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Schwenkbare Anordnung eines Strahltriebwerkes an der Spitze einer
Flugzeugtragfläche Die Erfindung betrifft eine schwenkbare Anordnung eines Triebwerkes
an einer Flugzeugtragfläche.
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In neuester Zeit ist man bestrebt, Strahltriebwerke schwenkbar anzuordnen,
teils um dadurch die Beweglichkeit des Flugzeuges zu erhöhen, indem die Regelung
der Strahltriebwerke zur Steuerung herangezogen wird, teils und insbesondere, um
einen Senkrechtstart bzw. eine Senkrechtlandung zu ermöglichen.
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Beim Senkrechtstart und bei der Senkrechtlandung ist es erforderlich,
daß der resultierende Schub der Strahltriebwerke an dem Gesamtschwerpunkt des Flugzeuges
angreift. Bei einem Flugzeug normaler Bauart liegt jedoch der Gesamtschwerpunkt
im Bereich des Haupttragflügels. Eine schwenkbare Anordnung ist deswegen bei einem
Flugzeug herkömmlichen Typs nur an den Enden des Haupttragflügels möglich.
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Ein strahlangetriebenes Flugzeug wird nur für hohe Geschwindigkeiten
gebaut; eine hohe Mach-Zahl ist Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit eines solchen
Flugzeuges. Hohe Fluggeschwindigkeiten bedingen außerordentlich enge Flügelprofile.
Es ist im Flugzeugbau ein Problem, Flügel mit den erforderlichen niedrigen Profilen
genügend widerstandsfähig zu gestalten. Es ist klar, daß die Anbringung eines schweren
Triebwerkes, das auch noch während der Arbeit starke Beanspruchungen auf die Befestigungsorgane
überträgt, einem Flügel mit derartig niedrigen Profilen eine erhebliche und bedenkliche
zusätzliche Belastung zumutet.
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Torsions-Biegeschwingungen der Tragfläche werden bei ungünstigem gegenseitigem
Frequenzverhältnis angefacht und sind gefährlich. Es kann sein, daß sich bei Anbringung
eines Triebwerkes am Flügelende, starr oder gewollt drehbar, eine gefährliche Torsionsfrequenz
für die Kombination Flügel-Triebwerk ergibt. Durch Zwischenschaltung eines Federgliedes
mit Dämpfer kann erreicht werden, daß die Torsionsfrequenz des Flügels höher und
die Frequenz des Triebwerkes um die gleiche Drehachse niedriger wird. Es besteht
Aussicht, daß die gefürchtete und gefährliche Kopplung der Torsionsbiegefrequenz
des Flügels dadurch vermieden wird.
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Es ist bekannt, daß bereits die Anbringung eines fest angeordneten
Strahltriebwerkes an einem Flügelende erhebliche statische Schwierigkeiten mit sich
führt, die von den oben beschriebenen Torsionsschwingungen bedingt sind. Die Torsionsschwingungen
treten nämlich auch dann auf; wenn das Strahltriebwerk an mehreren Stellen mit dem
Flügelende verbunden ist, obwohl die Torsionswirkung in diesem Fall wesentlich schwächer
ist.
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Es ist zwar bereits bekanntgeworden, einen Propellermotor an einem
Tragflügel mit- Hilfe elastischer Lager oder Halter aufzuhängen, die eine Torsionselastizität
oder Radialelastizität aufweisen. Nach der bekannten Erfindung sollen die hintereinander
geschalteten Elastizitäten der elastischen Lager derart bemessen sein, daß die Frequenz
der lotrechten Resonanzschwingung des Motors kleiner ist als die Frequenz der Eigenschwingung
des Flügels. Hierdurch wurde erreicht, die von dem Motor erregten Schwingungen vor
dem Übergang auf das Motorengehäuse abzudämpfen, wobei das Motorengehäuse selbst
nicht starr gelagert war, sondern an einem Trägerkörper hing, der selbst gedämpfte
oder ungedämpfte Schwingungen ausführte.
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Diese bekannte Lehre kann aber nicht auf Strahltriebwerke übertragen
werden, einmal, weil ein Strahltriebwerk nicht in der hier vorgesehenen Weise angebracht
werden kann, und zum andern, weil die verhältnismäßig kleinen Flügel-Profildurchmesser
moderner Flugzeuge statisch zu schwach sind, um eine entsprechende Lagerung zu tragen.
Eine weitere konstruktive Schwierigkeit ist darin begründet, daß ein schwenkbares
Strahltriebwerk ohnehin aerodynamisch instabil aufgehängt ist: Wenn nämlich ein
Strahltriebwerk aus der strömungsparallelen Mittellage heraus geschwenkt wird, treten
Luftquerkräfte auf, die durch Umlenkung der Ausstrahlung bzw. Umlenkung der einströmenden
Luft erzeugt werden.
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Aus konstruktiven Gründen muß die Drehung des Triebwerkes zweckmäßig
um eine weiter hinten liegende Achse erfolgen, die etwa durch den Schwerpunkt des
Triebwerkes verläuft.
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Während des Fluges führt der Tragflügel sowohl Torsions- als auch
Biegeschwingungen aus. Durch das hohe Gewicht des an der Flügelspitze angeordneten
Strahltriebwerkes werden die Biegeschwingungen
des Tragflügels erheblich
verstärkt. Hierzu kommen nun die Torsionsschwingungen, die die Luftkräfte am Strahltriebwerk
erregen und die über die Schwenkachse auf den Tragflügel übertragen werden.
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Es geht nun darum, in an sich bekannter Weise die Torsionsschwingungen
des Strahltriebwerkes im Verhältnis zu den Torsionsbiegeschwingungen des Tragflügels
derart abzustimmen, daß die Schwingungsamplituden der beiden Schwingungsgruppen
sich niemals addieren können, was für die statisch labile Strahltriebwerksaufhängung
an der Flügelspitze gefährlich wäre. Da das Strahltriebwerk eine wesentlich kleinere
Masse besitzt als die Einheit Tragflügel-Flugzeugrumpf, muß das Dämpfungsglied derart
angebracht werden, daß die Torsionsschwingungen des Strahltriebwerkes beim Übertritt
auf den Tragflügel im Verhältnis zu den Torsionsbiegeschwingungen des Tragflügels
gedämpft werden. Um zu vermeiden, daß die bei der Dämpfung freigemachten Bremskräfte
an einer statisch schwachen Stelle angreifen können, ist es erforderlich, das Dämpfungsglied
weit in den Flügelraum hineinzuverlegen.
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Die Erfindung hat zum Ziel, die Anordnung eines Triebwerkes an einer
Flugzeugtragfläche derart zu gestalten, daß die im Triebwerk erregten Torsionsschwingungen
nur in beschränktem Maße auf den Flügel übertragen werden. Die bekannte Lehre, Torsionsschwingungen
eines Propellermotors im Motorgehäuse abzufangen, reicht nicht aus, um die Torsionsschwingungen
eines Triebwerkes unschädlich zu machen. Gemäß der Erfindung wird die Torsionsfrequenz
des Triebwerkes mittels Zwischenschaltung von sonst bekannten Federn bzw. Dämpfungsgliedern
gegenüber der Torsionsfrequenz der Tragflügel verschoben, wobei die Dämpfungsglieder
möglichst weit in das Flügelinnere verlegt sind. Das Dämpfungsglied besteht vorzugweise
aus einem sonst bekannten und der Verstellung des Strahltriebwerkes dienenden Drehkolbensystem.
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Die Verlegung des Dämpfungsgliedes weit in den Flügelraum dient dazu,
daß die bei der Dämpfung freigemachten Bremskräfte nicht an den statisch schwachen
Stellen des Flügels angreifen können. Da die Schwenkung eines Strahltriebwerkes
infolge der hohen Geschwindigkeit und der großen Massenkraft eine außerordentlich
hohe Leistung verlangt, ins-, besondere weil die Schwenkung aus navigatorischen
Gründen schnell vor sich gehen muß, wird z. Z. eine derartige Kraftübertragung mittels
hydraulischer Drehkolben ausgeführt. Die vorliegende Erfindung nützt diese Tatsache
dazu aus, die Hydraulik des Drehkolbens zugleich als Dämpfungsmaßnahme zu verwenden.
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Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, daß bekannte Konstruktionen
von verstellbaren Propellerflügeln pneumatische und hydraulische Zwischenglieder
vorsehen, um die durch Änderungen des Flügelblattanstellwinkels entstehenden Torsionsschwingungen
aufzufangen. Auch diese bekannte Erfindung läßt sich nicht auf ein Strahltriebwerk
übertragen, weil die am Propellerblatt entstehenden Torsionsschwingungen zunächst
nicht am Flügel angreifen, sondern erst an einer statisch gesicherten Stelle in
der Verstelleinrichtung.
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In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt
und erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Strahltriebwerk, das auf einem Tragflügel
schwenkbar angeordnet ist, in einer Draufsicht.
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Auf dem Tragflügel 1 ist das Strahltriebwerk 2 schwenkbar um die Achse
3 angeordnet. Die Achse 3 verläuft im Inneren des Tragflügels 1; hier ist sie über
ein federndes Dämpfungsglied 4 an dem Tragflügel befestigt. Die Schwenkung des Strahltriebwerkes
2 kann durch eine hydraulische Anordnung erfolgen, indem die Achse 3 einen Kolben
5 trägt, der mit einem Gewinde hoher Steigung versehen ist. Dieses Gewinde greift
in ein anderes Gewinde ein, das in einem Zylinder 6 ausgearbeitet ist. Der Kolben
5 und der Zylinder 6 verhalten sich wie Schraube und Mutter. Der Zylinder 6 ist
an beiden Seiten mit Führungsschienen 7 ausgerüstet, die in Führungsnuten 8 verlaufen.
Die Führungsnuten 8 sind wiederum mit dem Hauptteil des Tragflügels 1 fest verbunden.
Der als Schraubenmutter arbeitende Zylinder 6 ist auf einer Welle 9 angebracht,
die an ihrem anderen Ende einen Kolben 10 trägt. Der Kolben 10 gleitet in einem
hydraulischen Zylinder 11, der Stutzen 12 und 13 besitzt. Durch diese Stutzen kann
Druckflüssigkeit jeweils in den oberen bzw. unteren Teil des hydraulischen Zylinders
eingeführt werden.
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Durch die Einführung der Druckflüssigkeit in den unteren Teil des
hydraulischen Zylinders 11 wird der Kolben 10 nach dem Ende des Tragflügels hin
bewegt. Somit verschiebt sich der Zylinder 6 gradlinig nach außen, wobei der Kolben
5, der in bezug auf die Längsrichtung nicht bewegt wird, zu einer Drehung veranlaßt
wird. Hierdurch dreht sich ebenfalls das Strahltriebwerk 2.
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Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß durch die Hydraulik sehr große
Kräfte auf das zu schwenkende Strahltriebwerk übertragen werden. An eine einfache
Drehung ohne ein derartiges hydraulisches Zwischenglied wäre kaum zu denken.Jedenfalls
müßte eine derartige Drehung von einer großen Übersetzung abhängig sein, die die
Schwenkbarkeit des Strahltriebwerkes in untragbarer Weise verlangsamen würde.
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Falls die beschriebene Anordnung für die Schwenkung verwendet wird,
wirkt sie gleichzeitig als Dämpfungsglied.