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Luftfahrzeug mit Auftriebssteuereinrichtungen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Luftfahrzeug mit Auftriebssteuereinrichtungen, beispielsweise Klappen
oder Strahldüsen, längs der Flügelhinterkanten.
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Es sind Luftfahrzeuge dieser Art bekannt, bei denen eine gleichsinnige
Verstellung der Auftriebssteuereinrichtungen an gegenüberliegenden Flügeln innerhalb
eines verhältnismäßig großen Bereiches zwischen einer Normalstellung und einer Stellung
erhöhten Auftriebs und eine gegensinnige Verstellung der Auftriebssteuervorrichtungen
an den gegenüberliegenden Flügeln möglich sind. Durch die gleichsinnige Verstellung
werden die Auftriebssteuervorrichtungen als Landeklappen zur Erzeugung erhöhten
Auftriebes beim Landen und Starten betätigt, während durch die gegensinnige Verstellung
die Auftriebssteuereinrichtungen als Ouerruder betätigt werden. Bei derartigen Maschinen
erfolgt die Höhensteuerung durch Höhenruder od. dgl. an der Schwanzflosse.
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Erfindungsgemäß ist eine weitere Steuereinrichtung vorgesehen, die
unabhängig von den zuvor genannten ist und die Einstellung der Auftriebssteuereinrichtungen
an gegenüberliegenden Flügeln über einen verhältnismäßig kleinen Bereich aus jeder
Anfangsstellung innerhalb eines großen Bereiches ermöglicht, und zwar entweder gleichsinnig
oder gegensinnig.
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Auf diese Weise können die Auftriebssteuereinrichtungen durch die
weitere Steuereinrichtung so betätigt werden, daß sie Funktionen ausführen, die
bisher getrennt durch Quer- und Höhenruder ausgeführt wurden.
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Die weitere Steuereinrichtung nach der Erfindung kann mit den Auftriebssteuervorrichtungen
durch eine mechanische Verbindung verbunden werden, die ein Glied veränderlicher
Länge aufweist, wobei die erste Steuereinrichtung zur Änderung der Länge dieses
Gliedes dient und dadurch das Einstellen der Auftriebssteuereinrichtungen ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt Fig. leine Draufsicht auf ein Luftfahrzeug,
wobei ein Teil der oberen Fläche des Flügels weggebrochen dargestellt ist, Fig.
2 einen Längsschnitt durch einen Flügel des in Fig. 1 gezeigten Luftfahrzeuges,
während die Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen von Teilen der Flugsteueranlage
des Luftfahrzeuges wiedergeben. Wie in Fig. 1 gezeigt, setzt sich das Luftfahrzeug
zusammen aus einem Rumpf 1, welcher in der Längsinittellinie liegt, aus Flügeln
2, aus einem Höhenleitwerk 3 mit einem Höhensteuer 4 und aus einem Seitensteuers.
Das Luftfahrzeug wird von acht Propellerturbinen angetrieben, vier an jedem Flügel,
und die Triebwerke sind in Gondeln oder Abteilen 6 untergebracht, welche sich in
üblicherWeise von derFlügelvorderkante aus nach vorn erstrecken.
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Wie sich aus Fig.2 ergibt, setzt sich jedes Triebwerk zusammen aus
einem Verdichter 11, einer Verbrennungsanlage 12 und einer Turbine 13 mit den üblichen
Zusatzeinrichtungen und treibt einen Propeller 14 an der Vorderseite der Maschine
über ein Getriebe 15 an. Die Luft für den Verdichter wird über einen ringförmigen
Einlaß 16 an der Vorderseite der Gondel angesaugt. Die Turbine stößt ihren Abgasstrom
durch ein Strahlrohr 17 aus, welches sich über die Tiefe des Flügels erstreckt und
einen hinteren Übergangsabschnitt 17a aufweist, welcher allmählich seinen kreisförmigen
Querschnitt ändert, um in einer flachen, sich in Spannrichtung der Flügel erstreckenden
Strahldüse 18 zu enden. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Düsen in jedem Flügel
an ihren Enden aneinander angrenzend angeordnet und bilden zusammen eine Strahldüsenöffnung,
die sich in Spannrichtung des Flügels von einer Stelle, die so dicht wie möglich
an der Flügelwurzel liegt, bis nahe der Spitze hin erstreckt, soweit es sich mit
den baulichen Erfordernissen vereinbaren läßt, wobei aus den Düsen die Auspuffströme
als Flächenstrahl ausgestoßen werden, der sich ebenfalls von der Flügelspitze bis
zur -wurzel hin erstreckt.
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Am hinteren äußersten Ende einer jeden Tragfläche sitzt eine Strahlablenkungsvorrichtung
in Form einer scharniermäßig bzw. um ein Gelenk schwenkbar aufgehängten
Hinterkanten-Flügelklappe
7, welche, wie es aus Fig.1 ersichtlich ist, in Spannrichtung in gleiche Innen-
und Außenabschnitte 7a, 7b eingeteilt ist. Die Strahldüsen 18 sind an der Verbindungsstelle
zwischen der Flügelklappe und dem feststehenden Teil des Flügels so angeordnet,
daß der Flächenstrahl über die obere Fläche der Klappe hinweg ausgestoßen wird.
Die Düsen sind so gerichtet, daß sie den Flächenstrahl aufwärts unter einem kleinen
Winkel von etwa 10 bis 15° zur Horizontalen ausstoßen. Wenn sich jedoch die Klappe
in ihrer Ausgangsstellung befindet, wobei ihre obere Fläche horizontal verläuft,
zwingt sie den Flächenstrahl, einem Weg entlang ihrer oberen Fläche zu folgen (auf
Grund des Coanda-Effekts), so daß der Flächenstrahl in rückwärtiger Richtung ausgestoßen
wird. Die Klappe ist zwecks schwenkbarer Bewegung auf einer Achse 19 (durch weiter
unten beschriebene Mittel) befestigt. Sie kann nach unten geschwenkt werden,- in
welchem Falle der Flächenstrahl genötigt wird, ihrer oberen Fläche zu folgen, so
daß er in einer nach unten geneigten Richtung ausgestoßen wird. Die Klappe kann
auch nach oben geschwenkt werden, so daß der Flächenstrahl nach oben abgelenkt wird.
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Die Klappe ist um eine- Achse innerhalb des Flügelprofils schwenkbar
dargestellt, sie kann jedoch auch in Leitschienen sitzen, so daß sie um eine gedachte
Achse unterhalb des Flügels schwenkbar ist.
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Obwohl sich die Düsen 18 und die Klappen 7 vorzugsweise entlang etwa
der gesamten Spannweite jedes Flügels erstrecken, kann es, bedingt durch bauliche
oder Konstruktionserfordernisse, in einigen Fällen notwendig sein, ihre Ausdehnung
in Spannrichtung einzuschränken, z. B. bis zu zwei Drittel der vollen Spannweite
des Flügels. In jedem Falle erstrecken sie sich auf eine Länge von über 50 % der
Flügelspannweite.
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Die Klappe 7 braucht nur eine geringe Tiefe, ungefähr 2 bis 5 0% der
gesamten örtlichen Flügeltiefe zu haben und in jedem Fall nicht mehr als ungefähr
10 bis 12 0%.
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Die oberen Kanten der Strahldüsen 18 sind durch kleine Klappen 20
begrenzt (welche in Spannrichtung in Abschnitte unterteilt sein können, die den
Düsen 18 entsprechen), die scharniermäßig bzw. um ein Gelenk schwenkbar auf einer
Querachse 21 sitzen und vermittels einer hydraulischen Hebevorrichtung 22 beweglich
sind, um den Strahl verändern zu können.
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Wenn der Flächenstrahl eines Flügels nach unten abgelenkt wird, wirkt
er als eine Strahlklappe, welche auf den Propellerstrom und auf die Strömung des
Hauptstromes um den Flügel herum in solcher Weise einwirkt, daß die aerodynamische
Druckverteilung auf dem Flügel beträchtlich verändert und der aerodynamische Auftrieb
an dem Flügel wesentlich erhöht wird, -,vobei die Steigerung mit zunehmender Ablenkung
des Flächenstrahls größer wird. Somit kann durch Verändern der Ablenkung des Flächenstrahls
vermittels der Klappen 7 der Auftrieb an den Luftfahrzeugflügeln auf die Art und
Weise gesteuert werden, die in der deutschen Patentschrift 1021249 beschrieben
ist.
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Die Klappen 7 und die Höhenruder 4 werden durch die in den Fig. 3
und 4 gezeigten Steueranlagen betätigt; diese zeigen Teile der gleichen Anlage,
jedoch werden gewisse Teile aus Übersichtlichkeitsgründen in jeder Figur weggelassen,
wobei in Fig. 3 nur der Teil zum Betätigen der Klappen und in Fig. 4 nur der Teil
zum Betätigen der Höhenruder gezeigt wird. Die Anlage weist einen Steuerknüppel
31 für den Piloten auf, der oben ein Handsteuerrad 32 trägt und drehbar in einem
-röhrenförmigen Gehäuse 33 sitzt, welches selbst um eine horizontale Achse um Lager
34 schwenkbar ist. Am unteren Ende des Steuerknüppels 31 ist unterhalb der Schwenkachse
des Gehäuses ein Querhebel 35 befestigt, mit dessen Enden Gelenkstangen 36, 36a
verbunden sind, welche an Klappenbetätigungsvorrichtungen bekannter Bauart, die
schaubildartig bei 37, 37a (s. Fig. 3) dargestellt sind, angeschlossen sind.
Jede Betätigungsvorrichtung betätigt die Klappe eines Flügels über eine hydraulisch,
39, verlängerbare Stange 38, die an ihrem Ende mit dem Mittelpunkt einer doppelseitigen
hydraulischen Hebevorrichtung40 verbunden ist, welche die Enden zweier Hebel 41,
42 verbindet. Diese Hebel sitzen starr jeweils auf den Enden zweier gleichachsiger
Torsionsstangen 43, 44, welche sich innerhalb des Flügels in Spannrichtung erstrecken
und ineinandergeschoben sind. Die äußere Torsionsstange 43 trägt Kurbelwellen 45
zur Betätigung des inneren Abschnittes 7a der Klappe über Glieder 46, während die
innere Torsionsstange 44 über das Ende der äußeren Torsionsstange 43 hinausragt
und gleicherweise verbunden ist, um den äußeren Abschnitt 7b der Klappen mittels
Kurbelwellen 47 und Gliedern 48 zu betätigen.
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In Fig. 3 ist die Flugsteueranlage nur eines Flügels gezeigt. Die
Betätigungsvorrichtung 37a ist aber gleicherweise angeschlossen, um die Klappe 7
des anderen Flügels zu betätigen.
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Durch den Steuerknüppel können auch die Höhenruder 4 betätigt werden.
Ein Querträger 49 (s. Fig. 4) verbindet die Lager 34 auf dem Gehäuse 33 mit einer
Betätigungsvorrichtung 50 über eine Achse 51, wobei die Betätigungsvorrichtung über
ein Glied 52 mit den Höhenrudern verbunden ist. Die Achse 51 weist eine hydraulische
Verriegelungsvorrichtung 53 auf. Ein weiterer Querträger 54 ist mit den Lagern 55
auf dem Gehäuse 33 verbunden und ist an eine zweite hydraulische Verriegelungsvorrichtung
56 angeschlossen. Der Steuerknüppel ist entweder um die Lager 34 oder um die Lager
55 schwenkbar, was davon abhängt, ob die Verriegelungsvorrichtung 53 oder die Verriegelungsvorrichtung
56 in Wirksamkeit ist.
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Im Schnellflug ist die Flügelklappe 7 in der Ausgangsstellung so eingeregelt,
daß der Flächenstrahl nach rückwärts ausgestoßen wird, und die Klappe 20 befindet
sich in der Stellung, welche der Offenstellung der Strahldüse 18 entspricht. Unter
diesen Bedingungen ist der Gegendruck an der Turbine 13 gering, so daß fast die
gesamte Triebwerksleistung zum Antrieb der Propeller 14 ausgenutzt wird und nur
ein verhältnismäßig geringer Schub durch den Auspuffstrom erhalten wird. Die hydraulische
Verriegelungsvorrichtung 53 ist in ihrer blockierten Stellung eingeregelt, so daß
die Höhenruder 4 unbetätigt sind und der Steuerknüppel und das Gehäuse frei sind,
um sich in den Lagern 34 zu drehen. Durch Bewegen des Steuerknüppels als Ganzes
um diese Lager können die beiden Klappen zusammen aufwärts oder abwärts bewegt werden,
wodurch die beiden Flächenstrahlen aufwärts oder abwärts abgelenkt werden, um den
Auftrieb an den Flügeln gemeinsam zu verringern oder zu erhöhen und somit eine Steuerung
zu bewirken, welche eine Alternative der Höhenrudersteuerung eines üblichen Luftfahrzeuges
darstellt. Wenn der Steuerknüppel31 in seinem Gehäuse 33 gedreht wird, werden die
Klappen und damit Flächenstrahlen gegensinnig abgelenkt, um dadurch den Auftrieb
an dem einen Flügel relativ zum Auftrieb am anderen Flügel zu verändern und somit
ein Äquivalent einer Querrudersteuerung eines üblichen Luftfahrzeuges zu ergeben.
Die Bewegung
der Klappen, welche durch den Steuerknüppel bewirkt
werden kann, ist verhältnismäßig gering, sie beträgt etwa 10° und in keinem Fall
mehr als 20° aufwärts oder abwärts.
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Für den Flug bei Überschallgeschwindigkeiten kann die Verriegelungsvorrichtung
53 ausgelöst und die Verriegelungsvorrichtung 56 in ihrer blockierten Stellung eingeregelt
sein. In diesem Fall ist der Steuerknüppel zum Drehen um die Lager 55 frei, und
durch dessen Bewegung als Ganzes werden die Höhenruder 4 in üblicher Weise betätigt.
Es ist jedoch außerdem möglich, den Steuerknüppel 31 im Gehäuse 33 zu drehen, um
die Klappen 7 unterschiedlich zu betätigen, wobei ein Äquivalent einer Querrudersteuerung
erhalten wird.
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Bei einer Alternativanordnung kann die gesamte Schwanzfläche für eine
Schwenkbewegung in Ansprecherwiderung auf eine Bewegung des Steuerknüppels angeordnet
sein und kann in jedem Fall für Trimmzwecke winkeleinregelbar sein.
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Zum Abflug und Landen ist das Umschaltventil 63 in eine Stellung gedreht,
um hydraulisches Arbeitsmittel zu liefern, damit die Hebevorrichtungen 39 verlängert
werden, so daß die Klappen 7 in jedem Flügel unter einem verhältnismäßig großen
Winkel geneigt werden können, der bis zu 70° betragen kann. Die Flächenstrahlen
haben die Tendenz, der oberen Klappenfläche zu folgen und werden somit um einen
entsprechenden Winkel nach unten abgelenkt.
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Wenn die Klappen geneigt sind, so sind sie immer noch gleichsinnig
oder gegensinnig vom Steuerknüppel des Piloten her über einen verhältnismäßig kleinen
Winkel verschwenkbar, so daß die Steuerung desLuftfahrzeuges beim Landen oder Abflug
ausgeführt werden kann.
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Die Vorrichtung zum Senken der Klappe kann derart sein, daß die Klappen
in eine beliebige aus einer Anzahl von Stellungen gesenkt werden kann, z. B. in
eine Stellung zum Landen und in eine andere zum Abflug.
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Es können andere Vorrichtungen zum Ablenken der Flächenstrahlen angewendet
werden. So können die Flächenstrahlen über längliche, schwenkbare Strahldüsen an
den Flügelhinterkanten ausgestoßen werden, und diese Düsen können über die Steueranlage
in der gleichen Weise wie die Klappen 7 gesteuert werden, so daß die Flächenstrahlen
gemeinsam nach unten über einen verhältnismäßig großen Winkel abgelenkt werden oder
aufwärts oder abwärts entweder gleichsinnig oder gegensinnig über einen verhältnismäßig
kleinen Winkel abgelenkt werden.
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Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Steueranlage kann durch eine gleichwertige
Anlage einer beliebigen bekannten Bauart, welche üblicherweise in einem Luftfahrzeug
zum Betätigen der Flugsteuerorgane verwendet wird, ersetzt werden. Das Glied mit
veränderlicher Länge, welches durch die Stange 38 und die hydraulische Hebevorrichtung
39 gebildet wird, kann durch zwei parallele Zahnstangenbauteile ersetzt werden,
wobei der eine mit der Betätigungsvorrichtung 36 und der andere mit der Hebevorrichtung
40 über ein Stirnrädergetriebe zwischen beiden verbunden ist, mit welchem sie in
Wirkverbindung stehen, so daß durch Drehen des Stirnrädergetriebes die Entfernung
zwischen den Zahnstangenenden verändert werden kann. Die doppelseitige hydraulische
Hebevorrichtung 40 kann durch gleichwertige doppelseitige pneumatische Vorrichtungen
ersetzt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Betätigungsvorrichtungen 36,
36a, 50 Hilfseinrichtungen od. dgl. zur Leistungsunterstützung der Steuervorrichtungen
in bekannter Weise aufweisen können.
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Die Flugsteueranlage, welche hier mit Hinweis auf die Fig.3 und 4
beschrieben worden ist, kann bei einem Luftfahrzeug, das durch Strahlturbinen betrieben
wird, verwendet werden, wie dies in der obenerwähnten anhängigen Patentschrift beschrieben
ist. In diesem Fall ist die Klappensehne nicht größer als ungefähr 101/o der gesamten
örtlichen Flügelsehne.
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Die Erfindung läßt sich außerdem bei Luftfahrzeugen mit anderen Auftriebssteuermitteln
als den »Strahlklappen« an den Flügelhinterkanten anwenden. Im allgemeinen können
die Auftriebssteuermittel in jeder Tragfläche in einem Sinne betätigt werden, daß
entweder der Auftrieb an beiden Flügeln gemeinsam in einem verhältnismäßig großen
Ausmaß vermehrt wird oder daß der Auftrieb an den beiden Flügeln in einem verhältnismäßig
kleinen Ausmaß entweder gemeinsam oder gegensinnig erhöht bzw. verringert wird.
Die Auftriebssteuervorrichtungen können von Klappen an der Flügelhinterkante der
bekannten Art gebildet werden, wobei möglicherweise Vorrichtungen zum Abblasen oder
Ansaugen von Luft über ihre oberen Flächen für eine Grenzschichtsteuerung vorgesehen
sind. Auch dann kann die oben beschriebene Steuereinrichtung ohne wesentliche Änderungen
angewendet werden.