DE1069474B

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Publication number: DE1069474B
Application number: DENDAT1069474D
Authority: DE
Publication date: 1959-11-19

Description

Drehflügel mit Strahlflügeleffekt Druckgasgetriebene Drehflügel für Drehflügelflugzeuge sind bekannt. Die Vorteile dieser relativ neuen Antriebsart liegen im Fortfall des Getriebes zwischen Motor und Drehflügel und im Fortfall des Drehmomentenausgleiches. Unter anderem steht einer weiteren Verbreitung des Hubschraubers entgegen die noch verbleibende Kompliziertheit des hochbeanspruchten Rotorkopfes, der niedrige Antriebswirkungsgrad, die hohen Anforderungen an den Piloten wegen der Umschaltung auf Autorotation bei Ausfall des Triebwerkes und wegen einer prinzipiellen Eigenschaft von Drehflügeln, die zu dynamischer Instabilität führt.
Das zugrunde liegende Prinzip ist die Verwendung des Antriebsmittels (austretender Strahl) als Auftriebsvervielfacher und als Auftriebsveränderer. Hierzu tritt der Strahl in einem Längsschlitz längs eines Teiles der Blatthinterkante aus. In Abhängigkeit von Strahlreaktionskraft, Strahlaustrittsrichtung, zugehöriger Blattfläche und Geschwindigkeit der umgebenden Luft ändert sich der Auftriebsbeiwert des zugehörigen Blattabschnittes nach den Gesetzen des bekannten Strahlflügeleffektes.
Der Zweck der Erfindung ist die Beseitigung obengenannter Nachteile.
Hierzu wird der Strahl in bezug auf seinen Austrittswinkel, gegebenenfalls nach seiner Stärke, derart gesteuert, daß die Blatteinstellwinkelmechanik fortfällt und der Blatteinstellwinkel unveränderlich ist.
Es wird dadurch der Rotorkopf erheblich vereinfacht, so daß es konstruktiv möglich ist, in ihm große Querschnitte für die Luftleitung unterzubringen.
Dadurch kann eine große Luftmenge bei kleinem Druck als Antriebs- und Auftriebsmittel verwendet werden, wodurch sich ein günstiger Wirkungsgrad des Antriebes und eine gute Wirkung der Auftriebssteuerung auch in Autorotation ergibt. Das bedeutet, daß bei gewünschter Herabsetzung der Rotorumfangsgeschwindigkeit eine damit verbundene Wirkungsgradverschlechterung ausgeglichen werden kann.
Bei geeigneter Wahl von insbesondere fest eingestelltem Blattwinkel und der den Blattauftrieb in Autorotation mitbestimmenden Daten des Rotors und der Luftführungsquerschnitte ist bei Ausfall des Generators keine Steuerungsumstellung auf Auto rotationsverhältnisse erforderlich. Mit Ausbleiben des Generatordruckes ändern sich dabei die Auftriebsverhältnisse des mit der Düse versehenen Blattabschnittes in Abhängigkeit von den erwähnten Bedingungen auf die für Autorotation zuständigen Werte. Diese sind jedoch mit denen des Normalrotors schlecht vergleichbar, da ja der bei Autorotation auf Grund von Zentrifugalbeschleunigung im Blatt austretende Luftstrahl die Blattaerodynamik bestimmt (womit j a die Blattauftriebssteuerung durch Änderung des Strahlwinkels auch in Autorotation funktionsfähig bleibt).
Ein Problem heutiger Hubschrauber, die Umstellung auf Autorotationsblattanstellwinkel bei Versagen des Rotorantriebes fällt damit fort.
Durch die Wirkung des Strahles, der längs der Blatthinterkante ausströmt, wird der Profilwiderstand herabgesetzt und die Benutzung dicker Sonderprofile, z. B. auch elliptischer und sonstiger Formen, ermöglicht.
Die Steuerung des Strahles, insbesondere durch Änderung des Strahlwinkels, ermöglicht, die Steuerung auch von den Daten der anströmenden Luft, insbesondere Anströmwinkel und Anströmgeschwindigkeit, oder durch Massenwirkung von Steuerteilen bei Blattbeschleunigung vollziehen zu lassen.

Eine Ausführungsart zeigen Abb. 1 bis 3. Das mit dem Rotorkopf 5 bei Freihaltung großer Luftführungsquerschnitte verbundene Flügelblatt 6 ist auf die Länge 7 mit einer schlitzförmigen Düse versehen. Das vom Rotorkopf herkommende Druckgas strömt durch diese Düse und wird dabei von dem an der Düse drehbar gelagerten Teil 1 im Winkel O gesteuert. Diese Steuerung wird von zwei Stellen vorgenommen:

1. Der Pilot steuert den Einstellwinkel 01 mit dem

Gestänge 4 und dem drehelastischen Stab 3.

2. Die hilf sflügelartige Platte 2 sitzt mit Hebel 8 an

einer Stelle des Teiles 1, wodurch dieser zusätzlich

durch Verdrehen gesteuert wird in Abhängigkeit

von der beim Vorwärtsflug je nach dem Blatt-

umlaufwinkel in verschiedener Richtung und Ge-

schwindigkeit anströmenden Außenluft.

Der hierauf beruhende Einstellwinkel 02 addiert sich zu 01, wobei der Stab 3 als Drehfeder wirkt.

Es kann bei der hier wichtigen selbsttätigen Steuerung eines Winkels 02 in Abhängigkeit von den Anströmdaten auch eine andere Kopplung mit der Einstellung O1 als die beschriebene vorgenommen werden. Beisielweise eine Längsverschiebung des Stabes 3, bewirkt eine Anstellwinkeländerung der Platte 2, womit sich der O1 entsprechende Mittelwert des meist periodischen Winkels O2 ändert. Zur Beeinflussung der Abhängigkeit zwischen Anströmdaten und O2 kann zusätzlich eine Staudruckplatte 9 einwirken, die wie die Platte 2 an dem Teil 1 angebracht ist. Mit der Lage des Schwerpunktes der Vorrichtung nach Abb. 3, mit einem Ablenkkörper im Düsenstrahl, mit der Variation der Lage der Vorrichtungselemente zur Drehflügelachse und eventueller Aufteilung des Teiles 1 in verschiedene Funktionsbereiche lassen sich Kennlinien dieser Vorrichtung erzielen, die neben den einfacheren Forderungen auch automatischer zyklischer Steuerung auch die komplizierteren der Eigenstabilität erfüllen. Für bestimmte Fälle ist die Verwendung einer Klappe an der Flügelhinterkante statt des Stabes 3 von Vorteil (Abb.4).
Um dem Piloten die mit der Gashebelsteuerung des Gasgenerators im wesentlichen gleichlaufende Steuerung des Winkels O1 zu ersparen und das Gestänge 4 im Rotorkopf 5 weglassen zu können, läßt sich diese Funktion durch ein Organ im Flügelblatt oder Rotorkopf ausüben, welches auf den Gasdruck oder die Gasgeschwindigkeit reagiert. Hierzu eignen sich z. B. eine Druckdose, die den Stab 3 verdreht oder verschiebt, oder ein im Gasstrom liegender Hebel mit Profilplatte, der an dem Stab 3 befestigt ist und gegen eine Feder arbeitet.
Außer der Blattauftriebssteuerung durch Variation von O ist auch die Steuerung durch die Strahlintensität oder die Kombination von beiden möglich. So kann z. B. mit der Steuerung des Winkels O eine Änderung des Strahlaustrittsquerschnittes verbunden sein. Ein einfaches Mittel, die Blätter in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel verschieden mit Gas zu beaufschlagen, ist ein im Rotorkopf liegender, verschiebbarer Verdrängungskörper.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Drehflügel mit Antrieb durch Druckgas, das aus einem schlitzförmigen Spalt längs der Drehflügelhinterkante in Richtung und (oder) Stärke steuerbar austritt, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Steuerung der Richtung und (oder) Stärke des austretenden Strahles, die auf den Druck und bzw. oder auf die Geschwindigkeit des Druckgases reagiert.
2. Drehflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Strahles zusätzlich durch eine am Flügel angebrachte Vorrichtung erfolgt, die auf Anblasgeschwindigkeit und (oder) Anblasrichtung und (oder) Blattbeschleunigung reagiert.
3. Drehflügel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht mit dem Düsenspalt versehene Flügelteil eine gesteuerte Klappe an der Flügelhinterkante besitzt, die in fester oder federnder Verbindung mit einem Teil steht, der zur Änderung der Richtung und (oder) der Stärke des Strahles dient.
4. Drehflügel mit Antrieb durch Druckgas, das aus einem schlitzförmigen Spalt längs der Drehflügelhinterkante hinsichtlich seiner Richtung steuerbar austritt, insbesondere nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der einzelnen Drehflügel fest eingestellt ist, so daß er weder zyklisch noch kollektiv verstellbar ist.
5. Drehflügel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fest eingestellte Anstellwinkel des Blattes die Größe besitzt, die bei Ausfall des Triebwerkes bei Berücksichtigung des Strahlflügeleffektes für Autorotationsflug zuständig ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 443 936; französische Patentschrift Nr. 1010 024.