CH391471A - Antriebseinrichtung für ein Senkrechtstart-Flugzeug - Google Patents

Description

      Antriebseinrichtung    für ein     Senkrechtstart-Flugzeug       Die vorliegende Erfindung \betrifft eine Antriebs  einrichtung für     Senkrechtstart-Flugzeuge,    die insbe  sondere leicht an verschiedene Flugzeugtypen ange  passt werden kann und sowohl bei Aufstieg- als auch  Reiseflug einen wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht.  



  Bei     VTOL-Flugzeugen    hat sich die Verwendung  von Hubstrahlgebläsen in den Flügeln oder im Rumpf  ausgezeichnet. Durch die Bewegung von grossen Luft  mengen mit niedrigem Druck kann mit Hilfe der  Gebläse ein vertikaler Auftrieb erzeugt werden. Das  Flugzeug kann seine Steigbewegung in vertikaler  Richtung fortsetzen, bis eine geeignete     Reiseflughöhe     erreicht ist, wonach das Flugzeug auf Reiseflug um  gestellt und dabei beispielsweise durch Rückstoss an  getrieben werden kann. Der Vortrieb wird entweder  durch zusätzliche Strahltriebwerke in üblicher Weise  oder durch Umlenkung der     Gebläseluft    mittels Klap  pen oder Schiebern, so dass sich eine horizontale  Komponente ergibt, erzeugt.

   Zudem sind schon Flug  zeuge konstruiert worden, die schwenkbare Trieb  werke verwenden, und zwar so, dass sie sich für den  Steigflug in vertikaler Lage befinden, währenddem  sie für den Übergang zum Horizontalflug gegen die  Horizontale     verschwenkt    werden. Hierbei sind schon  mit Ringen versehene Propeller oder Strahltriebwerke  zur Verwendung gelangt. Wie leicht ersichtlich ist,  muss das Flugzeug in allen Phasen im Gleichgewicht  gehalten werden, um einen zuverlässigen Betrieb zu  gewährleisten.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung soll ein     Ge-          bläseantriebssystem    für Reiseflug und Start unter  Verwendung von     Ringturbinengebläsen    zur Anwen  dung gelangen, wobei die Gebläse generell etwa in  gleicher Lage wie die Triebwerke bei dem als     Ca-          ravelle    bezeichneten Flugzeug angeordnet sein sollen.  Das beschriebene System kann mit andern Hub-         mitteln    kombiniert werden bzw. zusätzlich zu diesen  zur Verwendung gelangen.

   Die vorliegende Erfindung  bezweckt die Schaffung eines Reiseflug- und Hub  gebläse-Systems für     Senkrechtstart-Flugzeuge    unter  Verwendung einer besondern Anordnung von Gas  generatoren, Gebläsen und Verbindungen zwischen  diesen, um die Gebläse sowohl für den Hub wie auch  für den     Reiseflug    zu betreiben und eine jederzeit  wirksame Rollstabilisierung zu ermöglichen. Beim  Übergang vom Aufstieg in den Reiseflug werden die  Gebläse in die horizontale Lage     verschwenkt.     



  Die     erfindungsgemässe    Antriebseinrichtung zeich  net sich dadurch aus, dass die Antriebsmittel Ring  turbinengebläse aufweisen, die miteinander über ein  in einem Lager abgestütztes und sich durch den  Rumpf erstreckendes Rohr miteinander verbunden  sind, wobei im Rumpf     Gasgeneratormittel    vorge  sehen sind, die die Gase an Leitungsmittel, welche  ,sich durch das Rohr gegen die     Ringturbinengebläse     erstrecken, abgeben und wobei an den Enden der  Leitungsmittel drehbare Verlängerungen vorgesehen  sind, die die Leitungsmittel mit den Ringturbinen  gebläsen verbinden, und dass Mittel vorgesehen sind,  um die     Ringturbinengebläse    am Rohr relativ zum  Rumpf zu     verschwenken.     



  Es können     mindestens    zwei Gasgeneratoren vor  gesehen sein, die mit den Leitungsmitteln so ver  bunden sind, dass die Gasgeneratoren     entweder    eine  oder beide Turbinen der Gebläse mit Verbrennungs  gasen antreiben können. Innerhalb des abstützenden  Rohres kann eine einzige Leitung vorgesehen sein,  die zwischen den     Einlassöffnungen    der beiden Gas  generatoren ein Ventil oder einen Schieber enthält,  wobei jedem Gasgenerator zwischen dem Einlass und  dem     Auslass    aus diesem eigene Ventile oder Schieber  zugeordnet sein können.      In der Zeichnung sind mehrere Ausführungs  formen der erfindungsgemässen Antriebseinrichtung  dargestellt.

   Es zeigen:       Fig.    1 ein erstes Ausführungsbeispiel teilweise  im Schnitt und teilweise im Grundriss,       Fig.    2 ein zweites Ausführungsbeispiel im Schnitt  und       Fig.    3 eine perspektivische Darstellung der Ver  bindungen für die Gebläse.  



  Die Verwendung einer gemeinsamen Leitung, an  welche alle Triebwerke oder Gasgeneratoren     ange-          schlossen    sind, bringt bezüglich der     Beaufschlagung     und der     Steuerung    gewisse Probleme. Wird eine ge  meinsame Leitung nicht verwendet, so vereinfacht  sich das Steuerproblem für die Gasgeneratoren. Der       Grund    liegt darin, dass der Rückstau eines     Gasgene-          rators    in einer gemeinsamen Leitung die anderen an  diese Leitung angeschlossenen Gasgeneratoren be  einflussen und deren Betrieb verändern kann.

   Durch  Verwendung getrennter Leitungen wird es unnötig,  die Temperaturen, Drücke, Strömungen und Ge  schwindigkeiten aufeinander abzustimmen bzw. ein  ander anzugleichen. Somit ergibt sich hieraus eine  Vereinfachung der     Steuerung    dieser Gasgeneratoren  und Triebwerke. Gemäss der vorliegenden Erfindung  werden für den Normalbetrieb getrennte Leitungen  vorgesehen. Jedoch ist im Falle einer Triebwerks  störung vorgesehen, beide Gebläse bzw. Triebwerke  zu     beaufschlagen,    um eine     Rollstabilisierung    zu er  möglichen, wobei gemäss dem Ausführungsbeispiel  nach     Fig.    1 die Anordnung so gewählt ist, dass die  getrennten Leitungen zusammengeschlossen werden  können.  



  In     Fig.    1 ist mit 10 ein Rumpf eines Flugzeuges  in seinem hinteren Teil bezeichnet, an welchen sich  Ruder 11 anschliessen. Zur Erzeugung des Auftriebes  und des Vortriebes für das Flugzeug sind beidseitig  des Rumpfes hinter dem Schwerpunkt des Flugzeuges       Ringturbinengebläse    12 angeordnet. Diese Gebläse  arbeiten im Reiseflug in horizontaler Richtung wie  in     Fig.    1 dargestellt, währenddem sie für den Steig  flug in vertikaler Richtung arbeiten, wie aus den       Fig.    2 und 3 ersichtlich ist.  



  Das Gebläse besitzt ein äusseres Gehäuse 13  sowie einen Einlauf 14, welcher mehrfach ausgebildet  werden kann, um den notwendigen Querschnitt ohne  allzu grossen Durchmesser zu erreichen. Der Ein  lauf 14 richtet die Verbrennungsgase entweder axial  oder radial vermittels eines     Leitschaufelkranzes    15,  der in geeigneter Weise abgedichtet ist, wonach die  Turbinenschaufeln 16, welche auf die     Gebläseschau-          feln    17 aufgesetzt sind     beaufschlagt    werden.

   Die       Gebläseschaufeln    17 sind über ein Lager 18 in einem  zentralen Stützkörper 19 gelagert, wobei der Stütz  körper von Streben 20 getragen wird, die zudem als       Auslassleitschaufeln    dienen können. überdies kön  nen nicht dargestellte     Einlassleitschaufeln    verwendet  werden. Der Antrieb des Gebläses erfolgt durch die  mit Verbrennungsgasen aus dem Einlauf     beaufschlag-          ten    Turbinenschaufeln, wodurch ein niedriges Druck-         verhältnis,    ein hoher Durchsatz und ein niedriger  spezifischer Treibstoffverbrauch ermöglicht wird.

   Die  Verwendung eines solchen Gebläses gestattet die Gas  generatormittel innerhalb des Rumpfes anzuordnen,  was aus Gewichtsgründen vorzuziehen ist und Ver  bindungen von einem zentral angeordneten Gas  generator bei dem üblichen Gebläse vermeidet.  



  Damit die Gebläse relativ zum Rumpf     ver-          schwenkt    werden können, ist in diesem letzteren ein  Paar von Lagern 21 vorgesehen. Innerhalb der Lager  erstreckt sich ein quer zum Rumpf verlaufendes  Verbindungsrohr, welches drehbar ist und mit jedem  Gebläse bei 41 in geeigneter Weise wie z. B. durch  Schweissen verbunden ist. Eine Verdrehung des Roh  res 22     verschwenkt    die Gebläse, wobei das die Ge  bläse abstützende Rohr nur Schwerkräfte auf den  Rumpf überträgt. Die Biegemomente, welche aus  dem Abstand zwischen den Lagern und den Ge  bläsen entstehen, werden durch das Rohr 22 aufge  nommen und nicht auf den Rumpf übertragen. Aus  der Anordnung der Lager beidseitig der Längsmit  tellinie 23 des Rumpfes ergibt sich eine symmetrische  Ausbildung.

   Zur     Verschwenkung    der Gebläse kön  nen geeignete Motoren wie z. B. die mit 24 bezeich  neten Elemente oder andere Mittel verwendet werden.  



  Zum Antrieb der Gebläse dienen beispielsweise       Gasgeneratormittel    25, vorzugsweise in Form eines  Paares von Strahltriebwerken, die innerhalb des  Rumpfes abgestützt sind. Die Verbrennungsgase  dieser Gasgeneratoren werden durch feststehende  Verbindungsmittel 26 über Zweigleitungen 27 den  Einläufen der     Gebläseturbinen    zugeführt. Aus der  Zeichnung lässt sich entnehmen, dass es sich um eine  gemeinsame Leitung handelt, indem beide Abzwei  gungen 27 in die gleiche Verbindungsleitung 26  münden. Zur Vereinfachung der     Lagerung    und der  besseren     Verschwenkbarkeit    ist das Leitungsstück  26 vorzugsweise konzentrisch innerhalb des Rohres  22 angeordnet. Das Leitungsstück 26 erstreckt sich  vorzugsweise bis zu den Lagern 21.

   An dieser Stelle  sind Gleitdichtungen 28 vorgesehen, wobei sich an  diese Dichtungen     Verlängerungen    29 anschliessen, die  mit den Einläufen 14 verbunden sind. Die Verlänge  rungen 29 sind zusammen mit dem Rohr 22 dreh  bar, währenddem des Leitungsstück 26 innerhalb  dieses Rohres stationär ist.  



  Im Falle einer Störung kann es notwendig sein,  den einzigen noch betriebsfähigen Gasgenerator 25  zum Betrieb beider Gebläse zu verwenden. Zu diesem  Zweck sind in den beiden Zweigleitungen 27 Klappen  30 vorgesehen, die sich normalerweise in der offenen  ausgezogen dargestellten Lage befinden. Im Lei  tungsstück 26 ist überdies eine Klappe 31 vorge  sehen, die sich normalerweise in der ausgezogen dar  gestellten geschlossenen Lage befindet. Wenn nur  einer der Gasgeneratoren ausfällt, so wird die zuge  hörige Klappe 30 in der entsprechenden Zweiglei  tung 27 geschlossen, wobei sie in die strichpunktierte  Lage gelangt. Dadurch wird der Gasgenerator vom  übrigen Antriebssystem getrennt und ein Rückstau      sowie das Einströmen von heissen Gasen in diesen  Gasgenerator verhindert.

   Anderseits wird die Klappe  31 aus der geschlossenen in die offene strichpunk  tierte Lage     verschwenkt,    wodurch die Leitung 26  tatsächlich beiden Gebläsen gemeinsam wird und  diese durch den einzigen betriebsfähigen Gasgenera  tor angetrieben werden. Durch die beiden Gebläse  ist somit eine Rollstabilisierung des Flugzeuges mög  lich. In den Einläufen können Schieber vorgesehen  sein, um die     Beaufschlagungsfläche    und die Gas  menge einander anzupassen. Durch diese Anordnung  kann eine einzige Verbindungsleitung sowohl für  den getrennten wie auch den gemeinsamen Betrieb  der beiden Gebläse im Falle einer Störung an einem  Gasgenerator verwendet werden.  



  Um die Gebläse zwischen der Hubstellung und  der     Reiseflugstellung    zu     verschwenken,    sind im Rohr  22 Ausschnitte 32 vorgesehen, die den Durchgang  der Verbindungsleitungen 27 in allen erforderlichen  Relativlagen gestatten. Die Ausschnitte sind aus       Fig.    3 besser ersichtlich, wobei diese Figur teilweise  auch zur Erläuterung von     Fig.    2 dient. Aus dem       obenstehenden    lässt sich entnehmen, dass die Ge  bläse und die Achse 33 konzentrisch zum Rohr 26       verschwenkbar    sind, wobei diese Anordnung eine  Vereinfachung und Gewichtsersparnis gestattet, in  dem die Biegung im Rohr 22 aufgenommen statt  dass diese auf den Rumpf übertragen wird.  



  In     Fig.    2 sind entsprechende Teile mit gleichen  Bezugsziffern wie in     Fig.    1 bezeichnet. Während die  Ausführungsform nach     Fig.    1 generell vorzuziehen  ist, können in gewissen Fällen die Steuerungspro  bleme durch ein anderes Verbindungssystem inner  halb der gleichen Struktur vereinfacht     werden.    In       Fig.    2 sind die Gebläse in der Hubstellung gezeigt.  Jeder der beiden Gasgeneratoren ist durch     eine    ge  trennte konzentrische Verbindung mit beiden Ge  bläsen verbunden. Innerhalb des Rohres 22 ist eine  äussere Verbindungsleitung 34 angeordnet, die sich  gegen beide Gebläse erstreckt.

   Diese Verbindungs  leitung hat einen ringförmigen Querschnitt, indem  sie eine innere konzentrisch angeordnete Verbin  dungsleitung umgibt, die den andern Gasgenerator  mit den beiden Gebläsen verbindet. Somit erstrecken  sich durch den Rumpf drei konzentrische Teile 22,  34 und 35, wobei die Verbindungsleitungen 34 und  35 an den     Gleitringdichtungen    28 enden. Die Lei  tungen 34 und 35 sind über Verlängerungen 36  und 37 mit den Einläufen 38 und 39 an der Tur  bine verbunden. Selbstverständlich können die Ein  läufe 38 und 39 sowie auch die Einläufe 14 in     Fig.    1  sowohl für eine teilweise oder eine vollständige     Be-          aufschlagung    ausgebildet sein.

   Beim Ausführungs  beispiel nach     Fig.    2 werden keine Klappen oder  Ventile verwendet, indem die getrennte Verbindung  der beiden Gasgeneratoren den Antrieb der beiden  Gebläse vom einen oder andern Gasgenerator aus  gestattet, und zwar entweder über die Leitung 34  oder 35 je nach dem welcher der beiden Gasgene  ratoren ausfällt.    Vermittels     Klappen,    die am     Auslass    der Gebläse  angeordnet sind, kann eine     Wendestabilisierung    er  reicht werden. Hingegen werden die Klappen zur  Umlenkung des Schubes nicht benötigt, da die Ge  bläse selbst     verschwenkt    werden können.

   Durch die  konzentrische Anordnung der Dichtung 28 innerhalb  des Lagers 21 wird das Lagerproblem wesentlich  vereinfacht, wobei die Relativbewegung in der La  gerebene den konstruktiven Aufwand reduziert.  Selbstverständlich ist diese Anordnung der Dich  tungen nicht zwingend, und diese Elemente können  auch ausserhalb der Lagerebene angeordnet sein. Es  ist überdies ersichtlich, dass mehr als zwei Gasgene  ratoren unter Verwendung des gleichen     Konstruk-          tionsprinzipes    eingebaut werden können, wenn auch  das Leitungssystem in diesem Falle     etwas    kompli  zierter wird, so dass zwei Gasgeneratoren vorzuziehen  sind.

   Die Verwendung eines einzigen Gasgenerators  ist ebenfalls möglich, jedoch würde damit die Flug  sicherheit selbstverständlich     wesentlich    beeinträch  tigt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Antriebseinrichtung für ein Senkrechtstart-Flug- zeug mit beidseitig des Rumpfes hinter dem Schwer punkt vorgesehenen Antriebsmitteln; dadurch ge kennzeichnet, dass die Antriebsmittel Ringturbinen- Gebläse aufweisen, die miteinander über ein in einem Lager abgestütztes und sich durch den Rumpf er streckendes Rohr miteinander verbunden sind, wobei im Rumpf Gasgenerator-Mittel vorgesehen sind, die die Gase an Leitungsmittel, welche sich durch das Rohr gegen die Ringturbinen-Gebläse erstrecken,

   ab geben und wobei an den Enden der Leitungsmittel drehbare Verlängerungen vorgesehen sind, die die Leitungsmittel mit den Ringturbinen-Gebläsen ver- bindungen, und dass Mittel vorgesehen sind, um die Ringturbinen-Gebläse am Rohr relativ zum Rumpf zu verschwenken. UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, d'ass mindestens zwei Gasgeneratoren an die Leitungsmittel angeschlossen sind, wobei die Verbrennungsgase jedes Gasgenerators über diese Leitungsmittel mindestens dem einen der beiden Ringturbinengebläse zugeführt werden. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Leitungsmittel innerhalb des Rohres eine einzige Leitung aufweisen, wobei min destens zwei Gasgeneratoren an diese Leitung ange schlossen sind und in der Leitung zwischen den Ein lässen der beiden Gasgeneratoren ein Ventil vorge sehen ist. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen je dem Gasgenerator und der Leitung ein Ventil vor gesehen ist.