DE102005059679A1

DE102005059679A1 - Fluggerät Ringflügel-Rotor

Info

Publication number: DE102005059679A1
Application number: DE102005059679A
Authority: DE
Inventors: Guenter Iwanek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Fluggerät, bestehend aus mindestens einem ringförmigen Flügel (1), der entweder mit Luftleitschaufeln versehen ist oder die Wirkung separater Luftleitschaufeln (3) nutzt und dessen Querschnittsfläche (1¶Q¶) der eines Flugzeugflügels entspricht; DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A dass der ringförmige Flugzeugflügel (1) in Verbindung mit den Luftleitschaufeln (3) einen radialen Kreiselverdichter bildet. Die erzeugte Luftströmung wird vertikal angesaugt, radial den Ringflügeln (1) im gesamten 360 DEG -Bereich zugeführt und erzeugt so Auftrieb F¶A¶.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluggerät nach 1 bis 4 mit ringförmigen Flügeln (1), die entweder mit Luftleitschaufeln (2) versehen sind oder die Wirkung separater Luftleitschaufeln (2) nutzen und deren Querschnittsprofil (1_Q ) einem Flugzeugflügel entspricht.
Flügel (1) und Schaufel (2) erzeugen durch gemeinsame Rotation oder durch Schaufelrotation um die vertikale Achse – gemäß dem Prinzip eines radialen Kreiselverdichters – eine Luftströmung (3).
Es wird das gesamte ringförmig umlaufende Flügelprofil (1_Q ) umströmt. Auftriebskraft F_A wird nach den Grundlagen der üblichen Auftriebsermittlung an Flugzeugflügeln anhand von Leistungsparametern des Flügelquerschnittsprofils und der Luftströmung erzeugt. Sog an der Flügeloberseite und Überdruck an der Flügelunterseite erzeugen Auftriebskraft F_A.
Weitere wichtige Einflußgrössen für den Auftrieb F_A sind die Grösse des Flügelquerschnitts (1_Q ), der Flügel-Anstellwinkel α und die rotordrehzahlabhängige Geschwindigkeit der Luftströmung.
Die vertikal angesaugte und radial beschleunigte Luftströmung (3) wirkt nicht als Rotorkreisflächenbelastung wie bei konventionellen Hubschraubern. Deshalb kann eine Anzahl von Ringflügeln (1₁ ...1_n ) übereinander angeordnet sein und dadurch der Auftrieb (F_A ₁...F_A _n) pro Rotorkreisfläche vervielfacht werden.
Die Trimmung in jeder Flugsituation kann mittels Drehzahländerung gegenläufig rotierender Ringflügel oder Schaufeln sowie durch segmentweise Umlenkung der radialen Luftströmung gesichert werden.
Kollision der rotierenden Rundflügel bzw. Schaufeln mit Hindernissen wird durch die Reaktionskraft F_Re der radialen Luftströmung und durch den Überstand der nicht rotierenden Flügel vermieden.
Der von konventionellen Hubschraubern bekannte Zentralantrieb kann für Ringflügel-Rotoren eingesetzt werden. Bei gegenläufig rotierenden Schaufeln (2) neutralisiert sich das Drehmoment an der senkrechten Antriebswelle, sodass der Heckrotor entfallen kann.
Der auch einsetzbare drehmomentfreie Strahlantrieb erlaubt gleichläufige Rotation der Ringflügel.
Geringe Baugrösse durch kleine Rotorkreisfläche, hohe Nutzlast durch Übereinanderanordnung der Flügel/Rotoren und geringe Kollisionsgefahr ermöglichen neben kostengünstiger Herstellung und sicherem Betrieb den Transport sowie das Heben von Lasten und Personen unter beengten Bedingungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand 1 und 2 erläutert.
Es zeigen:
1 die Seitenansicht eines Ringflügelrotorsystems.
2 die Draufsicht eines Ringflügelrotorsystems.
Die rotierenden Ringflügel (1) mit ihren Luftleitschaufeln (2) bilden einen radialen Kreiselverdichter (1 und 2), der die vertikal angesaugte Luft umlenkt und den radialen Luftstrom erzeugt.
Der Luftstrom (3) wird dem Querschnittsprofil (1_Q ) radial im 360°-Bereich zugeführt und erzeugt Auftriebskraft F_A wie an einem Flugzeugflügel.
Gemäß den Berechnungsgrundlagen der üblichen Auftriebsermittlungen an Flugzeugflügeln anhand von Leistungsparametern des Flüggelprofils, der Flügelgröße, der Luftströmung, des Flügelanstellwinkels und des Abstandes zwischen übereinander angeordneten Ringflügeln entsteht Sog an der Flügeloberseite und Überdruck an der Flügelunterseite, es wird Auftriebskraft F_A erzeugt.
Im beschriebenen Beispiel wird die Rotation durch drehmomentfreien Strahlantrieb bewirkt.
Mindestens eine druckluftbeaufschlagte Düse (4) ist pro rotierenden Schaufeln (2) am Aussendurchmesser tangential angeordnet.
Druckluft (5) wird von aussenbords durch Leitung (6) Rohr (7,8) und Düse (4) geleitet und erzeugt durch Druckluftstrahl (9) die Drehung der Ringflügel (1).
Mit Leitung (6) werden auch Nutzstoffe, Steuerung und Regelung zugeführt.
Die Trimmung in sämtlichen Flugsituationen wird sichergestellt, durch Drehzahlvariation der gleich- oder gegenläufigen Rotoren sowie durch Umlenkung der radialen Luftströmung mittels segmentartig geformter Schirme (10), die ausserhalb der Ringflügel-⌀ angeordnet sind und deren Position verstellbar ist.
Die Komposition im Sinne eines Fesselfluggerätes erlaubt vermindertes Eigengewicht, geringe Abmessungen, einfachen und sicheren Betrieb mit redundanten Aggregaten am Boden und vor allem höhere Nutzlast. Zweckdienliche Auslegungen und Ausstattungen ermöglichen spezielle und universelle Einsätze.
Trimmung und Steuerung können automatisch oder händisch vom Begleitfahrzeug geführt werden.
Es ist KFK/GFK -Bauweise vorgesehen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand 3 und 4 erläutert.
Es zeigen:
3 die Seitenansicht eines Ringflügelsystems mit zusätzlichen auftriebserzeugenden, strömungslenkenden und antreibenden Bauteilen.
4 die Draufsicht desselben Systems.
Der radiale Kreiselverdichter ist in der Ausführung gemäß 3 und 4 ergänzt durch einen nichtrotierenden Ringflügel (5) ohne Luftleitrippen (3,4), der zwischen den rotierenden Ringflügeln (1,2) postiert ist.
Ergänzend ist oberhalb des Ringflügels (1) ein nicht rotierender Ringflügel (6) angebracht, dessen Oberseite der eines Flugzeugflügels (6) entspricht.
Das Kabinendach (7) ist ebenfalls als nicht rotierende Ringflügeloberseite ohne Rippen ausgebildet.
In Flugrichtung vor der Ringflügeleinrichtung ist ein Windschutzschirm (12) angeordnet, der windleitende Öffnungen freigibt für die Fahrtwindzufuhr zu den konkaven Luftleitschaufelseiten (2,4) und der einen Windabweiser bildet an den konvexen Luftleitschaufelseiten (3,4). Dadurch wird die Rotation der Schaufeln (3,4) und Auftrieb F_A durch Fahrtwind unterstützt.
Der hier vorgesehene Druckgasantrieb besteht aus einer ausserhalb der Rundflügel (1 bis 7) geführten Druckleitung (8) und Ausblasdüsen (9) für Druckgas (11) mit Strahlrichtung auf Umfangslamellen (10) an den Schaufeln (3,4).
Die feststehende vertikale Rohrachse (13) trägt über Wälzlager (14) die Naben (15,16) der Luftleitschaufeln (3,4).
Verstellbare Luftumlenkschirme (17) sind an Achse (13) gelagert. Sie unterstützen Trimmung und Vortrieb durch den verbleibenden resultierenden radialen Luftstromrückstoss.

Seit 1933 sind schwebefähige und flugfähige Drehflügler als Tragschrauber und Hubschrauber mit vielfältigen Fähigkeiten bekannt.

Sie wurden mit Zentralantrieb oder Blattspitzenantrieb ausgerüstet und zunehmend universell eingesetzt.

Viele Verbesserungen bis zum heutigen Stand der Technik gestatten spezielle Auslegungen für jeweilige Anwendungen.

Bestehen blieb die Kollisionsgefahr mit Rotorblattbruch wie auch die oft nachteilige Rotorkreisflächenbelastung.

Ein weiterer Nachteil blieb die mit der Leistung steigende Rotorkreisfläche.

Als Lösung dieser Probleme bietet sich die Erfindung des Ringflügel-Rotorsystems an.

Dadurch wird die Blattbruchgefahr beseitigt, die Rotorkreisfläche verringert und die Nutzlast durch Übereinanderanordnung der Ringflügel höher.

Steuerung, Regelung, Trimmung und Vortrieb sind vereinfacht.

Folgende Nutzungen sind gefahrlos möglich:

– Bestellungen in der Landwirtschaft (Saat, Ernte, Berieselung).
– Rettungsdienste der Feuerwehr, an Skipisten, am Wasser usw.
– Überwachung im Gelände, an Grenzen und bei Waldbrandgefahr.
– Serviceleistungen an Häusern, Brücken und Türmen.
– Transport und Heben von Personen und Lasten.

GFK/KFK -Bauweise und weitere Verbundstoffe ergeben Vorteile bezüglich Festigkeit und Kosten.

Claims

Fluggerät, bestehend aus mindestens einem rotierenden ringförmigen Flügel (1), der mit Luftleitrippen (2) versehen ist, und dessen Querschnittsfläche (1_Q ) der eines Flugzeugflügels entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Flugzeugflügel (1) in Verbindung mit den Luftleitrippen (2) einen radialen Kreiselverdichter bildet. Die erzeugte Luftströmung (3) wird radial dem Ringflügel (1) im gesamten 360°-Bereich zugeführt.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung (3) das Flügelprofil (1_Q ) umströmt und gemäß den Berechnungsgrundlagen der üblichen Auftriebskraftermittlungen an Flugzeugflügeln wirkt. Durch Sog an der Flügeloberseite und Überdruck an der Flügelunterseite wird Auftriebskraft F_A erzeugt.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellungswinkel α den Anforderungen angepasst ist und in Verbindung mit der Rotordrehzahl n die jeweils geforderte Auftriebskraft F_A erzeugt.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von ringförmigen Flügeln (1₁ ...1_n ) übereinander angeordnet sein kann und dadurch die Auftriebskraft F_A ₁...F_An, pro Rotorkreisfläche ebenso erhöht wird wie durch vertikalen Luftsog (3) von oben, bei Verschluss der untersten Ringflügelmitte.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation des Ringflügels durch drehmomentfreie Rückstosskraft (9) mindestens eines tangential im/am Flügelprofil angeordneten Strahlantriebs (4) bewirkt wird.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein von konventionellen Hubschraubern und Tragschrauber bekannter Zentralantrieb übereinander angeordnete Ringflügel (1₁ ...1_n ) gleichläufig oder gegenläufig rotieren lässt.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringflügel (1) nicht rotiert, jedoch über und unter dem Flügel (1) rotierende Luftleitschaufelräder (2) positioniert sind. Die rotierenden Schaufelräder (2) bilden gemeinsam mit Flügel (1) einen radialen Kreiselverdichter.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf 3 und 4 mindestens eine Druckgasdüse (9) am Rotorumfang oder in/an einem nicht rotierenden Ringflügel (5) installiert ist – mit Strahlwirkung in Drehrichtung auf jeweils einen rotorintegrierten Lamellenkranz (19).
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trimmung in allen Flugsituationen sichergestellt wird – bezogen auf 3 und 4 – durch Drehzahländerung der gegenläufig rotierenden Ringflügel (1–4) und durch Umlenkung der radialen Luftströmung (3) mittels der Schirmsegmente (10), die ausserhalb der Ringflügel-⌀ verstellbar positioniert sind. Die resultierende Reaktionskraft F_R verhindert Kollisionen.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation des Ringflügels durch Direktkontakt seines Umfangs mit mindestens einem Reib- oder Zahnrad oder Zahnriementrieb bewirkt wird.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (EP1489 722A1) zwischen vertikaler Achse und Nabe, oder zwischen gegenläufig rotierenden Rundflügeln, oder zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Rundflügel angeordnet ist und den frequenzgeregelten Antrieb bildet.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahl- oder Propeller-Triebwerk die Fluggeschwindigkeit erzeugen kann.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabinendach (7) zur Auftriebsverbesserung als Ringflügel-Oberseitenprofil ausgebildet ist und oberhalb der Rotoren ein nicht rotierender Flügel (6) installiert ist, dessen Dachform einer Fluzeugflügel-Oberseite entspricht.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen rechts/links rotierenden Ringflügeln (1,2) ein nicht rotierender Ringflügel (5) installiert ist.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Start-oder Landephase die Ringflügeleinrichtung den Auftrieb durch Motorantrieb erbringt und dann, während der Fluggeschwindigkeit mittels Strahl- oder Propellertriebwerk, der Auftrieb durch selbstdrehende Ringflügel (1–4) entsteht. Die Ringflügel weisen rückwärts gebogene Schaufelrippen (3,4) auf.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Rundflügeleinrichtung ein zweckdienlich geformter Windschutz installiert wird, der auf der konkaven Rippenseite den Fahrtwind zuleitet und auf der konvexen Rippenseite den Fahrtwind ablenkt.