Cabriolet plan

Luftpåfyldning af en MV-22 fra USMC med en KC-130J over Middelhavet
AgustaWestland AW609 svævende (2007 stadig Bell-Agusta BA-609)

Convertiplane ( engelsk konvertiplan til konvertibelt plan er) navnet på et lodret start- og landingsdygtigt fly, der er i stand til at ændre flytilstandene for flyvningen (flytilstande) under. Flyveforholdene, der er relevante for et konvertibelt fly, svæver i helikoptertilstand , den efterfølgende overgang til niveauflyvning og niveauflyvning som et fastvingefly .

Indtil 2012 havde ingen model imidlertid bevist sin økonomiske konkurrenceevne sammenlignet med konventionelle helikoptere. Evnen til at starte og lande lodret (VTOL) sammen med den større hastighed og rækkevidde for et konvertibelt fly skal opveje de økonomiske ulemper ved højere brændstofforbrug, højere anskaffelsesomkostninger og øgede støjemissioner. I øjeblikket anvendes Bell Boeing V-22 hovedsageligt som en kampzonetransportør i militærsektoren og har bevist sig i brug.

Bell V-280 , der blev fløjet for første gang i slutningen af ​​2017, er et andet militært konvertibelt fly, der i øjeblikket testes. Udviklingen finder sted inden for rammerne af den fremtidige vertikale lift (ATCO) -program fra den amerikanske hær . I den civile sektor testes Leonardo AW609, oprindeligt designet af Bell Boeing og præsenteret for offentligheden i 1996 . Serieproduktion er planlagt til at starte i 2020.

Konceptet med det konvertible fly har oplevet et stærkt opsving siden begyndelsen af ​​2000'erne på grund af et stort antal udviklinger inden for autonome lufttaxier , som primært skal bruges i bypassagerbefordring i overensstemmelse med konceptet Urban Air Mobility . Eksempler inkluderer Bell Nexus , Lilium Jet og Zeva Aero .

definition

Ifølge definitionen af ​​Gersdorff & Knobling er konvertible fly kendetegnet ved, at de tager af og lander som helikoptere og ændrer deres konfiguration til et fastvingefly, når de overgår til krydstogtsflyvning. Således inkluderet i denne kategori flipper - tiltrotor - tiltrotor - Einziehrotor- og stop rotorfly. Det overordnede mål er at "kombinere de gunstige egenskaber ved de roterende vingefly med de fastflyvede fly". Polte giver også en identisk definition.

Definitionen af konvertiplaner i engelsktalende lande er bredere . Luftfartøjer, der også bruger en roterende rotor i en motoriseret autorotationstilstand (ubelastet rotorteknologi) i niveauflyvning klassificeres også her . Et eksempel på dette er McDonnell XV-1, som også er klassificeret som en konvertiplan i den amerikanske hær kategori XV . I den tysktalende verden omtales disse fly normalt som sammensatte flyhelikoptere . Generelt er rene jetdrevne VTOL-fly derfor ikke konvertible fly.

Konstruktivt design

I tilfælde af konvertible fly er målet især at øge rejse- eller marcheringshastigheden sammenlignet med rene helikoptere. Hældningsrotor og lignende udformninger undgår den negative indflydelse af den aerodynamiske træk på rotorbladene og rotornavet. Da rotorbladenes parasitære modstand øges med hastighedens tredje effekt, er en så lav rotorhastighed fordelagtig ved design med en rotor, der ikke kan vippes eller stuves væk (kompositfly) til højhastighedsflyvning. Hvis hastigheden bliver for lav, kan returbladet ikke længere lejes nok til at generere tilstrækkelig løft. Selv i højhastigheds-flytilstand skal rotoren derfor drives i en sådan grad, at der ikke er nogen flowadskillelse ved de tilbagevendende bladspidser. Men hvis rotoren kan opbevares i skroget til højhastighedsflyvning, er et konvertibelt fly teoretisk i stand til at nå hastigheder som et fastvingefly. I praktisk afprøvning af forskellige koncepter blev det imidlertid vist, at rotorens aerodynamiske ustabilitet, der opstår, når rotorerne vipper under overgangen fra svævende til vandret fremadrettet flyvning, kan føre til kritiske flyvefaser.

Hvis den snævrere definition for konvertible fly anvendes som basis uden inkludering af sammensatte fly, resulterer følgende konstruktive fortolkninger af konvertible fly.

Stop rotor / akkumulatorrotor

Stop protor-teknologien blev brugt af Herrick HV-2 , et af de første konvertible fly, der blev kendt allerede i 1930'erne. Her kunne den øverste fløj af en biplan rotere under start og landing, mens den blev fastgjort som den øverste fløj i vandret flyvning. I 1950'erne indsendte Sikorsky sit design XV-2 som en del af et tilbud fra den amerikanske hær. Enkeltbladet rotor skal opbevares i den øverste del af kroppen, efter at den er stoppet. Efter evalueringsfasen måtte projektet dog opgives. Messerschmitt-projektet Me 408 , som indeholdt to foldbare akkumuleringsrotorer, kom ikke ud over designfasen i slutningen af ​​1960'erne.

Et andet projekt var DARPAs Canard Rotor Wing (CRW) -program, der blev annonceret i 1998 , og som indeholdt en stor andefløj, dobbelt halebomme og to rotorer drevet af en turbofan. Den lodrette start fandt sted med rotorerne via et bladspidsdrev, der blev tilført af jetmotoren; Efter overgangen skal rotoren være fastgjort og fungere som en ekstra vinge. I samme år præsenterede Boeing også sit lignende designet skibsbaserede Dragonfly- design til et ubemandet luftfartøj. Skroget er kun 5,19 m langt.

Vippe rotor

Et af de første designs var en en- og-en-halv-decker designet af Henry Berliner fra begyndelsen af ​​1920'erne, som var udstyret med tilt rotorer på den nederste fremspringende vinge. Hybridflyet siges at have nået en hastighed på omkring 65 km / t under flyvetest. Rotorakserne kunne ikke vippes helt i vandret position, men designet af Berliner var en af ​​de første anvendelser af dette design til konvertible fly, hvilket stadig er almindeligt i dag.

Et andet design med dette design var "Lehberger Flying Machine" patenteret af George Lehberger i september 1930. Der var dog ingen praktisk implementering.

I slutningen af ​​1930'erne blev der givet patent på den britiske Baynes Heliplane , også et tilt rotor design, men kunne ikke realiseres på grund af manglende økonomisk støtte fra opfinderen. 1940'erne Pearse Convertiplane var et enmotors tiltrotorfly, men det fløj aldrig.

Et af de første tyske designs, der i princippet kan betragtes som gennemførlige, var Focke-Achgelis Fa 269 , som blev udviklet på vegne af RLM fra 1941. Her blev der skubbet propeller, som dog i modsætning til de tidligere designs skulle vippes ned for svæveflyvningen.

I USA udviklede Haviland Platt og Wynn LePage en vippende protorkonstruktion baseret på Platt-LePage XR-1- helikopteren i 1950, som skulle have en flyvægt på 26 t, men også ikke kom ud over tegnebrættet. Designet af Transcendental Aircraft Corporation (TAC) Model 1-G stammer også fra samme tid (1947). Designingeniøren var Bob Lichten, der bragte sin erfaring med vippebeskyttelseskonceptet til TAC på Platt LePage. 1-G afsluttede mere end 100 flyvninger med delvise overgange, der nåede op til 10 ° til den vandrette flytilstand, før maskinen styrtede ned den 20. juli 1955 under flyforsøg i Chesapeake Bay. Imidlertid blev piloten ikke skadet, fordi styrtet opstod i det lave bankområde. 1-G betragtes som det første konvertible fly, der med succes kunne demonstrere overgangen mellem de forskellige flytilstande. Testene med den udvidede efterfølger TAC Model 2 blev også afbrudt i 1957 på grund af manglende økonomiske ressourcer.

I 1950'erne begyndte den amerikanske hær og det amerikanske luftvåben et forskningsprogram for at undersøge muligheden for et højhastigheds-VTOL-fly for at supplere eksisterende helikoptere. Tre koncepter blev promoveret, hvoraf Bell XV-3 var det mest succesrige design. Med XV-3 blev der for første gang udført omfattende undersøgelser af de vanskelige at kontrollere aeroelastiske ustabiliteter af kombinationen af ​​rotor, rotornaceller og vinger. Dette omfattede endda test med en prøve i den store vindtunnel i Ames Research Center.

Bell havde indledende succeser med XV-15 . I 1981 tilbød USMC en ordre på en avanceret VTOL-kampzonetransportør under betegnelsen "VHXM". Dette blev dog opgivet og erstattet af et fælles udbud for alle grene af de væbnede styrker (JVX: "Joint services, Vertical lift, Experimental"). Det var planlagt at købe 1.086 maskiner i 1982. Dette koncept resulterede i sidste ende i Bell V-22 .

Design med propeller, der kan vippes, kan ses som en separat undergruppe af tiltrotorfly . Disse inkluderer Doak VZ-4 , som gennemførte sin første svæveflyvning i februar 1958, Nord 500 , som først blev fløjet i 1968, og Bell X-22, som blev testet fra 1966 til 1980 .

Viprotortyper , der stadig testes, er AgustaWestland AW609 (første flyvning i 2003) og en variant af Vahana (første flyvning i 2018).

Vippevinge

En særlig fordel ved det bundhængte vinge-design kan ses i det optimale flowløb over kontrolfladerne under overgangsfasen . Den downwash er ligeledes ikke hindres, idet den hævede fløj ikke signifikant afskærme rotor flow nedad og dermed tab af elevatoren undgås. Den største ulempe er vindfølsomheden for en lodret fløj, når den svæver, som fungerer som en "staldør". Vippemekanismen, der skal transmittere store kræfter, øger flyets samlede vægt mere end med vippebeskyttelseskonceptet.

"Converta-Wing" af DH Kaplan fra 1950'erne betragtes som et af de første udviklede koncepter. I dette fælles projekt fra flåden og luftvåben skulle to Boeing-gasturbiner give drevet til rotorerne i vingene. Rotorbladene var relativt korte sammenlignet med senere design og skulle betjenes med høj hastighed. I slutningen af ​​1950'erne undersøgte NASA, herunder i den store vindtunnel i Langley, en prøve med seks også kortbladede rotorer, der skulle drives af en 1000 hk elmotor. Dobbelt spaltede klapper, som nåede over 60% af dybden, blev brugt til at øge løft.

Andre projekter, der blev gennemført, var:

  • Vertol VZ-2 , det første tilt-wing-fly, der var i stand til at demonstrere den fulde nytte af denne teknologi som demonstrator. Den første flyvning fandt sted i april 1957 og den første komplette overgang (lodret start - niveauflyvning - lodret landing) i juli 1958. VZ-2 gennemførte 450 flyvninger og 34 komplette overgange.
  • Hiller X-18 ; den eneste bygget på skroget på en Chase XC-122 og fløj for første gang i november 1959. Ud over de to Allison T40 turbopropmotorer havde X-18 også et Westinghouse J34 til styring omkring tonehøjdeaksen .
  • Kaman K-16B , et amerikansk flådeprojekt fra begyndelsen af ​​1960'erne for en vippebåd baseret på en Grumman JRF Goose. Vingen kunne kun svinges op til en 50 ° position. To General Electric T58 drev hver sin propel med en diameter på 4,58 m. Af uforklarlige grunde fandt der dog kun vindtunnelundersøgelser og ingen flyvetest sted.
  • Ling-Temco-Vought XC-142 ; dette program var beregnet til at demonstrere en VTOL-transportørs operationelle kapacitet under feltforhold og var det første VTOL-udkast, der blev støttet af alle amerikanske væbnede styrker. Den første overgang blev gennemført i november 1964.
  • Canadair CL-84 ; den første af fire byggede prototyper gennemførte den første vellykkede overgang i januar 1966.

Flere konvertible fly

litteratur

  • Steve Markman, Bill Holder: Straight Up. En historie om lodret flyvning . En Schiffer Military History Book, 2000, ISBN 0-7643-1204-9 .
  • Franklin D. Harris: En oversigt over Autogyros og McDonnell XV-1 Convertiplane . NASA / CR-2003-212799 (PDF; 14,2 MB) .
  • Martin D. Maisel, Demo J. Giulianetti, Daniel C. Duagn: Historien om XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft. Fra koncept til flyvning . Monografier i rumfartshistorie nr. 17, NASAs historie (PDF; 2,5 MB) .
  • Kyrill von Gersdorff, Kurt Knobling: helikopter og gyrocopter . Tysk luftfart . Bind 3. Bernard & Graefe Verlag München, 1982, ISBN 3-7637-5273-0 .
  • Hans-Joachim Polte: helikopter. Historie, teknologi, engagement . Forlag ES Mittler, ISBN 978-3-8132-0924-2 .
  • Gennembrud for Tilt Rotor . I: Air International , september 1982, s. 146.

Individuelle beviser

  1. ^ Www.lexingtoninstitute.org: "Med tusinder af timers operationel beskæftigelse i Irak og Afghanistan har V-22 efterladt enhver tvivl om dens præstationer og effektivitet. I fremtiden kunne Osprey meget vel blive en af ​​dette lands vigtigste strategiske platforme. "
  2. ↑ Leonardo (AgustaWestland) AW609 TiltRotor , adgang 16. januar 2020
  3. ↑ von Gersdorff, Knobling: s. 255.
  4. ↑ Hans-Joachim Polte: s. 13.
  5. ↑ Rotorcraft hastighedsbegrænsninger
  6. ^ Foto af Berlin Convertiplane i Maisel, Giulianetti, Dugan, s.6
  7. ^ Patenttegninger og tekst på Lehberger Flying Machine
  8. ↑ Tegninger og data til Baynes Heliplane , adgang til 16. januar 2020
  9. ^ Pioneer Pearse (Talkback), i AIR International, juli 1978, s. 32 f.
  10. ↑ von Gersdorff, Knobling: p. 47f.
  11. ↑ Foto og historie af Transcendental Aircraft Corporation 1-G på www.aviastar.org
  12. ↑ http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20080022367_2008020986.pdf , s. 13 ff.
  13. ^ Markman & Holder, s. 22
  14. ^ Markman & Holder, s. 22
  15. ↑ Aerospatiale X-910 (Airdata File), i AIR International, juni 1977, s.307