CH681290A5 - Spherical bodied aircraft with ring shaped rotor - uses two contra-rotating membranes with tilting blades to form rotor, driven from centre - Google Patents

Abstract

To provide lift for the approximately spherical body (13) of a light aircraft, an annular rotor is fitted about half way up. The rotor consists of two annular membranes (2,3) around the periphery, rotating in opposite directions and supported at their outer edges by sets of rollers (7,8,17,18) inside a housing ring (6). The rotor is driven at its inner edge by a toothed ring for each membrane, meshing with a driven pinion (9,10) between them. Each membrane consists of a ring of tilting blades providing lift in the manner of helicopter blades.

Description

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CH 681 290 A5 CH 681 290 A5

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Descrizione Description

Molti sono i tipi e le forme di rotore fino ad oggi ideati per l'impiego su elicotteri o, più in generale, di aeromobili a decollo verticale. There are many types and forms of rotor up to now designed for use on helicopters or, more generally, on vertical take-off aircraft.

I pregi essenziali che vengono ricercati nella progettazione sono: una forma delle superfici rotanti che consenta la massima portanza unita ad una bassa sollecitazione dei materiali ed al minore ingombro possibile, una disposizione delle superfici rotanti stesse che non generi una coppia di reazione sulle strutture del velivolo. The essential qualities that are sought in the design are: a shape of the rotating surfaces that allows maximum lift combined with a low stress on the materials and the smallest possible footprint, an arrangement of the rotating surfaces that does not generate a reaction torque on the aircraft structures .

In tal senso si sono orientate negli ultimi tempi, ad esempio, le ricerche in Unione Sovietica, elaborando una soluzione consistente in due rotori convenzionali ad elica, sovrapposti coassialmente, in modo che la coppia di reazione sia in ogni istante nulla. In tale progetto, pero, l'uso di eliche di tipo convenzionale comporta sempre una elevata sollecitazione dei materiali con il quale esse sono costruite, specie ove si debba ottenere una spinta verticale rilevante. In tal caso anche la lunghezza delle pale diventa considerevole, comportando ciò un insieme di problemi limitativi nei confronti dei risultati ottenibili. In this sense, for example, research in the Soviet Union has recently been oriented, developing a solution consisting of two conventional propeller rotors, coaxially superimposed, so that the reaction torque is at all times zero. In this project, however, the use of conventional propellers always involves a high stress on the materials with which they are built, especially where a significant vertical thrust must be obtained. In this case, the length of the blades also becomes considerable, entailing a set of limitative problems with respect to the results obtainable.

Scopo della presente invenzione e quello di risolvere i problemi citati, e ciò è ottenuto con il rotore oggetto dell'invenzione, che è un rotore atto a generare con la rotazione una spinta aerodinamica verticale, caratterizzato dal fatto di essere composto da due membri anulari affacciati coassiali e sovrapposti, rotanti in versi opposti e provvisti di una pluralità di organi ciascuno dei quali è sagomato in modo da definire almeno una superficie portante, disposti radialmente ed aventi gli estremi fissati rispettivamente in corrispondenza delle circonferenze interne e delle circonferenze esterne dei due suddetti membri anulari. The object of the present invention is to solve the problems mentioned, and this is achieved with the rotor object of the invention, which is a rotor capable of generating a vertical aerodynamic thrust with rotation, characterized in that it is composed of two annular members facing each other coaxial and superimposed, rotating in opposite directions and provided with a plurality of members each of which is shaped so as to define at least one bearing surface, arranged radially and having the ends fixed respectively in correspondence with the internal and external circumferences of the two aforementioned members ring.

Per rilevarne nel dettaglio il funzionamento e utile fare riferimento ai disegni allegati, che rappresentano: To find out its functioning in detail, refer to the attached drawings, which represent:

In fig. 1 una vista laterale in sezione del rotore oggetto dell'invenzione applicato ad un aeromobile; In fig. 1 is a sectional side view of the rotor object of the invention applied to an aircraft;

In fig. 1A un particolare ingrandito con la vista in sezione dell'anello estemo di collegamento dei rotori; In fig. 1A an enlarged detail with the section view of the outer ring for connecting the rotors;

In fig. 2 il rotore oggetto dell'invenzione visto dall'alto; In fig. 2 the rotor object of the invention seen from above;

In fig. 2A il particolare ingrandito della sezione b-b di una ruota motrice dentata ingranante in due corone dentate applicate sui due membri anulari del rotore; In fig. 2A the enlarged detail of the section b-b of a toothed driving wheel meshing in two toothed crowns applied on the two annular members of the rotor;

In fig. 2B una vista schematica della sezione a-a, delle palette dei due membri anulari sovrapposti. In fig. 2B a schematic view of the section a-a, of the vanes of the two superimposed annular members.

II rotore 1 è composto da due membri anulari 2, 3 affacciati, fra di essi coassialmente sovrapposti. Ciascuno dei due membri 2, 3 e provvisto di una pluralità di organi 4, 5 forniti di una superficie portante; nell'esempio realizzativo rappresentato nelle figure tali organi sono delle palette 4, 5 simili nella forma a quelle usate nei vari stadi di una turbina, aventi gli estremi 4', 4" e 5', 5" fissati rispettivamente in prossimità delle circonferenze esterne 2", 3" ed inteme 2', 3' dei due membri anulari 2 e 3. The rotor 1 is composed of two annular members 2, 3 facing each other, coaxially superimposed between them. Each of the two members 2, 3 is provided with a plurality of members 4, 5 provided with a bearing surface; in the embodiment shown in the figures, these members are blades 4, 5 similar in shape to those used in the various stages of a turbine, having the ends 4 ', 4 "and 5', 5" fixed respectively near the external circumferences 2 ", 3" and within 2 ', 3' of the two annular members 2 and 3.

Tali membri 2, 3, in corrispondenza delle loro circonferenze esterne 2", 3" sono collegati fra loro mediante un anello di collegamento 6, previa l'interposizione di corpi atti ai rotolamento, che nell'esempio raffigurato sono dei rullini (7, 8, 17, 18), con limitata conicità, disposti radialmente. L'anello 6 di collegamento, che con opportuni organi meccanici (non raffigurati) deve essere reso solidale alla fusoliera 13, svolge anche una funzione di protezione meccanica per i due membri anulari 2,3 rotanti. These members 2, 3, in correspondence with their external circumferences 2 ", 3" are connected to each other by means of a connecting ring 6, after the interposition of bodies suitable for rolling, which in the example shown are rollers (7, 8 , 17, 18), with limited taper, arranged radially. The connection ring 6, which must be made integral with the fuselage 13 with suitable mechanical parts (not shown), also performs a mechanical protection function for the two rotating annular members 2,3.

In corrispondenza delle loro circonferenze interne 2', 3', detti membri anulari 2, 3 recano due corone dentate 14, 15 fra di loro affacciate, che ingranano con due ruote dentate controrotanti 9, 10, collegate mediante una trasmissione 11 al motore 12 dell'aeromobile. Il tipo di collegamento fra le circonferenze interne 2', 3' e la fusoliera 13 dell'aeromobile, disegnata schematicamente, non è rappresentato, potendo un esperto del ramo valutare quale dei metodi noti utilizzare per effettuarlo (ad esempio due anelli con sfere o rulli interposti fra fusoliera e rotore). In correspondence with their internal circumferences 2 ', 3', said annular members 2, 3 have two toothed crowns 14, 15 facing each other, which mesh with two counter-rotating toothed wheels 9, 10, connected by means of a transmission 11 to the engine 12 of the 'aircraft. The type of connection between the internal circumferences 2 ', 3' and the fuselage 13 of the aircraft, schematically drawn, is not represented, since a person skilled in the art can evaluate which of the known methods to use to carry it out (for example two rings with balls or rollers interposed between the fuselage and the rotor).

Essendo le dette ruote dentate 9, 10 controrotanti, ed interposte fra le corone dentate 14, 15 dei due membri anulari 2, 3, i membri stessi risulteranno controrotanti, e genereranno una coppia complessiva di reazione sulla struttura dell'aeromobile in ogni istante uguale a zero. Since the said gear wheels 9, 10 counter-rotating, and interposed between the toothed crowns 14, 15 of the two annular members 2, 3, the members themselves will be counter-rotating, and will generate an overall reaction torque on the aircraft structure at any instant equal to zero.

Le palette 4, 5 in conseguenza della detta controrotazione (vedi treccie verticali fig. 2B) hanno inclinazioni di verso opposto rispetto al piano di simmetria fra i due membri anulari 2, 3, analogamente a quanto avviene per due stadi successivi di una turbina. E' previsto che tali inclinazioni siano variabili (freccie verticali in fig. 2B), ottenendo ciò con metodi già noti nel campo dell'elicotteristica, e tenendo conto della distribuzione della velocità nella direzione dell'asse longitudinale delle palette. As a consequence of said counter-rotation (see vertical braids fig. 2B) the vanes 4, 5 have inclinations of opposite direction with respect to the plane of symmetry between the two annular members 2, 3, similarly to what happens for two successive stages of a turbine. It is foreseen that these inclinations are variable (vertical arrows in fig. 2B), obtaining this with methods already known in the helicopter sector, and taking into account the distribution of speed in the direction of the longitudinal axis of the vanes.

Una trasmissione 11, rappresentata schematicamente in fig. 1, collega le due ruote dentate 9 e 10 al motore 12 dell'aeromobile. A transmission 11, schematically represented in fig. 1, connects the two toothed wheels 9 and 10 to the aircraft engine 12.

Per ottenere un notevole effetto di stabilizzazione giroscopica, l'inventore ha previsto di «zavorrare» ciascuno dei due membri anulari 2, 3 mediante l'applicazione di pesi il più possibile prossimi alle loro circonferenze esterne 2", 3". Il dettaglio di tali pesi non è rappresentato. To obtain a noticeable gyroscopic stabilization effect, the inventor has planned to "ballast" each of the two annular members 2, 3 by applying weights as close as possible to their external circumferences 2 ", 3". The detail of these weights is not shown.

E' intuitivo, anche solo considerando i disegni, in particolare la fig. 2, che il rotore oggetto dell'invenzione ha ottenuto lo scopo desiderato di avere una notevole superficie portante, e di conseguenza una notevole spinta verticale, con un ingombro diametrale limitato, e con la possibilità di ripartire tale spinta su di un numero elevato di palette rotanti, anziché sulle tradizionali due o quattro pale di un elicottero, a tutto vantaggio della solidità e della affidabilità del mezzo. Con la disposizione del motore e dei vari organi illustrata nella fig. 1, inoltre, il baricentro dell'aeromobile risulta molto basso, con notevoli risultati di stabilità nel volo. It is intuitive, even if only considering the drawings, in particular fig. 2, that the rotor object of the invention has achieved the desired purpose of having a considerable bearing surface, and consequently a considerable vertical thrust, with a limited diameter, and with the possibility of distributing this thrust on a large number of blades rotating, instead of the traditional two or four blades of a helicopter, all to the advantage of the solidity and reliability of the vehicle. With the arrangement of the motor and the various members illustrated in fig. 1, moreover, the center of gravity of the aircraft is very low, with remarkable results of flight stability.

L'aeromobile rappresentato nelle figure, come pure il rotore fin qui descritto, sono semplicemente degli esempi realizzativi preferiti, che possono peraltro venire modificati nella forma e nella disposizione delle parti a seconda delle esigenze, rimanendo The aircraft represented in the figures, as well as the rotor described so far, are simply preferred embodiments, which can however be modified in the shape and arrangement of the parts according to requirements, while remaining

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entro all'ambito dei concetti espressi nella rivendicazione 1 e nelle successive sottorivendicazioni. within the scope of the concepts expressed in claim 1 and in the subsequent sub-claims.

Claims (5)

Rivendicazioniclaims 1. Rotore (1) atto a generare con la rotazione una spinta aerodinamica verticale, caratterizzato dal fatto di essere composto da due membri anulari affacciati coassiali e sovrapposti (2, 3), rotanti in versi opposti e provvisti di una pluralità di organi ciascuno dei quali è sagomato in modo da definire almeno una superficie portante, disposti radialmente ed aventi gli estremi (4', 4", 5', 5") fissati rispettivamente in corrispondenza delle circonferenze interne (2', 3') e delle circonferenze esterne (2", 3") dei due suddetti membri anulari (2, 3).1. Rotor (1) adapted to generate with rotation a vertical aerodynamic thrust, characterized in that it is composed of two annular members facing each other coaxial and superimposed (2, 3), rotating in opposite directions and provided with a plurality of members each of the which is shaped so as to define at least one bearing surface, arranged radially and having the ends (4 ', 4 ", 5', 5") fixed respectively in correspondence with the internal circumferences (2 ', 3') and the external circumferences ( 2 ", 3") of the two aforesaid annular members (2, 3). 2. Rotore come rivendicato nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti organi meccanici (4, 5) recanti una superficie portante sono delle alette, aventi inclinazione variabile rispetto ai piani dei due membri anulari (2, 3) ed essendo i loro assi longitudinali (1,1) disposti radialmente.2. Rotor as claimed in claim 1, characterized in that said mechanical members (4, 5) bearing a bearing surface are fins, having variable inclination with respect to the planes of the two annular members (2, 3) and being their axes longitudinal (1,1) arranged radially. 3. Rotore (1) come rivendicato nella rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i due suddetti membri anulari (2, 3) sovrapposti sono fissati lungo le loro circonferenze esterne (2", 3") da un anello di collegamento (6) con interposti dei corpi (7, 8) e (17, 18) atti al rotolamento e recano in corrispondenza delle loro circonferenze interne (2', 3') due corone dentate (14, 15) atte ad ingranare con almeno due ruote dentate (9, 10) controrotanti interposte fra di esse, essendo tali ruote dentate (9,10) collegate mediante degli organi di trasmissione (11) ad un organo motore (12).Rotor (1) as claimed in claim 1 characterized in that the two abovementioned annular members (2, 3) superimposed are fixed along their external circumferences (2 ", 3") by a connection ring (6) with interposed of the bodies (7, 8) and (17, 18) suitable for rolling and bearing at their internal circumferences (2 ', 3') two toothed crowns (14, 15) suitable for meshing with at least two toothed wheels (9, 10) counter-rotating interposed between them, since these gear wheels (9,10) are connected by means of transmission members (11) to a motor member (12). 4. Rotore come rivendicato nella rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che i due membri anulari (2, 3) suddetti recano dei pesi fissati in prossimità delle loro circonferenze esteme (2", 3").Rotor as claimed in claim 2 characterized in that the two annular members (2, 3) mentioned above bear weights fixed in proximity to their external circumferences (2 ", 3"). 5. Aeromobile per il decollo verticale caratterizzato dal fatto di impiegare per il sostentamento il rotore (1) rivendicato nelle rivendicazioni 1, 2, 3, 4, e dal fatto di avere la fusoliera (13) con sezione trasversale orizzontale circolare inserita internamente e coassialmente ai detti membri anulari (2,3).Vertical take-off aircraft characterized by the fact that the rotor (1) claimed in claims 1, 2, 3, 4 is used for sustenance and by the fact that the fuselage (13) has a circular horizontal cross section inserted internally and coaxially to said annular members (2,3). 55 1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 33