DE102019112132B4 - Luftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Luftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen:- das Luftfahrzeug umfasst eine Tragfläche (10),- die Tragfläche (10) ist von einem Mantelpropeller durchzogen und- der Mantelpropeller weist bewegliche obere Lamellen (11) und bewegliche untere Lamellen (12) auf, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- die Tragfläche (10) enthält ein Gestänge (13) und- die Lamellen (11, 12) sind über das Gestänge (13) angelenkt und in einer Grundstellung derart bündig mit der Tragfläche (10) angeordnet, dass die oberen Lamellen (11) und unteren Lamellen (12) Eintritts- und Austrittsöffnungen des Mantelpropellers bedecken.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, senkrecht start- und landefähiges (vertical take-off and landing, VTOL) Luftfahrzeug.
  • Als VTOL wird in der Luft- und Raumfahrttechnik sprachübergreifend jedwede Art von Flugzeug, Drohne oder Rakete bezeichnet, welche die Fähigkeit besitzt, im Wesentlichen senkrecht und ohne Start- und Landebahn abzuheben und wieder aufzusetzen. Dieser Sammelbegriff wird nachfolgend in einem weiten Sinne verwendet, der nicht nur Starrflügelflugzeuge mit Tragflächen, sondern ebenso Drehflügler wie Hub-, Trag-, Flugschrauber und Hybride wie Verbundhub- oder Kombinationsschrauber sowie Wandelflugzeuge einschließt. Erfasst seien des Weiteren Luftfahrzeuge mit der Fähigkeit, auf besonders kurzen Strecken zu starten und zu landen (short take-off and landing, STOL), auf kurzen Strecken zu starten, aber senkrecht zu landen (short take-off and vertical landing, STOVL) oder senkrecht zu starten, aber horizontal zu landen (vertical take-off and horizontal landing, VTHL).
  • GB 2 555 440 A , US 2 988 301 A und US 3 110 456 A offenbaren jeweils den Gegenstand des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • US 2008 / 0 054 121 A1 offenbart ein VTOL-Luftfahrzeug mit einem Rumpf, der vordere und hintere Antriebseinheiten mit jeweils einem Propeller aufweist, welcher in einer offenen Kanalwand angeordnet ist, deren nach vorne gerichteter Abschnitt eine gewölbte, nach vorne gerichtete Sperre umfasst, die durch eine horizontale Gleitbewegung den nach vorne gerichteten Abschnitt für den Reiseflug öffnet.
  • WO 2016/066848 A1 beschreibt ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug. Das Antriebsmodul umfasst zwei Antriebseinrichtungen mit insgesamt zumindest drei Impellern mit Rotorblattern, die mit je einer Schwenkeinrichtung derart gekoppelt sind, dass zumindest zwei der Impeller in einer Ausgangsstellung sich wahlweise Oberdecken oder nebeneinander angeordnet sind, wobei die Schwenkeinrichtungen zwei unterschiedliche Schwenkachsen aufweisen.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Leistungsoptimierung eines gattungsmäßigen Luftfahrzeugs.
  • Die Erfindung stellt zur Lösung dieser Aufgabe ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne senkrecht start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
  • Um ein kompaktes Design in einem VTOL-Konzept unter Berücksichtigung von Auftrieb und Reiseflug zu erreichen, sind erfindungsgemäß Hubrotoren in das Flügelprofil integriert. Die Erfindung trägt gleichwohl dem Umstand Rechnung, dass die Auftriebsleistung für die Reiseflug- und Übergangsflugphasen durch „Löcher“ in der Tragfläche ernsthaft beeinträchtigt würde. Umgekehrt wäre die Leistung der Mantelpropeller in Hub- und Übergangsphase ernsthaft gemindert, wenn im Hinblick auf die besagte Beeinträchtigung ihre Größe übermäßig reduziert würde.
  • Durch die erfindungsgemäße Verringerung des Luftwiderstands und Erhöhung des Auftriebs wird eine Verringerung der erforderlichen Leistung erreicht.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann das Luftfahrzeug etwa mit abgeknickten oder gar wahlweise abknickbaren Tragflächen ausgestattet sein. Eine entsprechende Variante vergrößert die im Horizontalflug wirksame Flügelfläche, ohne aber die Standfläche des Luftfahrzeuges auszudehnen.
  • Ferner mag das Luftfahrzeug über ein schnell ladbares Batteriesystem verfügen, welches die Antriebsenergie für Senkrechtstart und -landung sowie Horizontalflug bereitstellt und eine kurzfristige Aufladung des Luftfahrzeuges im Stand ermöglicht.
  • Zum Antrieb des Luftfahrzeuges können hierbei anstelle freifahrender Rotoren mehrere Mantelpropeller (ducted fans) auch unterschiedlicher Größe zum Einsatz kommen, wie sie abseits der Luftfahrttechnik etwa von Luftkissenfahrzeugen oder Sumpfbooten bekannt sind. Das den Propeller umgebende zylindrische Gehäuse vermag in einer derartigen Ausführungsform die Schubverluste infolge von Verwirbelungen an den Blattspitzen beträchtlich zu reduzieren. Geeignete Mantelpropeller mögen horizontal oder vertikal ausgerichtet, zwischen beiden Stellungen schwenkbar ausgeführt oder aus aerodynamischen Gründen im Horizontalflug durch Lamellen (louvers) abgedeckt sein. Zudem ist eine reine Horizontalschuberzeugung mittels feststehender Mantelpropeller denkbar.
  • Schließlich kommt - neben einem vorzugsweise vollautonomen Betrieb des Luftfahrzeuges - bei hinreichender Qualifikation auch die Einräumung einer manuellen Kontrolle an den menschlichen Piloten in Betracht, was der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine größtmögliche Flexibilität in der Handhabung verleiht.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
    • 1 zeigt den Querschnitt einer Tragfläche während des Horizontalfluges.
    • 2 zeigt eine Draufsicht der Tragfläche während des Horizontalfluges.
    • 3 zeigt einen Querschnitt der Tragfläche im Vertikalflug und Übergang zum Horizontalflug.
    • 4 zeigt eine Draufsicht der Tragfläche im Vertikalflug und Übergang zum Horizontalflug.
  • Die Figuren illustrieren in ihrer Zusammenschau die konstruktiven Merkmale einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges.
  • Um eine gute Leistung sowohl der Tragfläche (10) als auch der Hubrotoren zu gewährleisten, sind deren Kanäle von einem Satz Lamellen (11, 12) mit einem Tragflächenprofil sowohl auf der oberen als auch der unteren Flügelfläche abgedeckt, die durch ein Gestänge (13) betätigt werden, welches ihre Anstellung in einem beliebigen Winkel ermöglicht.
  • Während des Reisefluges bleiben die Lamellen (11, 12) geschlossen, sodass der in den 1 und 3 durch einen Aufwärtspfeil markierte Auftrieb der Tragfläche (10) maximiert wird. Während des Vertikalfluges sind die Lamellen (11, 12) geöffnet, um den Luftmassenstrom zu maximieren, der in den Propeller eintritt, und somit den in 3 zeichnerisch durch einen weiteren Pfeil angedeuteten Auftrieb zu verbessern.
  • Während des Übergangs werden die Luftklappen in eine Reihe von Positionen bewegt, sodass der gemeinsam durch Tragfläche (10), Hubrotor und Lamellen (11, 12) bewirkte Auftrieb bei jedweder Geschwindigkeit und beliebigem Anströmwinkel maximiert wird.

Claims (8)

  1. Luftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen: - das Luftfahrzeug umfasst eine Tragfläche (10), - die Tragfläche (10) ist von einem Mantelpropeller durchzogen und - der Mantelpropeller weist bewegliche obere Lamellen (11) und bewegliche untere Lamellen (12) auf, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Tragfläche (10) enthält ein Gestänge (13) und - die Lamellen (11, 12) sind über das Gestänge (13) angelenkt und in einer Grundstellung derart bündig mit der Tragfläche (10) angeordnet, dass die oberen Lamellen (11) und unteren Lamellen (12) Eintritts- und Austrittsöffnungen des Mantelpropellers bedecken.
  2. Luftfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug weist einen vollelektrischen Antrieb auf.
  3. Luftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst abgeknickte oder abknickbare Tragflächen.
  4. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst ein schnell ladbares Batteriesystem.
  5. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Mantelpropeller umfassen waagerecht feststehende Mantelpropeller für Start und Landung.
  6. Luftfahrzeug nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug ist derart konfiguriert, dass die Lamellen (11, 12) in einem Reiseflug die Grundstellung einnehmen.
  7. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst senkrecht feststehende Mantelpropeller zum Erzeugen eines Vortriebes.
  8. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug ist wahlweise vollautonom steuerbar.
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