Flugkörper mit mindestens zwei Strahltriebwerken und mindestens zwei Gebläsen zur Auftriebserzeugung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flug körper, wie z. B. ein VTOL-Flugzeug, mit minde stens zwei Strahltriebwerken und mindestens zwei Gebläsen zur Auftriebserzeugung.
Bei VTOL-Flugzeugen ist ein System, welches häufig Verwendung findet, der Einbau von auftriebs erzeugenden Gebläsen in den Flügeln oder im Rumpf. Durch die Bewegung von grossen Quantitäten von Luft mit niedrigem Druck durch die Gebläse kann ein Auftrieb erzeugt werden. Das Flugzeug kann in dieser Weise in vertikaler Richtung aufsteigen bis eine bestimmte Höhe erreicht ist, wonach ein Übergang auf eine horizontale Bewegung unter Verwendung von Rückstosstriebwerken erfolgt. Dies kann durch zusätzliche Strahltriebwerke geschehen, oder aber durch Umlenkung des Gebläseluftstroms mittels Um lenkschaufeln oder Klappen, die eine Horizontal komponente erzeugen.
Selbstverständlich ist es bei Flugzeugen notwendig, dass im Betrieb jederzeit ein Gleichgewichtszustand erreicht werden kann. Bei VTOL-Flugzeugen findet, währenddem sie an Ort schweben, keine Bewegung von Luft über die Flügel statt, welche eine Stabilisierung um die Längsachse herbeiführen würden. Es müssen deshalb Mittel ge schaffen werden, die die Stabilisierung oder Steue rung des Flugzeuges um die Längsachse im Falle des Aussetzens eines Triebwerkes oder Gebläses gestatten. Das Steuersystem muss die Verwendung von Teilen gestatten, die den Querschnitt der Flügel nicht vergrössern und das Fluggewicht nicht unnötig erhöhen.
Es muss angenommen werden, dass die Abnahme vorschriften von VTOL-Flugzeugen die Bedingung enthalten werden, dass der Flug trotz Ausfall eines Triebwerkes fortgesetzt werden kann. Wenn mehr als ein Triebwerk des Flugzeuges ausfällt, muss das- selbe trotzdem stabil sein und je nach Grösse even tuell sogar in der Lage sein, weiter zu fliegen. Jedenfalls muss bei mehr als zwei Triebwerken das Flugzeug selbst beim Ausfall von zwei Triebwer ken langsam und in horizontaler Lage abgesetzt wer den können.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Ver meidung von Bewegungen um die Längsachse bzw. das Auftreten eines Rollmomentes bei Triebwerk ausfall. Wenn ein Kräftepaar auftritt, so soll dieses so klein sein, dass sofort eine Korrektur vorgenom men werden kann. Die Erfindung bezieht sich auf einen Flugkörper, der Mittel aufweist, welche die Rolltendenz bei Ausfall eines Triebwerkes verhin dern.
Der erfindungsgemässe Flugkörper mit mindestens zwei Strahltriebwerken und mindestens zwei Geblä sen zur Auftriebserzeugung, welche bezüglich der Längsachse des Flugzeuges symmetrisch angeordnet sind, sowie mit die Gebläse und Triebwerke verbin denden und den Antrieb der Gebläse durch die Ab gase der Triebwerke gestattenden Durchlässen, zeich net sich dadurch aus, dass mindestens zwei Gebläse je mit zwei Triebwerken verbunden sind und dass mindestens zwei Triebwerke je an mindestens zwei Gebläse angeschlossen sind. Es können Steuermittel zwischen den Gebläsen und den Triebwerken vor handen sein, um die Abgase in vorbestimmten Ver hältnis auf die Gebläse zu verteilen.
In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Flugkör pers dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Flugzeuges mit zwei Gebläsen und zwei Triebwerken, Fig, 2 eine zweite Ausführungsform eines Flug zeuges mit vier Gebläsen und vier Triebwerken, Fig.3 eine Ausführungsform ähnlich derjenigen nach Fig. 2, Fig. 4 bis 7 weitere Ausführungsformen in sche matischer Darstellung.
Währenddem die Erfindung im nachstehenden hauptsächlich in der Anwendung auf VTOL-Flug- zeuge beschrieben wird, ist es klar, dass sie sich auch auf Luftkissenfahrzeuge bzw. -flugzeuge an wenden lässt. Die hauptsächlichste Anwendung liegt allerdings bei VTOL-Flugzeugen.
Die Verwendung eines gemeinsamen Durchlasses oder Kanales, in welchem die Abgase sämtlicher Triebwerke zusammengeführt werden, bietet in eini gen Anwendungen bzw. Konstruktionen Schwierig keiten. Durch die Eliminierung des gemeinsamen Durchlasses für alle Triebwerke lässt sich die Steue rung der Triebwerke vereinfachen. Dies hat seinen Grund darin, dass der Rückstau an einem Triebwerk des gemeinsamen Durchlasses die weiteren daran angeschlossenen Triebwerke in ihrem Betrieb beein flussen kann. Durch Vermeidung eines gemeinsamen Durchlasses kann auch eine Abstimmung der Tem peraturen, Drücke und Gasdurchsätze und Drehzah len der einzelnen angeschlossenen Triebwerke ver mieden werden.
Somit wird also die Steuerung oder Regulierung der Triebwerke vereinfacht.
In Fig.1 ist schematisch ein Antriebssystem mit zwei Gebläsen und zwei Triebwerken dargestellt. Die beiden Gebläse, welche entweder hintereinander oder beidseitig der Längsachse angeordnet werden kön nen, sind mit 10 und 11 bezeichnet. Im dargestell ten Ausführungsbeispiel sind die Gebläse in den Flügeln 13 vorgesehen. Eine Bewegung von Luft durch die Gebläse 10 und 11 erzeugt am Flugzeug einen vertikalen Auftrieb, wobei der Vortrieb durch unterschiedliche Mittel erzeugt werden kann, die im vorstehenden Zusammenhang ohne Bedeutung sind.
Um die Gebläse 10 und 11 anzutreiben, sind Gasturbinen-Triebwerke 14 und 15 vorgesehen, die im Rumpf des Flugzeuges angeordnet sind. Diese Triebwerke können allerdings auch in den Flügeln montiert sein, wie bei 16 und 17 schematisch ange deutet. In jedem Falle ist ihre Anordnung symme trisch bezüglich der Längsachse des Flugzeuges ent sprechend derjenigen der Gebläse.
Die Gebläse und das Triebwerk 14 sind durch einen die Abgase des Triebwerks führenden Kanal <B>19</B> miteinander verbunden, welcher sich verzweigt und an beide Gebläse über eine Einlaufspirale 19 angeschlossen ist. Jedes Gebläse erhält somit die Hälfte seiner Antriebsleistung vom Triebwerk 14. Die beiden Gebläse sind aber auch mit dem Trieb werk 15 verbunden, und zwar über einen sich ver zweigenden Kanal 20, der an die Einlaufspiralen 21 dieser Gebläse angeschlossen ist, so dass die an dere Hälfte der Antriebsleistung durch das Trieb werk 15 erzeugt wird.
Durch diese Anordnung kann im Falle eines Triebwerksausfalles keine Rolltendenz entstehen, welche kompensiert werden müsste. Wenn das Triebwerk 14 ausfallen sollte, erhalten die bei- den Gebläse 10 und 11 immer noch Antriebsleistung vom Triebwerk 15, so dass das Flugzeug stabilisiert bleibt. Je nachdem wie viel Leistung die Triebwerke abgeben, kann der Flug fortgesetzt werden, jedoch wird das Flugzeug seine horizontale Lage auf jeden Fall einhalten, und es kann noch genügend Auftrieb erzeugt werden, um dasselbe ohne Gefahr einer Be schädigung absetzen zu können.
Für Gebläsesysteme ist es charakteristisch, dass, je kleiner das Druckverhältnis ist, ein um so grösserer Auftrieb pro PS-Leistung erzeugt werden kann. Dem zufolge bringt der Ausfall des Triebwerkes 14, das die Hälfte der Antriebsleistung des Flugzeuges er zeugt, nicht eine Reduktion des Auftriebes der Gebläse auf die Hälfte. Da die beiden Gebläse 10 und 11 beim Ausfall des Triebwerkes 14 weniger Leistung erhalten, sinkt ihre Drehzahl, und sie för dern somit bei einem kleineren Druckverhältnis. So lange der Wirkungsgrad nicht wesentlich beeinflusst wird, sinkt auch der Auftrieb nicht rasch ab.
Für Gebläse ist es weiterhin charakteristisch, dass der Wirkungsgradverlauf im Bereiche zwischen 100 Leistung und 50 % Leistung sehr günstig ist und sich nur in seltensten Fällen um mehr als 2-3 % ver schlechtert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die Gebläse 10 und 11 bei Ausfall des Trieb werkes 14 bis zu 63 % des ursprünglichen Auftrie bes erzeugen, was ausreichen kann, um ein nur lang sames Absinken des Flugzeuges zu gewährleisten. Es ergeben sich zwei hauptsächliche Vorteile, einer seits wird das Flugzeug bei Ausfall eines Trieb werkes bezüglich seiner Stabilität nicht wesentlich beeinträchtigt, und es kann seine horizontale Flug lage aufrechterhalten.
Anderseits reduziert sich der Auftrieb mit der Reduktion der Antriebsleistung um ein Triebwerk nicht auf die Hälfte, so dass das Flug <I>zeug</I> mit der nötigen Sicherheit landen kann. Es ist selbstverständlich möglich, die Triebwerke so aus zubilden, dass die Leistung des im Betrieb verblei benden Triebwerkes heraufgesetzt werden kann, wo durch auch mehr als 63 % des normalen Auftriebes erzeugt werden können.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel be sitzt vier Gebläse 22, 23, 24 und 25, die vorzugs weise in den Flügeln angeordnet sind. Zudem sind im Flugzeug vier Triebwerke 26, 27, 28 und 29 vor gesehen, die die Gebläse antreiben. Die Gebläse und Triebwerke sind bezüglich der Längsachse des Flug zeuges wiederum symmetrisch angeordnet. Wie aus Fig.2 weiter ersichtlich ist, kann das Gebläse 25 bezüglich der übrigen Gebläse versetzt angeordnet sein, wie z. B. bei 31, wodurch sich ein Moment erzeugen lässt, welches dem Kippmoment entgegen wirkt.
Die beiden äusseren Gebläse 22 und 25 werden durch die zwei Triebwerke 26 und 29 in ähnlicher Weise, wie im Zusammenhang mit Fig.1 beschrie ben, angetrieben. Somit erhält jedes Gebläse die Hälfte seiner Antriebsleistung von einem der bei den Triebwerke über Kanäle 32 und 33, welche das Triebwerk 29 mit den Gebläsen 22 und 25 bzw. das Triebwerk 26 mit diesen beiden Gebläsen ver bindet.
Die beiden zusätzlichen Gebläse 23 und 24 erhalten ihre gesamte Antriebsleistung ausschliesslich von je einem Triebwerk; das Gebläse 23 steht mit dem Triebwerk 27 und das Gebläse 24 mit dem Triebwerk 28 in Verbindung, so dass diese Gebläse und Triebwerke unabhängig voneinander und unab hängig von den miteinander verbundenen Gebläsen und Triebwerken arbeiten. Durch diese Konstruk tion werden zwei Kanäle 32 und 33 in den Flügeln des Flugzeuges notwendig. Die zusätzlichen Gebläse und Triebwerke sind vorzugsweise innerhalb der bei den Gebläse 22 und 25 angeordnet. Sollte eines der Triebwerke 26 oder 29 ausfallen, so entsteht hier durch kein Moment, welches die Fluglage beein flussen könnte, da die beiden Gebläse 22 und 25 Antriebsleistung vom verbleibenden Triebwerk er halten.
Sollten hingegen die Triebwerks-Gebläse- Gruppe 27--23 oder 28-24 ausfallen, so entsteht hingegen ein Rollmoment. Da jedoch die Gebläse innerhalb der miteinander verbundenen Gebläse an geordnet sind, entsteht nur ein geringes Rollmoment infolge des relativ kleineren Hebelarmes. Wenn eines der Triebwerke 27 und 28 ausfällt, ist es notwendig, auch das andere Triebwerk abzustellen. Hierdurch wird der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind vier Ge bläse und vier Triebwerke vorgesehen, wobei die Anordnung eine Verdoppelung des Systems nach Fig.l darstellt. Die beiden Gebläse 22 und 25 erhalten je die Hälfte ihrer Antriebsleistung über die Kanäle 33 und 32 von den Triebwerken 26 und 29. In ähnlicher Weise sind die Gebläse 23 und 24 durch Kanäle 34 und 35 miteinander und mit den Triebwerken 27 und 28 verbunden. Ein Ausfall des Triebwerkes 26 verringert die Leistung an den Ge bläsen. 22 und 25 gleichmässig, so dass kein Rollmo ment entsteht. Entsprechend verhält es sich auch mit den Gebläsen 23 und 24 beim Ausfall des Triebwer kes 27.
Selbstverständlich werden durch dieses System vier durch den Flügel verlaufende Kanäle benötigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann beim Ausfal len eines Triebwerkes mindestens<B>83%</B> des ursprüng lichen Auftriebes aufrechterhalten werden. Demzu folge ist es sogar möglich, den Flug beim Ausfall von zwei Triebwerken kurzzeitig fortzusetzen, sofern die verbleibenden Triebwerke im Bedarfsfall eine erhöhte Leistung abgeben können, um den Auftrieb aufrechtzuerhalten.
In Fig.4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das demjenigen nach Fig.1 ähnlich ist. Dem Gebläse 10 ist allerdings ein zusätzliches Triebwerk 40 über einen Kanal 41 zugeschaltet, währenddem ein Trieb werk 42 über einen Kanal 42 das Gebläse 11 zu sätzlich antreibt. Mit 45 sind Steuermittel bezeich net, welche den Zustrom von Abgasen in einem vor bestimmten Verhältnis an jedes Gebläse gestatten.
Die Steuermittel sind vorzugsweise in der Einlauf spirale der Gebläse angeordnet und gestatten bei- spielsweise eine Veränderung des Strömungsquer schnittes bzw. des Eintrittsquerschnittes an die die Gebläse antreibenden Turbinen.
Im Betrieb der Ausführungsform nach Fig.4, beispielsweise beine Schweben, erhält das Gebläse 10 die volle Leistung des Triebwerkes 40 sowie je die Hälfte der Leistung der Triebwerke 14 und 15. Umgekehrt erhält das Gebläse 11 die volle Leistung des Triebwerkes 42 sowie je die Hälfte der Leistung der Triebwerke 14 und 15. Damit ist die Fluglage stabilisiert. Keines der Triebwerke fördert in einen gemeinsamen Kanal, so dass der Austrittsquerschnitt und die Drehzahl jedes Triebwerkes konstant gehal ten werden konnten.
Sollte das Triebwerk 40 ausfallen, so kann der Pilot die Steuermittel 45 betätigen, um eine andere Verteilung der Abgase auf die Gebläse zu bewirken und den Auftrieb an beiden Flügeln auszugleichen. Beim Ausfall des Triebwerkes 40 würde das Ge bläse 10 von diesem Triebwerk keine Leistung er halten, hingegen würde es 3/4 der Leistung der Trieb werke 14 und 15 erhalten. Anderseits erhält in die sem Falle das Gebläse 11 die gesamte Leistung des Triebwerkes 43 und 1;!i der Leistung der beiden Triebwerke 14 und 15. Hierdurch wird das Flug zeug wieder stabilisiert und dessen horizontale Lage kann aufrechterhalten werden.
In den Kanälen 41 und 43 werden keine Ventile oder Steuermittel be nötigt, da diese lediglich von den Triebwerken 40 bzw. 42 gespiesen werden. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau. Wenn beide Triebwerke 40 und 42 ausfallen würden, so würde das Gebläse 10 die gesamte Leistung des Triebwerkes 15 und das Ge bläse 11 die Leistung des Triebwerkes 42 erhalten. Selbst wenn nicht genügend Auftrieb vorhanden ist, um bei Ausfall von zwei Triebwerken den Flug fort zusetzen, so nimmt das Flugzeug trotzdem eine stabile Fluglage ein, so dass eine Landung gemacht werden kann.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist dem jenigen nach Fig.2 ähnlich. Es sind Steuermittel in den Leitungen zwischen den Gebläsen und den Trieb werken ähnlich Fig.4 vorgesehen, jedoch sind diese nicht dargestellt. Jedes Gebläse wird durch minde stens zwei Triebwerke gespiesen, und zwei gemein sam angetriebene Gebläse befinden sich auf entge gengesetzten Seiten bezüglich der Längsachse des Flugzeuges.
Im Betrieb wird das Gebläse 22 normalerweise durch die halbe Leistung der Triebwerke 27 und 26 angetrieben. Das Gebläse 23 erhält je die halbe Lei stung des Triebwerkes 27 bzw. 28 und das Gebläse 24 je die halbe Leistung der Triebwerke 28 und 29. Das Gebläse 25 wird durch die Triebwerke 26 und 29 entsprechend angetrieben. Diese Verteilung der Leistung bzw. der Abgase der Triebwerke kann durch Steuermittel in den Einlaufspiralen gewähr leistet werden.
Es soll angenommen werden, dass das Triebwerk 27 während des Fluges ausfällt. In diesem Falle wird das Gebläse 22 durch 3/# der Leistung des Trieb werkes 26 gespiesen. Anderseits erhält das Gebläse 3/.4 der Leistung des Triebwerkes 28. Das Gebläse 24 erhält den verbleibenden Viertel der Leistung des Triebwerkes 28 und die Hälfte der Leistung des Triebwerkes 29 und das Gebläse 25 erhält die Hälfte der Leistung des Triebwerkes 29 und den verblei benden Viertel des Triebwerkes 26.
Da vier Gebläse durch drei Triebwerke angetrieben werden müssen, ist klar, dass jedes Gebläse nur 3/.4 der normalen Lei stung erhalten kann. Durch die gleichmässige Ver teilung der Abgase in der beschriebenen Weise lässt sich eine stabile Fluglage gewährleisten.
Währenddem eine Fortsetzung des Fluges beim Ausfall von zwei Triebwerken eventuell unmöglich ist, so lässt sich trotzdem eine Stabilisierung erreichen. Es sollen die Triebwerke 27 und 28 ausgefallen sein. Das Gebläse 22 erhält dann die gesamte Leistung des Triebwerkes 26, währenddem vom Triebwerk 27 keine Leistung zur Verfügung steht. Für das Gebläse 23 steht weder vom Triebwerk 27 noch vom Triebwerk 28 her Leistung zur Verfügung. Das gleiche ist für das Gebläse 24 der Fall, während das Gebläse 25 die gesamte Leistung des Triebwer kes 29 erhält.
Damit sind zwei Gebläse ausser Betrieb und die stabile Fluglage wird durch die symmetri schen Gebläse 22 und 25 gewährleistet. Auch beim Ausfall anderer Paare von Triebwerken lässt sich der Gleichgewichtszustand wieder herstellen.
Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel ist demjenigen nach Fig.5 ähnlich, jedoch sind alle Triebwerke in den Flügeln angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel speist das Triebwerk 28 die Ge bläse 22 und 24, währenddem das Triebwerk 26 die Gebläse 23 und 25 antreibt. Im normalen Betrieb er halten alle Gebläse je die Hälfte der daran ange schlossenen Triebwerke.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 werden fünf Gebläse und vier Strahltriebwerke verwendet, wobei das fünfte Gebläse mit 50 bezeichnet ist und in der Längsachse des Flugzeuges jedoch vom Schwerpunkt desselben distanziert angeordnet ist. Hierdurch las sen sich Kippbewegungen beherrschen. Das System entspricht im übrigen demjenigen nach Fig.5, mit der Ausnahme, dass sich die beiden Triebwerke 26 und 28 nunmehr noch mit einer andern Leitung an die Einlaufspiralen 51 und 52 des Gebläses 50 an geschlossen sind.
Hierdurch wird ein Teil der Lei stung von diesen beiden Triebwerken für das zu sätzliche Gebläse abgezweigt. Durch die Verwendung von nur vier Triebwerken für den Betrieb von fünf Gebläsen erhält jedes Gebläse nur 8/10 der Leistung eines Triebwerkes. Im normalen Betrieb erhält das Gebläse 22 8/l0 der Leistung des Triebwerkes 27, wobei der Steuermechanismus 45 die Leistung vom Triebwerk 26 absperrt. Das Gebläse 23 erhält 6/l0 der Leistung des Triebwerkes 28 und 2/10 der Lei stung des Triebwerkes 27.
Das Gebläse 24 erhält vom Triebwerk 28 keine Leistung, da dessen Zu führleitung abgesperrt ist, jedoch erhält dasselbe 8/l0 der Leistung des Triebwerkes 29. Das Triebwerk 25 erhält die verbleibenden 2/10 der Leistung des Trieb werkes 29 und 6/1 (, der Leistung des Triebwerkes 26; und das Gebläse 50 erhält die verbleibenden 1/l0 der Leistung des Triebwerkes 28 und die ebenfalls verbleibenden 4/10 der Leistung des Triebwerkes 26. Durch die gleichmässige Verteilung der Auftriebskraft nimmt das Flugzeug eine stabile Fluglage an.
Es wird angenommen, dass das Triebwerk 27 ausfällt. In diesem Falle erhält das Gebläse 22 6/1o der Leistung des Triebwerkes 26, das Gebläse 23 erhält 6/10 der Leistung des Triebwerkes 28, das Gebläse 24 1/1o der Leistung des Triebwerkes 28 und die Hälfte der Leistung des Triebwerkes 26. Das Gebläse 25 erhält die andere Hälfte der Leistung des Triebwerkes 29 und 1/10 der Leistung des Trieb werkes 26 und das Gebläse 50 erhält die verblei benden 3/1() der Leistung des Triebwerkes 28 und die ebenfalls verbleibenden 3/16 vom Triebwerk 26.
Das Flugzeug befindet sich somit wiederum im Gleichgewicht, sowohl bezüglich Kipp- als auch Roll- bewegung, trotzdem ein Triebwerk ausgefallen ist.