DE10310816A1 - Variable pitch propeller for ultra-light aircraft, uses control device connected to positioning element for blade angle adjustment lever mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen adaptiven Verstellpropeller mit einem Hebelmechanismus zur Verstellung des Anstellwinkels der Propellerblätter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an adaptive Variable pitch propeller with a lever mechanism for adjusting the Angle of attack of the propeller blades according to the generic term of claim 1.
Propellerkonstruktionen mit eigenständig verstellenden Propellerblättern sind im Flugzeugbau schon lange bekannt.Propeller constructions with independently adjusting propeller blades have long been known in aircraft construction.
Die Bauvorschriften für Ultraleichtflugzeuge (UL) ermöglichen dem Erbauer größere Spielräume als in der VLA Klasse (Very Light Aircraft). Durch diese Vereinfachung können neuartige Bauweisen und innovative Ideen verwirklicht werden. Durch den Einsatz moderner Werkstoffe haben die modernen UL's inzwischen wesentlich bessere Flugleistungen als die vergleichsweise teuren und schweren Sportflugzeuge.The building regulations for ultralight aircraft (UL) enable the builder greater scope than in the VLA class (Very Light Aircraft). By this simplification can new types of construction and innovative ideas can be realized. By the use of modern materials, the modern UL's have now become essential better flight performance than the comparatively expensive and heavy ones Sport aircraft.
Ein besonderes Merkmal der Ultraleichtflugzeuge ist ihr großer Geschwindigkeitsbereich. Die Zulassungsvorschrift schreibt eine minimale Landefluggeschwindigkeit (vstall) von 65 km/h vor, während bei maximaler Motorleistung und guter Aerodynamik Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 300 km/h erreicht werden können. Damit die Motorleistung in diesem weiten Geschwindigkeitsbereich mit dem bestmöglichen Propellerwirkungsgrad in Schubleistung übertragen werden kann, ist ein Propeller mit verstellbaren Blättern unabdingbar. Bisher auf dem Markt befindliche Verstellpropeller sind aufgrund ihrer massiven Nabenkonstruktionen und durch einen aufwendigen Verstellmechanismus sehr schwer, teuer und kompliziert zu montieren.A special feature of the ultralight aircraft is your big one Speed range. The admission regulation writes one minimum landing speed (vstall) of 65 km / h before, while at maximum engine power and good aerodynamics top speeds of up to 300 km / h can be achieved. So the engine power in this wide speed range with the best possible Propeller efficiency can be transferred in thrust a propeller with adjustable blades is essential. So far on variable pitch propellers on the market are due to their massive Hub constructions and a complex adjustment mechanism very difficult, expensive and complicated to assemble.
Bei Verstellpropellern kann der Blattwinkel in einem großen Bereich verstellt werden. Der Verstellpropeller stellt deshalb eine Propellerfamilie dar, d.h. eine Serie von Propellern gleicher Geometrie, jedoch unterschiedlicher Steigung und verschiedener Blattwinkel. Dies erlaubt, die vom Piloten eingestellte Motorleistung praktisch bei allen Fluggeschwindigkeiten voll auszunutzen. Allerdings muss dafür gesorgt werden, dass der Pilot oder ein besonderer automatische Regler, in Verbindung mit einem Servomotor, jederzeit den richtigen Blattwinkel einstellt. Wird beispielsweise die Fluggeschwindigkeit erhöht, so muss der Blattwinkel so lange vergrößert werden, bis bei der eingestellten Drehzahl das Luftkraftmoment wieder gleich dem unveränderten Motorendrehmoment ist (Constant-Speed-Propeller).With variable pitch propellers, the blade angle can in a big one Range can be adjusted. The variable pitch propeller therefore provides one Propeller family, i.e. a series of propellers of the same geometry, however different slope and different blade angle. This allows the engine power set by the pilot to be practical fully exploited at all flight speeds. However, it must ensured that the pilot or a special automatic controller, in conjunction with a servo motor, the right blade angle at all times established. If, for example, the flight speed is increased, then the blade angle will be increased as long until the air force torque is the same again at the set speed the unchanged Engine torque is (constant speed propeller).
Mit zunehmender Fahrt des Flugzeuges wird der Anstellwinkel der Propellerblätter gegenüber der anströmenden Luftmasse kleiner, wodurch der Schub (Auftrieb und Widerstand des Propellers) und die Motorleistungsabnahme des Propellers abnimmt. Wird dann der Ladedruck des Motors nicht zurückgenommen, so steigt die Drehzahl des Propellers. Wenn man nicht das Prinzip des Constant-Speed-Propellers verwenden will, kann man auch die Verstellung der Propellerblätter entsprechend der Fluggeschwindigkeit vornehmen (β-Control). Je höher die Fluggeschwindigkeit, desto höher der Anstellwinkel der Propellerblätter, wobei gleichzeitig die Motorleistung auf die Leistungskurve des Propellers abgestimmt werden kann. Hierdurch wird ebenfalls der Benzinverbrauch bei jeder Leistungsabnahme optimiert. Für den höchsten Wirkungsgrad des Kolbenmotors (Motorleistung/Benzinverbrauch) entspricht jede gelieferte Leistung einer bestimmten Drehzahl und einem bestimmten Ladedruck. Bei Constant-Speed-Propellern muss der Drehzahlregler wegen des schlagartigen Ladedruckwechsels entsprechend dimensioniert werden. Für die notwendige Verstellgeschwindigkeit von 15°/s benötigt der Regler 0,2 bis 0,4 % der Motorleistung. Bei 100 Hp Motorleistung entspricht dies 150 bis 300 W. Das bedeutet Großbauteile mit zwangsläufig hohem Gewicht.With increasing aircraft travel the angle of attack of the propeller blades against the inflowing air mass smaller, which increases the thrust (buoyancy and resistance of the propeller) and the decrease in engine power of the propeller decreases. It will then the engine's boost pressure is not reduced, the engine speed increases of the propeller. If you don't follow the principle of the constant speed propeller want to use, you can also adjust the propeller blades accordingly the flight speed (β-control). The higher the Airspeed, the higher the Angle of attack of the propeller blades, at the same time the engine power on the power curve of the propeller can be coordinated. This also increases gasoline consumption optimized with every decrease in performance. For the highest efficiency of the piston engine (Engine power / petrol consumption) corresponds to each delivered power a certain speed and a certain boost pressure. With constant speed propellers the speed controller must because of the sudden boost pressure change be dimensioned accordingly. For the necessary adjustment speed of 15 ° / s needed the controller 0.2 to 0.4% of the motor power. At 100 Hp engine power this corresponds to 150 to 300 W. This means large components with inevitably high Weight.
Da die Änderungen der Fluggeschwindigkeit durch die Trägheit des Flugzeuges wesentlich langsamer sind, reicht für die Propellerverstellung auch ein wesentlich schwächerer Antrieb (bei 100 Hp Motorleistung von etwa 20 W), was sich sowohl auf das Gewicht als auch auf den Preis günstig auswirkt.Because of changes in airspeed the indolence of the aircraft are much slower, is enough for the propeller adjustment also a much weaker one Drive (at 100 Hp motor power of about 20 W), which is both has a favorable effect on the weight as well as on the price.
Aus der CH 205752 und der CH 221226 ist ein Verstellpropeller bekannt, bei welchem der Blattwinkel geschwindigkeitsabhängig hydraulisch eingestellt wird. Durch die Erhöhung der Fluggeschwindigkeit wird die drehbare Rippenhaube axial nach hinten gegen eine Feder gedrückt. Diese Bewegung verstellt ein Ventil, welches eine Vergrößerung des Blattwinkels bewirkt. Die hydraulische Leistung für die Verstellung wird durch die Drehbewegung der Rippenhaube in Verbindung mit einer Zahnradpumpe erzeugt. Wird die Fluggeschwindigkeit verringert, so sinkt der Staudruck, und eine Feder stellt das Ventil und damit auch den Propeller wieder auf einen kleineren Winkel zurück.From CH 205752 and CH 221226 an adjustable propeller is known in which the blade angle is hydraulically dependent on the speed is set. By increasing the rotating rib hood is axially aligned with the flight speed pressed against a spring at the back. This movement adjusts a valve, which enlarges the Blade angle causes. The hydraulic power for the adjustment is caused by the rotary movement of the rib hood in connection with a Gear pump generated. If the airspeed is reduced, it decreases the dynamic pressure, and a spring provides the valve and thus the Propeller back to a smaller angle.
Hydraulische und mechanische Regelungen sind wie oben ausgeführt seit langem bekannt. Diese Konstruktionen arbeiten ausschließlich mit mechanischen und hydraulischen Elementen, die einen hohen Wartungsaufwand erfordern. Die Gehäuse, insbesondere bei der mechanischen Regelung, sind robust und schwer gebaut, so dass eine derartige Regelung aufgrund ihres Gewichts für VLA-Flugzeuge ungeeignet ist.Hydraulic and mechanical controls are as stated above known for a long time. These constructions only work with mechanical and hydraulic elements that require high maintenance require. The housings, Especially when it comes to mechanical control, they are robust and heavy built, so such a scheme due to its weight unsuitable for VLA aircraft is.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen adaptiven Verstellpropeller der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein geringes Gewicht aufweist, leicht zu warten und kostengünstig ist.It is therefore the task of the present Invention, an adaptive variable pitch propeller of the aforementioned Easy to maintain type that is lightweight and inexpensive is.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch
1 gekennzeichnete Erfindung gelöst,
d.h., durch einen Verstellpropeller mit einem Hebelmechanismus zur Verstellung
des Anstellwinkels der Propellerblätter, der gekennzeichnet ist
durch
einen Sensor zur Erzeugung eines der Anströmgeschwindigkeit
der Luft entsprechenden Signals,
einen Signalwandler zur Aufnahme
des Signals des Sensors als Eingangssignal und zur Erzeugung eines
Ausgangssignals für
eine Steuereinrichtung,
eine Steuereinrichtung und
ein
mit der Steuereinrichtung verbundenes Stellglied für den Hebelmechanismus.This object is achieved by the invention characterized in claim 1, ie by an adjustable propeller with a lever mechanism for adjusting the angle of attack of the propeller blades, which is characterized by
a sensor for generating a signal corresponding to the flow velocity of the air,
a signal converter for receiving the signal of the sensor as an input signal and for generating an output signal for a control device,
a control device and
an actuator connected to the control device for the lever mechanism.
Ein derartiger Verstellpropeller weist vergleichsweise wenig Bauteile geringen Gewichts auf, so dass eine leichte Konstruktion verwirklicht werden kann.Such a variable pitch propeller has comparatively few components of low weight, so that a light construction can be realized.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the Invention result from the subclaims.
So ist vorgesehen, dass der Hebelmechanismus einen Winkelgelenkhebel und einen Propellereinstellhebel umfasst, dass der Sensor als Anemometer ausgebildet ist, dass der Signalwandler als elektrischer Generator ausgebildet ist, dass die Steuereinrichtung als elektronische Steuereinrichtung ausgebildet ist, und dass das Stellglied als Schrittmotor ausgebildet ist. Diese Bauteile sind leicht zu fertigen bzw. teilweise auf dem Markt verfügbar, was sich kostengünstig auf den Verstellpropeller auswirkt.So it is provided that the lever mechanism comprises an angle joint lever and a propeller adjustment lever, that the sensor is designed as an anemometer, that the signal converter is designed as an electrical generator that the control device is designed as an electronic control device, and that Actuator is designed as a stepper motor. These components are easy to manufacture or partially available on the market what yourself inexpensively affects the variable pitch propeller.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Anemometer als Luftschraube ausgebildet ist. Diese ist in vorteilhafter Weise als vor dem Propeller angeordnete Propellerkappe mit auf der Propellerkappe angeordneten Schraubenblättern ausgebildet. Es ist ebenfalls möglich, die Luftschraube an einer anderen geeigneten Stelle am Flugzeug zu befestigen, jedoch gestattet diese Anordnung eine strömungsgünstige Anordnung, wobei sich die Wirkung der Propellerdrehzahl und die Wirkung der Propellerkappendrehzahl addieren.Another advantageous embodiment The invention provides that the anemometer is designed as an air screw is. This is advantageously arranged in front of the propeller Propeller cap formed with screw blades arranged on the propeller cap. It is also possible the propeller at another suitable location on the aircraft to fasten, but this arrangement allows a streamlined arrangement, where the effect of the propeller speed and the effect of the Add propeller cap speed.
Um eine geeignete Anpassung der Regelung an verschiedene Propellerkennlinien und Motorkennlinien durchführen zu können, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Steigung der Schraubenblätter veränderbar ist.To make an appropriate adjustment to the scheme perform various propeller characteristics and engine characteristics can, is according to one Another advantageous embodiment of the invention provided that the pitch of the screw blades variable is.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anemometer als Staurohr ausgebildet ist.According to another possible one Embodiment of the invention provides that the anemometer is designed as a pitot tube.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass der elektrische Generator an der Propellerkappenspitze angeordnet ist, so dass er von der Propellerkappe zur Erzeugung des Signals und zur Energieerzeugung angetrieben werden kann.It is expediently provided that the electrical generator is located at the propeller cap tip is so that it is from the propeller cap to generate the signal and can be driven to generate energy.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Generator als Spule an einer Tellerscheibe mit einem am Rumpf des Flugzeuges angeordneten Magneten ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ist unter Umständen in Verbindung mit einem Staurohr sinnvoll.Another possible embodiment of the invention provides that the electrical generator acts as a coil on a disc formed with a magnet arranged on the fuselage of the aircraft is. This configuration may be in connection with a Pitot tube makes sense.
Schließlich ist vorgesehen, dass die elektrische Steuereinrichtung mittels einer elektronischen Schaltung ein Stellsignal für das Stellglied unter Verwendung eines Generatordrehzahlsignals, eines Motordrehzahlsignals und eines gegebenen Propellerkennliniensignals erzeugt.Finally, it is envisaged that the electrical control device by means of an electronic circuit a control signal for the actuator using a generator speed signal, an engine speed signal and a given propeller characteristic signal generated.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the present invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows:
Der in
Die Haube
Der Hebelmechanismus
Der adaptive Verstellpropeller arbeitet wie folgt.The adaptive variable pitch propeller works as follows.
Beim Start des Flugzeuges wird das
Triebwerk auf eine bestimmte Drehzahl (Gasstellung) eingestellt,
wodurch der Motor mit einer Drehzahl von z.B. 2500 l/min dreht,
wobei sich die Propellersteigung auf der kleinsten Stellung am Endanschlag
befindet. Wenn das Flugzeug von 0 bis 80 km/h beschleunigt, hebt
es ab und beschleunigt weiter. Durch die steigende Anströmgeschwindigkeit
an der Haube
Im Reiseflug wird der Gashebel zurückgenommen,
um die vom Triebwerkshersteller vorgegebene Dauerleistung einzuhalten.
Durch das Absenken der Motordrehzahl von beispielsweise 2500 l/min auf
2200 l/min sinkt auch die Relativdrehzahl der Haube
Bei der Landung wird der Gasheben
voll zurückgenommen.
Da sich hierbei auch die Drehzahl sehr weit vermindert, z.B. auf
900 l/min, ist der Einfluss der verminderten Motordrehzahl auf die
Relativdrehzahl zur Haube
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003110816 DE10310816A1 (en) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | Variable pitch propeller for ultra-light aircraft, uses control device connected to positioning element for blade angle adjustment lever mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2003110816 DE10310816A1 (en) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | Variable pitch propeller for ultra-light aircraft, uses control device connected to positioning element for blade angle adjustment lever mechanism |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10310816A1 true DE10310816A1 (en) | 2004-10-07 |
Family
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Family Applications (1)
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DE2003110816 Withdrawn DE10310816A1 (en) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | Variable pitch propeller for ultra-light aircraft, uses control device connected to positioning element for blade angle adjustment lever mechanism |
Country Status (1)
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DE (1) | DE10310816A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014083259A1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-05 | Snecma | Control device for an engine |
-
2003
- 2003-03-12 DE DE2003110816 patent/DE10310816A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014083259A1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-05 | Snecma | Control device for an engine |
FR2998866A1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-06 | Snecma | CONTROL DEVICE FOR AN ENGINE |
US9745051B2 (en) | 2012-11-30 | 2017-08-29 | Snecma | Control device for an engine |
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