DE1481601C - Einrichtung zum Regeln der kollektiven und zyklischen Verstellung der Einstell winkel von schlag und schwenkgeienklosen Rotorblattern eines Hubschraubers mit fest stehenden Tragflachen - Google Patents

Description

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gen der einzelnen Rotorblätter an verschiedenen angeschlossen sind. Der Rotorkopf 2 dreht sich um Stellen der Blattspannweite gemessen* und die Meß- die Rotorachse 3. Die zyklische und kollektive Steuewerte dienen als Eingangsgrößen für die Regelein- rung kann auf beliebige Weise ausgeführt sein,
richtung. Nach einem weiteren Merkmal der Erfin- . Der ideale Zustand des im Schnellflug stark entladung wird die Summe der Meßwerte der Regelein- 5 steten Rotors ist in Fig. 1 gezeigt. Die Rotorblätter 1 richtung als Eingangsgröße zugeführt. Auf diese haben den kollektiven Einstellwinkel nahezu Null. Weise wird ein dem Rotorschub proportionaler Meß- Der Rotor läuft hier in Windebene4, d.h., die Anwert gebildet. Schließlich ist erfindungsgemäß vorge-. Strömrichtung fällt in die Rotorebene. Dieser ideale sehen, daß die Meßwerte selektiv als Maß der Rotor- Zustand des Rotors soll während des Schnellfluges neigungen um die Quer- und Längsachse der Regel- io durch die Messung der Blattbiegebeanspruchungen einrichtung zugeführt werden. und durch ihre Weiterverarbeitung als Eingangs-

Diese Meßwerte werden durch geeignete Mittel, größe einer Regeleinrichtung jederzeit beibehalten die nicht weiter beschrieben zu werden brauchen, bzw. der Rotor bei einer Störung sofort in diesen Zuvom drehenden Rotor auf den festen Flugzeugkörper stand wieder zurückgeführt werden,
übertragen und als Eingangsgröße eines Reglers be- 15 Es ist denkbar, den Rotor dadurch mindestens nanutzt, der sich durch spezielle Charakteristika, die hezu im entlasteten Zustand zu halten, daß bei einem durch die spezielle Ausführung des Fluggerätes und geringen positiven oder negativen Anstellwinkel der des zu regelnden Flugzustandes bestimmt werden, Rotorebene gegenüber der Windebene der dabei aufauszeichnet. Die Eingangsgröße des Reglers beauf- tretende Schub durch entsprechendes negatives oder schlagt dann entweder die kollektive oder zyklische 20 positives kollektives Verstellen der Einstellwinkel der Blattsteuerung. Die Auswahl des zu benutzenden Rotorblätter 1 auf Null gebracht wird. Auf jeden Fall Steuerorgans ist wiederum von der speziellen Flug- wird sich die auftretende Belastung unter dem bisher aufgäbe abhängig. Die Verstellung erfolgt nun in bekannten und üblichen Maß halten,
dem Maße, daß der Rotorschub und bzw. oder die Ausgehend vom idealen Zustand im Schnellflug

Rotorneigung auf einem konstanten wählbaren Wert, 25 nach Fig. 1 können nun verschiedene Störungen auch bei Böen und Abfangfällen, gehalten werden. auftreten. So kann z. B. durch eine vorübergehende

Durch die Erfindung wird somit erreicht, daß in Böe eine plötzliche Belastung aufgetreten sein, wie dem Geschwindigkeitsbereich, in dem der Tragflügel F i g. 2 zeigt. Die Rotorblätter 1 könnten dabei unzuden gesamten Auftrieb liefern kann und die Ruder lässig großen Deformationen ausgesetzt sein. Durch des Trag- und Leitwerkes voll wirksam sind, der Ro- 30 die Regeleinrichtung wird bewirkt, daß sich große tor von der Regeleinrichtung in dem für den Schnell- Deformationen fast nicht ausbilden können und daß flug günstigsten Zustand, d.h. nahezu auftriebslos in die'Rotorblätter schon beim anfänglichen Auftreten Anströmebene, gehalten wird. der Blattbiegemomente in den Ausgangszustand nach

Im Sinne der erfindungsgemäßen Regelung wird F i g. 1 zurückkehren.

der Rotor entlastet, und damit werden die gefährli- 35 Sollte eine Böe länger wirken (Fig.3, Ausgangschen Rotorblattbeanspruchungen auf einem Mini- zustand nach F i g. 1), dann bildet sich zwischen der mum gehalten. senkrecht zur Rotorachse 3 liegenden Normalebene 6

Die daraus resultierenden Flugzeugbeanspruchun- und der Windebene 4 der Rotoranstellwinkel 7. gen nehmen damit ebenfalls einen zugelassenen Wert Durch diesen Rotoranstellwinkel 7 ergeben sich Luftan. Dem Piloten steht während des Schwebe- und 40 kräfte am Rotorblatt 1, welche Beanspruchungen der Langsamfluges die übliche Steuerung mit Hilfe des Rotorblätter erzeugen. Durch die Messung der Bean-Rotors zur Verfügung und oberhalb einer bestimm- spruchungen und ihre Umsetzung in eine Regelrichten Geschwindigkeit die Rudersteuerung, wobei er tung wird nun bewirkt, daß das Rotorblatt 1 in die dann auf den Rotor nicht mehr zu achten braucht. Windebene 4 gebracht wird. Die am Rotor angrei-Im Schnellflug kann somit der erfindungsgemäße 45 fende Kraft ist jetzt auf Null gebracht. Die Verstel-Kombinationsflugschrauber nahezu wie ein Starrflü- lung des Einstellwinkels der Rotorblätter 1 kann, um gelflugzeug geflogen werden. Erst durch die ständige die gewünschte Lage zu erhalten, bei Rotorblattein-Entlastung des Rotors im Schnellflug ist es möglich, Stellwinkel Null entweder nur zyklisch oder als kommit einem Kombinationsflugschrauber die gewünsch- binierte kollektiv-zyklische Regelung erfolgen,
ten hohen Geschwindigkeiten zu fliegen. 5° In F i g. 4 ist der Abfangfall dargestellt, bei wel-

In der Zeichnung sind verschiedene Zustände ehern sich der ursprüngliche Rotoranstellwmkel Null eines Rotors, wie sie während des Schnellfluges auf- nach F i g. 1 auf den Rotoranstellwinkel 7 vergrößert treten können, dargestellt und im folgenden an Hand hat. Auch hier würden sich starke Blattbiegebeanvon Beispielen näher erläutert, und zwar zeigt spruchungen ergeben, wenn nicht die Regeleinrich-

F i g. 1 den idealen Zustand eines Rotors, 55 tung die Rotorblätter 1 in die Soll-Lage parallel zur

F i g. 2 den Zustand bei einer Störung durch eine Windebene 4 bringen würde. Normalerweise wird im kurze Böe, . Schnellflug die Normalebene 6 nich in der Wind-

Fig. 3 den Zustand bei einer Störung durch eine ebene4 liegen, wie es inFig. 1 dargestellt ist, sondern langer wirkende Böe, es wird ein Rotoranstellwinkel vorhanden sein

F i g. 4 den Zustand beim Abfangen, 60 (F i g. 5). Diese Abweichung vom Idealzustand ergibt

F i g. 5 den Zustand im Schnellflug mit Rotoran- sich aus dem Momentausgleich bei der jeweiligen Bestellwinkel, ladung des Fluggerätes unter Berücksichtigung des

F i g. 6 den Zustand bei Abfangen aus der Lage wirksamen Anstellwinkels der zusätzlichen Traggemäß F i g. 5. fläche zur Erzeugung des notwendigen Auftriebes.

In den Figuren ist ein Rotor schematisch angedeu- 65 Auch in diesem Fall wird die Ebene des Rotorblattet, welcher in bekannter Weise aus einer beliebigen tes 1 in die Windebene 4 zurückgeführt.
Anzahl von Rotorblättern 1 bestehen kann, welche Ein besonders kritischer Fall (F i g. 6) ergibt sich,

an einem Rotorkopf 2 schlag- und schwenkgelenklos wenn der in F i g. 5 dargestellte stationäre Flugzu-

stand zusätzlich durch eine kurze oder länger wirkende Böe oder durch eine Anstellwinkelvergrößerung infolge Abfangens gestört "wird. Jetzt kommt nämlich zu dem notwendigen Anstellwinkel 7 ein zusätzlicher Anstellwinkel 8, wodurch sich infolge des hohen Schubes eine besonders kräftige Beanspruchung der Rotorblätter ergibt, wenn nicht die Regeleinrichtung auf Grund der Messung der Blattbiegebeanspruchungen die Rotorblätter 1 in die Windebene 4 steuern würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 kel des Rotors verändern. Abfangbewegungen, Kur-Patentansprüche: . venflüge und Böen stellen in diesem Sinne Störungen ;Λ,., , -... dar. Hierbei kann die Schlagbewegung so groß wer-

1. Einrichtung zum Regeln der kollektiven und den, daß die Rotorblätter untragbar hohen Beanzyklischen Verstellung der Einstellwinkel von 5 spruchungen ausgesetzt sind. Aus diesem Grunde ist

. schlag- und schwenkgelenklosen Rotorblättern die Höchstgeschwindigkeit bisher begrenzt, welche

eines Hubschraubers mit feststehenden Tragflä- zwar über die des Hubschraubers hinausreicht, aber

chen, um im Schnellflug den Rotorschub und bzw. noch keine befriedigende Erweiterung darstellt,

oder die Rotorneigung angenähert auf Null zu In letzter Zeit ist es durch besondere konstruktive

halten, dadurch gekennzeichnet, daß io und aerodynamische Maßnahmen möglich geworden,

die Blattbiegebeanspruchungen der einzelnen Ro- auf Schlag- und Schwenkgelenke beim Rotorblattan-

torblätter an verschiedenen Stellen der Blatt- Schluß an den Rotorkopf zu verzichten. Dies war ins-

spannweite gemessen werden und die Meßwerte besondere dadurch möglich, daß neue Werkstoffe

als Eingangsgrößen für die Regeleinrichtung die- und Bauweisen für die Rotorblätter entwickelt wur-

nen. 15 den und daß teilweise neue Steuerungsprinzipien an-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- gewendet worden sind. Die Nachteile eines schlagkennzeichnet, daß der Regeleinrichtung die und schwenkgelenklosen Rotorblattanschlusses, wie Summe der Meßwerte als Eingangsgröße züge- große Rollmomente und große wechselnde Beanführt wird. ... - spruchungen von Rotorblättern und Gesamtflugzeug,

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 konnten kompensiert werden.

kennzeichnet, daß der Regeleinrichtung die Meß- Die besonderen Vorteile eines schlag- und

werte selektiv als Maß der Rotorneigungen um schwenkgelenklosen Rotorblattanschluss.es liegen vor

die Quer- und Längsachse zugeführt werden. allem in der Einfachheit der Konstruktion und in der

beträchtlichen Gewichtsersparnis.

35 Es ist bekannt, den Rotor von Kombinationsflug-

schraubern ebenfalls mit schlag- und schwenkgelenk-

los angeschlossenen Rotorblättern auszurüsten. Infolge der eingangs geschilderten Schwierigkeiten, die

Hubschrauber mit Schlag- und Schwenkgelenken mit der Erhöhung des Fortschrittsgrades und dem .

weisen bekanntlich den Nachteil auf, daß sie eine re- 30 Auftreten von Störungen verbunden sind, ist es auch

lativ geringe Geschwindigkeit erreichen. Der Grund Bei schlag- und schwenkgelenkloser Bauweise nicht

dafür liegt einmal darin, daß bei wachsender Vor- möglich, die Fluggeschwindigkeit befriedigend zu

wärtsgeschwindigkeif . die Anströmgeschwindigkeit steigern.

des vorlaufenden Rotorblattes sich der Schalige- Es ist bekannt, die Blattbeanspruchungen schlagschwindigkeit nähert, wobei der Widerstand stark an- 35 und schwenkgelenklos angeschlossener Rotorblätter wächst, große Druckpunktswanderungen sich einstel- im Prüf Standslauf im simulierten Reiseflug zu massen, ,len und eine starke Lärmentwicklung hervorgerufen Weiterhin ist es bei dieser Art des Blattanschlusses wird. Weiter führt das rücklaufende Blatt bei hohen bekannt, jeweils an der Blattwurzel einen sich seitlich Fluggeschwindigkeiten eine schnelle nach abwärts zu der Blattlängsachse bezüglich des Blattes nach gerichtete Schlagbewegung aus, womit die Blattan- 40 vorn erstreckenden Arm mit einem Gewicht an seistellwinkel so hoch werden, daß die Strömung in gro- nem der Blattwurzel abgewandten Ende zu befestißen Bereichen des Blattes abreißt. Hinzu kommt gen, wobei bei Verschwenkung der Rotorebene aus noch, daß bei hohen Fluggeschwindigkeiten große der Normallage die ihre Umlaufebene beibehalten-Teile des Blattes von rückwärts angeströmt, werden. den Gewichte über die Befestigungsarme den Blatt-Dadurch kann die Schlagbewegung der Rotorblätter 45 einstellwinkel im Sinne einer Rückführung des Roso groß werden, daß der Hubschrauber, insbesondere tors in die ursprüngliche Umlaufbahn verändern, die Rotorblätter, unzulässig hohen Beanspruchungen Zum Stande der Technik gehört weiterhin ein relaausgesetzt sind. tiv zum Flugzeugrumpf neigbarer Rotormast mit Um die Höchstgeschwindigkeit von Drehflügel- schlag- und schwenkgelenklos angeschlossenen Roflugzeugen zu steigern, ist bereits vorgeschlagen wor- 50 torblättern, wobei die Neigung des Rotormastes geden, die Drehzahlen, also die Umfangsgeschwindig- genüber einer Ausgangslage ein Signal für die zyklikeit, der Rotoren herabzusetzen. Damit wird der sehe Blattsteuerung erzeugt, welche den Rotormast Fortschrittsgräd sehr groß. Mit wachsendem Fort- in die Ausgangsstellung zurückschwenkt, schrittsgrad verstärkt sich jedoch die. Rotorschlagbe- Aufgabe der Erfindung ist es, Kombinationsf lugwegung sehr. Es ist bekannt, diese Schwierigkeiten 55 schrauber mit schlag- und schwenkgelenklosen Rodurch Entlastung des Rotors zu mindern. Der durch torblättern für das Fliegen mit wesentlich gesteigerdiese Entlastung fortgefallene Auftrieb wird dabei ten Fluggeschwindigkeiten geeignet zu machen, von einem Tragflügel übernommen. Der Vortrieb Durch geeignete Maßnahmen werden die Beanspruwird durch besondere Vortriebserzeuger, ζ. B. Luft- chungen der schlagr und schwenkgelenklosen Rotorschrauben oder Strahltriebwerke, erzeugt. Solche 60 blätter in jedem Flugzustand, also auch bei Störun-Drehflügelflugzeuge sind , als Kombinationsflug- gen, wie Abfangen, Böeneinfall und Kurvenflug, auf schrauber bekannt. Mit einem solchen Kombina- einem Mindestwert gehalten. Dadurch gelingt es tionsflugschrauber sind höhere Fluggeschwindigkei- auch, die durch den Rotor hervorgerufenen oszillieten als mit einem Hubschrauber möglich. Wenn ein renden Kräfte auf das gesamte Flugzeug klein zu hal-Rotor entlastet wird, d. h. die am Rotor angreifenden 65 ten.

Kräfte sehr klein sind, führen die Rotorblätter eine Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Re-

nur geringe Schlagbewegung aus. Im Flug treten je- geln der kollektiven und zyklischen Verstellung der

doch immer Störungen auf, welche den Anschlagwin- Einstellwinkel werden die Blattbiegebeanspruchun-