DE1431260A1

DE1431260A1 - Verbesserungen an Flugzeugen

Info

Publication number: DE1431260A1
Application number: DE19641431260
Authority: DE
Inventors: Coplin John Frederick; Wilde Geoffrey Light
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1964-01-09
Filing date: 1964-12-02
Publication date: 1970-03-12
Also published as: GB1009269A; US3302907A; NL6415202A

Description

Verbesserungen an Flugzeugen Die Erfindung betrifft Flugzeuge, die für Sehkrechtstart und -Landen ausgestatiet sind.
Ein erfindungegemässes Flygzeug mit mindestens einem Vortriebwerk ist mit einem weiteren Triebwerk ausgestattet, welches zwischen einer Stellung"in welcher es im Rumpf des Flugzeugs liegt und einer weiteren Stellung, in welcher es ausserhalb des Flugzeugs liegt bewegt werden kann, und In dieser zweiten Stellung am Flugzeug Hubkräfte erzeugen kann, die von den aerodynamisch am Flugzeug beim Vorwärtsflug desselben erzeugten Hubkräften unab. hängig sind.
Vorzugsweise sind zwei solche zusätzliche Triebwerkseinheiten' oder Vielfache dieser zwei zusätzlichen Triebwerkseiiihtiten vorgeseheng die so am Flugzeug angeordnet sind, dass der resultierende Schubvektor der Einheiten durch den Schwerpunkt des Flugzeugs hindurchgeht.
Jede solche Triebwerkseinheit ist vorzugsweise -so eingerichtet, dass ihr Schub vom Flugzetg nach rückwgrts gerichtet werden kann, um den Übergang vom Senkrechtflug zum Vorwärtsflug des Flugzeuge zu ermUgEchen. Ausserdem kann der Schub jeder solchen zusätzlichen Triebwerkseinheit nach vorn gerichtet werden, um so einen Bremseffekt zu erzielen und die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs zu verringern, sodass der Übergang vom Vorwärtsflug zum Senkrechtflug erleichtert wird. Wo nur eine solche zusätzliche Triebwerkseinheit verwendet wird, umfasst diese ein Gasturbinenstrahltriebwerkg welches ausserhalb des Flugzeugs und unter demselben so angeordnet ist, dass seine Achse parallel zur Längsachse des Flugzeugs liegt. Die-Schubdüse dieser Gasturbine ist so eingerichteti dass die Strahlgase des Triebwerks relatov zum Flugzeug nach unten, nach vorn oder nach rÜckwärt--Agerichtet werden künnen. Alternativerweise kann das Gasturbinenstrahltriebwerk eine nach rückwärts gerichtete Düse und zwei weitere SchubdUsen zusätzlich zu dieser festen Düse haben, die stromaufwärts dieser festen Düse angeordnet'sind, wobei Mittel vorgesehen sind, um das DurchstrUmen der Gase durch die feste DUse zu verhindern und sie den beiden anderen SchubdUsen zuzuleiten, die so eingerichtet sind, dass die Abgase wahlweisenach unten, nach vorn oder nach rückwärts geleitet werden kUnnen. Wo zwei zusätzliche Triebwerkseinheiten oder Vielfache solcher zwei Triebwerkseinheiten verwendet werden, umfasst jede Einheit vorzugs-. weise ein Gasturbinenstrahltriebwerk, das auf einem schwenkbar auf dem Flugzeugrumpf angeordneten Arm sitzt. Jeden Triebwerk kann drehbar auf dem Arm angeordnet sein um im rechten Winkel zu seiner LUngsachse verschwenkt werden, sodase äer Schuh des Triebwerke nach vorn, nach unten oder nach rÜckwUrts abgelenkt werden kann. Nach einem anderen Kennzeichen der Erfindung kann, bei Verwendung zwei zusätzlicher Triebwedcaeinheiten oder Vielfacher dieser Einheiten, jede solche Einheit ein Gebläse umfassen. Jedes Gebläse wird vorzugsweise durch eine Turbine angetriel#en, die eine Vielzahl von Schaufeln hat, welche um die äussere Peripherie der Gebläseschaufeln angeordnet sind" wobei das Antriebsstrümungsmittel für die Türbäne wenigstens teilweise von den Abgasen des vorderen Triebwerks geliefert wird. Alternativerweise kUnnen die Turbinenschaufeln auch an der inneren Peripherie der Gebläseschaufeln angeordnet sein. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die ganze Menge der Gase der vorderen T#lebwerke an die Turbinen anzuliefern, und weitere Geserzeugungsmittel k'dUnen ebenfalls vorgesehen sein, um weit;Bren Str5mungsmittel zum Antrieb der Turbinen2usammen mit dem der vorderen Triebwerke anzuliefern. Wenn weitere Gaserzeugungsmittel vorhanden sind" MUSS der Gesamtdxuck der aus diesen kommende Gase im wesentlichen dem Gesamtgasdruck der Gase vom vorderen Triebwerk entsprechen. Jedes Gebläse sitzt vorzugsweise auf einem schwenkbar auf dem Rumpf montierten Arm, welcher eine Leitung enthält, durch welche das antreibende Strümungsmittel für die Turbine zu eine;r FÜllkammer strÜmt. Jedes Gebläse ist so angeordnetg dass seine Rotationsachse progressiverweise aus einer-vertikalen in eine horizontale Lage gebrachtwerden kann, sodass der durch die Gebläse gelieferte Schub nach rückwärts gerichtet werden kann, um den übergang vom Senkrechtflug zum VorwUrtsflug zu bewerkstelligen. Ausserdem ist jedes Gebläse so angeordnet, dass der gelieferte-Schub relativ zum Flugzeug nach vorn gerichtet werden kann. Vorzugsweise umfasst die Vortriebanlage ein Gasturbinenstrahltriebwerk des Nebenschlusatyps. Weitere Vorteile und Kennzüge der Erfindung gehen aus der folgenden, beispielsweisen Besxhreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
Fig. 1 ist ein Seitenries eines erfindungsgemItssen Flugzeugs; Fig. 2 ist ein Aufriss des Flugzeuge nach Fig. 1; Fig. 3 ist ein Seitenriss einer anderen AusfUrhungsform eines erfindungsgemUssen Flugzeuge; Fig.*4 ist ein Atifriss des Flugzeugs nach Fig.3. Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Flugzeug 10 mit zwei Vortrieb-Gasturbinenstrahltriebwerken 129 die vorzugsweise Nebenschlusetriebwerke sind und an der Wurzel des Lenkwerks 14 so angeordnet sind, aags sie den Vortrieb liefern. Um das Senkrechtstarten und -Landen des Flugzeugs 10 zu ermUglichen, sind vier weitere Schubwerke in der Form von Frebläsen 16 vorgesehen; jedes Gebläse 16 sitzt in einem Gehäuse 18 an einem Ende eines Arms 209 dessen anderes Ende schwenkbar mit dem Rumpf des Flugzeugs verbunden ist. Jedes Gebläse hat Gebläseschaufeln 22, die auf einer Nabe 24 montiert sind und an der Spitze jeder'Gebläseschaufel 22 ist eine nicht dargestellte Turbinenschaufel befestigt. Die Turbinenschaufeln bilden einen Teil einer jedes Gebläse antreibenden Impulsturbin% Die Turbine kann natürlich auch eine Reaktionsturbine sein. Die Gebläse 16 sind in zwei Gruppen von je zwei angeordmet, wobei eine Gruppe vor dem Schwerpunkt des Flugzeugs nahe dessen Nase und die andere Gruppe hinter dem Schwerpunkt angeordinet ist, und wobei die Gebläse Jeder Gruppe Rotationsachsen haben, welche in einer gemeinsameng sich quer zur Längsachse des Flugzeugs erstreckenden Ebene liegen.
Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, kUrmen die Gebläse 16 durch nicht dargestellte Mittel aus einer Stellung verahwenkt werden, in der sie mit vertikal stehender Rotationsachse im Rumpf des Flugzeugs gelagert si nd undin eine Stellung ausserhalb des Rumpfes gebracht werdEng in welcher ihre Rotationsachsen vertikal liegen, wobei die rotierendenGebläse Strümungeii erzeugen, die am Flugzeug Hub-.kräfte hervorrufenp dIe von den aerodynamisch beim-Vorwärtsflug des Flugzeuge erzeugten Hubkräften unabhängig sind. Jedes Gebläse 16 ist auch so auf seinem Arm 20 montiert, dass es sich so bewegen lässt, dass seine Rotationsachse anstelle vertikal horizontal gestellt werden kann, um den Schub vom Flugzeug nach rückwärts und nicht nach unten zu lenktn. Alternativerweise kann jedes Gebläse 16 mit Ablenkmitteln aulägestattet sein, welche die Gebläseabgase vom Flugzeug nach rückwärts ausdrücken, um einen Vortrieb zu schaffwn.
Das Str'd'mungsmittel zum Antreiben der Impulsturbine jedes Gebläses besteht aus den Abgasen der vorderen Schubtriebwerke 12 und vierer zusätzlicher Gasturbinenstrahltriebwerke 25, die vorn am Flugzeug angebracht sind, wobei die Längsachsen dieser zusätzlichen Triebwerke vertikale stehen. Eine Leitung 26 kommuniziert an einem Ende mit dem Strahlrohr 28 jedes Vortriebwerks 12 und am aüderen Ende mit einer Leitung 30, in welche die Abgase der Vortriebwerke eingeleitet werden künnen,_ u.zw..durch ein Umlenkventil im Strahlrohr 28 jedes Vortriebwerks stromabwärts der Stelle, an welcher die Leitung 26 mit dem Z. Strahlrohr kommuniziert. Die Abgase der zusätzlichen Strahltriebwerke 25 werden ebenfans in eine gemeinsame Leitung 32 eingeleitet, welche mit der Leitung 30 über eine Leitung 31 und vier Leitungen'34, 36, 38 und 4o konununiziertg wobei sich die Leitungen 34, 36 an einer Seite,des Flugzeugs und die Leitungen 38 und 40 an der anderen Seite des Flugzeugs erstrecken. NatÜrlich muse der Gesamtdruck der Abgase der Vortreibwerke 12. und der zusätzlichen Triebwerke 25 derselbe sein. Die Vortriebwerke 12 sied so ko'nstruiert, dass die beim Reiseflug einen optimalen Brünnstoffverbrauch ergeben und sind vorzugsweise Nqbenschlusetriebwerke. Die zusUtzlichen Triebwerke, die nur beim Starten verwendet werden, kÜnnen besonders fUr dirsen Zweck ausgelegt sein und reine Strahltriebwerke mit niedrigen Druckverhältnis und hoher Turbineneinlasstemperatur.sein, deren Miermodynamischer Zyklus ag(gewglilt ist, dass der Gesamtauslassdruck im wesentlichen derselbe ist, wie der der gemischten Auslftsse der Nebenstliluss-Vortriebwerke. Wenn ein solches Flugzeug im Senkrechthub starten soll, werden die Gebläse 16 in die in Fig.2 voll ausgezogen gezeichnete Stellung gebracht. Die Ablenkventile in den Strahlrohren 28 der Vertriebwerke werden in die Stellugg bewegt, in welcher sie die Abgase der Vortriebwerke in die Leitungen 26 ableiten und dann werden die Triebwerke 12 und 24 angelassen. Die Abgase dieser Triebwerke strUmen dann in die Leitungen 30, 31 und 32 und von hier in die Leitungen 34, 36, 38 und 40 und durch den Arm 20 jedes Gebläses tu den Impulsturbinen, wodurch die Gebläse rotiert werden urid einen Vertikalschub liefern, der den Senkrechtstart des Flugzeugs gestattet. Wenn das Flugzeug eine gentIgende H'Mie erreicht hatg werden die Gebläse 16 so bewegt, dass ihr Schub progressiverweise nach rUckwärte abgelenkt wird, um einen Vortrieb fÜr das Flugzeug zu liefern. Wenn das Flugzeug eine genügende Reisegeschwindigkeit erreicht hat un Hubkräfte an den aerodynamI-schen Flächen erzeugt werdeng werden die Ablenkventile in den Strahlrohren 28 so geste.Ut. dase die Abgase der Vortriebwerke durch die Schubdüsen der Vortreibwerke strUmen, während die Triebwerke 24 gleichzeitig abgestellt werden. Die Gebläse 16 werden dann.in die in Fig.2 voll ausgezogen gezeichneb Stellung zurtlekbewegtv in 'welcher sie sich innerhalb des Rumpfes des Flugzeugs befinden. Nicht dargestellte Mren verschliessen die Schlitze im Rumpf, die zum'Innern des Rumpfes Zutritt gewähren. In der Ausführungsform nach Fig, 3 und 4 sind zum Senkrechtstarten und -Landen vier zusätzliche Schubtriebwerke vorgesehen. Diese umfassen jedoch keine Gebläse, sondern jeweils ein Gasturbinenstrahltriebwerk 42 des in der gleichlaufenden deutschen Patentanmeldung R 38 252 beschriebenen Typs. Jedes Triebwerk ist auf einem schwenkbar am Rumpf gelagerten Arm 44 befest igt, welcher die Form einer Leitung hat, durch welche Brennstoff und 61 an das Triebwerk angeliefert wird, und die auch die RUckleitung vom Triebwerk enthält. Da in-dieser AusfUhrungsform Triebwerke 42 anstelle von GeblUsen benützt werden, müssen die Vortriebwerke hler nicht das StrBmungsmittel fürdie Betätigung der Zusatzaggregate liefern, Die Leitungen 30, 311, 32 und die Leitungen 34, 36, 38 und 40 mit dem Ablenkventil künnen ebenfalls fortgelassen werden, ebenso wie die vier zusätzlichen Gasturbinenstrahltriebwerke 25 im vorhergehenden Ausfühkungsbeispiel. Jedes Triebwerk 42 sitzt derart auf seinem Arm 44, dass es um die Ahse 46 so verschwenkt werden kann, dass der Schub des Triebwerks nach hinten abgelenkt werden kann, um den Übergang des Flugzeuge vom Senkrechtflug zum Vorwärtsflug und umgekehrt zu bewerkstelligen. Xhnlicherweise kUnnen die Triebwerke auah so gestellt werden, dass der Schub nach vorn gerichtet wird, um beim Vorwärtsflug eine Bremswirkung zu erzielen. Bei jedem der vorbesahriebenen AusfUhrungsbeispiele werden,vier zusätzliche Antriebseinheiten benÜtzt, wobei jedoch alternativerwelse auch nur eine solche Einheit benützt werden kann. Beispielsweise kann ein Gasturbinenstrahltriebwerk so am Rumpf des Blugzeugs abgestÜtzt seing dase es aus einer innerhalb des Rumpfes befindliehen Stellung in einer ausserhalb desselben befindlichen Stellung gebracht werden kann, in welcher es unterhalb des Rumpfes und mit seiner Achse parallel zur Achse des Rumpfes steh)t. 1 Die EnddUse des Triebwerks ist so eingerichtetydase die Abgase desselben wahlweise nach rUckwgrü# nach vorn oder zum Senkrechtflug nach unten gerichtet werden kUnnen. Eine solche DUse ist in der britischen Patentschrift 743 874 beschrieben. 'Alternativerweise ist die Enddttee so eingerichtet, dass die Abgase des Triebwerke nach hinten ausgestossen werden, und zwei weitere DUsen sind im Strahlrohr stromaufwärts der Enddüse angeordnet; Ventile im Strahlrohr kUnnen den Durchfluss der Abgase durch die Enddttse verhindern, und sie durch diese beiden Zusatzdüsen ausstossen, die rotierbar angeordneg sind und die Gase wahlweise nach vorn, nach rUckwärte oder nach unten richten.

Claims

PATENTAMSPRÜCHE 1. Flugzeug mit mindestens einem Vortriebwerk, dadurch gekennzeichnet" dass das Flugzeug mit einem zusätzlichen Triebwerk (16,42) ausgestattet ist, welches zwischen einer Stellung, in welcher es im .Rumpf des Flugzeugs liegt und einer weiteren Stellung, in welcher es ausserhalb des Flugzeugrumpfes liegt, bewegt werden kann, und in dieser zweiten Stellune, am Flugzeug Hubkrfffte erzeug-,en kann, die von den aerody-namisch beim Vorwärtsflug des Flugzeugs erzeugten Hubkräften unabhängig sind.
2. Flugzeug nach Anspruch lp gekennzeichriet dÜrch zwei solche zusätzliche Triebwerkseinheiten (16942) oder Vielfache solcher zweier Triebwerkselnheiten, die so an dem Flugzeug 00) angeordnet sind, dass der resultierende Schubvektor det Einheiten durch den Schwerpunkt des Flugzeugs durchgeht. 3- Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daas die oder jede zusatzliche Triebwerkseinheit so eingerichtet ist, dass ihr Schub vom Flugzeug 00) nach rückwärts gerichtet werden kann, um den Übergang von Senkrechtflug des Flugzeugs zum VorwUrtsflug zu erm73glichen. 4* Flugzeug nach Anspruch 39 dadurch gekennzeichnet, dass der Schub der od;r jeder solchen zusfftzlichen Triebwerkseinheit (16,42) nach vorn gerichtet werden kanng um so einen Bremseffekt zu erzielen und die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs zu verringern, sodaso der Übergang vom Vorwffrtsflug zum Senkrechtflug erleichtert wird. 5. Flugzeug nach einem der vorangehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede zwei zusätzlichen Triebwerkseinheiten oder Vielfache derselben Gasturbinenstrahltriebwerke (42) umfassen. 6. Flugzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daso das Triebwerk in seiner ausserhalb des Flugzeugs befindlichen Stellung unterhalb des Flugzeugs'liegt, wobei seine Ungsachse parallel zur Längsachse des Flugzeugs steht. 7, Flugzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubdüse des Triebwerks so-.eingerichtet ist, dase die Abgase des Triebwerks vom Flugzeug nach unten oder nach vorn gerichtet . werden kUnnen. 8. Flugzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daso das Gasturbinenstrahltriebwerk (12) eine nach hinten gerichtete StrahldUse hat, sowie zwei weitere SchubdUsen stromaufwärts dieser nach r«.ckwärts gerichteten DUse, wobei Mittel vorgesehen sind, um den Fluss der Abgase durch die nach rÜckwärts gerichtete StrahldUse zu verhindern und sie an die lweiden anderen SchubdUsen anzuliefern, welche die Strahlgase nach unten, nach vorn oder nach rUckwärts lenkbn künnen. 9. Flugzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daso bei Verwendung von zwei zusätzlichen Triebwerken oder Vielfachen zweier zusätzlicher Triebwerke jedes Triebwerk (42) auf einem Arm (44) sitzt, welcher schwenkbar am Rumpf des Flugzeugs angeordnet Ist* 10. Flugzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeidnet, dass jede Einheit (42) schwenkbar auf dem Arm (44) so angeordmet ist, dass sie im rechten Winkel zu ihrer Längsachse rotiert werden kann, sodaso der Schub dieses Triebwerks nach vorn, nach hinten oder nach unten gerichtet worden kann. 11. Flugzeug nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichne*t" dass diebeiden zusätzlichen Antriebweinheiten oder Vielfache derselben (16) umfassen. 12. Flugzeug nch Anspruch 119 dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gebläse von einer Turbine angetrieben wirdg welche eine Vielzahl von uni die Aussenperipherie der Gebläseschaufeln angeordneten Turbinenschaufeln umfasst. 13. Flugzeug nach Anspruch 129 dadurch gekennzeichnet, dass das - die Turbinen antreibende StrÖmungsmittel mindestens teilweise von den Abgasen der Vortriebwerke (12) geliefert wird. 14. Flugzeug nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, dase die Turbinenschaufeln um den inneren Umfang der Geblgseschaufeln (22) angeordnet sind. 15. Flugzeug nach Anspruch 12, gekennaeichnet durch Mittel zum Anliefern der gesamten Abgase der Vortriebwerke an dte Turbine. 16-. Flugzeug nüch Anspruch 13 oder 159 gekennzeichnet dÜrch zusätzliche Gaserzeugungsmittel zum Anliefern von zusätzlichem antreibenden Strümungsmittel an die Turbinen* 17, Flugzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtdruck der Gase von den Vortriebwerken (12) und von den zusätzlichen Gaserzeugungsmitteln (16,42) im wesentlichen derselbe ist. 18. Flugzeug nach einem der AnsprUche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gebläse (42) auf einem Arm (44) sitzt, der schwenkbar am Flugzeugrumpf gelagert ist und der eine Leitung enthält, durch welche das antreibende StrUmungsmittel fUr die Turbine an eine FÜllkammer angeliefert wirü. 19. Flugzeug nach einem der AnsprUche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gebläse so angeordnet ist, dass seine Achse progressiverweise aus der vertikalen in die horizontale Lage gebrachtwerden kann, sodass der Schub zum Erzielen eines Vorwärtsschubs nach hinten gerichtet werden kann, um den Übergang vom Senkrechtflug zum Vorwärtsflug zu bewirken. 20. Flugzeug nach einem der AnsprUche 11 bis 199 dädurch gekennzeichnet, dass jedes Gebläsw so gestellt werden kann, dass der dadurch bewirkte 'Schub. relativ zum Flugzeug nach vor-W9erichtet ist. 21. Flugzeug nach einem der AnsprÜche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gebläse Ablenkmittel hatvdurch welche der Schub relativ zum Flugzeug nach vorn, nach rUckwUrts ode#r nach unten gelenkt werden kann. 22. Flugzeug nach einem der vorangehenden AnsprUche, dadurch gekennzetchnet, dass das Vortriebwerk ein Nebenschluss-Gasturbinens_trahltriebwerk umfasst.