Gebläseeinlasskanal an einem Flugzeug für Senkrechtstart und -landung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ge bläseeinlasskanal an einem Flugzeug für Senkrecht start und -landung.
Bei VTOL-Flugzeugen, bei welchen in den Flü geln bzw. im Rumpf Gebläse angeordnet sind, um einen vertikalen Auftrieb zu erzeugen, wobei die Achsen der Auftriebsgebläse in Richtung des Ver tikalfluges verlaufen, besteht das Problem der Schaf fung eines Einlasses, der sowohl für Iden vertikalen Start und den Schwebezustand als auch beim Über gang in den horizontalen Flug optimale Strömungs verhältnisse gewährleistet. Für vertikalen Start und Schwebezustand braucht die Form des Einlasses kei nen Wechsel in der Strömungsrichtung der in den Kanal angesaugten Luft zu gestatten. Für den Über gang vom Vertikalflug zum Horizontalflug und um gekehrt muss der Einlass jedoch in der Lage sein, Luft, welche mit hoher Geschwindigkeit über die Oberfläche, z. B. den Flügel, streicht, aufzunehmen und sie um praktisch einen rechten Winkel umzu lenken.
Bei dieser plötzlichen Umlenkung hat die Luft die Tendenz, sich von der Kante des Einlasses für den Kanal abzulösen, wobei im Bereich der Ein lasspartie eine Zone von relativ niedrigem Druck ent steht, wodurch Verluste in der Eintrittsströmung und Veränderungen der Geschwindigkeitsverteilung im Kanal verursacht werden. Diese Einflüsse sind dem Gebläsewirkungsgrad abträglich.
Da der Gebläseeinlass bei bekannten Auftriebs gebläsen für Flugzeuge im Horizontalflug geschlossen ist, muss der Einlass so ausgebildet werden, dass er diesen zwei Aufgaben gerecht wird. Einerseits muss der Wirkungsgrad im Schwebezustand gut sein, an derseits müssen auch die Anforderungen des Über ganges vom Vertikal- in den Horizontalflug erfüllt werden. Es ist bekannt, dass die gewölbte Einlass partie aus strömungstechnischen Gründen für die Luftumlenkung mit seinem möglichst grossen Radius versehen werden muss. Das Verhältnis des genannten Krümmungsradius zum Durchmesser des Einlasses erlaubt, den Wirkungsgrad zu beurteilen. Somit kann ein Einlass mit einer Verhältniszahl von 50 % die Luft besser ansaugen als einer mit einer Verhältnis zahl von nur 10 %.
Werden Auftriebsgebläse im Flügel eingebaut, so ist es aber aus Raumgründen erwünscht, einen möglichst kleinen Radius anzuwen den, d. h. das genannte Verhältnis klein zu halten. Zur Vermeidung der dabei entstehenden Probleme müssen besondere Mittel angewendet werden,<B>uni</B> eine annehmbare Strömung zu erhalten. Dabei muss insbesondere eine Ablösung der Strömung von der gewölbten Einlasspartie vermieden und ein Ausgleich für unterschiedliche Schaufelbelastung geschaffen werden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Eintrittskanals, welcher diesen Er fordernissen gerecht wird. Der erfindungsgemässe Ge bläseeinlasskanal mit etwa waagrecht liegendem Luft einlass und etwa senkrechtem Luftkanal mit Abbge- rundeter Einlasspartie sowie mit mindestens einem ringförmigen Leitflügel, der koaxial im Einlasskanal liegt und dessen Flügelprofil etwa parallel zur .ge- wölbten Einlasspartie verläuft,
wobei in ider Mitte des Kanals ein Träger für ein Gebläse angeordnet ist, der von zumindest einer Strebe in Längsrichtung ,des Flugzeuges gehalten wird, ist dadurch gekenn- zeichnet,
rdass der Leitflügel als -geschlossener Ring .ausgebildet -ist und durch eine Anzahl von zur Vor- wärtsflugrichtung querstehenden Leitflügeln mit dem Träger ödes Gebläses verbunden ist.
In der Zeichnung ist seine beispielsweise Aus- führungsform ödes erfindungsgemässen Einlasskanals dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Flugzeugflügel im Grundniss, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 ein Detail in perspektivischer Darstellung und Fig. 4 einen Schnitt durch den ringförmigen Loitflügel.
In Fig. 1 ist ein Teil eines Flugzeugflügels 10 dargestellt, der eine Vorderkante 11 und eine Hinter kante 12 besitzt, woben im Flugzeugflügel eine Ein lassöffnung 13 vorgesehen ist, die in einen Kanal 14 übergeht, welcher durch den Flügel hindurchführt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält der Kanal 14 ein Gebläse 15, das dazu bestimmt ist, Luft an der Flügeloberseite anzusaugen und an der Unterseite aus zustossen, um am Flügel einen Auftrieb zu erzeugen.
Zur Abstützung des Gebläses 15 ist zentral im Kanal 14 ein Strömungskörper 16 angeordnet, wel cher durch geeignete Streben 17 am Flügel abgestützt ist. Der Strömungskörper enthält nicht dargestellte Lagermittel für die Gdbläseachse. An der Unterseite sind verstellbare Auslassklappen 18 vorgesehen, um die austretende Luft zu richten bzw. umzulenken. Das Gebläse 15 ist, wie aus Fig. 4 hervorgeht, an seinem Umfang angetrieben, wobei in bekannter Weise die äusseren Enden der Gebläseflügel mit Turbinenschaufeln 19 versehen sind. Die Turbinen schaufeln werden in bekannter Weise von Verbren nungsgasen beaufschlagt.
Die Gefahr der Ablösung der Luft am Einlass entsteht nicht nur infolge des relativ kleinen Radius an der Einlasspartie, welcher aus Raumgründen not wendig ist, sondern auch durch die Leckströmuug der Verbrennungsgase aus dem Turbinenteil. Um diesem Problem der Ablösung zu begegnen, ist im Einlass ein zu diesem konzentrischer, geschlossener, ringförmiger Leitflügel 20 vorgesehen. Dieser Leit- flügel ist mit seiner Vorderkante nach aufwärts in die Strömung Vp gerichtet und verläuft praktisch par- ullel zur ,gewölbten Einlasspartie (Fig. 2).
Während dieser Leitflügel hauptsächlich die Aufgabe hat, die Ablösung der Strömung im Schwebezustand zu ver hindern, ist die Einlasspartie auch rin der Übergangs phase des Fluges wirksam, um eine Ablösung der darüber streichenden Luft bei 13 (Fig. 2) zu ver hindern. Somit eist der Leitflügel sowohl in Schwebe zustand als auch in der Übergangsphase wirksam. Sofern erwünscht, können weitere, vom ersten distan zierte Leitflügel im Vorderteil des Einlasses vor gesehen werden, wie bei 21 mit punktierten Linien angedeutet ist, um die Ablösung der Luft erst bei höheren Fluggeschwindigkeiten eintreten zu lassen.
Um die Leitflügel 20 sehr wirksam zu machen und die Verluste möglichst gering zu halten, sind sie praktisch parallel zum Radius 22 am Einlass ange ordnet, wobei ihre Erstreckung der Länge der ge wölbten Einlasspartie entspricht. Die Vorderkante des Leitflügels ist etwa bündig mit der Oberseite des Flugzeugflügels, wenn auch in Wirklichkeit eine ge ringe Versetzung in den Einlass hinein notwendig sein kann, siehe Fig. 4, um den Einlass durch Klappen für den horizontalen Flug abdecken zu können. Der Leitflügel kann sich, wie ebenfalls aus Fig. 4 hervor geht, etwas über das innere Ende der Wölbung 22 erstrecken, um die Leckströmung aus der Turbine abzufangen und in den Luftstrom umzulenken.
Die Leckströmung aus der Turbine wird mittels einer Dichtung 23 möglichst gering gehalten. Aus der Tatsache, dass der Leitflügel etwa bündig mit der Flugzeugflügeloberfläche ist, ergibt sich, dass dessen Einlasspartie etwa der Kontur des Flugzeugflügels im Einlassbereich folgt. Da die Geschwindigkeits spitze der anströmenden Luft etwa am Punkt 25 pi der gewölbten Einlasspartie auftritt und aderbezüglich der Horizontalen auf einem um etwa 45 zurück gedrehten Radius liegt, ergibt die Lage des Leit- flügels über die volle gewölbte Einlasspartei und der im wesentlichen konstante Durchlassquerschnitt eine Reduktion der Geschwindigkeitsspitze und verhin dert eine Ablösung am Einlass.
Um den günstigsten Wirkungsgrad zu erreichen, hat sich die Anwendung bestimmter Verhältnisse für die Abmessungen als vorteilhaft erwiesen. Diese Ver hältnisse sind in Fig. 4 für das Sehnen/Abstand-Ver hältnis dargestellt. Das Sehnen/Abstand-Verhältnis ergibt sich aus der Länge L der Leitflügelsehne, dividiert durch den Abstand T zwischen Leitflügel und der gewölbten Einlasspartie. Vorzugsweise ist dieses Verhältnis nicht unter 1.5, wodurch sich eine maximale Wirksamkeit erreichen lässt. Dies bedeutet, dass das Verhältnis LIT einen Minimalwert von 1.5 haben soll; unterhalb dieses Wertes ergibt sich eine Ablösung der Strömung.
In der Übergangsphase, d. h. bei der Erzeugung von Auftrieb und Vortrieb, ergeben sich weitere un erwünschte Störungen im Strömungsverlauf am Ein lass. Bei der Rotation des Gebläses bei gleichzeitinger Vorwärtsbewegung des Flugzeuges wird derjenige Ge bläseflügel, der sich in Flugrichtung bewegt, stärker belastet als im Schwebe- oder vertikalen Steigflug, und auch als derjenige Flügel, welcher sich gegen die Flugrichtung bewegt. Es handelt sich hierbei um ein bei Helikoptern bekanntes Phänomen, bei dem sich der Anströmwinke1 am Flügel des Gebläses ändert. Dies ist auch der Grund, weshalb der Blatt anstellwinkel bei Helikopterflügeln verstellbar ge macht wird.
Die wiederholte Belastung und Ent lastung der Gebläseflügel während ihrer Rotation ergeben eine pulsierende Schwingurig am Rotor, wo- idurch sowohl in mechanischer als jauch mit naerodyna- mischer Beziehung Schwierigkeiten entstehen.
Bei jeder Umdrehung erhalten idie Gebläseflügel einen Impuls. Um die Grösse der Schwingung ran den Gebläseflügeln .zu reduzieren, müssen Massnahmen !getroffen werden,
um idiese @durch die wechselnde Belastung der .Flügel erzeugte Kraftkomponente zu kompensieren. Dies wird durch Verwendung ider feststehenden .Flügelerreicht, welche mit 26 ibe- zeichnet sind.
Wie :aus Fig. 1 ersichtlich eist, handelt les !sich idabe@ um eine Mehrzahl von voneinander distanzierten Flügeln, die sich quer zur horizontalen Flugrichtung über den Einlauf erstrecken, wobei ihre Vorderkanten gegen die Strömung gerichtet sind. Diese Flügel sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, wobei sie mit einem ihrer Enden am ringförmigen Leitflügel und mit dem anderen Ende am Strömungskörper 16 befestigt sind. Diese Leit- flügel sind dabei, in Vorwärtsflugrichtung gesehen, beidseitig oberhalb des Strömungskörpers angeordnet und überdecken etwa ein Drittel des Durchmessers der Einlassöffnung.
Diese Flügel sind so ausgebildet, dass sie einen wesentlichen Teil der Belastungskom ponente an derjenigen Seite aufheben, an der die kritische Belastung auftritt, wodurch eine starke Schwankung ,der Last vermieden werden kann. Diese Flügel entlasten die Gebläseflügel beim Vorlauf und belasten sie beim Rücklauf. Somit entfallen die auf tretenden Impulse beim Urmlauf der Gebläseflügel, womit in mechanischer Beziehung ein ruhiger Lauf gewährleistet ist u nd der Anströmwinkel so korrigiert wird, dass ein Abreissen der Strömung weitgehend ver hindert wird. Vorteilhaft sind diese Flügel so breit auszubilden, dass der Abstand zwischen der Flug zeugflügeloberseite und der Gebläseflügeloberkante überdeckt wird. Für jede bestimmte Einlassfläche er gibt sich eine vorteilhafte Zahl von Leitflügeln.
Diese Flügelzahl errechnet sich aus dem Verhältnis von Sehnenlänge zu Abstand zwischen den einzelnen Flü geln, wobei dieses Verhältnis 1 nicht überschreiten sollte. Aus Fig. 2 ist das oben genannte Verhältnis ersichtlich. Bei einer zu geringen Zahl von Flügeln besteht die Gefahr, dass die Tragflügel isoliert wirken, während eine zu grosse Zahl ihre Wirksamkeit ver ringert, da hierbei die Widerstände ansteigen. Die optimale Zahl erlaubt grössere maximale Anström- winkel, bevor die Strömung abreisst.
Auf diese Weise ist die Zahl der querstehenden, Flügel bestimmt. Der Einbau erfolgt so, dass die äussersten Flügel 27 tangential zum Strömungskörper 16 zu liegen kommen. Da die Luft vorzugsweise in radialer Richtung eintritt, würden diese Flügel an den Verbindungsstellen mit dem Strömungskörper relativ hohe Verluste erzeugen. Diese Verluste lassen sich dadurch vermeiden, dass die äussersten Flügel 27 mit radial vom Strömungskörper abstehenden Ansätzen 28 versehen werden. Da die dazwischen liegenden Flügel einen genügend grossen Raum auf dem Strömungskörper freilassen, sind radiale An sätze überflüssig. Es ist noch festzuhalten, dass diese quer stehenden Flügel eich nicht in den Bereich des Durchlasses 24 erstrecken, welcher praktisch einen konstanten Querschnitt aufweist.