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Mit einer Taumelscheibe versehene Steuereinrichtung für Hubschrauber
Die Erfindung betrifft Rotorsteuereinrichtungen für Hubschrauber, die mit Taumelscheibe
arbeiten.
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Es ist bekannt, die Steuergestänge für Hubschrauber so auszubilden,
daß die gemeinsame Blattverstellung zur Vertikalsteuerung und die zyklische Blattverstellung
zur Horizontalsteuerung weitgehendst durch dieselben Gestängeteile bewirkt werden.
Die Überlagerung der beiden Steuerbewegungen erfolgt in der Weise, daß mindestens
ein Hebel, der zur Horizontalsteuerung eine Kippbewegung ausführt, zur Vertikalsteuerung
parallel verschoben wird, wie z. B. nach der deutschen Auslegeschrift
1034 036. Diese Überlagerung erfolgt in der Regel an der Stelle der Kraftumlenkung,
also in Höhe des Steuerknüppels, so daß die Steuerbewegung von dort zum Rotor in
unmittelbarer Nähe der Rotorachse weitergeführt wird. Derartige Gestängeführungen
sind meist kompliziert und schwer, zumal nicht selten Wellen zur Kraftübertragung
benutzt werden, die zur Erreichung der erforderlichen Steifigkeit sehr kräftig ausgeführt
sein müssen. Die Anordnung der Steuergestänge zu vereinfachen, ist die Aufgabe der
Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird die Überlagerung der Horizontal- und der Vertikalsteuerung
dadurch erreicht, daß die die Taumelscheibe zur Horizontalsteuerung neigenden Kipphebel
auf dem die Verschiebehülse zur Vertikalsteuerung axial verschiebenden Verstellhebel,
gegebenenfalls überein Zwischenglied, abgestützt sind. Durch entsprechende Wahl
der Gelenkpunktabstände auf den Hebeln wird erreicht, daß die Taumelscheibe zur
Vertikalsteuerung jeweils um den gleichen Betrag gehoben oder gesenkt wird wie die
Gelenkpunkte der die Taumelscheibe neigenden Kipphebel, so daß die Taumelscheibe
ohne Neigung parallel verschoben wird.
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Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ist vorgesehen, die
Kipphebel zur Neigung der Taumelscheibe zur Abstützung auf dem Verstellhebel bezüglich
der vertikalen Ebene durch die Rotorachse und den Schwenkpunkt des Steuerknüppels
symmetrisch zueinander anzuordnen. Daraus ergibt sich eine Gestängeführung, die
aus jeweils zwei Serien von einander spiegelbildlich oder gleich ausgebildeten Einzelteilen
besteht. Dies bedeutet eine wesentliche Vereinfachung in der Herstellung. Die Einfachheit
der spiegelbildlichen Gestängeführung zeigt sich besonders bei der Anwendung für
einen Hubschrauber mit Doppelsteuerung. Hier kann an zwei einander zugeordneten
Elementen des Gestänges ein zweiter Steuerknüppel mit zwei Zug-Druck-Stangen angeschlossen
werden, ohne daß weitere Gestängeteile benötigt werden.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Verstellhebel
für die axiale Verschiebung der Taumelscheibe über einen weiteren, gelenkig angeschlossenen
und sich umgekehrt neigenden Hilfshebel mit der Verschiebehülse für die Taumelscheibe
verbunden.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung läßt es sich erreichen, daß das
Betätigungsgestänge von der Höhe der Taumelscheibe an in solchem Abstand von der
Rotorachse nach unten geführt wird, daß der Raum in der unmittelbaren Nähe der Rotorachse
für den Antriebsmotor und das Getriebe frei bleibt. Es ist offensichtlich, daß die
erfindungsgemäße Ausführung gegenüber bisherigen Anordnungen ein Minimum an Gestängegliedern
erfordert, was für die Verwirklichung eines einfachen, leichten und billigen Gerätes
wichtig ist. Darüber hinaus wird durch die Erfindung eine Gestängeführung ermöglicht,
die eine zweckentsprechende Unterbringung der Einzelteile in der Zelle erlaubt.
Insbesondere kann der Motor, der in der Regel das schwerste Bauteil des Hubschraubers
darstellt, unter dem Rotor in Verlängerung der Rotorwelle angeordnet werden, wodurch
ein unnötiger, durch exzentrische Gewichtsanordnung zu bewirkender Momentenausgleich
überflüssig wird.
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Für kleine Hubschrauber ist es darüber hinaus wichtig, den Abstand
der Kabine vom Hubschrauberschwerpunkt möglichst klein zu halten, so daß Unterschiede
in der Zuladung, insbesondere infolge ungleichen Gewichtes der jeweiligen Piloten,
keine Lastigkeitsveränderungen hervorrufen. Insbesondere bei zweisitzigen Ausführungen
ist es erforderlich, die Kabine und damit den zuweilen nicht benutzten Passagiersitz
dicht an den Schwerpunkt des Hubschraubers zu legen, so daß das einsitzige Fliegen
gegenüber dem zweisitzigen Fliegen keine großen Lastigkeitsänderungen zur Folge
hat. Auch die zwisehen
Kabine und Rotorachse verlaufenden Steuergestänge
benötigen Raum und tragen zur Vergrößerung des Schwerpunktabstandes der Kabine bei.
Aus diesem Grunde sieht die Erfindung eine Möglichkeit vor, das Steuergestänge unter
dem Motor hindurch und hinter dem Motor bis zur Taumelscheibe hinauflaufen zu lassen.
Diese Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, daß das Steuergestänge an allen
Teilen gut zugänglich ist.
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Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und im nachfolgenden beschrieben. Es zeigt Fig.l ein erfindungsgemäßes Steuergestänge,
das vor der Rotorwelle angeordnet ist, Fig. 2 und 3 Teilausschnitte aus Fig. 1,
Fig.4 ein Steuergestänge, das größtenteils hinter der Rotorwelle angeordnet ist.
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Von dem Steuerknüppel 61 werden die Steuerkräfte über die Stoßstangen
62, 63, die Umlenkhebel 64, 65, die senkrechten Stoßstangen 66, 67 auf die Kipphebel
68, 69 übertragen. Die Stoßstangen 62, 63 schließen miteinander den Winkel a ein.
Die Kipphebel 68, 69 sind in der in Fig. 2 gezeigten Weise um den Bolzen 70 schwenkbar
und stehen über die Gelenke 76, 77 mit den Hörnern 71, 72 an dem nicht rotierenden
Teil 73 der Taumelscheibe in Verbindung. Die Hörner 71, 72 schließen miteinander
wiederum den Winkel a ein. Der Winkel a kann ein stumpfer oder spitzer Winkel sein,
es ist aber zur Erzielung einer günstigen Kinematik zweckmäßig, daß er sich nicht
sehr von einem rechten Winkel unterscheidet.
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Diese Taumelscheibe ist mit ihrem nicht rotierenden Teil 73 allseitig
schwenkbar auf der Verschiebehülse 74 befestigt, welche längsverschieblich auf der
Rotorachse 75 angeordnet ist. Die Kipphebel 68, 69 sind auf der senkrechten Stoßstange
86 gelagert, welche sich auf dem Verstellhebel 88 abstützt. Dieser Verstellhebel
88 ist gleichzeitig im Gelenk 87 schwenkbar an dem Arm 85 der Verschiebehülse 74
befestigt und am anderen Ende mit dem Hebel 84 verbunden, der am Rumpf angelenkt
ist. Das Gelenk 87 an dem Arm 85 hat den gleichen wirksamen Abstand von der Rotorachse
wie die Verbindungslinie durch die beiden Gelenkpunkte 76 und 77 an den Hörnern
71, 72. An dem äußeren, mit Rotordrehzahl umlaufenden Teil 78 der Taumelscheibe
ist ein Arm 90 angebracht, welcher über die Stange 91 die Kraft zur Blattverstellung
auf das Rotorblatt 92 überträgt. Es ist hier ein Einblattrotor vorgesehen, so daß
nur eine Betätigungsstange 91 erforderlich ist.
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Die Parallelverschiebung der Taumelscheibe zur Vertikalsteuerung erfolgt
durch Betätigen des Blattverstellhebels 81. Mit diesem fest verbunden ist der Hebel
82, welcher über die Stoßstange 80 den Verstellhebel88 auf- oder abwärts neigt,
so daß dieser über das Gelenk 87 den Arm 85 an der Verschiebehülse 74 bewegt und
damit eine Parallelverschiebung der Taumelscheibe hervorruft. Damit dies ohne Neigung
der Taumelscheibe erreicht werden kann, müssen die Schwenkpunkte 76 und 77 sich
um den gleichen Betrag vertikal verschieben wie die Taumelscheibe 73, 78. Durch
entsprechende Wahl der Gelenkabstände auf den Kipphebeln 68, 69 einerseits und dem
Verstellhebe188 andererseits wird diese Bedingung erfüllt. Die Gelenkabstände auf
den Hebeln sind einander jeweils proportional.
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Bei einer Betätigung des Blattverstellhebels 81 werden mit dem Hebel
82 die Stoßstangen 80 und 86 vertikal verschoben. Damit neigen sich die mit diesen
Stangen verbundenen Hebel 88, 68 und 69 wegen der gleichen Hebelverhältnisse so,
daß die Schwenkpunkte 76 und 77 an den Hörnern 71 und 72 der Taumelscheibe um den
gleichen Betrag gehoben oder gesenkt werden wie die über den Arm 85 und die Verschiebehülse
74 senkrecht verschobene Taumelscheibe 73, 78. Die Taumelscheibe wird also nicht
geneigt.
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Durch Betätigung des Steuerknüppels 61 neigt sich die Taumelscheibe
73, 78, wie aus Fig. 1 zu ersehen, jeweils in der gleichen Richtung wie der Steuerknüppel
und erfüllt damit die Voraussetzung für die Blattsteuerung.
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Die Auf- und Abwärtsbewegung der Taumelscheibe, die aus der Verstellung
des Blattverstellhebels 81 folgt, und die Neigung der Taumelscheibe, die von der
Betätigung des Steuerknüppels 61 hervorgerufen wird, werden also von der Taumelscheibe
unabhängig voneinander ausgeführt. Bei gleichzeitiger Verstellung beider Hebel überlagern
sich diese Bewegungen.
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Eine andere Ausführung des Erfindungsgedankens, bei der das Betätigungsgestänge
hinter der Rotorachse entlanggeführt wird, ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser
Anordnung entfällt die Notwendigkeit, die Steuergestänge zu kreuzen. Beide Kipphebel
14, 15 liegen nebeneinander auf dem Verbindungsglied 19.
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Der Steuerknüppel 1 ist im Rumpf um den Punkt 3 schwenkbar aufgehängt.
Mit seiner unteren Verlängerung ist er im Gelenk 2 mit den Stoßstangen 4 und 5 verbunden,
welche miteinander den Winkel a einschließen. Von diesen Stoßstangen wird die Steuerbewegung
über die Umlenkhebel 6, 7, die Stoßstangen 8, 9 auf die Umlenkhebel 10, 11 übertragen.
Diese stehen mit den vertikalen Stoßstangen 12, 13 in Verbindung, von denen aus
die Bewegung über die Kipphebel 14, 15 mit den Gelenken 24, 25 auf die Hörner 16,
17 an dem nicht rotierenden Teil 18 der Taumelscheibe geleitet wird. Die Hörner
16, 17 schließen miteinander wiederum den Winkel a ein. Es ist auch hier notwendig,
daß der Winkel a zwischen den Hörnern der Taumelscheibe den gleichen Betrag wie
der Winkel zwischen den Stoßstangen 4 und 5 hat.
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Die Kipphebel 14 und 15 sind auf dem Verbindungsglied 19 mittels Wellen
20 und 21 mit gemeinsamer Achse schwenkbar gelagert. Das Verbindungsglied 19 stützt
sich auf dem Verstellhebel 49 ab und ist gegenüber diesem um die Achse 50 schwenkbar.
Der Verstellhebei 49 ist ein Teil des Gestänges für die Vertikalsteuerung. Der Blattverstellhebel30
ist mit dem Hebel 32 fest verbunden, beide zusammen sind um die Achse 31 schwenkbar.
Eine Verstellbewegung des Blattverstellhebels 30 wird von dem Hebel 32 über das
Gelenk 33, die Stoßstange 34, den Umlenkhebel 35 und die Stoßstange 36 auf den Hebel
37 übertragen, welcher über die Welle 48 mit dem Verstellhebe149 fest verbunden
ist. Dieser Verstellhebel 49 trägt an dem äußeren Ende einen Stift 41, welcher in
Schlitzen des Hilfshebels 40 gleitet. Der Hilfshebel 40 ist um die Achse 42 schwenkbar
an dem Hebel 43 aufgehängt, welcher wiederum schwenkbar um die Achse 51 im Hubschrauberrumpf
gelagert ist. Der Hilfshebel 40 steht über Bolzen 39 mit der Verschiebehülse 44
in Verbindung. Diese Verschiebehülse ist auf der Rotorwelle 47 axial verschiebbar
gelagert. Auf die Verschiebehülse 44 ist die Taumelscheibe mit ihrem nicht rotierenden
inneren Teil 18 aufgesetzt. Die Taumelscheibe ist in üblicher Weise ausgebildet.
Der äußere mit der Rotordrehzahl umlaufende Teil 46 trägt einen Arm 45, der über
die Betätigungsstange 53 mit dem einen Blatt, und einen Arm 54, der über eine Betätigungsstange
55 mit dem anderen Blatt eines Zweiblattrotors verbunden ist.
Durch
Bewegung des Steuerknüppels 1 wird bei festgehaltenem Blattverstellhebe130 die Taumelscheibe
18, 46 zwangläufig über das Gestänge jeweils in der Richtung geneigt, in der der
Steuerknüppel 1 ausgelenkt wird. Bei Betätigung des Blattverstellhebels 30 nach
oben und festgehaltenem Steuerknüppel 1 wird der um die Achse 48 schwenkbar gelagerte
Verstellhebel49 ebenfalls nach oben gedreht. Dabei wird der Hilfshebel 40 durch
den Stift 41 mitgenommen, so daß die auf der Rotorwelle 47 gelagerte Verschiebehülse
44 mit der Taumelscheibe 18, 46 ebenfalls nach oben geleitet. Um eine Parallelverschiebung
der Taumelscheibe ohne Neigung zu erreichen, bewegen sich die Schwenkgelenke 24
und 25 um den gleichen Betrag nach oben wie die Taumelscheibe. Die Kipphebel 14,
15 sind zu diesem Zweck über das Verbindungsglied 19 auf dem Verstellhebel 49 abgestützt.
Eine Aufwärtsbewegung des Verstellhebels 49 hat daher ebenfalls ein Schwenken der
Kipphebel 14, 15 nach oben und damit eine Aufwärtsbewegung der Schwenkgelenke 24,
25 zur Folge. Durch entsprechende Wahl der Hebellängen wird erreicht, daß die Aufwärtsbewegung
der Schwerpunkte jeweils den gleichen Betrag ausmacht wie die Aufwärtsbewegung der
Taumelscheibe. Eine Möglichkeit, diese Bedingung zu erfüllen, ist in der Zeichnung
durch Angabe der Hebellängen dargestellt. Das Hebelverhältnis auf den Kipphebeln
14 und 15 ist gleich dem Quotienten der Hebelverhältnisse auf den Hebeln 49 und
40.
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Die Wirkungsweise der Betätigung des Steuergestänges zur Horizontalsteuerung
des Hubschraubers, welche mit dem Steuerknüppel 1, der die Neigung der Taumelscheibe
18, 46 hervorruft, durchgeführt wird, sowie zur Vertikalsteuerung, welche dadurch
bewirkt wird, daß durch Betätigung des Blattverstellhebels 30 eine Parallelverschiebung
der Taumelscheibe hervorgerufen wird, erfolgt in der jeweils beschriebenen Weise.
Bei Betätigung beider Hebel wird eine Überlagerung der Wirkungen, also eine gleichzeitige
Parallelverschiebung sowie Neigung der Taumelscheibe hervorgerufen.