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Die
Erfindung betrifft einen Hubschrauber mit einem Blattspitzenantrieb,
mit einer Rotoreinheit, welche einen Rotorkopf und hieran angelagerte
Rotorblätter aufweist, wobei in den Rotorblättern
ein Hohlraum zum Hindurchführen eines komprimierten Gases
ausgebildet ist, durch welchen das komprimierte Gas zu Schubdüseneinrichtungen
an Blattspitzen der Rotorblätter führbar ist,
sowie einem Antriebsorgan, welches das komprimierte Gas bereitstellt.
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Hubschrauber
mit einem Blattspitzenantrieb bzw. Reaktionsantrieb weisen gegenüber
Drehflügelflugzeugen mit angetriebener Rotorwelle den Vorteil auf,
dass sie keinen Drehmomentenausgleich z. B. durch einen Heckrotor
erfordern, da sich am Hubschrauberrumpf kein Antriebsmoment abstützt.
Aus diesem Grunde wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen,
um Hubschrauber mit Blattspitzenantrieb zur Serienreife zu bringen.
Dennoch hat keine dieser Bauweisen dauerhaft Eingang in die Praxis gefunden.
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So
sind z. B. aus der
DE
40 39 907 A1 und der
US
5,934,873 Hubschrauber bekannt geworden, welche mit Antriebsaggregaten
an den Blattspitzen versehen sind. Diese Bauweise ist insofern konstruktiv
aufwändig und auch störanfällig, als
der Treibstoff für diese Antriebsaggregate wie auch die
elektrische Energieversorgung hierfür vom feststehenden
Hubschrauberrumpf in die sich drehenden Rotorblätter geführt
werden muss. Dies erforderte spezielle Konzeptionen im Bereich der
Rotornabe. Zudem unterliegen derartige an den Blattspitzen angeordnete
Antriebsaggregate einer sehr hohen Fliehkrafteinwirkung, was deren
Arbeitsweise erheblich beeinträchtigt. Bereits die Zuführung
des Kraftstoffs wie auch dessen Verteilung innerhalb jedes Antriebsaggregats neigen
angesichts der Fliehkräfte zu Instabilitäten.
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Darüber
hinaus ist es auch bekannt, ein zentrales Antriebsaggregat für
einen Hubschrauber mit einem Blattspitzenantrieb im Hubschrauberrumpf
anzuordnen. Eine derartige Bauweise ist z. B. in der
DE 195 47 749 A1 offenbart.
Hier erzeugt das als Kompressor ausgebildete Antriebsaggregat Druckluft, welche
durch eine hohle Rotorwelle und einen geeignet ausgebildeten Rotorkopf
in hohle Rotorblätter zugeführt und dort an den
an den Blattspitzen angeordneten Schubdüseneinrichtungen
abgegeben wird. Hier besteht die Problematik, die Druckluft vom
feststehenden Antriebsaggregat in die sich drehenden Rotorblätter
zu bringen, was typischerweise über eine spezielle Ausgestaltung
des Rotorkopfes möglich wird. Dies ist jedoch mit erheblichen
Wirkungsgradverminderungen verbunden.
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In
einer weiteren bekannten Bauweise ist es ferner bekannt, im Bereich
der Schubdüseneinrichtungen Kraftstoff einzuspritzen und
zu entzünden, um so eine verbesserte Schubwirkung zu erzielen.
Diese Antriebsweise wird als „Heißer Blattspitzenantrieb" bezeichnet.
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All
diesen Bauweisen ist gemeinsam, dass sie mit einer sehr hohen Geräuschentwicklung
und hohem Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen
Hubschraubern mit angetriebener Rotorwelle verbunden sind.
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Aus
der
DE 20 29 733 A und
der
DE 39 06 109 A1 ist
schließlich eine Bauweise für einen Hubschrauber
mit Blattspitzenantrieb bekannt geworden, bei der zwar ein zentrales
Antriebsorgan vorgesehen ist, dieses jedoch nicht im Hubschrauberrumpf,
sondern am oberen Ende der Rotornabe angeordnet ist. So ist bspw.
bei der
DE 39 06 109
A1 der Rotorkopf als ein nach oben offener Luftansaugstutzen
ausgebildet, in dem ein um die Achse des Rotorkopfes drehbar angetriebener
Impeller gelagert ist, der Luft von oben ansaugt. Für den
Drehantrieb des Impellers ist ein Sternmotor vorgesehen. Die Druckluft
wird hier somit direkt am Rotorkopf bereitgestellt und von dort in
die hohlen Rotorblätter eingebracht. An deren Spitzen erfolgt
dann über die Schubdüseneinrichtungen der Austritt
der Druckluft und somit die für den Antrieb erforderliche
Schubkraftwirkung. In einer etwas abgewandelten Ausführungsform
schlägt die
DE
14 81 697 A ergänzend noch vor, am Umfang eines
Diffusorkranzes der Turbine Brennkammern anzubringen, mit deren
Hilfe die geförderten Gase aufgeheizt werden können.
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Auch
bei diesen Bauweisen besteht das Problem, die Druckluft zuverlässig
und möglichst verlustfrei von den feststehenden Teilen
am Hubschrauber in die sich demgegenüber drehenden Rotorblätter einzubringen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen
Hubschrauber mit einem Blattspitzenantrieb derart weiterzubilden,
dass dieser mit größerer Zuverlässigkeit
und besserem Wirkungsgrad betrieben werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Hubschrauber mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst. Dieser zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass
das Antriebsorgan eine der Anzahl der Rotorblätter entsprechende
Zahl an Antriebsaggregaten aufweist, wobei jeweils ein Antriebsaggregat
einem Rotorblatt zugeordnet ist, und wobei jedes Antriebsaggregat
benachbart zum Rotorkopf angeordnet ist.
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Die
Erfindung sieht somit vor, als Antriebsorgan für die Bereitstellung
des komprimierten Gases keine zentrale Gasturbine oder dergleichen
anzuordnen, sondern eine solche an jedem einzelnen Rotorblatt zu
positionieren. Dabei erfolgt die Anordnung jedoch nicht wie im Stand
der Technik bspw. gemäß der
DE 40 39 907 A1 an den Blattspitzen,
sondern benachbart zum Rotorkopf an einem Blattfuß.
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Dies
hat den wesentlichen Vorteil, dass die Antriebsaggregate mit größerer
Zuverlässigkeit als im Stand der Technik betrieben werden
können. Da das komprimierte Gas zugleich weiterhin durch
die Hohlräume in den Rotorblättern nach außen
zu den Schubdüseneinrichtungen an den Blattspitzen geführt
wird, lässt sich nach wie vor die gewünschte Schubkraft
erzielen.
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Somit
hat die erfindungsgemäße Konfiguration den Vorteil,
dass das komprimierte Gas an einem Ort erzeugt wird, der einem jeweiligen
Rotorblatt zugeordnet ist und sich mit diesem dreht. Hierzu ist
das Antriebsaggregat z. B. zwischen einer Rotornabe und dem Rotorblatt
dazwischengeschaltet oder im Rotorblattfuß integriert.
Damit ist es, im Gegensatz zum Stand der Technik, nicht erforderlich,
das komprimierte Gas von einem feststehenden Bereich in einen drehbeweglich
hierzu gelagerten Bereich zu leiten. Hierdurch lassen sich Wirkungsgradverluste
aufgrund von Reibung, Verwirbelung im Gas etc. in hohem Maße
vermeiden, weshalb sich der erfindungsgemäße Hubschrauber
durch eine besonders hohe Effizienz auszeichnet.
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Durch
den erfindungsgemäß erzielbaren, verbesserten
Wirkungsgrad ist es zudem möglich, verhältnismäßig
kleine und leichte Antriebsaggregate einzusetzen. Hierdurch lassen
sich die Fliehkrafteinwirkungen besonders gering halten. Diese können daher
besonders zuverlässig betrieben werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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So
ist es möglich, dass die Antriebsaggregate Gasturbinen
sind. Diese haben sich als besonders leistungsfähig für
den erfindungsgemäßen Zweck erwiesen. Ferner können
diese in einer geeigneten Bauart bereitgestellt werden, um an einem
Rotorblattfuß benachbart zu einem Rotorkopf angeordnet zu
werden.
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Ferner
ist es auch möglich, dass der Hubschrauber einen zentral
angeordneten Kraftstofftank für die Kraftstoffversorgung
der Antriebsaggregate aufweist. Damit können sämtliche
Antriebsaggregate aus einer gemeinsamen Quelle gespeist werden, was
sich für einen zuverlässigen Betrieb als vorteilhaft
herausgestellt hat.
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Hierbei
ist es möglich, dass der Kraftstofftank im Rotorkopf angeordnet
ist. Dann ist er nahe den benachbarten Antriebsaggregaten vorgesehen,
so dass eine entsprechende Leitungsführung kurz gehalten werden
kann. Hierdurch lässt sich die Zuverlässigkeit der
Anordnung weiter verbessern.
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Alternativ
ist es auch möglich, dass der Kraftstofftank im Hubschrauberrumpf
angeordnet ist, was insbesondere mit dem Vorteil verbunden ist,
dass ein größeres Tankvolumen realisierbar ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand
der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hubschraubers;
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2 eine
Draufsicht auf ein Detail einer Rotoreinheit eines erfindungsgemäßen
Hubschraubers.
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Gemäß der
Darstellung in 1 weist ein Hubschrauber 1 einen
Rumpf 2 sowie eine Rotoreinheit 3 auf.
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Die
Rotoreinheit 3 enthält einen Rotorkopf 31,
an welchem in gezeigtem Beispiel drei Rotorblätter 32 angelagert
sind. Von diesen sind in 1 nur zwei sichtbar. Jedes Rotorblatt 32 weist
ferner eine Blattspitze 33 auf, an welcher eine Schubdüseneinrichtung 34 angeordnet
ist. Diese ist in näherem Detail in 2 gezeigt.
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Die
Rotoreinheit 3 enthält ferner drei Gasturbinen 35,
welche als Antriebsaggregate dienen. Die Anzahl der Gasturbinen 35 entspricht
der Anzahl der Rotorblätter 32 und die Gasturbinen 35 sind
einem jeweiligen Rotorblatt 32 zugeordnet. Dabei sind die Gasturbinen 35 benachbart
zum Rotorkopf 31 angeordnet, so dass sie effektiv zwischen
den Rotorblättern 32 und dem Rotorkopf 31 vorliegen.
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Ferner
wird jede Gasturbine 35 von einem hier nicht gezeigten,
zentral im Rumpf 2 angeordneten Kraftstofftank durch eine
Rotorwelle der Rotoreinheit 3 hindurch über geeignete
Verbindungseinrichtungen mit Kraftstoff versorgt. Im Betrieb erzeugen die
Gasturbinen 35 eine Strahlleistung, welche in Form von
komprimierter Luft durch Hohlräume in den Rotorblättern 32 zu
den Blattspitzen 33 und den dort angeordneten Schubdüseneinrichtungen 34 geleitet wird.
Mittels der Schubdüseneinrichtungen 34 wird diese
Druckluft zu einer Seite ausgeblasen, so dass sich die Rotoreinheit 3 in
der Gegenrichtung in Bewegung setzt und durch diese Rotorbewegung
ein Auftrieb erzeugen lässt, durch den der Hubschrauber 1 geflogen
werden kann.
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Die
Erfindung lässt neben der erläuterten Ausführungsform
weitere Gestaltungsansätze zu.
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So
können anstelle der erläuterten Gasturbinen auch
andere Antriebsaggregate wie beispielsweise Kompressoren, Verbrennungsmotoren
oder dergleichen zur Anwendung kommen.
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Ferner
ist die Anzahl der Rotorblätter 32 nicht auf die
drei gezeigten beschränkt; wie im Hubschrauberbau üblich
ist, können z. B. auch Rotoreinheiten mit zwei oder vier
Rotorblättern verwendet werden. Die Anzahl der Antriebsaggregate
ist dann entsprechend zu wählen.
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Der
Kraftstofftank für die Kraftstoffversorgung der Antriebsaggregate
kann ferner auch im Rotorkopf angeordnet sein.
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Überdies
ist es auch möglich, dass den einzelnen Antriebsaggregaten
unmittelbar separate Kraftstofftanks zugeordnet sind, wobei hierfür
eventuell auch Hohlräume in den Rotorblättern
genutzt werden können.
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Im
gezeigten Beispiel sind die als Antriebsaggregate wirkenden Gasturbinen
zwischen den eigentlichen Rotorblättern 32 und
dem Rotorkopf 31 positioniert. Hiervon abgesehen ist es
jedoch auch möglich, die Antriebsaggregate innerhalb eines
Rotorblattfußes zu integrieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4039907
A1 [0003, 0011]
- - US 5934873 [0003]
- - DE 19547749 A1 [0004]
- - DE 2029733 A [0007]
- - DE 3906109 A1 [0007, 0007]
- - DE 1481697 A [0007]