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Einrichtung zur Richtungssteuerung für Hubschrauber mit zwei koaxialen
lasttragenden gegenläufigen Rotoren Die Erfindung betrifft -eine Einrichtung zur
Richtungssteuerung für Hubschrauber mit zwei koaxialen lasttragenden gegenläufigen
Rotoren, deren Blätter rotorweise unterschiedlich kollektiv einstellbar sind, und
mit zwei zugehörigen, in Rotorachsrichtung verschiebbaren, je aus einem Führungsteil
und einem sich drehenden Teil bestehenden Taumelscheiben, deren Führungsteile über
Taumelscheiben-Verbindungslenker miteinander verbunden sind, ferner mit einer in
Rotorachsrichtung gegenüber den Taumelscheiben in Abhängigkeit von den Steuerorganen
der Richtungssteuerung des Hubschraubers verschiebbaren, an der Drehung einer der
Taumelscheiben teilnehmenden Schiebehülse, die Schwenkhebel trägt, an denen je ein
Lenkerpaar angelenkt ist, von dem der eine Lenker mit dem sich drehenden Teil der
einen Taumelscheibe verbunden ist.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art sind die Taumelscheiben
zueinander unverschieblich durch Lenker verbunden. Jeder Taumelscheibe ist eine
Schiebehülse zugeordnet. Die beiden Schiebehülsen sind sowohl gleichsinnig und dabei
gemeinsam mit den Taumelscheiben als auch gegensinnig zueinander gegenüber den Taumelscheiben
verschiebbar, um bei der gleichsinnigen Verschiebung eine gleichmäßige Kollektivverstellung
der Blätter beider Rotoren, dagegen bei der gegensinnigen Verschiebung deren rotorweise
unterschiedliche Kollektivverstellung zu bewirken. Hierfür tragen die Schiebehülsen
Schwenkhebel, an denen je ein Lenkerpaar angelenkt ist, von dem ein Lenker mit dem
sich drehenden Teil der zugehörigen Taumelscheibe verbunden ist, während der andere
Lenker am Verstellhebel eines der von der Taumelscheibe gesteuerten Rotorblätter
angreift. Es sind bei dieser Einrichtung zusätzlich zu den die nicht drehbaren Führungsteile
der Taumelscheiben zueinander unverschiebbar miteinander verbindenden Lenkern und
den beiden Schiebehülsen verhältnismäßig viele Bauteile, wie Schwenkhebel, zellenfeste
Schwenkhebellager sowie sonstige verhältnismäßig lange Lenker, benötigt, um die
rotorweise unterschiedliche Kollektivverstellung der Rotorblätter zu ermöglichen.
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Bei einer weiteren bekannten Einrichtung mit zueinander unverschiebbar
durch Lenker verbundenen Taumelscheiben ist die rotorweise unterschiedliche Kollektivverstellung
der Blätter aus einer gemeinsamen Verschiebung der Taumelscheiben dadurch abgeleitet,
daß über Lenker und Umlenkhebel die Blattverstellung an einem Rotor gegenüber derjenigen
am anderen Rotor mit umgekehrter Stellrichtung erfolgt. Um hierbei eine gleichmäßige
Kollektivverstellung der Blätter beider Rotoren zu ermöglichen, ist der Lagerpunkt
der Umlenkhebel zusammen mit den Taumelscheiben, jedoch in einem Wegübersetzungsverhältnis
verschiebbar. Für die Verschiebung der Lagerpunkte der Umlenkhebel sind wiederum
zusätzlich zu den Verbindungslenkern der Taumelscheiben besondere Lenker und Umlenkhebel
erforderlich, die den Gewichts- und Bauaufwand erhöhen.
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Es ist auch eine Einrichtung bekannt, bei der die rotorweise unterschiedliche
Kollektivverstellung der Rotorblätter durch zueinander verschiebliche Taumelscheiben
erreicht ist. Zu diesem Zwecke sind die nicht drehbaren Führungsteile der Taumelscheiben
über Lenker und Umlenkhebel miteinander verbunden, von denen die einer Taumelscheibe
zugehörigen Umlenkhebel um Lagerpunkte schwenken, die auf ortsfesten Bahnen verschiebbar
sind. Die nicht drehbare Anordnung der Führungsteile beider Taumelscheiben hat zur
Folge, daß zusätzlich zu den die Taumelscheiben miteinander verbindenden Lenkern
und Umlenkhebeln verhältnismäßig lange, im Inneren der Rotorwellen angeordnete Hülsenschieber
erforderlich sind, um die eine rotorweise unterschiedliche Kollektivverstellung
ergebende Verschiebung der Taumelscheiben zueinander auf die Blätter der Rotoren
zu übertragen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Hubschrauber mit zwei
koaxialen lasttragenden gegenläufigen Rotoren die unterschiedlich große Reaktionsdrehmomente
erzeugende Einrichtung für die Richtungssteuerung gegenüber den bekannten Ausführungen
durch eine Verringerung der benötigten Bauteile zu vereinfachen, indem die Verbindungslenker
der Taumelscheiben für die rotorweise unterschiedliche Kollektivverstellung der
Rotorblätter benutzt werden, ohne hierzu zusätzliche, über die ganze oder nahezu
ganze Länge der Rotorwelle
reichende Mittel für die übertragung
der Einstellbewegung der Taumelscheiben auf die Rotorblätter zu benötigen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs
genannten Gattung dadurch gelöst, daß der andere Lenker eines jeden Lenkerpaares
an je einem am sich drehenden Teil der einen Taumelscheibe verstellbar angeordneten
Zwischenglied angreift, das mit dem am Führungsteil der anderen Taumelscheibe angelenkten
Taumelscheiben-Verbindungslenker verbunden ist und bei seiner Verstellung den Taumelscheiben-Verbindungslenker
gegenüber dem sich drehenden Teil der einen Taumelscheibe in Richtung der anderen
Taumelscheibe oder umgekehrt verschiebt. Durch diese Ausgestaltung entfällt die
Notwendigkeit, beiden Taumelscheiben je eine Schiebehülse zuzuordnen. Ferner entfallen
zusätzliche, über die ganze oder nahezu ganze Länge der Rotorwellen reichende Übertragungslenker.
Die Anzahl der Funktionsteile der Steuereinrichtung ist verringert, und es ist eine
übersichtliche, leicht zu überwachende Bauweise geschaffen.
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Die am sich drehenden Teil der einen Taume.-scheibe angeordneten Zwischenglieder
können in verschiedener Weise gestaltet sein, um über die Verbindungslenker die
Verschiebung der Taumelscheiben zueinander zu bewirken. Eine baulich einfache Ausgestaltung
besteht erfindungsgemäß darin, daß jedes Zwischenglied als Waagebalken gestaltet
ist, an dessen einem Ende der eine Lenker und an dessen anderem Ende der Taumelscheiben-Verbindungslenker
gelenkig angeschlossen ist.
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Um gegensinnige Verstellbewegungen der Blätter beider Rotoren zu erzielen,
ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung an dem mit dem einen Lenker verbundenen
Arm des Zwischengliedes zusätzlich ein Lenker angelenkt, der mit dem Blattverstellhebel
eines mit dem Zwischenglied im gleichen Drehsinn umlaufenden Rotorblattes kinematisch
gekuppelt ist.
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'~Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt
und nachfolgend beschrieben.
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Die koaxialen gegenläufigen Rotorwellen 1, 2 tragen dreh- und verschiebefest
die Rotorköpfe 3 und 4. An den Rotorköpfen 3,4 sind je ein Paar Rotorblätter 5,
6 angeordnet, die um Schlaggelenke 7 in der Hochrichtung und außerdem um nicht dargestellte
SchwenkgeIenke in ihrer Drehebene schwenkbar und ferner um die Blattlängsachse zur
Veränderung ihres Einstellwinkels drehbar sind. Unter dem unteren Rotor 3, 5 sowie
zwischen diesem und dem oberen Rotor 4, 6 befinden sich die Taumelscheiben 8, 9,
von denen die untere Taumelscheibe ß einen mittels des Kniehebels 10,11 gegen Drehung
gehaltenen, jedoch in Richtung der Rotorachse verschiebbaren Führungsteil 12 und
einen an der Drehung des unteren Rotors 3, 5 teilnehmenden, mit dem Führungsteil
12 axial verschiebbaren Teil 13 aufweist, der durch eine Schiefstellung des Führungsteils
12 gegenüber der Rotorachse beim Umlauf Taumelbewegungen ausführt. Die für die Taumelbewegung
des Teils 13 erforderliche Neigung des Führungsteils 12 gegenüber der Rotorwellenachse
wird durch hydraulische Arbeitsstreben verursacht, von denen diejenige hydraulische
Arbeitsstrebe 14, welche in Abhängigkeit von den der Steuerung des Hubschraubers
um seine Querachse dienenden, vom Piloten oder einer automatischen Steuerung verstellten
Steuerteilen wirksam ist. Die Arbeitsstrebe 15 ist in Abhängigkeit von den der Steuerung
des Hubschraubers um die Längsachse dienenden Steuerungsteilen wirksam.
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Zur statischen Bestimmung der Lage des Führungsteils 12 ist eine weitere
hydraulische Arbeitsstrebe vorhanden, welche mit Bezug auf die Rotordrehachse der
Arbeitsstrebe 15 gegenüberliegt und daher in der Figur verdeckt ist. Diese ebenfalls
am Führungsteil 12 angreifende zusätzliche Arbeitsstrebe dient ebenso der Steuerung
des Hubschraubers um die Längsachse und wirkt gleichermaßen in Abhängigkeit von
den vom Piloten oder einer automatischen Steuerung bedienten Steuerungsteilen. Die
zusätzliche Arbeitsstrebe führt jedoch mit Bezug auf die Arbeitsstrebe
15 gegenläufige Verstellbewegungen aus. Die hydraulischen Arbeitsstreben
14, 15 können ihre Verstellbewegungen sowohl unabhängig voneinander als auch
überlagert ausführen, wie an sich bekannt.
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Die Taumelbewegung des sich drehenden Teils 13 der Taumelscheibe 8
wird über Zwischenglieder 22, ferner über Lenker 16 und die am Rotorkopf 3 gelagerten
Schwenkbügel 17 sowie über einen am Blattverstellhebel 18 angreifenden Lenker
19 auf die Rotorblätter 5 übertragen. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Zwischenglieder
22 keine Änderung ihrer Einstellage gegenüber dem sich drehenden Teil
13
erfahren, wie noch erläutert wird.
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Bezogen auf die Umlaufbahn der Rotorblätter 5 und des sich drehenden
Teils 13 erstrecken sich die Längsachsen der Rotorblätter 5 einesteils und die Lenker
16 andernteils in Radialebenen, welche einen Winkel von 90° einschließen. Die Rotorblätter
5 erfahren demzufolge die von den Lenkern 16 ausgehende Veränderung ihres Einstellwinkels
an Stellen ihrer Umlaufbahn, welche den Lenkern 16 um einen Drehwinkel von 90° voreilen.
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Die Umlaufbewegung sowie die Taumelbewegung des sich drehenden Teils
13 der Taumelscheibe 8 werden auf die dem oberen Rotor 4, 6 zugeordnete Taumelscheibe
9 durch Verbindungslenker 20 übertragen, welche über dis Zwischenglieder 22 mit
dem Teil 13 und mit dem Führungsteil 21 der Taumelscheibe 9 verbunden sind
Dabei ist wiederum vorausgesetzt, daß die Zwischenglieder 22 keine Änderung ihrer
Einstellage gegenüber dem sich drehenden Teil 13 erfahren, was nachfolgend noch
erläutert wird. Die Lenker 20 und der Führungsteil 21 der oberen Taumelscheibe
9 laufen mit der Drehzahl und -richtung des unteren Rotors 3, 5 um.
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Im Führungsteil 21 ist der Teil 23 der oberen Taumelscheibe 9 geführt,
der seinerseits an der Umlaufbewegung des oberen Rotors 4, 6 teilnimmt und sich
daher gegensinnig zum Führungsteil 21 dreht, Die dem sich drehenden Teil
23 vom Führungsteil 21 erteilten Taumelbewegungen werden über die Lenker
24, ferner über die am oberen Rotorkopf 4 gelagerten Schwenkbügel 25 und die Lenker
26 auf die Blattverstellhebel27 des oberen Rotors übertragen, welche den Einstellwinkel
der Rotorblätter 6 verändern.
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Zur Richtungssteuerung des Hubschraubers um die Hochachse ist eine
in Abhängigkeit von den vom Piloten oder einer automatischen Steuerung wirksame
hydraulische Arbeitsstrebe 28 angeordnet, die eine ungleiche Kollektivverstellung
der Rotorblätter 5, 6 verursacht. Zu diesem Zwecke greift die
Arbeitsstrebe
28 an einem durch den Kniehebel 29, 30 gegen Drehung gehaltenen Ring
40 an, der einen Kragen 41 einer Hülse 42 übergreift. Die Hülse 42 ist axial
verschiebbar auf der Rotorwelle 1 angeordnet; sie nimmt jedoch an der Drehbewegung
der unteren Rotorwelle 1 teil. An der Hülse 42 sind Schwenkhebel 43 gelagert, die
um hülsenfeste Zapfen 44 schwenken. An den Schwenkhebeln 43 ist je
ein Lenkerpaar 46, 47 angelenkt. Von diesem ist der Lenker 47 gelenkig am sich drehenden
Teil 13 der Taumelscheibe 8 abgestützt, während der Lenker 46 am Zwischenglied 22
angelenkt ist, welches in Art eines Waagebalkens schwenkbar am sich drehenden Teil
13 gelagert ist. Wird zum Zwecke einer ungleichen Kollektivverstellung der
Rotorblätter 5, 6 die Hülse 42 von der Arbeitsstrebe 28 axial verschoben,
so ergibt sich infolge der Mitverschiebung der Zapfen 44 eine Schwenkung
der Hebel 43 um die Zapfen 48, welche die am Teil 13 abgestützten Lenker
47 mit den Schwenkhebeln 43 gelenkig verbinden. Die Schwenkung der Hebel 43 bewirkt
daher ein Schwenken der Zwischenglieder 22, so daß die Verbindungslenker 20 einerseits
und die Lenker 16 andererseits gegensinnig verstellt werden. Als Folge hiervon erfahren
die Rotorblätter 5 über die Lenker 16, Schwenkbügel 17, Lenker 19 und Blattverstellhebe118
eine kollektive Änderung ihres Einstellwinkels im einen Sinne, dagegen die Rotorblätter
6 über die Verbindungslenker 20, die Teile 21 undT"3 der oberen Taumelscheibe 9,
ferner über die Lenker 24, Schwenkbügel 25, Lenker 26 und Blattverstellhebe127 eine
kollektive Änderung ihres Einstellwinkels im anderen Sinne. Mit dieser ungleichen
Kollektivverstellung treten im Antriebswerk der Rotoren ungleiche Reaktionsdrehmomente
auf, welche die Richtungssteuerung des Hubschraubers bewirken.
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Um schließlich die Rotorblätter 5 und 6 für die Höhensteuerung des
Hubschraubers auch gleichmäßig kollektiv verstellen zu können, sind die Taumelscheiben
8 und 9 zu sich selbst parallel in Achsrichtung der Rotorwellen 1, 2 verschiebbar.
Zu diesem Zwecke werden die hydraulischen Arbeitsstreben 14, 15, 28 beispielsweise
durch eine Axialverschiebung des sie tragenden Gehäuseteils 49
gleichsinnig
und gleichmäßig in Abhängigkeit von den vom Piloten oder einer automatischen Steuerung
für die Höhensteuerung des Hubschraubers bedienten Steuerteilen verstellt. Die hierdurch
bewirkte Axialverschiebung der Taumelscheibe 8 wird über die Verbindungslenker 20
auf die Taumelscheibe 9 übertragen. Da jedoch die Rotorköpfe 3, 4 unverschiebbar
auf den Rotorwellen 1, 2 angeordnet sind, verursacht die Axialverschiebung der Taumelscheibe
8 über die Lenker 16, Bügel 17, Lenker 19 und Blattverstellhebel18 einesteils sowie
über die Verbindungslenker 20, die Taumelscheibe 9, Lenker 24, Schwenkbügel 25,
Lenker 26 und Blattverstellhebe127 eine gleichmäßige Kollektivverstellung der Rotorblätter
5 und 6. Hierbei bleibt die Einstelllage der Zwischenglieder 22 gegenüber dem sich
drehenden Teil 13 der Taumelscheibe 8 unverändert, da die Hülse 42 mit den daran
angeordneten Schwenkhebeln 43, den Lenkerpaaren 46, 47 ebenso axial verschoben wird
wie die Taumelscheibe B.
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Die Verstellbewegungen der hydraulischen Arbeitsstreben 14, 15 und
28 können sowohl unabhängig voneinander als auch überlagert erfolgen, wie dies an
sich bekannt ist.