DE69215896T2 - Hybrid-flugzeug - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG a) Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Luftfahrzeug, welches in der Lage ist, bei geringer Geschwindigkeit über ausgedehnte Zeitabschnitte ohne die Notwendigkeit eines Nachtankens ultraschwer zu heben.
• Mehr im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Hybrid-Flugzeug, das sowohl aerostatische wie auch aerodynamische Hubkraft liefert.
• Das erfindungsgemäße Hybrid-Flugzeug, welches sowohl bei der Holzgewinnung als auch in der Bauindustrie besonders nützlich ist, kann kurz als halb-auftriebsgetragenes Komposit-Flugzeug mit einer nicht drehbaren Ballonkammer beschrieben werden.
b) Kurze Beschreibung des Standes der Technik
• Halb-auftriebsgetragene Komposit-Flugzeuge sind schon entwickelt worden und weisen einen Ballon auf, der um vertikale bzw. horizontale Achsen rotiert, siehe GB-A-1 460 822 und CA-A-1 171 835. Diese bekannten Flugzeuge sind wirkungsvoll, aber die eine vertikale Achse aufweisenden Luftfahrzeuge leiden unter einer wesentlichen Zunahme der Drift (dreifach) und der Seitenkraft aufgrund des Magnus- Effektes wegen der Rotation des Ballons. Ebenso sind die Fahrzeuge mit horizontaler Achse komplexer und viel schwerer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines halb-auftriebsgetragenen Komposit-Flugzeugs mit einem nicht drehbaren Ballon, wodurch der Magnus-Effekt der Fahrzeuge mit vertikaler Drehachse und die schwierigen Probleme ausgeschaltet werden, die mit einem um eine horizontale Achse rotierenden Ballon einhergehen.
• Die Erfindung kann grob als Hybrid-Flugzeug mit einer großen nicht drehenden Ballonkammer beschrieben werden, die ein Gas enthält, welches leichter als Luft ist und eine große statische Hubkraft von einer Größe liefert, die größer als das Leergewicht des Flugzeugs ist. In der Ballonkammer ist ein Stützgerüst untergebracht, welches wesentlich länger als breit ist. Das Stützgerüst hat zwei Enden, die aus der Ballonkammer an den entlang der Mittelachse der Ballonkammer entgegengesetzten Enden derselben hervorstehen. An den Enden des Stützgerüsts ist ein um die nicht drehende Ballonkammer drehbarer Rotorrahmen aufgehängt.
• An dem Rotorrahmen sind bezüglich der Achse radial orientierte Tragflächenblätter angebracht. Der Anstellwinkel dieser Tragflächenblätter kann verändert werden. An oder in der Nähe des äußeren Endes der Tragflächenblätter ist ein Schubmittel befestigt. An dem gleichen Ende wie das Schubmittel ist an dem Tragflächenblatt eine dazu senkrechte Flügelfläche angebracht. Der Anstellwinkel dieser Flügelflächen kann ebenfalls verändert werden.
• Das Flugzeug umfaßt ferner eine Kabine, ein Lastseil und zwei Gegendrehmomentsvorrichtungen für die vertikale Stellung der Achse des Flugzeugs, eine um die Ballonkammer an der Drehung zu hindern und die andere um die Ausrichtung der Kabine aufrechtzuerhalten und/oder zu justieren.
• Das Flugzeug kann eine vertikale oder horizontale Drehachse aufweisen.
• Es wird nun eine nicht beschränkende Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine teilweise weggebrochene bildliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Flugzeuges mit vertikaler Achse beim Herausheben eines ganzen Baumes aus einem Wald.
• Fig. 2 ist Draufsicht auf das Flugzeug mit vertikaler Achse.
• Fig. 2a ist eine Seitenansicht des Flugzeugs mit vertikaler Achse.
• Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf das Flugzeug mit vertikaler Achse, wobei der Anstellwinkel der vertikalen Flügel in der Schleppstellung bzw. unter neutraler Anstellung, wenn das Flugzeug in der Luft stillsteht oder sich vertikal bewegt.
• Fig. 3a ist eine schematische Draufsicht auf das Flugzeug mit vertikaler Achse, wobei der Anstellwinkel der vertikalen Bügel in zyklischer Anstellung bei horizontal fliegendem Flugzeug dargestellt ist.
• Fig. 4 ist eine vergrößerte Seitenansicht des Flugzeuges mit vertikaler Achse, welche einen Teil der vertikalen Achse, die Steuerkabine und den Heckrotor erkennen läßt.
• Fig. 5 ist eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Flugzeuges mit horizontaler Achse, welche die das Gas enthaltende Kammer strichtpunktiert erkennen läßt.
• Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Flugzeuges mit horizontaler Achse.
• Fig. 7,8 und 9 sind Vorderansichten des Flugzeuges mit horizontaler Achse, welche die verschiedenen Positionen der Tragflächenblätter und Flügelflächen im Fluge erkennen läßt.
• Fig. 7a,8a und 9a sind Seitenansichten des Flugzeuges mit horizontaler Achse welche die verschiedenen Positionen der Tragflächenblätter und der Flügelflächen gemäß den Fig. 7,8 und 9 erkennenlassen.
• Fig. 10 ist eine Teilansicht der unteren Achse mit Anschlüssen für die Anbringung der Ballonhülle und der Gegendrehmoment-Vorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Das erfindungsgemäße Flugzeug mit einer vertikalen Achse nach den Fig. 1 bis 4 umfaßt ein Stützgerüst 20, welches vertikal ausgerichtet und in einer Ballonkammer 1 untergebracht ist. Es umfaßt ferner einen Rotorrahmen 15, der mittels Haltekabeln 38 mit dem oberen Ende 22 des Stützgerüstes 20 und dem unteren Ende 28 verbunden ist. Ballonhüllenhaltekabel 36 positionieren die Ballonkammer 1 innerhalb des Rotorrahmens 15.
• Mit dem Rotorrahmen sind mehrere Tragflächenblätter 4 verbunden. An dem Ende jedes Tragflächenblattes 4 ist eine vertikale Flügelfläche 8 und ein Schubmittel 12 angebracht. Das Schubmittel läßt den Rotorrahmen um die stationäre Ballonkammer 1 rotieren. Das Schubmittel kann eine übliche Verbrennungskraftmaschine mit einem Propeller sein, obwohl es darauf nicht beschränkt ist, weil andere Mittel ebenfalls wirksam funktionieren würden. Umfangskabel 39 halten die Tragflächenblätter 4 in der richtigen Position.
• An dem unteren Ende 28 ist eine Steuerkabine 46 aufgehängt. An der Steuerkabine ist ein Gegendrehmomenterzeuger 47 angebracht. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Gegendrehmomenterzeuger ein Propeller, doch sind weitere ähnliche Vorrichtungen dem Fachmann bekannt.
• Fig. 2 ist eine Draufsicht und zeigt die von dem Rotorrahmen 15 umgebene Ballonkammer 1. Die Ballonkammer 1 wird durch die Ballonhüllenhaltekabel 36 positioniert. Die Tragflächenblätter 4 sind mit dem Rotorrahmen verbunden. Der Anstellwinkel der Tragflächenblätter kann gemeinsam und zyklisch eingestellt werden, um keine Hubkraft, eine positive Hubkraft oder eine negative Hubkraft zu erzeugen.
• Fig. 2a ist eine Seitenansicht eines Flugzeugs mit vertikaler Achse. Die Ballonkammer 1 erstreckt sich oberhalb und unterhalb des Rotorrahmens 15. Die Ballonkammer wird durch die Ballonhüllenhaltekabel 36 positioniert, und die Umfangskabel 38 positionieren die Tragflächenblätter 4 in der richtigen Position.
• Fig. 3 zeigt den Anstellwinkel der vertikalen Flügelflächen 8 im Schwebezustand oder mit neutraler Anstellung, wenn das Flugzeug in der Luft stillsteht oder vertikal auf- und abfliegt. Fig. 3a zeigt den Anstellwinkel an vier Stellen der vertikalen Flügelflächen 8 in zyklischer Anstellung, wenn das Flugzeug horizontal fliegt. In diesen Figuren zeigen die gebogenen Pfeile die Drehrichtung des Rotorrahmens 15, und der Pfeil in Fig. 3a zeigt die Richtung des Fluges des Flugzeugs, basierend auf der zyklischen Anstellung der vertikalen Flügelflächen 8.
• Fig. 4 zeigt die Steuerkabine 46 mit dem Gegendrehmoment-Propeller 47. Die untere Achse 30 weist Anschlüsse für die Ballonhüllen-Haltekabel 36 auf und ist mit dem Stützgerüst 20 verbunden. Die Haltekabel 38 sind mit dem unteren Lagergehäuse 28 verbunden. Eine zusätzliche Gegendrehmoment-Einrichtung, die die Steuerkabine in der gewünschten Ausrichtung hält, ist in Fig. 10 dargestellt. Der Motor 44 treibt ein Ritzel 42 an, welches mit dem Ringzahnrad 41 zusammenwirkt.
• Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Flugzeug mit einer horizontalen Drehachse. In dieser Figur sind zur Bezeichnung der gleichen Bauelemente die gleichen Bezugszahlen eingesetzt worden.
• Das Flugzeug der Fig. 5 hat ein Stützgerüst 20 in horizontaler Anordnung und eine es umgebende Ballonkammer 1. Das Stützgerüst 20 steht aus der Ballonkammer 1 vor. Ein Rotorrahmen 15 umgibt die Ballonkammer 1. An dem Rotorrahmen ist ein Satz Tragflächenblätter 4 angebracht. Der Anstellwinkel der Tragflächenblätter kann eingestellt werden. Am Ende jedes Tragflächenblattes 4 ist senkrecht dazu eine Flügelfläche 8 montiert. Der Anstellwinkel der Flügelfläche kann eingestellt werden. An oder nahe dem Tragflächenblatt ist ein Schubmittel 12 angebracht. Das Schubmittel läßt den Rotorrahmen um die Ballonkammer 1 herum rotieren. Longitudinale Spannkabel verbinden das vordere Lagergehäuse 22 mit dem rückwärtigen Lagergehäuse 23 und positionieren den Rotorrahmen 15. Umfangs-Spannkabel 39 positionieren die Tragflächenblätter 4 in einer bezüglich der Ballonkammer 1 radialen Richtung. An der rückwärtigen Achse 31 ist eine Leitwerksanordnung 6 angebracht. Eine Steuerkabine 46 ist an Steuerkabinen-Aufhängungskabeln 21 aufgehängt, die an der vorderen Achse 30 und der rückwärtigen Achse 31 befestigt sind.
• Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Flugzeuges mit der horizontalen Achse. In der Ballonkammer 1 ist ein vorderer Ballon 2 und ein rückwärtiger Ballon 3 vorgesehen. Wie es auf dem Sachgebiet üblich ist, sind die Einlaß-Ventilatoren und der Auslaß an der unteren Mittellinie der Ballonkammer angebracht und erlauben die Aufrechterhaltung eines konstanten oder gewünschtenfalls sich ändernden Gasdrucks in der Ballonkammer. Die Leitflächenanordnung 6 ist an der rückwärtigen Achse 31 angebracht.
• Die Fig. 7,7a,8,8a,9 und 9a stellen die Flügelflächen und die Tragflächenblätter in mehreren verschiedenen Positionen während des Fluges dar. Fig. 7 zeigt die Tragflächenblätter 8 mit zyklischem Anstellwinkel. Dies wird zur Herbeiführung einer positiven oder negativen aerodynamischen Hubkraft eingesetzt. Das Tragflächenblatt 4 ist im Schwebe- oder flachen Anstellwinkel gezeigt. Fig. 7a zeigt eine Seitenansicht des Flugzeugs in Fig. 7. Fig. 8 zeigt die Tragflächenblätter 4, welche gemeinsam zur Erzeugung eines Vorwärtsschubs angestellt sind. Sie können auch so angestellt werden, daß einen Rückwärtsschub liefern. Fig. 8a zeigt die Seitenansicht des Flugzeuges in Fig. 8. In Fig. 9 befindet sich der Rotorrahmen in einem nicht drehenden Zustand. Die horizontalen Tragflächenblätter 4 erzeugen wegen der Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeuges eine ausreichende Hubkraft. Fig. 9a zeigt die Seitenansicht des Flugzeuges in Fig. 9. Gewünschte Richtungsänderungen werden durch eine Mischung von kollektiver und zyklischer Anstellung der Tragflächenblätter 4 erreicht.

Claims (3)

1. Hybrid-Flugzeug, das aufweist:

eine große, nicht drehbare Ballonkammer (1), die ein Gas enthält, das leichter als Luft ist und eine große statische Auftriebskraft schafft, deren Betrag größer als das Leergewicht des Flugzeugs ist;

ein Stützgerüst (20), dessen Erstreckung in Längsrichtung erheblich größer als in Breitenrichtung ist und das innerhalb der Ballonkammer angeordnet ist, wobei das Stützgerüst zwei Enden (22,28) aufweist, welche an entlang der Mittellinie der Ballonkammer entgegengesetzten Seiten aus der Ballonkammer vorstehen;

einen Rotorrahmen (15), welcher an den Enden des Stützgerüstes derart aufgehängt ist, daß er um die Mittellinie der Ballonkammer drehbar ist, und welcher sich um die Ballonkammer herum erstreckt;

mehrere mit dem Rotorrahmen verbundene und, bezogen auf die Ballonkammer, radial ausgerichtete Tragflächenblätter (4), deren Anstellwinkel variiert werden kann;

ein am oder nahe dem Außenbordende der Tragflächenblätter montiertes Schubmittel (12);

eine an den gleichen Enden wie das jeweilige Schubmittel senkrecht zu jedem Tragflächenblatt mit dessen Ende verbundene Flügelfläche (8), deren Anstellwinkel variiert werden kann; eine an dem Stützgerüst angebrachte Steuerkabine (46);

ein Lastseil; und

Gegendrehmomenterzeuger (47), um das Fahrzeug stabil zu halten, wenn das Stützgerüst mit seiner Längsrichtung vertikal ausgerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Länge des Stützgerüstes (20) im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Länge des Stützgerüstes (20) im wesentlichen vertikal ausgerichtet ist und der Gegendrehmomenterzeuger einen Heckrotor und ein mit einem Motor angetriebenes Getriebe mit Ritzel und Ringzahnrad aufweist.