Senkrechtstarttechnik: Flugmechanik, Aerodynamik, Antriebssysteme

ISBN-13: 9783540110750 / Niemiecki / Miękka / 1981 / 408 str.

X. Hafer; G. Sachs

Opis

Senkrechtstart und Senkrechtlandung, die im englischen Sprachgebrauch mit VTOL ( ertical ake-2ff and anding) bezeichnet werden, erfordern Hubkrafte mindestens von der GraBe des Fluggewichts, urn senkrecht oder sehr steil vom Boden abheben zu kannen und urn bei der Landung das Flug zeug mit ausreichend kleiner Sinkgeschwindigk2it in steiler Bahn si cher an den Boden heranzuflihren. Eine liberzeugende Lasung dieser Aufga be stellt der Hubschrauber dar, dessen Rotor infolge seiner sehr groBen Kreisflache und entsprechend geringer Kreisflachenbelastung den erfor derlichen Hubschub mit relativ kleiner Triebwerksleistung erzeugen kann. Bedingt durch Rotorprobleme bei hohen Geschwindigkeiten und unglinstigen aerodynamischen Widerstand im Vorwartsfluq, flir den der Vortriebsschub durch Neigen der mit dem Flugzeug fest verbundenen Rotorachse als Kom ponente des Hubschubs erzeugt wird, ist der Hubschrauber nicht in der Lage, hohe Reisefluggeschwindigkeiten und groBe Reichweiten zu erzie len, und damit in der Wirtschaftlichkeit des Reiseflugs den konventio nell startenden Flugzeugen stark unterlegen. Urn die Fahigkeit zum Senkrechtstarten und -landen mit den Reisefluglei stungen konventioneller Flugzeuge verbinden zu kannen, benatigt man Senkrechtstarter besonderer Art, die durch ihre Wandlungsfahigkeit bei den Forderungen gerecht werden. Oas vorliegende Buch befaBt sich mit den Entwurfsproblemen ausschlieBlich dieser Art von Senkrechtstartern, flir die im Englischen auch die Bezeichnung "Powered Lift Aircraft" ver wendet wird."

Spis treści

Zusammenstellung der Formelgrößen.- 1 Allgemeine Betrachtungen und Übersicht über die bisherige Entwicklung.- 1.1 Einführung.- 1.1.1 Besondere Probleme der Senkrechtstarttechnik.- 1.1.2 Möglichkeiten und Realität.- 1.1.3 Betrachtete Senkrechtstartkonzepte.- 1.2 Senkrechtstarter mit Strahlantrieb.- 1.2.1 Heckstarter.- 1.2.2 Normalstarter.- 1.3 Senkrechtstarter mit Luftschraubenantrieb.- 1.3.1 Heckstarter.- 1.3.2 Kipprotorsysteme.- 1.3.3 Kippflügelsysteme.- 1.4 Projekte für ein Senkrechtstart-Nahverkehrssystem.- 1.5 Kritische Wertung und Ausblick.- Literatur.- 2 VTOL-Antriebssysteme.- 2.1 Betrachtungen zur Triebwerksauswahl.- 2.1.1 Allgemeines.- 2.1.2 Ausnutzung des installierten Gesamtschubs in der Transition.- 2.1.3 Schwebeflugleistung und Strahlgeschwindigkeit.- 2.2 Strahl- und Bläsertriebwerke.- 2.2.1 Hubtriebwerke.- 2.2.2 Marsch-Hub-Triebwerke.- 2.2.3 Bläsertriebwerke.- 2.3 Rotor- und Luftschraubenantriebe.- 2.3.1 Einführung.- 2.3.2 Axial angeströmte Propeller.- 2.3.3 Schräg angeströmte Propeller.- 2.3.4 Mantelschrauben.- 2.3.5 Propellerantriebssysteme.- Literatur.- 3 Erzeugung von Steuerkräften und -momenten.- 3.1 Grundsätzliche Betrachtung.- 3.1.1 Aufgaben der Schwebeflugsteuerung.- 3.1.2 Möglichkeiten zur Erzeugung von Steuerkräften und -momenten.- 3.1.3 Einfluß von Zeitverzögerungen im Stellglied auf die erforderlichen Steuermomente.- 3.1.4 Einfluß der Eigendämpfung im Schwebeflug.- 3.2 Strahl- und Bläsertriebwerke.- 3.2.1 Hubstrahltriebwerke.- 3.2.2 Steuerdüsen.- 3.2.3 Steuergebläse.- 3.3 Luftschraubenantriebe.- Literatur.- 4 Schwebeflugdynamik.- 4.1 Allgemeines.- 4.2 Grundlagen der Schwebeflugdynamik.- 4.2.1 Grundbeziehungen.- 4.2.2 Linearisierung der Bewegungsgleichungen.- 4.2.3 Übertragungsfunktionen.- 4.3 Längsbewegung.- 4.3.1 Vorbemerkung.- 4.3.2 Vertikalbewegung (Hubbewegung).- 4.3.3 Nick- und Vorwärtsbewegung.- 4.3.4 Beschleunigungssteuerung.- 4.3.5 Geschwindigkeitssteuerung.- 4.3.6 Lagesteuerung.- 4.3.7 Statische Stabilität und Steuerbarkeit (Lage- und Geschwindigkeitsstabilität).- 4.3.8 Ausgeführte Steuersysteme.- 4.3.9 Einfluß von Dämpfung und Stabilisierung auf die verfügbare Steuerwirksamkeit.- 4.3.10 Kopplung zwischen Momenten- und Hubsteuerung (Minussteuerung).- 4.3.11 Steuerung der Translationsbewegung.- 4.4 Seitenbewegung.- 4.4.1 Vorbemerkung.- 4.4.2 Entkopplung der Gierbewegung von der Roll- und der Lateralbewegung.- 4.4.3 Roll- und Lateralbewegung.- 4.5 Sonderprobleme im Schwebeflug.- 4.5.1 Allgemeines.- 4.5.2 Einfluß der Triebwerkskreiselmomente.- 4.5.3 Triebwerksausfall im Schwebeflug bei exzentrisch angeordneten Triebwerken.- Literatur.- 5 Bodeneinflüsse.- 5.1 Grundsätzliche Betrachtungen.- 5.2 Bodeneffekte bei Hubtriebwerken.- 5.2.1 Induzierter Bodeneffekt.- 5.2.2 Thermische Bodeneffekte.- 5.2.3 Bodenerosion.- 5.3 Bodeneffekte bei Senkrechtstartern mit Propellern.- 5.3.1 Allgemeines.- 5.3.2 Hubpropeller in Bodennähe.- 5.3.3 Mehrpropelleranordnungen in Bodennähe.- 5.4 Flugmechanische Auswirkungen der Bodeneffekte.- 5.4.1 Einfluß des Bodeneffekts auf die Vertikallandung.- 5.4.2 Rollbewegungen in Bodennähe.- 5.4.3 Einfluß der Rezirkulation auf das Flugverhalten.- Literatur.- 6 Transition (Übergangsflug).- 6.1 Allgemeines.- 6.2 Transition von Senkrechtstartern mit Strahlantrieb.- 6.2.1 Strahlinterferenz.- 6.2.2 Verhalten der Triebwerkseinläufe.- 6.2.3 Impulswiderstand und Beschleunigungsfähigkeit.- 6.2.4 Bewegung und Steuerung des Flugzeugs in der Transition.- 6.3 Transition von Senkrechtstartern mit Propeller- oder Rotorantrieb.- 6.3.1 Allgemeines.- 6.3.2 Strahl-Flügel-Interferenz (Näherungsbetrachtung).- 6.3.3 Bewegung und Steuerung des Flugzeugs in der Transition.- 6.4 Stabilitätsbetrachtung.- 6.4.1 Allgemeines.- 6.4.2 Längsbewegung.- 6.4.3 Statische Stabilität.- 6.4.4 Seitenbewegung.- 6.5 Änderung des Steuersystemverhaltens in der Transition.- 6.5.1 Allgemeines.- 6.5.2 Anpassung der Lagesteuerung an die Transitionsverhältnisse bei einem ausgeführten Flugzeug.- Literatur.- 7 Flugeigenschaftsrichtlinien und -forderungen.- 7.1 Allgemeine Betrachtung.- 7.1.1 Erläuterung des Begriffs Flugeigenschaften und Zweck von Richtlinien und Forderungen.- 7.1.2 Geschichtlicher Überblick.- 7.2 Bestehende Flugeigenschaftsrichtlinien und -forderungen.- 7.2.1 Allgemeines.- 7.2.2 AGARD-Richtlinien.- 7.2.3 Forderungen nach MIL-F-83300.- Literatur.- 8 Besondere Auslegungsprobleme und Einsatzbedingungen.- 8.1 Einführung.- 8.2 Hubschubbilanz.- 8.2.1 Allgemeines.- 8.2.2 Hubschubverluste.- 8.2.3 Aufstellung der Hubschubbilanz.- 8.3 Auswirkung der Senkrechtstartfähigkeit auf Flugleistungen und Wirtschaftlichkeit im Reiseflug.- 8.3.1 Änderung der Flugstrecke mit den Startbedingungen.- 8.3.2 Operationelle Bedingungen.- 8.4 Flugsicherheit.- 8.4.1 Allgemeines.- 8.4.2 Ausfallwahrscheinlichkeit.- 8.4.3 Erforderliche Schubreserve bei voneinander unabhängigen Einzeltriebwerken.- 8.4.4 Erforderliche Schubreserve bei gekoppeltem Luftschraubenantrieb.- 8.5 Lärmprobleme.- 8.5.1 Einführung.- 8.5.2 Lärmschutzbereiche.- 8.5.3 Ermittlung der Lärmschutzbereiche für Beispielflugzeuge.- 8.5.4 Kritische Wertung der Lärmuntersuchungen.- Literatur.- Namenverzeichnis.

O autorze

Prof. Dr. Gottfried Sachs wurde 1977 an die Universität der Bundeswehr München berufen. 1983 folgt er einem Ruf an die TU München. Der Ordinarius für Flugmechanik und Flugregelung ist seit 1998 Fellow des American Institute of Aeronautics and Astronautics und seit 2004 Mitglied des Vorstandes der Bayerischen Akademie der Wissenschaften.