed passenger compartment and that combines the advantages of conventional aerodynamically controlled airplanes with those of weight-shift-controlled ultra-light airplanes. The inventive weight-shift-controlled airplane comprises a passenger compartment with a fitted propeller (4) as the pressure drive and a chassis (7), an airfoil (1) and an adjustable support system between the passenger compartment and the airfoil (1) which allows that the airfoil (1) is tilted, for controlling the airplane.

Inventors:
Wacker, Markus (Haus Tschanata, Salouf, CH-7462, CH)
Solèr, Bianca (Haus Tschanata, Salouf, CH-7462, CH)
Application Number:
PCT/CH2000/000332
Publication Date:
March 22, 2001
Filing Date:
June 19, 2000
Export Citation:
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Assignee:
Wacker, Markus (Haus Tschanata, Salouf, CH-7462, CH)
Solèr, Bianca (Haus Tschanata, Salouf, CH-7462, CH)
International Classes:
B64C3/38; B64C17/04; (IPC1-7): B64C17/04; B64C3/38
Foreign References:
US2160089A1939-05-30
FR2227990A11974-11-29
US3135483A1964-06-02
US2623712A1952-12-30
US3258228A1966-06-28
US3516624A1970-06-23
DE3346860C11985-06-05
US5252068A1993-10-12
US4116407A1978-09-26
EP0109906A11984-05-30
DE4308758A11994-09-22
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 174 (M - 1109) 2 May 1991 (1991-05-02)
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Claims:
Patentansprüche
1. Flugzeug mit einer geschlossenen Fahrgastkabine, welche einen Sitzbereich, Steuerungseinheiten, eine Sichtscheibe (3) und einen Antrieb (4) aufweist, und mit einer Tragflache (1), welche an der Fahrgastkabine befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfläche (1) mittels eines verstellbaren, die Verkippung des Flugzeuges ermöglichenden Stützsystems mit der Fahrgastkabine verbunden ist.
2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützsystem wenigstens ein Gelenk (6,10,11,12) aufweist.
3. Flugzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein Kreuzgelenk (6) oder ein Kugelgelenk (10) ist.
4. Flugzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützsystem längenverstellbare Stangen (9) aufweist.
5. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützsystem hydraulisch gesteuert oder rein mechanisch arbeitend ausgebildet ist.
6. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützsystem (6) am aerodynamischen Druckpunkt der Tragfläche (1) ansetzt und deren Verkippung zur Seite bzw. nach vorne oder hinten ermöglicht.
7. Flugzeug zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die längenverstellbare Stange (9) an einem Ende durch ein Kugelgelenk (10) an der Fahrgastkabine und am anderen Ende über ein hydraulisch gesteuertes Gelenk (11) an der Tragfläche (1) befestigt ist.
8. Flugzeug zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die längenverstellbare Stange (9) durch Kugelgelenke (10) an der Fahrgastkabine und an der Tragfläche (1) befestigt ist.
9. Flugzeug zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die längenverstellbaren Stangen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass damit die seitliche Verkippung der Tragfläche (1) und vorzugsweise auch die Verkippung der Tragfläche (1) nach vorne oder hinten ermöglicht ist.
10. Flugzeug zumindest nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch gesteuerten Gelenke (6,11) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass damit die Verkippung der Tragfläche (1) zumindest nach vorne oder hinten ermöglicht ist.
Description:
Gleichgewichtsgesteuertes Flugzeug Die Erfindung betrifft ein Flugzeug, insbesondere ein Flugzeug mit Gleichgewichtssteuerung.

Ein Flugzeug mit den Merkmalen gemäss dem Oberbegriff der Patentanspruchs 1 ist aus der Praxis bekannt. Heutzutage werden die meisten Flugzeuge aerodynamisch gesteuert. Der Auftrieb an den Tragflächen des Flugzeugs basiert dabei auf unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und daraus resultierend auf unterschiedlichen Druckverhältnissen an den Ober-und Unterseiten der Tragflächen. Die aerodynamische Steuerung des Flugzeugs erfolgt im Wesentlichen über die Änderung des Strömungsprofils an den Querrudern.

Verbunden mit dieser Steuerungsart ist ein erhöhter Restwiderstand an den Tragflächen und somit ein erhöhter Treibstoffverbrauch. Zudem erfordert die aerodynamische Steuerung eine grössere Anzahl an mechanischen und hydraulischen Elementen zur Betätigung der Querruder. Diese Elemente stellen aufgrund ihrer grundsätzlich vorhandenen Störanfälligkeit eine potentielle Gefahrenquelle dar.

Bei den Ultraleichtflugzeugen dagegen existiert schon seit längerem eine Gleichgewichtssteuerung. So basiert das Prinzip des Hängegleiters auf einer Steuerung mit Hilfe eines Steuerbügels, der zur Verkippung der Tragfläche und damit zu einer Änderung der Orientierung zwischen der Motor-Fahrwerksgondel und der Tragfläche dient, welche das Flugverhalten des Hängegteiters bestimmt.

Mit Hilfe eines Steuerbügels zur Verkippung der Tragfläche steuerbare Fluggeräte sind beispielsweise aus der DE-C1-33 46 860, der US-A-5 252 068, der US-A-4 116 407, der EP-A1-0 109 906 und der DE-A1-43 08 758 bekannt. Derartige, manuell bedienbare Steuerbügel sind jedoch aufgrund der damit verbundenen aufwendigen Verstrebungskonstruktion in Flugzeugen mit geschlossener Fahrgastkabine nur schwer oder gar nicht verwendbar.

Das Prinzip der Gleichgewichtssteuerung ist jedoch bisher nur auf Ultraleichtflugzeuge mit offener Fahrwerksgondel beschränkt gewesen. Die vorliegende Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, ein leichtes gleichgewichtsgesteuertes Flugzeug mit geschlossener Fahrgastkabine zu schaffen, das die Vorteile grösserer Flugzeuge mit den Vorteilen der Ultraleichtflugzeuge verbindet.

Die Aufgabe wird mit Hilfe der erfindungsgemässen Ausbildungsmerkmale des Patentanspruchs gelost. Vorteilhafte Weiterbiidungen der Erfindungen sind Gegenstand der abhängigen Merkmale.

Das gleichgewichtsgesteuerte Flugzeug besteht im Wesentlichen aus drei Teilen.

Die Fahrgastkabine bietet im vorderen Teil Platz für eine oder mehrere Personen und stellt dort die Steuerungseinheiten für den Betrieb des Flugzeuges bereit. Im hinteren Teil befindet sich der Motor, der den Propeller am Ende der Fahrgastkabine antreibt, sowie eine Versorgungseinheit zum Betrieb der Hydraulik- beziehungsweise Mechanikelemente, die zur Steuerung des Flugzeuges benötigt werden.

Das Stützsystem verbindet die Fahrgastkabine mit der Tragfläche und ermöglicht über Gelenke und längenverstellbare Stangen die Verkippung des Flugzeuges, durch welche dessen Steuerung gewährleistet wird. Je nach Anzahl der Gelenke und Stangen innerhalb des Stützsystems lassen sich verschiedene Flugzeugvarianten unterscheiden. Die Flugzeugvarianten sind mit hydraulisch gesteuerten Stützen ausgestattet. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von rein mechanischen Elementen. Auf diese Möglichkeit ist hier zur Wahrung der Übersichtlichkeit verzichtet worden.

Das vorgeschlagene gleichgewichtsgesteuerte Flugzeug und die einführend beschriebene Funktionsweise sind im Folgenden anhand erläuternder Zeichnungen dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine Aufsicht (Fig. 1a), eine Vorderansicht (Fig. 1b) und eine Seitenansicht (Fig. 1c) eines gleichgewichtsgesteuerten Flugzeuges mit einer Stütze, Fig. 2 eine Aufsicht (Fig. 2a), eine Vorderansicht (Fig. 2b) und eine Seitenansicht (Fig. 2c) eines gleichgewichtsgesteuerten Flugzeuges mit zwei Stützen, Fig. 3 eine Aufsicht (Fig. 3a), eine Vorderansicht (Fig. 3b) und eine Seitenansicht (Fig. 3c) eines gleichgewichtsgesteuerten Flugzeuges mit drei Stützen, Fig. 4 eine Aufsicht (Fig. 4a), eine Vorderansicht (Fig. 4b) und eine Seitenansicht (Fig. 4c) eines gleichgewichtsgesteuerten Flugzeuges mit vier Stützen.

In Fig. 1 ist die erste Variante des gleichgewichtsgesteuerten Flugzeuges abgebildet. Es ist nur eine Stütze zwischen der Fahrgastkabine und der Tragfläche 1 vorhanden. Die Fahrgastkabine besteht aus einer massiven Hülle 2 aus leichtem Material, in die im vorderen Bereich ein Sitzbereich mit den Steuerungseinheiten und eine Sichtscheibe 3 integriert ist. An die Fahrgastkabine sind im vorderen Bereich ein, seitlich zwei Räder des Fahrwerkes 7 angebracht, um eine Bewegung während des Start-und Landevorgangs sowie beim Transport zu ermöglichen. Die Fahrgastkabine weist im hinteren Bereich eine Einbuchtung auf, die durch Verstrebungen 8 stabilisiert wird und den Antrieb, nämlich den Propeller 4, enthält, welcher den Druckantrieb des Flugzeuges gewährleistet. Eine andere Möglichkeit bestünde in der Verwendung eines Propellers als Zugantrieb an der Spitze des Flugzeuges, auf welche zur Wahrung der Übersichtlichkeit bei der Darstellung der Flugzeugvarianten verzichtet werden soll. An den oberen Rand der Fahrgastkabine schliesst die Stütze an, die aus einem stabilisierten Mantel 5 sowie der hydraulischen Zufuhr zum Kreuzgelenk 6 besteht, das am aerodynamischen Druckpunkt der Tragfläche 1 ansetzt und deren Verkippung zur Seite beziehungsweise nach vorne oder hinten ermöglicht. Bei der Verkippung wird die Orientierung der Fahrgastkabine relativ zur Tragfläche geändert und dadurch das Flugverhalten entsprechend beeinflusst.

Die zweite Variante des gleichgewichtsgesteuerten Flugzeugs ist in Fig. 2 dargestellt. Die Fahrgastkabine besteht aus der Hülle 2, dem Fahrwerk 7 und einem am hinteren Teil angebrachten Propeller 4 als Druckantrieb. Im Inneren der Fahrgastkabine befinden sich der Sitzbereich und die Steuerungseinheiten. Die Fahrgastkabine ist am oberen Rand über zwei Verbindungen mit der Tragfläche 1 verbunden. Jede dieser Verbindungen besteht aus einer längenverstellbaren Stange 9, die an einem Ende durch ein Kugelgelenk 10 an der Fahrgastkabine und am anderen Ende über ein hydraulisch gesteuertes Gelenk 11 an der Tragfläche 1 befestigt ist. Die tängenverste) ! baren Stangen 9 gewährleisten dabei die seitliche Verkippung der Tragfläche, während die hydraulisch gesteuerten Gelenke 11 an den Verbindungen die Verkippung der Tragfläche 1 nach vome oder hinten ermöglichen.

In Fig. 3 ist die dritte Variante des gleichgewichtsgesteuerten Flugzeugs abgebildet.

Die Fahrgastkabine mit der Hülle 2, dem Propeller 4, dem Sitzbereich und dem Fahrwerk 7 bleibt unverändert. Sie ist über eine Stütze mit stabilisiertem Mantel 5 und einem aufgesetzten hydraulisch gesteuerten Gelenk 12 sowie mit zwei Verbindungen an der Tragfläche 1 angebracht. Die Verbindungen bestehen aus einer längenverstellbaren Stange 9, die durch Kugelgelenke 10 an der Fahrgastkabine und an der Tragfläche 1 befestigt sind. Die Verbindungen ermöglichen die seitliche Verkippung der Tragfläche 1, während das hydraulische Gelenk 12 an der Stütze eine Verkippung der Tragfläche 1 nach vorne oder hinten gewährleistet Die vierte Variante des gleichgewichtsgesteuerten Flugzeugs ist in Fig. 4 dargestellt. Die Fahrgastkabine ist über vier Verbindungen an der Tragfläche 1 angebracht. Die Verbindungen bestehen aus längenverstellbaren Stangen 9, die durch Kugelgelenke 10 mit der Fahrgastkabine und der Tragfläche 1 verbunden sind. Jeweils zwei dieser Verbindungen ermöglichen die Verkippung der Tragfläche 1 zur Seite sowie nach vorne und hinten.

Das vorgeschlagene gleichgewichtsgesteuerte Flugzeug weist gegenüber Flugzeugen mit aerodynamischer Steuerung wesentliche Vorteile auf. Es ist stabil konstruiert, aufgrund des reduzierten Materialeinsatzes kostengünstig zu bauen und zeichnet sich durch einen geringen Treibstoffverbrauch aus. Durch die strenge Trennung seiner Funktionsbereiche in Tragfläche, Verbindung und Fahrgastkabine ist das gleichgewichtsgesteuerte Flugzeug leicht zu zerlegen und zu transportieren.

So lässt sich die Fahrgastkabine aufgrund ihres kompakten Aufbaus und aufgrund des Fahrwerkes unmittelbar an andere Fahrzeuge anhängen und transportieren.

Die Verbindungen und die Tragflächen lassen sich einfach von der Fahrgastkabine abtrennen und separat transportieren. Durch den kompakten und leichten Aufbau des gleichgewichtsgesteuerten Flugzeugs sind die Anforderungen an Stabilität und aerodynamischen Ansatzbereich der Tragfläche im Vergleich zu aerodynamisch gesteuerten Flugzeugen deutlich geringer. Die Tragfläche kann dadurch signifikant kompakter gehalten werden, so dass ihre Aufteilung in leicht zu transportierende Einzelteile möglich wird, welche sich vor dem Start über Gelenke oder durch ein Ineinanderschieben zusammenfügen lassen. Durch die Gleichgewichtssteuerung reagiert das Flugzeug zwar relativ träge, es wird dafür allerdings entsprechend weniger aus der Flugbahn gedrängt und ist gegenüber Turbulenzen weniger empfindlich. Es ermöglicht damit ein völlig neues Fluggefühl. Das gleichgewichtsgesteuerte Flugzeug benötigt aufgrund seiner veränderten Flugeigenschaften eine im Vergleich zu anderen Flugzeugen signifikant kürzere Landefläche, die auch eine deutliche Neigung aufweisen darf. Es kann deshalb in Bereichen eingesetzt werden, die den aerodynamisch gesteuerten Flugzeugen aufgrund ihrer Anforderungen an die Start-und Landebedingungen sowie aufgrund ihres Flugverhaltens und ihrer Anschaffungskosten nicht zugänglich sind.

Hinweisnummernverzeichnis Tragfläche 2 Hulle (der Fahrgastkabine) 3 Sichtscheibe (der Fahrgastkabine) 4 Propeller (als Druckantrieb) 5 stabilisierter Mantel (der Stütze) 6 Kreuzgelenk (der Stütze) 7 Fahrwerk (der Fahrgastkabine) 8 Verstrebung (der Fahrgastkabine) 9 längenverstellbare Stütze (der Verbindung) 10 Kugelgelenk (der Verbindung) 11 hydraulisch gesteuertes Gelenk (der Verbindung) 12 hydraulisch gesteuertes Gelenk (der Stütze)