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Patent Searching and Data


Title:
MODEL HELICOPTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/007683
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a model helicopter that comprises a body as well as an engine mounted therein to which a rotor is connected through an essentially vertical primary shaft. This model helicopter also includes a fan for cooling the engine, while a lateral outlet opening is provided on the tail boom connected to the body. The air sucked from the outside by a radial fan in the body flows through said opening and is directed to the tail boom through a channel. This air imparts a torque on the body that counteracts the torque transmitted by the rotor drive on said body. The radial fan comprises two impellers (3, 4) which are mounted coaxially on a same shaft (2). The air displaced by the second impeller (4) flows through the engine (1) while flowing through the body and thus dissipates the heat from said engine. A separation wall (12) is further provided between the two impellers (3, 4).

Inventors:
STREICH ULI (DE)
Application Number:
PCT/DE1999/002283
Publication Date:
February 17, 2000
Filing Date:
July 21, 1999
Export Citation:
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Assignee:
STREICH ULI (DE)
International Classes:
A63H27/133; B64C27/82; (IPC1-7): A63H27/133; B64C27/82
Foreign References:
DE8911211U11989-11-02
DE4010362A11991-10-02
US2419604A1947-04-29
US3171614A1965-03-02
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
Pöhner, Wilfried (Kaiserstrasse 27 Postfach 63 23 Würzburg, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Modellhubschrauber mit einem Rumpf, einem darin untergebrachten Motor, mit dem ein Rotor über eine annähernd vertikal verlaufende Antriebswelle ver bunden ist, einem Gebläse zur Kühlung des Motors und einer am mit dem Rumpf verbundenen Heckausleger angebrachten seitlichen Austrittsöffnung, durch die über ein im Rumpf befindliches Radialgebläse von außen angesaugte und über einen Kanal dem Heckaus leger zugeführte Luft ausströmt und ein Drehmoment auf den Rumpf überträgt, das dem durch den Rotoran trieb auf den Rumpf übertragenen Drehmoment entge genwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialgebläse zwei Schaufelräder (3,4) auf weist, l die koaxial auf derselben Welle (2) angebracht sind, die durch das zweite Schaufelrad (4) bewegte Luft auf dem Weg durch den Rumpf den Motor (1) durch strömt und von dort Wärme abführt, wobei zwischen den beiden Schaufelrädern (3 bzw. 4) eine Trennfläche (12) angeordnet ist.
2. Modellhubschrauber nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die durch das zweite Schaufelrad (4) bewegte Luft den Motor (1) in Strömungsrichtung vor dem Schaufelrad (4) durchströmt.
3. Modellhubschrauber nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die durch das zweite Schaufelrad (4) bewegte Luft den Motor (1) in Strömungsrichtung hinter dem Schaufelrad (4) durchströmt.
4. Modellhubschrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaufelrad (4) in vertikaler Richtung über dem er sten Schaufelrad (3) angeordnet ist.
5. Modellhubschrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2), auf der die beiden Schaufelräder (3,4) ange bracht sind, die Antriebswelle des Motors (1) ist.
6. Modellhubschrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite seitliche Austrittsöffnung (11) am Heckausleger angebracht ist, die der ersten Austrittsöffnung (10) gegenüber liegt, kleiner ist als die erste Austrittsöffnung (10), eine einstellbare Leiteinrichtung die angesaugte Luft auf die beiden Austrittsöffnungen verteilt und die einstellbare Leiteinrichtung der ersten Aus trittsöffnung (10) mehr Luft zuführt als der zwei ten (11).
7. Modellhubschrauber nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnete daß die Leiteinrichtung eine verti kale, im wesentlichen in Längsrichtung des Rumpfes verlaufende Ebene bestimmt.
8. Modellhubschrauber nach Anspruch 6 oder 7, da durch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung eine an ihrem heckseitigen Ende drehbar gelagerte Klappe (7) ist.
9. Modellhubschrauber nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Seitenruder (9) vorhanden sind, die gemeinsam mit der Leiteinrich tung gesteuert werden.
10. Modellhubschrauber nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Höhenleitwerk (6) vorhanden ist, das gemeinsam mit der Leiteinrichtung gesteu ert wird.
11. Modellhubschrauber nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumin dest eine seitliche Austrittsöffnung (10 bzw. 11) als Düse gebildet ist.
Description:
Modellhubschrauber Die Erfindung bezieht sich auf einen Modellhub- schrauber mit einem Rumpf, einem darin unterge- brachten Motor, mit dem ein Rotor über eine annä- hernd vertikal verlaufende Antriebswelle verbunden ist, einem Gebläse zur Kühlung des Motors und einer am mit dem Rumpf verbundenen Heckausleger ange- brachten seitlichen Austrittsöffnung, durch die über ein im Rumpf befindliches Radialgebläse von außen angesaugte und über einen Kanal dem Heckaus- leger zugeführte Luft ausströmt und ein Drehmoment auf den Rumpf überträgt, das dem durch den Rotoran- trieb auf den Rumpf übertragenen Drehmoment entge- genwirkt.

Bei den meistsen Modellhubschraubern wird, entspre- chend den Originalhubschraubern, durch den Antrieb des Rotors ein Drehmoment auf den Rumpf übertragen, das über einen am Ausleger angebrachten Heckrotor kompensiert wird. Als Alternative hierzu ist bei einigen Hubschraubertypen am Heck eine Austritts- öffnung angebracht, aus der in den Rumpf von außen angesaugte Luft ausströmt. Im Heckausleger erfährt die Luft eine Impulsänderung senkrecht zur Flugrichtung und überträgt eine Kraft auf den Heck- ausleger, aus der ein Drehmoment resultiert, das dem durch den Rotorantrieb verursachten entgegen- wirkt. Dieses Prinzip der Drehmomentkompensation wird auch in Modellhubschraubern eingesetzt, insbe- sondere in Nachbildungen entsprechender Original- hubschrauber. Bei derartigen Modellhubschraubern

ist bekannt, die Luft im Rumpf über ein Gebläse in axialer Richtung von außen anzusaugen und in radi- aler Richtung auszustoßen, wo sie über einen Kanal in den Heckausleger geführt wird und dort vor Aus- strömung durch die Austrittsöffnung die beschrie- bene Umlenkung erfährt. Die Seitensteuerung er- folgt, indem der Austrittsöffnung mit Hilfe einer Drosseleinrichtung in Abhängigkeit von der er- wünschten Flugkurve mehr oder weniger Luft zuge- führt wird. Zur Motorkühlung ist ein weiteres, un- abhängig dvon arbeitendes Gebläse vorhanden. Nach- teilig bei derartigen Modellhubschraubern ist, daß die beiden unabhängig voneinander arbeitenden Ge- bläse insgesamt einen hohen konstruktiven Aufwand erfordern.

Die Erfindung hat sich dem gegenüber die Aufgabe gestellt, einen Modellhubschrauber der eingangs be- schriebenen Art zu schaffen, bei dem der zur Dreh- momentkompensation und Motorkühlung insgesamt er- forderliche konstruktive Aufwand minimiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Radialgebläse zwei Schaufelräder aufweist, die koaxial auf derselben Welle angebracht sind, die durch das zweite Schaufelrad bewegte Luft auf dem Weg durch den Rumpf den Motor durchströmt und von dort Wärme abführt, wobei zwischen den beiden Schaufelrädern eine Trennfläche angeordnet ist.

Grundgedanke der Erfindung ist, die durch das Ge- bläse im Rumpf von außen angesaugte Luft zur Steue- rung und auch zur Motorkühlung zu nutzen. Damit ist

lediglich ein Gebläse erforderlich. Da der Motor der zur Kühlung durchströmenden Luft einen relativ hohen Strömungswiderstand entgegenstellt und zur Kühlung ohnehin nicht die gesamte angesaugte Luft- menge benötigt wird, soll nur ein Teil der ange- saugten Luft den Motorraum durchströmen. Daher sind zwei Schaufelräder vorgesehen und lediglich die vom zweiten Schaufelrad geförderte Luftmenge soll durch den Motorraum geführt werden. Aufgrund der koaxia- len Anordnung auf derselben Antriebswelle wird der hierfür erforderliche konstruktive Aufwand mini- miert. Die zwischen den beiden Schaufelrädern ange- ordnete Trennfläche ermöglicht eine definierte Auf- teilung der angesaugten Luftmenge, ohne dabei einen unnötig hohen Strömungswiderstand hervorzurufen.

Die Größe des zweiten Schaufelrades im Vergleich zum ersten bestimmt die dem Motor zur Kühlung zuge- führte Luftmenge.

Je nach den konstruktiven Gegebenheiten kann vom zweiten Schaufelrad die Luft über den Motor zuge- führt werden oder den Motor erst in Strömungsrich- tung hinter dem Schaufelrad erreichen.

Die vom zweiten Schaufelrad geförderte Luftmenge wird im Motr erwärmt und hat damit bei Zusammenfüh- rung mti der vom anderen Schaufelrad geförderten Luft eine höhere Temperatur, was aufgrund des da- durch bedingten Dichteunterschiedes in dem zwischen Rumpf und Heckausleger angebrachten Kanal uner- wünschte Verwirbelungen der Strömung hervorrufen kann. Zur Abhilfe wird vorgeschlagen, das zweite Schaufelrad vertikal oberhalb des ersten anzuord- nen, so daß sich bei Zusammenführung der beiden

Luftströmungen die durch den Motor erwärmte Luft über der kühleren befindet und damit im Kanal eine stabile Schichtung gegeben ist, bei der kaum auf- triebsbedingte Wirbel zu erwarten sind.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind die beiden Schaufelräder auf der Motorwelle ange- bracht. Dadurch unterbleiben durch Getriebe be- dingte Leistungsverluste.

Wie durch den Stand der Technik bekannt, läßt sich der erfindungsgemäße Modellhubschrauber in seiner Kurvenlage durch unterschiedlich starke Drosselung der durch das Gebläse angetriebenen Luftmenge steu- ern. Durch den erhöhten Strömungswiderstand ist je- doch eine unnötig hohe Gebläseleistung bedingt, die zudem in Abhängigkeit von der vorgesehenen Flug- kurve variiert, was Schwankungen in der zum Antrieb des Rotors verbleibenden Leistung zur Folge haben kann. Als Abhilfe wird vorgeschlagen, der ersten Austrittsöffnung gegenüber eine kleinere zweite Austrittsöffnung vorzusehen, durch die eine gerin- gere Luftmenge ausgestoßen wird und durch Umlenkung ein Drehmoment verursacht, das dem durch die erste Austrittsöffnung bedingten entgegenwirkt. Das aus dem heckseitigen Luftaustritt resultierende Drehmo- ment wird dabei mittels einer Leiteinrichtung ge- steuert, die die insgesamt durch das Gebläse geför- derte Luftmenge in einem einstellbaren Verhältnis auf die beiden Austrittsöffnungen verteilt. Damit wirkt auf das Gebläse ein konstant niedriger Strö- mungwiderstand. Die erste Austrittsöffnung ist grö- Ber als die zweite und ihr wird mehr Luft zuge-

führt, da das durch den heckseitigen Luftaustritt verursachte Drehmoment den durch den Rotorantrieb hervorgerufenen insgesamt kompensieren muß.

In bevorzugter Ausbildung der Erfindung beschreibt die Leiteinrichtung in einer dem Geradeausflug ent- sprechenden Stellung eine im wesentlichen in Langs- richtung des Rumpfes verlaufende Ebene. Sie ver- läuft damit in Strömungsrichtung und verursacht da- her nur einen geringen Luftwiderstand. Durch die vertikale Ausrichtung ist eine seitliche Trennung zur Aufteilung auf die seitlichen Austrittsöffnun- gen in besonders einfacher Strömungsführung mög- lich. Zudem resultiert aus der Lufterwärmung des Motors unter Umständen ein vertikaler Temperatur- gradient und damit auch ein Dichtegradient, so daß bei nicht vertikal stehender Leiteinrichtung die durchschnittliche Lufttemperatur an den Austritts- öffnungen unterschiedlich sein kann, was uner- wünschte Auswirkungen auf das Steuerungsverhalten haben kann.

Die verstellbare Leiteinrichtung sollte möglichst, zumindest bei Geradeausflug des Hubschraubers, nicht belastet sein. Die Flache, an denen die Strömung zu den seitlichen Austrittsöffnungen umge- leitet wird und an denen damit die aus Drehmoment verursachende Kraft angreift, sollten aus diesem Grunde möglichst hinter der Leiteinrichtung blei- bend angebracht sein. Am effektivsten funktioniert dabei die Strömungsumlenkung, wenn sich die Leit- einrichtung daran nahtlos anschließt und zu diesem Zweck vorzugsweise als an ihrem heckseitigen Ende

drehbar gelagerte Klappe gebildet ist, die sich un- abhängig von ihrer Stellung nahtlos an die Umlenk- wände anschließen kann. Zum Kurvenflug des Hub- schraubers wird die Klappe um die Drehachse gekippt und bewirkt damit eine Änderung der Luftmengenver- teilung zwischen den Austrittsöffnungen. Eine An- strömung, die die Klappe unerwünschterweise mit ei- ner Kraft belastet, läßt sich dabei allerdings nicht vermeiden.

Zur Unterstützung des Kurvenfluges können auch Sei- tenruder in Verbindung mit der Leiteinrichtung ein- gesetzt und gesteuert werden.

Eine weitere Verbesserung der Kurvenflugeigenschaf- ten ist möglich, indem auch ein Höhenleitwerk ein- gesetzt und gemeinsam mit der Leiteinrichtung ge- steuert wird.

Der pro Zeiteinheit durch eine seitliche Austritts- öffnung ausgestoßene Impuls, und damit die auf den Heckausleger wirkende Kraft, läßt sich bei gleicher durchströmender Luftmenge erhöhen, wenn die Aus- trittsöffnung als Düse gebildet ist. Dies ist sowohl bei Vorhandensein einer einzigen, als auch bei zwei einander entgegengerichteter Austrittsöff- nungen möglich, von denen eine vorzugsweise aber beide, als Düse gebildet sein können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er- findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei- bungsteil entnehmen, in dem anhand von Zeichnungen

ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu- tert ist.

Dabei zeigen in prinzipienhafter Darstellung Figur 1 eine Übersicht über das Gebläse und Figur 2 den heckseitigen Luftaustritt.

Figur 1 zeigt Teile des erfindungsgemäßen Hub- schraubers in einer seitlichen, teilweise geschnit- tenen Darstellung. Das Gebläse besteht aus einem unteren ersten Schaufelrad (3) und einem oberen zweiten Schaufelrad (4) zwischen denen eine Trenn- fläche (12) angeordnet ist. Das erste Schaufelrad (3) saugt Luft von unten an und führt sie in radi- aler Richtung in einen Kanal (5), der zwischen dem Rumpf des Hubschraubers und dem Heckausleger gebil- det ist. Das zweite Schaufelrad (4) saugt Luft an- nähernd von oben durch den Raum des Motores (1), wo sie erwärmt wird, an und führt sie dem Kanal (5) oberhalb der durch das andere Schaufelrad geförder- ten, kühleren Luft zu, sodaB aufgrund der Richtung des Temperaturgradienten eine stabile Schichtung entsteht. Beide Schaufelräder sind koaxial auf ei- ner Welle (2) angebracht, die in diesem Falle die Motorwelle ist. Zur Unterstützung der Steuerung des Hubschraubers ist heckseitig ein Höhenleitwerk (6) angebracht.

Figur 2 zeigt denselben Modellhubschrauber in teil- weise geschnittener Darstellung in Draufsicht. Er- kennbar ist hier wieder der Motor (l) und das zweite Schaufelrad (4) sowie die gemeinsame Welle (2) der Schaufelräder. Durch die Drehung des zwei-

ten Schaufelrades (4) wird Luft von oben durch den Motor (1) angesaugt und radial in den Kanal, der zwischen Rumpf und Heckausleger des Hubschraubers verläuft, geführt. Durch eine größere seitliche Asutrittsöffnung (10) und eine ihr gegenüberlie- gende zweite kleinere Austrittsöffnung (11) strömt jeweils ein Teil der angesaugten Luftmenge aus. Da- bei wird jeweils eine der zum Ausstoß durch die Austrittsöffnungen erforderlichen seitlichen Be- schleunigung der Luft entgegengesetzte Kraftkompo- nente auf den Heckausleger übertragen und verur- sacht ein auf den mit dem Heckausleger verbundenen Rumpf wirkendes Drehmoment. Das durch die erste Austrittsöffnung (10) hervorgerufene Drehmoment ist dabei größer als das durch die zweite seitliche Austrittsöffnung (11) erzeugte und ist dem durch den Rotorantrieb auf den Rumpf übertragenen entge- gengesetzt, sodaß sich bei Geradeausflug die auf den Rumpf wirkenden Drehmomente aufheben. Über eine Leiteinrichtung, in diesem Fall als Klappe (7) ge- bildet, wird die Luft zwischen den Austrittsöffnun- gen (10,11) aufgeteilt. In Strömungsrichtung hin- ter der Klappe (7) sind Umlenkflächen (13) ange- bracht, an denen der Luftstrom seitlich in Richtung der Austrittsöffnungen (10,11) umgelenkt wird und an denen die das Drehmoment hervorgerufende Kraft angreift. An ihrem hinteren Ende ist die Klappe (7) an den Umlenkflächen (13) befestigt, die damit ihre Funktion unabhängig von der Klappenstellung erfül- len. Bei Geradeausflug des Hubschraubers verläuft die Klappe in Längsrichtung und nahezu keine durch die Strömung hervorgerufene Kräfte greifen daran an, während nach Schwenken um ihre Achse (8) zum

Steuern des Hubschraubers die Klappe (7) auf einer Seite angeströmt wird, so daß zu ihrer Stabilisie- rung eine Haltekraft erforderlich ist. Aufgrund der vertikalen Anordnung führt die Klappe (7) beiden Austrittsöffnungen (10 bzw. 11) Luft aus allen Tem- peraturschichten des Kanals (5) zu und gewährlei- stet damit eine annähernd gleiche Austrittstemper- atur. Beidseits des Heckauslegers ist jeweils ein Seitenruder (9) angebracht, das zusammen mit der Klapp (7) gesteuert wird und damit die Kurven- flugeigenschaften verbessert. Zusätzlich wird das in Figur 1 dargestellte Höhenleitwerk (6) bei seit- licher Steuerung des Hubschraubers angepaßt.

Insgesamt erhält man einen Modellhubschrauber, bei dem das durch den Rotorantrieb übertragene Drehmo- ment durch mindestens eine seitliche Luftaustritts- öffnung kompensiert wird, und bei dem die Luftfüh- rung zur seitlichen Austrittsöffnung in einfacher Bauweise bei relativ geringem Strömungswiderstand zusätzlich zur Motorkühlung genutzt wird.