-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Blattspitzenabstands zwischen Blattspitzen von zwei um eine gemeinsame Drehachse in einander entgegen gesetzten Richtungen umlaufenden Koaxialrotoren.
-
Bei den Koaxialrotoren handelt es sich insbesondere um solche eines Koaxialhubschraubers. Dabei können die Koaxialrotoren neben dem Erzeugen von Auftrieb für den Koaxialhubschrauber auch für das Erzeugen von Vortrieb für den Koaxialhubschrauber ausgebildet sein.
-
STAND DER TECHNIK
-
Anders als der Hauptrotor eines herkömmlichen Hubschraubers übertragen die beiden in einander entgegen gesetzten Richtungen um ihre gemeinsame Drehachse umlaufenden Koaxialrotoren eines Koaxialhubschraubers kein Drehmoment auf den Hubschrauberrumpf, das durch einen Heckrotor ausgeglichen werden müsste. Auf die Rotorblätter der beiden Koaxialrotoren eines Koaxialhubschraubers können sehr unterschiedlich große Kräfte parallel zu der gemeinsamen Drehachse einwirken, so dass ihre Blattspitzen in dieser Richtung sehr unterschiedlich weit ausgelenkt werden, weil die Rotorblätter elastisch verformbar sind und zudem z. B. über ein zentrales Schlaggelenk gelenkig am Rotorkopf gelagert sein können. Damit besteht die Gefahr, dass sich die Blattspitzen der beiden Koaxialrotoren berühren, was mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Koaxialrotoren und damit einen Absturz des Koaxialhubschraubers zur Folge hätte. Um Berührungen der Blattspitzen der beiden Koaxialrotoren zu vermeiden, werden die Koaxialrotoren bei einem herkömmlichen Koaxialhubschrauber in Richtung ihrer gemeinsamen Drehachse so weit voneinander beabstandet, dass sich ihre Blattspitzen auch unter ungünstigsten Bedingungen nicht berühren können. Ein großer axialer Abstand der beiden Koaxialrotoren ist aber mit Nachteilen in Bezug auf die Lagerung der Koaxialrotoren und die Flugeigenschaften des Koaxialhubschraubers verbunden.
-
Grundsätzlich sind Eingriffe in die Flugsteuerung eines Koaxialhubschraubers möglich, die einer weiteren Annäherung und damit einer Kollision der Blattspitzen der beiden Koaxialrotoren entgegenwirken. Wenn diese Eingriffe jedoch präventiv durchgeführt werden, werden die möglichen Flugzustände eines Koaxialhubschraubers sehr stark eingeschränkt, ohne dass dies zur Vermeidung von Kollisionen zwischen den Blattspitzen seiner Koaxialrotoren tatsächlich notwendig wäre.
-
Es ist bekannt, Auslenkungen von Rotorblättern eines Hubschraubers mit einer optischen Einrichtung, konkret einer Stereokameraanordnung zu erfassen. Diese Stereokameraanordnung wird neben dem Hubschrauber positioniert und ist daher für eine laufende Bestimmung des Blattspitzenabstands zwischen Blattspitzen der beiden Koaxialrotoren eines Koaxialhubschraubers nicht geeignet.
-
Aus der
US 2018 / 0 050 795 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Blattspitzenabstands zwischen Blattspitzen von zwei gegenläufigen Koaxialrotoren bekannt, bei dem eine Durchbiegung eines Rotorblatts zum Beispiel mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen gemessen, eine harmonische Funktion des Rotorblatts aus der gemessenen Durchbiegung erzeugt und eine Blattspitzenverlagerung des Rotorblatts unter Verwendung der erzeugten harmonischen Funktion vorhergesagt wird. Als Ausgangspunkt für dieses Verfahren ist in der
US 2018 / 0 050 795 A1 angegeben, dass der Blattspitzenabstand typischerweise unter Anwendung direkter Erfassungsverfahren, wie Näherungssensoren überwacht wird.
-
Hall-Sensoren werden bekanntermaßen zur Lageerfassung bewegter Permanentmagnete sowie in Verbindung mit Dauermagneten als Lageerkennungssensoren und kontaktlose Taster verwendet.
-
Aus der
US 2005 / 0 236 518 A1 ist ein Hubschrauber mit zwei um eine gemeinsame Drehachse in einander gegengesetzten Richtungen umlaufenden Koaxialrotoren bekannt.
-
Dabei sind Sensoren an den Blattspitzen vorgesehen, die die Relativpositionen der Rotorblätter der beiden Koaxialrotoren messen. Aus diesen Messungen bestimmt ein Steuersystem den Rotorblattabstand.
-
Aus der
US 2017 / 0 217 581 A1 ist ein weiterer Hubschrauber mit zwei um eine gemeinsame Drehachse in einander entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Koaxialrotoren bekannt. Dabei wird eine drahtlose Technik zur Messung des Blattspitzenabstands angewandt. Mindestens ein oberes Rotorblatt und mindestens ein unteres Rotorblatt sind mit Antennen für ein magnetisches Feld ausgestattet. Die Antennen wechselwirken durch einen Nahfeldeffekt. Ein Oszillator sendet ein Anregungssignal an eine erste Antenne. Wenn sich die Rotorblätter kreuzen, empfängt eine zweite Antenne ein von der ersten Antenne emittiertes Signal. Ein Ausgangsniveaumonitor misst die Größe des Anregungssignals. Ein Blattspitzennäherungsmonitor ist in dem rotierenden System montiert, z. B. in einer Rotornarbe, und empfängt ein Ausgabesignal von der zweiten Antenne und die Größe des Anregungssignals von dem Ausgangsniveaumonitor sowie ein Drehzahlsignal von der Hauptrotoranordnung. Basierend auf der Größe des Anregungssignals an die erste Antenne und der Größe des Ausgabesignals der zweiten Antenne detektiert der Blattspitzennäherungsmonitor den Abstand zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne. Dieser Abstand zeigt den Abstand zwischen den Rotorblättern an.
-
Ein weiterer Hubschrauber mit zwei um eine gemeinsame Drehachse in einander entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Koaxialrotoren ist aus der
US 2015 / 0 198 436 A1 bekannt. Dabei sind erste und zweite Sender an einem Rotorblatt des einen Koaxialrotors und ein Detektor an einem Rotorblatt des anderen Koaxialrotors angeordnet. Die beiden Sender senden Strahlungen an den Detektor, und der Detektor detektiert die Strahlungen von dem ersten und dem zweiten Sender. Hieraus berechnet ein Flugcomputer den Blattspitzenabstand zwischen den Koaxialrotoren. Die Sender umfassen jeweils eine Laserdiode, während der Detektor eine Fotodiode aufweist. Der Detektor und der Flugcomputer kommunizieren drahtlos.
-
AUFGABE DER ERFINDUNG
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Blattspitzenabstands zwischen Blattspitzen von zwei gegenläufigen Koaxialrotoren aufzuzeigen, die auch für eine Verwendung im Flug eines die Koaxialrotoren umfassenden Koaxialhubschraubers geeignet ist, um eine Kollision der Blattspitzen auch dann sicher zu vermeiden, wenn diese aufgrund der Anordnung und Ausbildung der Koaxialrotoren nicht ausgeschlossen ist.
-
LÖSUNG
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 4 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Patentanspruch 5 ist auf einen Koaxialhubschrauber mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet, und Patentanspruch 6 betrifft eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koaxialhubschraubers.
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Blattspitzenabstands zwischen Blattspitzen von zwei um eine gemeinsame Drehachse in einander entgegen gesetzten Richtungen umlaufenden Koaxialrotoren ist an mindestens einer Blattspitze des einen der beiden Koaxialrotoren ein Permanentmagnet angeordnet, der in der Umgebung der mindestens einen Blattspitze des einen der beiden Koaxialrotoren ein Magnetfeld hervorruft, und an mindestens einer Blattspitze des anderen der beiden Koaxialrotoren ist eine Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung angeordnet, die einen Magnetfeldsensor für das Magnetfeld aufweist.
-
Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von dem Bestimmen einem oder dem Blattspitzenabstands die Rede ist, so geht es dabei um die Bestimmung des kleinsten Abstands den die Blattspitzen der beiden Koaxialrotoren einhalten. Typischerweise wird dieser minimale Blattspitzenabstand erreicht, wenn je eine der Blattspitzen der beiden Koaxialrotoren - aus einander entgegengesetzten Richtungen kommend - dieselbe Winkellage um die Drehachse erreichen. Bei den üblichen gleichen Drehzahlen der beiden Koaxialrotoren geschieht dies bei der mindestens einen Blattspitze des einen der beiden Koaxialrotoren und der mindestens einen Blattspitze des anderen der beiden Koaxialrotoren mit einer im Vergleich zu diesen gleichen Drehzahlen doppelten Frequenz und immer bei zwei festen um 180° zueinander versetzten Drehlagen der Blattspitzen um die Drehachse.
-
Der Permanentmagnet an der mindestens einen Blattspitze des einen der beiden Koaxialrotoren ruft in seiner Umgebung ein magnetisches Feld hervor. Dabei sind die Feldstärken dieses magnetischen Felds nur in einer begrenzten Umgebung des Permanentmagneten von nutzbarer Größe. Durch geeignete Anordnung des Permanentmagneten und Verhinderung eines magnetischen Kurzschlusses durch ferromagnetisches Material zwischen seinen Polen ist es aber problemlos möglich, ein relevantes Magnetfeld in einer Umgebung um die jeweilige Blattspitze auszubilden, das die interessierenden minimale Blattspitzenabstände ausreichend abdeckt. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das von dem Permanentmagneten an der Blattspitze des einen Koaxialrotors hervorgerufene magnetische Feld mit dem Magnetfeldsensor der Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung an der Blattspitze des anderen Koaxialrotors abgetastet.
-
Dabei kann die Vorrichtung ausnutzen, dass sich der Magnetfeldsensor aufgrund der Relativbewegung der Koaxialrotoren mit relativ hoher Geschwindigkeit gegenüber dem Permanentmagneten bewegt. Der Magnetfeldsensor muss also kein statisches Magnetfeld erfassen, sondern er kann dafür ausgelegt sein, eine zeitliche Änderung der Feldstärke des von dem Permanentmagneten hervorgerufenen Magnetfelds zu erfassen. Dabei ist die zeitliche Änderung der Feldstärke von der Relativgeschwindigkeit des Magnetfeldsensors zu dem Permanentmagneten und damit von den Drehzahlen der Koaxialrotoren abhängig, während die die maximale Feldstärke des von dem Permanentmagneten hervorgerufenen Magnetfelds am Ort des Magnetfeldsensors von dem kleinsten Abstand zwischen dem Permanentmagneten und dem Magnetfeldsensor abhängt.
-
Vorzugsweise tritt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Magnetfeld von dem Permanentmagneten senkrecht aus einer Metall-Luft-Grenzfläche aus, die quer zu einer Richtung des Blattspitzenabstands verläuft. Anders gesagt verläuft die Metall-Luft-Grenzfläche parallel zu einer Ebene, die sich normal zu der Drehachse der Koaxialrotoren erstreckt. Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten verläuft vorzugsweise normal zu der Metall-Luft-Grenzfläche und damit parallel zu der Drehachse der Koaxialrotoren.
-
Konkret kann die zeitliche Änderung der Feldstärke des von dem Permanentmagneten hervorgerufenen Magnetfelds in dem Magnetfeldsensor ein elektrisches Signal induzieren. Schon wenn ein einfacher Leiter durch ein Magnetfeld hindurchbewegt wird, versuchen die in ihm enthaltenen Ladungsträger einen Strom hervorzurufen, der ein zweites Magnetfeld erzeugt, welches eine der Bewegung des Leiters entgegenwirkende Kraft verursacht (Lenz'sche Regel). Dieser Strom kann unmittelbar oder in Form einer resultierenden Spannung zwischen den Enden des Leiters als elektrisches Signal des Magnetfeldsensors verwendet werden, dessen Amplitude die Feldstärke des von dem Permanentmagneten hervorgerufenen Magnetfelds am Ort des Magnetfeldsensor anzeigt.
-
Die Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kweist eine Leiterschleife auf. Der sich aufgrund der Relativbewegung der Leiterschleife gegenüber dem Magnetfeldsensor ändernde magnetische Fluss des von dem Permanentmagneten hervorgerufenen Magnetfelds durch die Leiterschleife, induziert eine Spannung zwischen den Enden der Leiterschleife. Die Leiterschleife kann damit als Spannungsquelle für die Versorgung der Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung mit elektrischer Leistung und auch als deren Magnetfeldsensor dienen. Die Leiterschleife kann mehrere Windungen umfassen, um die zwischen Ihren Enden induzierte Spannung zu vervielfachen.
-
Die Leiterschleife kann quer zu einer Richtung des Blattspitzenabstands oder quer zu den Umlaufrichtungen der beiden Koaxialrotoren um die Drehachse verlaufen. In beiden Fällen variiert beim Vorbeilaufen der Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung an dem Permanentmagneten der durch die Leiterschleife hindurchtretende magnetische Fluss und entsprechend die zwischen den Enden der Leiterschleife induzierte und dort abgreifbare elektrische Spannung.
-
Die Variationen des Signals des Magnetfeldsensors, wenn sich die beiden Blattspitzen mit dem Permanentmagneten und der Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung an die gleiche Winkellage um die Drehachse annähern und dann wieder von dieser entfernen, bilden das Magnetfeld des Permanentmagneten längs der Linie ab, entlang der sich der Magnetfeldsensor gegenüber dem Permanentmagneten bewegt. Die Variationen des elektrischen Signals sind dadurch von dem Abstand dieser Linie zu dem Permanentmagneten, d. h. dem gesuchten Blattspitzenabstand abhängig. Dabei sind die zeitlichen Variationen weniger aussagekräftig als die Variationen des elektrischen Signals über dem Winkel zwischen den beiden Blattspitzen um die Drehachse. Die zeitlichen Variationen können aber unter Berücksichtigung der Drehzahlen der Koaxialrotoren unmittelbar in die Variationen über dem Winkel zwischen den Blattspitzen umgerechnet werden. Die Drehzahlen der Koaxialrotoren sind oftmals auch deshalb zu berücksichtigen, weil sie bei einem Magnetfeldsensor mit einer Leiterschleife linear in die Amplitude des elektrischen Signals eingehen, da die Drehzahlen die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses durch die Leiterschleife bestimmen.
-
Variable Anstellwinkel der Rotorblätter und entsprechend der Blattspitzen können die Orientierung des Magnetfeldsensors gegenüber dem Permanentmagneten und insbesondere dem von dem Permanentmagneten hervorgerufenen Magnetfeld verändern. Dieser Effekt bleibt jedoch entweder klein, oder er wirkt sich in einer Asymmetrie des Verlaufs der Variationen des Signals des Magnetfeldsensors gegenüber der übereinstimmenden Winkellage des Permanentmagneten und des Magnetfeldsensors um die Drehachse aus. Diese Asymmetrie kann erfasst werden, und auf ihrer Basis kann die aktuelle Orientierung des Magnetfeldsensors gegenüber dem Permanentmagneten bzw. des von ihm hervorgerufenen Magnetfelds berücksichtigt werden.
-
Praktisch kann der auf die Drehzahl der Koaxialrotoren normierte Verlauf des Signals des Magnetfeldsensors verwendet werden, um hieraus mithilfe einer Nachschlagetabelle einen konkreten Wert des Blattspitzenabstands abzuleiten. Dazu kann der normierte Verlauf bzgl. der in der Nachschlagetabelle abgelegten Werte analysiert werden und dann über die am besten passende Wertekombination aus der Tabelle auf den Blattspitzenabstand geschlossen werden.
-
Je nach Anzahl der Rotorblätter der Koaxialrotoren und der Winkellagen um die Drehachse, in denen die Blattspitzen den minimalen Blattspitzenabstand aufweisen, können bereits mit einem Permanentmagneten und einer Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung alle diese minimalen Blattspitzenabstände erfasst werden, wie sie zwischen den Blattspitzen der beiden Koaxialrotoren auftreten. Wenn dies nicht der Fall ist, kann an mindestens einer weiteren Blattspitze des einen der beiden Koaxialrotoren ein weiterer Permanentmagnet angeordnet sein und/oder an mindestens einer weiteren Blattspitze des anderen der beiden Koaxialrotoren eine weitere Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung. Wenn an mehreren oder allen Blattspitzen des einen der beiden Koaxialrotoren Permanentmagnete angeordnet sind, ist es von Vorteil, wenn die Permanentmagnete gleich ausgebildet sind und insbesondere gleiche Stärken aufweisen. Dann werden mit der mindestens einen Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung an dem anderen der beiden Koaxialrotoren alle Blattspitzenabstände in der gleichen Weise erfasst.
-
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Magnetfeldsensor an einen Sender der Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung angeschlossen, der damit an derselben Blattspitze wie der Magnetfeldsensor angeordnet ist und der dazu ausgebildet ist, ein Funksignal auszusenden, das einen Magnetfeldmesswert des Magnetfeldsensors anzeigt. Auch hinsichtlich des Senders ist die Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung autark ausgebildet, so dass sie nicht auf eine externe Versorgung mit elektrischer Leistung oder auf einen von extern aufzuladenden Energiespeicher angewiesen ist. Vielmehr wird der Sender durch das elektrische Signal des Magnetfeldsensors oder durch eine in einer separaten Leiterschleife induzierte Spannung mit elektrischer Leistung versorgt.
-
Das Funksignal des Senders der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise kodiert, um es einem bestimmten Sender zuordnen zu können. Dies gilt insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtungen und entsprechend mehrere Sender aufweist, die Funksignal aussenden. Mithilfe der Kodierung können diese Funksignale dann den einzelnen Magnetfeldsensoren zugeordnet werden. Damit ist es möglich, die erfassten Blattspitzenabstände bestimmten Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtungen und damit bestimmten Winkellagen um die Drehachse, in denen die Blattspitzenabstände gemessen werden, zuzuordnen.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Koaxialhubschrauber mit zwei um eine gemeinsame Drehachse in einander entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Koaxialrotoren und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Empfänger für das Funksignal an eine Pilotenanzeige für den Blattspitzenabstand und/oder an eine dem Blattspitzenabstand berücksichtigende Flugsteuerung angeschlossen sein. Der mit der Vorrichtung bestimmte minimale Blattspitzenabstand kann dann von dem Piloten und/oder der Flugsteuerung bei der weiteren Steuerung des Koaxialhubschraubers berücksichtigt werden. Konkret können Flugmanöver vermieden werden, die tendenziell zu einer Verringerung des Blattspitzenabstands führen, oder sogar gezielt Flugmanöver eingeleitet werden, die den Blattspitzenabstand vergrößern. So ist auch dann eine Kollision der Blattspitzen der gegenläufigen Koaxialrotoren vermeidbar, wenn eine solche Kollision rein mechanisch nicht vollständig ausgeschlossen ist. Entsprechend können die Koaxialrotoren eines erfindungsgemäßen Koaxialhubschraubers in Richtung ihrer gemeinsamen Drehachse dichter beieinander liegen als dies aus Sicherheitsgründen bei einem Koaxialhubschrauber ohne eine erfindungsgemäße Vorrichtung erforderlich ist.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Koaxialhubschrauber kann der Empfänger für das Funksignal eine Auswerteeinrichtung aufweisen, die das durch das Funksignal angezeigte elektrische Signal mit einem von einer Drehzahl der beiden Koaxialrotoren abhängigen Grenzwert vergleicht und die dann ein Warnsignal ausgibt, wenn der Grenzwert überschritten wird. Wegen des mit zunehmender Entfernung von dem Permanentmagneten abklingenden durch den Permanent-magneten hervorgerufenen Magnetfelds wird das elektrische Signal häufig nur dann einen relevanten Wert annehmen, wenn der minimale Blattspitzenabstand bereits relativ klein ist. Dann kann die Auswerteeinrichtung einfach auf jeden relevanten Wert des elektrischen Signals mit dem Warnsignal reagieren, um den Piloten des Koaxialhubschraubers bzw. dessen Flugsteuerung dazu zu bringen, einer weiteren Verringerung des Blattspitzenabstands entgegenzuwirken.
-
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.
-
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 einer Leiterschleife die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Leiterschleife, zwei Leiterschleifen oder mehr Leiterschleifen vorhanden sind.
-
Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.
-
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.
-
Figurenliste
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Koaxialhubschrauber in schematischer Seitenansicht.
- 2 zeigt den erfindungsgemäßen Hubschrauber gemäß 1 in einer schematischen Ansicht von oben.
- 3 zeigt das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Blattspitzenabstands bei dem Koaxialhubschrauber gemäß den 1 und 2.
-
FIGURENBESCHREIBUNG
-
Der in 1 dargestellte Koaxialhubschrauber 1 weist zwei Koaxialrotoren 2 und 3 auf, die um eine gemeinsame, im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Drehachse 4 umlaufen. Dabei sind die Umlaufrichtungen der Koaxialrotoren 2 und 3 um die Drehachse 4 einander entgegengesetzt. Auf einen Hubschrauberrumpf 5 üben die beiden Koaxialrotoren 2 und 3 daher einander entgegengesetzte und sich dadurch aufhebende Drehmomente aus. Entsprechend muss an einem Heckausleger 16 des Koaxialhubschraubers 1 kein Heckrotor zum Drehmomentausgleich vorgesehen sein. In Richtung der Drehachse 4 weisen die Koaxialrotoren 2 und 3 einen Abstand auf, der eine Kollision ihrer Rotorblätter 6 und 7 verhindert. Insbesondere im Vorwärtsflug des Koaxialhubschraubers 1, in dem die Koaxialrotoren 2 und 3 bzgl. des Anstellwinkels ihrer Rotorblätter 6 und 7 so angesteuert werden, dass sie einen Vortrieb erzeugen, wirken jedoch in unterschiedlichen Drehlagen der Rotorblätter 6 und 7 um die Drehachse 4 unterschiedliche Kräfte auf die Rotorblätter 6 und 7. Hierdurch kann ein minimaler Blattspitzenabstand 8, der erreicht wird, wenn Blattspitzen 9 und 10 der Rotorblätter 6 und 7 die gleiche Winkellage um die Drehachse 4 einnehmen, aufgrund unterschiedlicher elastischer Biegungen der Rotorblätter 6 und 7 und auch aufgrund unterschiedlicher Auslenkungen der Rotorblätter 6 und 7 in Schlaggelenken deutlich reduziert sein. Um diesen verkleinerten Blattspitzenabstand 8 zu überwachen, um jedenfalls eine Kollision der Blattspitzen 9 und 10 zu verhindern, ist eine Vorrichtung 11 vorgesehen. Die Vorrichtung 11 umfasst einen Permanentmagneten 12 an einer Blattspitze 9 des hier oberen Koaxialrotors 6 und einen Magnetfeldsensor 13 einer Magnetfeldmess- und -übermittlungseinrichtung an einer Blattspitze 10 des hier unteren Koaxialrotors 7. Wenn die Blattspitze 10 mit dem Magnetfeldsensor 13 die Blattspitze 9 mit dem Permanentmagneten 12 passiert, erfasst der Magnetfeldsensor 13 das auf ihn einwirkende Magnetfeld des Permanentmagneten 12 und/oder die zeitliche Änderung dieser Einwirkung. Abhängig von der Feldstärke des Magnetfelds gibt der Magnetfeldsensor 13 ein elektrisches Signal aus. Wenn das elektrische Signal durch die sich ändernde Einwirkung des Magnetfelds auf den Magnetfeldsensor in diesem induziert wurde, kann es zur Versorgung eines an den Magnetfeldsensor 13 angeschlossenen Senders 14 mit elektrischer Leistung dienen. Der Sender 14 sendet ein Funksignal aus, das das elektrische Signal anzeigt. Dieses Funksignal wird von einem Empfänger 15 im Hubschrauberrumpf 5 registriert und in Bezug auf den Blattspitzenabstand 8 ausgewertet. Falls der aus dem Funksignal abgeleitete Blattspitzenabstand 8 einen kritischen Wert annimmt, wird dies dem Piloten des Koaxialhubschraubers 1 oder einer Flugsteuerung des Koaxialhubschraubers 1 signalisiert, damit einer weiteren Abnahme des Blattspitzenabstands 8 entgegengewirkt wird. Die Vorrichtung 11 kann auch so ausgelegt sein, dass bei einem großen Blattspitzenabstand 8 das elektrische Signal, das von dem Magnetfeld des Permanentmagneten 12 in dem Magnetfeldsensor 13 induziert wird, nicht ausreicht, um den Sender 14 zu betreiben. Mit abnehmendem Blattspitzenabstand 8 nimmt der Sender 14 jedoch seinen Betrieb auf und signalisiert über sein Funksignal an den Empfänger 15 zunächst einen noch ausreichenden Blattspitzenabstand. Wenn der minimale Blattspitzenabstand einen kritischen Wert annimmt, der nicht weiter unterschritten werden sollte, ist der Sender 14 so bereits in Betrieb und übermittelt ein entsprechendes Funksignal an den Empfänger 15, das dieser weitergibt.
-
2 zeigt den Koaxialhubschrauber 1 in einer Ansicht von oben. Dabei sind die beiden Rotorblätter 6 bzw. 7 jedes der beiden Koaxialrotoren 2 bzw. 3 mit durchgezogenen Linien nach dem Durchlauf ihrer gleichen Winkellagen um die Drehachse 4 und mit gepunkteten Linien nach jeweils weiterer Drehung um 90° um die Drehachse 4 gezeigt. Hieraus geht hervor, dass die beiden Rotorblätter vier Winkellagen mit minimalen Blattspitzenabständen aufweisen, wobei diese Winkellagen um 90° um die Drehachse 4 zueinander versetzt sind. Mit jeweils einem Permanentmagneten 12 und einem Magnetfeldsensor 13 sind nur die Blattspitzenabstände in zwei dieser Winkellagen, die sich über die Drehachse 4 hinweg gegenüberliegen, erfassbar. Um auch die Blattspitzenabstände in den beiden anderen Winkellagen zu erfassen, muss zumindest ein weiterer, möglichst gleich starker Permanentmagnet 12 oder Magnetfeldsensor 13 vorgesehen sein.
-
3 illustriert stark schematisch das Magnetfeld 17 eines stabförmigen Permanentmagneten 12 mithilfe von Feldlinien 18, die vom Nordpol 19 zum Südpol 20 des Permanentmagneten 12 verlaufen. Die Feldlinien 18 zeigen die Verteilung des magnetischen Flusses in der Umgebung des Permanentmagneten 12 an. Wenn sich eine Leiterschleife 21 des Magnetfeldsensors 13 durch das Magnetfeld 17 hindurchbewegt, variiert der durch die Leiterschleife 21 verlaufende magnetische Fluss. Entsprechend wird in der Leiterschleife 21 ein Strom induziert, der in einer Spannung zwischen den Enden der Leiterschleife 21 resultiert. Diese Spannung kann das elektrische Signal sein, das von dem Magnetfeldsensor 13 ausgegeben wird. Während die Leiterschleife 21 normal zu der Umlaufrichtung 22 des Koaxialrotors 2 und der Umlaufrichtung 23 des Koaxialrotors 3 ausgerichtet ist, ist eine in 3 ebenfalls eingezeichnete Leiterschleife 24 einer alternativen Ausführungsform des Magnetfeldsensors 13 normal zur Richtung des Blattspitzenabstands ausgerichtet. Auch bei dieser Ausrichtung variiert der Fluss durch die Leiterschleife 24, wenn sie den Permanentmagneten 12 aufgrund der einander entgegen gesetzten Umlaufrichtungen 22 und 23 der Koaxialrotoren 2 und 3 passiert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Koaxialhubschrauber
- 2
- Koaxialrotor
- 3
- Koaxialrotor
- 4
- Drehachse
- 5
- Hubschrauberrumpf
- 6
- Rotorblatt
- 7
- Rotorblatt
- 8
- minimaler Blattspitzenabstand
- 9
- Blattspitze
- 10
- Blattspitze
- 11
- Vorrichtung
- 12
- Permanentmagnet
- 13
- Magnetfeldsensor
- 14
- Sender
- 15
- Empfänger
- 16
- Ausleger
- 17
- Magnetfeld
- 18
- Feldlinie
- 19
- Nordpol
- 20
- Südpol
- 21
- Leiterschleife
- 22
- Umlaufrichtung
- 23
- Umlaufrichtung
- 24
- Leiterschleife
