DE2008076A1

DE2008076A1 - Senkrechtstarter

Info

Publication number: DE2008076A1
Application number: DE19702008076
Authority: DE
Inventors: Peter Gottfried Cincinuati Ohio Kappus (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-02-24
Filing date: 1970-02-21
Publication date: 1970-09-24
Also published as: US3618875A; BE746350A; FR2033384A1

Description

HEINZ LINSER ■ PATENTANWALT · PHYSIKER

6072 ORE(EICHENHAiN BERLINER Bl NG, 170 RUF (0 6103) 81813

1398-130-5261

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N. Y. / USA

Senkrechtstarter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen für Flugzeuge und insbesondere für Flugzeuge, die in der Lage sind, entweder senkrecht zu starten und zu landen oder mit einer kurzen Start- und Landebahn auszukommen und die allgemein als Senkrechtstarter (V/STOL) bezeichnet werden.

Der zivile Luftverkehr hat dem Reisenden eindrucksvolle Vorteile gebracht, die es ihm erlauben, Kontinente und Ozeane sicher in wenigen Stunden in komfortablen, durch Gasturbinen und Strahltriebwerke angetriebene Flugzeugen zu überqueren. Für mittlere und Langstreckenreisen ist bereits durch die fahrplanmäßige Einführung der "Jumbo-Jet¹¹-Flugzeuge, die in der Lage sind, den Ozean in weniger als 3 Stunden zu überqueren, ein erheblicher Fortschritt

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erreicht. Durch diese Fortschritte, wurden auch die Flugzeughalter durch die abnehmenden direkten Betriebskosten und die steigenden Nutzzeiten begünstigt.

Der Luftverkehr für kürzere Entfernungen hinkt hinter den Fortschritten des mittleren und Langstreckenverkehrs erheblich, hinterher. -«Für diese Situation gibt es verschiedene Gründe. Einer davon ist das größere Zeitverhältnis, das für die Fahrt zum und vom Flugplatz erforderlich ist, der gewöhnlich viele Kilometer außerhalb des Stadtzentrums liegt. Ein anderer Grund ist die lange Zeit, die ein Flugzeug unproduktiv aufwenden muß, u» die großen Flugplätze für Düsenmaschinen anzusteuern und von ihnen zu starten. Ein noch anderer Grund und ein Problem, das allgemein für den gesamten Lufttransport gilt, ist die Überfüllung des Luftraumes in der Nähe der Flugplätze und die Überlastung der zur Verfügung stehenden Start- und Landeeinrichtungen. Man ist sich seit langem bewußt, daß diese Probleme durch Flugzeuge verringert, wenn nicht sogar vollständig gelöst werden können, die in der Lage sind, von kleinen Flugplätzen aus zu starten, welche dichter an oder innerhalb der Stadtzentren verteilt sind.

In gewissem Maße besitzen Flugzeuge mit rotierenden Flügeln, d.h. Hubschrauber, diese Eigenschaft und es sind auch heutzutage sehr viele Hubschrauber von Hubschrauberflugplätzen aus mit außergewöhnlich kleiner Fläche in Betrieb, wobei sogar viele auf den Dächern von Gebäuden in einem dicht besiedelten Stadtzentrum stationiert sind. Hubschrauber unterliegen jedoch hinsichtlich der Entfernungen und Geschwindigkeiten in Bezug auf die Reisezeit und die Kosten, bei ' denen sie wirtschaftlich arbeiten, gewissen Begrenzungen. Die Entfernungsgrenze der Wirtschaftlichkeit liegt für heutige Hubschrauber bei 120 km (75 Meilen) und die akzeptierbare äußere Grenze liegt in der Größenordnung von 240 km (150 Meilen).

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litt wirklich bezeichnender Mangel des Fortechrittes betrifft Flugzeuge, die vom Standpunkt der Kosten und der Zeit über Heises trecken von 300 - 600 km tatsächlich wirtschaftlich eingesetzt werden können und die anpassungsfähig genug sind, um kürzere oder längere Entfernungen angemessen zu bedienen. Wie bereite gesagt, wurde eine Lösung gefunden, ntalich Senkrechtstarter nit festen Flügeln (im Gegensatz zu rotierenden), die in der Lage sind, von kleinen Flugplätzen aus zu starten, die nur eine kurze oder gar keine Landestrecke aufweisen. In diesem Rahmen wurden viele Vorschläge gemacht, um während des Starts und der Landung Im Vorwärtsflug eine senkrechte Auftriebsschubkraft zu er- j

zielen, die «ehr oder weniger konventionell sind, wie bei- "

spielsweise bei mit Turblnengebläsen oder mit Turbinendüsen angetriebenen alt Tragflächen versehenen Flugzeugen. Solche Vorschläge betrafen KippflügeIflugzeuge, bei denen die Antriebsmaschinen auf den Tragflächen befestigt sind, die vertikal ausgerichtet· sind, um die Schubleistung während der Landung und des Startes nach oben zu lenken.und die im Vorwärtsflug in «ine horizontale Stellung gedreht werden. Es 1st auch bereits vorgeschlagen worden, zusätzlich zu den konventionellen Maschinen direkte Auftriebsmaschinen zu verwenden, die einen vertikal gerichteten Schub erzeugen. Ferner wurde auch vorgeschlagen, Mittel vorzusehen, um die Schubausgangeleistung einer Gasturbine für den Reiseflug . I

vektorlell aufzuteilen, so daβ eine senkrechte Schubkomponente entsteht.

Ebenfalls wurde bereits vorgeschlagen, Auftriebegeblase vorzusehen, die durch Umlenkung des heißen Gasstromes einer Gasturbine aus ihren horizontalen Antriebedüsen während des Starts und der Landung angetrieben werden. *

Allgemein gesagt, können mit diesen Vorschlägen die'offensichtlichen Vorteile erreicht werden, von Flugplätzen aus zu operleren, die eine sehr kleine Fläche aufweisen und die

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sich in der Nähe der Stadtzentren befinden. Gegenüber den Hubschraubern weisen sie auch noch den weiteren Vorteil auf, daß sie höhere Fluggeschwindigkeiten und Höhen für Reiseentfernungen im Bereich von 300 - 600 km erzielen können. Solche Senkrechtstarter mit festen Tragflächen bieten die potentielle Lösung für die Lufttransportprobleme hinsichtlich der Überfüllung sowohl .der herkömmlichen Flugplätze, als auch der Landwege zu und von derartigen Flugplätzen. Die Innenstadtflugplätze können verstreut sein, so daß es keine Konzentration des Landverkehrs in irgendeinem bestimmten Zugangsgebiet gibt. In ähnlicher Weise kann eine Überfüllung des Luftraumes bei herkömmlichen Flugplatzen verringert werden, da einige verschiedene Gebiete eines großen Flugplatzes für eine gleichzeitige Landung und einen Start von Senkrechtstartern im Bereich einer herkömmlichen Startbahn zur Verfügung gestellt werden können. Die weitaus geringeren Landegeschwindigkeiten gestatten es viel mehr Flugzeugen, den Luftraum für ein Vielfaches von Landungen und Starts sicher zu belegen.

Die bereits vorgeschlagenen Senkrechtstarter mit festen Tragflächen jedoch haben viele Probleme aufgeworfen, einen sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Vom praktischen Standpunkt aus weisen die Senkrechtstarter mit festen Tragflächen ebenfalls derartig hohe direkte Betriebskosten auf, so daß sie wirtschaftlich uninteressant sind. Unter Berücksichtigung des letzten Punktes muß erkannt werden, daß alle Faktoren, die den Betrieb eines Flugzeuges beeinflussen, in Betracht gezogen werden müssen, um einen gewinnbringenden Flugplan aufstellen zu können. Diese Faktoren umfassen z.B. die ersten Investitionskosten, wie Brennstoffkosten und die Wartungskosten ebenso wie die Betriebszeiten, die Umlaufzeiten und die Auslastkapazität.

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Demzufolge besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die Tragflügelfläche, das Tragflügelgewicht und allgemein die Kompliziertheit zu verringern, wobei eine Sicherheit für den Ausfall der Maschine oder des Auftriebsgebläses erreicht wird, ohne daß die Heißgasleitungen miteinander verbunden werden und ferner den Tragflügelumfang zu verringern und ein Ansteigen in dem Flächenverhältnis der Tragflächen des Senkrechtstarters, die ein Auftriebsgebläse tragen, zu ermöglichen.

Diese Aufgaben werden durch ein Flugzeug erreicht, das einen Flugzeugrumpf und zwei Tragflächen besitzt, die horizontal ,

und vorzugsweise relativ zueinander versetzt angeordnet I

sind. Eine Antriebseinheit ist dabei auf jeder Tragfläche befestigt. Jede Antriebseinheit besteht aus zwei Gasturbinen und zwei Auftriebsgebläsen. Zur Umlenkung der heißen Gasströme, die durch die Gasturbine zum Antrieb der Auftriebsgebläse erzeugt werden und die dadurch eine vertikale Schubkomponente erzeugen, sind Ventilvorrichtungen vorgesehen. Im Vorwärtsflug leiten die Ventile die heißen Gasströme der Maschine durch Schubdüsen. Bei Erreichen einer -Reisehöhe kann vorzugsweise eine Antriebsmaschine einer jeden Schubeinheit in der Leistung verringert werden, indem sie beispielsweise abgeschaltet wird, so daß der Brennstoffverbrauch verringert wird. , i

Jedes Auftriebsgebläse und jede Antriebsmaschine besitzt vorzugsweise eine Reservekapazität, so daß im Falle eines Versagens des Auftriebsgebläses oder der Maschine einer Schubeinheit die Reservekapazität des anderen Gebläses eingebracht werden kann und die diagonal versetzte Schubeinheit kann bezüglich ihrer Leistung verringert werden, um ein Gleichgewicht der Auftriebsphase zu erhalten. Die. übrigen Maschinen werden gleichzeitig hinsichtlich ihrer Reserveleistung erhöht, umeinen gesteuerten Flugbetrieb aufrechtzuerhalten.

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Ein anderes bevorzugtes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß Druckkammern zur Leitung des heißen Gasstromes zu jedem Auftriebsgebläse als integrale Elemente der Tragflügelhälf ten vorgesehen sind, in denen die Auftriebsgebläse befestigt s ind.

Gemäß der Erfindung wird ein Senkrechtstarter mit einem Flugzeugrumpf vorgeschlagen, der längs des Flugzeugrumpfes auseinanderliegende Tandemtragflächen besitzt, ferner eine Schubeinheit für jede Tragflächenhälfte, wobei jede Schubeinheit ein paar Gasturbinenmaschinen besitzt, die auf der Tragflächenhälfte horizontal befestigt sind und entsprechende Antriebsdüsen besitzt, durch die die heißen Gasströme der Maschine ausgestoßen werden können, ferner ein Paar Auftriebsgebläse, die allgemein innerhalb der Außenlinie der Tragflächenhälfte befestigt sind und Ventilvorrichtungen zur getrennten Umlenkung der heißen Gasströme der Maschine, um die Auftriebsgebläse anzutreiben wenn eine vertikale Schubkomponente gewünscht wird und zur Umlenkung durch die entsprechenden Schubdüsen, wenn eine Vorwärtsschubkoraponente gewünscht wird. Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Senkrechtstarters mit der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine Draufsicht des Flugzeuges;

Figur 3 ein Schnitt im vergrößerten Maßstab entlang der / Linie IH-III nach Figur 2;

Figuren 4 und 5

abgebrochene Schnitte, die verschiedene Stellungen der Ventile nach Figur 3 zeigen;

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- 7 -Figur 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI nach Figur 3;

Figur 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VlI nach Figur 6 und ·

Figur 8 eine schematische Skizze des Steuersystems für dieses Flugzeug.

Das dargestellte Flugzeug besitzt einen Flugzeugrumpf 10, eine Vordertragfläche 12 mit gegenüberliegenden Hälften 12a und 12b und eine hintere Tragfläche 14 mit gegenüberliegenden Hälften 14a und 14b und ein vertikales Heck ruder 16.

Der Flugzeugrumpf 10 kann in konventioneller Weise aufgebaut sein und besitzt Vorrichtungen für die Landeräder und einen Zugang ine Innere.

Die Tragflächen 12 und 14 sorgen beide für den Auftrieb, wenn das Flugzeug eine genügende Vorwärtsgeschwindigkeit hat. Auf den Tragflächen ebenso wie an dem Heckruder 16 können Steuerflächen oder Klappen vorgesehen sein, um eine Richtungssteuerwirkung primär während der Reisephase des Flugzeuges zu bewirken, wie später noch dargelegt wird. Die hintere Tragfläche 14 kann ferner mit zusätzlichen Steuerklappen versehen sein, um die Funktionen zu erfüllen, die normalerweise von den Stabilisierern der herkömmlichen Flugzeuge'ausgeübt werden.

jede Tragflächenhälfte ist mit einer Schubeinheit versehen, die vorzugsweise und in vorteilhafter Weise in allen Tragflächen identisch sein können. Diese Schubeinheit besitzt zwei Gasturbinen 18, die entsprechend oberhalb und unterhalb einer Tragflächenhälfte befestigt sind. Sie besitzt ebenfalls Auftriebsgebläse 22, die innerhalb der Tragflächenhälfte an gegenüberliegenden Seiten des Gasgenerators bei

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Betrachtung in Draufsicht befestigt sind. Jede der Maschinen 18 und der Turbogebläse 22 kann etwa im Aufbau gleich sein.

Die Gasturbine kann bekannter Konstruktion sein, die allgemein einen Kompressor 26 besitzt, der Luft zur Unterstützung der Verbrennung des Brennstoffes in .einer Verbrennungskammer 28 komprimiert. Der so erzeugte heiße Gasstrom treibt eine Turbine 30 an, die wiederum den Kompressorrotor antreibt. Der heiße Gasstrom kann, nachdem er aus der Turbine 30 ausströmt, entweder durch eine Schubdüse 32 für den Vorwärtsflug oder zum Auftriebsgebläse 22 geleitet werden, um P einen vertikalen Schub zu erzeugen. Alternativ können auch Zweikreisturbinengebläsegasgeneratoren verwendet werden.

Das Ausströmgehäuse einer jeden Gasturbine, das sich stromaufwärts zur Schubdüse 32 befindet, ist mit einer Einlaßöffnung 34 zur Luftkammer 36 innerhalb der Tragflächen versehen.

Die Luftkammern 36 besitzen die Strömung begrenzende Oberflächen in Form von Spiralen 37 zur Leitung der heißen Gasströme durch die Düsenrippen 38 zu den Randturbinen 40, die am Umfang mit den äußeren Enden der Gebläseschaufeln 42 des Auftriebsgebläses 22 befestigt sind. Wenn die Auftriebegebläse auf diese Weise angetrieben werden, komprimieren die Gebläseschaufeln 42 Luftströme, die durch Auslaßführungerippen 44 abgelassen werden, um einen vertikalen Schub zu erzeugen. An jedem Gebläseauslaß sind Luftschlitze 46 angebracht, um die Flügelöffnung des Gebläseauslasses abzudecken, wenn das Auftriebsgebläse nicht verwendet wird. In ähnlicher Weise sind Abdeckplatten 48 an der Eingangsöffnung in der oberen Oberfläche des Flügels aufklappbar befestigt, die in eine horizontale Stellung umgeschwenkt werden können, um ■ die Öffnung abzudecken, wenn das Auftriebsgebläse nicht in. Betrieb ist.

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Der Gasdruck in den Luftkammern 36 wird durch Teile von längsgerichteten Tragholmen 50 und Rippen 52 aufgenommen. Die zwei Kammern 36 sind durch Zentralelemente 53 getrennt, die an den Öffnungen 34 voneinander getrennt angeordnet sind. Die in den Kammern 36 den Gasdruck aufnehmende Konstruktion, wird ferner durch Metallblechteile 54 begrenzt, die die obere Oberfläche der Tragfläche und den Einlaß des Auftriebsgebläses.bilden und durch andere Metallblechteile 56, die die untere Oberfläche der Tragfläche bilden und die Gebläseauslaßöffnung hauptsächlich begrenzen. Die Metallblechteile 54 und 56, wie in Figur 7 dargestellt, begrenzen den Strömungskanal für die Luftströmung des Auftriebsgebläses, die auf der oberen Tragflügeloberfläche eintritt und den heißen Gasauslaß auf der unteren Tragflüge lobe rf lache. Sie dienen auch dazu, den Ausschnitt in den Tragflügeloberflächen strukturmäßig zu verstärken. Die Turbinendüsenrippen sind in der Auslaßöffnung befestigt, um den heißen Gasstrom den Randturbinen richtig zuzuführen.

Die Strömungskanaloberflächen der Spiralen 37 sind vorzugsweise durch dünne Bleche geformt, die mit der beschriebenen Tragflächenkonstruktion, welche die unter Druck stehenden Luftkammern besitzt, in geeigneter Weise belüftet ist. Isoliermaterial 60 schützt diese Strukturelemente der Tragfläche gegen Überhitzung.

Die beschriebene Konstruktion der Druckkammer als ein integraler Teil des Tragflächenbaues verringert in wirksamer Weise den erforderlichen Abstand zwischen den Tragholmen 50 und ermöglicht somit, daß die Tragflächen eine geringere Tiefe und ein höheres Flächenverhältnis aufweisen. Die erwünschte Verkürzung der Tiefe wird auch durch Verwendung von zwei Auftriebsgebläsen, die in jeder Tragflächenhälfte nebeneinander angeordnet sind, erreicht.

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jedes Turbinengebläse kann mit Klappenventilen 62 in den Endteilen der kreisförmigen Ausströmöffnungen versehen sein, um den Gasstrom zur Turbine zu steuern. Derartige ventile können so aufgebaut sein und betätigt werden, wie aus dem US-Patent 3 249 333 hervorgeht.

Die Ventile 64 -und 66 sind in dem Auslaßgehäuse jeder Gasturbine vorgesehen, um den heißen Gasstrom entweder zum Antrieb des Auftriebsgebläses oder zur Ausströmung durch die Antriebsdüsen 32 getrennt umlenken zu können. Mit der Ausnahme, daß sie getrennt betätigt werden können, sind diese Ventile nach dem US-Patent 3 270 775 aufgebaut.

Beim senkrechten Start oder bei der Landung werden beide Gasturbinen einer jeden Antriebseinheit betätigt und die Ventile 64 und 66 sind in der in Figur 3 gezeigten Stellung. Zu diesem Zeitpunkt sind die Abdeckplatten 48 und die Luftschlitze 46 in der in Figur 7 gezeigten offenen Stellung. Die Auftriebsgebläse sorgen für den vertikalen Schub, der ausreichend ist, um das Flugzeug sowohl während des Aufstiegs als auch während des Abstiegs steuern zu können. Leistungsgenerator- oder Luftschlitzsteuerungen können verwendet werden, um den Auftrieb der Antriebseinheiten auszubalancieren, so daß die Lage des Flugzeuges in geeigneter Weise erhalten bleibt.

Nachdem beim Startvorgang eine gewünschte Höhe erreicht worden ist, sind Mittel vorgesehen, um die Luftschlitze nach hinten drehen zu können, um eine Vorwärtsschubkomponente zum Übergang in den Vorwärtsflug erzeugen zu können. Wenn eine ausreichende Vorwärtsgeschwindigkeit erreicht wor-. den ist, so daß die Tragflächen 12 und 14 den notwendigen Auftrieb erhalten, werden die Ventile 64 und 66 in die in Figur 4 gezeigte Stellung gedreht, um die Auftriebsgebläse abzuschalten. Zu diesem Zeitpunkt sind die Luftschlitze

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und auch die Abdeckplatten 48 vollständig geschlossen, so daß eine aerodynamisch glatte Oberfläche für die Tragflächen hergestellt wird.

Ein Senkrechtstart kann bis zu einigen 100 Metern durchgeführt werden. Nachdem eine derartige Höhe erreicht ist und ein Übergang zum Vorwärtsflug - wie oben beschrieben - durchgeführt wurde, bleiben alle Maschinen in Betrieb, so daß eine Reise höhe von einigen lOOO Metern schnell erreicht werden kann. Nach Erreichen der Reisehöhe kann eine Maschine einer jeden Leistungseinheit abgeschaltet werden, um den Brennstoffverbrauch zu verringern. Die Anzahl der abgeschal- ■*

teteη Maschinen hängt von den Eigenschaften des Gasgenerator- I

kreisläufe ab und kann sich mit der Belastung und den Flugbedingungen ändern. In jedem Falle wird der Luftstrom durch die abgeschalteten Maschinen durch Schließen des Ventils 66, wie in Figur S gezeigt, abgeschaltet. Hierdurch wird der Luftwiderstand der nicht in Betrieb befindlichen Maschinen in der Reise phase verringert. Ein solcher Luftwiderstand kann ferner durch besondere aerodynamisch geformte MaschineneinlaBverschlüsse verringert werden.

Nach Beendigung der Reisephase eines Fluges sinkt das Flugzeug auf eine Höhe, die für die vertikale Abstiegsphase des Fluges gewünscht wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Maschi- t

nen, die abgeschaltet waren, wieder angelassen, die Abdeckplatten 48 geöffnet und die Luftschlitze 46 teilweise geöffnet. Die Ventile 64 und 66 werden in die Stellungen nach Figur 3 zurückgebracht, um die Auftriebsgebläse anzutreiben und es wird ein übergang vom Vorwärtsflug in einen Schwebezustand vorgenommen, indem das Flugzeug durch den Schub des Auftriebsgebläses gehalten wird. Die Maschinen 18 werden zurUckgedrosselt, um einen gesteuerten Abstieg des Flugzeu- -ges und ein Sanftes Aufsetzen auf der Landefläche zu erreichen. ; . ,

Der beschriebene Aufbau des Flugzeugs und die Antriebseinheiten wenden die bekannten Vorteile der Auftriebsgebläse für eine Vertikalbewegung an. Das Flugzeug gewinnt an Gesamt- ' wirkungsgrad, da es eine minimale Tragflügelfläche und auch keinen relativ zusätzlichen Luftwiderstand durch nicht in Betrieb befindliche Auftriebsgebläse besitzt. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß die Auftriebsgebläse in den Tragflüge lauf bau ten untergebracht werden und indem die Auftriebsgebläse nebeneinander angeordnet werden, und zwar derart, daß keine seitlich sich erstreckenden Kanäle in der Tragfläche vorgesehen werden müssen, die ihre Flächen weiterhin vergrößern würden. Die 8 vorgesehenen Maschinen ermöglichen eine schnelle wirtschaftliche Vertikalbewegung und schnell erreichte Geschwindigkeiten in einer Reisehöhe, in der eine geringere Zahl von Maschinen in wirtschaftlicher Weise einen Reiseschub erzeugen. Was als eine erhöhte Zahl von Maschinen und Auftriebsgebläseeinheiten erscheinen mag, bewirkt jedoch, dadurch daß jede Komponente im Überschuß vorhanden ist, eine vollständige Sicherheit, so daß für die entscheidende Zuverlässigkeit der dynamisch beanspruchten Komponenten keine Gefahr besteht, deren Grenzen unmöglich erreicht werden können. Die Gesamtkosten werden dadurch, daß alle Maschinen und Gebläse im wesentlichen entsprechend identisch sind, verringert. Es wird nicht nur der Preis für die Einheit verringert, sondern es wird auch das Steuersystem für die Antriebseinheit vereinfacht. Ebenso werden die Wartungskosten verringert, da im wesentlichen nur eine Maschinenart und eine Auftriebsgebläseart vorhanden ist, die einer Wartung bedürfen.

Dadurch, daß in jeder Leistungseinheit die Maschinen und Auftriebsgebläse im Überschuß vorhanden sind, wird auch das notwendige Maß an Zuverlässigkeit für den Fall, daß eine Maschine oder ein Auftriebsgebläse ausfällt, erreicht. In diesem Zusammenhang darf bemerkt werden, daß jede Maschine, und jedes Auftriebsgebläse für den Notfall eine Leistungsreserve besitzt. Zur Veranschaulichung sei bemerkt, daß die

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Reserveausgangsleistung der Maschinen erreicht wird, indem die Brennstoffzuführung erhöht wird. Im Falle der Auftriebsgebläse wird die ReserveIeistung erzielt, indem die Klappenventile 62 geöffnet werden, um den Massenfluß des heißen Gasstromes zur Randturbine, die das Auftriebsgebläse antreibt, zu erhöhen. Wenn z.B. während eines Vertikalfluges eine Maschine in der Tragfläche 12a ausfällt, wird die Ausgangsleistung der nicht betroffenen Maschine auf ihre Reservehöhe angehoben. Die Maschinen im Flügel 14 b werden automatisch zurückgedrosselt, so daß der gesamte vertikale Schub in den Tragflügelhälften 12 a und 14 b angepaßt wird, um einen stabilen Flugbetrieb aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig werden die Maschinen der Leistungseinheiten der Tragflügelhälften 12 b und 14 a auf ihre Reservehöhen angehoben und die Klappenventile 62 für die Auftriebsgebläse dieser Antriebseinheiten werden geöffnet, um einen erhöhten vertikalen Schub zu erzielen, der mindestens teilweise die Schubverringerungen der anderen Antriebseinheiten kompensiert.

Die andere Fehlerart von grundlegender Bedeutung kann der Ausfall eines Auftriebsgebläses sein. Wenn dies in der Antriebseinheit der Tragfläche 12 a vorkommt, wird das übrige Auftriebsgebläse der Antriebseinheit auf ihre Reserveleistung angehoben. Zur gleichen Zeit wird ein Ventil 70 geschlossen, um den Zufluß des heißen Gases des nicht in Betrieb befindlichen Auftriebsgebläses abzustellen. Die Maschinen der Antriebseinheit in der Flügelhälfte 14 b werden zurückgedrosselt, um einen stabilen Flug aufrechtzuerhalten und die Maschinen und Auftriebsgebläse der übrigen Äntriebseinheiten werden auf ihre Reserveleistungen angehoben, um einen ausreichenden vertikalen Schub zu erzielen.

Es darf noch erwähnt werden, daß dann, wenn ein Maschinenoder ein Auftriebsgebläse-Fehler während des Reisefluges festgestellt wird, der Pilot zusätzlich die Wahl hat, einen

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einen Flugplatz anzufliegen, der für eine konventionelle Landung eine ausreichende Landebahn besitzt.

Die Figur 8 zeigt ein System, das in der Lage ist, die oben beschriebenen Funktionen durchzuführen. Zwecks Vereinfachung wird angenommen, daß alle Fehler in bestimmten Maschinen und Auftriebsgebläsen der Antriebseinheit der Tragflächenhälfte 12 a vorkommen, so daß nur die Komponenten gezeigt sind, die erforderlich sind, um derartigen Fehlern zu begegnen. Um den entsprechenden Fehlern in anderen Antriebseinheiten zu begegnen, sind entsprechende Geräte vorgesehen, die dem Fachmann ohne weiteres verständlich sind.

Jede der Maschinen 18 ist mit einer Brennstoffsteuerung 72 versehen, die normalerweise auf die Leistungsverstellungen des vom Piloten gesteuerten Gashebels anspricht. Ein weiterer Mechanismus ist für die Steuerung der normalen Betätigung der Ventile 64 und 66 vorgesehen, um die Betriebsfunktionen zu erzielen, die vorher bei der getrennten Anwendung der heißen Gasströme der Maschinen 18 für den Vorwärts- oder Vertikalantrieb beschrieben wurden. Ein derartiger normaler Betriebsmechanismus und solche Vorrichtungen zum Ausgleich der Schubausgangsleistungen der verschiedenen Antriebseinheiten, um einen normalen Verfahrensablauf zu erreichen, können von verschiedener Art sein und werden hier nicht im einzelnen beschrieben.

In Figur 8 werden Steuerungen gezeigt, die im Notbetrieb verwendet werden. Jede Maschine und jedes Auftriebsgebläse ist mit einer Maschinenfehle ranze ige 74 und einer Auftriebs-, gebläsefehle ranze ige 76 versehen (es werden hier nur die Fehleranzeigen für das innere Auftriebsgebläse 22 und Maschine 18 der Tragflächenhälfte 12 gezeigt, da zum Zwecke der Veranschaulichung nur die Fehler dieser Maschinen beschrieben werden sollen.).

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Angenommen, daß die untere Maschine 18 der Antriebseinheit der Tragflächenhälfte 12 a einen Fehler aufweist, so erzeugt der Fehleranzeiger, bei dem die bekannte logische Technik verwendet wird, drei Ausgangssignale; das erste Ausgangssignal schließt die verbundenen Ventile 64, das zweite Ausgangssignal der Brennstoffsteuerung 72 schaltet den Brennstoffzufluß zu der Maschine ab und das dritte Ausgangssignal stellt für die Notsteuerung 78 ein Eingangssignal dar. Die Notsteuerung erzeugt durch Ansprechen auf das Eingangssignal von dem llaschinenfehlerdetektor verschiedene Ausgangssignale, wobei wiederum bekannte logische Vorrichtungen verwendet |

werden, Ein Ausgangssignal ist für die Brennstoffsteuerung für die in Betrieb befindliche Maschine der Antriebseinheit der Tragflächenhälfte 12 a bestimmt, das dafür sorgt, daß die Maschine ihre Reserveleistung annimmt. Andere Ausgangssignale sind für die Brennstoffsteuerungen 72 der Maschinen 18 der Antriebseinheit der Tragflächenhälfte 14 b bestimmt. Diese Ausgangssignale verringern den Brennetoffzustrom, um den Schub des Auftriebsgebläses 22 dieser Antriebseinheit mit dem verringerten Schub, der sich aus der Antriebseinheit 12 a ergibt, welche mit einer ausgefallenen Maschine arbeitet, auszugleichen.

Andere Ausgangssignale aus der Notsteuerung 78 führen zu '

den Brennstoffsteuerungen für die Maschinen 18 der Antriebseinheiten 'der Tragflächen 12 b und 14 a. Diese Ausgangssignale erhöhen den Brennstoffzustrom, um. die Ausgangsleistungen dieser Maschinen auf ihre Reserveleistungen zu bringen. Schließlich erzeugt die Notsteuerung durch Ansprechen auf ein Eingangssignal von der Maschinenfehleranzeige 74 Ausgangssignale, die den Betätigungsvorrichtungen 80 zugeführt werden, welche die ventile 62 öffnen, die mit den Antriebsgebläsen 22 der Antriebseinheiten in den Tragflächenhälften 12 b und 14 a verbunden sind, wodurch diese Auftriebsgebläse

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auf ihre Reserveleistung ansteigen und im Zusammenwirken mit der erhöhten Ausgangsleistung der Maschinen in diesen Tragflächenhälften ein kompensierender Schubanstieg erzeugt wird, um mindestens nahezu die Schubverringerung der Antriebseinheiten der anderen Tragflächenhälften auszugleichen.

Falls die Auftriebsgebläsefehleranzeige 76 einen Fehler in dem innen gelegenen Auftriebsgebläse 22 der Antriebseinheit der Tragflächenhälfte 12 a anzeigt, werden drei Ausgangssignale erzeugt. Das erste Ausgangssignal schließt das ven- ~ til 70, das mit dem Auftriebsgebläse, welches den Fehler auf-

W weist, verbunden ist. Das zweite Signal führt zur Betätigungsvorrichtung 80, das die Ventile 62 des in Betrieb befindlichen Auftriebsgebläses der Antriebseinheit für die Tragflächenhälfte 12 a steuert, öffnet diese Ventile und läßt dieses Auftriebsgebläse auf seine ReserveIeistung ansteigen. Das dritte Ausgangssignal der Fehleranzeige 76 des Auftriebsfcebläses stellt für die Notsteuerung 78 ein Eingangssignal dar. Die Notsteuerung 78 spricht auf das Eingangssignal der Fehleranzeige des Auftriebsgebläses in gleicher Weise an, wie ein Eingangssignal aus der Maschinenfehleranzeige mit der Ausnahme, daß für die Brennstoffsteuerung der Maschinen 18 der Antriebseinheit der Tragflächenhälfte fc 12a kein Eingangssignal vorhanden ist und ferner mit der

Ausnahme, daß die Größe der Ausgangssignale von der Notsteuerung zu den Antriebseinheiten der übrigen Tragflächenhälften verändert werden kann, um irgendwelche Unterschiede zwischen den Schubverlusten durch das Versagen einer Maschine und den Schubverlusten durch das Versagen eines Auftriebsgebläses auszugleichen.

Während in der vorliegenden Beschreibung das vertikale Start- und Landeverfahren betont wurde, so ist auch ersichtlich, daß es nicht wirtschaftlich tragbar zu sein braucht,, einen ausreichenden vertikalen Schub für Betriebsverfahren

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bei äußersten Bedingungen einer Flugplatzhöhe, besonderen Bedingungen an heißen Tagen und einer maximalen Nutzlast zu erzeugen. Bei Vorliegen einer solch extremen Bedingung oder· einer Kombination von Bedingungen, ist das beschriebene Flugzeug in der Lage, bei einer viel kürzeren Landebahn zu starten oder zu landen, als ein konventionelles Flugzeug. Bei einem solchen kurzen Start- und Landeverfahren können bestimmte Maschinen verwendet werden, um einen vorwärtsgerichteten Antrieb zu erzeugen und bestimmte Auftriebsgebläse können verwendet werden, um einen vertikalen Antrieb zu erzeugen, ebenso wie eine vorwärtsgerichtete Antriebsschubkomponente, die sich aus einer bestimmten Stellung der Luftschlitze 46 herleitet.

In dieser Weise steuern sowohl die Auftriebsgebläse als auch der Auftrieb der Tragflächen das Abheben und Sinken auf einer kurzen Entfernung des vorwärtsgerichteten Flugweges.

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Claims

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Patentansprüche

(1.!Senkrechtstarter mit einem Flugzeugrumpf, dadurch gekennzeichnet, daß Tandemtragflächen (12, 14) längs des Rumpfes (10) getrennt angeordnet sind, daß für jede Tragflächenhälfte eine Antriebseinheit vorgesehen ist, wobei jede Antriebseinheit ein Paar Gasturbinen (18), die auf den Tragflächenhälften horizontal befestigt sind und entsprechende Antriebsdüsen (32) besitzt, durch die die heißen Gasströme der Maschinen entströmen können, daß ein Paar Auftriebsgebläse (22) hauptsächlich innerhalb der Umrisse der Tragflächenhälften befestigt sind und daß Ventile (64, 66) zur getrennten Umlenkung der heißen Gasströme der Maschine zum Antrieb der Auftriebsgebläse (22) vorhanden sind, wenn eine vertikale Schubkomponente gewünscht wird und zur Umlenkung durch die entsprechenden Antriebsdüsen (32), wenn eine vorwärtsgerichtete Schubkomponente gewünscht wird.
2. Senkrechtstarter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Tragflächen vertikal getrennt angeordnet sind.
3. Senkrechtstarter nach Anspruch 1 und 2, dadurch ψ gekennzeichnet, daß die Maschinen (18)

aller Antriebseinheiten untereinander und die Auftriebsgebläse (22) aller Antriebseinheiten untereinander im wesentlichen gleich sind.
4. Senkrechtstarter nach Anspruch 3, dadurch g e - ^ kennze ichne t , daß eine Gasturbinenmaschine (18) und ihre Antriebsdüse (32) einer jeden Antriebseinheit oberhalb der Tragflügeloberflache (12) und (14) und die andere Gasturbinenmaschine (18) und ihre Antriebsdüse (32) unterhalb der Tragflügeloberfläche (12) und (14)

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befestigt sind und daß die Auftriebsgebläse (22) an den gegenüberliegenden Seiten der Maschinen (18) entsprechend angeordnet sind.
5. Senkrechtstarter nach Anspruch 4, dadurch g e -ken η zeichnet, daß die Auftriebsgebläse (22) Randturbinen (40) besitzen, die durch die heißen Gasströme der Maschinen (18) angetrieben werden, um die Auftriebsgebläse (22) anzutreiben, daß jede Tragflügelhälfte (12) und (14) an ihren oberen und unteren Oberflächen für den Einlaß der Luft zu den Auftriebsgebläsen und zum Ablassen der Schubströme ausgerichtete öffnungen besitzen, daß jede Flügelhälfte Druckluftkammern (36) besitzt, die durch Strukturelemente der Tragflügelhälfte . begrenzt werden, daß jede Kammer einen in Stromabwärtsrichtung offenen Auslaß peripher zur oberen Öffnung besitzt, um den heißen Gasstrom zur Randturbine ausströmen lassen zu können j wobei jede Kammer eine nicht strukturelle aerodynamische Oberfläche (37) in einer Spiralform umfaßt, um den heißen Gasstrom der Randturine (40) zuleiten zu können.
6. Senkrechtstarter nach Anspruch 1, dad'urch g e -kennzeichne t ■, daß die Maschinen (18) aller Antriebseinheiten nahezu identisch sind und die Auftriebsgebläse (22) aller Antriebseinheiten nahezu identisch sind und daß ferner Ventile (62) zur Abschaltung bestimmter Maschinen vorhanden sind, um Brennstoff in der Reisephase zu spa ren.
7. Senkrechtstarter nach Anspruch 6, dadurch g e -k e.n.»zeichnet, daß Ventile (66) zur Abschaltung des Luftstromes durch die nicht in Betrieb befindlichen Maschinen vorhanden sind.

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8. Senkrechtstarter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen aller Antriebseinheiten nahezu identisch sind und eine Reserveleistung besitzen, daß die Auftriebsgebläse aller Antriebseinheiten nahezu identisch sind und eine Reserveleistung besitzen und daß ferner Anzeigevorrichtungen (74) vorhanden sind, die auf einen Fehler irgendeiner Maschine (18) ansprechen, so daß die Leistung der anderen Maschine dieser Antriebseinheit auf ihre Re serve leistung gebracht wird und die eingestellte Leistung der Maschinen in der diagonal gegenüberliegenden Tragflächenhälfte verringert wird und die Maschinen und Auftriebsgebläse der übrigen Antriebseinheiten auf ihre ReserveIeistungen erhöht werden.
9. Senkrechtstarter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen aller Antriebseinheiten nahezu identisch sind und eine Reserveleistung besitzen, daß ferner Anzeigevorrichtungen (76) vorhanden sind, die auf einen Fehler irgendeines Auftriebsgebläses (22) ansprechen, um die Ausgangsleistung des Auftriebsgebläses der Antriebseinheit auf ihre Reserveleistung zu erhöhen und die Ausgangsleistung des Auftriebsgebläses der diagonal gegenüberliegenden Einheit zu verringern und die Maschinen und Auftriebsgebläse der übrigen Antriebseinheiten auf ihre Re serve Ie istungen zu erhöhen.

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