<Desc/Clms Page number 1>
Inrichting voor de besturing van een helikopter.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de besturing van een helikopter.
Zulke helikopters worden zoals bekend aangedreven door minstens één hoofdrotor die meerdere instelbare rotorbladen bevat en die zorgt voor de opwaartse kracht van de helikopter.
De rotorbladen zijn meer speciaal scharnierbaar rond hun lengterichting aangebracht, waarbij de scharnierhoek instelbaar is om de opwaartse kracht die zij tijdens het wentelen van de rotor ontwikkelen te kunnen regelen.
Het is bekend dat voor de besturing van de helikopter, meer speciaal in voor- of achterwaartse richting, alsook in zijwaartse richting, wordt gebruik gemaakt van de voornoemde instelbaarheid van de rotorbladen van de hoofdrotor.
Hiervoor worden de rotorbladen, al naar gelang de stand waarin de piloot zijn besturingselementen verplaatst, individueel en volgens een cyclisch verloop, verschillend ingesteld, zodat zij elk een verschillende opwaartse kracht ontwikkelen, waardoor de rotor asymmetrisch belast wordt en waardoor bijgevolg een krachtenmoment ontstaat dat de helikopter in de gewenste richting doet overhellen en de helikopter in deze richting doet bewegen.
<Desc/Clms Page number 2>
Tot op heden wordt voor het instellen van de rotorbladen voor het besturen van de helikopter gebruik gemaakt van een inrichting met mechanische overbrengingsmiddelen tussen de voornoemde bedieningselementen van de piloot en het instelmechanisme van de rotorbladen.
Het nadeel van zulke bekende inrichtingen is dat de voornoemde mechanische overbrengingsmiddelen zeer complex zijn en bovendien veel bewegende delen bevatten die onderhevig zijn aan slijtage, die veel onderhoud en afstelling vergen en die bovendien door hun complexiteit gespecialiseerd personeel vereisen voor de herstellingen en het onderhoud. Het is duidelijk dat helikopters met dergelijke inrichtingen zeer duur zijn in aankoop en eveneens belangrijke exploitatiekosten met zich meebrengen.
De huidige uitvinding heeft tot doel aan de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.
Hiertoe betreft de uitvinding een inrichting voor de besturing van een helikopter, bestaande uit minstens één rotor die gevormd is door meerdere rotorbladen die dwars op de rotoras zijn aangebracht en die scharnierbaar zijn rond hun lengterichting ; een besturingselement voor het voor- of achterwaarts vliegen en een besturingselement voor het zijwaarts vliegen ; tenslotte overbrengingsmiddelen tussen deze besturingselementen en de rotorbladen om de rotorbladen te scharnieren rond hun lengterichting, daardoor gekenmerkt dat deze overbrengingsmiddelen elektrische aandrijfmiddelen bevatten die op de rotor zijn aangebracht.
<Desc/Clms Page number 3>
Een voordeel hiervan is dat veel minder mechanische onderdelen nodig zijn, aangezien, enerzijds, de aandrijfmiddelen zich op de rotor bevinden en dus zeer dicht bij het instelmechanisme van de rotorbladen, en, anderzijds, de verbinding tussen de aandrijfmiddelen en de besturingselementen met elektrische of elektronische componenten kan worden uitgevoerd.
Bij voorkeur zijn de aandrijfmiddelen gevormd door één of meer elektrische motoren en bevatten de overbrengingsmiddelen een elektrische draaikoppeling die tussen de motoren en de besturingselementen is geschakeld, waardoor de inrichting op eenvoudige en dus goedkope wijze gerealiseerd kan worden.
De uitvinding is ook bijzonder geschikt voor toepassing op afstandsbestuurde modelhelikopter met twee instelbare rotorbladen.
Volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm bevat de inrichting in dit geval één of meer omvormers die een spanningssignaal genereren dat evenredig is met de verplaatsing van de bedieningselementen van de afstandsbesturing en bestaat de voornoemde draaikoppeling hoofdzakelijk uit, enerzijds, een, ten opzichte van de romp van de helikopter, vast gedeelte dat coaxiaal rond de rotoras is aangebracht en die een isolerende kern bevat die aan zijn buitenzijde voorzien is van vier contactschoenen, en, anderzijds, een roterend gedeelte dat twee
<Desc/Clms Page number 4>
sleepcontacten bevat die diametraal tegenover elkaar op de rotoras zijn aangebracht.
Een dergelijke afstandsbestuurde modelhelikopter is zeer eenvoudig en goedkoop te realiseren in tegenstelling tot de bekende modelhelikopters die eveneens zeer complex zijn en die voor hun besturing gebruik maken van dure servomotoren, gyroscopen, accelerometers en microprocessoren met de nodige overeenstemmende dure software ervoor.
Een modelhelikopter volgens de uitvinding maakt, naast de klassieke bekende afstandsbediening, gebruik van courante en goedkope componenten, namelijk een elektrische motor, één of meer spanningsomvormers en een eenvoudig te realiseren draaikoppeling.
Door de eenvoud van zulke modelhelikopter met een inrichting volgens de uitvinding en het ontbreken van ingewikkelde regelingen zoals bij de bekende modelhelikopters, is geen speciale technische kennis vereist om zulke modelhelikopter uit een bouwpakket of dergelijke samen te stellen en ook niet om zulke helikopter verder te onderhouden.
Hierdoor komt zulke modelhelikopter binnen ieders bereik zonder dat hiervoor een technische bagage nodig is en het bovendien niet meer noodzakelijk is dat zulke modelhelikopter via de speciaalzaak wordt verdeeld.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend
<Desc/Clms Page number 5>
karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een inrichting volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin :
Figuur 1 schematisch en in perspectief een helikopter weergeeft die is uitgerust met een inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 op grotere schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 1 door F2 is aangeduid; figuur 3 een uiteengenomen zicht weergeeft van het gedeelte dat in figuur 2 is weergegeven; figuur 4 een doorsnede weergeeft volgens lijn IV-IV in figuur 2; figuur 5 een doorsnede weergeeft volgens lijn V-V in figuur 4; figuur 6 op grotere schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 1 door F6 is aangeduid; figuur 7 een doorsnede weergeeft volgens lijn VII-VII in figuur 6;
figuur 8 een zijaanzicht weergeeft van de helikopter van figuur 1; figuur 9 een doorsnede weergeeft volgens lijn IX-IX in figuur l; figuur 10 een doorsnede weergeeft zoals in figuur 9, doch voor een andere stand; figuur 11 een schema weergeeft van de opeenvolgende standen van de rotorbladen van de helikopter; figuur 12 een zicht weergeeft zoals in figuur 8, doch voor een andere stand; figuur 13 een uitvoeringsvariante weergeeft van een inrichting volgens de uitvinding;
<Desc/Clms Page number 6>
figuur 14 een bovenaanzicht weergeeft van nog een andere uitvoeringsvariante van een inrichting volgens de uitvinding.
In figuur 1 is helikopter 1 weergegeven die is uitgerust met een inrichting volgens de uitvinding.
De helikopter 1 is in dit geval een modelhelikopter die bestuurd wordt door middel van een klassieke afstandsbesturing met een zendergedeelte 2 dat draadloos in verbinding staat met een ontvangergedeelte 3 in de helikopter 1 en waarbij het zendergedeelte 2 onder meer voorzien is van een besturingselement 4, in de vorm van een tuimelhendel of dergelijke die ten opzichte van een neutrale stand in twee richtingen beweegbaar is voor het aansturen van het voor- of achterwaarts vliegen en een gelijkaardig besturingselement 5 voor het zijwaarts vliegen.
De helikopter 1 bestaat in hoofdzaak uit een romp 6 en een daarop aangebrachte rotor 7 die in dit geval voorzien is van rotorbladen 8, in dit geval van twee rotorbladen 8A en 8B.
De rotor 7 bezit een rotoras 9 die gelagerd is in een aan de romp 6 bevestigde lagerbus 10 en die aan zijn onderste uiteinde wordt aangedreven door middel van een aandrijving die bijvoorbeeld gevormd is door een koppel motor 11 reductiekast 12.
<Desc/Clms Page number 7>
Zoals is weergegeven in de figuren 2 tot 5, is centraal op het bovenste uiteinde van de rotoras 9 een vorkvormige steun 13 voorzien met twee benen 14 die evenwijdig zijn met de rotoras 9 en een dwarsstuk 15 dat de twee benen 14 verbindt en dat dwars op de rotoras 9 is bevestigd.
Rond de steun 13 is een schommelstuk 16 met een centraal hol gedeelte voorzien, waarbij dit schommelstuk 16 vrij scharnierbaar rond een meetkundige schommelas Y-Y is aangebracht op deze steun 13, door middel van twee coaxiale assen, respectievelijk 17 en 18, die vrij verdraaibaar doorheen doorgangen 19 in de voornoemde benen 14 van de steun 13 zijn aangebracht en die zijn bevestigd op twee tegenover elkaar gelegen evenwijdige wanden 20 van het schommelstuk 16, bijvoorbeeld doordat ze met een perspassing in een boring in deze wanden 20 zijn aangebracht.
Aan weerszijden van de steun 13 zijn aan de buitenzijde van de voornoemde wanden 20, plaatvormige flenzen 22 bevestigd die zich in elkaars verlengde bevinden en waarop de rotorbladen 8A en 8B zijn aangebracht.
De rotorbladen 8 zijn in dit geval op een vaste wijze op de voornoemde flenzen 22 bevestigd, bijvoorbeeld door middel van een perspen 23, die door een doorgang 24 van de flens 22 is aangebracht, en wel zodat de rotorbladen 8A-8B, zoals weergegeven in figuur 9, een bepaalde instelhoek H insluiten ten opzichte van een symmetrievlak 22A van de plaatvormige flenzen 22, een en ander zodat de rotorbladen 8A en 8B zo opgesteld zijn dat hun aanvalsboord 25, die de
<Desc/Clms Page number 8>
voorste tip is van de rotorbladen 8, steeds in de draaizin van de rotor 7 is gericht.
Op het dwarsstuk 15 van de steun 13 zijn volgens de uitvinding aandrijfmiddelen 26 voorzien, die, in dit geval, gevormd zijn door een elektrische motor 27 die op het dwarsstuk 15 is bevestigd en die, door middel van een tandwieloverbrenging 28, gekoppeld is aan het schommelstuk 16, waarbij deze tandwieloverbrenging 28 gevormd is door een eerste tandwiel 28A dat op de as van de motor 27 is bevestigd en een daarmee samenwerkend tweede tandwiel 28B dat vast op de voornoemde as 17 van het schommelstuk 16 is aangebracht.
Alhoewel in dit geval voor de aandrijfmiddelen 26 een elektrische motor 27 wordt gebruikt, zijn andere elektrische aandrijfmiddelen die een koppel of kracht kunnen ontwikkelen, zoals actuators, servo's, of dergelijke, niet uitgesloten.
Ook is volgens de uitvinding de voornoemde motor 26 elektrisch verbonden met het ontvangergedeelte 3 van de voornoemde afstandsbediening, door middel van een elektrische draaikoppeling 29 die op de rotoras 9 is aangebracht en die zelf verbonden is met twee omvormers, respectievelijk 30 en 31, die de signalen van het ontvangergedeelte 3 van de afstandsbesturing omzetten in twee gescheiden spanningssignalen die evenredig zijn met de verplaatsingen van respectievelijk de twee voornoemde bedieningselementen 4-5.
<Desc/Clms Page number 9>
De voornoemde draaikoppeling 29 is voorzien van een, ten opzichte van de romp 6, vast gedeelte 29A dat bestaat uit een isolerende ringvormige kern 32 die coaxiaal rond de rotoras 9 is aangebracht en die aan zijn buitenzijde voorzien is van vier contactschoenen, respectievelijk twee tegenover elkaar gelegen contactschoenen 33 en twee andere tegenover elkaar gelegen contactschoenen 34, die 90 ten opzichte van elkaar zijn verdraaid.
De tegenoverliggende contactschoenen 33-34 vormen contactparen die respectievelijk door middel van geleiders 35-36 verbonden zijn met de voornoemde omvormers 30-31.
De draaikoppeling 29 is verder voorzien van een roterend gedeelte 29B dat bestaat uit een lat 37 die op een gecentreerde manier dwars op de rotoras 9 is aangebracht, waarbij op deze lat 37 aan elk uiteinde een sleepcontact 38 scharnierbaar is voorzien op een as 39 die evenwijdig is met de rotoras en, waarbij, deze sleepcontacten 38 door middel van een niet in de figuren weergegeven veer in contact worden gehouden met de buitenzijde van het voornoemd vast gedeelte 29A.
De voornoemde sleepcontacten 38 zijn elk door middel van een geleider 40 met een aansluitcontact 41 van de voornoemde motor 27 verbonden.
De werking van de inrichting is als volgt.
Wanneer de rotor 7 door de motor 11 wordt aangedreven, bewegen de rotorbladen 8 zich door de lucht, waardoor zij,
<Desc/Clms Page number 10>
zoals bekend, doordat ze ten opzichte van het draaivlak 42 waarin ze bewegen een bepaalde invalshoek, respectievelijk B en C, insluiten, aan een opwaartse kracht of een zogenaamde lift worden onderworpen die loodrecht staat op het voornoemde draaivlak 42.
Indien de besturingselementen 4-5 zich in een neutrale stand bevinden, dan zijn de signalen afkomstig van de omvormers 30-31 gelijk aan nul, waardoor de motor 27 spanningsloos is en het schommelstuk 16 zich op dat ogenblik in een overeenkomstige neutrale stand bevindt, zoals weergegeven in figuur 9, waarbij het symmetrievlak 22A van de flenzen 22 zich loodrecht op de rotoras bevindt.
Voor deze neutrale stand van het schommelstuk 16 zijn de voornoemde invalhoeken B en C van de rotorbladen 8A en 8B gelijk aan elkaar en bovendien gelijk aan de voornoemde instelhoek H, waardoor de lift, respectievelijk aangeduid met LA en LB, van de twee rotorbladen 8A en 8B, aan mekaar gelijk zijn, zodat op de rotor 7 geen moment wordt uitgeoefend en men bijvoorbeeld een situatie bekomt, zoals weergegeven in figuur 10, waarbij de gezamenlijke opwaartse kracht L in evenwicht is met het gewicht G van de helikopter 1 en waardoor deze bijvoorbeeld ter plaatse blijft hangen.
Indien nu bijvoorbeeld, zoals weergegeven in figuur 12, het besturingelement 4 van de afstandsbediening naar voor wordt geduwd om de helikopter 1 naar voor te doen vliegen, dan wordt er door de omvormer 30 een positieve spanning
<Desc/Clms Page number 11>
gegenereerd die, via de geleiders 35, op de contactschoenen 33 wordt aangelegd.
Telkens wanneer de rotorbladen 8 zich hoofdzakelijk volgens de lengteas van de helikopter 1 uitstrekken, komen de sleepcontacten 38 in contact met deze contactschoenen 33, waardoor de voornoemde spanning via de geleiders 40 aan de aansluitcontacten 41 van de motor 27 wordt overgedragen.
Wanneer de rotorbladen 8 verder draaien naar een zijdelingse positie ten opzichte van de helikopter 1, dan komen de sleepcontacten 38 in contact met de contactschoenen 34 die spanningsloos zijn, zodat de spanning aan de aansluitcontacten 41 van de motor 27 op dat ogenblik wegvalt tot wanneer de rotorbladen 8 zich opnieuw hoofdzakelijk in de lengterichting van de helikopter uitstrekken en de sleepcontacten 38 opnieuw in contact komen met de onder spanning staande contactschoenen 33, en zo verder.
Het spanningsverloop dat aldus bekomen wordt tussen de contactpolen 41 van de motor 27 is schematisch weergegeven in het bovenste diagram van de figuur 11 als functie van de positie van bijvoorbeeld het rotorblad 8A over een volledige toer van de rotor 7, waarbij 0 overeenkomt met de meest naar voor gerichte positie van dit rotorblad 8A, zoals weergegeven in figuur 1.
Telkens wanneer de rotorbladen 8A-8B hoofdzakelijk volgens de lengterichting van de helikopter 1 zijn gericht, dus voor de posities overeenstemmend met 0 en 180 , wordt de
<Desc/Clms Page number 12>
motor 27 dus bekrachtigd, waardoor het schommelstuk 16, zoals weergegeven in figuur 10, over een bepaalde hoek, evenredig met de aangelegde spanning en dus evenredig met de verplaatsing van het besturingselement 4, wordt verdraaid, bijvoorbeeld in de richting die door de draaizin E is aangeduid.
Zoals blijkt uit figuur 10, heeft deze hoekverdraaiing van het schommelstuk 16 tot gevolg dat de invalshoek A van het rotorblad 8A kleiner wordt en dus kleiner wordt dan de neutrale instelhoek H, terwijl de invalshoek B van het rotorblad 8B tegelijkertijd en in gelijke mate groter wordt en dus groter dan de neutrale instelhoek H, zodat voor de voornoemde posities overeenstemmend met 0 en 180 , de lift LA van het rotorblad 8A in dit geval groter wordt, terwijl de lift LB van het rotorblad 8B in dezelfde mate kleiner wordt, waardoor de gezamenlijke lift L even groot blijft als voordien, maar waardoor er een krachtenmoment in het leven geroepen wordt die de rotor 7 en dus ook de volledige helikopter 1, zoals weergegeven in figuur 12, naar voor doet overhellen.
De lift L die steeds loodrecht op het draaivlak 42 is gericht, krijgt aldus een voorwaarts gerichte component LV die de helikopter 1 naar voor doet vliegen.
Telkens wanneer de rotorbladen 8 zijdelings zijn gericht, dus voor de posities overeenstemmend met 90 en 270 , valt de spanning aan de contactpolen 41 van de motor 27 weg, zodat voor deze posities het schommelstuk 16 en de rotorbladen 8 terugkeren naar hun neutrale positie, waarbij de invalshoeken A en B gelijk zijn aan de instelhoek H,
<Desc/Clms Page number 13>
zodat de rotorbladen 8A-8B symmetrisch belast worden, waardoor de rotor 7 en dus ook de helikopter 1 zijdelings gestabiliseerd in evenwicht wordt gehouden, zodat hij niet zijdelings gaat overhellen.
Het verloop van de invalshoeken A en B en van de lift LA en LB zijn weergegeven in de diagrammen van de figuur 11 voor een toer van het rotorblad 8A.
Uit wat voorafgaat, blijkt dus dat door het besturingselement 4 naar voor te duwen, de helikopter 1 zich voorwaarts verplaatst.
Wanneer dit besturingselement 4 naar achter wordt getrokken, dan zal de omvormer 30 een negatief signaal genereren, waardoor het schommelstuk 16, telkens wanneer de rotorbladen 8 zich hoofdzakelijk in de lengterichting van de helikopter 1 bevinden, gekanteld wordt in de tegenstelde zin ten opzichte van het vorige geval, waardoor ditmaal de lift van het rotorblad 8 dat zich vooraan bevindt, groter wordt, terwijl de lift van het rotorblad 8 dat zich achteraan bevindt, kleiner wordt, waardoor in dit geval de helikopter 1 naar achter overhelt en hij dus achterwaarts zal vliegen.
Het is duidelijk dat op dezelfde manier, door het besturingselement 5 bijvoorbeeld naar links te duwen dat ditmaal de omvormer 31 een spanning zal genereren die aan de contactpolen 41 van de motor 27 worden aangelegd, telkens wanneer de rotorbladen 8 zijdelings gericht zijn, waardoor, in dit geval, volgens een analoge redenering de
<Desc/Clms Page number 14>
rotor naar links zal overkantelen waardoor de helikopter 1 naar links gestuurd wordt.
Het is eveneens duidelijk dat de bedieningselementen 4-5 gecombineerd gebruikt kunnen worden om de helikopter 1 schuin te doen bewegen.
Aangezien de spanningen die door de omvormers 30-31 worden gegenereerd evenredig zijn aan de verplaatsing van de betreffende bedieningselementen 4-5, zal het voornoemde effect des te groter zijn naarmate de bedieningsorganen 4-5 verder verplaatst worden, zodat de resulterende snelheid ook in verhouding zal toenemen tot de verplaatsing van het betreffende bedieningselement 4-5.
Om de helikopter 1 te doen stijgen of te laten dalen, kan men op een klassieke manier het toerental van de motor 11 wijzigen door bediening van een bijkomend bedieningselement 43 op de afstandsbediening, waardoor het ontvangergedeelte 3 via de geleider 44 deze motor 11 kan aansturen.
In figuur 13 is een variante weergegeven van een inrichting volgens de uitvinding, waarbij in dit geval het schommelstuk 16 niet rechtstreeks door de motor 27 wordt aangedreven, maar wel onrechtstreeks door gebruik te maken van de aerodynamische werking van twee bijkomende schoepen 45 die aan weerszijden van het schommelstuk 16 zijn bevestigd op een gemeenschappelijke as 46 die verdraaibaar op het schommelstuk 16 is aangebracht en die zich dwars op de voornoemde rotorbladen 8A-8B uitstrekt. Op de voornoemde
<Desc/Clms Page number 15>
as is een tandwielsegment 47 voorzien dat samenwerkt met een tandwiel 48 van de motor 27.
Wanneer de motor 27 in dit geval geen spanningssignaal ontvangt, draaien de bijkomende schoepen 45 in het draaivlak 42 van de rotor 7, en bevindt het schommelstuk 16 zich in haar neutrale positie.
Wanneer echter de motor 27 een spannningssignaal ontvangt van een omvormer 30-31, worden de schoepen 45 in een bepaalde zin gewenteld, waardoor n schoep 45 een opwaartse kracht en de andere schoep 45 een neerwaartse kracht ontwikkeld, zodat een krachtenmoment wordt bekomen die het schommelstuk 16 in een bepaalde zin doet kantelen, waardoor, op dezelfde manier als in de vorige uitvoeringsvorm, de rotorbladen 8A en 8B asymmetrisch belast worden en de helikopter 1 in een bepaalde zin doet overhellen.
Het voordeel van het gebruik van dergelijke bijkomende schoepen 45 is dat zij een groot krachtenmoment kunnen ontwikkelen, zodat, voor het aandrijven van het schommelstuk 16, een motor 27 met een kleiner koppel gebruikt kan worden.
Een ander voordeel van deze schoepen 45 is dat zij een stabiliserende uitwerking hebben op de helikopter 1, zodat geen extra stabiliserende apparatuur met gyroscopen, accelerometers en dergelijke noodzakelijk is.
<Desc/Clms Page number 16>
In figuur 14 is nog een andere variante weergegeven van een inrichting volgens de uitvinding, waarbij in dit geval de rotor 7 is uitgevoerd met rotorbladen 8 die verdraaibaar op een rotorkop 49 zijn aangebracht die solidair is met de rotoras 9 en, waarbij, voor ieder rotorblad 8 afzonderlijke aandrijfmiddelen 26 zijn voorzien, elk bijvoorbeeld in de vorm van een motor 27 en een tandwieloverbrenging 28.
In dit geval kunnen alle rotorbladen 8 afzonderlijk worden gestuurd, hetzij gemeenschappelijk om de lift te vergroten of te verkleinen, hetzij volgens een cyclische beweging, zoals in de vorige uitvoeringsvormen, om de helikopter 1 in een bepaalde richting te sturen. Het is duidelijk dat hiervoor een ander type van elektrische draaikoppeling vereist is die door een vakman in het betreffende technisch domein genoegzaam realiseerbaar is.
Alhoewel in wat voorgaat enkel over telegeleide modelhelikopters is gesproken, is het duidelijk dat de uitvinding met dezelfde voordelen ook toepasbaar is voor echte helikopters, waarbij, in dit geval, de nodige elektrische spanningssignalen voor het aansturen van de motoren 27 kunnen worden bekomen uitgaande van sensoren die op de besturingselementen van de piloot zijn voorzien.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een inrichting volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
Device for controlling a helicopter.
The present invention relates to a device for controlling a helicopter.
Such helicopters are, as is known, driven by at least one main rotor which comprises several adjustable rotor blades and which provides the helicopter's upward force.
The rotor blades are more particularly hingedly arranged around their longitudinal direction, wherein the hinge angle is adjustable in order to be able to control the upward force that they develop during the rotation of the rotor.
It is known that for the control of the helicopter, more specifically in the forward or reverse direction, as well as in the lateral direction, use is made of the aforementioned adjustability of the rotor blades of the main rotor.
For this purpose, the rotor blades are individually adjusted according to the position in which the pilot moves its control elements, and according to a cyclical course, so that they each develop a different upward force, as a result of which the rotor is loaded asymmetrically and consequently a moment of force arises that tilt the helicopter in the desired direction and move the helicopter in this direction.
<Desc / Clms Page number 2>
Hitherto, for adjusting the rotor blades for controlling the helicopter, use has been made of a device with mechanical transfer means between the aforementioned pilot operating elements and the rotor blade adjustment mechanism.
The disadvantage of such known devices is that the aforementioned mechanical transfer means are very complex and moreover contain many moving parts which are subject to wear, which require a lot of maintenance and adjustment and which moreover require specialized personnel for repairs and maintenance due to their complexity. It is clear that helicopters with such devices are very expensive to purchase and also entail significant operating costs.
The present invention has for its object to provide a solution to the aforementioned and other disadvantages.
To this end, the invention relates to a device for controlling a helicopter, consisting of at least one rotor which is formed by a plurality of rotor blades arranged transversely of the rotor shaft and which are hinged about their longitudinal direction; a control element for flying forwards or backwards and a control element for flying sideways; finally transfer means between these control elements and the rotor blades for pivoting the rotor blades about their longitudinal direction, characterized in that these transfer means comprise electric drive means mounted on the rotor.
<Desc / Clms Page number 3>
An advantage hereof is that much fewer mechanical parts are required, since, on the one hand, the drive means are located on the rotor and therefore very close to the setting mechanism of the rotor blades, and, on the other hand, the connection between the drive means and the control elements with electrical or electronic components can be implemented.
The drive means are preferably formed by one or more electric motors and the transmission means comprise an electric rotary coupling which is connected between the motors and the control elements, whereby the device can be realized in a simple and therefore inexpensive manner.
The invention is also particularly suitable for use on a remote-controlled model helicopter with two adjustable rotor blades.
According to a preferred embodiment, the device in this case comprises one or more inverters that generate a voltage signal proportional to the displacement of the remote control operating elements and the aforementioned rotary coupling consists essentially of, on the one hand, a helicopter fuselage , a fixed part which is arranged coaxially around the rotor shaft and which comprises an insulating core which is provided on its outside with four contact shoes, and, on the other hand, a rotating part which has two
<Desc / Clms Page number 4>
contains sliding contacts that are arranged diametrically opposite each other on the rotor shaft.
Such a remote-controlled model helicopter can be realized very simply and cheaply in contrast to the known model helicopters which are also very complex and which use expensive servomotors, gyros, accelerometers and microprocessors with the corresponding corresponding expensive software for their control.
A model helicopter according to the invention, in addition to the conventional known remote control, uses current and inexpensive components, namely an electric motor, one or more voltage converters and an easily realized rotary coupling.
Due to the simplicity of such a model helicopter with a device according to the invention and the lack of complicated controls such as with the known model helicopters, no special technical knowledge is required to assemble such a model helicopter from a kit or the like, nor to further maintain such a helicopter. .
As a result, such a model helicopter comes within everyone's reach without the need for technical baggage and, furthermore, it is no longer necessary for such a model helicopter to be distributed via the specialist dealer.
With the insight to better demonstrate the features of the invention, hereinafter, as an example, are without limiting
<Desc / Clms Page number 5>
character, some preferred embodiments of a device according to the invention, with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 schematically and in perspective represents a helicopter equipped with a device according to the invention; figure 2 represents the part indicated by F2 in figure 1 on a larger scale; Figure 3 shows an exploded view of the portion shown in Figure 2; figure 4 represents a section according to line IV-IV in figure 2; figure 5 represents a section according to line V-V in figure 4; figure 6 represents the part indicated by F6 in figure 1 on a larger scale; figure 7 represents a section according to line VII-VII in figure 6;
Figure 8 shows a side view of the helicopter of Figure 1; figure 9 represents a section according to line IX-IX in figure 1; figure 10 represents a section as in figure 9, but for a different position; Figure 11 shows a diagram of the successive positions of the rotor blades of the helicopter; figure 12 represents a view as in figure 8, but for a different position; Figure 13 shows an embodiment variant of a device according to the invention;
<Desc / Clms Page number 6>
figure 14 represents a top view of yet another embodiment variant of a device according to the invention.
Figure 1 shows helicopter 1 which is equipped with a device according to the invention.
The helicopter 1 is in this case a model helicopter that is controlled by means of a traditional remote control with a transmitter section 2 that is wirelessly connected to a receiver section 3 in the helicopter 1 and wherein the transmitter section 2 is provided with a control element 4, inter alia the shape of a rocker handle or the like which is movable in two directions relative to a neutral position for controlling the forward or backward flying and a similar control element 5 for flying sideways.
The helicopter 1 consists essentially of a fuselage 6 and a rotor 7 mounted thereon which in this case is provided with rotor blades 8, in this case with two rotor blades 8A and 8B.
The rotor 7 has a rotor shaft 9 which is mounted in a bearing bush 10 attached to the hull 6 and which is driven at its lower end by means of a drive which is formed, for example, by a torque motor 11 reduction box 12.
<Desc / Clms Page number 7>
As shown in Figures 2 to 5, a fork-shaped support 13 is provided centrally on the upper end of the rotor shaft 9 with two legs 14 parallel to the rotor shaft 9 and a cross piece 15 connecting the two legs 14 and running transversely to the rotor shaft 9 is attached.
A rocker piece 16 with a central hollow portion is provided around the support 13, this rocker piece 16 being freely pivotably mounted around a geometric rocker axis YY on this support 13, by means of two coaxial axes, 17 and 18, respectively, which can be freely rotated through passages. 19 are arranged in the aforementioned legs 14 of the support 13 and which are mounted on two opposite parallel walls 20 of the rocker piece 16, for example in that they are arranged with a press fit in a bore in these walls 20.
On both sides of the support 13, on the outside of the aforementioned walls 20, plate-shaped flanges 22 are mounted which are in line with each other and on which the rotor blades 8A and 8B are arranged.
The rotor blades 8 in this case are fixed in a fixed manner on the aforementioned flanges 22, for example by means of a pressing pin 23, which is arranged through a passage 24 of the flange 22, namely so that the rotor blades 8A-8B, as shown in Fig. 9 enclose a certain setting angle H with respect to a plane of symmetry 22A of the plate-shaped flanges 22, all this so that the rotor blades 8A and 8B are arranged such that their attack edge 25, which
<Desc / Clms Page number 8>
front tip is of the rotor blades 8, always in the direction of rotation of the rotor 7.
According to the invention, drive means 26 are provided on the cross-piece 15 of the support 13, which means, in this case, are formed by an electric motor 27 which is mounted on the cross-piece 15 and which, by means of a gear transmission 28, is coupled to the rocker piece 16, wherein this gear transmission 28 is formed by a first gear 28A mounted on the shaft of the motor 27 and a second gear 28B cooperating therewith and fixedly mounted on the aforementioned shaft 17 of the rocker piece 16.
Although in this case an electric motor 27 is used for the drive means 26, other electric drive means that can develop a torque or force, such as actuators, servos, or the like, are not excluded.
Also according to the invention the aforementioned motor 26 is electrically connected to the receiver portion 3 of the aforementioned remote control, by means of an electric rotary coupling 29 which is mounted on the rotor shaft 9 and which itself is connected to two inverters, 30 and 31 respectively, which convert signals from the receiver section 3 of the remote control into two separate voltage signals which are proportional to the displacements of the two aforementioned operating elements 4-5, respectively.
<Desc / Clms Page number 9>
The aforementioned rotary coupling 29 is provided with a fixed part 29A, relative to the hull 6, which consists of an insulating annular core 32 which is arranged coaxially around the rotor shaft 9 and which is provided on its outside with four contact shoes, respectively two opposite each other contact shoes 33 and two other contact shoes 34 opposite each other, which are rotated 90 relative to each other.
The opposite contact shoes 33-34 form contact pairs which are connected by means of conductors 35-36 respectively to the aforementioned inverters 30-31.
The rotary coupling 29 is further provided with a rotating part 29B consisting of a slat 37 which is arranged in a centered manner transversely of the rotor shaft 9, wherein on this slat 37 a sliding contact 38 is pivotally provided at each end on a shaft 39 which is parallel and with said rotor contacts 38 being held in contact with the outside of said fixed portion 29A by means of a spring not shown in the figures.
The aforementioned sliding contacts 38 are each connected by means of a conductor 40 to a connecting contact 41 of the aforementioned motor 27.
The operation of the device is as follows.
When the rotor 7 is driven by the motor 11, the rotor blades 8 move through the air, whereby they,
<Desc / Clms Page number 10>
as is known, in that they enclose a certain angle of incidence, B and C respectively, with respect to the turning surface 42 in which they move, are subjected to an upward force or a so-called lift which is perpendicular to the aforementioned turning surface 42.
If the controls 4-5 are in a neutral position, then the signals from the inverters 30-31 are zero, so that the motor 27 is de-energized and the rocker 16 is at that moment in a corresponding neutral position, such as 9, wherein the plane of symmetry 22A of the flanges 22 is perpendicular to the rotor axis.
For this neutral position of the rocker piece 16, the aforementioned incident angles B and C of the rotor blades 8A and 8B are equal to each other and moreover equal to the aforementioned adjustment angle H, whereby the lift, designated LA and LB, of the two rotor blades 8A and 8B, are equal to each other, so that no moment is exerted on the rotor 7 and, for example, a situation is obtained, as shown in Fig. 10, in which the joint upward force L is in equilibrium with the weight G of the helicopter 1 and as a result thereof lingers on the spot.
If, for example, as shown in Fig. 12, the control element 4 of the remote control is pushed forward to cause the helicopter 1 to fly forward, then a positive voltage is generated by the inverter 30.
<Desc / Clms Page number 11>
generated via the conductors 35 on the contact shoes 33.
Whenever the rotor blades 8 extend substantially along the longitudinal axis of the helicopter 1, the sliding contacts 38 come into contact with these contact shoes 33, whereby the aforementioned voltage is transmitted via the conductors 40 to the connection contacts 41 of the motor 27.
When the rotor blades 8 rotate further to a lateral position with respect to the helicopter 1, the sliding contacts 38 come into contact with the contact shoes 34 which are voltage-free, so that the voltage at the connection contacts 41 of the motor 27 is cut off at that moment until when the rotor blades 8 again extend substantially in the longitudinal direction of the helicopter and the sliding contacts 38 come into contact again with the live contact shoes 33, and so on.
The voltage variation thus obtained between the contact poles 41 of the motor 27 is shown schematically in the upper diagram of Fig. 11 as a function of the position of, for example, the rotor blade 8A over a complete rotation of the rotor 7, where 0 corresponds to the most forward-facing position of this rotor blade 8A, as shown in Figure 1.
Whenever the rotor blades 8A-8B are oriented substantially in the longitudinal direction of the helicopter 1, i.e. for the positions corresponding to 0 and 180, the
<Desc / Clms Page number 12>
motor 27 is thus energized, whereby the rocker piece 16, as shown in Fig. 10, is rotated through a certain angle, proportional to the applied voltage and thus proportional to the displacement of the control element 4, for example in the direction that is rotated by the direction of rotation E indicated.
As can be seen from Figure 10, this angular rotation of the rocker piece 16 causes the angle of incidence A of the rotor blade 8A to become smaller and thus smaller than the neutral adjustment angle H, while the angle of incidence B of the rotor blade 8B increases simultaneously and equally and therefore greater than the neutral adjustment angle H, so that for the aforementioned positions corresponding to 0 and 180, the lift LA of the rotor blade 8A becomes larger in this case, while the lift LB of the rotor blade 8B becomes smaller to the same extent, whereby the joint elevator L remains the same size as before, but creating a moment of force that causes the rotor 7 and therefore also the entire helicopter 1, as shown in figure 12, to tilt forward.
The lift L, which is always directed perpendicular to the rotating surface 42, thus receives a forward-facing component LV which causes the helicopter 1 to fly forwards.
Each time the rotor blades 8 are directed sideways, i.e. for the positions corresponding to 90 and 270, the voltage at the contact poles 41 of the motor 27 drops out, so that for these positions the rocker 16 and the rotor blades 8 return to their neutral position, the incidence angles A and B are equal to the adjustment angle H,
<Desc / Clms Page number 13>
so that the rotor blades 8A-8B are loaded symmetrically, so that the rotor 7 and therefore also the helicopter 1 is stabilized laterally stabilized, so that it does not tilt laterally.
The course of the incidence angles A and B and of the elevator LA and LB are shown in the diagrams of Figure 11 for a rotation of the rotor blade 8A.
It therefore appears from the foregoing that by pushing the control element 4 forward, the helicopter 1 moves forward.
When this control element 4 is pulled backwards, the inverter 30 will generate a negative signal, so that the rocker 16, when the rotor blades 8 are located substantially in the longitudinal direction of the helicopter 1, is tilted in the opposite sense with respect to the previous case, whereby this time the lift of the rotor blade 8 located at the front becomes larger, while the lift of the rotor blade 8 located at the rear becomes smaller, whereby in this case the helicopter 1 leans backwards and will therefore fly backwards .
It is clear that in the same way, for example by pushing the control element 5 to the left that this time the inverter 31 will generate a voltage which is applied to the contact poles 41 of the motor 27, each time the rotor blades 8 are directed sideways, whereby, in this case, according to an analogous reasoning the
<Desc / Clms Page number 14>
the rotor will tilt to the left, whereby the helicopter 1 is steered to the left.
It is also clear that the control elements 4-5 can be used in combination to tilt the helicopter 1.
Since the voltages generated by the inverters 30-31 are proportional to the displacement of the respective operating elements 4-5, the aforementioned effect will be all the greater as the operating elements 4-5 are further displaced, so that the resulting speed is also proportionate will increase to the displacement of the relevant operating element 4-5.
In order to raise or lower the helicopter 1, it is possible to change the speed of the motor 11 in a conventional manner by operating an additional control element 43 on the remote control, whereby the receiver section 3 can control this motor 11 via the conductor 44.
Figure 13 shows a variant of a device according to the invention, in which case the rocker 16 is not driven directly by the motor 27, but indirectly by making use of the aerodynamic action of two additional blades 45 which are mounted on either side of the rocker piece 16 are mounted on a common shaft 46 which is rotatably mounted on the rocker piece 16 and which extends transversely to the aforementioned rotor blades 8A-8B. On the aforementioned
<Desc / Clms Page number 15>
As a shaft a gear segment 47 is provided which cooperates with a gear wheel 48 of the motor 27.
In this case, if the motor 27 does not receive a voltage signal, the additional vanes 45 rotate in the rotary surface 42 of the rotor 7, and the rocker 16 is in its neutral position.
However, when the motor 27 receives a voltage signal from an inverter 30-31, the vanes 45 are rotated in a certain sense, whereby one vane 45 develops an upward force and the other vane 45 a downward force, so that a moment of force is obtained which the rocker piece 16 causes tilting in a certain sense, whereby, in the same manner as in the previous embodiment, the rotor blades 8A and 8B are loaded asymmetrically and the helicopter 1 is tilted in a particular sense.
The advantage of using such additional blades 45 is that they can develop a large moment of force, so that a motor 27 with a smaller torque can be used to drive the rocker piece 16.
Another advantage of these vanes 45 is that they have a stabilizing effect on the helicopter 1, so that no additional stabilizing equipment with gyros, accelerometers and the like is necessary.
<Desc / Clms Page number 16>
Figure 14 shows yet another variant of a device according to the invention, wherein in this case the rotor 7 is provided with rotor blades 8 which are rotatably mounted on a rotor head 49 which is in solidarity with the rotor shaft 9 and wherein, for each rotor blade 8 separate drive means 26 are provided, each for example in the form of a motor 27 and a gear transmission 28.
In this case, all rotor blades 8 can be controlled separately, either in common to increase or decrease the lift, or in a cyclical movement, as in the previous embodiments, to steer the helicopter 1 in a certain direction. It is clear that this requires a different type of electric rotary coupling that can be sufficiently realized by a person skilled in the art in the relevant technical domain.
Although in the foregoing only teleguided model helicopters have been mentioned, it is clear that the invention with the same advantages can also be applied to real helicopters, wherein, in this case, the necessary electrical voltage signals for controlling the motors 27 can be obtained from sensors provided on the pilot's controls.
The present invention is by no means limited to the embodiments described as examples and shown in the figures, but a device according to the invention can be realized in all shapes and sizes without departing from the scope of the invention.