DE19700182A1 - Luftfahrzeug mit einem im wesentlichen als aerostatischem Auftriebskörper ausgebildeten Rumpf - Google Patents
Luftfahrzeug mit einem im wesentlichen als aerostatischem Auftriebskörper ausgebildeten RumpfInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug mit einem im
wesentlichen als aerostatischem Auftriebskörper ausgebildeten
Rumpf sowie am Rumpf angelenkten, mit Propellern versehenen,
Antriebseinheiten bildenden kombinierten Auftriebs- und
Vortriebseinrichtungen, die jeweils zwischen einer
Auftriebsposition, in der die jeweilige
Propellerrotationsebene im wesentlichen horizontal und die
die jeweilige Propellerwelle beaufschlagende Abtriebswelle
des zugeordneten Antriebs im wesentlichen vertikal gelegen
sind, und einer Vortriebsposition, in der die jeweilige
Propellerrotationsebene im wesentlichen vertikal und die die
jeweilige Propellerwelle beaufschlagende Abtriebswelle des
zugeordneten Antriebs im wesentlichen horizontal gelegen
sind, kippbar sind.
Mit Translationsantrieben versehene aerostatische
Luftfahrzeuge sind beispielsweise als Zeppeline seit langem
bekannt. Diese Luftschiffe können aufgrund ihres
aerostatischen Auftriebsverhaltens im wesentlichen vertikal
starten und landen, müssen jedoch, da sie überwiegend
leichter als Luft sind, bei jedem Halt am Boden gefesselt
werden. Außerdem sind diese Luftfahrzeuge verhältnismäßig
träge steuerbar, da sie aufgrund ihrer langsamen
Geschwindigkeit und ihrer kleinen aerodynamischen
Steuerflächen eine geringe Steuerautorität, das heißt eine
große Reaktionsträgheit auf Steuerbewegungen, aufweisen. Zwar
sind in jüngster Zeit Luftschiffe mit um eine Querachse
vergleichsweise langsam kippbaren Hauptantrieben und lateral
wirkenden Hilfsantrieben zur Unterstützung der
aerodynamischen Steuerung bekannt geworden, die den
Wendekreis eines Luftschiffs zwar verringern, aber keine
"punktgenaue" Manövrierbarkeit des Luftschiffs gestatten. Ein
weiterer Nachteil von Luftschiffe mit gestreckter
Stromlinienkörperform ist ihre extrem hohe
Seitenwindempfindlichkeit und das damit verbundene
Erfordernis, das Luftschiff am Boden so zu fesseln, daß es
sich wie ein Boot an einer Boje in den Wind drehen kann, wozu
im allgemeinen Ankermasten erforderlich sind.
Weiterhin sind senkrecht startende Flugzeuge bekannt, deren
Triebwerke aus einer vertikalen Auftriebsstellung mit
horizontaler Propellerrotationsebene und einer horizontalen
Vortriebstellung mit vertikaler Propellerrotationsebene
kippbar sind. Ein Problem bei diesen senkrecht startenden
Flugzeugen mit kippbaren Triebwerken ist die Beherrschung der
beim Kippen der Triebwerke entstehenden Kreiselkräfte, die
über stabile Stützstrukturen an den Flugzeugtragflächen und
am Rumpf abgestützt werden müssen. Wegen dieser Kreiselkräfte
kann das Kippen der Triebwerke nur verhältnismäßig langsam
erfolgen. Gesteuert werden diese senkrecht startenden
Flugzeuge im wesentlichen ebenfalls über aerodynamische
Steuereinrichtungen. Da beim senkrechten Start dieser
Flugzeuge die Triebwerke allein den Auftrieb des gesamten
Luftfahrzeugs bewirken müssen, ist die zusätzlich zum
Eigengewicht des Luftfahrzeugs transportierbare Last sehr
begrenzt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
gattungsgemäßes Luftfahrzeug zu schaffen, das die Vorteile
eines aerostatischen Luftfahrzeugs und die Vorteile eines
senkrecht startenden Flugzeugs in sich vereint und das somit
in der Lage ist, große Lasten auch über größere Reichweiten
zu transportieren, und das gleichzeitig schnell und zielgenau
landen kann, ohne daß es hierfür einer besonderen
Infrastruktur am Boden bedarf.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die jeweilige
Propellerrotationsebene relativ zur die Propellerwelle
beaufschlagenden Abtriebswelle des zugeordneten Antriebs
rundum neigbar ist.
Diese Neigbarkeit der Propellerrotationsebene zusätzlich zur
grundsätzlich vorgesehenen Kippbarkeit des Antriebs um eine
Querachse ermöglicht eine Schubvektorsteuerung des
Luftfahrzeugs, die reaktionsschnell wirkt und die dem
Luftfahrzeug auch bei Start und Landung ein sehr agiles
Steuerverhalten verschafft. Durch diese Schubvektorsteuerung
ist es möglich (ausreichende Antriebsleistung vorausgesetzt),
das mit einem als aerostatischem Auftriebskörper versehene
Luftfahrzeug im wesentlichen punktgenau zu landen. Hierdurch
wird der Vorteil erzielt, daß das Luftfahrzeug unmittelbar
auf verhältnismäßig kleinen Außenlandeplätzen niedergehen
kann und so beispielsweise eine Last auf einem Fabrikhof
aufnehmen und direkt beim Empfänger wieder absetzen kann.
Die Neigung der Rotorebene erfolgt aufgrund von an den
Propellerblättern angreifenden aerodynamischen Kräften als
Folge einer individuellen Verstellung des jeweiligen
Anstellwinkels der einzelnen Propellerblätter. Dabei wird nur
der Schubvektor für Vortrieb, Hub und Steuerung als Kraft in
den Rumpf eingeleitet. Reaktionsmomente, die bei einem
schnellen Aufbau des Schubvektors auftreten, zum Beispiel
Kreiselmomente einer zugeordneten Antriebsmaschine, stützen
sich auf der umgebenden Luft und nicht auf der Struktur des
Luftfahrzeugs ab. Auf diese Weise ist die Propellerebene
gegenüber der Abtriebswelle auch über einen großen
Winkelbereich in jede Richtung sehr schnell neigbar, ohne daß
dabei von Kreiselmomenten herrührende Reaktionskräfte auf den
Rumpf übertragen werden müssen. Der Neigungswinkel der
Propellerrotationsebene bezüglich der die Propellerwelle
beaufschlagenden Abtriebswelle des zugeordneten Antriebs kann
zwischen ± 20° und ± 50°, vorzugsweise zwischen ± 25° und
±35° und weiter bevorzugt ± 30° betragen. Da die
Schubvektorsteuerung des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs
sowohl in der Vortriebsposition als auch in der
Auftriebsposition der Antriebseinheiten arbeitet, ist für
kurze Landestops mit laufenden Antrieben keine aufwendige
Fesselung des Luftfahrzeugs am Boden erforderlich, da die
schnell reagierende Schubvektorsteuerung eine
Lagestabilisierung des Luftfahrzeugs am Landeplatz auch bei
Seitenwind oder Windböen gestattet. Hierdurch wird das
erfindungsgemäße Luftfahrzeug unabhängig von Landeplattformen
oder sonstigen am Boden vorgesehenen Landevorrichtungen wie
beispielsweise Ankern für die Befestigung von Fesselleinen
für das Luftfahrzeug. Trotzdem kann es insbesondere bei
längeren Aufenthalten des Luftfahrzeugs, bei denen die
Triebwerke abgeschaltet werden, erforderlich sein, das
Luftfahrzeug in bekannter Weise am Boden zu fesseln. Dies
kann durch die Verankerung eines vorzugsweise an der
Unterseite des Luftfahrzeugs integrierten Landefußes oder
mittels eines in den Rumpf integrierten Seilwindensystems,
das bevorzugt zentral ansteuerbar ist, erfolgen. Die
reaktionsschnelle Schubvektorsteuerung des erfindungsgemäßen
Luftfahrzeugs erlaubt auch die Aufnahme und das punktgenaue
Absetzen einer Last aus dem Schwebezustand des Luftfahrzeugs
heraus, ohne daß es selbst landen muß.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs ist der Rumpf zugleich als
aerodynamischer Auftriebskörper gestaltet. Hierdurch kann der
Rumpf im Reiseflug zusätzlich zum aerostatischen Auftrieb
auch eine aerodynamische Auftriebskraft erzeugen.
Beim erfindungsgemäßen Luftfahrzeug können aktiv betätigbare
aerodynamische Steuervorrichtungen entfallen, so daß keine
Höhen- oder Seitenleitwerke vorgesehen sein müssen, die die
Seitenwindempfindlichkeit und die Böenempfindlichkeit des
Luftfahrzeugs erhöhen würden, obwohl sie im Flug mit
niedriger Geschwindigkeit in der Startphase und in der
Landephase keine wesentliche Mitwirkung an der Steuerung des
Luftfahrzeugs haben, da diese ausschließlich von der
Schubvektorsteuerung übernommen wird. Das Luftfahrzeug kann
hierdurch in konsequent einfacher Formgebung ausgeführt
werden.
Weist der Rumpf einen im wesentlichen kreisförmigen Grundriß
auf, so wird einerseits bei gleicher Länge aufgrund des
größeren Volumens gegenüber der zigarrenartigen Gestalt eines
Luftschiffs herkömmlicher Bauart ein wesentlich erhöhter
Auftrieb erzielt, was mittelbar zu einer höheren Nutzlast
führt, und andererseits wird bei gleichem Volumen die
benetzte Oberfläche der Außenhaut herabgesetzt, was zu einer
Gewichtsreduzierung führt und den Reibungswiderstand
verringert. Außerdem wird dadurch die
Seitenwindempfindlichkeit wesentlich reduziert.
Vorteilhaft ist dabei, wenn der Rumpf einen im wesentlichen
elliptischen Querschnitt aufweist, wodurch der
Strömungswiderstand im Horizontalflug deutlich herabgesetzt
ist.
Besitzt der Rumpfquerschnitt die Gestalt einer
asymmetrischen, im wesentlichen elliptischen Form besitzt,
wobei der obere Teil eine Oberschale bildet, die stärker
gewölbt ist als der flachere, eine Unterschale bildende
untere Teil, so trägt der Rumpf im Reiseflug auch in
horizontaler Lage zusätzlich zum aerostatischen Auftrieb mit
einem aerodynamischen Auftrieb bei, der den bei Start und
Landung genutzten Rotorauftrieb ersetzt. Außerdem führt die
unterschiedliche Wölbung zu einer ausgeglicheneren
Strukturbelastung in der Oberschale und in der Unterschale
des asymmetrischen diskusartigen Rumpfes.
Vorzugsweise weist der Rumpf zumindest einen felgenartigen
Versteifungsring im Äquatorialbereich auf, der eine
horizontale Aussteifung des Rumpfes bildet, indem er die
Radialkräfte der Oberschale und der Unterschale aufnimmt und
zusätzlich beispielsweise an der Anströmseite auf den Rumpf
auftreffende Staudruckkräfte abstützt.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der
Versteifungsring im Querschnitt an seinem Außenumfang eine
teilelliptische Gestalt aufweist. Hierdurch wird der
Versteifungsring im Querschnitt an die Gestalt des
Rumpfquerschnitts im Äquatorialbereich angepaßt.
Weiter vorteilhaft ist die Ausgestaltung, bei der der
Versteifungsring einen Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise in
Sandwichbauweise, aufweist. Hierdurch wird bei hoher
Festigkeit und niedrigem Gewicht eine gewünschte Elastizität
erreicht, die eine Verformung des Versteifungsrings in
vorgegebenen Grenzen gestattet. Durch diese elastische
Verformung können zum Beispiel von einer Antriebstragstruktur
in den Versteifungsring eingeleitete Kräfte und Momente von
der Rumpfhüllenstruktur übernommen und weitergeleitet werden,
die wegen der größtmöglichen Hebelarme und der natürlichen
Formsteifigkeit des unter Druck gesetzten elliptischen
diskusartigen Rumpfes hierzu bevorzugt geeignet ist. Die
Hauptaufgabe des felgenartigen Versteifungsrings ist die
Aufnahme der Radialkräfte aus der Hüllenstruktur zur
horizontalen Aussteifung des diskusartigen Rumpfes.
Es ist vorteilhaft, die hieraus resultierenden Druckkräfte
von zwei in den Versteifungsring integrierten druckfesten
Stützprofilen mit hoher spezifischer Druckfestigkeit
aufzunehmen, an denen vorzugsweise auch die Tragstruktur der
Oberschale und der Unterschale des Rumpfes verankert ist.
Zur Begrenzung der gewünschten Radialelastizität kann der
Versteifungsring zumindest ein vorteilhafterweise als
Fachwerkverbund ausgebildetes Stützgerüst aufweisen, das im
Querschnitt bevorzugt im wesentlichen dreieckig ausgebildet
ist, wobei zwei der Ecken von den in den Versteifungsring
integrierten Stützprofilen gebildet sind und die Spitze des
Dreiecks zur Rumpfinnenseite weist.
Es ist vorteilhaft, wenn das Stützgerüst zumindest teilweise
in den Versteifungsring integriert ist.
Sind gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung jeweils zwei Antriebseinheiten gemeinsam in einer
vorzugsweise unstarr am Rumpf angebrachten Stützstruktur
gehaltert, so können Biegemomente, die während der Start- und
Landephase aus dem Hubschub des einzelnen Antriebs und der
auskragenden Anbringung der Propellerachse resultieren,
unmittelbar von einem Triebwerk zum anderen geleitet werden,
ohne daß diese Kräfte durch die gesamte Rumpfstruktur
übertragen werden müßten. Die beiden Triebwerke stützen sich
somit gegenseitig über ihre Stützstruktur ab.
Die jeweiligen Antriebseinheiten und/oder deren
Stützstrukturen mit den ihnen zugeordneten Antriebseinheiten
sind vorzugsweise über Schubstreben zu einem
Antriebstragrahmen unstarr miteinander verkoppelt, der
infolge seiner unstarren Verbindungen verschränkbar und
verwindbar ist.
Vorzugsweise sind die Antriebseinheiten und/oder deren
Stützstrukturen am felgenartigen Versteifungsring unstarr
angebracht. Die Antriebseinheiten sind auf diese Weise in den
Antriebstragrahmen integriert, der unstarr an dem
felgenartigen Versteifungsring angebracht ist. Durch diese
Ausgestaltung wird erreicht, daß die von den einzelnen
Antriebseinheiten ausgehenden Kräfte zum großen Teil über den
Antriebstragrahmen weitergeleitet werden und somit der
Versteifungsring und die Rumpfhüllenstruktur von der
Weiterleitung dieser Kräfte entlastet werden. Zusätzlich wird
hierdurch eine schwingungstechnische Entkoppelung
unterstützt.
Sind die vorderen Antriebseinheiten und die hinteren
Antriebseinheiten jeweils unterschiedlich weit von der
Längsmittelebene beabstandet, so wird gewährleistet, daß die
hinteren Antriebseinheiten nicht in der Wirbelschleppe der
vorderen Antriebseinheiten liegen.
Zusätzlich oder alternativ dazu können die vorderen und die
hinteren Antriebseinheiten auch unterschiedlich hoch am
Luftfahrzeug angeordnet sein, um dieselbe oder eine noch
verbesserte diesbezügliche Wirkung zu erzielen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist
das Luftfahrzeug mit vier Antriebseinheiten versehen, die
weiter bevorzugt jeweils paarweise an einer Stützstruktur
vorgesehen sind. Vorteilhafterweise ist jeweils eine
Antriebseinheit im Bereich einer Ecke eines gedachten, den
kreisförmigen Grundriß des Luftfahrzeugs umschließenden oder
teilweise durchdringenden Vierecks (oder entsprechend der
Anzahl der Antriebseinheiten anderen Vielecks) vorgesehen.
Vorzugsweise sind in jeder Antriebseinheit zwei parallel
zueinander betreibbare Antriebsmaschinen vorgesehen.
Hierdurch wird innerhalb jeder einzelnen Antriebseinheit eine
Redundanz erzielt, die auch bei Ausfall einer
Antriebsmaschine einer Antriebseinheit noch einen
zuverlässigen Betrieb der gesamten Antriebseinheit bei nur
geringem Gesamtschubverlust gestattet. Hierdurch wird die
Betriebssicherheit des Luftfahrzeugs erhöht, da das Risiko
eines vollständigen Ausfalls einer gesamten Antriebseinheit
wegen der Doppelung der Antriebsmaschinen stark verringert
ist. Die Anordnung von vier derartigen
Doppel-Antriebseinheiten liefert eine vollständige
Antriebsredundanz selbst für den Fall, daß beim Start mit
maximaler Abflugmasse, also im Vertikalflug, eine
Antriebsmaschine ausfallen sollte. Fällt während des Starts
eine vollständige Antriebseinheit aus, so liefern nur zwei
diagonal gegenübergelegene Antriebseinheiten Auftrieb und
ermöglichen bei maximaler Abflugmasse die Einhaltung einer
nur geringen Sinkgeschwindigkeit, wobei die dritte
betriebsfähige Antriebseinheit zur Stabilisierung des
Luftfahrzeugs um die Rollachse und um die Nickachse
eingesetzt wird. Ist bei einem derartigen Antriebsverlust
eine ausreichende Flughöhe bereits erreicht worden, kann eine
Transition in den Reiseflug durchgeführt werden. Auch im
Reiseflug bleibt das in der beanspruchten Weise mit vier
Antriebseinheiten versehene Luftfahrzeug bei vollständigem
Ausfall einer Antriebseinheit voll flugfähig und
manövrierfähig, da gewährleistet ist, daß in diesem Fall auf
jeder Seite des Luftfahrzeugs bezüglich der Längsmittelebene
noch eine Antriebseinheit funktionsfähig ist, wobei die
dritte funktionsfähige Antriebseinheit zur Fluglageregelung
mitverwendet wird.
Im unteren Bereich des Rumpfes ist bevorzugt ein Frachtraum
für den Transport von Frachtgütern ausgebildet, unter dem ein
vorzugsweise plateauartig ausgebildeter Landefuß ausgefahren
werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Frachtraum mit
zumindest einer Rampe versehen, wobei bevorzugt zwei Rampen
an zwei voneinander abgewandten Seiten vorgesehen sein
können. Das Vorsehen einer Rampe erleichtert das Beladen und
Entladen des Luftfahrzeugs und das Vorsehen von zwei an
voneinander abgewandten Seiten gelegenen Rampen gestattet ein
schnelleres Be- und Entladen im sogenannten RORO-Betrieb
(Roll-On-Roll-Off).
Ist unter dem Frachtraum im Bereich seines Umfangs nach unten
gerichtet ein pneumatisch ausfahrbarer, balgartigen Ringwulst
als Landefuß vorgesehen, so können durch den von diesem
Ringwulst gebildeten Landefuß einerseits Landestöße
abgefedert werden und andererseits kann wegen der geringen
spezifischen Flächenpressung auch eine Landung auf einem
unbefestigten Untergrund erfolgen. Zur Einstellung einer
definierten Höhe besitzt der pneumatisch ausfahrbare
Ringwulst eine integrierte Höhenbegrenzung.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Luftfahrzeugs ist im vorderen Teil des Äquatorialbereichs des
Rumpfes eine bevorzugt abschnittsweise zweistöckig
ausgebildete Passagierkabine vorgesehen, damit das
Luftfahrzeug als Passagiertransportmittel eingesetzt werden
kann.
Bevorzugt ist dabei die Passagierkabine in den felgenartigen
Versteifungsring und vorzugsweise auch in die vordere
Stützstruktur des Antriebstragrahmens eingehängt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist im hinteren Teil des
Äquatorialbereichs des Rumpfes ein Gepäck- und Frachtraum
vorgesehen. Diese Anordnung des Gepäck- und Frachtraums im
hinteren Teil des Luftfahrzeugs sorgt zusammen mit der im
vorderen Teil des Luftfahrzeugs vorgesehenen Passagierkabine
für eine möglichst ausgeglichene Grundtrimmung des
Luftfahrzeugs.
Bevorzugt ist der Gepäck- und Frachtraum in den felgenartigen
Versteifungsring und vorzugsweise auch in die hintere
Stützstruktur des Antriebstragrahmens eingehängt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Unterschale
ein in diese integrierter Zentralkörper vorgesehen, an dessen
Unterseite bevorzugt ein balgartiger, pneumatisch
ausfahrbarer Ringwulst als Landefuß ausgebildet ist.
Ist der Zentralkörper in der von der Oberschale und von der
Unterschale gebildeten Hüllenstruktur des Rumpfes derart
aufgehängt, daß er bei einer harten Landung nach oben
einfedern kann und so ein Durchfedern von Passagierkabine,
Gepäck- und Frachtraum und Antriebstragrahmen gestattet,
werden Landestöße von der Passagierkabine und damit von den
Passagieren sowie auch vom Gepäck- und Frachtraum und vom
Antriebstragrahmen ferngehalten.
Vorzugsweise ist der Zentralkörper mit zumindest einer Rampe
für den Zugang von außen versehen.
Sind die Passagierkabine und der Gepäck- und Frachtraum über
ummantelte Transportstege mit dem Zentralkörper verbunden, so
werden gegenüber dem umgebenden Rumpfinnenraum abgeschirmte
Verbindungswege zwischen dem Zentralkörper und der
Passagierkabine sowie dem Gepäck- und Frachtraum geschaffen.
Ist die Verbindung zwischen den Transportstegen und dem
Zentralkörper unstarr ausgebildet, so wird das Einfedern des
Zentralkörpers ermöglicht. Dabei können zumindest zwei,
vorzugsweise drei Transportstege vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rumpf
eine Tragstruktur und eine Rumpfhülle auf, wobei die
Rumpfhülle zumindest abschnittsweise im Bereich der
Oberschale beheizbar ist. Diese Beheizung, insbesondere auf
der zur Rumpfinnenseite gewandten Seite der Oberschale,
bewirkt eine Enteisung der Rumpfhülle, wodurch sich die
Betriebssicherheit des Luftfahrzeugs bei
Schlecht-Wetter-Einsatz wesentlich erhöht.
Vorteilhafterweise können die beheizbaren Abschnitte der
Rumpfhülle doppelwandig ausgebildet sein und von Warmluft
oder einem anderen bezüglich der Rumpfumgebung wärmeren Gas
bedarfsweise durchströmt werden. Hierzu kann entweder die
Abwärme der Triebwerke eingesetzt werden oder es können
zusätzliche, unabhängige Heizeinrichtungen vorgesehen sein.
Vorteilhaft ist auch, wenn der Druck innerhalb der Rumpfhülle
modulierbar ist. Diese Ausgestaltung unterstützt eine
wirkungsvolle Enteisung der Rumpfhülle und damit einen
sicheren Schlecht-Wetter-Betrieb des Luftfahrzeugs.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausbildungsform des
erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs ist eine zentrale,
vorzugsweise digitale Regelung für die individuelle oder
kollektive Ansteuerung der Anstellwinkel der Propellerblätter
aller Antriebseinheiten zur Fluglageregelung und zur
Flugsteuerung im vertikalen Start- und Landebetrieb, im
horizontalen Reiseflugbetrieb und im Übergangsbetrieb
zwischen diesen beiden Betriebszuständen vorgesehen. Diese
zentrale Regelung sorgt für ein unter allen Betriebszuständen
des Luftfahrzeugs gewährleistetes stabiles Flugverhalten und
entlastet somit die Piloten von dieser Aufgabe.
Als Redundanz zu dieser zentralen Regelung kann eine
zusätzliche manuelle Flugsteuerung vorgesehen sein, die im
Falle eines Ausfalls der zentralen Regelung den Piloten in
die Lage versetzt, das Flugverhalten des Luftfahrzeugs zu
stabilisieren.
Die die Schubvektorsteuerung beim erfindungsgemäßen
Luftfahrzeug wird durch eine Antriebseinheit mit zumindest
einem Propeller geschaffen, bei der die
Propellerrotationsebene relativ zur die Propellerwelle
beaufschlagenden Abtriebswelle des Antriebs neigbar
ausgebildet ist, wobei eine Gleichförmigkeit der
Rotationsbewegung des Propellers dadurch erzielt wird,
daß die Propellerwelle und die die Propellerwelle
beaufschlagende Abtriebswelle des Antriebs, vorzugsweise über
ein Doppelkardangelenk oder ein Gleichlaufgelenk, gelenkig
miteinander verbunden sind. Durch diese erfindungsgemäße
Ausgestaltung einer Antriebseinheit wird unabhängig vom
Kippzustand der Propellerrotationsebene zwischen der
Auftriebsposition und der Vortriebsposition zusätzlich eine
Neigbarkeit der Propellerrotationsebene erzielt, die eine
schnelle und sofort wirksame Änderung des Schubvektors
ermöglicht. Diese besondere Ausgestaltung einer
Antriebseinheit mit gegenüber der Abtriebswelle des Antriebs
neigbarer Propellerrotationsebene ist nicht nur bei dem in
dieser Anmeldung beschriebenen Luftfahrzeug, sondern
allgemein für Luftfahrzeuge oder beispielsweise auch für
Schiffe einsetzbar, wenn ein von einer rotierenden
Antriebseinheit ausgehender Schubvektor schnell in seiner
Wirkrichtung verändert werden soll.
Vorteilhaft ist dabei, wenn die Nabe des Propellers über
einen Kardanring kardanisch gelagert ist, wodurch die die
Schubvektorsteuerung ermöglichende Neigbarkeit der
Propellerrotationsebene erzielt wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Antriebseinheit
sind die Propellerblätter ohne Schlaggelenke und ohne
Schwenkgelenke oder andere dazu äquivalent wirkende
elastische Teile an einer zugeordneten Propellernabe
angeordnet.
Dabei ist der Anstellwinkel der einzelnen Propellerblätter
vorzugsweise mittels einer Taumelscheibe kollektiv sowie zur
Neigung der Propellerrotationsebene individuell variabel
verstellbar. Diese Anordnung der Propellerblätter und die
Ansteuerung ihrer Anstellwinkel über eine Taumelscheibe
bewirkt eine der Änderung des Anstellwinkels der
Propellerblätter (Pitch-Änderung) unmittelbar folgende
Neigung der Propellerrotationsebene, wodurch die gewünschte
Schubvektoränderung zum Steuern des Luftfahrzeugs erzielt
wird.
Grundsätzlich kann zwar der Neigungswinkel der
Propellerrotationsebene bezüglich der die Propellerwelle
beaufschlagenden Abtriebswelle des zugeordneten Antriebs
zwischen ± 20° und ± 50°, vorzugsweise zwischen ± 25° und
± 35° und weiter bevorzugt ± 30° betragen, wie bereits
ausgeführt worden ist. Beträgt der Neigungswinkel der
Propellerrotationsebene bezüglich der die Propellerwelle
beaufschlagenden Abtriebswelle des zugeordneten Antriebs
jedoch um bis zu mehr als ± 45°, so kann bei geeigneter
schräger Anbringung des Antriebs an einem Fahrzeug allein
durch Neigen der Propellerrotationsebene sowohl eine
Auftriebsstellung als auch eine Vortriebsstellung eingestellt
werden.
Bevorzugt ist jedoch ein Kippmechanismus zur Halterung der
Antriebseinheit an einem Fahrzeug vorgesehen, der ein Kippen
der Antriebseinheit um eine Kippachse zwischen einer
Auftriebsposition, in der die Abtriebswelle im wesentlichen
vertikal ausgerichtet ist, und einer Vortriebsposition, in
der die Abtriebswelle im wesentlichen horizontal ausgerichtet
ist, gestattet. Dieses Kippen der Propellerrotationsebene aus
der horizontalen Lage (Auftriebsposition) in die vertikale
Lage (Vortriebsposition) und umgekehrt während der
Transitionsphasen, das sind zum Beispiel beim Luftfahrzeug
die jeweiligen Übergangsphasen zwischen Vertikalflug und
Horizontalflug, wird ebenfalls durch die individuelle
Anstellwinkelansteuerung der Propellerblätter über
fluiddynamische Kräfte induziert und bewirkt das Kippen der
Abtriebsachse des Antriebs um die Kippachse, beispielsweise
eine Achse parallel zur Querachse des Luftfahrzeugs.
Vorzugsweise ist eine Nachführeinrichtung vorgesehen, welche
einer sich aufgrund am Propeller angreifender
fluiddynamischer Kräfte und daraus resultierender
Kreiselkräfte ergebenden Kippbewegung der Antriebseinheit
folgt und welche diese Kippbewegung vorzugsweise
reaktionskraftfrei unterstützt. Die Nachführeinrichtung folgt
dabei mit deutlich verlangsamter Stellgeschwindigkeit (ca.
Faktor 5) der Kippbewegung der Antriebseinheit, die sich
aufgrund der am Propeller angreifenden fluiddynamischen
Kräfte (beim Einsatz an einem Luftfahrzeug sind dies
aerodynamische Kräfte) und aufgrund der daraus resultierenden
Kreiselkräfte einstellt.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die Propellernabe in
einem einachsigen Neigungsgelenk gelagert, dessen
Neigungsachse zur Kippachse der Antriebseinheit senkrecht
verläuft, so daß die Neigbarkeit der Propellernabe um die
Neigungsachse gemeinsam mit der Kippbarkeit der
Antriebseinheit um die Kippachse der Antriebseinheit eine
Neigung der Propellerrotationsebene in alle Richtungen
gestattet, wobei die Stellgeschwindigkeit der
Nachführeinrichtung für die Kippbewegung um die Kippachse der
Antriebseinheit der Stellgeschwindigkeit der fluiddynamisch
induzierten Neigungsbewegung der Propellerrotationsebene im
wesentlichen entspricht. Bei dieser Bauform kann die weiter
oben angegebene kardanische Lagerung der Propellernabe
entfallen.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist in die Propellernabe
ein bevorzugt in Planetengetriebebauweise ausgeführtes
Untersetzungsgetriebe integriert, das von der Abtriebswelle
des Antriebs, vorzugsweise über das Doppelkardangelenk oder
das Gleichlaufgelenk, rotationsbeaufschlagt ist und das die
Drehzahl der Abtriebswelle reduziert an die Propellernabe
abgibt. Hierdurch wird das Doppelkardangelenk bzw. das
Gleichlaufgelenk für den Propellerantrieb von sehr hohen
Momenten entlastet, die insbesondere beim Betrieb mit einem
Propeller großen Durchmessers auftreten können.
Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
sorgt aufgrund ihrer von der Variable-Pitch-Einstellung des
Anstellwinkels der Rotorblätter verursachten Neigung der
Propellerrotationsebene für eine reaktionskraftfreie
Auslenkung der Propellerrotationsebene aus ihrer aktuellen
Lage und damit für eine reaktionskraftfreie Veränderung des
Schubvektors. Es müssen bei dieser Ausgestaltung folglich
keine Kreiselmomente am Rumpf abgestützt werden, so daß
aufwendige und schwere Stützkonstruktionen und entsprechende
Verstärkungen im Rumpf auch dann entfallen können, wenn
schnelle Schubvektoränderungen für eine agile Flugsteuerung
und Fluglageregelung gefordert sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung
eines Luftfahrzeugs mit Propellerantrieb, wobei der
Anstellwinkel der einzelnen Propellerblätter eines jeden
Propellers individuell eingestellt wird und wobei daraufhin
die Propellerrotationsebene induziert durch aerodynamische
Kräfte und durch aus diesen resultierende Kreiselkräfte
reaktionskraftfrei geneigt wird. Dieses Verfahren ermöglicht
das reaktionsschnelle Steuern eines Propeller-Luftfahrzeugs,
das hierdurch insbesondere im Bereich niedriger
Fluggeschwindigkeit schnellere Richtungsänderungen ermöglicht
als mit der herkömmlichen aerodynamischen Steuerung über
Höhenruder, Seitenruder und Querruder.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser
zeigt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug in einer Passa
giertransportversion im Reiseflugzustand,
Fig. 2 eine isometrische, geschnittene Ansicht eines erfin
dungsgemäßen Luftfahrzeugs in einer Passagiertrans
portversion,
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug in einer Passa
giertransportversion im Landezustand auf unpräpa
riertem Untergrund,
Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug in einer Fracht
transportversion im Landezustand auf unpräpariertem
Untergrund,
Fig. 5 eine isometrische, geschnittene Ansicht eines erfin
dungsgemäßen Luftfahrzeugs in einer Frachttransport
version,
Fig. 6 eine geschnittene Draufsicht auf ein erfindungsgemä
ßes Luftfahrzeug in einer Frachttransportversion mit
einem Antriebstragrahmen für die vorderen und die
hinteren Antriebseinheiten,
Fig. 7 einen Ausschnitt einer teilweise geschnittenen Sei
tenansicht eines erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs mit
einem Versteifungsring und einer Stützstruktur,
Fig. 8 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines
neigbaren Antriebs in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 9 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines
neigbaren Antriebs in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 1 zeigt eine Passagiertransportversion eines
erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs im Reiseflugzustand in einer
Seitenansicht. Das Luftfahrzeug besitzt einen im wesentlichen
als aerostatischen Auftriebskörper ausgebildeten Rumpf 1, der
überwiegend mit einem Gas, das leichter ist als Luft,
vorzugsweise Helium, gefüllt ist.
Der Rumpf 1 ist als Rotationsellipsoid gestaltet und besitzt
somit einen im wesentlichen kreisförmigen Grundriß und einen
elliptischen Querschnitt. Der bezüglich der Äquatorialebene
des Rumpfes 1 obere Teil des Rumpfes T, der als Oberschale 2
bezeichnet wird, ist stärker gewölbt als der unterhalb der
Äquatorialebene gelegene und als Unterschale 3 bezeichnete
untere Teil des Rumpfes 1, der wesentlich flacher ausgebildet
ist und somit eine geringere Höhe aufweist als die Oberschale
2.
Obwohl der Rumpf 1 im Grundriß kreisförmig ausgebildet ist,
besitzt er eine definierte Vorderseite, in Flugrichtung
gesehen, die durch einen Cockpitansatz 4 bestimmt ist, der
nasenartig an einem Ort des Äquatorialumfangs des Rumpfes 1
angebracht ist. Die vordere Hälfte des Äquatorialumfangs des
Rumpfes 1 ist mit in der Rumpfwandung ausgebildeten Fenstern
5 des Obergeschosses einer zweigeschossigen Passagierkabine
38 (Fig. 2) versehen. Eine weitere Reihe als Panoramafenster
6 ausgebildeter Fenster des Untergeschosses ist im vordersten
Bereich des Rumpfes 1 unterhalb des Cockpitansatzes 4 und
seitlich davon angeordnet. Seitlich vom Rumpf 1 sind zwei
vordere Antriebseinheiten 7, 8 sowie zwei hintere
Antriebseinheiten 9, 10 angeordnet.
Die vorderen Antriebseinheiten 7, 8 sind jeweils mit einem in
Flugrichtung nach vorne gerichteten Propeller 11, 12
versehen, der als Zugpropeller ausgebildet ist und dessen
Propellerblätter 11', 12' wie Propellerblätter einer
herkömmlichen Flugzeugluftschraube ausgebildet sind. Der
Propellerdurchmesser liegt im Bereich des Durchmessers von
Hubschrauberrotoren.
Die hinteren Antriebseinheiten 9, 10 besitzen einen bezüglich
der Flugrichtung nach hinten weisenden Propeller 13, 14, der
als Druckpropeller ausgebildet ist. Die Propellerblätter 13',
14' der hinteren Antriebseinheiten 9, 10 sind ebenfalls
luftschraubenartig ausgebildet und der Durchmesser der
hinteren Propeller 13, 14 entspricht in etwa dem Durchmesser
der vorderen Propeller 11, 12.
Die vorderen Antriebseinheiten 7, 8 sind über jeweilige
Querlenker 15, 16 bzw. 18, 19 sowie Längslenker 17 bzw. 20 am
Rumpf angebracht.
Die hinteren Antriebseinheiten 9, 10 sind über jeweilige
Querlenker 21, 22 bzw. 24, 25 sowie jeweilige Längslenker 23
bzw. 26 am Rumpf angebracht.
Die vorderen Antriebseinheiten 7, 8 sind oberhalb der
Äquatorialebene gelegen und die hinteren Antriebseinheiten 9,
10 sind unterhalb der Äquatorialebene des Rumpfes 1 gelegen.
Fig. 2 ist eine isometrische, geschnittene Ansicht eines
erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs in einer
Passagiertransportversion, wobei die Rumpfhülle 2' der
Oberschale 2 größtenteils weggeschnitten ist und die
Rumpfhülle 3' der Unterschale 3 im Bereich der hinteren
linken Antriebseinheit 9 weggeschnitten ist.
Im Äquatorialbereich des Rumpfes 1 ist ein felgenartiger
Versteifungsring 27 vorgesehen, der an seinem oberen Rand und
an seinem unteren Rand jeweils ein umlaufendes, druckfestes
Stützprofil 28, 29 aufweist. Zwischen den umlaufenden
Stützprofilen 28, 29 ist eine ringförmige Wandung 30
vorgesehen, die das obere Stützprofil 28 und das untere
Stützprofil 29 miteinander verbindet. Der Aufbau des
Versteifungsrings 27 wird weiter unten anhand der Fig. 7
detailliert beschrieben.
Die vorderen Antriebseinheiten 7, 8 sind über eine
fachwerkartige vordere Stützstruktur 31 miteinander
verbunden, wobei die vorderen oberen Querlenker 15, 18 und
die vorderen unteren Querlenker 16, 19 Elemente der vorderen
Stützstruktur 31 bilden.
Die hinteren Antriebseinheiten 9, 10 sind über eine hintere
Stützstruktur 32 miteinander verbunden, wobei die hinteren
Querlenker 21, 22, 24, 25 Elemente der hinteren Stützstruktur
32 bilden.
Die vorderen Längslenker 17, 20 einer jeden Seite sind mit
den hinteren Längslenkern 23, 26 derselben Seite des
Luftfahrzeugs verbunden, wobei im Bereich der jeweiligen
Verbindungsstelle eine fachwerkartige Struktur 33, 34
vorgesehen ist, um die unterschiedlichen Höhenlagen der
Triebwerke und damit von deren Längslenkern auszugleichen.
Die Längslenker 17, 23 bzw. 20, 26 mit ihren zugehörigen
fachwerkartigen Verbindungsstrukturen 33 bzw. 34 bilden
jeweils eine linke Schubstrebe 36 bzw. eine rechte
Schubstrebe 37.
Die vordere Stützstruktur 31, die hintere Stützstruktur 32,
der linke vordere Längslenker 17, der linke hintere
Längslenker 23, deren linke fachwerkartige
Verbindungsstruktur 33, der rechte vordere Längslenker 20 der
rechte hintere Längslenker 26 und deren rechte fachwerkartige
Verbindungsstruktur 34 bilden gemeinsam einen
Antriebstragrahmen 35, der die vier Antriebseinheiten 7, 8, 9
und 10 miteinander verbindet, wobei die jeweiligen
Längslenker 17, 23, 20, 26 mit den zugeordneten
Stützstrukturen 31, 32 unstarr verbunden sind, um eine
Verwindbarkeit und Verschränkbarkeit des Antriebstragrahmens
35 zuzulassen.
Der Antriebstragrahmen 35 ist am felgenartigen
Versteifungsring 27 im Bereich der vorderen und der hinteren
Stützstruktur 31, 32 sowie der linken und der rechten
Schubstrebe 36, 37 unstarr aufgehängt, um auch hier eine
Verwindbarkeit zwischen dem Antriebstragrahmen 35 und dem
felgenartigen Versteifungsring 27 zuzulassen.
Im vorderen Teil des Rumpfes 1 ist eine halbringförmige
Passagierkabine 38 vorgesehen, die am felgenartigen
Versteifungsring 27 und am Antriebstragrahmen 35,
insbesondere an dessen vorderer Stützstruktur 31, aufgehängt
ist. Die Fenster 5 der Passagierkabine 38 sind im vorderen
Teil des Versteifungsrings 27 in dessen ringförmiger Wandung
ausgebildet.
Im hinteren Teil des Rumpfes 1 ist ein Gepäck- und Frachtraum
39 für Fracht und Reisegepäck der Passagiere vorgesehen. Der
Gepäck- und Frachtraum 39 ist am Versteifungsring 27 und an
der hinteren Stützstruktur 32 aufgehängt. An seiner
Unterseite ist der Gepäck- und Frachtraum 39 mit einem
Schacht 40 versehen, der vom Boden des Gepäck- und
Frachtraums 39 zur Wandung der Unterschale 3 führt. Der
Schacht 40 ist an seiner Unterseite von einer in der Wandung
der Unterschale 3 angebrachten Klappe 41 verschließbar. Ein
in der Fig. 2 nicht dargestellter Seilzug oder Lift ist im
Gepäck- und Frachtraum 39 im Bereich des Schachts 40
vorgesehen, um Fracht vom Gepäck- und Frachtraum 39 zur
Oberfläche eines Landeplatzes herabzulassen bzw. Fracht von
dort in das Luftfahrzeug zu transportieren.
In der Mitte des Rumpfes ist ein zylindrischer Zentralkörper
42 vorgesehen, der auf einem an der Unterseite der
Unterschale 3 ausgebildeten Landefuß 43 steht und der über
ummantelte Transportstege 44, 45, 46 mit der Passagierkabine
38 sowie mit dem Gepäck- und Frachtraum 39 verbunden ist. Der
Zentralkörper 42 reicht zumindest bis in den Bereich der
Äquatorialebene oder geringfügig darüber hinaus, wobei jedoch
ein deutlicher Vertikalabstand zwischen der Oberseite des
Zentralkörpers 42 und der Wandung der Oberschale 2 vorgesehen
ist. Der Zentralkörper 42 ist in der von der Oberschale 2,
der Unterschale 3 und dem Versteifungsring 27 gebildeten
Hüllenstruktur des Rumpfes 1 so aufgehängt, daß er bei einer
harten Landung des Luftfahrzeugs nach oben einfedern kann und
so ein Durchfedern von Passagierkabine 38, Gepäck- und
Frachtraum 39 und Antriebstragrahmen 35 gestattet, wobei auch
die Transportstege 44, 45, 46 mit dem Zentralkörper 42
unstarr verbunden sind, um dessen Einfedern zu ermöglichen.
Im unteren Bereich der Unterschale 3 ist eine vom
Zentralkörper 42 radial nach außen zur Wandung bzw. Hülle 3'
der Unterschale 3 führender ummantelter Korridor 47
vorgesehen, der von einer in der Wandung der Unterschale 3
ausgebildeten Zugangsrampe 48 verschließbar ist. Innerhalb
des Zentralkörpers 42 sind Treppen und/oder Aufzüge
vorgesehen, die den unteren Einstiegsbereich des
Zentralkörpers 42 in Höhe des Korridors 47 mit dem oberen
Zugangsbereich zu den Transportstegen 44, 45, 46 verbinden.
Weiterhin ist in Fig. 2 zu erkennen, daß die
Antriebseinheiten 7, 8, 9, 10 abgewinkelt ausgebildet sind,
wobei jeweils eine Antriebsmaschine 49, 50, 51, 52 quer zur
durch den Zentralkörper und den Cockpitansatz verlaufenden
Längsmittelebene des Luftfahrzeugs angeordnet ist und
vorzugsweise horizontal liegt. Die vorderen Antriebsmaschinen
49, 50 sind dabei koaxial zum jeweiligen vorderen oberen
Querlenker 15 bzw. 18 ausgerichtet, während die hinteren
Antriebsmaschinen 51, 52 koaxial mit dem jeweils zugeordneten
hinteren unteren Querlenker 22 bzw. 25 ausgerichtet sind. Die
Achsen der Antriebsmaschinen 49, 50, 51, 52 liegen somit in
einer Ebene parallel zur Äquatorialebene des Luftfahrzeugs.
Jede der Antriebsmaschinen 49, 50, 51, 52 ist über ein in den
Figuren nicht dargestelltes Winkelgetriebe, dessen jeweilige
Eingangswelle mit der Ausgangswelle der zugeordneten
Antriebsmaschine verbunden ist und dessen den jeweiligen
Propeller beaufschlagende Abtriebswelle in einer rechtwinklig
zur Rotationsachse des jeweiligen Antriebs verlaufenden Ebene
gelegen ist. In der Darstellung in Fig. 2 liegen die
Abtriebswellen zudem in der Waagerechten. Das Vorhandensein
der Winkelgetriebe in jeder Antriebseinheit 7, 8, 9, 10 ist
durch die in Fig. 2 dargestellte abgewinkelte Gestalt der
Antriebseinheiten 7, 8, 9, 10 zu erkennen.
Jede Antriebseinheit 7, 8, 9, 10 ist um die Rotationsachse
ihrer zugeordneten Antriebsmaschine 49, 50, 51, 52 derart
drehbar gelagert, daß der jeweilige in Fig. 2 waagerecht
liegende vordere Abschnitt 53, 54 der vorderen
Antriebseinheiten 7, 8 bzw. der in Fig. 2 waagerecht liegende
hintere Abschnitt 55, 56 der jeweiligen hinteren
Antriebseinheit 9, 10, in dem jeweils die zugeordnete
Abtriebswelle des Antriebs liegt, zwischen der in Fig. 2
dargestellten waagerechten Ausrichtung und einer senkrechten
Ausrichtung kippbar ist.
In Fig. 3 ist das Luftfahrzeug in einer Seitenansicht im
gelandeten Zustand dargestellt, in dem die Abschnitte 53, 54,
55, 56 der Antriebseinheiten 7, 8, 9, 10, in denen die
jeweilige Abtriebswelle gelegen ist, in die Vertikale gekippt
ist. Die jeweilige Propellerrotationsebene der
Antriebseinheiten 7, 8, 9, 10 verläuft daher in Fig. 3
waagerecht, weshalb Fig. 3 auch gleichzeitig die Start- und
Landeposition der Antriebseinheiten zeigt.
In Fig. 3 sind weiterhin die geöffnete Klappe 41 des Gepäck- und
Frachtraums 39 sowie die herabgelassene Zugangsrampe 48
des Korridors 47 zum Zentralkörper 42 zu erkennen. Unterhalb
der Unterschale 3 des Rumpfes 1 ist ein balgartiger Ringwulst
57 zu sehen, der von der unteren Wandung der Unterschale 3
nach unten ausgefahren ist und auf dem das gelandete
Luftfahrzeug ruht, wobei der Ringwulst 57 als Landefuß dient.
In Fig. 3 ist außerdem erkennbar, daß die vordere
Antriebseinheit 7 und auch die nicht dargestellte vordere
Antriebseinheit 8 gegenüber der in Fig. 1 dargestellten
Position im Reiseflug nach oben gekippt ist, so daß sich die
Ebene des Propellers 11 oberhalb der zugeordneten
Antriebsmaschine 49 befindet und daß sich die Ebene des
Propellers 13 der hinteren Antriebseinheit 9 - ebenso wie der
nicht zu erkennenden hinteren Antriebseinheit 10 - unterhalb
der zugeordneten Antriebsmaschine 51 liegt. Diese
unterschiedliche Lage der jeweiligen Propellerebene ist
dadurch bedingt, daß es sich bei den vorderen Propellern um
Zugpropeller und bei den hinteren Propellern um
Druckpropeller handelt, so daß mit der in Fig. 3 gezeigten
Anordnung sowohl die vorderen Antriebseinheiten als auch die
hinteren Antriebseinheiten eine nach oben gerichtete
Schubkraft erzeugen können.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Luftfahrzeugs, das als Frachttransportversion ausgebildet
ist, im gleichen Betriebszustand wie die Fig. 3 für die
Passagiertransportversion. Bei dieser Frachttransportversion
fehlen die bei der Passagiertransportversion vorgesehenen
Fenster 5 und 7 im Rumpf 1. In der Unterschale 3 ist dafür
ein in Fig. 5 dargestellter, im Grundriß im wesentlichen
achteckiger Frachtraum 58 (Fig. 5) ausgebildet, der unterhalb
seines Bodens mit einem dem Grundriß angepaßten nach unten
gerichteten balgartigen Ringwulst 59 versehen ist, der die
gleiche Funktion als Landefuß besitzt wie der Ringwulst 57
bei der Passagiertransportversion, der jedoch eine dem
Grundriß des Frachtraums angepaßte größere Grundfläche
umgrenzt als der Ringwulst 57 der Passagiertransportversion.
Weiterhin sind bei der in Fig. 4 gezeigten
Frachttransportversion eine vordere Rampe 60 und eine hintere
Rampe 61 in der Wandung der Unterschale 3 vorgesehen, die von
vorne bzw. von hinten durch einen vorderen Korridor 62 bzw.
einen hinteren Korridor 63 zum Frachtraum 58 führen (Fig. 5)
und die das gleichzeitige Beladen und Entladen des
Frachtraums 58 erleichtern.
Fig. 5 gibt eine isometrische Ansicht der teilweise
geschnittenen Frachttransportversion des erfindungsgemäßen
Luftfahrzeugs wieder, wobei die Ansicht der Fig. 5
prinzipiell der Ansicht der Passagiertransportversion aus
Fig. 2 entspricht. Auch der Aufbau des Antriebstragrahmens 64
entspricht bei dieser Version grundsätzlich dem
Antriebstragrahmen 35 der Passagiertransportversion. Auch der
Rumpf 1 mit der Oberschale 2 und der Unterschale 3 sowie dem
felgenartigen Versteifungsring 27 entspricht grundsätzlich
der Version der in Fig. 2 dargestellten
Passagiertransportversion. Zur Vermeidung von Wiederholungen
wird daher bezüglich der Beschreibung dieser im wesentlichen
baugleich ausgebildeten Strukturelemente sowie der im
wesentlichen baugleich ausgebildeten Antriebseinheiten auf
die Beschreibung der Fig. 2 verwiesen. Der Frachtraum 58
befindet sich im wesentlichen im Bereich der Unterschale 3
des Rumpfes 1 und die obere Wandung des Frachtraums 58 ist
von der oberen Wandung der Oberschale 2 deutlich beabstandet,
um auch hier ein Einfedern des Frachtraums 58 zu ermöglichen
und somit ein Durchfedern des Antriebstragrahmens 64 zu
gestatten. Die Höhe des Frachtraums 58 beträgt maximal etwa
ein Viertel der Gesamthöhe des Luftfahrzeugs.
In Fig. 6 ist die Frachttransportversion aus den Fig. 4 und 5
nochmals in einer geschnittenen Grundrißansicht dargestellt,
wobei auf der in Flugrichtung X gesehen rechten Seite die
vordere rechte Antriebseinheit 8 und die hintere rechte
Antriebseinheit 10 in ihrer Vertikalflugposition (mit
waagerechter Propellerebene) gezeigt sind und wobei die in
Flugrichtung gesehen linken Antriebseinheiten, die linke
vordere Antriebseinheit 7 und die linke hintere
Antriebseinheit 9, in Reiseflugstellung (mit vertikaler
Propellerebene) dargestellt sind. Diese Darstellung mit
unterschiedlich gekippten Antriebseinheiten dient lediglich
dem besseren Verständnis; sie stellt keinen realen
Flugzustand dar.
Deutlich erkennbar ist in der Darstellung der Fig. 6, daß die
jeweiligen Querlenker 15, 16; 18, 19; 21, 22; 24, 25, von
denen jeweils nur der obere Querlenker zu sehen ist,
gegenüber der Luftfahrzeugquerachse y, vom innerhalb des
Rumpfes gelegenen Mittelabschnitt der vorderen Stützstruktur
31 bzw. dem innerhalb des Rumpfes gelegenen Mittelabschnitt
der hinteren Stützstruktur 32 ausgehend geringfügig nach
außen gerichtet, also von der vorderen Stützstruktur 31 nach
vorne und von der hinteren Stützstruktur 32 nach hinten,
abgewinkelt ausgebildet sind. Die hierdurch erhaltene
Schrägstellung der Propellerebenen im Reiseflug bezüglich
einer Vertikalebene durch die Querachse des Luftfahrzeugs ist
auch in der Seitenansicht der Fig. 1 zu erkennen. Diese
Schrägstellung bewirkt, daß der Propeller in seiner
Normalstellung im Reiseflugzustand (Fig. 1) von der das
Luftfahrzeug umströmenden Luftströmung im wesentlichen axial
angeströmt wird.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt einer teilweise geschnittenen
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs im
Äquatorialbereich. Der Versteifungsring 27 weist ein
rohrförmiges oberes Stützprofil 28 sowie ein rohrförmiges
unteres Stützprofil 29 auf, die in eine sandwichartig
aufgebaute ringförmige Wandung 30 an deren oberem Umfang bzw.
an deren unterem Umfang einlaminiert sind. Die Wandung 30 ist
in ihrer Kontur teilelliptisch konvex nach außen gewölbt. Die
Rumpfhülle 2' der Oberschale 2 sowie die Rumpfhülle 3' der
Unterschale 3 sind über geeignete Befestigungsvorrichtungen
am oberen Stützprofil 28 bzw. am unteren Stützprofil 29
befestigt. Hierzu kann das jeweilige Stützprofil 28, 29 eine
geeignete profilierte Querschnittsform abweichend von der in
Fig. 7 dargestellten Kreisform aufweisen, die ein Anbringen
entsprechender Befestigungsteile der jeweiligen Rumpfhülle
2', 3' am zugeordneten oberen Stützprofil 28 bzw. am unteren
Stützprofil 29 ermöglicht.
Die Rumpfhülle wird von einem geeigneten flexiblen Material
gebildet, wie dies beispielsweise bereits im Luftschiffbau
Verwendung findet. Die in der vorliegenden Anmeldung
gewählten Bezeichnungen Oberschale und Unterschale bedeuten
nicht, daß es sich hierbei um starre Gebilde handelt, sondern
bezeichnet nur die geometrische Gestalt im unter Druck
gesetzten Zustand des Rumpfes.
Die Oberschale 2 ist doppelwandig ausgebildet, wobei eine
innere Hülle 2'' von der äußeren Hülle 2' beabstandet ist und
einen Kanal bildet, in den im oberen Stützprofil 28
ausgebildete Ausströmöffnungen 65 einmünden. Der zwischen der
äußeren Hülle 2' und der inneren Hülle 2'' gebildete Raum kann
auch meridianartig in eine Vielzahl von Kanälen unterteilt
sein. Am obersten Punkt der Oberschale 2 ist in der äußeren
Hülle 2' eine nicht gezeigte zentrale obere Ausströmöffnung
vorgesehen. Auf diese Weise kann durch das obere Stützprofil
28 zugeführte Warmluft aus den Öffnungen 65 in die zwischen
der inneren Hülle 2'' und der äußeren Hülle 2' gebildeten
Kanäle einströmen und aus der zentralen oberen
Ausströmöffnung wieder entweichen, wobei die Warmluft die
äußere Hülle 2' erwärmt und damit ein Enteisen der äußeren
Hülle ermöglicht.
In Fig. 7 ist weiterhin ein fachwerkartiges Stützgerüst 66
gezeigt, das auf der radial inneren Seite des
Versteifungsrings 27 gelegen ist und das das obere
Stützprofil 28 und das untere Stützprofil 29 unter
Einbeziehung eines inneren ringförmigen Stützprofils 67
verbindet. Das Stützgerüst 66 dient zur Verstärkung des
Versteifungsrings 27.
Zur Steuerung weist das ohne herkömmliche aerodynamische
Steuervorrichtungen ausgebildete Luftfahrzeug spezielle
Antriebseinheiten 7, 8, 9, 10 auf, die aufgrund eines
besonders gestalteten Rotorkopfes 110 mit neigbarer
Propellerrotationsebene 113 eine Schubvektorsteuerung mittels
des Propellers ermöglichen.
Ein Rotorkopf 110 einer derartigen Antriebseinheit sowie eine
Abwandlung davon werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Fig. 8 und 9 beschrieben.
In Fig. 8 ist eine erste Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Rotorkopfes einer der Antriebseinheiten 7,
8, 9, 10 dargestellt. Der Rotorkopf weist in seinem in Fig. 8
unteren Teil einen hohlzylindrisch ausgebildeten vorderen
Abschnitt 101 eines Antriebsgehäuses auf, der den vorderen
Abschnitten 53, 54 der vorderen Antriebseinheiten 7, 8 bzw.
den hinteren Abschnitten 55, 56 der hinteren
Antriebseinheiten 9, 10 des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs
entspricht.
Im Inneren des vorderen Abschnitts 101 ist koaxial dazu ein
inneres zylindrisches Hilfstragrohr 102 angeordnet, das über
ringförmige Abstandhalter 103 mit dem zylindrischen vorderen
Abschnitt 101 verbunden ist.
Innerhalb des inneren zylindrischen Hilfstragrohrs 102 ist
koaxial zu diesem eine Welle 104 über Lager 105 drehbar
gelagert. Die Welle 104 ist die Abtriebswelle einer der in
Fig. 2 schematisch dargestellten Antriebsmaschinen 49, 50,
51, 52. Sie kann koaxial zur Rotationswelle der zugeordneten
Antriebsmaschine angeordnet sein oder wie im Beispiel der
Fig. 1 bis 7 über ein Winkelgetriebe mit der
Rotationswelle der Antriebsmaschine verbunden sein. Außerdem
kann die Welle 104 die Abtriebswelle eines der
Antriebsmaschine nachgeordneten Untersetzungs- oder
Sammelgetriebes sein.
Am freien Ende des zylindrischen vorderen Abschnitts 101 des
Antriebsgehäuses ist ein Kardanring 106 innerhalb des
hohlzylindrischen Mantels des vorderen Abschnitts 101 an
diesem schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse 106' des
Kardanrings 106 steht dabei im rechten Winkel zur Längsachse
101' des zylindrischen vorderen Abschnitts 101. Die Lagerung
des Kardanrings 106 am hohlzylindrischen vorderen Abschnitt
101 erfolgt in bekannter Weise über Lagerbolzen 107, 108.
Innerhalb des Kardanrings 106 ist ein zylindrisches Tragrohr
109 der Propellernabe 110 mittels zweier an zwei radial
gegenübergelegenen Seiten am unteren Ende des
hohlzylindrischen Tragrohrs 109 axial hervorstehenden
Lagerlaschen 111 im Kardanring 106 schwenkbar gelagert. Die
Neigungsachse 111', um die die Lagerlaschen 111 und damit das
hohlzylindrische Tragrohr 109 schwenken, ist senkrecht zur
Längsachse 109' des hohlzylindrischen Tragrohrs 109 und
senkrecht zur Schwenkachse 106' des Kardanrings 106 gelegen.
Auf diese Weise ist ein äußeres Kardangelenk 112 gebildet,
dessen Mittelpunkt durch den Schnittpunkt der Achsen 101',
106' und 111' gebildet ist und das eine Neigbarkeit der
Propellerebene 113 bezüglich der Längsachse 101' des vorderen
Abschnitts 101 des Antriebsgehäuses, die gleichzeitig die
Rotationsachse 104' der Abtriebswelle 104 bildet, in
beliebige Richtungen gestattet.
Im Bereich des freien Endes der Abtriebswelle 104 sind zwei
diametral gegenübergelegene untere innere Schwenklager 114,
114' vorgesehen, in denen eine die Abtriebswelle 104
diametral durchdringende Achse 115 gelagert ist, deren
Schwenkachse 115' im rechten Winkel zur Rotationsachse 104'
der Abtriebswelle 104 liegt, welche ihrerseits koaxial zur
Längsachse 101' des vorderen Abschnitts 101 verläuft. Die
Achse 115 ist zur Ausbildung eines unteren Kardankreuzes in
ihrer Mitte (in Längsrichtung gesehen) mit zwei seitlich
angebrachten Schwenkzapfen 116 versehen, deren Schwenkachse
116' im rechten Winkel zur Schwenkachse 115' liegt.
An den Schwenkzapfen 116 ist jeweils eine sich vom freien
Ende der hohl ausgebildeten Antriebswelle 104 wegerstreckende
Verbindungswelle 118 schwenkbar gelagert, die an ihrem von
den Schwenkzapfen 116 abgewandten Ende auf Schwenkzapfen 117
gelagert ist, deren Schwenkachse 117' parallel zur
Schwenkachse 116' verläuft. Die Schwenkzapfen 117 sind zur
Ausbildung eines oberen Kardankreuzes in der Mitte (in
Längsrichtung gesehen) einer Achse 119 seitlich an dieser
angebracht, deren Schwenkachse 119' rechtwinklig zur
Schwenkachse 117' verläuft.
Die Achse 119 ist in zwei oberen inneren Schwenklagern 120,
120' schwenkbar gelagert, die im Bereich des freien Endes
einer Propellerwelle 121, diese diametral durchdringend,
vorgesehen sind. Die Rotationsachse 121' der Propellerwelle
121 steht senkrecht auf der Propellerrotationsebene 113 sowie
auf der Schwenkachse 119'. Auf diese Weise ist ein inneres
Doppelkardangelenk 122 gebildet, das die Rotation der
Abtriebswelle 104 auf die Propellerwelle 121 in jeder
beliebigen Neigungsposition der Propellerrotationsebene 113
gleichförmig überträgt.
Die Rotationsachse 121' der Propellerwelle 121 und die
Rotationsachse 104' der Abtriebswelle 104 schneiden sich in
der Mitte des äußeren Kardangelenks 112, das heißt im
Schnittpunkt der Schwenkachse 106' des Kardanrings 106 und
der Neigungsachse 111' der Lagerlaschen 111.
In der Propellernabe 110 ist ein Planetengetriebe 123
vorgesehen, dessen Sonnenrad mit der Propellerwelle 121
verbunden ist und an dessen Hohlrad 124 die Propellerblätter
125 gelagert sind. Die Planetenräder des Planetengetriebes
123 sind an einem mit dem zylindrischen Tragrohr 109 drehfest
verbundenen Planetenradträger gelagert.
Die Lagerung der Propellerblätter 125, 125' am Hohlrad 124
ist derart ausgebildet, daß die Anstellwinkel der
Propellerblätter 125, 125' verstellbar sind. Hierzu ist jedes
Propellerblatt 125, 125' über eine zugeordnete obere
Stellstange 126, 126' mit einer Taumelscheibe 127 mittels
eines jeweiligen oberen Kugelgelenks 128, 128' gelenkig
verbunden. Die Taumelscheibe 127 besteht aus einem inneren
Lagerring 129 und einem äußeren Lagerring 130, wobei die
oberen Kugelgelenke 128, 128' am inneren Lagerring 129
angeordnet sind. Die Ebene der ringförmigen Taumelscheibe 127
verläuft durch den Mittelpunkt des äußeren Kardangelenks 112,
sie kann aber auch zur Propellernabe hin versetzt sein.
Am äußeren Lagerring 130 der Taumelscheibe 127 sind untere
Kugelgelenke 131, 131' vorgesehen, an denen untere
Stellstangen 132, 132' gelagert sind, die entlang dem
vorderen Abschnitt 101 des Antriebsgehäuses verlaufen und die
über zugeordnete Kolben-Zylinder-Einheiten 133, 133' axial
verstellbar sind. Die Kolben-Zylinder-Einheiten 133, 133'
sind außerhalb des vorderen Abschnitts 101 angeordnet, sie
können aber auch innerhalb des rohrförmigen vorderen
Abschnitts 101 zwischen diesem und dem inneren zylindrischen
Hilfstragrohr 102 angeordnet sein.
Mittels der Kolben-Zylinder-Einheiten 133, 133', der unteren
Stellstangen 132, 132', der Taumelscheibe 127, und der oberen
Stellstangen 126, 126' kann nicht nur der Anstellwinkel eines
jeden Propellerblatts 125, 125' individuell verstellt werden,
sondern es kann über diese Verstellmechanik ebenso eine
kollektive Verstellung der Anstellwinkel der Propellerblätter
um eine allen Propellerblättern gemeinsame
Anstellwinkeldifferenz erfolgen.
Fig. 9 zeigt eine Abwandlung des Rotorkopfes aus Fig. 8, bei
dem das äußere Kardangelenk 112 durch ein einfaches um eine
Achse schwenkbares Gelenk ersetzt worden ist, wie nachfolgend
anhand der Unterschiede zum Rotorkopf der Fig. 8 erläutert
wird.
Am in Fig. 9 oberen freien Ende des vorderen Abschnitts 101
des Antriebsgehäuses sind untere Lagerlaschen 134 vorgesehen,
die von der Stirnseite des freien Endes des zylindrischen
vorderen Abschnitts 101 in Längsrichtung des vorderen
Abschnitts 101 hervorstehen und an zwei diagonal
gegenübergelegenen Seiten des vorderen Abschnitts 101
angeordnet sind. An den unteren Lagerlaschen 134 sind die
Lagerlaschen 111 des zylindrischen Tragrohrs 109 der
Propellernabe schwenkbar gelagert, wobei die Neigungsachse
111' senkrecht zur Längsachse 101' des vorderen Abschnitts
101 steht. Auf diese Weise ist ein Neigungsgelenk 134'
gebildet. Die Achsen 101' und 111' verlaufen zudem jeweils
rechtwinklig zu einer Kippachse 135' einer
Befestigungsanordnung 135 für die Befestigung der
Antriebseinrichtung am Luftfahrzeug.
Bei diesem Rotorkopf kann die Propellerrotationsebene 113
ebenfalls in jede beliebige Richtung geneigt werden, da die
Kippachse 135' den Freiheitsgrad liefert, der bei der
Ausführung nach Fig. 8 von der Schwenkachse 106' des
Kardanrings 106 geliefert wird.
Auch bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform mit dem
äußeren Kardangelenk 112 kann die um die Kippachse 135'
kippbare Befestigungseinrichtung 135 vorgesehen sein.
1
Rumpf
2
Oberschale
2'
Äußere Hülle
2''
Innere Hülle
3
Unterschale
3'
Hülle
4
Cockpitansatz
5
Fenster
6
Panoramafenster
7
Linke vordere Antriebseinheit
8
Rechte vordere Antriebseinheit
9
Linke hintere Antriebseinheit
10
Rechte hintere Antriebseinheit
11
Linker vorderer Propeller
11'
Propellerblätter
12
Rechter vorderer Propeller
12'
Propellerblätter
13
Linker hinterer Propeller
13'
Propellerblätter
14
Rechter vorderer Propeller
14'
Propellerblätter
15
Linker vorderer oberer Querlenker
16
Linker vorderer unterer Querlenker
17
Linker vorderer Längslenker
18
Rechter vorderer oberer Querlenker
19
Rechter vorderer unterer Querlenker
20
Rechter vorderer Längslenker
21
Linker hinterer oberer Querlenker
22
Linker hinterer unterer Querlenker
23
Linker hinterer Längslenker
24
Rechter hinterer oberer Querlenker
25
Rechter hinterer unterer Querlenker
26
Rechter hinterer Längslenker
27
Versteifungsring
28
Oberes Stützprofil
29
Unteres Stützprofil
30
Ringförmige Wandung
31
Vordere Stützstruktur
32
Hintere Stützstruktur
33
Linke fachwerkartige Struktur
34
Rechte fachwerkartige Struktur
35
Antriebstragrahmen
36
Linke Schubstrebe
37
Rechte Schubstrebe
38
Passagierkabine
39
Gepäck- und Frachtraum
40
Schacht
41
Klappe
42
Zentralkörper
43
Ringwulst
44
Transportsteg
45
Transportsteg
46
Transportsteg
47
Korridor
48
Zugangsrampe
49
Linke vordere Antriebsmaschine
50
Rechte vordere Antriebsmaschine
51
Linke hintere Antriebsmaschine
52
Rechte hintere Antriebsmaschine
53
Vorderer Abschnitt
54
Vorderer Abschnitt
55
Hinterer Abschnitt
56
Hinterer Abschnitt
57
Balgartiger Ringwulst
58
Frachtraum
59
Ringwulst
60
Vordere Rampe
61
Hintere Rampe
62
Vorderer Korridor
63
Hinterer Korridor
64
Antriebstragrahmen
65
Öffnungen
66
Stützgerüst
67
Inneres Stützprofil
101
Vorderer Abschnitt
101'
Längsachse von
101
102
Inneres zylindrisches Hilfstragrohr
103
Ringförmiger Abstandhalter
104
Abtriebswelle
104'
Rotationsachse von
104
105
Lager
106
Kardanring
106'
Schwenkachse von
106
107
Lagerbolzen
108
Lagerbolzen
109
Zylindrisches Tragrohr
109'
Längsachse von
109
110
Propellernabe
111
Lagerlaschen
111'
Neigungsachse von
111
112
Äußeres Kardangelenk
113
Propellerrotationsebene
114
Erstes unteres inneres Schwenklager
114'
Zweites unteres inneres Schwenklager
115
Achse
115'
Schwenkachse von
115
116
Schwenkzapfen
116'
Schwenkachse von
116
117
Schwenkzapfen
117'
Schwenkachse von
117
118
Verbindungswelle
119
Achse
119'
Schwenkachse von
119
120
Erstes oberes inneres Schwenklager
120'
Zweites oberes inneres Schwenklager
121
Propellerwelle
121'
Rotationsachse von
121
122
Doppelkardangelenk
123
Planetengetriebe
124
Hohlrad
125
Propellerblatt
125'
Propellerblatt
126
Obere Stellstange
126'
Obere Stellstange
127
Taumelscheibe
128
Oberes Kugelgelenk
128''
Oberes Kugelgelenk
129
Innerer Lagerring
130
Äußerer Lagerring
131
Unteres Kugelgelenk
131'
Unteres Kugelgelenk
132
Untere Stellstange
132'
Untere Stellstange
133
Kolben-Zylinder-Einheit
133'
Kolben-Zylinder-Einheit
134
Untere Lagerlasche
134'
Neigungsgelenk
135
Befestigungsanordnung
135'
Kippachse von
135
Claims (44)
1. Luftfahrzeug mit einem im wesentlichen als aerostatischem
Auftriebskörper ausgebildeten Rumpf (1) sowie am Rumpf
(1) angelenkten, mit Propellern (11, 12, 13, 14)
versehenen, Antriebseinheiten (7, 8, 9, 10) bildenden
kombinierten Auftriebs- und Vortriebseinrichtungen, die
jeweils zwischen einer Auftriebsposition, in der die
jeweilige Propellerrotationsebene im wesentlichen
horizontal und die die jeweilige Propellerwelle (121)
beaufschlagende Abtriebswelle (104) des zugeordneten
Antriebs (49, 50, 51, 52) im wesentlichen vertikal
gelegen sind, und einer Vortriebsposition, in der die
jeweilige Propellerrotationsebene im wesentlichen
vertikal und die die jeweilige Propellerwelle (121)
beaufschlagende Abtriebswelle (104) des zugeordneten
Antriebs (49, 50, 51, 52) im wesentlichen horizontal
gelegen sind, kippbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweilige Propellerrotationsebene (113) relativ
zur die Propellerwelle (121) beaufschlagenden
Abtriebswelle (104) des zugeordneten Antriebs (49, 50,
51, 52) rundum neigbar ist.
2. Luftfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rumpf (1) zugleich als aerodynamischer
Auftriebskörper gestaltet ist.
3. Luftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß keine aktiv betätigbaren aerodynamischen
Steuervorrichtungen vorgesehen sind.
4. Luftfahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rumpf (1) einen im wesentlichen kreisförmigen
Grundriß aufweist.
5. Luftfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rumpf (1) einen im wesentlichen elliptischen
Querschnitt aufweist.
6. Luftfahrzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rumpfquerschnitt die Gestalt einer
asymmetrischen, im wesentlichen elliptischen Form
besitzt, wobei der obere Teil eine Oberschale (2) bildet,
die stärker gewölbt ist als der flachere, eine
Unterschale (3) bildende untere Teil.
7. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rumpf (1) zumindest einen felgenartigen
Versteifungsring (27) im Äquatorialbereich aufweist.
8. Luftfahrzeug nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Versteifungsring (27) im Querschnitt an seinem
Außenumfang eine teilelliptische Gestalt aufweist.
9. Luftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Versteifungsring (27) einen
Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise in Sandwichbauweise,
aufweist.
10. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß druckfeste Stützprofile (28, 29) in den
Versteifungsring (27) integriert sind.
11. Luftfahrzeug nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Versteifungsring (27) zumindest ein Stützgerüst
(66) aufweist, das im Querschnitt bevorzugt im
wesentlichen dreieckig ausgebildet ist.
12. Luftfahrzeug nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stützgerüst (66) zumindest teilweise in den
Versteifungsring (27) integriert ist.
13. Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils zwei Antriebseinheiten (7, 8; 9, 10)
gemeinsam an einer vorzugsweise unstarr am Rumpf (1)
angebrachten Stützstruktur (31; 32) gehaltert sind.
14. Luftfahrzeug nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinheiten (7, 8, 9, 10) und/oder deren
Stützstrukturen (31, 32) über Schubstreben (36, 37) zu
einem Antriebstragrahmen (35; 64) unstarr miteinander
verkoppelt sind.
15. Luftfahrzeug nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinheiten (7, 8, 9, 10) und/oder deren
Stützstrukturen (31, 32) über den Antriebstragrahmen (35;
64) am felgenartigen Versteifungsring (27) unstarr
angebracht sind.
16. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vorderen Antriebseinheiten (7, 8) und die
hinteren Antriebseinheiten (9, 10) jeweils
unterschiedlich weit von der Längsmittelebene des
Luftfahrzeugs beabstandet sind.
17. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vorderen Antriebseinheiten (7, 8) und die
hinteren Antriebseinheiten (9, 10) jeweils
unterschiedlich hoch am Luftfahrzeug angeordnet sind.
18. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest vier Antriebseinheiten (7, 8, 9, 10)
vorgesehen sind.
19. Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in jeder Antriebseinheit (7, 8, 9, 10) zwei parallel
zueinander betreibbare Antriebsmaschinen vorgesehen sind.
20. Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß im unteren Bereich des Rumpfes (1) ein Frachtraum
(58) ausgebildet ist.
21. Luftfahrzeug nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Frachtraum (58) mit zumindest einer Rampe
versehen ist und daß vorzugsweise zwei Rampen (60, 61) an
zwei voneinander abgewandten Seiten vorgesehen sind.
22. Luftfahrzeug nach Anspruch 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter dem Frachtraum (58) im Bereich seines Umfangs
ein nach unten gerichteter balgartiger Ringwulst (57) als
Landefuß vorgesehen ist, der pneumatisch ausfahrbar
ausgebildet ist.
23. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß im vorderen Teil des Äquatorialbereichs des Rumpfes
(1) eine bevorzugt abschnittsweise zweistöckig
ausgebildete Passagierkabine (38) vorgesehen ist.
24. Luftfahrzeug nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Passagierkabine (38) in den felgenartigen
Versteifungsring (27) und vorzugsweise auch in die
vordere Stützstruktur (31) eines Antriebstragrahmens (35)
eingehängt ist.
25. Luftfahrzeug nach Anspruch 23 oder 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß im hinteren Teil des Äquatorialbereichs des Rumpfes
(1) ein Gepäck- und Frachtraum (39) vorgesehen ist.
26. Luftfahrzeug nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gepäck- und Frachtraum (39) in den felgenartigen
Versteifungsring (27) und vorzugsweise auch in die
hintere Stützstruktur (32) des Antriebstragrahmens (35)
eingehängt ist.
27. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Unterschale (3) ein in diese integrierter
Zentralkörper (42) vorgesehen ist, an dessen Unterseite
bevorzugt ein balgartiger, pneumatisch ausfahrbarer
Ringwulst (43) als Landefuß ausgebildet ist.
28. Luftfahrzeug nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zentralkörper (42) in der von der Oberschale (2)
und von der Unterschale (3) gebildeten Hüllenstruktur des
Rumpfes (1) derart aufgehängt ist, daß er bei einer
harten Landung nach oben einfedern kann und so ein
Durchfedern von Passagierkabine (38), Gepäck- und
Frachtraum (39) und Antriebstragrahmen (35) gestattet.
29. Luftfahrzeug nach Anspruch 27 oder 28,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zentralkörper (42) mit zumindest einer Rampe (48)
für den Zugang von außen versehen ist.
30. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 29,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Passagierkabine (38) und der Gepäck- und
Frachtraum (39) über ummantelte Transportstege (44, 45,
46) mit dem Zentralkörper (42) unstarr verbunden sind, um
dessen Einfedern zu ermöglichen.
31. Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rumpf (1) eine Tragstruktur und eine Rumpfhülle
(2', 3') aufweist und daß die Rumpfhülle (2') zumindest
abschnittsweise im Bereich der Oberschale (2) beheizbar
ist.
32. Luftfahrzeug nach Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beheizbaren Abschnitte der Rumpfhülle (2')
doppelwandig (2', 2'') ausgebildet sind und von Warmluft
oder einem anderen bezüglich der Rumpfumgebung wärmeren
Gas bedarfsweise durchströmt werden.
33. Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine zentrale, vorzugsweise digitale Regelung für die
individuelle und für die kollektive Ansteuerung der
Anstellwinkel der Propellerblätter ((11', 12', 13', 14')
aller Antriebseinheiten (7, 8, 9, 10) zur
Fluglageregelung und zur Flugsteuerung im vertikalen
Start- und Landebetrieb, im horizontalen Reiseflugbetrieb
und im Übergangsbetrieb zwischen diesen beiden
Betriebszuständen vorgesehen ist.
34. Luftfahrzeug nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich eine manuelle Flugsteuerung vorgesehen
ist.
35. Antriebseinheit mit zumindest einem Propeller,
insbesondere für ein Luftfahrzeug nach einem der
Ansprüche 1 bis 34,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Propellerrotationsebene (113) relativ zur die Propellerwelle (121) beaufschlagenden Abtriebswelle (104) des Antriebs neigbar ausgebildet ist und
daß die Propellerwelle (121) und die die Propellerwelle (121) beaufschlagende Abtriebswelle (104) des Antriebs, vorzugsweise über ein Doppelkardangelenk (121) oder ein Gleichlaufgelenk, gelenkig miteinander verbunden sind.
daß die Propellerrotationsebene (113) relativ zur die Propellerwelle (121) beaufschlagenden Abtriebswelle (104) des Antriebs neigbar ausgebildet ist und
daß die Propellerwelle (121) und die die Propellerwelle (121) beaufschlagende Abtriebswelle (104) des Antriebs, vorzugsweise über ein Doppelkardangelenk (121) oder ein Gleichlaufgelenk, gelenkig miteinander verbunden sind.
36. Antriebseinheit nach Anspruch 35,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nabe (110) des Propellers über einen Kardanring
(106) kardanisch gelagert ist.
37. Antriebseinheit nach Anspruch 35 oder 36,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Propellerblätter (125, 125') ohne Schlaggelenke
und ohne Schwenkgelenke oder andere dazu äquivalent
wirkende elastische Teile an der zugeordneten
Propellernabe (110) angeordnet sind.
38. Antriebseinheit nach Anspruch 37,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anstellwinkel der einzelnen Propellerblätter
(125, 125') mittels einer Taumelscheibe (127) kollektiv
sowie zur Neigung der Propellerrotationsebene (113)
individuell variabel verstellbar ist.
39. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 35 bis 38,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel der Propellerrotationsebene (113)
bezüglich der die Propellerwelle (121) beaufschlagenden
Abtriebswelle (104) des zugeordneten Antriebs um bis zu
mehr als ± 45° beträgt.
40. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 35 bis 38,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kippmechanismus (135) zur Halterung der
Antriebseinheit an einem Fahrzeug vorgesehen ist, der ein
Kippen der Antriebseinheit um eine Kippachse (135')
zwischen einer Auftriebsposition, in der die
Abtriebswelle (104) im wesentlichen vertikal ausgerichtet
ist, und einer Vortriebsposition, in der die
Abtriebswelle (104) im wesentlichen horizontal
ausgerichtet ist, gestattet.
41. Antriebseinheit nach Anspruch 40,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Nachführeinrichtung vorgesehen ist, welche einer
sich aufgrund am Propeller angreifender fluiddynamischer
Kräfte und daraus resultierender Kreiselkräfte ergebenden
Kippbewegung der Antriebseinheit folgt und welche diese
Kippbewegung vorzugsweise reaktionskraftfrei unterstützt.
42. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 40 oder 41,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Propellernabe (110) in einem einachsigen
Neigungsgelenk (134') gelagert ist, dessen Neigungsachse
(111') zur Kippachse (135') der Antriebseinheit senkrecht
verläuft, so daß die Neigbarkeit der Propellernabe (110)
um die Neigungsachse (111') gemeinsam mit der Kippbarkeit
der Antriebseinheit um die Kippachse (135') der
Antriebseinheit eine Neigung der Propellerrotationsebene
(113) in alle Richtungen gestattet, wobei die
Stellgeschwindigkeit der Nachführeinrichtung für die
Kippbewegung um die Kippachse (135') der Antriebseinheit
der Stellgeschwindigkeit der fluiddynamisch induzierten
Neigungsbewegung der Propellerrotationsebene (113) im
wesentlichen entspricht.
43. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Propellernabe (110) ein bevorzugt in
Planetengetriebebauweise ausgeführtes
Untersetzungsgetriebe (123) integriert ist, das von der
Abtriebswelle (104) des Antriebs, vorzugsweise über das
Doppelkardangelenk (122) oder das Gleichlaufgelenk,
rotationsbeaufschlagt ist und das die Drehzahl der
Abtriebswelle (104) reduziert an die Propellernabe (110)
abgibt.
44. Verfahren zur Steuerung eines Luftfahrzeugs mit
Propellerantrieb,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anstellwinkel der einzelnen Propellerblätter
(125, 125') eines jeden Propellers individuell
eingestellt wird und daß daraufhin die
Propellerrotationsebene (113) induziert durch
aerodynamische Kräfte und durch aus diesen resultierende
Kreiselkräfte reaktionskraftfrei geneigt wird.
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