-
Einrichtung zur Stabilisierung von Flugzeugen Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Stabilisierung von Flugzeugen.
-
Mit Hilfe dieser Einrichtung soll vorzugsweise die Möglichkeit werden,
bei langsamem Fluge mit starkem Schraubenschub, beispielsweise b,eirn Steigflug,
Stabilität des Flugzeuges selbsttätig zu gewährleisten, d. h. @es soll der Neigung
zur Abweichung von der gewünschten Richtung oder Lage, z. B. dem eingestellten Anstellwinkel,
wirksam begegnet werden, bevor tatsächlich wesentliche Abweichungen, z. B. übermäßige
Erhöhungen des Anstellwinkels, eingetreten sind.
-
Zur Erreichung einer Längsstabilität sind bereits die Änderungen der
Motorleistung herangezogen worden; diese Art der Stabilisierung ist jedoch nicht
zufriedenstellend, da die Zustandsgrößen des Motors nicht notwendigerweise in einem
Abhängigkeitsverhältnis zu den jeweiligen Flugzuständen stehen. Es tritt hier z.
B. der Nachteil auf, daß die stabilisierende Wirkung beim Vollgasschnellflug genau
so eintritt wie beim Vollgassteigflug, was jedoch unerwünscht und nachteilig ist.
-
Auch ist bekannt, die stabilisierenden Kräfte von der Neigung des
Flugzeuges um seine Querachse abzuleiten und die Verstellung des -Höhenruders nur
in Abhängigkeit von der Motörleistung oder eines Höhenmessers oder eines Wendezeigers
. durchzuführen, Ferner ist bekannt, das Verhältnis der Größe des Ruderausschlages
zum impulsgebenden Mittel in Abhängigkeit zu der Fluggeschwindigkeit
zu
bringen, derart, daß bei geringer Fluggeschwindigkeit der Ruderausschlag vergrößert
wird und umgekehrt. Hierbei ist auch der Fahrtwind, nicht jedoch der Schraubenschub
als mitwirkendes Mittel herangezogen. Diese Einrichtung ergibt jedoch keine Sicherung
gegen Überziehen beim Vollgassteigflug.
-
Weiterhin sind von Staukräften des Fahrtwindes und Seitenwindes beeinflußte
Stauflächen, jedoch ohne Mitwirkung des Schraubenstrahles angegeben worden, um eine
automatische Steuereinrichtung für die Seiten-und Längsstabilität und auch für die
Flugrichtung herzustellen.
-
Um bei einem fliegenden Flugzeug automatische Seitenstabilität, gleiche
Geschwindigkeit und Einhaltung des eingestellten Kurses zu erreichen, sind auch
automatische Einrichtungen derart ausgebildet worden, daß sie unter Mitwirkung von
Unter- oder Überdruck betätigt werden, wobei die Drücke durch im Fahrtwinde angeordnete
Druckgeräte, z. B. Venturi- oder Pitotrohre,erzeugt werden, jedoch nicht durch vom
Schraubenschub abhängige Kraftglieder.
-
Nach einem anderen Vorschlage wird eine automatische Trimmtrog unter
Mitwirkung einer Membrandose als Gebergerät erreicht, deren Membran einerseits unter
dem Ruhedruck und andererseits unter dem Gesamtdruck, also die Membran unter der
Einwirkung des Staudruckes liegt. Bei dieser Anordnung ist jedoch ausführlich hervorgehoben
worden, daß die Staudüsen nicht im Wirkungsbereich des Propellerstrahles liegen
dürfen. Im übrigen wirkt diese Vorrichtung während vieler anderer langsamer Flugzustände,
wobei eine Beeinflussung der Steuerung unerwünscht ist, z. B. bei Horizontalflug
mit geringer Motorkraft. Auch ist die Anordnung von Windfahnen im Luftschraub.enstrahl
für Seitentrimmung vorgeschlagen worden.
-
Bei keiner der bisher bekannten Einrichtungen hat man bisher aus dem
Zusamm@eneinwirkenlassen von Vortriebsschub und Fahrtwind auf eine Einrichtung eine
Beeinflussung der Stabilisierung um die Querachse des Flugzeuges beim Vollgassteigflug
beabsichtigt oder gar .erreicht.
-
Der Erfindungszweck wird dadurch erreicht, daß Kraftschalter vorgesehen
sind, von denen einer in Abhängigkeit von der Staukraft des Fahrtwindes und ein
weiterer von dem Vortriebsschub des Triebwerkes wirksam ist, wobei die gemessene
Differenz unmittelbar oder mittelbar ül*r einen Servomotor auf das Höhenleitwerk
im Sinne der Erzeugung eines kopflastigen Drehmomentes einwirkt. Hierdurch bleibt
bei langsamem Fluge durch entsprechende selbsttätige Ein-Stellung des Ruders jederzeit
Stabilität utn die Querachse des Flugzeuges (Längsstabilität) gewährleistet. Zur
Erreichung dieses Zweckes können am Flugzeug durch Staudruck oder andere Kräfte
beeinflußbare Geräte, ,beispielsweise Staudüsen oder bewegbare Stauflächen, angeordnet
werden, von denen das eine im Fahrtwind und das andere im Luftschraubenwind liegt.
-
Zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise im Hinblick .auf mögliche
St@@rungen, z. B. Verstopfungen, ist die Anordnung mehrerer in Gruppen zusammengeschlossener
G#--rät.e vorteilhaft.
-
Es ist .an sich bekannt, daß die stal)i:isierende Wirkung des Höhenleitwerkes
eines Flugzeuges mit wachsendem Schraulaenschuh bei gleichzeitig .geringer werdender
Fluggeschwindigkeit abnimmt. Besonders fühlbar wird dieses beim Vollgassteigllug.
De Größe des Höhenleitwerkes, di- für alle anderen, insbesondere die normalen Flugzustände
zur Erhaltung der Stabilität völlig ausreichen würde, ist nur beim @'ollgassteigflug,
bei dem der Schraubenschub sehr grol:r, die Fluggeschwindigkeit aber verhältnismäßig
gering ist, nicht mehr ausreichend. 'Mit Hilfe einer einfachen Leitwerksvergrößerungkönnte
die Instabilität des Flugzeuges beim Steigflug beseitigt werden. Dieses würde ab.#r
eine ganze Reihe erheblicher Nachteile für den Normalflug, z. B. größeren L uft«-id#-rstand
und größeres Gewicht der Ruder und somit ungünstige Sch«=erpunktveriagerung sowie
auch größere Verstellkräfte, mit sich bringen, so daß eine besondere, nur bei langsamem
Fluge wirksame Einrichtung, dic nur der Erhaltung der Stabilität, vorzugsweisim
Steigflug, dienen soll, vorteilhaft ist. Mit Hilfe einer solchen Einrichtung ist
dann sogar eine erhebliche Ersparnis an Leitwerksfäche bzw. eine erhebliche Vergrößerung
des Bereiches möglich, innerhalb dessen der Schwerpunkt dies Flugzeuges, beispielsweise
durch Lageänderung der Zuladung im Fluge, seine Lage ändern kann, ohne daß die Flugsicherheit
in unzulässiger Weise gefährdet wird. Die erfindungsgemäße Beeinflussung des Höhenruders
oder eines Hilfsruders am Höhenruder soll dazu dienert, dem beim Steigflug durch
den Luftschraubenstrahl erzeugten starken schwanzlastigen Drehmoment um die Querachse
des Flugzeuges selbsttätig ein kopflastiges Drehmoment zur Gewährleistung oder Wiederherstellung
der Stabilität des. Flugzustandes entgegenzusetzen. Die unerwünschte Nebenwirkung
des starken Schraubenstrahls beim Voligassteigflug wird somit durch die Wirkung
der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgeglichen. Das auf
diese Weise
erzeugte kopflastige Drehmoment um die Querachse des Flugzeuges bzw. seine Ursache,
also der Ausschlag des Höhensteuerorgans, soll jedoch bei wachsender Geschwindigkeit
des Flugzeuges schwächer -werden und von einer bestimmten, für jedes Flugzeugbaumuster
vorher festlegbaren oberen Geschwindigkeitsgrenze ab zu Null werden, d. h. die Einrichtung
soll bei schnellem Geradeausflug und besonders im Sturzflug nicht wirksam sein.
Zur Überwindung der Luftkräfte und der in der Steuerung bei Betätigung der Übertragungsorgane
auftretenden Reibungskräfte wird dabei zweckmäßigerweise ein besonderer Hilfmotor,
beispielsweise ein hydraulischer Motor, so zwischengeschaltet, daß die Kraftschalter
nur die Steuerung der Treibmittelzufuhr zum Hilfsmotor bewirken, während die eigentliche
Arbeit des, Ruderlegens vom Hilfsmotor geleistet wird.
-
Um auch der Forderung genügen zu können, daß das erzeugte kopflastige
Drehmoment bei zunehmender Geschwindigkeit des Flugzeuges abnimmt und von einer
bestimmten Geschwindigkeitsgrenze an zu Null wird, werden die Verstellglieder des
Höhenruders bzw. des Hilfsruders am Höhenruder zweckmäßig so ausgebildet, daß die
Größe des einem bestimmten Staudruckunterschiedentsprechenden Ruderausschlages noch
von der Fluggeschwindigkeit abhängig gemacht wird. Eine Vorrichtung, die dieser
besonderen Forderung genügt, -ist beispielsweise ein. Hebel, dessen übersetzungsvez-hältnis
von einer bestimmten oberen Grenze bis auf Null herab geändert werden kann.
-
Die Anordnung der Einzelteile der erfindungsgemäßen Stabilisierungseinrichtung
wird durch die auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele veranschaulicht.
Die Einzelheiten der Unteransprüche, die bei ähnlichen Einrichtungen bekannt sind,
haben nur Schutz im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch.
-
Die Abb. i zeigt schematisch eine erfindungsgemäß ausgeführte Stabiliserungseinrichtung
mit von Strömungsdrücken beeinflußten Membranen.
-
Abb. 2 zeigt eine Einzelheit der Ablx i, nämlich die Ausgestaltung
eines doppelarmigen Hebels samt seinem Schwinggelenk im Schnitt nach Linie II-II
der Abb. i.
-
Abb. 3 zeigt eine Stabilisierungseinrichtung mit Windkraftflächen.
-
Bei der Einrichtung nach Abb. i wird ein am Höhenruder 35 sitzendes
Hilfsruder 36 von einem hydraulischen Hilfsmotor 20-30 in Abhängigkeit von dem Unterschied
der Staudrücke des Luftschraubenstrahls und des Fahrtwindes verstellt. Zu dem, Zweck
ist dem reinen Fahrtwind ein sog. Prandtl-Rohr mit dem den Gesamtdruck aufnehmenden
inneren Teil i und dem den statischen Druck aufnehmenden ,äußeren Teil e .ausgesetzt,
-während im Luftschraubenstrahl eine den Gesamtdruck aufnehmende Rohrmündung q.
liegt. Von den den Gesamtdruck aufnehmenden Mündungen i und 4. führen Leitungen
5 und 6 zu entgegengesetzten Seiten .einer im, Gehäuse 8 eingeschlossenen Membran
9. An diese Membran -st eine deren Bewegung nach außen fortleitende, durch das Gehäuse
8 dicht hindurchgeführte Stange 1o angeschlossen, an welcher eine Feder i i angreift,
die der Belastung der Membran durch die Differenz der Gesamtdrücke des Luftschraubenstrahls
und des. Fahrtwindes ständig entgegenwirkt. Die Stange i o überträgt ihre #Jers:tellbewegung
auf den einen Arm 13 eines- doppelarmigen, um das festliegende Gelenk i 5 schwingbaren
Hebels 13, 1.1. Vom anderen Arm 14. dieses Hebels führt ein Gestänge 16 zu :einem
einarmigen Hebel 17, dessen Schwingpunkt 18 mit der Kolbenstange 2o des hydraulischen,
zur Hilfsruderverstellung dienenden Hilfsmotors verbunden ist. An den Hebel 17 ist
ferner der im Gehäuse 23 verschiebliche Steuerschieber 22 angeschlossen; dieser
steuert die Steuerschieber und Abfuhr des durch Leitung 2 i zuströmenden, den Hilfsmotor
treibenden Treibmittels (Druckflüssigkeit) über die Verbindungsleitungen 25 und
26 zum bzw. vom Kraftzylinder 3o, in dem der Kraftkolben 29 mit Kolbenstange 2o
verschieblich angeordnet ist. Die Verst:ellbewegung des Kraftkolbens 29 wird über
einen doppelarmigen, um das Gelenk 31 schwingbaren Hebel 32, 33 und ein Verbindun.gsgestänge,34
auf das Hilfsruder 36 übertragen. Das Gelenk 31 ist an einem Schiebekörper 3; angeordnet,
der seinerseits mittels eines Handstellgliedes 38 in verschiedene Lagen gebracht
und in diesen mittels Riegel q.o und Rasten 41 festgelegt werden kann.
-
Diese Einrichtung wirkt wie folgt: Im normalen Fluge hält die Differenz
der an den Rohrmündungen i und 4. auftretenden und auf die Membran 9 einwirkenden
Drücke der Feder i i das Gleichgewicht; hierbei steht der Schieber 22 in der Mittellage,
in der er die zum Zylinder 3o des Kraftkolbens 29 führenden Kanäle 25, 26 abdeckt,
so daß eine Verstellung des in der gestrichelt gezeichneten Normallage befindlichen
Hilfsruders nicht eintritt. Bei langsamem Fluge dagegen erhöht sich diese Strömungsdruckdifferenz.
Die Membran 9 biegt sich demzufolge nach rechts durch und verstellt über die Hebel
13, 1 4. und 17 den Schieber 22 derart, daß Kanal 26 mit der Druckmittelzufuhrleitung
21 verbunden wird. Der Kraftkolben 29 wird demzufolge nach rechts verschoben, wobei
er den Hebel
17 mitnimmt und dadurch den Schieber 22 wieder in seine
Mittellage zurückführt, wodurch die Leitung 26 wieder abgeschlossen wird. Es kommt
somit auch der Kraftkolben wieder zum Stillstand, und zwar nach Zurücklegung eines
Weges, der dem Weg der M embranstange io verhältnisgleich ist. Die Verstellung des
Kraftkolbens wird über den Hebe132, 33 und Stange 3q. auf das an die Hinterkante
des Höhenruders 35 gelenkig angeschlossene Hilfsruder 36 übertragen, so daß dieses
bei langsamem Fluge, insbesondere bei Vollgassteigflug, eine Winkelverstellung (wie
mit vollen Linien gezeichnet) :erfährt, deren Größe von der Differenz der der Geschwindigkeit
des Luftschraubenstrahlseinerseits und des Fahrtwindes andererseits entsprechenden
Staudrücke abhängt.
-
Soll nun bei einer solchen Einrichtung noch der Forderung genügt werden,
daß bei höheren Fluggeschwindigkeiten das vom Höhenruder oder dem Hilfsruder des
Höhenruders erzeugte kopflastige Moment immer kleiner werden und zuletzt ganz verschwinden
soll, so kann dies in verhältnismäßig einfacher Weise durch die in Abb. i mit dargestellte
zusätzliche Einrichtung erreicht werden. Zu diesem Zweck ist eine Membrandose 4o
mit der Membran ¢1 vorgesehen, deren eine Seite mit der den Gesamtdruck aufnehmenden
Rohrmündung i und deren andere Seite mit dem den statischen Druck der Luft aufnehmenden
Außenraum 2 des Prandtl-Rohres verbunden ist, so daß die Differenz der auf ihr lastenden
Drücke lediglich von der Fluggeschwindigkeit abhängt. Diesem Druckunterschied wirkt
eine an der Mernbranstange 42 angreifende Feder 4.3 entgegen, die so bemessen ist,
daß sie erst bei höheren Fluggeschwindigkeiten eine Formänderung erfährt. Die Membranstange
ist über ein Gestänge 45 mit einem Gleitschuh 4.6 verbunden, an welchem auch das
zur Verstellung des Schiebers 22 dienende Gestänge i6 angeschlossen ist. Dieser
Gleitschuh ist auf dem Arm 14 des Hebels 13, 1 4. derart verschiebbar, daß er bei
zunehmender Fluggeschwindigkeit sich dem Drehpunkt 15 dieses Hebels nähert und ihn
schließlich erreicht.
-
Je höher sonach die Fluggeschwindigkeit ist, um so kleiner wird die
wirksame Länge des Hebelarmes 1.1 und um so kleiner werden demzufolge auch die einem
bestimmten Ausschlag der Membran 9 entsprechenden Verstellungen des Schiebers 22,
des Kraftkolbens 29 und des Hilfsruders 3 6, bis sie schließlich, von einer bestimmten
hohen Fluggeschwindigkeit ab, ganz zu Null werden.
-
Um zu verhindern, daß bei einem Versagen der Druckflüssigkeitsversorgung
das Hilfsruder in einer für den jeweiligen Flugzustand ungünstigen Lage stehenbleibt,
ist es zweckmäßig, auch die Möglichkeit einer Verstellung des Hilfsruders von Hand
vorzusehen. Da beim Versagen der Druckflüssigkeitsversorgu-ng der Kraftkolben 29
festliegt, so kann diese Handverstellung erfolgen, indem das Schwinggelenk 3 r des
Hebels 32, 33 mittels des Handhebels 38 verschoben wird. Während der hydraulischen
Betätigung der Einrichtung wird das Gelenk 31 infolge Anordnung des in die Rasten
q.o eingreifenden Riegels q. t in seiner jeweiligen Einstellage festgehalten.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 sind an senkrecht zur Flugzeuglängsachse
verschieblichen Stangen 51, 52, die je an ein Ende eines: doppelarmigen Hebels 53
gelenkig angeschlossen sind, Windkraftflächen 5.1 und 55 derart angeordnet, daß
die eine, 54, im Luftschraubenstrahl und die andere, 55, sich außerhalb desselben
im reinen Fahrtwind befindet. Diese Windkraftflächen sind gegenüber dem relativen
Luftstrom schräg gestellt, derart, daß die auf diese Flächen einwirkenden Luftkräfte
am Hebe153 einander entgegengesetzte Drehmomente hervorrufen. Am Hebel 53 greift
ferner eine Feder 57 an, die der vom Luftschraubenstrahl erzeugten Kraft entgegenwirkt.
Diese Feder ist so bemessen, daß sie erst dann nachgibt, wenn der Unterschied der
am Hebel wirkenden Drehmomente eine gewisse Größe überschreitet, mit anderen Worten,
wenn der Unterschied zwischen der Geschwindigkeit des L uftschraubenstrahls und
der des Fahrtwindes größer ist als im normalen Fluge. Mit dem um das festliegende
Gelenk 56 schwingbaren Doppelarmhebel53 ist ein weiterer Hebelarm 58 fest verbunden,
von dem ein Gestänge 59 zu dem Hilfsruder 61 führt, das an die Hinterkante des Höhenruders
6o angelenkt ist. Dieses Hilfsruder wird also selbstätig näch oben verschwenkt,
so daß es bei losem: Ruder ein zusätzliches kopflastiges Drehmoment am Flugzeug
hervorbringt, sobald der Unterschied der auf die Windkraftflächen 5.1, 55 einwirkenden
Strömungsdrücke eine bestimmte Größe überschreitet.
-
Um auch eine Verstellung des Hilfsruders von Hand zu ermöglichen,
kann das Gestänge 59 .an einen Handstellhebel 63 angeschlossen sein. Auch hier kann
der Angriffspunkt 64. des Gestänges 59 längs des Hebels 58 in Abhängigkeit von der
Fluggeschwindigkeit verschiebbar angeordnet sein, um so wieder den Hilfsruderausschlag
mit zunehmender Fluggeschwindigkeit bis zum Grenzwert Null zu verringern.
-
Im Bedarfsfalle kann die Einrichtung so getroffen sein, daß die Verstellbevegungen
des Hebelarmes 58 nicht unmittelbar auf das
Höhenruder oder das
Hilfsruder des Höhenruders, sondern auf ein Steuerglied eines die Verstellung dieser
Ruder bewirkenden Hilfsmotors übertragen werden, der z. B. wiederum wie bei dem
Ausführungsbeispiel nach Abb. i als hydraulischer Motor ausgebildet sein kann.
-
Bei mehrmotorigen Flugzeugen werden zweckmäßig mit Rücksicht auf die
Möglichkeit des Versagens oder der Leistungsverminderung des einen oder anderen
Motors in jedem Lu,ftschraubenstrahl durch die Luftströmung beeinflußbare Geräte
vorgesehen, ' so daß immer die Differenz zwischen dem jeweils größten Strömungsdruck
im Schraubenstrahl und dem tatsächlichen Flugstaudruck das Höhenruder oder das Hilfsruder
des Höhenruders beeinflußt.