DE1176488B - Short take-off aircraft with propeller engines arranged symmetrically to the fuselage on the wing - Google Patents

Description

Kurzstartflugzeug mit symmetrisch zum Rumpf am Flügel angeordneten Luftschraubentriebwerken Die Erfindung befaßt sich mit Kurzstartflugzeugen, deren Tragflügel im Druck- oder Sogbereich von mehreren Luftschraubenstrahlen liegen und die Mittel zur Umlenkung des Schraubenstrahls nach unten aufweisen, wie z. B. Umlenkklappen an der Tragflügelhinterkante oder Schwenkmechanismen zur Drehung der Propellerebene bei Druckschrauben.Short take-off aircraft with symmetrically arranged to the fuselage on the wing Propeller engines The invention is concerned with short take-off aircraft, their Wing are in the pressure or suction area of several propeller jets and have the means for deflecting the screw beam downwards, such as. B. flaps on the wing trailing edge or pivot mechanisms to rotate the propeller plane with pressure screws.

Bei derartigen Flugzeugen ist die Beherrschung der Längsmomente bei verschiedenen Betriebszuständen besonders schwierig. Das trifft besonders auf die Startphase und den Landeanflug zu, denn dort ist einerseits die Fluggeschwindigkeit sehr niedrig, so daß die aerodynamischen Leit- und Steuerflächen wenig wirksam sind, andererseits können durch das Ausfahren der Umlenkklappen oder durch das Schwenken der Propellerebene große Längsmomentenänderungen verursacht werden. Eine weitere Längsmomentenänderung, die sehr plötzlich auftreten kann und deshalb besonders kritisch ist, erzeugt der Ausfall eines Triebwerks bei ausgelenkten Klappen, da bei Flugzeugender genannten Art der Längsmomentenbeiwert in der Regel stark von der Geschwindigkeit des Propellerstrahls abhängt. Auch eine gemeinsame Verbindungswelle zwischen den Luftschrauben, wie sie. bei Flugzeugen dieser Art häufig aus Sicherheitsgründen angewandt wird, kann solch ein plötzliches Vermindern der mittleren Scrhaubenstrahlgeschwindigkeit und der damit verbundenen Längsmomentenänderung bei Triebwerksausfall nicht vermeiden. Bei der allerdings selteneren Luftschraubenstörung ist in diesem Fall sogar eine besonders große Längsmomentenänderung zu erwarten.In such aircraft, the control of the longitudinal moments is at different operating states particularly difficult. This is especially true of the The take-off phase and the approach to landing, because on the one hand there is the airspeed very low, so that the aerodynamic guide and control surfaces are not very effective, on the other hand, by extending the deflection flaps or by pivoting large changes in longitudinal moment are caused in the propeller plane. Another Change in longitudinal moment that can occur very suddenly and is therefore particularly critical is caused by the failure of an engine when the flaps are deflected, as at the end of the aircraft The type of longitudinal moment coefficient mentioned usually depends heavily on the speed depends on the propeller jet. Also a common connecting shaft between the Propellers like her. in aircraft of this type often for safety reasons such a sudden decrease in the mean hood jet velocity may be applied and the associated change in longitudinal torque in the event of an engine failure. In the case of the less common propeller malfunction, there is even one in this case particularly large changes in longitudinal moment are to be expected.

Es sind Steuermethoden zur Verbesserung der Längssteuerbarkeit bei Kurzstartflugzeugen in der Landephase bekannt, z. B. durch Strahlreaktion mit Hilfe von besonderen Steuerdüsen an Heck oder Bug des Fluggerätes oder auch durch Propeller mit überwiegend senkrechter Achse, die in der Start-und Landephase vom Haupttriebwerk aus gespeist werden.There are control methods to improve longitudinal steerability Short take-off aircraft known in the landing phase, z. B. by beam reaction with the help by special control nozzles at the stern or bow of the aircraft or by propellers with a predominantly vertical axis, which is used in the take-off and landing phase by the main engine be fed from.

Diese Maßnahmen haben den Nachteil, daß sie Zusatzeinrichtungen benötigen, deren Gewichts- und Raumbedarf nur in der verhältnismäßig kurzen Start-und Landephase nutzbringend zu verwerten sind. Zudem erfordern diese eine Leistungsentnahme am Haupttriebwerk in einer Phase, in der schon aus Sicherheitsgründen die gesamte Triebwerksleitung zur Verfügung stehen sollte. Schließlich bereitet das Bereitstellen von Abzapfluft bei Kolbentriebwerken, die hier mit einbezogen werden müssen, Schwierigkeiten, die nicht ohne weitere Zusatzeinrichtungen zu umgehen sind. Aufgabe der Erfindung ist es, bei Kurzstartflugzeugen mit symmetrisch zum Rumpf am Flügel angeordneten Luftschraubentriebwerken, insbesondere bei solchen mit Luftschraubenstrahlumlenkung; die Längssteuerbarkeit und die Längstrimmöglichkeit in der Start- und Landephase zu verbessern, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Einrichtungen. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein zusätzliches selbständiges Triebwerksystem in der Längssymmetrieebene des Flugzeuges, das nur der Vortriebserzeugung dient und dessen Schubvektor zum Gesamtschwerpunkt des Flugzeugs mit Abstand verläuft, so daß durch Leistungsänderung des zusätzlichen Triebwerkssystems Momente um die Querachse erzeugt werden können.These measures have the disadvantage that they require additional equipment, their weight and space requirements only in the relatively short take-off and landing phase are to be used profitably. In addition, these require a service withdrawal on Main engine in a phase in which, for safety reasons, the entire engine line should be available. Finally, the provision of bleed air prepares with piston engines, which must be included here, difficulties that cannot be circumvented without additional equipment. The object of the invention is es, in the case of short take-off aircraft with propellers arranged symmetrically to the fuselage on the wing, especially for those with propeller jet deflection; the longitudinal controllability and to improve the longitudinal trim option in the take-off and landing phase, while avoiding it the disadvantages of the known devices. This is achieved according to the invention by an additional independent engine system in the plane of longitudinal symmetry of the aircraft, which only serves to generate propulsion and its thrust vector to the overall center of gravity of the aircraft runs at a distance, so that by changing the power of the additional Engine system moments can be generated around the transverse axis.

Dieses in der Längssymmetrieebene liegende Marschtriebwerk wird zweckmäßigerweise im Rumpfbug oder im Rumpfheck angebracht. Besondere Vorteile ergeben sich hierbei noch, wenn dieses Triebwerk dazu benutzt wird, die Leitwerksströmung in der Start- und Landephase hinsichtlich Anströmgeschwindigkeit und Anströmrichtung zu verbessern.This cruise engine lying in the longitudinal plane of symmetry is expedient mounted in the bow of the fuselage or in the stern of the fuselage. This results in particular advantages still, if this engine is used to control the tail flow in the take-off and to improve the landing phase with regard to the flow velocity and direction of the flow.

Im einfachsten Fall weist ein solches Flugzeug drei Triebwerke mit drei Luftschrauben auf, wobei zwei der Triebwerke symmetrisch zum Rumpf an den Flügeln angeordnet sind und gegebenenfalls durch eine Verbindungswelle mechanisch miteinander gekuppelt sein können. Das dritte Triebwerk ist im Rumpf, beispielsweise im Heck, angeordnet, so daß also insgesamt wenigstens zwei voneinander unabhängige Triebwerkseinheiten vorhanden sind. Die beiden an den Flügeln befindlichen Triebwerke werden in der oben beschriebenen Weise zur Auftriebserzeugung mittels Strahlumlenkung herangezogen. Die Umlenkung des Luftschraubenstrahls kann beispielsweise durch die bereits- erwähnten Klappensysteme erfolgen. Das Hecktriebwerk ist etwa in der Weise angeordnet, daß seine Luftschraube hinter dem Leitwerk liegt. Sie kann jedoch prinzipiell auch eine andere Lage einnehmen. Durch die genannte Ausbildung ist es möglich, bei Triebwerksausfall sofort einen großen Teil des Antriebsverlustes und der Längsmomentenstörung wieder auszugleichen.In the simplest case, such an aircraft has three engines three propellers on, with two of the engines symmetrical to the fuselage on the wings are arranged and, if necessary, mechanically with one another by a connecting shaft can be coupled. The third engine is in the fuselage, for example in the stern, arranged, so that a total of at least two independent engine units available. The two engines on the wings are in the above-described manner used to generate buoyancy by means of beam deflection. The deflection of the propeller jet can, for example, be carried out by the aforementioned Flap systems take place. The tail engine is arranged approximately in such a way that his propeller behind that Tail unit lies. However, it can in principle also take a different position. Through the aforementioned training, it is possible at Engine failure immediately accounts for a large part of the drive loss and the longitudinal torque disturbance to balance again.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und ein Flugzeug mit Rumpf 1 und Tragflächen 2 gezeigt. Das Flugzeug ist als Hochdecker ausgebildet. Unter den Tragflächen 2 ist auf beiden Seiten des Rumpfes je ein Triebwerk 4 mit einer Luftschraube 5 angeordnet. Um den Luftschraubenstrahl umlenken und zur Auftriebserzeugung heranzeichen zu können, sind an der Tragfläche 2 Klappensysteme 3 vorgesehen, die im ausgefahrenen Zustand eingezeichnet sind. Mit S ist der Gesamtschwerpunkt des Flugzeugs bezeichnet. Im Heck erkennt man das zusätzliche Triebwerk 6 mit seiner Luftschraube 7, die im Bereich des Leitwerks 8 bzw. 9 liegt. Das Hecktriebwerk 6 ist gegenüber dem Gesamtschwerpunkt S höher angeordnet, so daß sein Schubvektor ein kopflastiges Moment erzeugt. Eine Abänderung kann auch noch so getroffen werden, daß das zusätzliche Triebwerk nicht im Heck, sondern in an sich bekannter Weise im Rumpfvorderteil, z. B. im Bug, in überhöhter Lage angeordnet ist und sein Luftschraubenstrahl im wesentlichen über die Tragfläche 2 hinweg verläuft. In diesem Fall ist auch das Höhenleitwerk 8 überhöht angeordnet, so daß es im Bereich dieses Luftschraubenstrahls liegt.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing and an aircraft with fuselage 1 and wings 2 is shown. The plane is designed as a high-wing aircraft. Under the wings 2 is on both sides of the One engine 4 with a propeller 5 is arranged on the fuselage. Around the propeller jet to be able to deflect and to be able to indicate the generation of lift are on the wing 2 flap systems 3 are provided, which are shown in the extended state. The overall center of gravity of the aircraft is denoted by S. You can see that in the stern additional engine 6 with its propeller 7, which is in the area of the tail unit 8 and 9 respectively. The tail engine 6 is higher than the overall center of gravity S. arranged so that its thrust vector generates a top-heavy moment. One change can also be made so that the additional engine is not in the stern, but in a manner known per se in the front part of the fuselage, e.g. B. in the bow, in excessive Position is arranged and its propeller jet essentially over the wing 2 runs away. In this case, the horizontal stabilizer 8 is also arranged in an elevated position, so that it lies in the area of this propeller jet.

Beim Umlenken der Luftschraubenstrahlen nach unten zwecks Auftriebserzeugung, also z. B. beim Ausfahren der erwähnten Klappensysteme 3, tritt im allgemeinen ein kopflastiges Moment auf. Dabei ist die Größe dieses Moments abhängig von der Intensität der Luftschraubenstrahlen und von der Klappenstellung. Es sei angenommen, daß die beiden an den Flügeln liegenden Triebwerke mechanisch miteinander gekuppelt sind. Wenn nun die von den Triebwerken abgegebene Triebwerksgesamtleistung infolge Ausfall eines Triebwerks auf die Hälfte zurückgeht, so nimmt dementsprechend der Schub der Luftschraubenstrahlen um einen gewissen Betrag ab, wodurch ein geringeres kopflastiges Moment verursacht wird. War der Flugzustand bezüglich der Kopflastigkeit ausgetrimmt, so wird das Flugzeug nun schwanzlastig sein. Dadurch, daß der Schubvektor des Hecktriebwerks 6 gegenüber dem Gesamtschwerpunkt S des Flugzeugs nach oben versetzt ist, kann durch Leistungserhöhung an der Schubschraube die Schwanzlastigkeit behoben werden. In ähnlicher Weise können Störungen an den Luftschrauben, die normalerweise durch Ausfall der Luftschraubenregelung bedingt sind, kompensiert werden.When deflecting the propeller jets downwards to generate lift, so z. B. when extending the mentioned flap systems 3, occurs in general top-heavy moment. The size of this moment depends on the intensity the propeller jets and the flap position. It is assumed that the the two engines on the wings are mechanically coupled to one another. If now the total engine power output by the engines as a result of failure of an engine is reduced by half, the thrust decreases accordingly Propellers emit a certain amount, creating a lower top-heavy Moment is caused. If the flight condition was trimmed in terms of top-heaviness, so the plane will now be tail heavy. Because the thrust vector of the tail engine 6 is offset upwards in relation to the overall center of gravity S of the aircraft, can through Increase in power at the thrust screw the tail-heaviness can be corrected. In Similarly, the propellers can malfunction, normally due to failure due to the propeller control are compensated.

Es wird dabei davon ausgegangen, daß beispielsweise beim Landeanflug die an den Flügeln angeordneten Triebwerke mit Volleistung arbeiten und die Lauftschraubenstrahlen der vorderen Triebwerke nach unten umgelenkt werden, wogegen das Hecktriebwerk nur mit Teillast betrieben wird. Tritt nun an den Triebwerken am Tragwerk eine Leistungs- t verminderung auf, so führt dies zunächst zu einer Längsmomentenänderung im schwanzlastigen Sinn. Der Flugzeugführer ist in der Lage, sobald die Leistungsminderung der vorderen Triebwerke eintritt, die Leistung des Hecktriebwerks zu steigern und c dadurch einen Ausgleich der Längsmomente zu erreichen. Die Versetzung des Schubvektors gegenüber dem Gesamtschwerpunkt des Flugzeugs und die Schubvariationsmöglichkeit am Hecktriebwerk sind so eingerichtet, daß die dadurch erreichbaren Längsmomentenänderungen abgestimmt sind mit den Längsmomentenänderungen, die sich im Fall ausgefahrener Umlenkklappen im Langsamflugzustand bei Ausfall eines an den Flügeln angeordneten Triebwerks ergeben.It is assumed that, for example, during the landing approach the engines arranged on the wings work at full power and the propeller jets the front engines are deflected downwards, whereas the rear engine only is operated with partial load. If there is now a power output on the engines on the structure t reduction, this initially leads to a change in the longitudinal moment in the tail-heavy Sense. The pilot is able once the derating from the front Engines occurs to increase the power of the tail engine and c thereby a To achieve compensation of the longitudinal moments. The displacement of the shear vector opposite the overall center of gravity of the aircraft and the possibility of thrust variation on the tail engine are set up in such a way that the longitudinal torque changes that can be achieved are matched are with the longitudinal torque changes that occur in the case of extended deflection flaps result in slow flight if an engine arranged on the wings fails.

Die Anordnung eines unabhängigen Triebwerks im Rumpfheck bietet darüber hinaus noch weitere Vorteile. Erfahrungsgemäß treten bei starker Strahlumlenkung nach unten, z. B. durch die Klappensysteme 3 oder durch Schwenktriebwerke, an dem dahinterliegenden Höhenleitwerk 8 erhebliche Abwindänderungen auf, die unter Umständen ein unerwünschtes Abreißen der Strömung am Leitwerk zur Folge haben können. Die beschriebene Anordnung des zusätzlichen Triebwerks, insbesondere die Anordnung der Heckschraube im Bereich des Leitwerks bedingt aber, daß die das Höhenleitwerk beaufschlagende Strömung durch den Luftschraubenstrahl, z. B. durch das Soggebiet der Schraube bei Anordnung einer Luftschraube hinter dem Leitwerk, beschleunigt und auch in der Strömungsrichtung beeinflußt wird. Es wird also die Strömung im Gebiet des Leitwerks hinsichtlich Größe und Richtung verbessert. Es wird dadurch die Gefahr wesentlich vermindert, daß gerade im kritischen Flugzustand, wenn die Triebwerksleistung zur Auftriebserzeugung stark herangezogen wird, die Strömung sich ablöst und das Flugzeug außer Kontrolle gerät.The arrangement of an independent engine in the fuselage stern offers above there are also other advantages. Experience has shown that this occurs when the beam is strongly deflected downwards, e.g. B. by the flap systems 3 or by swivel drives on which downstream horizontal stabilizer 8 significant downdraft changes that may occur can result in an undesired breakdown of the flow at the tail unit. the described arrangement of the additional engine, in particular the arrangement of the However, the stern thruster in the area of the tail unit requires that the one acting on the horizontal tail unit Flow through the propeller jet, e.g. B. by the suction area of the screw Arrangement of a propeller behind the tail unit, accelerated and also in the direction of flow being affected. So it is regarding the flow in the area of the tail unit Improved size and direction. This significantly reduces the risk of that especially in the critical flight condition, when the engine power to generate lift heavily dragged in, the flow loosens and the plane out of control device.

Hinzu kommt noch, daß es bei Kurzstartflugzeugen mit zusätzlichem Hecktriebwerk auf besonders einfache Weise möglich wird, beispielsweise durch Abzapfen von Triebwerksluft oder durch besondere vom Hecktriebwerk gesteuerte Einrichtungen, die Grenzschicht am Leitwerk zu beeinflussen und dadurch die Steuerwirkung im Bereich kleiner Fluggeschwindigkeit zu verbessern. Dies ist besonders vorteilhaft, weil ohne die genannten Maßnahmen zur Erhöhung der Steuerwirksamkeit im Langsamflug die Leitwerkflächen überdimensional groß gestaltet werden müßten. Die Erfahrung mit Flugzeugen, die derart große Leitwerke haben, zeigt jedoch, daß im Normalflug die großen Leitwerkflächen eine unerwünschte Beeinträchtigung der Flugeigenschaften mit sich bringen.In addition, there is an additional short take-off aircraft with Tail engine is possible in a particularly simple manner, for example by tapping from engine air or by special devices controlled by the tail engine, To influence the boundary layer at the tail unit and thereby the control effect in the area lower airspeed to improve. This is especially beneficial because without the measures mentioned to increase the tax effectiveness in slow flight the Tail surfaces would have to be made oversized. The experience with Airplanes that have such large tail units, however, show that in normal flight the large tail surfaces an undesirable impairment of the flight characteristics entail.

Die Anordnung von Triebwerken im Rumpfheck mit einer Luftschraube im Bereich des Leitwerks ist an sich bekannt. Es ist auch bekannt, Triebwerke mit Luftschrauben sowohl im Bug als auch im Heck anzuordnen. Doch handelt es sich hierbei nicht um Flugzeuge mit Kurzstarteigenschaften, sondern um Flugzeuge mit einem kleinen Landewinkel, denn eine am Rumpfheck angeordnete Luftschraube bedingt grundsätzlich wegen des erforderlichen Bodenabstandes einen kleinen Landewinkel. Bei Flugzeugen herkömmlicher Bauart können aber bei kleinen Landewinkeln keine großen Auftriebe am Flügel erreicht werden. Kurzstartflugzeuge, bei denen die Erzielung großer Auftriebe am Flügel Voraussetzung ist, müssen, falls sie von herkömmlicher Bauart sind, bei der Landung aber einen großen Anstellwinkel aufweisen, so daß eine Verwendung von Hecktriebwerken nicht möglich ist. Erst die in neuerer Zeit entwickelten Kurzstartflugzeuge mit Umlenkung des Luftschraubenstrahls zur direkten Auftriebserzeugung, z. B. durch Klappensysteme, ermöglichen es, großen Auftrieb schon bei kleinen Längsneigungswinkeln, d. h. bei kleinen Anstellwinkeln des Flugzeugs, zu erreichen. Dadurch ist es möglich, die an sich bekannten Hecktriebwerke mit Luftschrauben in einer neuen Weise zu verwenden und dadurch die Sicherheit bei Kurzstartflugzeugen weiter zu verbessern.The arrangement of engines in the fuselage stern with a propeller in the area of the tail unit is known per se. It is also known to have thrusters To arrange propellers both in the bow and in the stern. But it is here not about planes with short take-off characteristics, but about planes with a small one Landing angle, because a propeller arranged at the rear of the fuselage is fundamentally necessary a small landing angle because of the required distance to the ground. With airplanes conventional designs cannot, however, have great lifts at small landing angles can be reached on the wing. Short take-off aircraft in which the achievement of large lifts on the wing is a prerequisite, must, if they are of conventional design the landing but have a large angle of attack, so that a use of Tail engines is not possible. Only the recently developed short take-off aircraft with deflection of the propeller jet for direct lift generation, e.g. B. by Flap systems make it possible to achieve great lift even at small angles of inclination, d. H. at small angles of attack of the aircraft, to reach. Through this it is possible to use the known tail engines with propellers in one new way to use and thereby further the safety of short take-off aircraft to improve.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Kurzstartflugzeug mit symmetrisch zum Rumpf an den Flügeln angeordneten Luftschraubentriebwerken und mit Einrichtungen, um den Luftschraubenstrahl zur direkten Auftriebserzeugung nach unten umzulenken, gekennzeichnet durch ein zusätzliches, selbständiges Triebwerkssystem in der Längssymmetrieebene des Flugzeuges, das nur der Vortriebserzeugung dient und dessen Schubvektor zum Gesamtschwerpunkt des Flugzeugs mit Abstand verläuft, so daß durch Leistungsänderung des zusätzlichen Triebwerkssystems Momente um die Querachse erzeugt werden können. Claims: 1. Short take-off aircraft with symmetrical to the fuselage the propellers arranged on the wings and with devices to the To deflect propeller jet downwards for direct lift generation, marked by an additional, independent engine system in the longitudinal plane of symmetry of the aircraft, which is only used to generate propulsion, and its thrust vector for Overall center of gravity of the aircraft runs at a distance, so that by changing power of the additional engine system torques can be generated around the transverse axis. 2. Kurzstartflugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrahl des zusätzlichen Triebwerks im Bereich des Leitwerks verläuft und die Umströmung des Leitwerks hinsichtlich Größe und Richtung verbessert. 2. Short take-off aircraft according to claim 1, characterized in that the propulsion jet of the additional engine runs in the area of the tail unit and the flow around it of the tail unit in terms of size and direction. 3. Kurzstartflugzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Triebwerk als im Rumpfheck angeordnetes Luftschraubentriebwerk ausgebildet ist, dessen Luftschraube im Bereich des Leitwerks liegt. 3. Short take-off aircraft after Claim 1 and 2, characterized in that the additional engine than in the rear fuselage arranged propeller engine is formed, its propeller in the area of the tail unit. 4. Kurzstartflugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch an das zusätzliche Triebwerk angeschlossene Einrichtungen zur Grenzschichtbeeinflussung am Leitwerk. 4. Short take-off aircraft according to one of claims 1 to 3, characterized by means of boundary layer control devices connected to the additional engine at the tail. 5. Kurzstartflugzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Triebwerk am Rumpfbug überhöht angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1100 473.5. Short take-off aircraft according to claim 1 and 2, characterized in that the additional engine is arranged on the nose of the fuselage raised. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 100 473.