CH383176A - Triebwerkanlage für VTOL-Flugzeuge - Google Patents

Description

      Triebwerkanlage    für     VTOL-Flugzeuge       Bei senkrecht startenden und landenden Flug  zeugen, welche im Normalflug grössere Vorwärts  geschwindigkeiten besitzen sollen, besteht ein     Missver-          hältnis    in der notwendigen Leistung für den     Senk-          rechtstart    und das Schweben einerseits und die     trans-          latorische    Vorwärtsbewegung mit grosser Geschwin  digkeit anderseits.  



  Während zum     Senkrechtstart        bzw.    Schwebeflug  die Hubkraft grösser als das Gewicht des Flugzeuges  sein     muss,    genügt für den normalen Start und ganz  besonders für den Vorwärtsflug ein wesentlich gerin  gerer Schub.  



  Das Verhältnis der erforderlichen Hubkraft beim  sich senkrecht bewegenden Flugzeug zum Schub des  normal fliegenden Flugzeugs liegt etwa in der Grössen  ordnung von<B>1 : 10.</B>  



  Bei einem gegebenen, durch ein Triebwerk auf  zubringenden Energiebetrag ist es deshalb, wenn eine  vernünftige Ausnützung der Energie erreicht werden  soll, notwendig, für den     Senkrechtstart        bzw.    den  Schwebeflug einen Hubstrahl grossen Durchmessers  mit geringer     Strahlflächenbelastung    anzuwenden,  während beim     translatorischen        Fluge    ein kleiner       Schubstrahldurchmesser    mit hoher     Strahlflächen-          belastung    erforderlich wird.  



  Die vorliegende Erfindung gibt einen Weg an, der  diesen Forderungen in verhältnismässig einfacher  Weise entspricht. Zu diesem Zweck besitzt die erfin  dungsgemässe     Triebwerkanlage    eine der     Schubstrahl-          erzeugung    dienende Strahlturbine und ein davon  unabhängig steuerbares, turbinengetriebenes Mittel  zur Erzeugung mindestens eines Hubstrahles, dessen       Querschnittsfläche    ein Mehrfaches jener des Schub  strahles beträgt. Als     Hubstrahlerzeugungsmittei    kön  nen ein oder mehrere     Niederdruckgebläse,    Tunnel  propeller oder dergleichen vorgesehen sein. Zum An  trieb der     Hubstrahlerzeugungsmittel    kann z. B.

      eine Arbeitsturbine einer     Gasturbinenanlage    dienen,  welche den für den Vorwärtsflug erforderlichen  Schubstrahl erzeugt; es können aber zu diesem Zweck  auch zwei getrennte Turbinenanlagen vorgesehen sein.  



  In der beiliegenden Zeichnung sind schematisch  zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen       Triebwerkanlage    dargestellt; es zeigt:       Fig.   <B>1</B> in Seitenansicht das erste Beispiel und       Fig.    2 in Draufsicht das zweite Beispiel.  



  Die     Triebwerkanlage    des in     Fig.   <B>1</B> mit strichpunk  tierten Linien angedeuteten     VTOL-Flugzeugs   <B>1</B> be  sitzt eine     im    Rumpf angeordnete     Gasturbinenanlagge    2  mit einer Wellenleistung abgebenden Arbeitsturbine<B>3</B>  und einer in eine Strahldüse 4 mündenden     Kom-          pressorantriebsturbine   <B>5.</B> Die nach vom ragende     Ab-          triebwelle   <B>6</B> der Arbeitsturbine<B>3</B> ist über ein Winkel  getriebe<B>7</B> mit einer stehenden Antriebswelle<B>8</B> eines       Niederdruck-Gebläserades   <B>9</B> antriebsverbunden.  



  Die Anlage ist vom Piloten so steuerbar,     dass    wahl  weise das     Niederdruckgebläse    und die     Schubstrahl-          erzeugungsanlage    einzeln oder gemeinsam arbeiten  können. Bei ausschliesslicher     Hubstrahlerzeugung     durch das     Niederdruckgebläse    kann das Flugzeug  vertikal starten und landen oder im Schwebeflug ver  harren, während für den normalen Vorwärtsflug die       Schubstrahlerzeugung    mittels der     Gasturbinenanlage     genügt.

   Der gleichzeitige Betrieb der Schub- und     Hub-          krafterzeugungsmittel    mit dem jeweiligen Flugzustand       angepasstem    Leistungsverhältnis gestattet einen kon  tinuierlichen     übergang    von Schwebe- oder     Senkrecht-          flug    in den Horizontalflug oder umgekehrt.  



  Wie leicht ersichtlich, liefert das     Niederdruck-          gebläse   <B>9</B> einen Hubstrahl von bedeutend grösserer       Querschnittsfläche    als die Strahldüse 4 der     Gasturbi-          nenanlage.    Die Energieausnützung beim Schwebe  flug oder     Senkrechtstart    ist dadurch wesentlich besser  als bei     VTOL-Flugzeugen,    die zum Vertikal- oder      Schwebeflug nach unten gerichtete     Gasturbinenstrahl-          düsen    mit kleiner, hochbelasteter     Querschnittsfläche     aufweisen.

   Der dem Vorwärtsflug dienende Strahl  antrieb dagegen gestattet die Erzielung hoher Flug  geschwindigkeiten.  



  Während beim vorangehend beschriebenen Bei  spiel ein einziges     Niederdruckgebläserad    vorgesehen  ist, dessen Ebene gegenüber der Achse der     Gastur-          binenanlage    tiefer gelegt ist, sind beim Beispiel nach       Fig.    2 zwei     Niederdruckgebläseräder   <B>9</B> vorgesehen,  die in einer durch die Achse der     Gasturbinenanlage    2  führenden Ebene liegen. Die stehenden Wellen<B>8</B> der  beiden bezüglich der Achse der     Gasturbinenanlage     symmetrisch z.

   B. unter oder im Flugzeugflügel an  geordneten     Gebläseräder   <B>9</B> sind über Winkelgetriebe  <B>10,</B> Hilfswellen<B>11</B> und ein     Verteilgetriebe    12 mit der       Abtriebswelle   <B>6</B> der Arbeitsturbine<B>3</B> der     Gasturbinen-          anlage    2 gekuppelt.

   Auch hier dient somit die     Wellen-          'leistung    abgebende Arbeitsturbine<B>3</B> der Anlage dem  Antrieb der zur Erzeugung der Hubkraft vorgesehenen       Niederdruckgebläse,    während der durch die Strahl  düse 4 austretende Gasstrahl dem Vorwärtsantrieb  des Flugzeugs dient; die     Querschnittsfläche    der durch  die Gebläse<B>9</B> erzeugten Hubstrahlen ist wesentlich  grösser als die     Querschnittsfläche    des die Düse 4  verlassenden Schubstrahls.  



  Anstelle des oder der     Niederdruckgebläse    können  auch ein oder mehrere Propeller, z. B. Tunnelpro  peller vorgesehen sein. Ebenso können statt einer  einzigen auch zwei oder mehrere Schubdüsen vor  handen sein. Obwohl die beschriebene Ausbildung  des Triebwerks mit eine Arbeitsturbine für den     Ge-          bläseantrieb    aufweisender     Gasturbinenanlage    beson  ders zweckmässig ist, könnten auch zwei völlig ge  trennte     Gasturbinenanlagen    (die eine zur Erzeugung  der Wellenleistung, die andere zur Schuberzeugung)  vorgesehen sein.

   Die Anordnung ist aber in beiden  Fällen so zu treffen,     dass    wahlweise das eine oder andere  der Schub     bzw.    Hub erzeugenden Mittel unwirksam  gemacht oder beide gemeinsam mit einstellbarem  Leistungsverhältnis in Betrieb gesetzt werden können.  Zweckmässig wird das jeweils nicht arbeitende Aggre  gat,<B>d.</B> h. die Arbeitsturbine oder das Strahltriebwerk,    während des Arbeitens des andern Aggregates nicht  stillgesetzt, sondern im Leerlauf mit betrieben.  



  Beim gezeichneten Beispiel sind die einer gemein  samen     Gasturbinenanlage    zugeordneten Turbinen<B>3</B>  und<B>5</B> koaxial zueinander in einem gemeinsamen Ge  häuse untergebracht. Sofern zwischen den beiden  Turbinen<B>3</B> und<B>5</B> ein spezielles Unter-     bzw.        Ober-          setzungsgetriebe    erforderlich ist, könnte anstelle der  koaxialen auch eine achsparallele Anordnung der bei  den Turbinen zweckmässig sein; gleiches gilt für den  Fall,     dass    zur Schub- und Huberzeugung zwei ge  trennte     Gasturbinenanlagen    vorgesehen sind.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Triebwerkanlage für VTOL-Flugzeuge, gekenn zeichnet durch eine der Schubstrahlerzeugung die nende Strahlturbine und ein davon unabhängig steuer bares, turbinengetriebenes Mittel zur Erzeugung min destens eines Hubstrahles, dessen Querschnittsfläche ein Mehrfaches jener des Schubstrahles beträgL UNTERANSPRÜCHE <B>1.</B> Triebwerkanlage nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch eine Gasturbinenanlage mit Wellen leistung abgebender Arbeitsturbine,

   wobei sowohl die Leistung der letzteren als auch die Schubstrahlerzeu- gung der Anlage unabhängig voneinander steuerbar sind. 2. Triebwerkanlage nach Unteranspruch<B>1,</B> da durch gekennzeichnet, dass die Arbeitsturbine und die Kompressorantriebsturbine der Gasturbinenanlage koaxial zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

   <B>3.</B> Triebwerkanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Schuberzeugung und zum Antrieb der Huberzeugungsmittel getrennte Gas- turbinenanlagen vorgesehen sind. 4. Triebwerkanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Huberzeugungsmittel wenigstens ein Niederdruckgebläse oder einen Tunnel propeller aufweisen, deren Rotationsebene die Dreh achse der zugeordneten Antriebsturbine enthält oder tiefer als diese Drehachse angeordnet ist.