DE1481601C

DE1481601C - Device for regulating the collective and cyclical adjustment of the setting angle of the runout and pivot-less rotor blades of a helicopter with fixed wings

Info

Publication number: DE1481601C
Application number: DE19661481601
Authority: DE
Inventors: Emil Dipl Ing 7101 Dutten berg Ponitz Hermann 7100 Heilbronn Richter Peter Dipl Ing 7107 Bad Fried richshall Arnolt
Original assignee: Dormer GmbH
Current assignee: Dormer GmbH
Priority date: 1966-01-03
Filing date: 1966-01-03
Publication date: 1973-03-08

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-gene of the individual rotor blades are connected to different ones. The rotor head 2 rotates around points of the blade span measured * and the measuring axis rotates the rotor axis 3. The cyclical and collective control values serve as input variables for the control setting can be implemented in any way,
direction. According to another feature of the invention. The ideal state of the strong discharge in high-speed flight is the sum of the measured values of the control units 5 constant rotor is shown in FIG. The rotor blades 1 direction fed as an input variable. On these have the collective setting angle almost zero. In this way, a measurement proportional to the rotor thrust is generated. Finally, the invention is provided. The direction of flow falls in the plane of the rotor. This ideal see that the measured values are selectively supplied as a measure of the rotor state of the rotor during high-speed flight inclinations around the transverse and longitudinal axis of the control device by measuring the blade bending stresses. and through their further processing as input

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 SchnellflugThese measured values are maintained at all times by suitable means, size of a control device, which do not need to be further described, or the rotor in the event of a malfunction is immediately returned to this position from the rotating rotor to the fixed aircraft body,
It is conceivable to at least use the rotor as a result of its special characteristics, which can be kept almost in the unloaded state that, due to the special design of the aircraft and a small positive or negative angle of attack, that of the to be controlled flight condition can be determined, the rotor plane compared to the wind plane that records. The thrust applied to the input variable of the controller by a corresponding negative or then either the collective or cyclical positive collective adjustment of the setting angle of the blade control. The selection of the rotor blades 1 to be used is brought to zero. In any case, the control organ is in turn dependent on the specific flight, the load that occurs under the one previously given up. The adjustment now takes place in the known and customary measure,
to the extent that the rotor thrust and / or the starting from the ideal state in high-speed flight

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 vorübergehendeRotor inclination at a constant selectable value, 25 according to FIG. 1, various disturbances can now be achieved even in the event of gusts and interceptions. appear. So z. B. by a temporary

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 nachThe invention thus ensures that a sudden load occurred in gusts, such as the speed range in which the wing F i g. 2 shows. The rotor blades 1 could be unzuden can provide total buoyancy and the rudders are casually exposed to large deformations. Through of the supporting structure and tail unit are fully effective, the Ro- 30 the control device will cause large tor from the control device in which for the rapid deformations can almost not train and that In the most favorable condition to fly, i.e. almost no uplift in the rotor blades from the very first step Inflow plane, is held. of the sheet bending moments in the initial state

Im Sinne der erfindungsgemäßen Regelung wird F i g. 1 zurückkehren.For the purposes of the regulation according to the invention, F i g. 1 return.

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 6the rotor is relieved, and thus the dangerous 35 Should a gust act longer (Fig. 3, exit Rotor blade loads on a mini-state according to FIG. 1), then forms between the mum held. Normal plane 6 lying perpendicular to rotor axis 3

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-The aircraft stresses resulting therefrom and the wind plane 4 of the rotor angle of attack 7. During the hovering, the pilot has forces on the rotor blade 1, which stresses of the slow flight generate the usual control with the help of the rotor blades. By measuring the Bean rotor available and above a certain requirement and converting it into a control directional speed, the rudder control, with the result that the rotor blade 1 no longer needs to pay attention to the rotor. Wind level 4 is brought. In high-speed flight, the force according to the invention can now be brought to zero. The Verstel combination aircraft can be flown almost like a rigid wing of the setting angle of the rotor blades 1 to gel aircraft. Only by constantly maintaining the desired position, when the rotor blade is relieved of load on the rotor in high-speed flight, it is possible to set the zero setting angle either only cyclically or as a combination of a combination aircraft, the desired collective-cyclical control,
ten to fly at high speeds. 5 ° In Fig. 4 the interception case is shown in which

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-In the drawing, different states correspond to the original rotor angle of attack zero of a rotor, as shown during the high-speed flight to F i g. 1 enlarged to the rotor pitch angle 7 can step, shown and in the following has to hand. Here too, strong blade bending would result Examples are explained in more detail, namely shows sprung results, if not the control device

F i g. 1 den idealen Zustand eines Rotors, 55 tung die Rotorblätter 1 in die Soll-Lage parallel zurF i g. 1 the ideal state of a rotor, 55 direction the rotor blades 1 in the target position parallel to

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-F i g. 2 would bring the state in the event of a disturbance by a wind level 4. Usually the short gust,. Fast flight the normal level 6 not in the 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 sein3 shows the state in the event of a disturbance by a plane 4, as shown in FIG. 1 is shown, but longer acting gust, there will be a rotor angle of attack

F i g. 4 den Zustand beim Abfangen, 60 (F i g. 5). Diese Abweichung vom Idealzustand ergibtF i g. Fig. 4 shows the state during interception, 60 (Fig. 5). This deviation from the ideal results

F i g. 5 den Zustand im Schnellflug mit Rotoran- sich aus dem Momentausgleich bei der jeweiligen Bestellwinkel, ladung des Fluggerätes unter Berücksichtigung desF i g. 5 the state in high-speed flight with rotor itself from the torque compensation at the respective order angle, charge of the aircraft taking into account the

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.F i g. 6 the state when intercepting the effective angle of attack of the additional support according to the position F i g. 5. area to generate the necessary lift.

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,In the figures, a rotor is indicated schematically. In this case too, the plane of the rotor blade, which is returned in a known manner from any tes 1 to the wind plane 4.
Number of rotor blades 1 can exist, which A particularly critical case (Fig. 6) results,

an einem Rotorkopf 2 schlag- und schwenkgelenklos wenn der in F i g. 5 dargestellte stationäre Flugzu-on a rotor head 2 without impact and swivel joint if the in F i g. 5 stationary flight access shown

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.was also caused by a short or long-lasting gust or an increase in the angle of attack is disturbed as a result of interception Angle of attack 8, which results in a particularly strong stress on the rotor blades due to the high thrust, if not the control device on the basis of the measurement of the blade bending stresses the rotor blades 1 in the wind plane 4 would control.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 change the angle of the rotor. Interception movements, cure claims:. Flying flights and gusts represent disturbances in this sense; Λ,.,, -.... The flapping movement can be so large

1. Device to regulate the collective and the fact that the rotor blades unbearably high Beancyclischen Adjustment of the setting angle of 5 stresses are exposed. This is why

. Impact and swivel jointless rotor blades have so far limited the maximum speed, which

of a helicopter with a fixed wing extends beyond that of the helicopter, but

to show the rotor thrust and / or not yet a satisfactory extension in high-speed flight,

or the rotor inclination approximated to zero. Lately it is due to special constructive

hold, characterized in that io and aerodynamic measures have become possible,

the blade bending stresses of the individual ro- to flapping and swivel joints in the rotor blade

to dispense with gate leaves at various points of the leaf closure to the rotor head. This was mainly

Span can be measured and the measured values are special because new materials

as input variables for the control device and construction methods for the rotor blades were developed

nen. 15 and that in some cases new control principles

2. Device according to claim 1, characterized by being turned. The disadvantages of a blow characterizes that the control device and the swivel-jointless rotor blade connection, such as the sum of the measured values as an input variable, provides large rolling moments and large changing moments will. ... - stresses on rotor blades and the entire aircraft,

3. Device according to claim 1, thereby ge 20 could be compensated.

indicates that the control device has the measuring The special advantages of an impact and

Selective values are available as a measure of the rotor inclination around the rotor blade connection without a pivot joint

the transverse and longitudinal axes are fed. especially in the simplicity of construction and in the

considerable weight savings.

35 It is known that the rotor of combined flight

screwdrivers also with hammer and swivel joint

to equip loose connected rotor blades. As a result the difficulties outlined at the beginning, which

Helicopters with flapping and swivel joints with the increase in the degree of progress and the.

are known to have the disadvantage that they are associated with a repeated occurrence of malfunctions, and it is

Reach relatively low speed. The reason is not with a design without a flip-flop or pivot joint

on the one hand, there is the fact that the airspeed increases satisfactorily as the advance increases

outward speed. increase the flow velocity.

of the leading rotor blade is the shell It is known that the blade impact speed approaches, the resistance being strongly connected to rotor blades without a pivot joint grows, large pressure point shifts occur - in the test stand run in the simulated cruise flight, , len and a strong noise development. Furthermore, it is with this type of blade connection will. Further, the returning leaf leads at high known, each at the leaf root one to the side Airspeeds follow a rapid downward movement towards the longitudinal axis of the blade with respect to the blade directed flapping movement, with which the blade-front extending arm with a weight at seistellwinkel become so high that the flow can be fixed in the large end facing away from the leaf root Tear off areas of the sheet. Added to this is gene, whereby when the rotor plane is pivoted from nor that at high airspeeds large parts of the normal position maintain their orbital plane flow of the sheet from backwards. the weights over the mounting arms the sheet thereby the flapping movement of the rotor blades 45 can adjust the angle in the sense of a return of the Roso become large that the helicopter, in particular tors, change into the original orbit, the rotor blades, impermissibly high stresses The state of the art also includes exposure to rela are. Rotor mast that can be tilted towards the fuselage, with the maximum speed of rotary wing flapping and swivel-less connected aircraft has already been proposed to increase the number of blades, whereby the inclination of the rotor mast is the speeds, i.e. the circumferential speed, a signal for the cyclicity compared to an initial position, of the rotors. This creates the blade control that controls the rotor mast Degree of progress very large. Pivots back to the starting position with increasing advancement, however, the degree of step increases. Rotorschlagbe- object of the invention is to combine flight path very. It is known that these difficulties 55 screwdrivers with impact-less and pivot-less Rodurch To reduce the load on the rotor. The leaf through gates for flying with significantly increased these Relief of lost buoyancy will thereby make th flight speeds suitable taken over by a hydrofoil. The propulsion The stress becomes through suitable measures by special tunneling generators, ζ. B. Ventilation of the percussive and swivel jointless rotor screws or jet engines. Such 60 blades in every flight condition, including Störun rotary wing aircraft are known as combination flights, such as interception, gust incidence and turning, on screwdrivers. With such a combination held a minimum value. That's how it works tion aircraft are also higher flight speeds, which oscillate caused by the rotor than possible with a helicopter. When a generating force on the entire aircraft is small to hal-rotor is relieved, d. H. the 65 th attacking the rotor.

Forces are very small, the rotor blades lead to a

only slight flapping movement. The collective and cyclical adjustment of the

but there are always disturbances which affect the stop angle, the blade bending loads