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Stabilisierungseinrichtung für Drebflügelflugzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf eine Stabilisierungseinrichtung für Drehflügelflugzeuge mit einem am Rotorkopf
angeordneten und relaitv zu ihm höhenverschiebbaren Steuersystem für die Blattwinkelsteuerung
der Rotorblätter, wobei der Rotorkopf im Flugzeug elastisch gelagert ist.
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Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, um Drehflügelflugzeuge
zu stabilisieren. Bei einer bekannten Stabilisierungseinrichtung werden Kreisel
verwendet. Die durch die Kreisel ermittelten Werte werden entweder direkt oder gegebenenfalls
über elektronische Verstärker in die Steuerung eingeführt. Diese Methode erfordert
sehr empfindliche Geräte und bringt manchmal erhebliche Komplikationen mit sich.
Eine andere Methode sieht eine Kupplung von Schlag- oder Konuswinkel und Anstellwinkel
des Rotorblattes vor, um auf diese Weise die Stabilität des Hubschraubers zu verbessern.
Hinzu sind zwischen Rotorblatt und Rumpf besondere Gestänge mit einer Korrektureinrichtung,
z. B. einer Taumelscheibe und einer Dämpfungseinrichtung erforderlich. Die Wirksamkeit
einer solchen Stabilisierungseinrichtung ist aber nicht besonders günstig, denn
es kann praktisch nur im reinen Vorwärtsflug eine gewisse Stabilität erreicht werden.
Durch die elastische Lagerung des Rotorkopfes im Flugzeug sollen Erschütterungen
vermieden werden. Jedoch hat eine solche Lagerung keinen Einfluß auf die Stabilität
eines Drehflügelflugzeu 'ges.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bekannten
Stabilisierungseinrichtungen zu vermeiden und eine möglichst einfache Einrichtung
zur Stabilisierung von Drehflügelflugzeugen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der nicht drehende
Teil des Rotorkopfes gegenüber dem als Festpunkt für das Steuersystem dienenden
Flugzeugteil, z. B. Rumpf, in der Bewegungsrichtung des Steuersystems nachgiebig
und damit selbsttätig eine Relativverschiebung zum Steuersystem bewirkend aufgehängt
ist. Die so hervorgerufene Relativverschiebung zwischen dem nicht drehenden Teil
des Rotorkopfes und dem Steuersystem bewirkt bei entsprechender Auslegung der Steuerung
eine Verkleinerung des Anstellwinkels aller Blätter. Diese Verkleinerung des Anstellwinkels
hat mehrere Vorteile: Bei böigem Wetter werden Stöße automatisch weggesteuert. Senkrechte
Schwingungen werden isoliert. Außerdem wird die Winkelstabilität des Flugzeuges
erhöht. Bezüglich der Winkelstabilität ist zu bemerken, daß ein Hubschrauber bei
Anblasung von vorn bekanntlich winkelunstabil ist, wenn der Betrag der dem dynamischen
System zugeführten Energie größer wird als der Betrag der dem System durch Dämpfung
entzogenen Energie. Durch die hier beschriebene Anordnung wird nun die durch Neigung
des Rotors hervorgerufene Auftriebsvergrößerung zu einem beträchtlichen Teil automatisch
wieder weggesteuert, so daß die dämpfenden Einflüsse die anfachenden Einflüsse wieder
überwiegen können.
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Zwecks nachgiebiger Aufhängung sind gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung zwischen dem nicht drehenden Teil des Rotorkopfes und dem Rumpf ein oder
mehrere federnde Elemente eingefügt. Die federnden Elemente sind vorteilhafterweise
so eingebaut, daß sie bei positiven Vertikalbeschleunigungen auf Druck beansprucht
werden. Bei dieser einfachen Form der Stabilisierungseinrichtung kann es aber vorkommen,
daß unter Umständen nicht genügend hohe vertikale Beschleunigungen aufgebracht werden
können und daß dadurch das Flugzeug nicht mehr genügend steuerbar ist. Dieser Umstand
kann sich z. B. beim Abfangen aus einer vertikalen Autogirolandung in unerwünschtem
Maße bemerkbar machen. Werden zur Vermeidung dieses Umstandes die federnden Elemente
der Aufhängung entsprechend steif ausgelegt, so ist andererseits die Wirkung bei
geringen Fluggeschwindigkeiten bzw. im Schwebeflug für eine selbsttätige Stabilisierung
nicht mehr ausreichend.
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Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten weisen die federnden Elemente
gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine nichtlineare Federkennlinie auf.
Hierzu bestehen die federnden Elemente aus etwa zylindrischen Gummipuffern. Dabei
sind die Gummipuffer wenigstens auf einem Teil ihrer Länge und
bzw.
oder ihres Umfanges mit Spiel von einer festen Wand umhüllt. Diese Ausbildungsform
hat den Vorteil, daß sie bei geringen Auftriebsvergrößerungen sehr empfindlich ist,
bei stärkeren Auftriebsvergrößerangen aber völlig starr wirkt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind in den federnden Elementen
feste, zentrale Keine angeordnet, die seitliche Kräfte oder Drehmomente von dem
nicht drehenden Teil des Rotorkopfes auf den Rumpf übertragen. Vorzugsweise sind
die Kerne mit Anschlägen versehen, durch die negative Vertikalbeschleunigungen von
dem nicht drehenden Teil des Rotorkopfes auf den Rumpf übertragen werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die federnden Elemente
auswechselbar angeordnet. Hierdurch kann auf experimentellem Wege der richtige Wert
für die Charakteristiken der federnden Elemente bestimmt werden.
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Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung werden federnde Elemente
mit während des Flu-es veränderbarer Federsteifigkeit verwendet. Um diese Veränderung
zu erreichen, sind die federnden Elemente pneumatisch mit wählbarem Betriebsdruck
ausgebildet. Diese Ausbildung ist besonders geeignet für durch Strahlreaktion angetriebene
Rotoren.
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An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Es zeigt F i g. 1 das Prinzip der Einrichtung, F i g. 2 bis
5 verschiedene Ausführungsfornien der federnden Elemente.
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Auf einem flugzeugfesten Teil, z. B. Rumpf 1, ist der Rotorkopf
federnd aufgehängt. Der Rotorkopf selbst besteht aus dem nicht drehenden Teil 2,
der die Steuereinrichtung umschließt, und der Rotornabe 3. An der Rotornabe
3 sind in bekannter Weise die Rotorblätter 5 aufgehängt. Im nicht
drehenden Teil 2 des Rotorkopfes ist die Steuernabe 6 auf- und abbewegbar
gelagert. In dieser Steuernabe 6 befinden sich die üblichen Teile zur Steuerung
der Rotorblätter. Außerhalb der Steuernabe 6 befindet sich das höhenverschiebbare
Steuersystem, im Ausführungsbeispiel die Spinne 7. Innerhalb der Steuernabe
6 ist durch einen Pfeil angedeutet, daß das Steuergestänge zwecks zyklischer
Blattsteuerung allseitig neigbar ist. Ferner ist durch einen außerhalb der Steuernabe
6
am unteren Ende angebrachten Pfeil angedeutet, daß die gesamte Steuernabe
6 mit den darin enthaltenen Steuerungsteilen in der Höhe innerhalb des nicht
drehenden Teiles 2 des Rotorkopfes verstellbar ist, um auf diese Weise die kollektive
Blattwinkelverstellung durchführen zu können. Diese Höhenverstellbarkeit der Steuernabe
6 ist in der Zeichnung durch das Gestänge 8 angedeutet, das am Gelenk
9 flugzeugfest gelagert ist.
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Zwischen dem nicht drehenden Teil 2 des Rotorkopfes und dem Rumpf
1 liegen federnde Elemente 13, die hier schematisch als eine Anzahl
von Schrauben dargestellt sind. Die federnden Elemente 13 enthalten feste
Keine 11, z. B. Bolzen. Die Keine 11
übertragen seitliche Kräfte bzw.
Drehmomente vom Rotorkopf auf den Rumpf 1. Nimmt der Auftrieb am Rotor zu,
so werden die federnden Elemente 13
zusammengedrückt und der nicht drehende
Teil 2 des Rotorkopfes hebt sich gegenüber dem Rumpf 1 an. Da aber die Steuernabe
6 am Gelenk 9 am Rumpf 1
gelagert ist, ergibt sich auch eine
Relativverschiebung zwischen Steuernabe 6 und dem nicht drehenden Teil 2
des Rotorkopfes. F i g. 2 zeigt ein federndes Element mit nichtlinearer Federcharakteristik.
Ein Gummipuffer 14 ist zwischen dem nicht drehenden Teil 2 des Rotorkopfes und dem
Rumpf 1 angeordnet. Der Gummipuffer 14 wird durch einen zentralen, festen
Kern 11, z. B. einen Bolzen, gehalten. Die nichtlineare Charakteristik der
Federwirkung wird durch eine Wand 15 erreicht, die in geringem Abstand um
den Gummipuffer 14 verläuft. Wird der Gummipuffer 14 zusammengedrückt, so legt er
sich schließlich gegen die seitliche Wand 15 und nimmt in diesem Augenblick
andere Federeigenschaften an. Der untere Kopf 12 des Kernes 11 wirkt als
Anschlag bei negativen Beschleunigungen.
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F i g. 3 zeigt eine weitere Ausbildung des federnden Elementes,
bei der der Gummipuffer 14 als ganzer Ring ausgebildet ist. Auch hier bewirkt die
Wand 15
eine nichtlineare Federcharakteristik. Der feste Kein 11 ist
z. B. in Form einer Anzahl von nach unten vorstehenden Stiften oder als geschlossener
Ring ausgebildet.
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F i g. 4 zeigt eine andere Ausbildung eines federnden Elementes
13. Auch hier sind Gummipuffer 14 mit Wand 15 zur Veränderung der
Charakteristik vorgesehen.
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F i g. 5 zeigt eine pneumatische Federung. Als elastisches
Element wird komprimierte Luft verwendet, die über die Leitung 20 in den Hohlraum
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eines Zylinders 18 eingeleitet wird. Der Zylinder 18
ist am
Rumpf 1 angeordnet. Am nicht drehenden Teil 2 des Rotorkopfes ist ein Kolben
16 und eine Dichtung 17 befestigt. Durch ein Regelventil 21 in der
Leitung 20 kann ein bestimmter Betriebsdruck im Zylinder 18 eingestellt und
damit die Federsteifigkeit je nach Bedarf verschieden gewählt werden. Ein
Ablaßventil 22 dient nicht nur zu einer eventuell sekundären Druckregelung, sondern
ermöglicht auch das Ablassen von sich möglicherweise bildendem Kondenswasser. Bei
dieser Ausführung wirkt der Kolben 16 im Zylinder 18 als fester Kein,
so daß durch ihn die Seitenkräfte übertragen werden.