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Kombiniertes Flug- und Bodeneffektgerät Die Erfindung bezieht sich
auf ein kombiniertes Flug- und Bodeneffektgerät, insbesondere auf ein Flugzeug mit
einem Klappen-Düsen-System zur Beeinflussung der Anströmung und zur Erzeugung eines
Bodeneffektes.
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Es sind bisher noch keine Vorschläge bekannt geworden, die kombinierte
Flug- undBodeneffektgeräte der eingangs beschriebenen Art betreffen und den Wünschen
der Fachwelt gerecht werden. Die bekanntgewordenen Vorschläge und Versuche zielen
vielmehr in mehr oder weniger aufwendiger Weise daraufhin ab, bei einem herkömmlichen
Flugzeug das Fahrwerk durch ein geeignetes Luftkissengerät zu ersetzen, um auf diese
Weise die mit zunehmender Grösse der Fahrwerke erheblich ansteigenden konstruktiven
Schwierigkeiten und Abnutzungserscheinungen auszuschalten. Es lässt sich jedoch
bereits heute schon übersehen, dass einer derartigen technischen Entwicklung mit
zunehmender
zunehmender Grösse der Flugzeuge allein schon dadurch
Grenzen gesetzt sind, weil die anstelle herkömmlicher Fahrwerke an der Rumpfunterseite
angeordneten Luftkissengeräte sich nicht ohne weiteres voll in das jeweils günstigste
aerodynamische Rumpfprofil einbeziehen lassen, sondern einen erheblich vergrösserten
aerodynamischen Widerstand, insbesondere bei mittleren und grösseren Reisegeschwindigkeiten
bedingen. Durch über den Rumpf seitlich überstehende Abdeckungen derartiger Luftkissengeräte
kann sogar, ähnlich wie dies bei Wasserflugzeugen mit Schwimmern beobachtet wurde,
die Anströmung der Tragflächen des Flugzeugs ungünstig beeinflusst werden, so dass
die aerodynamisch Auftrieb erzeugenden Flächen und die Triebwerksleistung zur Bewältigung
einer gleichen Nutzlast ggf. sogar vergrössert werden müssen (vgl. insbesondere
DAS 1 246 422, DAS 1 287 935 und DAS 1 294 224).
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Weiterhin ist seit einigen Jahrzehnten die Entwicklung eines Stauflügelgerätes
bekannt geworden, das mit einem dynamischen Bodeneffekt arbeitet, der nur in Fortbewegung
möglich ist und kein Schweben über Ort gestattet. Dabei wird eine an der Unterseite
eines in Bodennähe bewegten Tragflügels entstehende Rückströmung ausgenützt, die
einen Polsterdruck in der Grössenordnung des Staudrucks bewirkt, so dass der Auftriebabeiwert
gleich Eins wird und der induzierte Widerstand gegen Null geht. Zumindest theoretisch
kann dabei der Gesamtauftriebsbeiwert auch grösser als Eins werden, weil beim Stauflügelgerät
durch eine entsprechende Profildicke noch ein zusätzlicher Auftrieb zu erwarten
ist. So sind bereits Staudruck-Flügelfahrzeuge mit einem tragflügelartigen Rumpf
vorgeschlagen worden, der mit Leitkanälen zum Ansaugen von Luft, Luftverdichtern
und an der Unterseite angeordneten Auslassöffnungen für die angesaugte und verdichtete
Luft sowie mit Luft aus trittskanälen an der Flügelvorderkante zur Beeinflussung
des Staupunkts versehen ist. Hierbei sind zu beiden Seiten des im wesentlichen einen
rechteckigen Grundriss aufweisenden tragflügelartigen Rumpfes nach unten, vorne
und hinten überstehende Trennwände vorgesehen, die in nach oben abgewinkelte und
sich verünRende
verjüngende Stabilisierungsflügel übergehen, die
an ihren Enden die Antriebsorgane tragen. In der ersten Entwicklungsphase dieses
Vorschlags waren die Lufteinlasskanäle für ein Ringdüsensystem zur Erzeugung eines
Luftkissens an der Unterseite des tragflügelartigen Rumpfes an dessen Vorderkante
angeordnet. Man hat indes bald erkannt, dass dadurch die Strömungsverhältnisse empfindlich
gestört wurden und deshalb die Ansaugöffnungen der Leitkanäle in die Aussenseiten
der Trennwände und der schräg von vorne nach hinten und von unten nach oben verlaufenden
Vorderkanten der Stabilisierungsflügel verlegt. Durch diese Massnahme wurden zwar
die Strömungsverhältnisse um den tragflügelartigen Rumpf verbessert, es zeigte sich
jedoch der Nachteil, dass nunmehr die Stabilität des bekannten Staudruck-Flügelfahrzeuges
weder in Betrieb auf dem Luftkissen, noch beim uebergang vom Luftkissenflug in den
freien aerodynamischen Flug und ausserdem auch nicht im freien Flug ausreichend
zu beherrschen war. In einer weiteren Entwicklungsphase hat man deshalb versucht,
zur Unterstützung der Steuerwirksamkeit der an den seitlichen Stabilisierungsflügeln
vorgesehenen Ruder für die Höhen- und Seitensteuerung eine zusätzliche Schubvektorsteuerung
vorzusehen. Zu diesem Zweck wurden die am äussersten Teil der Stabilisierungsflügel
vorgesehenen Triebwerke in der senkrechten Ebene verschwenkbar angeordnet, so dass
nunmehr zusätzliche Gier-, Roll- und Nickmomente um die Hoch-, Längs- und Querachse
des Staudruck-Flügel fahrzeuges erzeugt werden konnten, insbesondere wenn die aerodynamische
Wirksamkeit der Seiten-, Quer- und Höhenruder bei zu geringer oder zu grosser Geschwindigkeit
der Anströmung nicht ausreichend ist (vgl. insbesondere Mack "Stand und Tendenzen
der Bodeneffektgeräte-Entwicklung" Luftfahrttechnik -Raumfahrttechnik 9, 1963, Nr.
ll, Seite 321 sowie DAS 1 273 338 und DAS 1 258 742).
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In der Zwischenzeit ist jedoch aus der VTOL-Technik bekannt geworden,
dass die günstigste Lösung beim Senkrechtstart eine Kombination
Kombination
von schwenkbaren Triebwerken mit festen Triebwerken sein dürfte. Auf die bekannten
Staudruck-Flügelfahrzeuge übertragen bedeutet dies, dass mit zunehmender Grösse
dieser Fahrzeuge die Verwendung von schwenkbaren Triebwerken zu aufwendig wäre,
als dass derartige Konstruktionen wirtschaftlich in Betracht gezogen werden könnten.
Zur Stabilisierung von Bodeneffektgeräten, insbesondere von kombinierten Flug- und
Bodeneffektgeräten müssen demnach neue und weniger aufwendige Lösungen gefunden
werden.
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Aus den Stabilitätsbetrachtungen der bekannten, reinen Luftkissenfahrzeuge
lassen sich hierzu keine geeigneten Hinweise ableiten, weil die Einbezighung des
durch besondere aerodynamische Gestaltung zusätzlich erzielbaren aerodynamischen
Auftriebs bisher ausserhalb des bei Luftkissenfahrzeugen üblichen Entwicklungsprogramms
lag. Allerdings ergeben sich aus den bekannten Luftkissenfahrzeugen Anhaltspunkte
über die Ausbildung und Anordnung von Lenk- und Stabilisierungseinrichtungen (vgl.
insbesondere OS 1 922 434 und US-Patentschrift 3 183 988), die unter gewissen Einschränkungen
zumindest teilweise auch für die kombinierten Flug- und Bodeneffektgeräte der eingangs
genannten Art in Betracht gezogen werden können. Seiner einfachen Ubertragung der
Ausbildung und Anordnung der bekannten Stabilisierungsstrahl-Schaufeln, Bug- bzw.
Heckruder sowie sonstiger Klappen, Schürzen und deren Betätigungsmittel steht jedoch
die mit zunehmendem Bodenabstandsverhältnis sich verringernde Wirksamkeit entgegen,
die bisher nur durch aufwendige, in der Regel nicht rückwirkungsfreie, zusätzliche
Schubvektorsteuerungen verbessert werden konnte.
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Demgegenüber tendieren die Wünsche der Fachleute in Richtung auf den
Übergang vom reinen Luftkissenauftrieb zum aerodynamischen Auftrieb, um einerseits
in Bodennähe mit Luftkissenfahrzeugen noch weitere Geschwindigkeitssteigerungen
zu erzielen und um andererseits Möglichkeiten zu eröffnen, Fluggeräte, die
die
auch für einen Reiseflug in grösseren Höhen geeignet sind, durch entsprechende Ausbildung
wahlweise als Bodeneffektgerät und in üblicher Weise als Fluggerät einsetzen zu
können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein kombiniertes Flug- und Bodeneffektgerät
der eingangs beschriebenen Gattung so aus zubilden, dass die bei herkömmlichen Flugzeugen
durch übliche Fahrwerks- bzw. Luftkissenanordnungen bedingten Gewichtsbeschränkungen
und Stabilisierungsschwierigkeiten entfallen und ein wirtschaftlicher Einsatz, insbesondere
als Massenverkehrsmittel für den Transport von Personen, von grossen und schweren
Nutzlasten sowie von Gütern des täglichen Bedarfs ermöglicht wird.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass zumindest ein wesentlicher
Teil der im Reiseflug aerodynamisch Auftrieb erzeugenden Flächen an der Unterseite
des Flugzeuges durch Verstellen des Düsen-Systems und der Klappen entsprechend den
gewünschten Flugzuständen für die einzelnen Start- bzw. Landes phasen in ein relativ
grossflächiges Luftkissen mit statischem Bodeneffekt und bzw. oder in einen relativ
grossflächigen Stauflügel mit dynamischem Bodeneffekt überführbar ist.
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Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass dieses Flugzeug durch mindestens
drei zusätzliche, im wesentlichen symmetrisch zum Schwerpunkt bzw. zum Druckpunkt
des Flächenprofils angeordnete, zusätzliche Luft kissen bzw. Hochdruckausströmdüsen
lenkbar und stabilisierbar ist.
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Durch die erfindungsgemässe Integralbauweise kommen die seit den Anfängen
der Luftfahrt durch die übliche Aufteilung der Grundkonzeption eines Flugzeuges
in Rumpf, Tragwerk, Leitwerk, Antrieb und Fahrwerk bedingten Grenzen, insbesondere
im Hinblick auf die Statik, Aerodynamik und Flugmechanik dieser einzelnen Teile,
in Wegfall. Gegenüber der herkömmlichen Verbundbauweise
Verbundbauweise
schafft die Erfindung völlig neue maßstäbe und ermöglicht Flugzeuge mit um ein Vielfaches
vergrösserten Dimensionen. Im Vordergrund steht dabei die Forderung, jeweils eine
möglichst grosse Nutzlast mit möglichst kleinem wirtschaftlichen Aufwand zuverlässig
und relativ schnell transportieren zu können. Dies gilt in erster Linie für Grossflugzeuge
mit einem Gesamtgewicht von mehreren tausend Tonnen, aber auch für kleinere Flugzeugeinheiten,
insbesondere aber, wenn Amphibien- und STOL-Eigenschaften gefordert werden. Relativ
hohe Flächenbelastungen werden erfindungsgemäss vermieden, damit keine überhöhten
Start- und Landegeschwindigkeiten erforderlich werden, die überdimensional lange
und für extrem schwere Belastungen ausgelegte Start- und Landebahnen bedingen würden.
Eine Gefährdung von Flugzeug, Besatzung und Passagieren sowie Fracht durch Fahrwerksausfall
ist nach der Erfindung so gut wie ausgeschlossen. Selbst bei Ausfall eines Triebwerks
reicht das zur Erzeugung eines ausreichenden Druckluftpolsters erforderliche Abgas-
bzw. Druckluftvolumen noch aus, um eine sichere Landung durchführen zu können. Punktförmige
Uberlastungen, wie sie bei harten Landestössen bei bekannten Fahrwerken nicht vermieden
werden können, sind von vornherein ausgeschlossen. Auch muss die Antriebsleistung
der erfindungsgemässen Flugzeuge nicht wie bei reinen strahlgetragenen Flugzeugen
so gross oder gar grösser als das jeweilige Abfluggewicht sein. Ausserdem können
herkömmliche Triebwerke, beispielsweise Mehrkreistriebwerke, mit üblicher Leistungsverzweigung
für Gebläse bzw. mit Druckluftentnahme sowie mit Schubumlenkung und Schubumkehr
verwendet werden. Die Lenkung und Stabilisierung des erfindungsgemässen Flugzeuges
kann dabei auch durch direkte oder indirekte Schubvektorbildung erfolgen und in
an sich bekannter Weise mit der Regelung der Triebwerke gekoppelt sein.
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Nach einer zweckmässigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die aerodynamisch Auftrieb erzeugenden Flächen einen
einen
Trapez- oder Dreieckflügel mit relativ grosser Streckung und eventuell einem Profil
mit relativ grosser Dicke bilden, indem zumindest wesentliche Teile der Nutzräume
des Flugzeugs einbezogen und aus dessen im wesentlichen ebenen Profilunterseite
Schürzen für die Stabilisierungsluftkissen und Klappen für das grossflächige Luftkissen
bzw. den Stauflügel ausfahrbar sind. Ein derartiger Trapez- oder Dreieckflügel ist
mit oder ohne ausgeprägte Rumpfkonfiguration, auch in iefdeckerbauweise oder Nur-Flügelbauform,
sehr einfach im Aufbau, ermöglicht einerseits eine relativ geringe Flächenbelastung
und ist andererseits wie kaum eine Flugzeugkonfiguration für den Transport von relativ
grossen und schweren, sowie auch von sperrigen Nutzlasten geeignet. So sind beispielsweise
übergrosse Tragflächendimensionierungen für mehrere tausend Tonnen Gesamtgewicht
aufgrund des hohen Tragvermögens der Dreiecksflügelbauweise möglich. Da praktisch
die gesamte Unterseite des Dreiecksflügels zur Erzeugung eines statischen und bzw.
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dynamischen Bodeneffekts herangezogen werden kann und ausserdem der
Dreiecks flügel bereits ab relativ geringen Geschwindigkeiten aerodynamisch flugfähig
und eigenstabil wird, wobei weiterhin nur relativ geringe Start- und Landegeschwindigkeiten
erforderlich sind, ergeben sich äusserst günstige Bedingungen für die Gestaltung
von Grossraum-Flugzeugen bisher unvorstellbarer Dimensionen. Selbst dann, wenn Start-
und Landebahnen herkömmlicher Art sich für derartige Giganten als zu klein herausstellen
sollten, kann ohne grossen Kostenaufwand eine einigermassen günstig gelegene Wasserfläche
abgegrenzt, mit einer Flugsicherung und Verwaltungs- sowie Abfertigungsgebäuden
versehen werden, da das erfindungsgemässe Flugzeug praktisch genau so gut auf Wasser
landen und starten kann wie auf festem Boden. Eine entsprechende Wasserfläche steht
in der Regel an der Küste und an den Binnenseen immer zur Verfügung.
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Auch extrem ungünstige Windverhältnisse, beispielsweise sehr starke,
seitliche Schiebewinde, können den Start oder die Landung derartiger Fluggeräte
nicht in Frage stellen, da die erfindungsgemässe
erfindungsgemässe
Kombination mit dem grossflächigen Luftkissen eine bodeneffektabgestützte Fortbewegung
nach allen Richtungen zulässt. Auch die bekannten Schwierigkeiten bei Flugbooten,
wie beispielsweise die Probleme der Haftreibung des Bootskörpers im Wasser beim
ttbergang auf Gleitreibung sowie beim Übergang von Gleitreibung zwischen Bootskörper
und Schwimmern gegenüber Wasser und Luft in Gemischtreibung und endlich freien,
aerodynamisch getragenen Flug, entfallen bei den erfindungsgemässen Flugzeugen völlig,
ohne dass eine zusätzliche Anpassung des Luftkisseneffektes erforderlich wäre.
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Auch ist im Vergleich gegenüber bekannten Flugbooten keine besondere
bootsförmige Ausbildung erforderlich, es genügt vielmehr, die Öffnungen an der Unterseite
des Flächenprofils entweder dicht zu verschliessen oder durch relativ geringen Luft-'
Gegendruck abzudichten. Hierfür wird in der Regel ein nach Abschalten der Triebwerke
durch ein Notstromaggregat betreibbares Gebläse ausreichen.
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Zweckmässigerweise wird nach der Erfindung die Stabilität des Flugzeuges
dadurch wesentlich vereinfacht, dass die aerodynamisch Auftrieb erzeugenden Flächen
ein druckpunktfestes Profil aufweisen, beispielsweise mit S-Schlag, wie für ein
Nur-Flügelflugzeug. Bei einer Änderung des Anstellwinkels müssen somit keine durch
Druckpunktwanderungen gegenüber dem Schwerpunkt verursachte Momente ausgeglichen
werden, so dass die Lenkung und die Stabilisierung des erfindungsgemässen Flugzeugs
sehr einfach ist.
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Weiterhin lässt sich die Lenkung und Stabilisierung des erfindungsgemässen
Flugzeugs dadurch verbessern, dass an der Profilunterseite im engeren und bzw. oder
weiteren Bereich des Schwerpunktes bzw. des Druckpuiktes des Flächenprofils mindestens
eine momentfrei regelbare Luftauslassöffnung vorgesehen ist, deren Erstreckung vorzugsweise
in Richtung der Querachse grösser ist als in Richtung der Längsachse des Flugzeu
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zeugs. Die Stabilität um die Rollachse des erfinaungsgemässen
Flugzeugs lässt sich auf diese Weise besonders einfach regeln, ohne dass dem Stabilisierungsprozess
ein Moment um die anderen Achsen des Flugzeugs überlagert wäre. Der Pilot ist demnach
in der Lage, auch von Hand die Regeltätigkeit des Autopiloten: zu überlagern, ohne
dass er hinsichtlich seiner Reaktionsfähigkeit überfordert wäre. Die Regelung in
der Luftauslassöffnung kann in üblicher Weise durch Verstellen von in den Luftstrom
eingreifenden Schaufel gittern über Servomotore erfolgen.
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ZweckmRssig ist es auch, wenn die Hauptluft-Auslassöffnung und bzw.
oder ein Druckluft-Vorratsraum über ein Ventilsystem und Kanahe mit Düsen verbindbar
ist. Der üblicherweise statische Luftkisseneffekt kann auf diese Weise in einen
gemischt statischen und dynamischen Bodeneffekt übergeleitet werden, so dass das
Luftpolster an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich starke Schichten mit verschiedenen
Geschwindigkeiten und verschiedenen Drücken aufweisen kann, wodurch sich dem Luftkissen
Lenk- und Stabilisierungsimpulse überlagern lassen.
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Dementsprechend ist nach der Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass
die Stabilisierungs-Luftkissen mit einem höheren Druck und bzw. oder Durchsatz betreibbar
sind als das Hauptluftkissen. Das Ansprechen des erfindungsgemässen Flugzeugs auf
Lenk- und Stabilisierungsimpulse lässt sich dadurch spürbar, insbesondere in entscheidend
kürzeren Zeiteinheiten erreichen, wenn die Impulsgabe lediglich durch Drosselung
des Drucks und bzw. oder des Durchsatzes im Bereich der Auslassdüsen erfolgt und
nicht erst abgewartet werden muss, bis über eine Vergrösserung der Triebwerksleistung
ein zusätzlicher Steuerimpuls zur Verfügung steht. Die Impulsgabe selbst kann über
ein an sich bekanntes, dreiachsiges Lagereferenz-System erfolgen, das beispielsweise
mit einem Autopiloten gekoppelt ist.
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Nach
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist vorgesehen, dass die Stabilisierungs-Luftkissen im wesentlichen in symmetrischer
Dreieckkonfiguration zu den Achsen des Flugzeugs in das Hauptluftkissen innerhalb
des Klappen-Dusen-Systems, vorzugsweise als Abdeckung an den Eckpunkten des Klappen-Düsen-Systems,
einbezogen sind. Dabei können die Schürzen der Stabilisierungs-Luftkissen unabhängig
von den das Haupt-Luftkissen begrenzenden Klappen verstellbar und bzw.
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oder die Stabilisierungs-Luftkissen neigbar bzw. verschwenkbar angeordnet
sein.
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Darüber hinaus lassen sich die Lenk- und Stabilisierungseigen schaften
des erfijidungagemässen Flugzeugs noch dadurch verbessern, dass zumindest das vordere
Stabilisierungs-Luftkissen verhältnismässig breit ausgebildet ist. Dabei kann einerseits
durch die erfindungsgeiässe Trennung der Druckluftversorgung für das Haupt-Luftkissen
von der Druckluftversorgung für die Stabilisierungs-Luftkissen die Regelung und
Stabilisierung im allgemeinen unabhängig von der dann im wesentlichen konstant erfolgenden
Luftdruckversorgung des Haupt-Luftkissens vorgenommen werden. Andererseits können
auch iiber eine Minderung der Druckluftversorgung bzw. eine Änderung in der Druckluftverteilung
des Haupt-Luftkissens Steuermomente erzeugt werden, beispielsweise wenn bei ungünstigen
Last- bzw. Anströmungsverhältnissen das Flugzeug unabhängig von den eigentlichen
Steuermitteln ausgetrimmt werden soll oder aber, wenn die Wirksamkeit der Lenk-
und Stabilisierungsmittel nicht ausreichen sollte oder aber ein Triebwerksausfall
kompensiert werden soll. Darüber hinaus erübrigt die erfindungsgemässe Anordnung
der Stabilisierungs-Luftkissen an Eckpunkten benachbarter Klappen des Haupt-Luftkissens
zusätzliche Abdichtungsmassnahien. Der Luftstrom der Stabilisierungs-Luftkissen
kann vielmehr derart als Luftvorhang ausgebildet sein, dass so gut wie keine Luft
aus dem Luftpolster des Haupt-Luftkissens hindurchtreten kann.
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Verluste an Druckluft an ungünstigen Stellen des Klappensystems und
und
dadurch bedingte Instabilitäten sind somit durch die erfindungsgemäsae Ausbildung
von vornherein leicht zu unterdrücken.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Klappen zur Begrenzung des grossflächigen Luftkissens aus gelenkig und
gasdicht miteinander verbundenen Einzelklappenabschnitten bestehen, dass die Einzelklappenabschnitte
jeweils unabhängig voneinander betätigbar sind.
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Vorzugsweise sind die Klappen an die Profilunterseite beiklappbar.
Dabei können die Klappen Kanäle und Öffnungen abdecken, so dass für den freien aerodynamischen
Flug ein strömungsgünstig ausgebildetes Profil zur Verfügung steht. Die Klappen
können in einfachen Drehgelenken an der Profilunterseite angelenkt oder aber in
Dreh-Schiebegelenken längenveränderlich ausfahrbar und gleichzeitig verschwenkbar
gelagert sein. Dadurch können die Klappen bei Bedarf auch als eine Art Vorflügel
verwendet werden, wodurch gegenüber gewöhnlichen Klappen der Widerstand merklich
vermindert und gleichzeitig der Auftrieb des aerodynamischen Profils spürbar erhöht
werden kann.
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Zweckmässigerweise sind die Klappen, die das Haupt-Luftkissen begrenzen,
sowie auch die Schürzen, die ähnlich wie die Elappen die Stabilisierungs-Luftkissen
umgeben, jeweils aus einem oberen Teil aus festem Material und aus einem unteren
Teil aus zumindest teilweise formelastischem Material zusammengesetzt.
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Je nach den in Betracht gezogenen Lande- bzw. Starteigenschaften sind
die Klappen zumindest an den Unterkanten der zur Startfläche weisenden Seite jeweils
aus elastisch federndem, abrieb- und stossfestem Material ausgebildet. Darüber hinaus
kann der Abrieb durch Schleifrippen, relativ bewegliche Abstandshalter wie Rollen,
Kugeln und dgl. sowie gegebenenfalls durch in den Klappen mündende Luftdüsen auf
ein vernachlässigbares Mass reduziert werden. Die Luftzuführungen in den Klappen
können
können dabei als zusätzliche Stabilisierungsmittel und gegebenenfalls
auch zur Regelung der Klappenstellung herangezogen werden.
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Als besonders einfache Klappenregelung hat sich eine Anordnung bewährt,
bei welcher die vorderen und hinteren Klappen über ein Gestänge vorzugsweise gegenläufig
miteinander verbunden und über Stellkolben wahlweise einzeln oder zusammen gleich-
bzw. gegensinnig verstellbar sind. Zum Austrimmen und bzw. zum zusätzlichen Aussteuern
können die Einzelklappenabschnitte jeweils unabhängig voneinander betätigbar sein,
wobei die vorerwähnte Gesamtregelung als Überlagerungsregelung übergeordnet wirksam
werden kann, wenn die Einzelklappenverstellung nicht betätigt wird. Die im Zusammenhang
mit der Änderung des Anstellwinkels beim Start und bei der Landung erforderliche
Stellungsänderung der Klappen lässt sich auf diese Weise mit relativ einfachen und
störungssicheren Stell- und Steuermitteln durchführen.
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Vorteilhaft ist es auch, die hinteren Klappen wahlweise als Auftriebshilfen,
Ruder bzw. Luftkissenabgrenzung zu verwenden. Es können aber auch an der Profilhinterkante
Höhen- und Querruder oder zusätzliche Klappen vorgesehen sein. Auch ein T- bzw.
V-Leitwerk ausserhalb des Bereiches der Rezirkulation um das Flugzeug ist denkbar.
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In Abwandlung der in Dreh-Schiebegelenken ausfahrbaren und verschwenkbaren
Klappen können vorzugsweise die vorderen Klappen profilveränderlich ausgebildet
und wahlweise oder gleichzeitig im Langsamflug als Auftriebsbeihilfe, d.h. als eine
Art Profilverlängerung des Vorflügels und zur Luftkissenabgrenzung nach vorne gewölbt
und nach unten verstellbar sein.
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Die Einleitung einer Anstellwinkeländerung des Flugzeugs, d. h.
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der Übergang von einem rein statischen Bodeneffekt auf einen gemischt
dynamisch-statischen Bodeneffekt durch den aus Ver-Erösserung
grösserung
des Anstellwinkels sich einstellenden dynamischen Bodeneffekt wird dadurch regelungstechnisch
wesentlich vereinfacht, weil sich die erforderlichen Bewegungsabläufe der einzelnen
Steuermittel aufeinander abstimmen und miteinander koppeln lassen. Die Bedienungsorgane
des erfindungsgemässen Flugzeugs lassen sich demnach genau so handlich ausbilden
wie bei herkömmlichen Flugzeugen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Dreieckflügel mindestens eine rippenartige Verstärkung mit abnehmbaren
oder verschwenkbaren Ladeöffnungen aufweist. Beispielsweise können in den Dreieckflügel
ein Mittelrampf und mindestens zwei, im wesentlichen dazu parallel angeordnete Zusatzrümpfe
einbezogen sein. Ausserdem können zusätzliche Ladehilfen vorgesehen sein, so dass
sich beispielsweise übliche Container oder ähnliche Lasten relativ schnell und einfach
in den Nutzräumen des Dreieckflügels verstauen oder entladen lassen. Darüber hinaus
ist durch die rippenartigen Verstärkungen bzw. die Rümpfe eine Stabilisierung in
Längsrichtung des erfindungsgemässen Flugzeugs gegeben, so dass beispielsweise auch
Nur-Flügel flugzeuge in sehr grossen Höhen sehr vorteilhaft eingesetzt werden können,
wo der Luftwiderstand minimal und auch die Luftreibung vernachlässigbar klein sind.
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Um zu vermeiden, dass die Luftschicht bzw. das Luftpolster unter dem
Dreieckflügel nicht quer zur Fortbewegungsrichtung ausweichen kann, können an der
Profilunterseite in Längsrichtung ausfahrbare bzw. aufblasbare Strömungsleitkörper
vorgesehen sein, die auch als Stützkörper und bzw. oder als Schwimmkörper für das
Flugzeug in dessen Ruhestellung dienen können, wenn die Triebwerke abgestellt sind
bzw. wenn die Drucklufterzeugung gedrosselt oder eingestellt ist.
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Neben den Klappen oder anstelle dieser können nach einer Weiterbildung
der Erfindung als Begrenzung des Haupt-Luftkissens auch Düsen
Düsen
vorgesehen sein, die, insbesondere im Bereich der Profilvorderkanten, abschnittsweise
und unabhängig voneinander regelbar sind. Diese erfindungsgemässe Ausbildung ist
dann einer Anordnung von Klappen als Begrenzung des Haupt-Luftkissens vorzuziehen,
wenn einerseits den vorhandenen Triebwerken hinreichend Druckluft und bzw. oder
Abgas entnommen und andererseits der Stirnwiderstand im Vergleich gegenüber einer
Verwendung von relativ starren Klappen im Hinblick auf die installierte Triebwerksleistung
klein gehalten werden soll. Auch der regeltechnische Aufwand lässt sich auf diese
Weise zumindest bei kleineren bis mittelgrossen Flugzeugen vereinfachen, da sich
Düsen mit weniger Aufwand verstellen lassen, als vom Strömungsdruck belastete, relativ
grossflächige Klappen. Die Steuerung der als Begrenzung des Haupt-Luftkissens vorgesehenen
Düsen kann zumindest teilweise in die Regelung der Stabilisierungs-Luftkissen einbezogen
werden bzw. in mittelbarer Abhängigkeit davon erfolgen. Gegebenenfalls können auch
Düsen gruppen sowohl für die Versorgung eines Stabilisierungs-Luftkissens als auch
eines Teils des Haupt-Luftkissens gemeinsam oder wahlweise benutzt werden.
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Zumindest ab mittleren Flugzeuggrössen empfiehlt es sich, ein durch
Handsteuerung überlagerbares Lagereferenz-System vorzusehen, dem zumindest ein Verstärker,
ein Autopilot sowie eine Umschaltvorrichtung nach- bzw. parallelgeschaltet sind.
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Das erfindungsgemässe Flugzeug kann dann wahlweise von Hand oder über
den Autopiloten bzw. mit durch den Autopiloten begrenzter Handsteuerung geflogen
werden.
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Zweckmässigerweise erfolgt die Anordnung der Triebwerke derart, dass
sie in an sich bekannter Weise auf den Dreieckflügel aufgesetzt bzw. in rippenartige
Verstärkungen des Dreieckflügels zumindest teilweise einbezogen sind. Es können
somit übliche Mantel- bzw. Mehrkreistriebwerke verwendet werden, ohne dass die Aerodynamik
des Dreieckflügels ungünstig beeinflusst
flusst wird oder die Triebwerke
eine zusätzliche Anpassung erfahren müssten.
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Vorteilhaft ist auch die Verwendung von Mehrkreistriebwerken, insbesondere
mit Schubumlenkeinrichtungen, wenn Luftdruckentnahmen für unabhängig voneinander
betätigbare Niederdruck- und Hochdruckkreise an das Elappen-Düsen-System angeschlossen
werden können, das vorzugsweise in mindestens zwei, unabhängig voneinander arbeitende
Systeme unterteilt ist. Die Klappen Düsen-Systeme sollten dabei derart aufeinander
abgestimmt sein, dass ein möglichst wirbelfreies Luftpolster, das sich aus mehreren
Schichten zusammensetzen kann, erzeugbar ist. Durch diese erfindungsgemässen Massnahmen
wird eine Regelung erzielt, die praktisch rückwirkungsfrei gegenüber den Triebwerken
bleibt, da die Erzeugung von Lenk- und bzw. oder Stabilisierungsimpulsen bei im
wesentlichen konstanter Luft- bzw. Sbgasentnahme ausschliesslich durch reine Umlenk-
und bzw. oder Drosselmassnahmen möglich ist. Hinzu kommt, dass der hierfür erforderliche
regeltechnische Aufwand denkbar gering ist und eine kaum zu übertreffende Sicherheit
bietet, insbesondere wenn das Klappen-Düsen-System auf einen beliebigen Triebwerkausfall
abgestimmt ist.
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Bei grösseren Flugzeugen der erfindungsgemässen Art empfiehlt es sich,
zusätzlich, in an sich bekannter Weise ausgebildete Nasen-, Wölbungs- oder S'paltklappen
zur Verringerung der Mindestfluggeschwindigkeit vorzusehen. Die wirkung dieser Vorflügel
kann dabei durch entsprechende Abstimmung der dahinter an der Profilunterseite angeordneten
vorderen Begrenzungsklappen für das Haupt-Luftkissen noch wesentlich erhöht werden.
Andererseits lässt sich durch entsprechende Ausbildung des Vorflügels der durch
die ausgefahrenen Begrenzungsklappen bedingte zusätzliche Widerstand beträchtlich
absenken.
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Endlich
Endlich kann es zur Verbesserung der Lenk-
und Bremseigenschaften des Flugzeugs ratsam sein, im Schwebeflug ein an sich bekanntes,
relativ leicht und lediglich für dynamische und bzw.
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oder statische Teillast ausgelegtes Fahrwerk vorzusehen, dessen Belastung
durch das Luftkissen und bzw. oder durch eine Tragvorrichtung zur Lagerung des Flugzeugs
in Ruhestellung begrenzt ist. Mit einem derartigen Hilfsfahrwerk lassen sich entsprechend
den Teilbelastungen durch das Flugzeug zusätzliche Lenk- und Bremskräfte erzeugen,
bei einer Wasserung können entsprechende Treibanker oder ausfahrbare Hilfsschwimmer
verwendet werden, so dass derartige Flugzeuge trotz relativ sehr grosser Massen
auch auf relativ kleinen Landeplätzen eingesetzt werden können.
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weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen
und den Zeichnungen hervor. Es zeigen: Fig. lA eine Vorderansicht eines erfindungsgemässen
Flugzeugs; Fig. lB eine Ansicht von unten auf das erfindungsgemässe Flugzeug mit
einer schematischen Andeutung des Klappenverlaufs und der Offnungen des Haupt-Luftkissens
und der Stabilisierungs-Luftkissen; Fig. lC eine Seitenansicht des erfindungsgemässen
Flugzeugs; Fig. 2 eine Profilansicht mit ausgefahrenen Klappen und Schürzen in einer
Normallage über Grund, wenn das Flugzeug durch statischen Bodeneffekt unterstützt
ist; Fig. 3
Fig. 3 eine Profilansicht mit schräg nach hinten, entsprechend
der Vergrösserung des Anstellwinkels geneigten und weiter ausgefahrenen Schürzen
und Klappen in einer Lage, in welcher das Flugzeug durch einen dynamischen bzw.
gemischt dynamisch-statischen Bodeneffekt unterstützt ist und aus der es in den
freien aerodynamischen Flug übergehen kann; Fig. 4 eine Profilansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Unterteilung der Klappen in Einzelklappenabschnitte
sowie eine Vorflügel-Wölbungsklappe und eine Doppel-Heck-Klappe dargestellt sind;
Fig. 5 einen Querschnitt durch mehrere Einzelklappenabschnitte und die gasdichte
sowie flexiblen Verbindungsteile derselben; Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Endstück
einer teilelastisch ausgebildeten Klappe; Fig. 7 einen Querschnitt durch ein Flächenprofil
mit einer bevorzugten Anordnung eines Manteltriebwerks mit kombinierter Druckluft-
und Abgasentnahme und Verbindungskanälen zu den Öffnungen des Haupt-Luftkissens
und der Stabilisierungs-Luftkissen; Fig. 8 in einem Blockdiagramm und einem Betätigungsschema
die wesentlichsten Lenk- und Stabilisierungseinrichtungen.
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In den zum besseren Verständnis mehr oder weniger schematisch dargestellten
Figuren 1 bis 8 sind jeweils für einander entsprechende Merkmale gleiche Bezugszeichen
verwendet. Wie aus dem aus den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
ersichtlich
ersichtlich, weist ein Flugzeug einen Dreieckflügel
2 mit relativ grosser Streckung und einem Profil 3 mit relativ grosser Dicke auf.
In der aus Fig. 1 ersichtlichen Profilunterseite 4, die, wie sich aus den Fig. 2
und 3 ergibt, im wesentlichen eben ausgebildet ist, sind Offnungen für ein Haupt-Luftkissen
5 und drei Stabilisierungs-Luftkissen 6 vorgesehen, die für den aerodynamischen
Flug sowie für eine Wasserung ohne Druckpolster in nicht näher dargestellter Weise
verschliessbar sind. Am Dreieckflügel 2 sind hinten an den äusseren Enden Querruder
7 und dazwischen eine Vielzahl von Klappen 8 in nicht näher dargestellter Weise
verstellbar angelenkt. Im Bereich der Vorderkante des Profils 3 sind vordere bzw.
seitliche Klappen 9 vorgesehen, die aus einer aus den Zeichnungen nicht ersichtlichen
Huhestellung, in welcher sie in das Profil 3 eingezogen sind oder einen Teil der
Profilunterseite 4 bilden, in eine mehr oder weniger nach unten und bzw. nach vorne
oder hinten geneigte Stellung ausfahrbar sind.
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Die Klappen 9, die seitlich durch im wesentlichen in längsrichtung
ausfahrbare bzw. aufblasbare, in Fig. 1 lediglich gestrichelt angedeutete Strömungsleitkörper
ergänzt bzw. ersetzt werden können, bilden gemeinsam mit den hinteren Klappen 8
eine Begrenzung für das Haupt-Luftkissen 5. Jedes der drei Stabilisierungs-Luftkissen
6, die vorzugsweise auch als Doppelkissen ausgeführt sind, ist von einer ausfahrbaren
und neigbaren Schürze 11 als Begrenzung umgeben. Insbesondere bei kleineren Flugzeugtypen
können anstelle der Klappen 8 und 9 bzw.
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der Schürzen 11 auch Düsen verwendet werden, die zu einem entsprechenden
Düsensystem zusammengefasst zumindest abschnittsweise verstellbar sind und mit Druckluft
oder Abgasen beschickt werden, um den Klappen und Schürzen entsprechende BegrenEungsebenen
für die Luftkissen zu schaffen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die vorderen Klappen
9 nicht an der Vorderkante des Profils 3 angelenkt, sondern auf der Profilunterseite
4 etwas nach hinten zurückgesetzt
gesetzt. An der Profilvorderkante
kann gemäss Fig. 4 zusätzlich eine Wölbungsklappe 12 zur Verringerung der Mindestfluggeschwindigkeit
vorgesehen sein. Weiterhin ist aus Fig. 4 ersichtlich, dass sämtliche Klappen 8,
9 und 12 aus Einzelklappenabschnitten 15 und 16 bestehen, die ihrerseits aus mehreren
gegeneinander beweglichen Teilen aufgebaut sein können.
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An der Profilhinterkante ist ein ebenfalls mehrteiliges Höhenruder
13 vorgesehen. ßin Ausführungsbeispiel für eine elastische Verbindung 17 der Einzelklappenabschnitte
ist in Fig.
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5 dargestellt. In einem Dreh- oder Drehschiebegeleak, das in der Zeichnung
durch eine Achse 14 angedeutet ist, ist jeweils der obere Teil des Einzelklappenabschnitts
gelagert. Die Einzelklappenabschnitte weisen örtliche oder über ihre gesamte Breite
sich erstreckende Verstärkungen 18 auf, an denen pneumatisch oder hydraulisch längenveränderliche
Streben, insbesondere teleskopartig ineinandergreifende Stell streben 19 gelenkig
angreifen. Die Einzelklappenabschnitte bestehen ihrerseits aus relativ festem Material,
und am unteren Ende gehen diese vorzugsweise in aus formelastischem und äusserst
widerstandsfähigem Material geformte Endstücke 20 über-. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines aus teilweise festem und teilweise formelastischem Material zusammengesetzten
schnitts zeigt Fig. 6 in einer Ausschnittsvergrösserung.
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In Fig. 7 ist ein flehrkreistriebwerk 23 mit einer Schubumlenkeinrichtung
24 und nicht näher dargestellten Niederdruck- bzw.
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Hochdruckluftentnahmen teilweise in das Profil 3 des Dreieckflügels
einbezogen und mit in der Zeichnung nur qualitativ angedeuteten Kanälen 25, 26 und
27 verbunden, die zu den Buftauslassöffnungen bzw. Düsen des Haupt-Luftkissens 5
und der Stabilisierungs-Luftkissen 6 führen. Jeder der Kanäle 25, 26 und 27 ist
an seinem Anfang und bzw. oder an seinem Ende durch eine Stellklappe 28, 29 bzw.
30 mehr oder weniger verschliessbar. Die Stellklappen bilden ein Ventilsystem 28,
29, 30, das entweder direkt oder unter Zwischenschaltung eines Druckluftvorratsraums
vorratsraums
die Druckluftversorgung des Haupt-Luftkissens 5 und der drei Stabilisierungs-Luftkissen
6 in noch zu erläuternder Weise regelt.
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Auch die Schubumlenkeinrichtung 24, die bei dem in Fig. 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel als einfache Klappen ausgebildet ist, kann in das Ventilsystem
einbezogen sein. Aus der Zeichnung ergibt sich, dass die Klappen der Schubumlenkeinrichtung
24 in eine Stellung verschwenkt sind, in welcher die Kanäle 25, 26 und 27 und der
Druckluftvorratsraum 31 vollkommen abgeschlossen sind. Das Flugzeug befindet sich
dementsprechend im Reiseflug. Die Schubleistung des Triebwerks 23 wird, sofern keine
Grenzschichtheeinflussung des Profils 3 vorgesehen ist, ausschliesslich in Vortrieb
umgesetzt. In dieser Betriebslage sind die Offnungen des Haupt-Luftkissens 5 und
der Stabilisierungs-Luftkissen 6 geschlossen, die Klappen 8 und 9 bzw. 12 sowie
die Schürzen 11 eingefahren, so dass das Profil 3 moglichst widerstands arm umströmt
ist und der erforderliche Auftrieb ausschliesslich durch die Profilumströmung erzeugt
wird. Für den Start und für die Landung des Flugzeugs kann die Leistung des Triebwerks
23 durch mehr oder weniger grosses Hochschwenken der Klappen 24 bis in die gestrichelt
dargestellte obere Schliesstellung 24' teilweise oder ganz zur Erzeugung eines Auftriebs
durch mehr oder weniger harte bzw. weiche Str ahl abstützung und bzw. oder durch
Erzeugung eines statischen oder statisch-dynamischen Bodeneffektes herangezogen
werden. Zur Verbesserung der Stabilisierung können ausserdem die Stabilisierungs-Luftkissen
6 unter Umgehung des Druckluft-Vorratsraums 31 direkt über Kanäle 32 mit der Niederdruck-
und bzw. oder Hochdruckstufe des Triebwerks 23 verbunden werden, wie dies in Fig.
7 für das vordere Stabilisierungs-Luftkissen 6 angedeutet ist. Auch diese Kanäle
sind durch Stellklappen 33, die in das Ventilsystem 28, 29, 30 einbezogen sein können,
verschliessbar.
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Das
Das Ventilsystem 28, 29, 30 wird durch ein drelachsiges
Lage referenzsystem 34 beeinflusst, das über einen Verstärker 35 Steuerimpulse einem
Autopiloten 36 zuführt, der seinerseits Stellimpulse an die Stellmittel, beispielsweise
an die längsveränderlichen Streben 19 in Fig. 5 oder über eine Koppelwelle 38 an
Stellkolben 37 in einem über Hebelarme 39 und 40 an den klappen 8 und 9 angelenkten
Schaltgestänge über ein Koppelglied 41 weiterleitet, wie dies in einem vereinfachten,
einachsigen Schaltschema aus Fig. 8 ersichtlich ist. Bei Verwendung einer Handsteuerung
42 können Stellimpulse auch direkt an die Stellmittel, beispielsweise auf die Koppelwelle
38, übertragen werden. Für einfache Benk- und Stabilisierungsmanöver kann das Lagereferenzsystem
34 mit Hilfe einer Umschaltvorrichtung 43 abgeschaltet werden. Zumeist wird jedoch
eine Uberlagerungssteuerung angewendet werden, in welcher ein in Fig. 8 in der Umschaltvorrichtung
43 angedeutetes Schaltglied 44 über einen Koppelpunkt 45 mechanisch, elektrisch,
pneumatisch oder hydraulisch Schaltimpulse an das Lagereferenzsystem 34 weiterleitet
und der Autopilot 36 in nicht näher dargestellter Weise so geschaltet wird, dass
er als Begrenzung für die Stellimpulse der Steuermittel wirksam wird. Innerhalb
der vom Lagereferenzsystem 34 kontrollierten zulässigen Fluglagen können demnach
über die Handsteuerung 42 Bewegungsimpulse auch direkt auf die Stellmittel übertragen
werden. Das Benk- und Stabilisierungssystem lässt sich somit, insbesondere für kleinere
Flugzeugeinheiten, relativ einfach und robust sowohl für halbautomatischen als auch
vollautomatischen Betrieb ausbilden. Kritische Fluglagen lassen sich jeweils mit
Sicherheit ausschliessen.
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Die Funktion und Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung
ist wie folgt: Während bei herkömmlichen Flugzeugen bisher nur Teile des Rumpfes
anstelle üblicher Fahrwerkskonfigurationen mit relativ kleinen und lediglich zur
Momentenbildung um die Querachse benutzbaren
benutzbaren Luftkissen
versehen sind, ist nach der Erfindung, insbesondere bei Ausnutzung eines relativ
grossen Nutzraumes von relativ dicken Profilen von Dreieckflügeln, aber auch bei
in Tiefdeckerbauweise erstellten kleineren Flugzeugeinheiten, jeweils praktisch
die gesamte Profilunterseite der aerodynamisch Auftrieb erzeugenden Fläche zur Erzeugung
eines statischen und bzw. oder eines dynamischen Bodeneffektes bestimmt.
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Das bedeutet, dass insbesondere bei der Landung derartiger Flugzeuge
keine die Auslegung nachteilig beeinflussenden dynamischen Punktlasten auftreten
können, so dass die bisherigen konstruktiven Begrenzungen entfallen und die Diiensionierung
mehr eine Frage der zu installierenden Antriebsleistung ist. Flugzeuge mit einem
Gesamtgewicht von mehreren tausend Tonnen sind demnach mit bereits heute verfügbaren
nanteltriebwerken mit hohem Bypassverhältnis nicht n"r realisierbar, sondern auch
einsetzbar, da mit relativ dicken Profilen, beispielsweise in der Grössenordnung
von etwa 4 bis 10 1 relativ geringe Mindestfluggeschwindigkeiten erzielbar sind
und sich in grossen Höhen auch hinreichend grosse Reisegeschwindigkeiten erzielen
lassen. Wesentlich ist dabei, dass auch bei sehr hohem Gesamtgewicht der erfindungsgemässen
Flugzeuge herkdmmliche Start- und Landebahnen benutzt werden können, da die Flächenbelastung
durch die grossflächige Ausbildung des Haupt-Luftkissens eine geringere Bodenbelastung
als durch herkömmliche Flugzeugfahrwerke ermöglicht,und weil insbesondere auch in
hinreichender Auswahl zur Verfügung stehende Wasserflächen als Start- und Landebahnen
für die erfindungsgemässen Flugzeuge verwendet werden können, ohne dass aufwendige
schwimmer-oder bootsähnliche Rumpfkonfigurationen erforderlich sind.
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Zur Inbetriebnahme eines erfindungsgemässen Flugzeugs werden nach
üblicher Uberprüfung der Bordsysteme mindestens ein Triebwerk 23 angelassen und
Druckluft und bzw. Abgase über Kanäle 25, 26 und 27 dem Klappen-Düsen-System 5 bis
11 zugeleitet und über das Ventilsystem 28, 29, 30 sowie gegebenenfalls
falls
unter Verwendung der Schubumlenkeinrichtung 24 derart verteilt, dass sich an der
Profilunterseite 4 ein im Vergleich zur Grösse des Dreieckflügels relativ dünnes
Luftpolster ausbildet, das zumindest anfänglich mehr einem Tragfilm bzw.
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einer gleichmässig verteilten Luftschicht als einem üblichen Luftkissen
entspricht. Das Flugzeug ruht bis zu seinem Abheben vom Boden oder vom Wasser auf
einer Tragvorrichtung, die sich aus einer Mehrzahl von bordfesten oder ausfahrbaren
Stützkörpern an der Profilunterseite 4 zusammensetzt, in welche auch ein auf Teilbelastung
beschränkbares Hilfs-Lenkfahrwerk einbezogen sein kann. Vor dem eigentlichen Abheben
werden zur Erzeugung eines statischen Bodeneffektes die hinteren und vorderen sowie
seitlichen Klappen 8 und 9 bis in Bodennähe ausgefahren und die Triebwerksleistung
so weit gesteigert, bis ein erforderlicher Luft- bzw. Abgasüberschuss vorhanden
ist, der erforderlichenfalls auch ohne Änderung der Triebwerksleistung ausreicht,
um durch Umleitung bzw. Drosselung der Luftzuführung für das Haupt-Luftkissen 5
und die Stabilisierungs-Luftkissen 6 dem Flugzeug 1 in abgehobener Stellung auf
dem Luftkissen ausreichende Lenk- und Stabilisierungseigenschaften zu gewährleisten.
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Je nach Beschaffenheit des Bodens oder Bewegung der Wasserfläche kann
das Flugzeug durch weitere Erhöhung der Triebwerksleistung auf dem Luftkissen unter
gleichzeitigem weiteren Ausfahren der Klappen 8 und 9 sowie der Schürzen 11 mehr
oder weniger angehoben werden und durch zusätzliche Vortriebserzeugung, gegebenenfalls
unter Ausnutzung einer Momentenbildung um die Hochachse in die gewünschte Fahrtrichtung
gedreht und in dieser angetrieben werden. über das Lagereferenzsystem 34, das beispielsweise
aus drei den Hauptachsen des Flugzeugs zugeordneten Beschleunigungsmessern und zwei
Kreiseln bestehen kann, wird über den Verstärker 35 der Autopilot 36 laufend mit
Steuerimpulsen gefüttert, die erforderlichenfalls in Stellimpulse umgewandelt und
an die Stellmittel, insbesondere
insbesondere der Stabilisierungs-Luftkissen
6 und deren Einrichtung zur Versorgung mit Niederdruck- oder Hochdruck-Druckluft
weitergegeben werden. Vorzugsweise sind die Stabilisierungsmittel doppelt ausgebildet,
so dass auch bei Ausfall eines Systems noch eine ausreichende Steuerwirksamkeit,
allerdings mit vergrösserter Anspechzeit, gegeben ist.
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Nachdem das Flugzeug in mehr oder weniger grosser Höhe über eint Rollbahn
oder über dem Wasser die eigentliche Startbahn im Schwebeflug erreicht hat, werden
die Triebwerke 23 unter Schubumkehr auf Vollast geprüft und dann zur Einleitung
des Starts die Schubleistung anteilig zur Erzeugung eines Vortriebs und eines Auftriebs
umgeleitet. Je nach Ausbildung und Belastung des erfindungsgemässen Flugzeugs sind
drei verschiedene Start- bzw. Landeverfahren möglich. Bei maximaler Zuladung, bzw.
wenn eine herkömmliche Startbahn zur Verfügung steht, wird wie beim herkömmlichen
Startverfahren, zuerst bei normalem Anstellwinkel und unter Beibehaltung des statischen
Bodeneffektes,die Fortbewegung des Flugzeugs bis auf die flindestfluggeschwindigkeit
erhöht, ab welcher das Profil des Dreieckflügels 2 aerodynamisch genügend Auftrieb
erzeugt, damit das Flugzeug vom Boden abheben kann. Zum Unterschied gegenüber dem
herkömmlichen Startverfahren wird dabei beim erfindungsgemässen Flugzeug der anfänglich
rein statische Bodeneffekt mit Vergrösserung des Anstellwinkels in einen dynamischen
Bodeneffekt überführt, so dass aus dem Luftkissengerät ein Stauflügelgerät wird,
das bei weiterer Geschwindigkeitserhöhung dann in den freien, aerodynamisch getragenen
Flug übergeht. Bei dem aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemässen Flugzeugs kann der Anstellwinkel bereits ohne aerodynamische
Anströmung des Profils, d.h. im Schwebeflug über Ort durch Druckerhöhung und bzw.
oder einen entsprechend grösseren Durchsatz der Düsen der vorderen Stabilisierungs-Luftkissen
6 bei gleichzeitigem weiteren Ausfahren der vorderen Klappen 9 erhöht werden. Dadurch
Dadurch
lässt sich die Länge der für einen Bodeneffekt erforderlichen Startbahn beträchtlich
abkürzen. Bei Verwendung von Nantelstromtriebwerken mit einem weniger grossen Bypassverhältnis
kann jedoch durch Ausfahren einer zusätzlichen Wölbungsklappe 12 an der Profilvorderkante
bereits ab relativ geringen Eigengeschwindigkeiten des Flugzeugs ein zusätzlich
aerodynamisch erzeugter Auftrieb zur Vergrösserung des Anstellwinkels ausgenutzt
werden, so dass den Triebwerken weniger Druckluft bzw. Abgas für die Stabilisierungsdüsen
entnommen werden muss. Für besonders8 wirtschaftlich auszulegende Grossflugzeuge
kann diese erfindungsgemässe Ausbildung von Vorteil sein, auch wenn sie mit einer
gewissen Verlängerung der Länge der Startstrecke verbunden ist, in welcher derartige
Fluggeräte in Boden- oder Wassernähe durch Bodeneffekt abgestützt sind. Auch bei
dem aus Fig. 4 ersichtlichen Ausführungsbeispiel erfolgt der Ubergang vom statischen
Luftkisseneffekt auf einen gemischt statisch-dynamischen und dann ausschliesslich
dynamischen Bodeneffekt im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei dem erstgenannten
Ausführungsbeispiel.
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Mit zunehmender Vorwärtsgeschwindigkeit schiebt das erfindungsgemässe
Flugzeug einen gegebenenfalls zumindest zum Teil durch den Vorflügel auf die Profiloberseite
umgeleiteten Stau vor sich her, so dass die Triebwerksleistung entsprechend dem
zunehmenden Widerstand durch die mehr und mehr ausgefahrenen Klappen erhöht werden
muss, soweit nicht schon von Startbeginn mit voller Triebwerksleistung gefahren
wurde. Beim Einziehen der vorderen Klappen 9, wobei anfänglich die mit zunehmender
Fortbewegungsgeschwindigkeit schräg nach hinten geneigten Düsen und Schürzen 11
in ihrer der Änderung des Anstellwinkels angepassten ausgefahrenen Stellung verbleiben
können, bis die aerodynamischen Steuermittel hinreichend ansprechen, ergibt sich
überraschenderweise ein doppelter Effekt.
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Zum einen wird, ohne dass eine zusätzliche Regelung erforderlich wäre,
die durch das Einfahren der vorderen Klappen 9 bewirkte
bewirkte
Widerstandsverminderung selbsttätig in eine Erhöhung der Vortriebsgeschwindigkeit
umgesetzt. Zum anderen bewirken die weiterhin ausgestellten hinteren Klappen 8,
dass der statische Luftkisseneffekt von einem keilförmigen Stau zwischen Boden oder
Wasser 46 und der entsprechend dem Anstellwinkel angestellten Profilunterseite 4
überlagert wird. Dabei bildet sich an der Profilunterseite 4 eine Rückströmung aus,
die einen zusätzlichen Auftrieb bewirkt. Die Erzeugung eines künstlichen Luftpolsters
mit bordgebundener Energie wird mit zunehmender Uberlagerung des dynamischen Bodeneffektes
überflüssig, so dass in einer relativ kurzen Zeit die gesamte Triebwerksleistung
zur Erzeugung von Vortrieb ausgenutzt werden kann. Das Flugzeug kann somit relativ
rasch aus dem reib nen Schwebeflug heraus beschleunigt werden und nach Einziehen
der hinteren Klappen 8 in den freien, aerodynamisch getragenen Flug überführt werden.
Im Vergleich zu herkömmlichen Startverfahren wäre demnach das erfindungsgemässe
Startverfahr-en in die Reihe der STOL-Verfahren einzustufen.
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Für das Landeverfahren des erfindungsgemässen Flugzeugs gelten die
obigen Ausführungen in umgekehrter Reihenfolge sinngemäss. Das Flugzeug nähert sich
mit gedrosselten Triebwerken und ausgefahrenen Landeklappen unter einem entsprechenden
Anstellwinkel der Landebahn, über der in einem mehr oder weniger grossen Abstand
die hinteren Klappen 8 zur Erzeugung und Vergrösserung eines Stauflügeleffektes
ausgefahren werden. Der dynamische Bodeneffekt kann bereits durch frühzeitiges Öffnen
der Luftauslassöffnungen und Düsen für das Haupt-Luftkissen 5 und durch Ausfahren
der seitlichen und vorderen Klappen 9 in einen statischen Bodeneffekt überführt
werden, wobei das Flugzeug infolge der Widerstandserhöhung durch die Klappen und
zusätzlich noch durch Schubumkehr der Triebwerke rasch abgebremst werden kann.
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Wie
Wie beim Start können auch bei der Landung die
Stabilisierungs-Luftkissen 6 den wesentlichen Anteil der um die Querachse wirksamen
Steuermomente übernehmen. Die Stabilisierung um die Längsachse erfolgt im wesentlichen
durch gegensinniges Andern der Ausströmrichtung des Luftdurchsatzes an den beiden
Seiten der Luftauslassöffnungen und Düsen für das Haupt-Luftkissen 5.
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Um die Hochachse wird das Flugzeug im wesentlichen ausschliesslich
durch unterschiedliche Triebwerks-Schubmomente gelenkt und stabilisiert. Durch die
erfindungsgemässe Dreiteilung der Lenkung und Stabilisierung um die drei Hauptachsen
des Flugzeugs mit jeweils unterschiedlichen Mitteln ergeben sich überraschend einfache
und leicht beherrschbare Lenk- und Steuerverhältnisse.
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So kann beispielsweise ein erfindungsgemässes Flugzeug auch ohne Doppelanordnung
der Stabilisierungs-Luftkissen 6 auch bei Ausfall der um die Rollachse und um die
Hochachse wirksamen Steuermittel noch sicher durch entsprechende Änderung der Düsenbeaufschlagung
und bzw. der Neigung der Schürzen 11 der Stabilisierungs-Luftkissen 6 gesteuert
werden, gleichgültig, ob es sich um ein Flugzeug mittlerer Grössenordnung oder um
ein Flugzeug mit einem gegenüber herkömmlichen Flugzeugen um den Faktor 1C bis 100
vergrösserten Nutzvolumen handelt.
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Durch die Unterteilung der Klappen 8 und 9 in Einzelklappenabschnitte
15 und 16, wobei an jedem Einzelklappenabschnitt separate Stellmittel angreifen,
ist es möglich, auch bei Schräglage eine einwandfreie Begrenzung des Luftkissens
zu gewährleisten, indem nämlich die einzelnen Klappenabschnitte unterschiedlich
weit, z.B. kontinuierlich zunehmend ausgefahren werden. Die elastische Verbindung
17 zwischen den Einzelklappenabschnitten 15 und 16 gewährleistet, dass selbst bei
unterschiedlicher Klappenstellung eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiel*
oeschränkt. insbesondere wäre es auch möglich, Nuri'lumelflugzeuge
Flügel
flugzeuge im Sinne der Erfindung auszubilden oder in Dreieckflügel rippen- oder
rumpfförmige Verstärkungen einzubeziehen, die mit entsprechenden Einrichtungen für
die Aufnahme von Grosscontainern oder schienengebundenen Fahrzeugen versehen sind.
Auch ist es möglich, zumindest einen Teil des für die Versorgung des Luftkissens
mit Druckluft erforderlichen Volumens durch zusätzliche Gebläse zu erzeugen, die,
wenn kein Luftkissen benötigt wird, zur Anfachung bzw. Absaugung der Grenzschicht
auf der Profiloberseite verwendet werden können.
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Auf diese Weise können auch Flugzeuge mit relativ dicken Profilen
in unteren und mittleren Höhenlagen mit wirtschaftlichen Reisegeschwindigkeiten
betrieben werden, so dass insbesondere der Übergang und Reiseflug in sehr grossen
Höhen, wo der Luftwiderstand und die Luftreibung vernachlässigbar klein werden,
vollkommen neue Perspektiven für überdimensionale Grossraumflugzeuge eröffnet. Ausserdem
oder daneben ist aber auch ein Fährbetrieb in Bodennähe oder über einer Wasserfläche
im wirtschaftlichen Anwendungsbereich der Erfindung inbegriffen.
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Auch ist es denkbar, derartige Grossraumflugzeuge als Start-und bzw.
oder Landeplattform für Raumfahrzeuge auszubilden.
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Bereits ab einem mehrfachen Einsatz eines derartigen Grossflugzeuges
als Startrampe ausserhalb der dichteren Luftschichten der Atmosphäre für ein Raumfahrzeug,
das zumindest zum Teil in das Profil des Gross flugzeuges einbezogen sein kann,
würde sich eine enorme Kosteneinsparung im Vergleich gegenüber den bisherigen, als
Verlustgeräte nur einmal zu verwendenden ersten Stufen unter gleichzeitiger Vergrösserung
der zum Abschuss gelangenden Raumfahrzeuge ergeben. Auch bezüglich der Errichtung
und Versorgung von Raumstationen sowie hinsichtlich der Ausbildung von Raumfähren
für die Übernahme von Transportgütern ausserhalb der dichteren Luftschichten der
Atmosphäre und den anschliessenden Transport zu einer Raumstation eröffnen sich
durch die Erfindung zuflätzlich neue Anwendungsmöglichkeiten und Perspektiven.
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Patentansprüche