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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Tragschrauber mit kombiniertem Gas- und Kollektivhebel zum Vorgeben einer Vortriebsleistung eines Antriebs und eines Einstellwinkels von Rotorblättern eines Rotors des Tragschraubers, der die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.
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Ein Tragschrauber ist ein Drehflügelflugzeug mit einem Rotor, der durch anströmende Luft in Rotation gehalten wird. Im Gegensatz zu einem Hubschrauber wird der Rotor eines Tragschraubers also nicht durch ein Triebwerk angetrieben, sondern er befindet sich in einem sogenannten Autorotationszustand. Das Prinzip der Autorotation wurde bereits 1923 von Juan de la Cierva beschrieben. Erst in den letzten Jahren sind aber im Bereich leichter Tragschrauber technische Fortschritte erzielt worden, die eine größere Verbreitung von Tragschraubern ermöglicht haben. Ende 2014 waren in Deutschland etwa 550 Tragschrauber in der Ultraleichtklasse zugelassen, die Luftsportgeräte bis 560 kg umfasst.
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Bei einem normalen Start eines Tragschraubers wird sein Rotor zunächst auf eine Drehzahl vorrotiert, die üblicherweise unterhalb einer Flugdrehzahl liegt. Dann wird der Tragschrauber auf einer Startbahn mit seinem Antrieb horizontal beschleunigt. Aufgrund der Anströmung der Rotorebene von schräg unten steigt die Drehzahl des Rotors an und der Tragschrauber hebt von der Startbahn ab.
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Weiterhin ist mit einigen Tragschraubern ein Sprungstart möglich, bei dem der Tragschrauber senkrecht aus dem Stand startet. Hierzu wird sein Rotor auf eine Drehzahl deutlich oberhalb der Flugdrehzahl vorrotiert. Dann wird ein Einstellwinkel von Rotorblättern des Rotors schnell erhöht. Die in dem vorrotierten Rotor gespeicherte kinetische Energie wird dann in vertikalen Schub umgewandelt, der den Tragschrauber senkrecht vom Boden abheben lässt. Wenn das Abheben vom Boden mit einer Steigerung der Vortriebsleistung des Antriebs des Tragschraubers kombiniert wird, geht dieser in seinen Horizontalflug über.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Tragschrauber, mit dem ein Sprungstart möglich ist, ist in der
WO 2014/155208 A1 beschrieben. Hier wird ein Kollektivsteuer zum Erhöhen eines Einstellwinkels von Rotorblättern eines Rotors des Tragschraubers erst dann freigegeben, wenn der Rotor auf eine bestimmte Sprungstartdrehzahl vorrotiert wurde. Wenn der Pilot das Kollektivsteuer nach dem Sprungstart freigibt, reduziert sich der Einstellwinkel der Rotorblätter auf einen Flugwert für den Horizontalflug des Tragschraubers. Zur Betätigung des Kollektivsteuers ist bei diesem bekannten Tragschrauber ein Bedienelement vorgesehen, das einem Bremshebel einer Fahrradbremse entspricht und das an einen ortsfesten Handgriff herangeschwenkt wird.
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Ein weiterer zum Ausführen eines Sprungstarts geeigneter Tragschrauber ist in der
US 5 544 844 A beschrieben. Dieser Tragschrauber verwirklicht die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1, indem ein kombinierter Gas- und Kollektivhebel zum Vorgeben einer Vortriebsleistung eines Antriebs und eines Einstellwinkels von Rotorblättern des Rotors des Tragschraubers vorgesehen ist, wobei an einer Hauptstruktur des Tragschraubers ein Haupthebel des Gas- und Kollektivhebels um eine Querachse gegenüber der Hauptstruktur verschwenkbar gelagert ist und wobei an dem freien Ende des Haupthebels ein um die Achse des Haupthebels gegenüber dem Haupthebel drehbarer Handgriff gelagert ist. Mit dem Hochschwenken des Handgriffs um die Querachse wird der Einstellwinkel der Rotorblätter des Rotors des Tragschraubers erhöht. Durch Verdrehen des Handgriffs um die Achse des Haupthebels wird die Vortriebsleistung des Antriebs des Tragschraubers eingestellt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tragschrauber mit einem kombinierten Gas- und Kollektivhebel zum Vorgeben einer Vortriebsleistung eines Antriebs und eines Einstellwinkels von Rotorblättern eines Rotors des Tragschraubers aufzuzeigen, der vom Piloten zum Sprungstart des Tragschraubers intuitiv richtig bedient wird.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Tragschrauber mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Tragschraubers sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei einem erfindungsgemäßen Tragschrauber mit einem kombinierten Gas- und Kollektivhebel zum Vorgeben einer Vortriebsleistung eines Antriebs und eines Einstellwinkels von Rotorblättern eines Rotors des Tragschraubers ist ein Haupthebel des Gas- und Kollektivhebels an einer Hauptstruktur des Tragschraubers um eine Querachse gegenüber der Hauptstruktur verschwenkbar gelagert. An dem Haupthebel ist ein parallel zu der Querachse verlaufender Handgriff ausgebildet. Weiterhin ist an dem Haupthebel ein Bedienelement des Gas- und Kollektivhebels derart beweglich gegenüber dem Handgriff an dem Haupthebel gelagert, dass es an den Handgriff heranziehbar ist. Ein Schwenkwinkel zwischen dem Haupthebel und der Hauptstruktur gibt die Vortriebsleistung des Antriebs und ein Abstand zwischen dem Bedienelement und dem Handgriff gibt den Einstellwinkel der Rotorblätter vor.
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Der Haupthebel mit dem Handgriff bildet bei dem kombinierten Gas- und Kollektivhebel des erfindungsgemäßen Tragschraubers einen Gashebel aus, wie er von verschiedenen Flugzeugen bekannt ist. Er wird daher von dem Piloten des erfindungsgemäßen Tragschraubers intuitiv richtig bedient. Eine intuitiv richtige Bedienung erfährt auch das an den Handgriff heranziehbare Bedienelement, das das Kollektivsteuer des erfindungsgemäßen Tragschraubers betätigt. Insbesondere wird der kombinierte Gas- und Kollektivhebel vom Piloten mit nur einer Hand intuitiv richtig bedient.
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Um das Bedienelement auf einfache Weise beweglich gegenüber dem Handgriff an dem Haupthebel zu lagern, kann das Bedienelement um eine quer zu dem Handgriff verlaufende Schwenkachse gegenüber dem Handgriff verschwenkbar sein, wobei der Abstand zwischen dem Bedienelement und dem Handgriff, der den Einstellwinkel der Rotorblätter vorgibt, als weiterer Schwenkwinkel zwischen dem Bedienelement und dem Handgriff erfasst wird.
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Wie bei einem üblichen Gashebel eines Flugzeugs kann ein Vorschwenken des Handgriffs des kombinierten Gas- und Kollektivhebels des erfindungsgemäßen Tragschraubers die Vortriebsleistung seines Antriebs erhöhen.
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Wenn das Heranziehen des Bedienelements an den Handgriff den Einstellwinkel der Rotorblätter erhöht, wird es insbesondere dann intuitiv richtig betätigt, wenn es unterhalb des Handgriffs verläuft. In diesem Fall entspricht das Hochziehen des Bedienelements dem durch das Erhöhen des Einstellwinkels beim Sprungstart bewirkten Hochziehen des Tragschraubers.
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Vorzugsweise ist bei dem kombinierten Gas- und Kollektivhebel des erfindungsgemäßen Tragschraubers zwischen dem Handgriff und dem Bedienelement eine Rasteinrichtung ausgebildet, die mindestens einen einseitigen Anschlag für das Bedienelement definiert, den das Bedienelement bei seinem Heranziehen an den Handgriff überfährt und an den das Bedienelement in umgekehrter Richtung bei einem vorgegebenen Wert des Abstands zwischen dem Bedienelement und dem Haupthebel anschlägt. Dieser Anschlag kann das Bedienelement nach einem durchgeführten Sprungstart z. B. in einem Abstand zu dem Handgriff halten, der einem Flugwert entspricht, d. h. einem Einstellwinkel der Rotorblätter im normalen Horizontalflug von typischerweise etwa 2,5°, d. h. 2 bis 3°. Dieser Flugwert kann an dem kombinierten Gas- und Kollektivhebel einstellbar sein. Derselbe Anschlag oder ein zusätzlicher Anschlag, den die Rasteinrichtung definiert, kann einem Schnellflugwert, also beispielsweise einem kleineren Einstellwinkel der Rotorblätter von etwa 1,5°, d. h. 1 bis 2° entsprechen. Weiterhin kann derselbe oder ein weiterer Anschlag auch einem Vorrotations- und Landewert, konkret einem Einstellwinkel der Rotorblätter von 0° entsprechen. Indem die Rasteinrichtung das Bedienelement in dem jeweiligen für den Flugzustand richtigen Abstand zu dem Handgriff hält, muss es von dem Piloten des erfindungsgemäßen Tragschraubers nur dann betätigt werden, wenn er einen anderen Abstand bzw. Einstellwinkel der Rotorblätter einstellen will. Dazu kann er gezielt den nächsten definierten Abstand überfahren, oder er muss die Rasteinrichtung lösen, um den Abstand wieder über den zuletzt gehaltenen Wert hinaus zu vergrößern. Es können weitere Anschläge für unterschiedliche Flugsituationen von der Rasteinrichtung definiert sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Tragschrauber kann eine Zwangskopplungseinrichtung an dem kombinierten Gas- und Kollektivhebel vorgesehen sein, die dann, wenn der Schwenkwinkel beim Vorschwenken des Handgriffs einen Grenzwert überschreitet, das Bedienelement an den Handgriff heranführt, bis ein vorgegebener Wert des Abstands zwischen dem Bedienelement und dem Handgriff erreicht ist. Auf diese Weise wird ein normaler Start des erfindungsgemäßen Tragschraubers auf einer Startbahn für den Piloten vereinfacht. Er schiebt den Handgriff wie bei einem herkömmlichen Gashebel zum horizontalen Beschleunigen des Tragschraubers vor. Wenn dabei eine bestimmte Vortriebsleistung des Antriebs des Tragschraubers erreicht ist, erhöht die Zwangskopplungseinrichtung den Einstellwinkel der Rotorblätter von einem Vorrotationswert auf einen Flugwert.
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Das Bedienelement des kombinierten Gas- und Kollektivhebels kann sich über die gesamte Breite des Handgriffs erstrecken und damit besonders einfach mit der gesamten Hand des Piloten ergriffen werden. Wenn zwischen dem Bedienelement und dem Kollektivsteuer keine Kraftverstärkung vorgesehen ist, muss der Pilot das Kollektivsteuer mit Hilfe des Bedienelements betätigen und dazu eine gewisse Kraft aufbringen. Diese Kraft wird sinnvollerweise über einen gewissen Weg, d. h. einen gewissen Abstand des Bedienelements von dem Handgriff, von mehreren Zentimetern, verteilt.
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Für das Bedienelement kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein, die das Bedienelement von dem Handgriff weg beaufschlagt. Im Betrieb des erfindungsgemäßen Tragschraubers wirken aber auch aerodynamische Kräfte in derselben Richtung auf das Kollektivsteuer und damit auch auf das damit gekoppelte Bedienelement.
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Für den Haupthebel kann hingegen eine Halteeinrichtung vorgesehen sein, die den Haupthebel ohne Verschwenken des Handgriffs durch Reibung bei dem jeweiligen Wert des Schwenkwinkels hält. Der Pilot muss daher unter konstanten Flugbedingungen den Handgriff nicht festhalten, sondern der Gashebel bleibt selbststätig in der gewählten Stellung stehen.
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Neben dem hier beschriebenen kombinierten Gas- und Kollektivhebel weist der erfindungsgemäße Tragschrauber typischerweise einen Steuerknüppel zum Steuern um seine Roll- und Nickachse sowie Fußpedale zum Steuern um seine Hochachse und zur Betätigung von Bremsen für Räder des Tragschraubers auf.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Rotorblatt die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Rotorblatt, zwei Rotorblätter oder mehr Rotorblätter vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die der jeweilige Tragschrauber aufweist.
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Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
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1 ist eine Seitenansicht eines Tragschraubers.
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2 zeigt einen kombinierten Gas- und Kollektivhebel eines erfindungsgemäßen Tragschraubers in einer perspektivischen Ansicht; und
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3 ist eine Detaildarstellung eines Handgriffs und eines daran heranziehbaren Bedienelements des Gas- und Kollektivhebels gemäß 2.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Der in 1 exemplarisch dargestellte Tragschrauber 1 weist einen Rotor 2 mit zwei Rotorblättern 3 auf. Der Rotor 2 ist grundsätzlich zur passiven Rotation, d. h. Autorotation, um seine Rotorachse 4 vorgesehen, d. h. zur Rotation durch Anströmung im Flug des Tragschraubers 1. Der Rotor 2 kann jedoch mit einem hier nicht dargestellten Antrieb für und vor dem Start des Tragschraubers 1 vorrotiert werden. In 1 ist ein Kollektivsteuer 5 schematisch angedeutet, mit dem ein Einstellwinkel beider Rotorblätter 3 kollektiv einstellbar ist. Für einen Sprungstart des Tragschraubers 1 wird sein Rotor 2 über eine Flugdrehzahl im normalen Flug hinaus vorrotiert. Anschließend wird mit dem Kollektivsteuer 5 der Einstellwinkel der Rotorblätter 3 erhöht. Die in dem Rotor 2 durch das Vorrotieren gespeicherte kinetische Energie wird dann zum Anheben des Tragschraubers 1 genutzt, d. h. in potentielle Energie umgesetzt. Durch Aktivieren eines Antriebs 6 des Tragschraubers 1 geht der abgehobene Tragschrauber 1 in einen Vorwärtsflug über. Die Fluglage und -richtung des Tragschraubers 1 werden mit einem Steuerknüppel 9 und Fußpedalen 26 kontrolliert. Ein Höhenleitwerk 8 verbessert die Flugstabilität des Tragschraubers 1. Für das Vorgeben der Vortriebsleistung seines Antriebs 6 und des Einstellwinkels der Rotorblätter 3 seines Rotors 2 weist der Tragschrauber 1 einen Gas- und Kollektivhebel 10 auf.
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Der in 2 separat dargestellte Gas- und Kollektivhebel 10 weist einen an einer hier nicht wiedergegebenen Hauptstruktur des Tragschraubers 1 um eine Querachse 11 verschwenkbar gelagerten Haupthebel 12 auf. Am freien Ende des Haupthebels 12 ist ein parallel zu der Querachse 11 verlaufender Handgriff 13 ausgebildet. Ein den Haupthebel 12 unterbrechendes Gelenk 14, welches etwa auf der halben Strecke zwischen der Querachse 11 und dem Handgriff 13 liegt, ist im Betriebszustand des Gas- und Kollektivhebels 10 blockiert. Bei freigegebenem Gelenk 14 ist der kombinierte Gas- und Kollektivhebel 10 beispielsweise an die Armlänge des jeweiligen Piloten des Tragschraubers 1 anpassbar, indem der Haupthebel 12 mehr oder weniger um das Gelenk 14 gestreckt wird. Unterhalb des Handgriffs 13 ist ein Bedienelement 15 um eine quer zu dem Handgriff 13 verlaufende Schwenkachse 16 verschwenkbar an dem Haupthebel 12 gelagert. Das Bedienelement 15 kann mit einer den Handgriff 13 erfassenden Hand des Piloten an den Handgriff 13 herangezogen werden, wobei sich ein Abstand 17 zwischen dem Bedienelement 15 und dem Handgriff 13 verringert. Dieser Abstand 17 gibt den Einstellwinkel der Rotorblätter 3 vor. Konkret ist ein Schwenkwinkel 18 des Bedienelements 15 um die Schwenkachse 16 über das Kollektivsteuer 5 mit dem Einstellwinkel der Rotorblätter 3 gekoppelt. Dabei wird der mit dem Bedienelement 15 vorgegebene Einstellwinkel der Rotorblätter 3 auf einer Skala 19 von einer Spitze 20 des Bedienelements 15 angezeigt. In der tiefsten Stellung des Bedienelements 15 unterhalb des Handgriffs 13 beträgt der Einstellwinkel der Rotorblätter 3 bspw. 0°. Bei kleinstem Abstand 17 des Bedienelements 15 zu dem Handgriff 13, d. h. bei maximal an den Handgriff 13 herangezogenem Bedienelement 15, wird bspw. ein Einstellwinkel der Rotorblätter 3 von beispielsweise 7° realisiert, wie er für einen Sprungstart des Tragschraubers 1 mit vorrotiertem Rotor 2 benötigt wird. Ein Schwenkwinkel 21 des Haupthebels 12 um die Querachse 11 gibt die Vortriebsleistung des Antriebs 6 des Tragschraubers 1 vor, wobei die Vortriebsleistung mit zunehmendem Schwenkwinkel 21, d. h. mit vom Piloten weiter vorgeschobenem Handgriff 13, zunimmt. Bei dem jeweiligen Schwenkwinkel 21 wird der Haupthebel 12 gegenüber der Struktur des Tragschraubers 1 durch Reibung gehalten, d. h. der Pilot kann die Vortriebsleistung des Antriebs 6 wählen und dann den kombinierten Gas- und Kollektivhebel 10 loslassen. Damit dabei auch ein gewünschter Einstellwinkel der Rotorblätter 3 beibehalten wird, ist zwischen dem Bedienelement 15 und dem Handgriff 13 eine Rasteinrichtung ausgebildet.
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3 zeigt, dass die Rasteinrichtung 22 zwischen dem Bedienelement 15 und dem Handgriff 13 ein federbelastetes Raststück 23 aufweist, das bei einem bestimmten Schwenkwinkel 18 in eine Rastvertiefung 24 in der Skala 19 eingreift. Dabei ist die Rastvertiefung 24 nach oben angeschrägt, so dass das Bedienelement 15 weiter an den Handgriff 13 herangezogen werden kann, wobei das Raststück 23 über die Schräge automatisch aus der Rastvertiefung 24 herausgeführt wird. In umgekehrter Richtung zu größeren Abständen 17 des Bedienelements 15 von dem Handgriff 13 hin schlägt das Raststück 23 jedoch in der Rastvertiefung 24 an der Skala 19 an, so dass das Bedienelement 15 bzw. ein damit vorgegebener Einstellwinkel der Rotorblätter 3 gehalten wird. Um diesen Anschlag zu überwinden, muss die Rasteinrichtung 22 durch Betätigen eines Lösehebels 25 gelöst werden. Beispielsweise ist die Rastvertiefung 24 so vorgesehen, dass sie einen Einstellwinkel der Rotorblätter 3 von 2,5° für den normalen Horizontalflug des Tragschraubers 1 hält. Zum Landen des Tragschraubers löst der Pilot mit Hilfe des Lösehebels 25 die Verriegelungseinrichtung 22, wozu er keine zweite Hand benötigt. Damit kann er den Einstellwinkel der Rotorblätter 3 für das Landen auf beispielsweise 0° reduzieren. Für den Sprungstart des Tragschraubers 1 wird das Bedienelement 15 über die Rastvertiefung 24 hinweg an den Handgriff 13 herangezogen, um den Einstellwinkel der Rotorblätter 2 auf beispielsweise 5° einzustellen. Wenn dann der Tragschrauber 1 anhebt, kann der Haupthebel 12 mit dem Handgriff 13 nach vorne verschwenkt werden, um die Vortriebsleistung des Antriebs 6 hochzufahren. Damit geht der Tragschrauber 1 in den Horizontalflug über.
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Für einen normalen Start des Tragschraubers 1 von einer Rollbahn kann der Schwenkwinkels 18 des Bedienelements 15 gegenüber dem Handgriff 13 mit dem Schwenkwinkel 21 derart gekoppelt sein, dass der mit dem Bedienelement 15 angeforderte Einstellwinkel der Rotorblätter 3 automatisch dann von 0° auf seinen Flugwert von beispielsweise 2,5° erhöht wird, wenn eine bestimmte Vortriebsleistung des Antriebs 6 erreicht ist.
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Eine Kontrollberechnung belegt, dass mit dem Bedienelement 15 das für einen Sprungstart eines Tragschraubers 1 zur Erhöhung deren Einstellwinkels auf die Rotorblätter 3 aufzubringende Moment problemlos durch die Handkraft des Piloten aufgebracht werden kann. Hierfür reicht eine Handkraft zwischen dem Bedienelement 15 und dem Handgriff 13 in der Größenordnung von weniger als 30 N aus. Zwischen dem Bedienelement 15 und dem Kollektivsteuer 5 muss daher keine Kraftunterstützung vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tragschrauber
- 2
- Rotor
- 3
- Rotorblatt
- 4
- Rotorachse
- 5
- Kollektivsteuer
- 6
- Antrieb
- 7
- Seitenruder
- 8
- Höhenleitwerk
- 9
- Steuerknüppel
- 10
- Gas- und Kollektivhebel
- 11
- Querachse
- 12
- Haupthebel
- 13
- Handgriff
- 14
- Gelenk
- 15
- Bedienelement
- 16
- Schwenkachse
- 17
- Abstand
- 18
- Schwenkwinkel
- 19
- Skala
- 20
- Spitze
- 21
- Schwenkwinkel
- 22
- Rasteinrichtung
- 23
- Raststück
- 24
- Rastvertiefung
- 25
- Lösehebel
- 26
- Fußpedal
