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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine abwerfbare Unterrumpfstruktur für ein einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgendes Hyperschall-Raumtransportfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Raumtransportfahrzeug mit einem Rumpf und einem Tragflügel, das dazu ausgestaltet ist, einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie mit Hyperschallgeschwindigkeit zu folgen, und das eine abwerfbare Unterrumpfstruktur aufweist.
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STAND DER TECHNIK
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Um eine breite Nutzung und Erschließung des Weltraums zu ermöglichen ist es zwingend erforderlich, dass der Transport von Nutzlasten in den Erdorbit wesentlich kostengünstiger ermöglicht wird als bisher. Hierfür sind bereits Anstrengungen unternommen worden, insbesondere um konventionelle Trägerraketen zu verbessern. Auf diese Weise sind jedoch nur begrenzte Kostensenkungen möglich, aber fundamentale Durchbrüche beim Raumtransport nicht zu erwarten.
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Ein regelmäßig vorgeschlagener alternativer Ansatz sind voll wiederverwendbare Single-Stage-To-Orbit oder Two-Stage-To-Orbit Hyperschalltransportsysteme, die auch unter der Bezeichnung „Spaceplanes“ bekannt sind. Solche Raumtransportfahrzeuge sollen grundsätzlich dazu geeignet sein, drastische Kostensenkungen zu ermöglichen und wurden daher vor allem in den 1980er und 1990er Jahren intensiv untersucht. Bisher konnte jedoch noch keines dieser Konzepte einen echten Durchbruch erzielen, weil entweder die Triebwerke nicht den gestellten Erwartungen entsprachen oder die jeweilige Leermasse des Raumtransportsystems zu hoch war.
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Der Abstand zu einem als technische realisierbar und wirtschaftlich sinnvoll angesehenen System war jedoch nicht sehr groß. Folglich wird davon ausgegangen, dass bereits relativ kleine Verbesserungen des Standes der Technik ausreichen könnten, um Spaceplanes realisieren zu können.
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Insbesondere aus der militärischen Luftfahrt ist bekannt, im auftriebsunterstützten Überschallflug oder Hyperschallflug Kompressionsauftrieb zu nutzen. Durch eine besondere Konturierung der Flugzeuggeometrie im Bereich unter dem Tragflügel des Flugzeugs kann die durch Verdichtungsstöße erzeugte Druckerhöhung gezielt dazu genutzt werden, den Auftrieb eines Luftfahrzeuges zusätzlich zu erhöhen. Dieses Prinzip wurde beispielsweise in den 1960er Jahren in den USA in Form des XB-70 Bombers verwirklicht, wobei der Unterrumpf, in welchem die Triebwerke untergebracht wurden, derart geformt war, dass die von ihm generierten Verdichtungsstöße im Überschallreiseflug den Druck auf der Tragflügelunterseite deutlich erhöhten. Dies führte zu einem erheblich höheren Auftrieb bei gleichbleibendem Widerstand mit einer entsprechenden Erhöhung der Gleitzahl und damit der Reichweite des Flugzeugs.
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Geometrische Ausgestaltungen, die Kompressionsauftrieb erzeugen können, indem eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel eines Luftfahrzeugs erzeugt wird, sind grundsätzlich bekannt. Ein Beispiel hiervon ist in
US 3 137 460 A aus dem Jahr 1964 beschrieben.
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Die Geometrien der Unterrumpfstruktur von bekannten Luftfahrzeugen wie beispielsweise dem XB-70 Bomber sind jedoch nicht für die Verwendung bei Raumtransportfahrzeugen geeignet, insbesondere weil sie nicht vor den aerothermodynamischen Belastungen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre geschützt werden können.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem Hintergrund des Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zunächst darin, ein Raumtransportsystem zur Verfügung zu stellen, das einen effizienteren Transport von Nutzlasten in den Erdorbit ermöglicht und dabei vor allem die Kostenvorteile eines einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgenden, weil wiederverwendbaren und ggf. Einstufig ausgelegten Hyperschall-Raumtransportfahrzeugs nutzt. Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch darin, ein Hyperschall-Raumtransportfahrzeug bereitzustellen, das sich als wiederverwendbares und idealerweise Single-Stage-To-Orbit Hyperschall-Raumtransportsystem eignet und damit zu einer drastischen Kostensenkung des Transports von Nutzlasten in den Erdorbit führen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine abwerfbare Unterrumpfstruktur nach Anspruch 1 oder auch durch ein Raumtransportfahrzeug nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Merkmale und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Eine erfindungsgemäße abwerfbare Unterrumpfstruktur für ein einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgendes Hyperschall-Raumtransportfahrzeug ist zum Verkleiden einer unter einem Rumpf und/oder unter einem Tragflügel des Raumtransportfahrzeuges getragenen Nutzlast an dem Raumtransportfahrzeug anbringbar. Die Unterrumpfstruktur ist so geformt, dass Verdichtungsstöße, die im Überschallflug oder Hyperschallflug durch die unter dem Rumpf und/oder dem Tragflügel angebrachte Unterrumpfstruktur entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung liegt darin, den Rumpf des Raumtransportfahrzeuges zu verkleinern und die Nutzlast statt in einem Frachtraum außen am Rumpf anzubringen. Hierdurch kann der Rumpf des Raumtransportfahrzeuges wesentlich kleiner und leichter ausgebildet werden als bei bisher bekannten Raumtransportfahrzeugen mit einem Frachtraum.
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Nutzlast bedeutet im vorliegenden Zusammenhang insbesondere die in den Erdorbit zu transportierende Last („Payload“). Darüber hinaus kann der Ausdruck „Nutzlast“ im vorliegenden Zusammenhang auch zumindest einen Teil des für den Antrieb des Raumtransportfahrzeuges erforderlichen Treibstoffs und einen hierfür eingesetzten Treibstofftank umfassen.
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Zusätzlich zu dem Aspekt, die Nutzlast außen am Raumtransportfahrzeug anzubringen, um den Rumpf kleiner und leichter auszubilden, nutzt die Unterrumpfstruktur die Erkenntnis, dass durch eine geschickte geometrische Ausgestaltung der Unterrumpfstruktur zusätzlicher Kompressionsauftrieb erzeugt und damit der aerodynamische Luftwiderstand des Raumtransportfahrzeuges aufgrund einer Verringerung des Anstellwinkels verringert werden kann. Hierdurch kann der für die atmosphärische Beschleunigung notwendige Treibstoffbedarf spürbar verringert werden, was wiederum die Leistungsfähigkeit des Raumtransportfahrzeuges erhöht.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Unterrumpfstruktur liegt darin, dass die Geometrie der Unterrumpfstruktur in gewissen Grenzen variiert werden und so an unterschiedliche Größen und Geometrien der Nutzlast und ggf. an variable Mengen Zusatztreibstoff angepasst werden kann. Im Gegensatz zu einem Raumtransportfahrzeug mit einem Frachtraum im Inneren des Rumpfes, der auf eine bestimmte Nutzlast hin oder eine möglichst vielseitige Einsetzbarkeit, beispielsweise durch Standardmaße, konzipiert wurde, kann ein Raumtransportfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Vielzahl verschiedener Nutzlasten jeweils optimiert in den Erdorbit transportieren, weil die Unterrumpfstruktur auf jede Nutzlast hin geometrisch optimiert werden und dadurch Masse und Widerstand des Raumtransportfahrzeugs minimieren kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch das Anbringen der Nutzlast an dem Raumtransportfahrzeug die Möglichkeit einer leichteren Integration der Nutzlast am Raumfahrzeug geschaffen wird. Die Nutzlast kann beispielsweise unkompliziert unter das am Boden stehende Raumtransportfahrzeug geschoben und daran befestigt werden. Üblicherweise sehen bisherige Spaceplane Konzepte eine Nutzlastbucht innerhalb des Fahrzeuges vor, die über aufschwenkbare Türen auf dem Rumpfrücken zugänglich ist; ein hierfür erforderlicher Kran ist bei der vorgeschlagenen Erfindung nicht erforderlich.
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Im Hinblick auf die Gestaltung der Unterrumpfstruktur, so dass Verdichtungsstöße, die im Überschallflug oder Hyperschallflug durch die Unterrumpfstruktur entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen, ist zu beachten, dass die Lage der Verdichtungsstöße insbesondere von der Fluggeschwindigkeit abhängt. Die Fluggeschwindigkeit eines Raumtransportfahrzeugs variiert auf seinem Weg von der Erde an den Rand der Atmosphäre, anders als bei einem stets innerhalb der Atmosphäre fliegenden Flugzeug, über einen sehr großen Geschwindigkeitsbereich. Die Geometrie der Unterrumpfstruktur kann auf relativ niedrige Geschwindigkeiten im niedrigen Überschallbereich oder auf hohe Geschwindigkeiten im Hyperschallbereich optimiert sein. Bevorzugt wird für die vorliegende Erfindung ein Mittelwert zwischen niedrigen und hohen Überschallgeschwindigkeiten (bzw. niedrigen-mittleren Hyperschallgeschwindigkeiten) der Geometrie der Unterrumpfstruktur zugrunde gelegt. Dies ist durch grundsätzlich bekannte Simulationen der Verdichtungsstöße möglich und liegt grundsätzlich im Bereich des fachmännischen Wissens. Beispielsweise kann das System auf Machzahlen von 1-6...10 optimiert werden, also vom Überschall bis in den niedrigen-mittleren Hyperschallbereich, wobei die tatsächliche Auslegung des Systems stark von der Gesamtsystemauslegung abhängen kann.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Unterrumpfstruktur liegt darin, dass die Unterrumpfstruktur nach dem Verlassen der dichteren Atmosphärenschichten abgeworfen werden kann, wodurch die Nutzlast freigegeben wird und der durch den Abwurf der Unterrumpfstruktur erreichte Massenverlust die in den Orbit zu beschleunigende Masse weiter verringert und somit zusätzlich die Leistung des Raumtransportfahrzeuges verbessert.
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Sofern die abgeworfene Unterrumpfstruktur nicht wiederverwendet werden kann, kann sie aus relativ einfachen und preiswerten Materialien und mit geringen Sicherheitsfaktoren hergestellt werden, da die Unterrumpfstruktur in den meisten Fällen lediglich eine vorgegebene Konturierung beibehalten muss, aber keine Fahrzeuglasten trägt. Daher können Schädigungen wie etwas Kriechen, Oxidation oder begrenzte plastische Verformungen hingenommen werden. Dies führt weiter zu einer verbesserten Kosteneffizienz des Transports der Nutzlast.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Unterrumpfstruktur einen Treibstofftank auf. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Zusatztank zu einem Haupttank des Raumtransportfahrzeugs handeln, dessen Inhalt innerhalb der dichteren Atmosphärenschichten aufgebraucht wurde und der somit nach dem Verlassen dieser dichteren Atmosphärenschichten abgeworfen werden kann. Ein solcher Treibstofftank erhöht zwar grundsätzlich die Komplexität und damit auch die Kosten der Unterrumpfstruktur, ermöglicht jedoch gleichzeitig eine weitere Verringerung der in den Erdorbit zu beschleunigenden Masse.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Unterrumpfstruktur ferner eine Klappe, bevorzugt mehrere Klappen, die derart ausfahrbar ist bzw. sind, dass die Verdichtungsstöße unter dem Tragflügel durch die Klappe oder die Klappen beeinflussbar sind. Insbesondere ist so eine Verschiebung einer Position eines Druckpunkts des Kompressionsauftriebs durch die Betätigung der Klappe oder Klappen realisierbar, d.h. der Druckpunkt des Kompressionsauftriebs kann durch die Klappe oder die Klappen verschoben werden. Vorzugsweise ist die Klappe bzw. sind die Klappen dabei seitlichen an der Unterrumpfstruktur angeordnet.
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Durch die bevorzugte Klappe oder Klappen der Unterrumpfstruktur kann der Effekt des Kompressionsauftriebs über einen größeren Geschwindigkeitsbereich aufrechterhalten und/oder in seiner Intensität verändert werden, was bei einem Raumtransportfahrzeug vorteilhaft ist, das nicht eine bestimmte Reisefluggeschwindigkeit einnimmt, sondern während seines Flugs durch die Erdatmosphäre immer schneller wird. Außerdem kann auf diese Weise die Druckpunktlage nicht nur im Hinblick auf den zu durchfliegenden Geschwindigkeitsbereich, sondern auch auf eine mögliche Änderung der Schwerpunktlage angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Unterrumpfstruktur ferner ein Radfahrwerk, das zur Unterstützung des Raumtransportfahrzeuges während seines Startlaufs geeignet ist. In dieser Ausführungsform nimmt die Unterrumpfstruktur nicht nur eine Verkleidungsfunktion wahr, sondern trägt während des Startlaufs auch Lasten der Unterrumpfstruktur und/oder anderer Teile des Raumtransportfahrzeuges. Die Unterrumpfstruktur kann in diesem Fall etwas stabiler und massiver ausgebildet werden, was zu einer höheren Masse der Unterrumpfstruktur führen kann. Andererseits kann somit zumindest ein Teil der Masse eines separaten Startfahrwerks eingespart werden, wobei die zusätzliche Masse der Unterrumpfstruktur mit dieser im Verlaufe des Fluges abgeworfen und die in den Orbit zu beschleunigende Masse somit gegenüber der Abflugmasse weiter reduziert werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Unterrumpfstruktur ferner einen Fallschirm für eine sanfte Landung der abgeworfenen Unterrumpfstruktur auf der Erde, ein solcher Fallschirm ist insbesondere bei Ausführungsformen von Bedeutung, in denen die Unterrumpfstruktur einen erheblichen Kostenbeitrag zum Flug in den Erdorbit leistet oder in dem die Unterrumpfstruktur bei ihrem Auftreffen auf die Erde eine Gefahr für Lebewesen oder Gegenstände darstellen könnte. Insbesondere bei einer leichten und lediglich als Verkleidung dienenden Unterrumpfstruktur ist es jedoch auch möglich, auf einen solchen Fallschirm zu verzichten, vor allem dann, wenn die Flugbahn des Raumtransportfahrzeugs so geplant ist, dass die Unterrumpfstruktur auf dem Meer oder in einem nicht besiedelten Gebiet wie etwa einer Wüste auf die Erde auftreffen wird.
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Ein erfindungsgemäßes Raumtransportfahrzeug mit einem Rumpf und einem Tragflügel, das dazu ausgestaltet ist, einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie mit Überschallgeschwindigkeit oder Hyperschallgeschwindigkeit zu folgen, umfasst eine abwerfbare Unterrumpfstruktur, die zum Verkleiden einer unter dem Rumpf und/oder unter dem Tragflügel getragenen Nutzlast lösbar unter dem Raumtransportfahrzeug angebracht ist. Dabei ist die Unterrumpfstruktur so geformt und an dem Raumtransportfahrzeug angeordnet, dass die Verdichtungsstöße, die im Überschallflug und Hyperschallflug durch die Unterrumpfstruktur entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen.
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Mit Vorteil handelt es sich bei der Unterrumpfstruktur um eine wie vorstehenden beschriebene Unterrumpfstruktur.
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Ein solches Raumtransportfahrzeug ermöglicht es, Nutzlasten wesentlich effizienter in den Erdorbit zu transportieren, als es mit konventionellen Trägersystemen möglich ist, und kann damit eine Realisierung des Konzepts eines voll wiederwendbaren Single-Stage-To-Orbit Raumtransportfahrzeuges darstellen.
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Bevorzugt weist das Raumtransportfahrzeug nach dem Abwerfen der Unterrumpfstruktur eine flache Unterseite auf. Eine solche flache Unterseite ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre, bei dem sehr hohe thermische Belastungen auf das Raumtransportfahrzeug durch die Reibung der Luft am Raumtransportfahrzeug entstehen. Eine flache Unterseite führt beispielsweise dazu, dass ein Hitzeschild oder ähnliche Einrichtungen zum Schutz des Raumtransportfahrzeuges wirksam angebracht und genutzt werden können. Weiterhin verhindert eine flache Unterseite die Entstehung von sekundär-Verdichtungsstößen an Strömungshindernissen, welche zu lokalen Temperaturüberhöhungen und entsprechenden Zusatzbelastungen des Hitzeschildes führen würden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Raumtransportfahrzeug ferner ein Hitzeschutzpaneel, das vom Rumpf und/oder Tragflügel ausfahrbar ist, insbesondere um die Nutzlast nach einem Abwerfen der Unterrumpfstruktur vor einer aerothermomechanischen Last zu schützen, und an den Rumpf und/oder den Tragflügel einfahrbar ist, insbesondere um bei einem Wiedereintritt des Raumtransportfahrzeuges in die Erdatmosphäre eine aerothermodynamische Belastung auf das Raumtransportfahrzeug aufzunehmen.
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Bevorzugt umfasst das Raumtransportfahrzeug dabei mehrere Hitzeschutzpaneele, die vorzugsweise frontal und seitlich bezüglich der Nutzlast angeordnet und entsprechend ausfahrbar sind. Auch nur frontal oder nur seitlich bezüglich der Nutzlast angeordnete ausfahrbare Hitzeschutzpaneele sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Das Hitzeschutzpaneel dient oder die Hitzeschutzpaneele dienen insbesondere dem Schutz der Nutzlast, nachdem die Unterrumpfstruktur abgeworfen wurde und kommen zu diesem Zweck eher in Atmosphärenschichten mit sehr dünner Luft zum Einsatz. In diesen Atmosphärenschichten fliegt das Raumtransportfahrzeug kaum noch aufgrund von aerodynamischem Auftrieb, so dass die mit dem Abwurf der Unterrumpfstruktur fehlende Unterstützung durch den Kompressionsauftrieb und der gegebenenfalls zunehmende Widerstandsbeiwert des Raumtransportfahrzeugs ebenfalls vernachlässigbar sind. Die geringere Masse des Raumtransportfahrzeuges nach dem Abwurf der Unterrumpfstruktur verbessert jedoch die Effizienz der weiteren Beschleunigung nach dem Raketenprinzip, und die ohnehin für den Wiedereintritt erforderlichen Hitzeschutzpaneele können im ausgefahrenen Zustand die Nutzlast beispielsweise vor, Druckstößen und vor aerothermodynamischen Belastungen schützen.
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Durch die vorliegende Erfindung können bestehende Konzepte bei Raumtransportfahrzeugen so weiterentwickelt werden, dass die mögliche Nutzlast erhöht und somit die Kosten zum Transportieren der Nutzlast in den Erdorbit erheblich verringert werden können.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche.
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Figurenliste
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- 1a und 1b zeigen eine Ansicht eines Raumtransportfahrzeugs von unterhalb eines Rumpfs und eines Tragflügels mit einer bevorzugten Unterrumpfstruktur.
- 2 zeigt eine Ansicht eines Raumtransportfahrzeugs von unterhalb des Rumpfs und des Tragflügels mit einer weiteren bevorzugten Unterrumpfstruktur.
- 3a bis 3c zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit abwerfbarer Unterrumpfstruktur.
- 3d zeigt eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit daran angebrachter Nutzlast nach Abwurf der Unterrumpfstruktur.
- 4a und 4b zeigen eine Vorderansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit darunter angebrachter Unterrumpfstruktur.
- 5a und 5b zeigen eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeuges mit frontal vor der Nutzlast angeordnetem Hitzeschutzpaneel zum Schutz der Nutzlast.
- 6a und 6b zeigen eine schematische Frontansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit seitlich zur Nutzlast angeordneten Hitzeschutzpaneelen zum Schutz der Nutzlast.
- 7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeugs mit einer weiteren bevorzugten Unterrumpfstruktur.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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1a und 1b zeigen eine schematische Ansicht von unten auf ein Raumtransportfahrzeug 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das Raumtransportfahrzeug 12 weist eine abwerfbare Unterrumpfstruktur 10 auf, die unter dem Rumpf bzw. dem Tragflügel des Raumtransportfahrzeuges 12 angebracht ist. Die Unterrumpfstruktur 10 ist dabei so geformt, dass Verdichtungsstöße 14, die im Überschallflug und Hyperschallflug an der Unterrumpfstruktur 10 entstehen, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb erzeugen. Hierdurch erhöht sich auf grundsätzlich bekannte Weise die Gleitzahl des Raumtransportfahrzeugs in Flugzuständen, in denen das Raumtransportfahrzeug einer auftriebsunterstützten Aufstiegstrajektorie folgt. Somit kann durch den Kompressionsauftrieb der Widerstand des Raumtransportfahrzeugs reduziert werden, was dazu führt, dass die für die Beschleunigung in den Erdorbit benötigte Energie gegenüber bisherigen Raumtransportfahrzeugen geringer ist.
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Verschiedene Formen von Unterrumpfstrukturen sind grundsätzlich dazu geeignet, eine solche Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb zu erzeugen. 1a und 1b zeigen schematisch zwei verschiedene Beispiele, wobei in 1a eine abgerundete Spitze und in 1b eine scharfe Spitze angedeutet sind. Die Unterrumpfstrukturen können dabei auch verschiedene Öffnungswinkel haben und an ihrer Oberfläche zumindest abschnittsweise konkav, zumindest abschnittsweise konvex und/oder zumindest abschnittsweise plan ausgebildet sein.
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2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Raumtransportfahrzeuges 12 mit Unterrumpfstruktur 10. Im Gegensatz zu der in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsform weist die Unterrumpfstruktur 10 aus 2 zwei Klappen 16 an ihren Seiten auf, welche durch Aus- und Einfahren die Form und Anordnung sowie die Stärke der Verdichtungsstöße 14, 18 beim Überschallflug bzw. Hyperschallflug beeinflussen.
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Insbesondere wird durch ein Ausfahren der Klappen 16 ein sekundärer Verdichtungsstoß 18 erzeugt, der einen zusätzlichen, sekundären Kompressionsauftrieb in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich hervorruft, welcher primär der Regelung der Druckpunktlage und damit der aerodynamischen Trimmung des Raumtransportfahrzeugs dient. Sofern dieser sekundäre Kompressionsauftrieb nicht erzeugt werden kann oder soll, beispielsweise weil sich das Raumtransportfahrzeug 12 in einem hierfür ungeeigneten Geschwindigkeitsbereich befindet oder der zusätzliche Kompressionsauftrieb zu unerwünschter Verlagerung der Druckpunktlage führen würde, können die Klappen 16 zur Reduzierung des Luftwiderstands eingefahren werden. Außerdem können die Klappen 16 auch erst im Verlaufe des Fluges ausgefahren werden, um in einer Anfangsphase des Fluges den Luftwiderstand des Raumtransportfahrzeuges 12 zu minimieren.
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Die 3a bis 3c zeigen eine schematische Seitenansicht eines Raumtransportfahrzeugs 12 mit einer abwerfbaren Unterrumpfstruktur 10. Dabei sind verschiedene geometrische Ausgestaltungen der Unterrumpfstruktur 10 gezeigt, die illustrieren sollen, dass es verschiedenste Möglichkeiten dafür gibt, eine Druckerhöhung unter dem Tragflügel und dadurch Kompressionsauftrieb durch die im Überschallflug und Hyperschallflug entstehenden Verdichtungsstöße zu erzielen.
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3d zeigt eine schematische Seitenansicht des Raumtransportfahrzeugs 12 mit der nicht mehr von einer Unterrumpfstruktur abgedeckten Nutzlast 20. Die Nutzlast 20 nimmt erkennbar einen kleineren Raum ein, als die abwerfbare Unterrumpfstruktur, ist jedoch im Hinblick auf die gezielte Beeinflussung der Verdichtungsstöße und damit der Erzeugung des Kompressionsauftriebs und auch im Hinblick auf ihren Luftwiderstand nicht besonders ausgestaltet.
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4a und 4b zeigen eine schematische Frontansicht eines Raumtransportfahrzeugs 12 mit einem Rumpf 26 und einem Tragflügel 28 sowie der unter dem Tragflügel 28 angebrachten Unterrumpfstruktur 10. Diese Figuren zeigen wiederum verschiedene mögliche Ausgestaltungen der Geometrie der Unterrumpfstruktur 10.
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5a und 5b zeigen eine selektive, schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Raumtransportfahrzeuges 12. Die in den 5a und 5b gezeigte Konfiguration kann sich nach dem Abwerfen der Unterrumpfstruktur 10 einstellen. Die Nutzlast 20 ist im Wesentlichen freigelegt, wird nach dem Abwerfen der Unterrumpfstruktur jedoch noch durch ein Hitzeschutzpaneel 22 insbesondere vor einer aerothermomechanischen Last geschützt.
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In 5a ist das Hitzeschutzpaneel 22 frontal vor der Nutzlast 20 angeordnet. Nachdem die Nutzlast 20 sich vom Raumtransportfahrzeug 12 gelöst hat, kann das Hitzeschutzpaneel 22 wieder an die Oberfläche der Unterseite des Raumtransportfahrzeugs 12 eingefahren werden, um für den Wiedereintritt des Raumtransportfahrzeuges 12 in die Erdatmosphäre eine aerothermodynamische Belastung auf das Raumtransportfahrzeug 12 aufzunehmen. Das Hitzeschutzpaneel 22 kann bereits unter der Unterrumpfstruktur 10 ausgefahren gewesen sein oder erst nach dem Abwurf der Unterrumpfstruktur 10 ausgefahren werden.
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6a und 6b zeigen die Konfigurationen ähnlich den 5a und 5b in einer schematischen Frontansicht. 6b zeigt dabei, wie Hitzeschutzpaneele 22 an den Tragflügel 28 einfahrbar sind. Das frontseitige Hitzeschutzpaneel 22, das in 5a und 5b gezeigt ist, ist in 6a und 6b ausgelassen worden. Ähnlich sind die in 6a und 6b gezeigten seitlichen Hitzeschutzpaneele 22 in den 5a und 5b nicht gezeigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind Hitzeschutzpaneele 22 sowohl vor als auch neben der Nutzlast 20 angeordnet, um diese vor aerothermomechanischen Lasten und anderen äußeren Einflüssen zu schützen. Das Raumtransportfahrzeug 12 kann aber auch mit nur einem oder mehreren frontal zur Nutzlast 20 angeordneten Hitzeschutzpaneel oder Hitzeschutzpaneelen oder mit nur einem oder mehreren seitlich zur Nutzlast 20 angeordneten Hitzeschutzpaneel oder Hitzeschutzpaneelen ausgestattet sein.
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7 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Raumtransportfahrzeuges 12 mit einer Unterrumpfstruktur 10, wobei die in 7 gezeigte Unterrumpfstruktur 10 ein Radfahrwerk 24 umfasst, das zu Unterstützung des Raumtransportfahrzeugs 12 während seines Startlaufs geeignet ist. Das Radfahrwerk 24 kann bevorzugt separat nach dem Startlauf von der Unterrumpfstruktur und dem Raumtransportfahrzeug 12 gelöst werden oder nach dem Verlassen der Erdatmosphäre zusammen der Unterrumpfstruktur 10 vom Raumtransportfahrzeug 12 abgeworfen werden. Insbesondere in diesem zweiten Fall ist es vorteilhaft, wenn die Unterrumpfstruktur 10 ferner einen Fallschirm für eine sanfte Landung der abgeworfenen Unterrumpfstruktur 10 auf der Erde aufweist, weil vor allem das Radfahrwerk 24 eine erbliche Masse aufweisen kann, die beim Aufprall auf die Erde zu Kollateralschäden führen kann. Weiterhin kann bei einer Fallschirmlandung die mutmaßlich unbeschädigte Unterrumpfstruktur geborgen und widerverwendet werden.
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Die vorstehenden beschriebenen Beispiele dienen lediglich der Illustration der Erfindung in einigen bevorzugten Ausführungsformen und sind nicht einschränkend zu verstehen. Darüber hinaus ist es möglich, einzelne Merkmale einzelne Ausführungsformen mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen zu kombinieren.
