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Die
Erfindung betrifft einen Tragschrauber mit einem Rotorkopf zum Befestigen
eines Rotors, wobei der Rotorkopf eine Rollachse aufweist.
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Bei
bekannten Tragschraubern steht die Rollachse dann, wenn der Tragschraube
auf dem Boden steht, unter einem Rollachsenwinkel von 0° zur Horizontalen.
Teilweise verläuft
die Rollachse auch parallel zu einer Längsachse des Tragschraubers,
wobei die Längsachse
dadurch definiert ist, dass sie im Flug des Tragschraubers bei einer
Geschwindigkeit von 120 km/h horizontal verläuft. Da die Längsachse dann,
wenn der Tragschrauber auf dem Boden steht, unter einem Winkel von
beispielsweise 2° zur
Horizontalen verläuft,
sind auch Tragschrauber bekannt, bei denen der Rollachsenwinkel
zwischen 0° und
2° beträgt.
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Nachteilig
an bekannten Tragschraubern ist, dass das Vorrotieren relativ lange
dauert. Das hat den Grund, dass der von vorne kommende Wind nicht
in den Rotor greifen und beim Vorrotieren unterstützen kann.
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Einige
Piloten neigen daher beim Vorrotieren den Rotorkopf aus seiner Nulllage,
so dass der Wind in den Rotor eingreifen kann. Allerdings entsteht
dabei aufgrund des Antriebsmoments durch den Motor eine Querkraft
auf den Steuerknüppel,
die vom Piloten abgefangen werden muss. Das wird von den meisten
Piloten dadurch bewerkstelligt, dass sie mit dem Oberschenkel gegen
den Steuerknüppel
drücken
und so eine Gegenkraft erzeugen. Es kann dann aber passieren, dass
beabsichtigt oder unbeabsichtigt die Kupplung betätigt wird,
so dass das Antriebsdrehmoment nicht mehr auf den Rotor übertragen
wird. In diesem Fall bricht schlagartig die auf den Steuerknüppel wirkende
Querkraft weg und der Pilot drückt
den Steuerknüppel
mit seinem Bein zur Seite. Das kann dazu führen, dass der Tragschrauber
umkippt und der Rotor stark geschädigt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik
zu überwinden.
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Die
Erfindung löst
das Problem durch einen gattungsgemäßen Tragschrauber, bei dem
die Rollachse dann, wenn der Tragschrauber am Boden steht, einen
Rollachsenwinkel von zumindest 4° mit der
Horizontalen bildet.
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Vorteilhaft
hieran ist, dass sich der Rotor dann beim Vorrotieren in einer Rotorkreisscheibe
bewegt, die um ebenfalls 4° zur
Horizontalen geneigt ist. Auf diese Weise kann Wind in den Rotor
eingreifen und den Rotor zusätzlich
beschleunigen. Dadurch verkürzt
sich die Zeit für
das Vorrotieren.
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Es
ist ein weiterer Vorteil, dass beim Vorrotieren keine Kräfte auf
den Steuerknüppel
wirken. Es besteht daher keine Notwendigkeit, beim Vorrotieren eine
Kraft auf den Steuerknüppel
auszuüben.
Es kann damit nicht durch ein plötzliches
Wegfallen des Antriebsdrehmoments zu einer Gegenbewegung des Steuerknüppels kommen.
Unfälle
werden so vermieden.
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Es
ist ein weiterer Vorteil, dass die geschilderten Vorzüge mit besonders
einfachen Mitteln erreicht werden. Insbesondere hat die Änderung
der Lage der Rollachse relativ zu einem Rumpf des Tragschraubers
kein Mehrgewicht zur Folge.
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Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Rotorkopf insbesondere
diejenige Einheit des Tragschraubers verstanden, an der der Rotor
befestigt ist und mittels der der Rotor relativ zu einem Rumpf des
Tragschrau bers gekippt werden kann.
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Unter
der Rollachse wird insbesondere diejenige Vorrichtung verstanden,
die eine Verkippung des Rotors um einen Rollwinkel relativ zum Rumpf erlaubt.
Im Folgenden bezeichnet also der Begriff Rollachse eine Vorrichtung.
Wenn der Tragschrauber am Boden steht, ohne dass eine Kraft auf
den Steuerknüppel
ausgeübt
wird, verläut
daher auch eine (gedachte) physikalische Rollachse unter dem genannten
Winkel relativ zur Horizontalen.
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Unter
dem Merkmal, dass die Rollachse dann, wenn der Tragschrauber am
Boden steht, einen Rollachsenwinkel von zumindest 4° mit der
Horizontalen bildet, ist damit insbesondere auch zu verstehen, dass
die Rotorkreisscheibe, in der sich die Rotorblätter des Rotors bewegen, beim
Vorrotieren um 4% zur Horizontalen geneigt ist. Diese Angabe bezieht
sich auf Windstille, und für
den Fall, dass keine Kraft auf den Steuerknüppel ausgeübt wird.
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Insbesondere
ist also der Rotorkopf so ausgebildet, dass die Rollachse in Neutrallage
unter dem genannten Rollachsenwinkel von zumindest 4° zur Horizontalen
verläuft.
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Besonders
bevorzugt beträgt
der Rollachsenwinkel zumindest 5°.
So kann etwaiger Gegenwind besonders effektiv zur Beschleunigung
des Rotors beitragen.
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Vorzugsweise
beträgt
der Rollachsenwinkel höchstens
8°. Dadurch
wird vermieden, dass der Tragschrauber beim Vorrotieren zu stark
nach hinten gezogen wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
vorgesehen, dass der Rotorkopf so relativ zu einem Rumpf des Tragschraubers
angeordnet und getrimmt ist, dass bei einer Fluggeschwindigkeit
von 120 km/h relativ zur umgebenden Luft die Rollachse unter einem
Winkel von zumindest 4° zur
Horizontalen verläuft.
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Bei
120 km/h verläuft
die Längsachse
des Tragschraubers definitionsgemäß horizontal. Wenn der Winkel
zwischen der Rollachse und der so definierten Längsachse zumindest 4° beträgt, folgt
daraus, dass die Längsachse
beim Start des Tragschraubers nur geringfügig von der Horizontalen abweicht.
Das macht das Starten besonders komfortabel.
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Vorzugsweise
ist der Tragschrauber ein Last-Tragschrauber, der zum Transport
einer Nutzlast von über
80 kg ausgebildet ist. Zwar ist auch denkbar, die Erfindung für Modell-Tragschrauber
und Drohnen einzusetzen. Aufgrund der deutlich geringeren Masse
des Rotors bei derartigen Tragschraubern ist der Vorteil aufgrund
der Neigung der Rollachse aber nicht so ausprägt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 einen
erfindungsgemäßen Tragschrauber
und
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2 den
Rotorkopf des Tragschraubers gemäß 1.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Tragschrauber 10 mit
einem Rumpf 12, an dem Räder 14.1, 14.2 und
(nicht sichtbar) 14.3 angebracht sind, einem Rotor 16 und
einen den Rumpf 12 mit dem Rotor 16 verbinden
Rotorkopf 18.
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Steht
der Tragschrauber 10 wie in 1 gezeigt
auf einem horizontal verlaufenden Stück Boden 20, so verläuft eine
Längsachse
L unter einem Winkel von 2° zu
einer Horizontalen H. Die Längsachse
L ist diejenige gedachte Linie durch einen Mittelpunkt eines Propellers 22 des
Tragschraubers 10, die im Flug bei 120 km/h relativ zur
umgebenden Luft horizontal verläuft.
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Beim
Vorrotieren wird ein nicht eingezeichneter Motor, der mit dem Propeller 22 gekoppelt
werden kann, mit dem Rotorkopf 18 verbunden, so dass der
Rotor 16 um eine Rotordrehachse D rotiert. Der Rotor 16 neigt
sich dann aus der in 1 gezeigten Lage so, dass die
Rotordrehachse D in Normalenrichtung auf einer Rotorkreisscheibe
steht. Sind Rotorblätter 24.1, 24.2 nicht
so zueinander ausgerichtet, dass sie auf einer Geraden liegen, so
ist die Rotorkreisscheibe eine Kegelspitze und die Rotordrehachse
D ist dessen Symmetrieachse. Der Rotorkopf 18 ist so ausgebildet,
dass die Rotordrehachse D in Ruhe (und auch beim Vorrotieren) unter
einem Winkel von zumindest 4° zu
einer Vertikalen V verläuft.
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Relativ
zur Horizontalen H gemessen kann der Rotorkopf 18 um einen
Nickwinkel ν verkippt
werden. Der Nickwinkel ν =
0 entspricht der Neutrallage des Rotorkopfs, also dem kraft- und
momentenfreien Zustand.
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In 1 sind
Linien gezeigt, die zu dem minimalen Nickwinkel νmin gehören. Im
vorliegenden Fall ist νmin = –19°. Eine weitere
Linie zeigt einen maximalen Nickwinkel νmax , für
den hier νmax = 2° gilt.
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1 zeigt
zudem einen Rollachsenwinkel ρ,
um den in eine Rollachse 26 in Neutrallage gegen die Horizontale
H verkippt ist.
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2 zeigt
die Rollachse 26, deren Verlauf dort, wo sie vom Rumpf 12 verdeckt
ist, gestrichelt gezeichnet ist. Der Rollachsenwinkel beträgt im gezeigten
Beispiel 6°,
was einen sehr guten Kompromiss darstellt zwischen dem einen Effekt,
dass Wind von vorne besonders effektiv zum Beschleunigen des Rotors
beitragen kann, wobei andererseits verhindert wird, dass beim Vorrotieren
eine zu starke Rückwärtskraft
erzeugt wird.
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2 zeigt
zudem ein Schlaggelenk 28 des Rotorkopfs 18, an
dem der Rotor 16 befestigt ist. Der Rotorkopf 18 umfasst
einen Zahnkranz 30, der über ein nicht sichtbares Ritzel
mittels einer Antriebswelle 32 vom Motor angetrieben werden
kann. Das Ritzel kann über
eine Steuerstange in Eingriff oder außer Eingriff gebracht werden.
Der Rotorkopf 18 umfasst zudem eine Nickachse. Über eine
zweite Steuerstange 38 kann der Rotorkopf 18 um
die Rollachse 26 verkippt werden.
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- 10
- Tragschrauber
- 12
- Rumpf
- 14
- Rand
- 16
- Rotor
- 18
- Rotorkopf
- 20
- Boden
- 22
- Propeller
- 24
- Rotorblatt
- 26
- Rollachse
- 28
- Schlaggelenk
- 30
- Zahnkranz
- 32
- Antriebswelle
- 34
- Steuerstange
- 36
- Nickachse
- 38
- Steuerstange
- L
- Längsachse
- H
- Horizontale
- D
- Rotordrehachse
- ν
- Nickwinkel
- ρ
- Rollachsenwinkel