-
Drehflügelflugzeug mit einem Heckrotor in einem Seitenleitwerk Die
Erfindung betrifft ein Drehflügelflugzeug mit einem Heckrotor, welcher in einem
tunnelförmigen, parallel zur Querachse des Hubschraubers liegenden Kanal eines Seitenleitwerks
angeordnet ist.
-
Bei Drehflügelflugzeugen der vorgenannten Art besitzt die beschriebene
Anordnung des Heckrotors gegenüber frei drehenden Heckrotoren insbesondere im Schwebeflug
den Vorteil eines besseren Wirkungsgrades hinsichtlich des Drehmomentenausgleichs
des Hauptrotors bzw. einer größeren Steuerungswirksamkeit bei Drehflügelflugzeugen
mit Blattantrieb des Hauptrotors. Außerdem können bei einer Unterbringung des Heckrotors
in einem tunnelförTnigen Kanal eines Seitenleitwerks bzw. einer Stabilisierungsflosse
bei einem entsprechend günstigen. Verhältnis zwischen Tunneldurchmesser und Profildecke
Schlaggelenke beim Heckrotor entfallen, da dieser im Vorwärtsflug nicht senkrecht
zu seiner Drehachse, sondern im wesentlichen axial angeströmt wird. Ab-
gesehen
von den vorstehend genannten Vorteilen stellt die Anordnung eines Heckrotors in
einem tunnelförmigen Kanal eines Seitenleitwerks darüber hinaus einen besonders
wirksamen Schutz zur Verhütung von Unfällen dar.
-
Es hat sich bei Drehflügelflugzeugen der eingangs erwähnten Art jedoch
gezeigt, daß die besondere Anordnung des Heckrotors, ebenso wie bei Drehflügelflugzeugen
mit freiliegendem Heckrotor, nur für relativ geringe Fluggeschwindigkeiten geeignet
ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drehflügelflugzeug der oben bezeichneten
Art so auszubilden, daß es unter Beibehaltung der beschriebenen Vorteile für höhere
Fluggeschwindigkeiten geeignet ist, als sie bisher für Drehflügelflugzeuge bekannt
sind.
-
Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt,
daß der tunnelförmige Kanal verschließbar ist.
-
Unabhängig davon, in welcher Weise und mit welchen technischen Mitteln
der tunnelförmige Kanal verschließbar ist, wird hierdurch erreicht, daß bei hohen
Fluggeschwindigkeiten die Steuerung des Flugzeuges um die Hochachse und der Drehmomentenausgleich
des Hauptrotors unmittelbar vom Seitenleitwerk bzw. dessen Ruder übernommen werden
kann.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
wird dadurch erreicht, daß der tunnelförmige Kanal durch leitwerksprofilgerechte
Abdeckvorrichtungen auf beiden Seiten des Leitwerks verschließbar ist. Bei einem
in dieser Weise gekennzeichneten Drehflügelflugzeug kann die Strömung am Leitwerk
bei entsprechend ausgebildetem Profil desselben auch bei hohen Anströrageschwindigkeiten
nicht abreißen.
-
Zur Erzielung eines geringen technischen Aufwandes und zur Sicherstellung
einer günstigen Luftzuführung für den Heckrotor sind gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung als Abdeckvorrichtungen Jalousien mit um senkrechteAchsen schwenkbaren
Klappen vorgesehen.
-
Die Wirksamkeit dieser Einrichtung läßt sich in Weiterbildung des
Erfindungsgegenstandes noch dadurch erhöhen, daß die Jalousicklappen auf der Lufteintrittsseite
des tunnelförmigen Kanals unterschiedliche Tiefe besitzen und mit zur hinteren Kante
der Tunnelöffnung hin zunehmender Tiefe gestaffelt angeordnet sind. Außerdem läßt
sich der Einlauf der Luft für den Heckrotor erfindungsgemäß noch dadurch verbessern,
daß der öffnungswinkel der auf der Lufteintrittsseite liegenden Jalousieklappen
weniger als 900 beträgt, und daß die Klappen auf ihrer Innenseite schaufelförmig
ausgebildet sind.
-
Uni den Piloten hinsichtlich der Betätigung der Jalousieklappen von
zusätzlicherBedienungsarbeit zu entlasten, ist vorgesehen, daß die Betätigung der
Jalousieklappen in Abhängigkeit vom Staudruck selbsttätig erfolgt. Bei einer solchen,
vom Piloten unabhängigen
Verstellbetätigung der Jalousieklappen
wird gewährleistet, daß sich nach Erreichen einer vorbestimmten Fluggeschwindigkeit
die Klappen schließen und die Steuerung um die, Hochachse und der Hauptrotormomentenausgleich
allein durch das Seitenruder erfolgen.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Betätigung des
Seitenruders unabhängig von der Verstellbewe01ung der Jalousieklappen. Hierdurch
wird das Seitenruder ohne einen für den Piloten spürbaren Übergang schon während
des Schließvorganges der Klappen zunehmend wirksam.
-
In besonderen Anwendungsfällen kann in Weiterbildung der Erfindung
die Gebläseleistung des Heckrotors bei geschlossenen Jalousieklappen zur Grenzschichtbeeinflussung
dienen, wozu Absaugkanäle angeordnet sind. Bei einem in dieser Weise ausgebildeten
Drehflügelflugzeug wird der Anstellwinkel der Rotorblätter nicht bis auf den Wert
Null verkleinert, sondern behält einen geringen positiven Wert bei, um eine ausreichende
Saugleistung zu erzielen. Die am Rumpf, Leitwerk oder anderen Teile des Flugzeuges
entstehenden Grenzschichten können durch die Gebläsewirkung des Rotors abgesaugt
werden.
-
Die Grenzschichtabsaugung durch die Gebläseleistung des Heckrotors
wird jedoch nur wenigen Anwendungsfällen vorbehalten sein, da dieser Vorteil unter
anderem in einem relativ ungünstigen Verhältnis zu der an den Heckrotor vom Hauptantrieb
abgegebenen Leistung steht. Aus diesem Grund ist bei Drehflügelflugzeugen der eingangs
bezeichneten Art gemäß der Erfindung im Normalfall vorgesehen, daß der Heckrotor
bei geschlossener Abdeckvorrichtung selbsttätig stillsetzbar ist.
-
Die Stillsetzung des Heckrotors bringt den Vorteil, daß die Triebwerksleistung
ausschließlich für den Antrieb des Hauptrotors und zum Vortrieb des Flugzeuges zur
Verfügung steht, wobei die selbsttätige Wirkungsweise einer beispielsweise diesem
Zweck dienenden Kupplung zwischen Triebwerk und Heckrotor den Piloten von zusätzlichen
Bedienungsüberlegungen und -handgriffen befreit.
-
In den Figuren ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
dargestellt und beschrieben. Alle nicht unmittelbar zum Erfindungsgegenstand gehörenden
Teile eines Drehflügelflugzeuges sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren
weggelassen bzw. nur schematisch dargestellt. Unter Drehflügelflugzeugen sind im
vorliegenden Fall Hubschrauber, Tragschrauber, Flugschrauber und Verwandlungsflugzeuge
zu verstehen.
-
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht das Heck eines gemäß
der Erfindung ausgebildeten Drehflügelflugzeuges; Fia. 2 zeigt in einem Schnitt
durch das Leitwerk gemäß der Linie A-B der Fig. 1 die Anordnung und Ausbildung
einer Abdeckvorrichtung zum Verschließen des tunnelförmigen Leitwerkkanals. Die
Abdeckvorrichtung ist in geöffnetern Zustand gezeichnet; Fig. 3 zeigt in
einer gleichen Ansicht wie Fig. 2 die Abdeckvorrichtung in geschlossenem Zustand;
Fig. 4 zeigt schematisch in Seitenansicht das Heck eines Drehflügelflugzeuges gemäß
Fig. 1. In dem tunnelförmigen Leitwerkkanal sind die Streben zur Lagerung
der Rotorachse sowie Hilfsstreben zur Zwischenlagerung der Jalousieklappen angedeutet.
-
In Fig. 1 ist mit 1 das Seitenleitwerk eines Drehflügelflugzeuges
bezeichnet, welches einen tunnelförmigen, parallel zur Querachse des Drehflüglers
liegenden Kanal besitzt. Im Innem des Leitwerktunnels ist in an sich bekannter Weise
in einem von Streben 3, 4 und 5 gehaltenen Lagerteil 6 der
Heckrotor 7 mit seinen Rotorblättern. 7 a, 7 b und
7 c drehbar gelagert. Der Antrieb des Rotors erfolgt von einem nicht näher
gezeigten Triebwerk über eine im Rumpf 8 des Drehflüglers gelagerte Welle
9, deren Drehzahl in einem Untersetzungsgetriebe 10 herabgesetzt wird
sowie über eine vom Getriebe 10 durch die Strebe 5 gehende Welle
11, die über ein im Lagerteil 6 angeordnetes, ebenfalls nicht näher
gezeigtes Getriebe die in Fig. 4 mit 12 bezeichnete Rotorwelle antreibt.
-
Die Verstellung des Anstellwinkels der Rotorblätter 7a,
7b und 7c wird durch ein Gestänge 13
vorgenommen, welches gleichfalls
durch die Strebe 5
geführt ist und mit einem teilweise im Lagerteil
6 und im Rotorkopf 7 d angeordneten Verstellmechanismus, auf dessen
nähere Darstellung aus Gründen der Übersichtlichkeit gleichfalls verzichtet worden
ist, in an sich bekannter Weise zusammenarbeitet.
-
Am Ende des Seitenleitwerks 1 ist ein Ruder 14 angelenkt, welches
über Steuerstangen 15, 16 betätigbar ist.
-
Um bei einem Übergang auf hohe Fluggeschwindigkeiten ein Abreißen
der Strömung am Leitwerkstunnel 2 zu vermeiden und für das Ruder 14 einen optimalen
Wirkungsgrad zu gewährleisten, ist gemäß der Erfindung der tunnelförmige Kanal verschließbar.
Hierdurch werden die eingangs erwähnten Vorteile erzielt.
-
Der tunnelförmige Kanal 2 ist auf beiden Seiten des Leitwerks durch
leitwerksprofflgerecht ausgebildete Jalousieklappen 17, 18 verschließbar,
die senkrecht zur Flugzeuglängsachse angeordnet sind. Die Anordnung von Jalousieklappen
stellt eine aerodynamisch günstige und einfache Abdeckeinrichtung dar, wobei die
senkrechte Aufhängung der Klappen insbesondere im Schwebeflug eine gute Luftzuführung
für den Heckrotor gewährleistet.
-
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die im Ausführungsbeispiel gezeigten
Jalousieklappen beschränkt, vielmehr könnte in gleich vorteilhafter Weise als Abdeckvorrichtung
für den tunnelförmigen Kanal z. B. eine nach Art eines Zentralverschlusses bei photographischen
Kameras wirkende Abdeckvorrichtung angeordnet sein.
-
Der tunnelförmige Kanal muß nicht durch leitwerksprofilgerechte Abdeckvorrichtungen
verschließbar sein. Eine solche, imAusführungsbeispiel gezeigte Vorrichtung stellt
zwar strömungstechnisch eine günstige Lösung dar, ist jedoch in herstellungstechnischer
Hinsicht aufwendig, so daß ihre Verwendung vorzugsweise nur für Drehflügelflugzeuge
mit hohen Fluggeschwindigkeiten in Betracht kommt.
-
Statt einer solchen Vorrichtung könnten auch Jalousieklappen mit einem
fertigungstechnisch einfacher zu gestaltenden Querschnitt vorgesehen sein, deren
strömungstechnisch eventuell ungünstigere Formgebung sich dadurch ausgleichen läßt,
daß die Klappen im geschlossenen Zustand auf beiden Seiten des Leitwerks, innerhalb
des tunnelförmigen Kanals angeordnet sind.
-
Bei einer solchen Anordnung kann die Luftströmung am Leitwerk zwar
abreißen, jedoch wird sich der effektive Widerstand am Leitwerk noch in Grenzen
bewegen, die die vorgenannte Lösung für
Drehflügelflugzeuge mit
mittleren bis hohen Fluggeschwindigkeiten geeignet erscheinen lassen.
-
Wie Fig. 2 deutlich zeigt, besitzen die auf der Lufteintrittsseite
des tunnelförmigen Kanals liegenden Jalousieklappen 17 unterschiedliche Tiefe
und sind mit zur hinteren Kante der Tunnelöffnung 2 hin zunehmender Tiefe gestaffelt
angeordnet. Hierdurch wird bei einer Anströmung des Leitwerks in Pfeilrichtung
A ein günstiger, über den ganzen Tunneldurchmesser gleichmäßig großer Lufteinlauf
für den Heckrotor erzielt.
-
Dieser Luftdurchsatz wird im Ausführungsbeispiel außerdem noch dadurch
verbessert, daß der Öffnungswinkel der auf der Lutfeintrittsseite liegenden Jalousieklappen
17, bezogen auf die Profilachse des Leitwerks, weniger als 9011 beträgt und
daß die Jalousieklappen 17 auf ihrer Innenseite schaufelförmig ausgebildet
sind (Fig. 2).
-
Die vorgenannte Anordnung und Ausbildung der Klappen 17 gewährleistet
somit einen optimalen Luftdurchsatz, dessen Strömungsrichtung innerhalb des Tunnels
bei entsprechender Anstellung der Klappen 17 und hierauf bezogenem Profilverlauf
der Schaufeln im wesentlichen senkrecht zur Drehebene des Heckrotors verläuft.
-
Wie aus den Fig. 2 und 3 weiterhin ersichtlich, weisen die
auf der Luftaustrittsseite liegenden Jalousieklappen 18 ein symmetrisches
Profil auf, deren Symmetrieachsen bei geöffneten Klappen etwa paraUel zur Drehachse
des Rotors liegen und gleichen Abstand zueinander besitzen.
-
Das Schließen der Klappen 17 und 18 erfolgt im Uhrzeigersinn,
wobei die Klappen entweder gleichzeitig oder derart synchronisiert schließen, daß
die Klappen 18 mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung der Schließbewegung
der Klappen 17 folgen. Im geschlossenen Zustand nehmen die Klappen
17
und 18 die in Fig. 3 gezeigte Lage ein.
-
Die Betätigung der Klappen 17 und 18 erfolgt mittels
eines nicht näher gezeigten und nicht zum Gegenstand der Erfindung gehörenden Mechanismus,
wie Seilzug, Gestänge od. dgl., der beispielsweise in den in Fig. 4 gezeigten Hilfsstreben
19, 20 zur Lagerung der Jalousieklappen untergebracht sein kann.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Bewegung der
Jalousieklappen 17, 18 in Abhängigkeit vom Staudruck selbsttätig. Durch eine
solche der Beeinflussung durch den Piloten vollkommen entzogene Abhängigkeitssteuerung
ist einerseits eine größtmögliche Betriebssicherheit des Drehflüglers gewährleistet
und zum anderen auch der Pilot von zusätzlichen Bedienungsüberlegungen und -handgriffen
entbunden.
-
Um bei einem plötzlichen Schließen der Klappen 17 und
18 und einem zwangläufig damit verbundenen Unwirksamwerden der Steuerung
durch den Heckrotor einen kontinuierlichen übergang auf die Steuerung durch das
Seitenruder 14 sicherzustellen, kann erfindungsgemäß die Betätigung des Seitenruders
unabhängig von der Verstellbewegung der Jalousieklappen erfolgen. Bei einem in solcher
Weise ausgebildeten Drehflügelflugzeug wird das Ruder 14 beim Schließen der Klappen
zunehmend wirksam, so daß der Pilot das Flugzeug jederzeit sicher in der Gewalt
hat.
-
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegenstandes wird bei
dem in den Figuren teilweise gezeigten Drehflügelflugzeug die Gebläseleistung des
Rotors bei geschlossenen Jalousieklappen zur Grenzschichtbeeinflussung ausgenutzt.
Hierdurch wird in an sich bekannter Weise an den besonders stark im Luftstrom exponierten
Flugzeugteilen ein Abreißen der Strömung weitgehend vermieden und der hieraus resultierende
Widerstand auf ein geringes Maß herabgesetzt. Die Absaugung der Grenzschicht erfolgt
im Ausführungsbeispiel in an sich ebenfalls bekann-
ter Weise mittels Absaugleitungen
25, von denen in den Fig. 2 und 3 einige schematisch angedeutet sind.
Die abgesaugte Luft tritt durch nicht näher gezeigte Öffnungen in den Jalousieklappen
18 aus dem geschlossenen Leitwerkstunnel 2 nach außen.
-
Da die Heranziehung des Rotors zur Grenzschichtabsaugung indessen
einen nicht unerheblichen Teil der Leistung des Triebwerks beansprucht, wird die
vorstehend beschriebene Anwendungsmöglichkeit nur besonderen Fällen vorbehalten
bleiben und statt dessen im normalen Anwendungsfall der Heckrotor 7
bei geschlossenen
Jalousieklappen 17, 18 selbsttätig stillgesetzt.
-
Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Drehflügelflugzeug steht somit
die gesamte Leistung des Triebwerks für den Hauptrotor zur Verfügung. Außerdem werden
bei einem Stillsetzen des Heckrotors die durch die hohen Drehzahlen desselben ohnehin
stark beanspruchten übertragungsteile, wie Wellen, Getriebe, Kupplungen od. dgl.,
vor einem frühzeitigen Verschleiß weitgehendst geschützt.
-
Das Stillsetzen des Heckrotors 7 kann im Ausführungsbeispiel
durch eine nicht zum Gegenstand der Erfindung gehörende und aus Gründen der übersichtlichkeit
nicht nähergezeigteEinrichtungerfolgen, z. B. auf elektrisch-mechanischem Wege mittels
eines von den Jalousieblättern 17 bzw. 18 betätigbaren Schalters,
der über eine elektromagnetische Kupplung den Heckrotorantrieb, der im Ausführungsbeispiel
durch die Welle 9 dargestellt ist, vom Hauptgetriebe des Drehflüglers an-
bzw. abkuppelt. Die selbsttätige Wirkungsweise einer solchen Einrichtung besitzt
hierbei den Vorteil, daß der Pilot von zusätzlichen Bedienungsüberlegungen entbunden
wird, woraus bei einwandfreiem Zusammenwirken aller Steuerelemente eine hohe Flugsicherheit
resultiert.
-
Unabhängig davon, welche Ausgestaltung der Erfindungsgegenstand im
einzelnen erfahren kann, stets werden durch die Abdeckung des tunnelförmigen Kanals
bei Drehflügelflugzeugen der eingangs erwähnten Art die Voraussetzungen zur Erzielung
hoher Fluggeschwindigkeiten geschaffen, wobei die Vorteile des Drehmomentenausgleichs.
bzw. einer Seitensteuerung durch den Heckrotor bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten
einerseits und die Vorzüge einer Rudersteuerung bei hohen Fluggeschwindigkeiten
andererseits in vollem Umfang gewahrt bleiben.