CH428450A - Drehflügel-Flugzeug - Google Patents

Description

      Drehflügel-Flugzeug       Die vorliegende     Erfindung        betrifft    ein     Drehflügel-          Flugzeug,        insbesondere    ein Autogiro oder ein Flugzeug,  das nach Art eines Autogiros oder     Windmühlen-Flug-          zeuges    fliegen kann. Die Erfindung betrifft     insbesondere     Verbesserungen der     Rotorlagerung    solcher Flugzeuge,  und dem Mechanismus für     zyklische    Steigungsverstel  lung in einem halbsteifen hin- und hergehenden oder       Wipprotor    zugeordnete Mittel.  



  Bei Flugzeugen von Windmühlen- oder Drehflügel  typ bzw. solchen, die wie ein Autogiro     fliegen    können,  werden beträchtliche     Widerstandskräfte    auf den Rotor  des Flugzeuges ausgeübt, wenn das Flugzeug     fliegt    oder  mit hoher Geschwindigkeit     ausrollt.    Bei den allgemein  bekannten     Drehflügel-Flugzeugen    sind diese Wider  standskräfte bestrebt, die     Rotordrehachse    nach hinten  zu kippen, und einem solchen Bestreben muss der Pi  lot von Hand     mittels    einer Steuerknüppel- oder     ähnli-          chen    Steuerung entgegenarbeiten,

   was insbesondere bei  hohen Geschwindigkeiten sehr ermüdend sein kann, wenn  die Widerstandskräfte wachsen.  



  Die Erfindung bezweckt nun einen automatischen  Ausgleich des Widerstandseffektes bei solchen Flugzeu  gen.  



  Bei dem erfindungsgemässen     Drehflügelflugzeug    ist  der um eine     aufwärts    gerichtete Achse drehbare Rotor  auf einem Halter gelagert, der sich in Längsrichtung  des Flugzeugkörpers erstreckt und sowohl auf     und    ab  als auch um seine     Erstreckungsachse    kippbar und in  Längsrichtung des Flugzeugs mit Abstand zur Rotor  achse über ein Universalgelenk mit dem Flugzeugkörper       verbunden    und durch Federkraft zum Flugzeugkörper  vorgespannt ist.  



  Das Drehflügelflugzeug nach dieser     Erfindung    ist  dadurch gekennzeichnet, dass der Halter schwimmend ge  lagert ist und dabei durch das Universalgelenk vor der       Rotorsachse    mit dem Flugzeugkörper verbunden und  mit mindestens zwei federnd-nachgiebigen Verbindungen       zum        Flugzeugkörper    versehen ist, die den Rotor unter  stützenden Teil des Halters so um das Universalgelenk    nach unten zum Flugzeugkörper spannen, dass die     Ro-          torachse    allseitig frei entgegen der Federkraft kippen  kann.  



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist     in    der  Zeichnung     veranschaulicht    und wird nachfolgend be  schrieben. Es zeigen:       Fig:    1 schematisch und in     Persepktive    einen     erfin-          dungsgemäss    ausgebildeten und ausgerüsteten Autogiro       (Windmühlenflugzeug);          Fig.    2 ein geometrisches     Diagramm    zum     Veranschau-          lichen    des der Erfindung zugrunde     liegenden    Prinzips;

         Fig.    3 in Perspektive die     Rotorlagerung    im Detail und       Fig.    4 einen     Axialschnitt    durch eine verstellbare     Ro-          torlagerung    gemäss der Erfindung.  



  Wie aus     Fig.    1 und 3 hervorgeht, weist das Flug  gestell des     abgebildeten    Autogiros einen Kiel 1, eine zu  diesem querliegende Achse 2 für die Haupträder 3  des Unterfahrgestells, und     einen    auf dem Kiel montierten  Mast 4 auf. Hinter dem Mast ist der Motor S mit einem  Stosspropeller montiert. Der Pilotensitz befindet sich vor  dem Mast 4 und ist zwecks     klarerer    Darstellung der  Hauptteile aus der     Zeichnung    weggelassen worden. Der  Pilotensitz ist so angeordnet dass der Griff des Steuer  knüppels 6 leicht     zugänglich    ist.

   Der Steuerknüppel dient  zum     zyklischen    Verändern der Schraubensteigung und  Steuern des halbstarren     Wipprotors    7, dessen Lagerung  weiter unten     eingehender    beschrieben ist.  



  Allgemein gesprochen ist der Steuerknüppel 7 er  stens bei 7a um eine Längsachse     verschwenkbar    so ge  lagert, dass er seitwärts nach rechts und     links    gekippt  werden kann, um den Rotor zum Zwecke der     Roll-          steuerung        seitlich    zu kippen. Der Steuerknüppel 6 ist  zweitens bei 8 um eine Querachse schwenkbar, um  zwecks     Herbeiführens    der     Kippbewegung    den Knüppel  vor- und rückwärts zu kippen.

   Wie in     Fig.    1 gezeigt ist,  ist der untere Teil des Knüppels 6 nach hinten gebogen  und an seinem hinteren Ende mit seinem Teil 7b  starr mit einem Querträger 9 verbunden, mit dessen En-      den     Verbindungsstangen    10     beweglich    verbunden sind.

    Die obern Enden der beiden Stangen<B>10</B> sind auf ähn  liche Weise     beweglich        mit        zwei        Kippsteuerarmen    11 ver  bunden, die ihrerseits starr     finit    einem Halter 12 ver  bunden     sind,    um die     Rotorachse    13     kippen    zu     können.     Die Arme 11 setzen sich     V-förmig    vom Halter 12  nach     hinten    ab, d. h. entgegen der Flugrichtung,     und     seitwärts     und    der Halter 12 befindet sich an der     Spitze     des V.  



  Auf der     andern    Seite der Spitze der beiden Hebel  arme 11 ragt ein     Haupttragarm    14 vom     Rotorachsen-          halter    12 nach vorn. Das Vorderende des Arms 14 durch  setzt     in        einer        axial    drehbaren Axt und Weise eine Stütze  15,     in    der es     durch    nicht gezeigte Mittel gegen       Verschieben    nach vorn und     hinten    gesichert ist.

       Ein.     Zapfen 16 durchsetzt die Stütze 15 horizontal und nor  mal zur Achse des Arms 14, und die Enden des Zap  fens 16     sind        in    der Gabel     eines        Haltearms    17 am obern  Ende des Mastes 5 montiert. Der Zapfen 16 ist im     einen     oder bei den Haltern 17 und 15     schwenkbar    gelagert  und daher üben der Halter 15 und die diesem zuge  ordneten Mittel die     Funktion    eines Universalgelenkes  aus.  



  Die     Rotordrehaxe    ist durch die strichpunktierte Li  nie 18 angegeben. Das     Scharniergelenk    ist gebildet durch  den Arm 12, den Halter 15     und    den Zapfen 16. Die       Axe    18 der     Rotorachse    13 ist daher um die     Axe    des  Arms 14 und     die        Axe    des Zapfens 16     kippbar.    Eine       Vertikallinie    durch die     Axe    des Arms 14 und durch die       Axe    des Zapfens 16 ist     durch    die -punktierte     Linie    19  angegeben.

   Diese Linie 19 -liegt     in    der     Flugrichtung    um       eine    horizontale Strecke a vor der     Linie    18, während  die Höhenlage des effektiven     Angriffzentrums    der Wi  derstandskräfte am Rotor über dem     Scharnierpunkt    durch  eine     vertikale    Strecke b     angegeben    ist, wobei letztere  gleich dem Vertikalabstand zwischen der     Axe    des Zap  fens 16 und der     Rotorverbindung    zwischen dem Rotor  und der     Rotorachse    ist (siehe     Fig.    3 und 4).  



  Für einen gegebenen Rotor sind der Auftriebs- und  der Widerstandskoeffizient bekannte Grössen. Daher kann  die     optimale    Strecke a für     eine    gegebene     Kombination     von Rotor     und    Flugzeug und     irgendeine    gewünschte  Reisegeschwindigkeit leicht.     bestimmt    werden, wie dies  schematisch in     Fig.    2 angegeben ist,     wenn    die Strecke  b bekannt ist.  



  In     Fig.    2 sind die     Vektoren    der auf den Rotor     ein-          wirkenden-    Auftriebs-     und    Widerstandskräfte, die bei  waagrechtem Flug     zueinander        normal    stehen, mit     f1    bzw.       fd        bezeichnet.    Die Vektoren wurden in einem solchen  Masstab gezeichnet, dass     f1    gleich b ist. Daraus folgt,  dass die Strecke a gleich     fd    sein muss.  



       Vollkommene    Kompensation des Effektes der Wi  derstandskräfte auf die soeben     beschriebene    Weise kann  nur für eine besondere     vorbestimmte        Geschwindigkeit          erzielt    werden, da die     Widerstandskräfte        normalerweise     bei einer     Geschwindigkeitsänderung    nicht im genau glei  chen Verhältnis wie die Auftriebskräfte sich ändern.

    Zwecks     zusätzlicher    Kompensation     sind    daher - Aus  gleichsfedern 20     (Fig.:    1 und 3) vorgesehen, die zudem  auch für ein gewisses     seitliches        Trimmen    benützt wer  den können,     und    zwar durch ungleiche Spannungen  in den Federn. Die durch diese     Federn        bewirkte    Fe  derbelastung kann     mittels    Einstellschrauben 21 nach       Wunsch    erhöht oder     vermindert    werden.

   Diese     Einstell-          schrauben    können     mittels    Bowdenzügen 22     betätigbar          sein,-    um die Verstellung     für    den     Piloten    bequemer zu  machen.    Kompensation kann auch durch     alternative        Mittel     erzielt werden z.

   B. durch     Verstellbarkeit    der Strecken  a oder b, oder beider:     In    diesem     Zusammenhang    sei     auf          Fig.    4 hingewiesen, in der eine verstellbare     Rotorlage-          rungsvorrichtung        gezeigt    ist, die Mittel aufweist zum Ver  stellen der beiden Strecken a und b. Das     Verhältnis     
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   fällt     vorteilhafterweise        in    den Bereich von 1 bis 7.

    Mit 12 a ist     in        Fig.    4     ein    Halter bezeichnet; der  eine Lagerbüchse 30 und     einen    Tragstern 32 aufweist,  wobei von- letzteren die     Steigungssteuerarme    11     V-för-          mig    nach hinten und der     Haupttragarm    14 nach vorn  abstehen.  



  Die     Rotorachse    13 ist mit dem Rotor 7 um die       Axe    des Zapfens 34 schwenkbar verbunden,     so-          dass    der Rotor wippen kann. Die Achse 13 ist     in    der  Lagerbüchse 30 mittels     Schub-Schrägrollenlager    36; 38       rotierbar    gelagert     und        axial    festgelegt. Diese Rollenla  ger     sind    in der Lagerbüchse 30 durch eine Mutter  40 festgehalten, die     in    ihrer Lage     berriegelt    ist. Die La  gerhöhlung ist     durch    einen Deckel 42 abgeschlossen.  



  Der Tragstern 32 weist ein     Innengewinde    44     auf,          in    das die Lagerbüchse     mittels    eines Handrades 46     ein-          und    ausgeschraubt werden kann.  



       Eine    mit Aussengewinde versehene Hülse 50 mit ei  nem     Handradteil    52 ist auf dem     Arm    14 drehbar gelagert  und auf diesem mittels einer     in    ihrer Stellung verriegelten       Unterlagsscheibe    54 und Mutter 56 axial festgehalten.  Ein Träger 15ä weist ein     Innengewinde    58 auf zur       Aufnahme    der     Gewindehülse    50: Ferner weist dieser  Träger 15a Löcher 60 auf zur     Aufnahme    des Zapfens  16 und     Verbindung        mit    dem Träger 17     (Fig.    1).  



  Die Strecken a     und    b können     durch    Drehen der bei  den Handräder 52 und 46     in    der erforderlichen Rich  tung verlängert oder     verkürzt    werden.  



  Bei     kleinen    und leichten Flugzeugen kann die Ein  stellung mittels vom     Pilotensitz    aus     betätigbaren    Hand  rädern vorgenommen werden, und     zwar    auf leichte  Art und Weise durch Verwenden von Schraubenge  winden mit niedriger Reibung. Zum     Verriegeln    der Hand  räder in ihrer eingenommenen Lage     können    geeignete  lösbare Verschlüsse vorgesehen sein.  



  Es können natürlich auch andere     Verstelhnittel    als  die gezeigten zum- Erreichen dieser Einstellung verwen  det werden, um so die Kompensation für veränderliche  Flugbedingungen und     -verhältnisse    zu erzielen     zwecks     Ausgleichs der auf das Steuersystem     einwirkenden    Auf  triebs- und Widerstandskräfte.  



       Im    Betrieb,     und        wenn    die     Rotorscheibe        in        einen          Windstoss    eintritt, werden sowohl Auftrieb als auch       Widerstand    erhöht, aber der Auftrieb     nimmt    proportio  nal stärker zu als der Widerstand.

   Dieser verstärkte       Anteil    des Auftriebs zieht die     Rotorachse    nach oben, wo  durch diese relativ zum Fluggestell um die Achse des  Zapfens 16 nach vorn     gekippt        wird.    Da die     zyklische     Steigung durch     Kippen    der     Rotorachse    gesteuert     wird,     so     nimmt        die        Rotorscheibe-Anstellung    ab; wodurch der  Auftrieb ebenfalls kleiner und     eine        inhärente        Stabilität     erhalten wird.  



  Bei     Fallwinden    oder     Windstössen    von     hinten    tritt die  entgegengesetzte Wirkung auf.  



  Die Konstruktion nach der Erfindung übt daher im  Flug     eine        inhärente        stabilisierende     Wirkung    aus auf das       Windmühlenflugzeug    unter veränderlichen atmosphäri  schen     Bedingungen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Drehflügelflugzeug, bei dem der um eine aufwärts gerichtete Achse drehbare Rotor auf einem Halter ge lagert ist der sich in Längsrichtung des Flugzeugkör pers erstreckt und sowohl auf und ab als auch um seine Erstreckungsachse kippbar und in Längsrichtung des Flugzeugs mit Abstand zur Rotorachse über ein Universalgelenk mit dem Flugzeugkörper verbunden und durch Federkraft zum Flugzeugkörper vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (12, 14) schwim mend gelagert ist und dabei durch das Universalgelenk (14 bis 16) vor der Rotorachse (18) mit dem Flug zeugkörper (1, 4, 17) verbunden und mit mindestens zwei federnd-nachgiebigen Verbindungen (20)

   zum Flug zeugkörper versehen ist, die den Rotor (7) unterstützen den Teil (12) des Halters so um das Universalgelenk nach unten zum Flugzeugkörper spannen, dass die Ro- torachse (13) allseitig frei entgegen der Federkraft kippen kann. UNTERANSPRÜCHE 1) Drehflügelflugzeug nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass beide federnd-nachgiebi- gen Verbindungen (20) hinter der Rotorachse (18) in Gestalt von Zugfedern (20) angeordnet sind.

   2) Drehflügelflugzeug nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (20) symmetrisch mit seitlichem Abstand zur Erstreckungsrichtung des Hal ters (12, 14) angeordnet sind. 3) Drehflügelflugzeug nach Unteranspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einstellorgane (21, 22) für die Fe derspannung. 4) Drehflügelflugzeug nach Patentanspruch oder Un teranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Universalgelenk ein Kardangelenk ist, dessen eine Dreh achse (14) mit dem Halter (12) starr verbunden ist und sich in Längsrichtung des Flugzeugs erstreckt und deren dazu senkrechte Drehachse (16) sich in Querrich tung des Flugzeugs erstreckt.

   5) Drehflügelflugzeug nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die sich in Längsrichtung erstreckende Drehachse (16) unterhalb der sich in Quer richtung erstreckenden Drehachse (14) des Universal gelenks angeordnet ist.

   6) Drehflügelflugzeug nach Patentanspruch oder Un teranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (12, 14) hinter der Rotorachse (18) mit Fortsätzen (11) nach beiden Seiten versehen ist, die über Steuerverbindungen (10) mit einer Steuereinrich tung (6, 7b, 9) verbunden sind, durch die der Hal ter (12, 14) entsprechend den beiden Freiheitsgraden seiner Bewegung schwenkbar ist.

   7) Drehflügelflugzeug nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerverbindungen Stangen (10) sind deren den Fortsätzen (11) abgewandten un teren Enden durch eine Querstange (9) verbunden sind, die um eine Längsachse des Flugzeugkörpers (1, 4, 17) kippbar und auf- und abbewegbar ist.

   8) Drehflügelflugzeug nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Querstange (9) ein sich in Längsrichtung des Flugzeugs erstreckender Lagerzapfen (7b) befestigt ist, der starr mit einem Steuerknüppel (6) verbunden ist und in einem sich in Längsrichtung des Flugzeugs erstreckenden Lager (7a) drehbar ist, das sei nerseits um eine Querachse (8) kippbar ist. 9) Drehflügelflugzeug nach Patentanspruch oder Un teranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsabstand (a) zwischen der sich in Querrich tung erstreckenden Achse (16) des Universalgelenks und der Achse (18) des Rotors (7) einstellbar ist.

   10) Drehflügelflugzeug nach Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass der Halter (12, 14) eine um seine Erstreckungsachse durch ein Betätigungsglied (52) drehbare Hülse (50) mit Aussengewinde aufweist, das in ein Innengewinde eines Stützarms (15a) eingreift, in dem die sich quer erstreckende Drehachse des Uni versalgelenks unterhalb des Halters (14) angeordnet ist (Fig. 4). 11) Drehflügelflugzeug nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand (b) des Rotors (7) vom Univer salgelenk (14, 15, 16) einstellbar ist.

   12) Drehflügelflugzeug nach Unteranspruch 11, da durch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (13) in einer durch ein Betätigungsglied (46) drehbaren Lagerhülse (30) mit Aussengewinde gelagert ist, das in ein Innen gewinde eines Bauteils (32) des Halters eingreift. 13) Drehflügelflugzeug nach Patentanspruch oder Un teranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des vertikalen Abstandes (b) zwischen dem Rotor (7) und der Querachse (16) des Univer salgelenks zum Längsabstand (a) zwischen dieser Quer achse und der Rotorächse (18) im Bereich zwischen 1 : 1 und 1 : 7 liegt.