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WO2010006354A2 - Rotorantrieb für tragschrauber und verfahren zum senkrechten starten eines tragschraubers - Google Patents

Rotorantrieb für tragschrauber und verfahren zum senkrechten starten eines tragschraubers Download PDF

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Publication number
WO2010006354A2
WO2010006354A2 PCT/AT2009/000280 AT2009000280W WO2010006354A2 WO 2010006354 A2 WO2010006354 A2 WO 2010006354A2 AT 2009000280 W AT2009000280 W AT 2009000280W WO 2010006354 A2 WO2010006354 A2 WO 2010006354A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
masses
main rotor
moving
controlled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT2009/000280
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English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010006354A3 (de
Inventor
Herfried Exl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2010006354A2 publication Critical patent/WO2010006354A2/de
Publication of WO2010006354A3 publication Critical patent/WO2010006354A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/32—Rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/02—Gyroplanes
    • B64C27/021—Rotor or rotor head construction
    • B64C27/025—Rotor drives, in particular for taking off; Combination of autorotation rotors and driven rotors

Definitions

  • the invention relates to a rotor drive for gyroplane with a rotating main rotor system with rotor blades and with the same masses whose distance from a rotation axis is synchronously changeable.
  • the invention further relates to a method for vertically starting a gyroplane with a rotor drive with a rotating main rotor system with rotor blades and with the same masses whose distance from a rotation axis is synchronously changeable.
  • Gyroplanes do not have a main rotor driven by a motor in flight, but use only the horizontal movement to gain lift via the rotating main rotor.
  • the start takes place after a short pre-acceleration phase of the main rotor z. B. by the engine of a forward thrust propeller and a taxiway on the ground.
  • the predetermined small main rotor blade pitch angle and the speed of the aircraft further rotation of the rotor in flight is ensured and the lift is generated by the rotor surface.
  • the gyrocopter Since the gyrocopter has no main rotor driven in flight, movement of the aircraft through the surrounding air is absolutely necessary in order to achieve the "helicopter effect" for the main rotor, so that a vertical take-off or vertical landing of the gyrocopter in calm conditions is not possible.
  • a gyroplane of the type mentioned is known in which additional masses are arranged in the rotor blades, which can be moved in the longitudinal direction of the rotor blades.
  • the masses are located near the free ends of the rotor blades, so that the rotor blades can store as much kinetic energy as possible.
  • the additional masses are displaced in the longitudinal direction of the rotor blades towards the hub. ben.
  • a disadvantage of the system known from DE 650 648 C is, on the one hand, that with the technical requirements and safety regulations given today, no additional masses should or should be arranged in the rotor blades, since this can lead to unacceptably high loads on the rotor blades and Moreover, the jump starting ability can be improved.
  • the invention is therefore based on the object to solve these problems.
  • This object is achieved in a rotor drive of the type mentioned by a mounted in addition to the rotor blades on the main rotor head device for moving the masses with a motor to move the masses during start from an outer position to an inner position.
  • This object is further achieved in a method of the type mentioned above in that the masses are controlled during the start of a motor mounted on a device in addition to the rotor blades on the main rotor head and moved synchronously to the rotational axis from an outer position to an inner position, whereby a change in the main rotor speed is effected.
  • a rotating main rotor additionally mounted device with (eg orthogonal to a two-bladed rotor arranged) guides on which symmetrically each same masses are arranged radially displaceable.
  • the masses may be moved synchronously with the center of rotation by a motor (eg, an electric motor via a gearbox and a spindle drive). If this occurs immediately after the pre-acceleration phase of the main rotor and disengagement of this drive on the ground, then taking the same masses after the angular momentum conservation set causes an increase in the angular velocity (main rotor speed).
  • the period of time of the buoyancy phase thus achieved is sufficient to accelerate the gyroplane to the necessary height and by means of a conventional, known per se, driven propeller, the necessary horizontal speed, so that a further flight is possible as a gyroplane with low blade pitch.
  • the invention differs from various known gyroplane jump starting solutions, which increase the speed of the main rotor on the ground excessively or influence only the rotational energy by adjustable (DE 650 648 C) or stationary masses at the blade tips themselves.
  • adjustable DE 650 648 C
  • stationary masses at the blade tips themselves.
  • These known solutions operate at the expense of the kinetic energy stored in the rotating rotor system and cause strong critical blade tip movements, especially on landing and in flight, as the rotor blade center of mass is disadvantageously located in the outer region near the blade tips and the rotor blades therefore have strong blade movements, deflections and twisting are exposed.
  • external kinetic energy is supplied to the rotating rotor system for moving the masses inwardly by means of a motor.
  • This energy comes for example from a battery on board the gyrocopter and is the pilot controlled and individually controllable for a short time for the additional buoyancy available, while the masses mounted by means of, for example, orthogonal to the rotor blades mechanical movement device synchronously to the center of rotation to be moved.
  • the additionally available energy or increase in the angular velocity is converted by a controlled, collective increase in the pitch of the rotor blades in buoyancy for a vertical takeoff or a vertical landing.
  • the advantage of the invention is, inter alia, the fact that the rotor speed can be kept as described by the additional energy supplied in a safe high range and no torque must be compensated as the helicopter.
  • FIG. 1 shows a first schematic embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a detail of FIG. 2 in the region of the rotor axis
  • Fig. 5 shows a further detail of Fig. 2 in the region of the end of a guide for a
  • Fig. 6 is a view of the detail of Fig. 5 from the left and
  • Fig. 7 shows a further detail in the region of the rotor axis.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a first preferred embodiment of a rotor according to the invention of a trolley, in which on a rotatable about a rotation axis 5 rotor head or main rotor head 26 two rotor blades 1, 2 are collectively mounted in a known manner collectively.
  • two guides 13 are mounted on the rotor head 26 on which masses 3 between an outer position (shown in solid lines in FIG. 1) and an inner position (shown in dashed lines in FIG. 1) are displaceable ,
  • the displacement of the masses 3 takes place in the illustrated embodiment by means of a device with a motor, not shown, for example, an electric motor via a gear 7 and gimbaled threaded spindles 14.
  • the reduction gear 7 is designed so that the two transmission output shafts rotate equally fast and the Masses 3 are thus moved synchronously in and out.
  • the electrical supply of the electric motor is done for example by a hollow rotor mast.
  • FIGS. 2 to 7 A second embodiment of a rotor drive for gyroplane according to the invention is shown in more detail in FIGS. 2 to 7.
  • a mechanical device for moving the masses 3 in the rotating main rotor system with the rotor blades 1, 2 and the rotor head 26 is arranged on the rotor head 26, a mechanical device for moving the masses 3 has a mounting device 27 fastened to the rotor head 26, on which guides 13 for the masses 3 are arranged orthogonally to the rotor blades 1, 2. At the opposite end of the mounting device 27, the guides 13 are mounted in holes 16 at an end portion 18. For safety reasons, a mechanical stop 20 for the masses 3 is located on the inside of the end parts 18.
  • a threaded spindle 14 is arranged, which on the side of the end part 18 in a support bearing 17, which receives the centrifugal forces, and on the Side of the mounting device 27 is mounted via a universal joint 8 in a reduction gear 7.
  • the masses 3 may have about the same weight as the rotor blades 1, 2.
  • the ratio of the rotor circle diameter to the outer diameter of the guides 13 is preferably about 4: 3.
  • the cone angle of the guides 13 is preferably about zero degrees.
  • the guides 13 are hollow inside and have in the region of the end portion 18 limit switch 12, preferably inductive switches, which are actuated by the respective mass 3 when they are at or near their outermost position.
  • limit switch 12 preferably inductive switches, which are actuated by the respective mass 3 when they are at or near their outermost position.
  • electrical cable 19 from the limit switches 12 to a controller, not shown, which turns off a threaded spindle 14 driving motor 23 when the masses 3 actuate the switch 12.
  • inductive limit switches 12 In the area of the inner end of the guides 13 there are also two corresponding inductive limit switches 12. For safety reasons, there is still an electrical emergency switch 11, which is actuated by an actuating pin 10 fastened to a holder 9, after the inner limit switches 12 located near the rotor rotation center and, if the normal shutdown function fails, the power supply to the motor 23 and mechanically biased brake clutches 21 interrupts. When the power supply is interrupted, the brake clutches 21 are actuated, whereby the masses 3 are instantly secured in position. The pilot gets a transmitted warning signal.
  • the brake clutches 21 are activated in such a way that they brake automatically without power supply and automatically secure the input shaft to the reduction gear 7, thereby keeping the masses 3 securely in synchronous distance position relative to the rotational axis 5 of the main rotor.
  • the motor 23 shown schematically in Fig. 7 is preferably a with its axis of rotation 24 coaxial with the axis of rotation 5 of the rotor mounted electric motor which drives via the reduction gear 7 via a respective universal joint 8, a threaded spindle 14 with a low pitch. Since the electric motor rotation axis 24 is coaxial with the main rotor axis of rotation 5, unnecessary centrifugal forces are avoided during operation and the bearings of the electric motor running at a different rotational speed than the main rotor are relieved.
  • the masses are mounted with plain bearings 4 on the guides 13 and have an internal thread 28 for the threaded spindles 14.
  • a second electric motor can be used with the same direction of rotation, which is exactly opposite to the mounted on the side of the rotor mast 25 on the reduction gear 7 electric motor 23. These two electric motors together drive the reduction gear 7 and work in parallel.
  • the electric motor 23 is designed so that it is de-energized when the brake clutches 21 are active or de-energized.
  • the pilot instantly receives an optical and acoustic warning signal requesting a collective rotor blade adjustment, which is connected to the rotor blades 1, 2 at 6 to bring about the conventionally known collective control lever immediately to the minimum or Tragschraubergna.
  • the warning is turned off and the position of the masses 3 is displayed to the pilot.
  • this conventional helicopter position there is a mechanical lock on the collective control lever which can only be unlocked mechanically and deliberately by the pilot if he / she wants the collective pitch to be adjusted, e.g. wants to operate for a vertical takeoff or a vertical landing.
  • the masses 3 When the masses 3 are moved inwards or outward in a controlled manner, no torque is generated, as in the case of a helicopter, for example, which must be compensated.
  • the pilot's controlled mechanical device for moving the masses 3 is supplied on the ground and in flight from the electrical system via an on-board battery, for example by an electrical line in the hollow rotor mast 25 with energy.
  • the cell of the gyroplane is conventionally the electrically negative pole and the electric plus pool is guided via a slip ring through the hollow rotor mast 25 to the electric motor 23 upwards.
  • the slip ring may also be located on the rotor head 26 or on a pinion on the rotor head side via which the pre-acceleration of the rotor takes place on the ground.
  • the actual end positions of the masses 3 are brought to the pilot by means of the double existing limit switch 12 via the wiring 19 and through the hollow rotor mast 25 via an electrical control unit for display.
  • the retraction speed of the masses 3 can be controlled via a control unit in dependence on the collective control specification for the rotor blade position of the pilot so that the masses 3 are moved inward with linear or non-linear, increasing or decreasing or with constant speed.
  • This speed profile ensures that the rotor speed remains in a safe, usable high range during the start or drive-up phase and that the safe transition to the conventionally known gyroplane flight is ensured.
  • the synchronous movement of the masses 3 away from the center of rotation is only possible after mechanical unlocking of an electrical safety switch in the cockpit by the pilot on the ground or in flight. Furthermore, as described previously, the collective blade adjustment lever must be mechanically released by the pilot. The rotor speed must be in a safe high range. The synchronous movement of the masses 3 takes place in this mode only at minimum speed. For safety reasons, the slow movement of the masses 3 outwards during flight avoids that the inverse effect as at the start, that is to say in this case an excessive reduction of the main rotor speed, occurs. Since this process is deliberately initiated by the pilot during flight in gyrocopter mode and he expects the inevitable slight reduction in the speed of the main rotor, this flight situation can be controlled and controlled by the pilot. For reasons of safety, the synchronous movement of the masses 3 outwards during the flight can generally or only be blocked under certain conditions.
  • the described rotor drive for gyroplane is intended or suitable for man-bearing but also for aircraft models.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Toys (AREA)
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Abstract

Ein Rotorantrieb für Tragschrauber weist ein sich drehendes Hauptrotorsystem mit Rotorblättern (1, 2) und mit gleichen Massen (3) auf, deren Abstand von einer Drehachse (5) synchron kontrolliert veränderbar ist. Durch eine zusätzlich zu den Rotorblättern (1, 2) am Hauptrotorkopf (26) montierte Vorrichtung (7, 13, 14) zum Bewegen der Massen (3) mit einem Motor können die Massen (3) während des Startes von einer äußeren Position in eine innere Position bewegt werden, wodurch der Rotor beschleunigt wird.

Description

Rotorantrieb für Tragschrauber und Verfahren zum senkrechten Starten eines Tragschraubers
Die Erfindung betrifft einen Rotorantrieb für Tragschrauber mit einem sich drehenden Hauptrotorsystem mit Rotorblättern und mit gleichen Massen, deren Abstand von einer Drehachse synchron veränderbar ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum senkrechten Starten eines Tragschraubers mit einem Rotorantrieb mit einem sich drehenden Hauptrotorsystem mit Rotor- blättern und mit gleichen Massen, deren Abstand von einer Drehachse synchron veränderbar ist.
Tragschrauber haben im Flug keinen durch einen Motor angetriebenen Hauptrotor, sondern verwenden ausschließlich die horizontale Bewegung zur Auftriebsgewinnung über den drehenden Hauptrotor. Der Start erfolgt nach einer kurzen Vorbeschleunigungsphase des Hauptrotors z. B. durch den Motor eines Vorwärtsschubpropellers und einem Rollweg am Boden. Durch den vorgegebenen geringen Hauptrotorblatteinstellwinkel und die Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges ist dadurch ein Weiterdrehen des Rotors im Flug gesichert und der Auftrieb wird durch die Rotorfläche erzeugt. Da der Tragschrauber keinen im Flug angetriebenen Hauptrotor besitzt, ist eine Bewegung des Luftfahrzeuges durch die umgebende Luft zwingend notwendig, um den „Tragschraubereffekt" für den Hauptrotor zu erreichen. Ein senkrechter Start oder eine senkrechte Landung des Tragschraubers bei Windstille ist daher nicht kontrolliert möglich.
Beim Tragschrauber ist im Flug kein Drehmomentausgleich wie beim Hubschrauber notwendig, da im Gegensatz zum Hubschrauber im Flug keine Wellenleistung bzw. kein Drehmoment über einen Motor in das Rotorsystem eingespeist wird. Das macht die Anschaffung und den Betrieb des Tragschraubers wesentlich günstiger und vor allem dessen Betrieb sicherer.
Bei Hubschraubern wird dieser Tragschraubereffekt bei der Autorotation (Notverfahren) erfolgreich angewendet und dadurch kann ein beschädigter Hubschrauber mit z. B. einem Heckrotorschaden von einem geübten Piloten sicher gelandet werden.
Aus der DE 650 648 C ist ein Tragschrauber der eingangs genannten Art bekannt, bei dem in den Rotorblättern zusätzliche Massen angeordnet sind, welche in Längsrichtung der Rotorblätter verschoben werden können. Beim Start befinden sich die Massen nahe den freien Enden der Rotorblätter, so dass die Rotorblätter eine möglichst große kinetische Energie speichern können. Nach dem Start und während des Umlaufes der Rotorblätter werden die zusätzlichen Massen in Längsrichtung der Rotorblätter zur Nabe hin verscho- ben.
Nachteilig bei dem aus der DE 650 648 C bekannten System ist einerseits, dass bei den heute gegebenen technischen Anforderungen und Sicherheitsbestimmungen in den Rotor- blättern keine zusätzlichen Massen angeordnet werden sollen bzw. dürfen, da dies zu unzulässig hohen Belastungen der Rotorblätter führen kann und dass überdies die Sprungstartfähigkeit noch verbessert werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diese Aufgaben zu lösen.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Rotorantrieb der eingangs genannten Art durch eine zusätzlich zu den Rotorblättern am Hauptrotorkopf montierte Vorrichtung zum Bewegen der Massen mit einem Motor, um die Massen während des Startes von einer äußeren Position in eine innere Position zu bewegen.
Diese Aufgabe wird des Weiteren bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Massen während des Startes von einem Motor an einer zusätzlich zu den Rotorblättern am Hauptrotorkopf montierten Vorrichtung kontrolliert und synchron zur Drehachse von einer äußeren Position in eine innere Position bewegt werden, wodurch eine Veränderung der Hauptrotordrehzahl bewirkt wird.
Wenn keine Auftriebsarbeit geleistet wird, führt dies zu einer Zunahme der Motordrehzahl. Wenn daher z.B. die Drehzahl nach der Vorbeschleunigungsphase am Boden zu nieder ist, ist die Möglichkeit gegeben, die Hauptrotordrehzahl am Boden bei geringem Blatteinstell- winkel, zu erhöhen. Wenn die Hauptrotordrehzahl in einem sicheren, hohen Bereich ist, kann sie durch die Verschiebung der Massen nach innen und die Auftriebsarbeit in einem sicheren hohen, Drehzahlbereich möglichst konstant gehalten werden. Generell ist durch die aktive, steuerbare Bewegung der Massen nach innen eine Beeinflussung (Beschleunigen, Konstanthalten und Verringern) der Hauptrotordrehzahl möglich.
Die technische Umsetzung dieser Aufgabe erfolgt durch eine am drehenden Hauptrotor zusätzlich montierte Vorrichtung mit (z.B. orthogonal zu einem Zweiblattrotor angeordneten) Führungen, an denen symmetrisch jeweils gleiche Massen radial verschiebbar angeordnet sind. Die Massen können von einem Motor (z. B. von einem Elektromotor über ein Getriebe und einen Spindeltrieb) synchron zum Drehzentrum bewegt werden. Geschieht dies unmittelbar nach der Vorbeschleunigungsphase des Hauptrotors und Auskuppeln dieses Antriebes am Boden, so bewirkt das Heranziehen der gleichen Massen nach dem Drehimpulserhaltungssatz eine Zunahme der Winkelgeschwindigkeit (Hauptrotordrehzahl). Während die Vorbeschleunigungsphase des Hauptrotors am Boden ohne Auftrieb erfolgt (z.B. neutrale Stellung der Hauptrotorblätter), wird beim synchronen Heranholen der glei- chen Massen der Einstellwinkel der Hauptrotorblätter, z.B. über die Taumelscheibe, kontrolliert und kollektiv vergrößert und somit die maximal zulässige Hauptrotordrehzahl, zugunsten von Auftrieb (Arbeit), nicht überschritten.
Die Zeitspanne der so erreichten Auftriebsphase reicht aus, um den Tragschrauber auf die notwendige Höhe und mittels eines herkömmlichen, an sich bekannten, zusätzlichen, angetriebenen Propellers die nötige horizontale Geschwindigkeit zu beschleunigen, sodass ein Weiterfliegen als Tragschrauber mit geringem Blatteinstellwinkel ermöglicht wird.
Während des Flugs als Tragschrauber ist es möglich, die Massen wieder langsam synchron in die Startposition (nach außen) zu bewegen und durch nochmaliges kontrolliertes Bewegen der Massen in Richtung Hauptrotordrehzentrum bzw. Hauptrotordrehachse bei Bedarf nochmals den gleichen Effekt zu erzielen wie beim senkrechten Start. Der zusätzliche Auftrieb kann dann z.B. für eine senkrechte Landung genutzt werden.
Die Erfindung unterscheidet sich von diversen bekannten Tragschrauber-Sprungstartlösungen, welche die Drehzahl des Hauptrotors am Boden übermäßig erhöhen oder nur die Rotationsenergie durch verstellbare (DE 650 648 C) oder ortsfeste Massen an den Blattspitzen selbst beeinflussen. Diese bekannten Lösungen arbeiten auf Kosten der im drehen- den Rotorsystem gespeicherten kinetischen Energie und verursachen starke kritische Blattspitzenbewegungen besonders bei der Landung und im Flug, da das Rotorblatt-Massezentrum nachteilig im äußeren Bereich nahe den Blattspitzen angeordnet ist und die Rotorblätter daher starken Blattbewegungen, Verbiegungen und Verwindungen ausgesetzt sind.
Im Stand der Technik wird dem drehenden Rotorsystem beim Start und im Flug keine externe Energie zugeführt. Da die zusätzlichen Massen an den Rotorblättern angeordnet sind, dienen die Rotorblätter selbst mechanisch nachteilig als Träger oder mechanische Bewegungsvorrichtung für die Massen. Die Überdrehzahl, die bei der Vorbeschleunigung am Boden erreicht wird, ist auch aerodynamisch (Überschreiten der maximal zulässigen Blattspitzengeschwindigkeit) und mechanisch gesehen bedenklich und auch nur für sehr kurze Zeit verfügbar. Bei der kollektiven Erhöhung des Blatteinstellwinkels beim Sprungstart sinkt die Hauptrotordrehzahl sehr schnell unter die aerodynamisch ^notwendige Blattanströmgeschwindigkeit und die Gefahr ist sehr groß, dass die notwendige Rotordrehzahl für den sicheren Tragschrauberflug nicht mehr erreicht bzw. gehalten werden kann.
Bei der Erfindung wird dem drehenden Rotorsystem zur Bewegung der Massen nach innen mit Hilfe eines Motors externe kinetische Energie zugeführt. Diese Energie kommt beispielsweise von einer Batterie an Bord des Tragschraubers und steht dem Piloten kontrolliert und individuell steuerbar kurzzeitig für die zusätzliche Auftriebsarbeit zur Verfügung, während die Massen mittels der beispielsweise orthogonal zu den Rotorblättern angebrachten mechanischen Bewegungsvorrichtung synchron zum Rotationszentrum hin bewegt werden. Die nun zusätzlich vorhandene Energie bzw. Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit wird durch eine kontrollierte, kollektive Steigerung des Einstellwinkels der Rotorblätter in Auftriebsleistung für einen senkrechten Start oder eine senkrechte Landung umgewandelt.
Bei der Verringerung der Abstände der Massen zur Drehachse erhöht die Arbeit, mit der die Massen nach innen gezogen werden, die kinetische Energie des sich drehenden Rotors. Daraus resultiert die gewollte Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit des Rotors, die schließlich in Auftriebsarbeit umgewandelt wird und die Drehzahl des Hauptrotors in einem si- cheren, hohen Bereich hält.
Der Vorteil der Erfindung liegt daher unter anderem in der Tatsache, dass die Roterdrehzahl durch die zusätzlich zugeführte Energie wie beschrieben in einem sicheren hohen Bereich gehalten werden kann und auch kein Drehmoment wie beim Hubschrauber ausgeglichen werden muss.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- Schreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erste schematische Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 ein Detail von Fig. 2 im Bereich der Rotorachse,
Fig. 4 eine Ausführungsform einer Masse,
Fig. 5 ein weiteres Detail von Fig. 2 im Bereich des Endes einer Führung für eine
Masse, Fig. 6 eine Ansicht auf das Detail von Fig. 5 von links und
Fig. 7 ein weiteres Detail im Bereich der Rotorachse.
In Fig. 1 ist in Draufsicht schematisch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors eines Tragschraubers schematisch dargestellt, bei dem an einem um eine Drehachse 5 drehbaren Rotorkopf bzw. Hauptrotorkopf 26 zwei Rotorblätter 1 , 2 auf an sich bekannte Weise kollektiv verstellbar montiert sind. Zusätzlich zu den Rotorblättern 1 , 2 sind am Rotorkopf 26 zwei Führungen 13 montiert, an welchen Massen 3 zwischen einer äußeren Position (in Fig. 1 in durchgezogenen Linien dargestellt) und einer inneren Position (in Fig. 1 in strichlierten Linien dargestellt) verschiebbar sind. Das Verschieben der Massen 3 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Vorrichtung mit einem nicht dargestellten Motor, beispielsweise einem Elektromotor, über ein Getriebe 7 und kardanisch aufgehängte Gewindespindeln 14. Das Untersetzungsgetriebe 7 ist so ausgelegt, dass die beiden Getriebeausgangswellen sich gleich schnell drehen und die Massen 3 dadurch synchron nach innen und außen bewegt werden. Die elektrische Versorgung des Elektromotors erfolgt z.B. durch einen hohlen Rotormast.
In den Fig. 2 bis 7 ist etwas detaillierter eine zweite, erfindungsgemäße Ausführungsform eines Rotorantriebs für Tragschrauber dargestellt. Am Rotorkopf 26 ist eine mechanische Vorrichtung zum Bewegen der Massen 3 im sich drehenden Hauptrotorsystem mit den Rotorblättern 1 , 2 und dem Rotorkopf 26 angeordnet. Diese Vorrichtung zum Bewegen der Massen 3 weist eine am Rotorkopf 26 befestigte Montageeinrichtung 27 auf, an welcher orthogonal zu den Rotorblättern 1 , 2 Führungen 13 für die Massen 3 angeordnet sind. Am der Montageeinrichtung 27 gegenüberliegenden Ende sind die Führungen 13 in Bohrungen 16 an einem Endteil 18 befestigt. An der Innenseite der Endteile 18 befindet sich aus Sicherheitsgründen jeweils ein mechanischer Anschlag 20 für die Massen 3. Zwischen den Führungen 13 ist eine Gewindespindel 14 angeordnet, welche auf der Seite des Endteils 18 in einem Stützlager 17, das die Fliehkräfte aufnimmt, und auf der Seite der Montageeinrichtung 27 über ein Kardangelenk 8 in einem Untersetzungsgetriebe 7 gelagert ist.
Die Massen 3 können etwa das gleiche Gewicht wie die Rotorblätter 1 , 2 haben. Das Verhältnis des Rotorkreisdurchmessers zum Außendurchmesser der Führungen 13 beträgt vorzugsweise etwa 4:3. Der Konuswinkel der Führungen 13 beträgt vorzugsweise etwa null Grad.
Die Führungen 13 sind innen hohl und weisen im Bereich des Endteils 18 Begrenzungsschalter 12, vorzugsweise induktive Schalter, auf, welche von der jeweiligen Masse 3 betätigt werden, wenn sich diese an oder nahe ihrer äußersten Position befinden. In den Führungen 13 führen elektrische Kabel 19 von den Begrenzungsschaltern 12 zu einer nicht dargestellten Steuerung, welche einen die Gewindespindel 14 antreibenden Motor 23 abschaltet, wenn die Massen 3 die Schalter 12 betätigen.
Im Bereich des inneren Endes der Führungen 13 befinden sich ebenfalls zwei entsprechende induktive Begrenzungsschalter 12. Aus Sicherheitsgründen befindet sich nach den inneren, nahe dem Rotordrehzentrum gelegenen Begrenzungsschaltern 12 noch je ein elektrischer Notschalter 11 , der von einem an einer Halterung 9 befestigten Betätigungsstift 10 betätigt wird und, wenn die normale Abschaltfunktion versagt, die Stromversorgung zum Motor 23 und zu mechanisch vorgespannten Bremskupplungen 21 unterbricht. Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, werden die Bremskupplungen 21 betätigt, wodurch die Massen 3 augenblicklich in ihrer Position gesichert werden. Der Pilot bekommt ein ent- sprechendes Warnsignal übermittelt. Die Bremskupplungen 21 sind aus Sicherheitsgründen so angesteuert, dass sie ohne Stromversorgung mechanisch vorgespannt automatisch bremsen und die Eingangswelle zum Untersetzungsgetriebe 7 auf Verdrehung sichern und dadurch die Massen 3 sicher auf synchroner Abstandsposition zur Drehachse 5 des Haupt- rotos halten.
Der in Fig. 7 schematisch dargestellte Motor 23 ist vorzugsweise ein mit seiner Drehachse 24 koaxial zur Drehachse 5 des Rotors montierter Elektromotor, der über das Untersetzungsgetriebe 7 über je ein Kardangelenk 8 eine Gewindespindel 14 mit einer geringen Gewindesteigung antreibt. Da die Elektromotordrehachse 24 koaxial zur Hauptrotordrehachse 5 liegt, werden im Betrieb unnötige Kreiselkräfte vermieden und die Lagerungen des mit einer anderen Drehzahl als der Hauptrotor laufenden Elektromotors entlastet. Die Massen sind mit Gleitlagern 4 an den Führungen 13 gelagert und weisen ein Innengewinde 28 für die Gewindespindeln 14 auf.
Zur Erhöhung der Leistung kann auch ein zweiter Elektromotor mit gleicher Drehrichtung verwendet werden, der dem auf der Seite des Rotormasts 25 am Untersetzungsgetriebe 7 angebrachten Elektromotor 23 genau gegenüber liegt. Diese beiden Elektromotoren treiben gemeinsam das Untersetzungsgetriebe 7 an und arbeiten im Parallelbetrieb.
Nach Erreichen eines inneren elektrischen Begrenzungsschalters 12 werden die synchron eingefahrenen Massen 3 über das Getriebe 7 und die doppelt vorhandenen, mechanisch vorgespannten Bremskupplungen 21 am Untersetzungsgetriebeeingang mechanisch. auf Verdrehung gesichert. Der Elektromotor 23 ist aus Sicherheitsgründen so ausgelegt, dass er stromlos ist, wenn die Bremskupplungen 21 aktiv bzw. stromlos sind.
Wird wie oben beschrieben mindestens einer der doppelt vorhandenen inneren induktiven Begrenzungsschalter 12 durch die Position der Massen 3 ausgelöst, bekommt der Pilot augenblicklich ein optisches und akustisches Warnsignal, das ihn auffordert, eine kollektive Rotorblattverstellung, die bei 6 an den Rotorblättern 1 , 2 angeschlossen ist, über den herkömmlich bekannten kollektiven Steuerhebel unverzüglich auf die Minimal- bzw. Tragschrauberstellung zu bringen. Ist das geschehen, wird die Warnung abgestellt und die Position der Massen.3 wird für den Piloten angezeigt. In dieser herkömmlichen Tragschrauberstellung befindet sich eine mechanische Verriegelung am kollektiven Steuerhebel, die vom Piloten nur mechanisch und bewusst entriegelt werden kann, wenn er die kollektive Blattverstellung z.B. für einen senkrechten Start oder eine senkrechte Landung betätigen will.
Beim kontrollierten Bewegen der Massen 3 nach innen oder außen entsteht kein Drehmo- ment wie z.B. bei einem Hubschrauber, das ausgeglichen werden muss. Die vom Piloten gesteuerte mechanische Vorrichtung zum Bewegen der Massen 3 wird am Boden und im Flug vom Bordnetz über eine Bordbatterie z.B. durch eine elektrische Leitung im hohlen Rotormast 25 mit Energie versorgt. Die Zelle des Tragschraubers ist herkömmlich der elektrisch Minuspol und der elektrische Pluspool wird über einen Schleifring durch den hohlen Rotormast 25 zum Elektromotor 23 nach oben geführt. Je nach verwendetem Rotorkopfsystem 26 kann sich der Schleifring auch am Rotorkopf 26 bzw. an einem rotor- kopfseitig vorhandenen Ritzel befinden, über das die Vorbeschleunigung des Rotors am Boden erfolgt.
Die tatsächlichen Endpositionen der Massen 3 werden dem Piloten mittels der doppelt vorhandenen Begrenzungsschalter 12 über deren Verkabelung 19 und durch den hohlen Rotormast 25 über eine elektrische Kontrolleinheit zur Anzeige gebracht.
Die Einziehgeschwindigkeit der Massen 3 kann über eine Steuereinheit in Abhängigkeit von der kollektiven Steuervorgabe für die Rotorblattstellung des Piloten so gesteuert werden, dass die Massen 3 mit linearer oder nicht linearer, steigender oder sinkender oder mit konstanter Geschwindigkeit nach innen bewegt werden. Durch dieses Geschwindigkeitsprofile ist sichergestellt, dass die Rotordrehzahl während der Start- bzw. Aufriebsphase in einem sicheren, nutzbaren hohen Bereich bleibt und der sichere Übergang zum herkömm- lieh bekannten Tragschrauberflug gewährleistet ist.
Das synchrone Bewegen der Massen 3 vom Rotationszentrum weg nach außen ist nur nach mechanischem Entsichern eines elektrischen Sicherheitsschalters im Cockpit durch den Piloten am Boden oder im Flug möglich. Weiters muss wie vorher beschrieben der kollektive Blattverstellhebel vom Piloten mechanisch entsichert werden. Die Rotordrehzahl muss sich in einem sicheren hohen Bereich befinden. Die synchrone Bewegung der Massen 3 erfolgt in diesem Modus immer nur mit Minimalgeschwindigkeit. Aus Sicherheitsgründen wird im Flug durch das langsame Bewegen der Massen 3 nach außen vermieden, dass der umgekehrte Effekt wie beim Start, also in diesem Falle eine übermäßige Verringerung der Haupt- rotordrehzahl, eintritt. Da dieser Vorgang bewusst vom Piloten während des Flugs im Tragschrauber-Modus eingeleitet wird und er mit der unvermeidlichen geringen Verringerung der Drehzahl des Hauptrotors rechnet, kann diese Flugsituation vom Piloten kontrolliert und gesteuert werden. Das synchrone Bewegen der Massen 3 nach außen während des Flugs kann aus Sicherheitsgründen generell oder nur unter bestimmten Bedingungen gesperrt werden.
Der beschriebene Rotorantrieb für Tragschrauber ist für manntragende aber auch für Flugmodelle vorgesehen bzw. geeignet.

Claims

Ansprüche:
1. Rotorantrieb für Tragschrauber mit einem sich drehenden Hauptrotorsystem mit Rotorblättern (1 , 2) und mit gleichen Massen (3), deren Abstand von einer Drehachse (5) synchron veränderbar ist, gekennzeichnet durch eine zusätzlich zu den Rotorblättern (1 , 2) am Hauptrotorkopf (26) montierte Vorrichtung (7, 13, 14) zum Bewegen der Massen (3) mit einem Motor (23), z.B. einem Elektromotor, um die Massen (3) während des Startes von einer äußeren Position in eine innere Position zu bewegen.
2. Rotorantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4, 6) zum Bewegungen der Massen (3) am drehenden Hauptrotorkopf (26) orthogonal zu den Rotorblättern (1 , 2) eines Zweiblattrotors montiert ist.
3. Rotorantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Vor- richtung (4, 6) zum Bewegen der Massen am drehenden Hauptrotorkopf (26) in einem
Winkel ungleich 90° zu den Rotorblättem (1 , 2) eines Zweiblattrotors montiert ist.
4. Rotorantrieb nach Anspruch 2 oder (1 , 2), dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Vorrichtung (7, 13, 14) zum Bewegen der Massen (3) kraftschlüssig am dre- henden Hauptrotorkopf (26) montiert ist.
5. Rotorantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (7, 13, 14) zum Bewegen der Massen (3) mit dem Hauptrotorkopf (26) eine Einheit bildet.
6. Rotorantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (7, 13, 14) zum Bewegen der Massen (3) einen Elektromotor und ein Getriebe (7) sowie eine Gewindespindel (14) aufweist.
7. Rotorantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Massen (3) als Flüssigkeitsbehälter ausgelegt sind, wobei, z. B. nach dem Start, die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, langsam, synchron und kontrolliert im Flug abgelassen werden kann.
8. Der Rotorantrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (14) zum Bewegen der Massen (3) kraftschlüssig und flexibel bzw. beweglich, beispielsweise mittels kardanischer Aufhängung, am am Rotorkopf (26) angeordneten Getriebe (7) aufgehängt ist.
9. Verfahren zum senkrechten Starten eines Tragschraubers mit einem Rotorantrieb mit einem sich drehenden Hauptrotorsystem mit Rotorblättern (1 , 2) und mit gleichen Massen (3), deren Abstand von einer Drehachse (5) synchron veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Massen (3) während des Startes von einem Motor, z.B. einem Elektromotor, an einer zusätzlich zu den Rotorblättern (1 , 2) am Hauptrotorkopf (26) montierten Vorrichtung (7, 13, 14) kontrolliert und synchron zur Drehachse (5) von einer äußeren Position in eine innere Position bewegt werden, wodurch eine Veränderung der Hauptrotordrehzahl bewirkt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das synchrone und kon- trollierte Bewegen der Massen (3) in Richtung zur Drehachse (5) unmittelbar nach einer
Vorbeschleunigungsphase und dem Entkuppeln des Hauptrotors von einem Antrieb am Boden erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Vorbe- schleunigungsphase des Hauptrotors am Boden kein Auftrieb erfolgt, und dass beim anschließenden kontrollierten und synchronen Bewegen der Massen (3) unmittelbar nach der Vorbeschleunigungsphase des Hauptrotors bzw. nach dem Entkuppeln des Antriebs am Boden der Einstellwinkel der Hauptrotorblätter (1 , 2) kontrolliert und kollektiv vergrößert wird und somit die maximal zulässige Hauptrotordrehzahl zuguns- ten eines Auftriebs nicht überschritten und dadurch ein senkrechter Start des Tragschraubers erreicht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellwinkel der Hauptrotorblätter (1 , 2) nach Erreichen einer notwendigen Höhe und horizontalen Geschwindigkeit kontinuierlich und kollektiv zurück gestellt wird und ein Weiterfliegen als Tragschrauber erreicht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Massen (3) während des Flugs als Tragschrauber wieder langsam synchron und kontrolliert in ihre äußere Position bewegt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für eine senkrechte Landung ein nochmaliges kontrolliertes Bewegen der Massen (3) in Richtung zur Drehachse (5) des Hauptrotors in der Luft erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Massen 3 mit linearer oder nicht linearer, steigender oder sinkender oder mit konstanter Geschwindigkeit nach innen bewegt werden.
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