Gebläse mit Strahlumlenkung an einem Senkrecht-Start- und Landeflugzeug Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gebläse mit Strahlumlenkung an einem Senkrecht-Start- und Landeflugzeug,
wobei die Strahlumlenkung eine Veränderung des Schubes zum Zwecke der Trim- mung -des Flugzeuges hauptsächlich während der Start- und Landephase gestatten soll.
Eines der Systeme von Senkrecht-Start- und Lan- deflugzeugen ist dasjenige, welches Hubgebläse ver- wendet. Bei diesem System werden Gebläse mit gros- sem Durchmesser, welche gegebenenfalls über einen als Turbine wirkenden Schaufelkranz angetrieben werden, in die Flügel oder in den Rumpf eingebaut, wobei diese so ausgelegt sind, dass.
sie grosse Luft mengen mit relativ geringer Geschwindigkeit in verti kaler Richtung bewegen, um einen als Auftrieb (Hub) wirksamen Schub am Flugzeug zu erzeugen.
Wäh renddes Schwebe- oder Aufstiegzustandes, wie auch beim Übergang vom Steigflug in den Horizontalflug ist es unbedingt notwendig, das Flugzeug auszutrim men und die Fluglage zu stabilisieren, bevor die den Vortrieb .erzeugenden Strahltriebwerke wirksam wer den.
Üblicherweise fällt der Schwerpunkt mit der resultierenden Auftriebslinie nicht zusammen, ,so dass während des Steigfluges ein Moment erzeugt wird, welches die Tendenz hat, das Flugzeug aus der hori zontalen Lage zu bringen.
Zudem muss dafür gesorgt werden, :dass das Flugzeug statisch ausbalanciert wer den kann, um den Einfluss der Zuladung oder ande rer Lasten auszugleichen; gleichfalls müssen Luft strömungen, die die Fluglage beeinflussen könnten, ausgeglichen werden können.
Das zur Trimmung und teilweise auch Steuerung dienende Gebläse muss generell in der Lage sein, so wohl positiven wie auch negativen Auftrieb zu erzeu gen, um damit die Fluglage zu beherrschen. Nachfol- gend werden diese Probleme im Zusammenhang mit einem sich in :der Rumpfspitze befindenden Gebläse näher erläutert.
Normalerweise ist das Trimmungs.gebläse ein Ge- bläse reit festgelegten geometrischen Verhältnissen, wobei auch eine vorbestimmte Antriebsleistung für diesen aufgewendet wird.
Dies ist in demjenigen Falle befriedigend, in welchem das Gebläse für maximalen Auftrieb ausgelegt werden kann; Schwierigkeiten er geben sich jedoch, wenn bei gleicher Antriebsleistung ein negativer Auftrieb erzeugt werden muss. Gleich bleibende Antriebsleistung für das Gebläse ist aus Gründen -der Einfachheit erwünscht und ergibt prak tisch konstante Drehzahl desselben.
Die Auftriebs- wirkung des Gebläses lässt .sich offensichtlich regu lieren, jedoch darf dies nicht so geschehen, dass da durch das Gebläse zum Stillstand kommt, wodurch mechanische und aerodynamische Probleme entste hen würden. Sofern das Gebläse nicht mit konstanter Antriebsleistung betrieben wird, bedeutet dies, dass ein Teil der Antriebsleistung abgezapft werden muss, z.
B. dadurch, dass ein Teil :der Verbrennungsgase für den Antrieb der Turbine in, die Atmosphäre gleitet. Diese Veränderung der Antriebsleistung bedarf somit eines Regeliuech@anismus, um die Luftlurch. einen Nebenstromkanal abzulenken und für :die Turbine ,des Gebläses unwirksam zu machen.
Somit wird nicht nur der mechanische Aufbau des Gebläses kompli- ziert, sondern auch dessen Steuerung, weil auch an dere Faktoren beeinflusst werden müssen. Selbst die Stillsetzung des Gebläses reicht nicht aus, um den Anforderungen zu genügen, da damit der mindestens zeitweise notwendige negative Auftrieb nicht erzeugt werden kann.
Somit ist es notwendig, Mittel zur Strahlregulierung zu schaffen, welche mit gleichblei- bender Antriebsleistung und gleichbleibender Dreh zahl des Gebläses auskommen und welche dabei einen Strömungsabriss des Gebläses verhindern. Der Schub muss sich zwischen einem positiven und einem negativen Wert verändern lassen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Gebläses mit Strahäumlenkung, wel ches gestattet, ,diese Bedingungen zu erfüllen.
Das erfindungsgemässe Gebläse mit Strahlumlen- kung an einem Senkrechtstart- und Landeflugzeug, wobei das Gebläse vertikal in einem Durchlass. ange ordnet ist, zeichnet sich :dadurch aus, dass zwei Ver- schalungs- oder Rumpfklappen bezüglich, der Rumpfmittellinie symmetrisch angeordnet sind, von denen jede um eine Längsachse schwenkbar ist, die :
durch ,den Druckmittelpunkt der Klappe verläuft und wobei Mittel vorgesehen sind, um die Klappen um die Schwenkachse zu .bewegen und den, das Gebläse durchströmenden Strahl abzufangen, ihn dien Innen- flächen der Klappen entlang zu führen und in umge kehrter Richtung abzulenken,
wobei die Klappen in einer offen Endstellung eine Fortsetzung des Durch lasses bilden und deren Aussenflächen als Leitflä- chen für den Strahl dienen.
An der Aussenseite jeder Klappe kann eine sich in; Längsrichtung erstreckende Rippe vorgesehen sein, die unterhalb der Schwenkachse liegt, wenn sich die Türe in ihrer :
extremen Öffnungsstellung befindet, um als Widerstandselement zu dienen, wobei die Krümmung der Klappe zwischen der Schwenkachse und der Vorderkante geringer und zwischen der Schwenkachse und der Hinterkante grösser ist.
Die Verstellvorrichtung kann, über dies eine Mehrzahl von distanzierten Leitschaufeln aufweisen, die parallel zu .den Klappen an @diesen vorgesehen sind, und zwar zwischen den Klappen und dem Ge bläse oberhalb der Schwenkachse, wenn sich die Klappen in lder Umlenklage befinden,
um rdie Luft umzulenken.
In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Geblä ses mit Strahlumlenkung :dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Rumpfspitze eines Flugzeuges mit eingebautem Ge bläse und Strahlumlenkung, Fig. 2 einen schematischen Schnitt in geschlosse ner Lage der Rumpfklappen, Fig.3 :einen teilweisen Schnitt in vergrösserten Massstab, Fig. 4 :
einen Schnitt ähnlich Fig. 3 für eine andere Ausführungsform, Fig.5 eine perspektivische Darstellung einer Rumpfklappe mit einem Begrenzungszaun an jedem Stirnende und Fig.6 eine weitere Ausführungsforrn einer Rumpfklappe im Schnitt.
In Fig. 1 ist --in, in der Rumpfspitze eingebautes Gebläse dargestellt, welches zur Trirnmung ,des Flug zeuges dient. Die Strahlumlenkung lässt sich aber nicht nur an einem in der Rumpfspitze :eingebauten Gebläse verwenden sondern auch überall dort, wo eine genügende Profildicke vorhanden ist, um den Mechanismus zuzulassen.
Der Rumpf dies, Flugzeuges ist mit 10 bezeichnet, wobei in der Nase oder Spitze ein vertikal angeord netes Gebläse 11 in einem Durchlass 12 eingebaut ist. Das Gebläse wird durch, eine Turbine angetrie ben, die aus) einem Kranz von Schaufeln 13 am Um fang :des. Gebläserades 14 gebildet ist.
Die Verbrennungsgase zum Antrieb der Turbine werden über einen Leitapparat 15 zugeführt. Am Eintritt des Durchlasses 12 können; geeignete Leit schaufeln 16 in Form von Klappen vorgesehen sein, welche beim Horizontalflug den Eintritt absperren und mit der Rumpfoberfläche bündig abschliessen.
Um dien Strahl des Gebläses 11 so zu beeinflus sen, dass der Schub verändert werden kann, und zwar von einer maximalen Hubwirkung (Auftrieb) bis zu .einem negativen Wert (Abtrieb), sind zwei Rumpf klappen: 17 und 18 vorgesehen. Aus Gründen der Einfachheit sind ,die Türen, vorzugsweise aus je einem Stück hergestellt.
Wie aus. Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Rumpfklappen bezüglich der Längsmittellinie des Flugzeuges symmetrisch angeordnet,
wobei sie bün dig mit der Rumpfoberfläche verlaufen und in ge- schlossener Lage einen Teil derselben bilden. Eine Strebe 19 zwischen den beiden Rumpfklappen dient zur Versteifung des Rumpfes im Bereiche der öff- nungen und begrenzt dieselben seitlich gegen die Rumpfmitte. An die Streben schliessen die Rumpf klappen mit ihren Eintrittskanten 20 an.
Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, lassen, sich die Rumpfklappen um eine in Längsrichtung verlaufende Schwenkachse 21 verschwenken, wobei die Lage der Schwenkachse nach bestimmten Gesichtspunkten festgelegt wird.
Um ,das Antriebsmoment zur Ver- schwenkung der Rumpfklappen möglichst gering zu halten, verläuft dieSchwenkachse durch denAngriffs- punkt des auf die Rumpfklappe wirksamen Druckes, wobei es sich dabei im wesentlichen um die Wir kungslinie der Druckkräfte aus den verschiedenen Strömungskomponenten handelt, die an der Innenflä che der Rumpfklappen angreifen.
überdies ist die Schwenkachse unterhalb der äusseren Begrenzung des Gebläses angeordnet, wobei der Turbinenkranz zum Gebläse gerechnet wird. Um überdies genügend Bewegungsfreiheit zuzulassen, ist die Schwenkachse 21 mindestens um einen Abstand von der Unterseite ,des Gebläses distanziert, welcher dem Abstand der Schwenkachse von ider Strebe 19 entspricht.
In Fig. 3 ist die eine der beiden Klappen in drei verschiedenem Lagen dargestellt, und zwar ausgezo gen gezeichnet, in der geschlossenen Lage, in: einer Zwischenlage gestrichelt und in der extremen offenen Stellung. Es -ist ersichtlich, dass die Anordnung des Schwenklagers 21 oberhalb der Strebe 19 eine Ver- schwenkung der Klappe aus der geschlossenen Lage gegen die extreme offene Stellung gestattet.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann .die Klappe als Strömungsprofil ausgebildet werden, wodurch auch eine grössere Steifigkeib erzielt wird. Dabei ergibt sich eine ischarfe Eintritts- oder Doppelkante 20 be züglich des offenen Zustandes. Die Strömungsform des Profils ergibt auch glatte Innen- und' Aussenflä- chen 22 und 23, welche eine ungestörte Strömung über dieselben erlauben.
Die scharfe Eintrittskante 20 erzeugt eine Drosselung der Strömung zwischen den beiden Klappen und ,eine intensivere Umlenkung der Luft in den Zwischenstellungen derselben.
Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, tritt die Vorder kante der Klappe bei der Verschwenkung derselben aus der geschlossenen Stellung in den, Bereich- der durch, das Gebläse abwärts strömenden Luft und lenkt einen Teil derselben nach aussen und gegen aufwärts entsprechend der Krümmung der Klappe um.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Krümmung zwischen der Schwenkachse 21 und der Hinterkante 24 stärker, um bei der günstigsten Lage der Klappe maximalen vertikalen Auftrieb zu erzeu gen. Es zeigt sich auch, dass bei der Verschwenkung ,der Klappe in die Schu bumlenkstellung eine Tendenz zur Drosselung des Gebläses entsteht. Diese Tendenz kann, wenn sie ausgeprägt genug ist, einen Strö mungsabriss im Gebläse zur Folge haben.
Wenn ein Strömungsabriss erfolgt, sinken sowohl die Gebläse strömung und Wirkungsgrad wie auch Verdichtung rasch ab. Es ist jedoch ersichtlich, dass mit den recht- eckförmigen Klappen 17 und 18 der kreisförmige Durchlass 12 nie vollständig geschlossen werden kann, d. h. dass ein Teil der Strömung am in Flug richtung (Fig. 1) vorderen und hinteren Ende des Gebläses bzw. des Durchlasses immer durchgelassen wird. Somit ist eine Strömung durch das.
Gebläse jederzeit möglich, mit Ausnahme des Zustandes, in welchem idie Klappen vollständig geschlossen sind (Fig. 3, ausgezogen dargestellte Lage).
Die Klappen können in verschiedenen Lagen angebracht werden, um unterschiedliche Luftmengen aus dem Gebläse umzulenken. In der extremen offenen Stellung ge- mäss Fig. 3 bildet die äussere Fläche 23 eine Verlän gerung -des Durchlasses 12 und begünstigt somit die Abwärtsströmung des Strahles mit praktisch voller Auftriebswirkung.
Der Strahl kann stufenlos beein- flusst werden, und zwar bei praktische konstanter Antriebsleistung und konstanter Drehzahl des Geblä ses. Durch Verhinderung .des Strömungsübrisses: im Gebläse ist ,es möglich., praktisch ohne Verzögerung Abtrieb zu erzeugen, ohne dass die Gefahr eines überdrehens des Gebläses entsteht.
Die sich an den vorderen und hinteren Enden der Klappen in den Zwischenlagen derselben ergebenden Öffnungen ver hindern ein Abreissen der .Strömung an Aden Gebläse schaufeln.
Es ist erwünscht, die Strömung von der äusseren Klappenläche in der offenen Stellung der Klappe abzulösen. Die Aussenfläche der Klappe ist deshalb mit einer in Längsrichtung verlaufenden Störrippe 25 versehen, welche in -der offenen .Stellung der Klappe unterhalb der Schwenkachse 21 liegt.
Durch die Stör rippe wird die Luft von der Klappenoberfläche abge löst, so dass sie abwärts abströmt. Im Betrieb des Ge- bläsies strömt meistens Luft über beide Klappenflä- chen. In der Zwischenlage etwa nach Fig. 3 strömt die Luft über d'ie innere glatte Fläche, .durch welche sie nach aufwärts umgelenkt wird,
währenddem in der vollständig offenen Stellung die Luft entlang der Aussenfläche der Klappe strömt. Von besonderem Vorteil ist die, Tatsache, dass idurch die beschriebene Strahlumlenkung gleichzeitig ein Teil des Rumpfes gebildet wird, wenn sich .das Flugzeug im Horizontal flug befindet. Das System ist in strömungstechnischer Hinsicht zuverlässig,
wobei der Durchlass im Be triebszustand niemals vollständig abgeschlossen wer den kann und immer eine intensivere Strömung ent steht, falls die Gebläs.edrehzahl zunehmen sollte. Der volle Bereich der Strahlregulierung vom maximalen Hub bis zum Abtrieb wird durch Verschwenkung der Klappe aus der offenen Lage gegen die geschlossene Lage erreicht, und zwar muss hierzu nur eine geringe Verschwenkung vorgenommen werden.
Zur Ver- achwenkung d!er Klappen können Lenker 26 vorgese hen werden, welche mit der Schwenkachse verbun den sind. Die beiden Klappen können von einem ge meinsamen Motor aus betätigt werden.
In gewissen Fällen ist es möglich, dass sich am äusseren Teil der Klappen in der Zwischenlage ein Stau ergibt, welcher eine Strahldrosselung zur Folge haben könnte. Um dies zu verhindern, kann es er wünscht sein, zusätzliche Leitschaufeln 27 (Fig.4) vorzusehen, die im gekrümmten Teil der Klappe lie gen und an dieser befestigt sind.
Diese Leitschaufeln begünstigen die Umlenkung und Abströmung der Luft. Die Krümmung der Leitschaufeln ist etwa parallel zur Krümmung der Klappe ausgelegt, so dass auch etwa parallele Strömungen zwischen den einzel nen Leitschaufeln stehen.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann in der Schubumkehrlage auch die Gefahr bestehen, :dass ein Teil der Luft seitlich über die Klappenkantern abströmt, wobei diese Luft zur Er zeugung von Schub verloren ist. Um dies zu verhin- lern, sind die beiden Stirnseiten jeder Klappe mit einem nach einwärts gerichteten Zaun 28 versehen, welche eine Begrenzung für die Strömung bilden.
Falls eine stärkere Strahlumlenkung erwünscht ist, kann durch verschiedene Massnahmen eine grös- sere Luftmenge erfasst werden, .beispielsweise kann mittels eines geeigneten Betätigungsmechanismus eine zusätzliche Leitschaufel 29 (Fig. 6) vorgesehen sein. Die Leitschaufel, welche an der Klappe befestigt ist, erfasst Luft aus dem zwischen den beiden Klap pen 17 und 18 liegenden Bereich.
In der geschlosse nen Stellung der Klappe muss die Leitschaufel 29 selbstverständlich an der Aussenfläche derselben an liegen (Fig. 6, gestrichelt), wobei eine Verbindung der Leitschaufel über parallele Lenker mit der Tür ver wendet werden könnte. Die beschriebene Strahlum- lenkung hat den Vorteil, dass sie eine rasche Umstel lung von Auftrieb auf Abtrieb zulässt, so dass das Flugzeug ohne weiteres in allen Fluglagen ausge- trimmt werden kann.