DE112006003472T5

DE112006003472T5 - Einziehbare Hubblätter für ein Flugzeug

Info

Publication number: DE112006003472T5
Application number: DE112006003472T
Authority: DE
Inventors: Allen J Gerbino
Original assignee: Gerbino Allen J Signal Hill
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-10-30
Also published as: US20060237581A1; US8523103B2; BRPI0621023A2; CN101384480A; EP1968852B1; GB2447186B; US20090095838A1; EP1968852A2; IL192370A0; GB0811379D0; WO2007075805A2; AU2006331699A1; CN101384480B; JP2009521358A; US7475847B2; EP1968852A4; JP5284794B2; AU2006331699B2; WO2007075805A3; GB2447186A

Abstract

Rotorblattanordnung zur Bereitstellung eines vertikalen Hubs eines Flugzeugs, umfassend:
einen Rotorkopf;
ein um einen zentralen Punkt und relativ zum Rotorkopf rotierbares Steuerrad;
eine Vielzahl von Blättern, wobei jedes Blatt am Steuerrad angelagert ist, wobei jedes Blatt einen Blattholm umfasst;
wobei die Bewegung des Steuerrads bewirkt, dass der radiale Abstand zwischen der äußeren Spitze des angelagerten Blatts und dem Zentrum des Rotorkopfs sich verändert;
eine Anstellwinkelsteuerung mit einer Öffnung, wobei der Blattholm durch die Öffnung in einer Gleitpassung geführt ist, wobei die Anstellwinkelsteuerung mit einer Taumelscheibe verbunden ist; und
ein erstes Pendellager, welches zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Anstellwinkelsteuerstange wirkt, wobei die Anstellwinkelsteuerstange zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Taumelscheibe wirkt, wodurch die Anstellwinkelsteuerung den Anstellwinkel jedes Blattholms steuert.

Description

Gebiet der Offenbarung
Die Offenbarung beschreibt allgemein einen Rotorkopf eines Rotorantriebs mit einziehbaren Blättern, der entweder auf ein Flugzeug mit festen Flügeln oder ein Flugzeug mit Rotorantrieb angepasst werden kann.
Hintergrund der Offenbarung
Eine der Hauptbeschränkungen eines rotorgetriebenen Flugzeugs ist die Fluggeschwindigkeitsbeschränkung, welche durch die Flugphysik und -mechanik verursacht wird. Diese Beschränkungen lasten auf dem Helikopter seit seiner Konzeption. Der Ausgleich des Überziehens des Blatts, die Asymmetrie des Hubs, das Voreilen, das Nacheilen, das Schlagen und das Kegeln sind nur einige der Kräfte, welche die Maximalgeschwindigkeit von Helikoptern begrenzen. Die meisten Helikopter sind beispielsweise beschränkt auf Luftgeschwindigkeiten von weniger als 200 Meilen pro Stunde. Die vorliegende Offenbarung, das Gerbino-Flugsystem, ermöglicht es einem Flugzeug mit festen Flügeln vertikal angehoben zu werden und dann in eine Vorwärtsfluggeschwindigkeit von über 300 Meilen pro Stunde überzugehen, weil ein Überziehen durch einziehbare Blätter und andere Probleme nicht gegeben sind, indem die rotierenden Blätter aus dem Luftstrom in einer neuen und nicht naheliegenden Weise herausgenommen werden. Sobald das Flugzeug in der Luft ist und sich mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zum Halten der Höhe bewegt, werden die rotierenden Blätter schrittweise in Abhängigkeit des Vorwärtsan triebs eingezogen, welcher durch eines oder mehrere Systeme bereitgestellt wird, die von Flugzeugen mit festen Flügeln zum Vorwärtsantrieb des Flugzeugs verwendet werden. Ein die Offenbarung verwendendes Flugzeug hat genügend Hubflächen, um es in der Luft zu halten, nachdem die Rotorblätter voll eingezogen worden sind.
Ein Autogyro mit einziehbaren Blättern ist im U.S. Patent Nr. 6,062,508 gezeigt, jedoch enthält dieser nicht die hierin beschriebenen und beanspruchten Merkmale, welche die vorliegende Offenbarung in die Lage versetzen, einen tatsächlichen Helikopterflug zu erreichen. Das U.S. Patent Nr. 4,913,376 zeigt sich von einem kreisförmigen ebenen Flügel erstreckende Hubblätter, aber wiederum enthält es weder Bestandteile, welche einen Helikopterflug ermöglichen noch einziehbare Hubblätter.
Zusammenfassung der Offenbarung
Nach einer Ausgestaltung der Offenbarung wird eine Rotoranordnung zum vertikalen Hub eines Flugzeugs offenbart, mit einem Rotorkopf, einer Vielzahl an Nockenflächen, einer Vielzahl von Blättern, wobei jedes Blatt an eine Nockenfläche anlagert, wobei die Bewegung einer Nockenfläche bewirkt, dass die radiale Entfernung zwischen der äußeren Spitze des anlagernden Blatts und dem Zentrum des Rotorkopfs sich verändert. Auf diese Weise kann die Länge der Hubfläche jedes Blatts verkleinert oder vergrößert werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Blätter von einer vollständig ausgefahrenen Position, welche einen maximalen Hub ermöglicht, bis zu einer vollständig verstauten oder geparkten Position bewegt, in welcher die Blätter vollständig aus dem Luftstrom zurückgezogen sind.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Offenbarung ist eine Steuernocke drehbar relativ zum Rotorkopf angebracht. Eine Vielzahl der Nockenflächen sind an der Steuernocke angeordnet, und ein Blatt lagert an jeder Nockenfläche an. Wenn die Nockenfläche sich bewegt, verursacht das eine Veränderung des radialen Abstands zwischen der äußeren Spitze des anlagernden Blatts und dem Zentrum des Rotorkopfs. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Offenbarung haben die Blätter Blattholme, wobei jeder Blattholm an der Nockenfläche anlagert.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Offenbarung umfasst eine Rotorblattanordnung für einen vertikalen Hub eines Flugzeugs einen Rotorkopf, eine Steuernocke, eine Vielzahl von Nockenflächen an der Steuernocke, eine Vielzahl von Blättern, wobei jedes Blatt eine Wurzel und eine Spitze aufweist, wobei die Wurzel an der Nockenfläche anliegt, wobei die Bewegung der Nockenfläche bewirkt, dass der radiale Abstand zwischen der äußeren Spitze des anliegenden Blatts und dem Zentrum des Rotorkopfs sich verändert.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Offenbarung lagert wenigstens eine Anstellwinkelsteuerung an wenigstens einem Blatt an, und eine derartige Anstellwinkelsteuerung ist mit einer Taumelscheibe verbunden. Die Taumelscheibe bewirkt, dass die Anstellwinkelsteuerung sich bewegt, wodurch der Anstellwinkel des korrespondierenden Blatts verändert wird.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Offenbarung ist eine Vielzahl von Kleinblättern nahe dem äußeren Umfang des Rotorkopfs angeordnet. Die Kleinblätter weisen eine zurückgezogene Position auf, bei der im Wesentlichen alle Abschnitte der Kleinblätter innerhalb des äußeren Umfangs des Rotorkopfs sind. Es ist ein Kleinblattsteuermechanismus vorgesehen, welcher den Kleinblättern eine Kraft verleiht, wobei die Kraft ein Teil eines oder mehrerer Kleinblätter über dem Umfang des Rotorkopf bewegt, wodurch die vorbeiströmende Luft auf die Kleinblätter wirkt und einen Druck ausübt, welcher eine Rotationsbewegung der Rotoranordnung bewirkt. Der Kleinblattsteuermechanismus kann ein Stellglied und ein Stellgliedseil enthalten, welches das Stellglied mit den Kleinblättern verbindet, wobei bei einer Anregung des Stellglieds das Seil eine Kraft auf eines oder mehrere Kleinblätter überträgt wird, wodurch die Kleinblätter über den Umfang des Rotorkopfs und in den Weg des Luftstroms bewegt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Offenbarung enthält die Rotorblattanordnung an jedem Blatt einen Blattholm, wobei der Blattholm mit einer Nockenfläche verbunden ist, wobei eine Holmführung mit einer Öffnung an jedem Blattholm anlagert, um den Blattholm in einer Gleitführung zu führen, so dass das Blatt ausgefahren und eingezogen werden kann. Der Blattholm erstreckt sich durch eine Öffnung in einer Anstellwinkelsteuerung, wobei die Öffnung in der Anstellwinkelsteuerung eine innere Form aufweist, die im Wesentlichen der äußeren Form des Blattholms entspricht. Eine Anstellwinkelsteuerstange wirkt zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Taumelscheibe, wobei die Anstellwinkelsteuerung den Anstellwinkel des Blattholms steuert, mit dem sie zusammenwirkt. Die Öffnung in der Anstellwinkelsteuerung kann rechteckig sein oder eine andere Form, wie eine polygonale oder ovale Form, aufweisen. Die Öffnung kann auch gerippt sein und wenigstens eine Nut oder mehrere Nuten aufweisen. Die zusammenwirkenden Blattholme haben eine entsprechende äußere Form.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Offenbarung enthält eine Rotorblattanordnung zum vertikalen Hub eines Flugzeugs ein drehbares Rad, an dem die Blätter derart angebracht sind, dass eine Bewegung des drehbaren Rads bewirkt, dass der radiale Abstand zwischen der äußeren Spitze des anlagernden Blatts und dem Zentrum des Rotors sich verändert. Das drehbare Rad dreht sich relativ zum Rotorkopf. Wenigstens eine Anstellwinkelsteuerung lagert an dem wenigstens einen Blatt an. Die Anstellwinkelsteuerung ist mit einer Taumelscheibe verbunden, wobei eine Bewegung der Taumelscheibe den Anstellwinkel der korrespondierenden Anstellwinkelsteuerung verändert.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Holmführung mit einem Schwenkverbinder mit dem Rotorkopf verbunden, wodurch die Holmführung relativ zum Rotorkopf schwenken kann, wenn das Blatt eingezogen oder ausgefahren wird
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Offenbarung weist die Steuernocke eine obere und eine untere Platte mit Nockenflächen an der oberen Platte auf, welche im Wesentlichen den korrespondierenden Nockenflächen an der unteren Platte entsprechen. Jeder Blattholm ist zwischen der oberen und der unteren Platte angeordnet. Jeder Blattholm lagert an eine Nockenfläche an der oberen Platte und an die im Wesentlichen entsprechende Nockenfläche an der unteren Platte an.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung hat die Steuernocke eine obere und eine untere Platte mit Anlagerungspunkten an der oberen Platte, welche im Wesentlichen korrespondierenden Anlagerungspunkten an der unteren Platte entsprechen. Jeder Blattholm ist zwischen der obe ren und unteren Platte angeordnet. Jeder Blattholm lagert an einen Anlagerungspunkt an der oberen Platte und den im Wesentlichen entsprechenden Anlagerungspunkt an der unteren Platte an.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung enthält eine Rotorblattanordnung zum vertikalen Hub eines Flugzeugs einen Rotorkopf, einen oder mehrere am Rotorkopf anlagernde Blätter, eine Kolbenkammer am proximalen Ende (nahe am Zentrum des Rotorkopfs) des einen oder der mehreren Blätter, eine Holmführung an jedem Blatt, und einen Kolben an jeder Holmführung, der mit der Kolbenkammer innerhalb des proximalen Endes des assoziierten Blatts zusammenwirkt, wobei ein Fluid in eine Seite der Kolbenkammer gezwungen wird, wodurch das assoziierte Blatt hydraulisch in eine Richtung getrieben wird, und wodurch das Blatt in die andere Richtung getrieben wird, wenn das Fluid in die andere Seite der Kolbenkammer gezwungen wird. Wenigstens eine Anstellwinkelsteuerung lagert an dem wenigsten einem Blatt an, und die Anstellwinkelsteuerung ist mit einer Taumelscheibe verbunden, wobei die Bewegung der Taumelscheibe die Anstellwinkelsteuerung bewegt, wodurch eine Änderung des Anstellwinkels des korrespondierenden Blatts bewirkt wird. Alternativ kann das hydraulische System durch ein Schraubensystem oder ein elektromechanisches Stellglied ersetzt werden.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung wird der Abstand zwischen dem distalen Ende des Blatts und dem Zentrum des Rotorkopfs mittels eines am Blatt angebrachten Seils verkürzt. Die Seillänge wird durch einen Spulenkörper oder eine Trommel gesteuert.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 Draufsicht, welche schematisch die Hauptbestandteile der Rotorkopfanordnung zeigt, welche Nockenauskehlungen und ausgefahrene Blätter aufweist.
2 Die Ansicht nach 1 mit eingezogenen Blättern.
3A Die Ansicht nach 1 mit Kleinblattsteuermechanismus.
3B Querschnittsansicht einer möglichen Blattform.
4 Die Ansicht nach 3A mit ausgefahrenen Kleinblättern.
5 Schematische Seitenansicht der Rotorkopfanordnung, teilweise aufgebrochen.
6 Perspektivische Ansicht einer Holmführung.
6A Seitenansicht einer alternativen Ausgestaltung der Holmführung gemäß 6.
7 Perspektivische Ansicht eines Anstellwinkelhorns.
7A Seitenansicht einer alternativen Ausgestaltung des Anstellwinkelhorns nach 7.
8 Schematische Draufsicht auf eine Steuernocke.
9 Schematische Seitenansicht einer Antriebswelle in einem Mast.
10 Schematische Seitenansicht eines Flugzeugs, welches eine Installation eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung zeigt.
11 Schematische Seitenansicht eines Flugzeugs, welche eine alternative Installation eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung zeigt.
11A Schematische Frontansicht des Flugzeugs gemäß 11.
12 Schematische Draufsicht, welche die Hauptbestandteile der Rotorkopfanordnung mit einem in Betrieb befindlichen Steuerrad zeigt, wobei die Blätter eingezogen sind.
13 Seitenansicht einer Teleskopholmanordnung, teilweise aufgebrochen.
14 Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels mit oberen und unteren Steuernocken, teilweise aufgebrochen.
15 Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels mit einer Steuernocke, teilweise aufgebrochen.
16 Schematische Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Steuernocke mit festen Anlagerungspunkten für Blattanker, und wobei ein Blatt in einer eingezogenen Position gezeigt ist.
17A Perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Holmführung in 16 mit Schwenkanordnung.
17B Perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Holmführung in 16, mit Schwenkanordnung.
17C Perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Anstellwinkelhorns in 16.
17D Perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des Anstellwinkelhorns in 16.
17E Seitenansicht der Befestigung des Blattankers nach 16.
17F Draufsicht auf das Anstellwinkelhorn und die Holmführungsanordnung nach 16.
18 Perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Anstellwinkelhorns.
19 Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels des Anstellwinkelhorns nach 18.
20 Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels des Anstellwinkelhorns nach 18.
Genaue Beschreibung der Offenbarung
Eine Rotorkopfanordnung 2 eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist in 1 gezeigt. Die Figur ist nicht maßstäblich. 1 zeigt den Zustand eines Helikopters im Flug, wobei die Blätter voll ausgefahren sind. Die Figur ist eine Draufsicht auf die Oberseite des Helikopters. Die wesentli chen Komponenten sind wie folgt: Im Zentrum der Zeichnung ist ein hohler Mast 4 gezeigt, der nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein herkömmlicher Helikoptermast ist. Die Antriebswelle (nicht gezeigt) befindet sich innerhalb des Masts. Um den Mast 4 sind die Rotorkopflager (nicht in dieser Ansicht gezeigt), welche die Rotorkopfanordnung 2 aufnehmen. Die Steuernocke 6 ist wiederum mit einer Lagerung (nicht gezeigt in dieser Ansicht) am Rotorkopf 3 befestigt und kann relativ zum Mast 4 und der Rotorkopfanordnung 2 rotiert werden. Es sind Nockenauskehlungen 8 gezeigt, in denen die proximalen Enden der Blattholme 10 montiert sind. Die Zeichnung zeigt ein Mittel zum Ausfahren der Blätter 12 unter Verwendung einer besonderen Ausgestaltung der Nockenauskehlungen 8, aber die Auskehlungen können länger oder kürzer sein, einen tieferen oder einen flacheren Angriffswinkel oder in einer anderen Weise ausgestaltet sein, um die Funktion des Aufbringen einer Kraft auf die proximalen Enden der Blattholme 10 zu erreichen, so dass der Abstand gesteuert werden kann, welcher die Blätter einzieht. In diesem Patent wird der Begriff "Nocke" in seiner herkömmlichen Definition verwendet, welcher beispielsweise in Webster's Unabridged Dictionary^© 1996, 1998 MICRA, Inc. gefunden werden kann: (a) ein sich drehendes oder gleitendes Stück, welches durch die Form oder den Umfang oder die Fläche oder eine Auskehlung in der Fläche eine variable oder wiederkehrende Bewegung auf eine damit im gleitenden oder rollender Kontakt befindliche Stange, einen Hebel oder Block ausübt oder eine solche Bewegung erfährt. (b) Ein um eine Achse bewegbarer gebogener Keil, der zum Zwingen oder Klemmen zweier Teile zueinander verwendet wird. (c) Ein vorspringendes Teil eines Rads oder eines anderen bewegbaren Teils, welches so geformt ist, dass es eine abwechselnde oder variable Bewegung auf ein damit zusammenwirkendes anderes Teil ausübt. Wenn die Steuernocke 6 rotiert wird, werden die Blattholme 10 in den Rotorkopf 3 eingezogen. In dieser Figur begrenzen zwei Holmführungen 14 jedes Blattholm 10, aber die Anzahl der Holmführungen 14 kann größer als zwei sein oder es kann sogar nur eine einzelne Holmführung vorgesehen sein.
Wie es im Allgemeinen für Helikopter typisch ist, verlaufen im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Offenbarung die Blattholme 10 über die gesamte Länge der Blätter 12. Die Holme sind die Kernstrukturen der Blätter und sind aus einem festen Material, wie rostfreier Stahl, hergestellt. Die Holme 10 verlaufen in der Länge der Blätter 12 und können einen Kern mit Wabenstruktur aufweisen, der mit Aluminium, Fieberglas, Karbonfasern oder jedem anderen geeigneten Material oder Materialkombination bedeckt ist. Die Holme 10 sind im Allgemeinen durch ein Leichtgewichtmaterial wie Fieberglas umgeben, um Hubflächen der Blätter 12 zu bilden, und die Anströmkanten können mit Titan oder anderen sehr zähen Materialien verstärkt sein. Es muss jedoch in Erwägung gezogen werden, dass die Blätter und die Blattholmstrukturen im Laufe der Jahre sich verändern können, wenn neue Materialien entwickelt und neue Herstellungsverfahren angewendet werden. Die genaue Struktur der Blätter und der Blattholme ist nicht der Kern der beanspruchten Offenbarung, welche sich primär auf das Einziehen und das Ausfahren der Blätter bezieht, nicht so sehr wie die Blätter konstruiert sind.
Das gezeigte Nockensystem ist gewählt worden, weil es ein symmetrisches Einziehen und Ausfahren der Blätter 12 zur Verfügung stellt und eine Steuerung des gesamten Blattanstellwinkelbereichs an jedem Punkt des vollständigen Zyklus des Rotorkopfs sicherstellt. In den Zeichnungen sind einfache Stifte als Anlagerungsmittel oder Blattanker 16 für die Wurzel jedes Blatts 12 an der Nockenauskehlung 8 gezeigt. Der Blattanker 16 kann jedoch auch andere Formen annehmen, wie eine geschmierte Anbringung, welche in der Nocke läuft. Die Anbringung kann ein Block (nicht gezeigt) in der Nockenauskehlung 8 sein, welcher so geformt ist, dass er gleichmäßig in der Nockenauskehlung 8 läuft. Er kann aus jedem Material hergestellt sein, welches mit den Materialien und Betriebsbedingungen der Nocke 6 kompatibel ist, welche in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus rostfreiem Stahl oder Titan hergestellt sein kann. Der Block und/oder die Nockenauskehlung 8 können Oberflächen aufweisen, die mit einem Material niedriger Reibung ausgekleidet sind, um Abrieb und Verschleiß zu reduzieren. Die Auswahl der Materialien hängt von den Betriebsbedingungen des Flugzeugs ab und es gibt viele mögliche Variationen, die für den Fachmann naheliegend sind. Der Block kann ein Loch oder einen anderen Anlagerungsmechanismus enthalten, an dem ein Stift oder ein Greifelement an dem Blattholm 10 angelagert werden kann.
Ein anderer Vorteil des Nockensystems ist, dass die Blätter alle gleichzeitig eingezogen und ausgefahren werden, wodurch ein versehentliches Einziehen oder Ausfahren in einer unbalancierten Art und Weise verhindert wird.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel hat jede Holmführung einen zentralen Abschnitt 18, der aus einem flexiblen Material, wie einem Elastomer (6), hergestellt ist. Die Holmführungen 14 sind am Rotorkopf 2 unter Verwendung herkömmlich verwendeter Befestigungsmechanismen, wie eine Schraube, Bolzen, Niete etc., welche durch Befestigungslöcher 22 befestigt sind, befestigt. Das flexible Material innerhalb der Holmführungen ermöglicht eine Drehbewegung der Blattholme 10, so dass der Anstellwinkel der Holme 10 und dadurch der Blätter 12 gesteuert werden kann. Der Anstellwinkel wird durch eine Anstell winkelsteuerung gesteuert, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Anstellwinkelhorn 24 aufweist, welches zwischen den beiden Holmführungen 14 befestigt und mit dem Holm durch einen Anstellwinkelhornkanal 26 verzahnt ist. Alternative Konstruktionen sind jedoch möglich, wenn es beispielsweise mehr als zwei Holmführungen 14 gibt und das Anstellwinkelhorn 24 kann in einer Position angeordnet sein, die entfernt von den Holmführungen 14 ist. Das Anstellwinkelhorn 24 steuert den Anstellwinkel der Blattholme 10 und dadurch der Blätter 12, wie es notwendig ist, um einen helikopterartigen Flug mit vertikalem Aufsteigen und Sinken sowie Schweben zu ermöglichen. Ein anderes Beispiel einer Anstellwinkelsteuerung kann eine Öse (nicht gezeigt) im Blatt 12 oder am Holm 10 sein, welche mit einer Anstellwinkelsteuerstange verbunden ist. Die Anstellwinkelsteuerung kann durch eine Anstellwinkelsteuerstange oder ein elektrisches Servo, einen hydraulischen Mechanismus, pneumatisches Servo oder jegliche Kombination davon gesteuert werden.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Holmführungen 14 mit einer Auskleidung 20 gezeigt, die beispielsweise aus Teflon oder Stahl oder irgendeinem anderen Material hergestellt ist. Die Toleranzen zwischen der Auskleidung 20, der Holmführung 14 und den Blattholmen 10 sind so, dass eine Gleitpassung zum Führen des Holms 10 erreicht wird, wenn er sich zwischen der voll ausgefahrenen und der voll eingezogenen Position bewegt. Der Holmführungszentralkanal 28 kann jegliche Querschnittsform haben, welche diese Aufgaben erfüllt. Beispielsweise kann er gerippt sein, um mit korrespondierenden Rippen an den Blattholmen 10 übereinzustimmen, um eine geeignete Gleitpassung und gleichzeitig eine feste Befestigung der Blattholme 10 während der Anstellwinkeleinstellung zu ermög lichen. Das Anstellwinkelkanalhorn 30 im Anstellwinkelhorn 24 korrespondiert zur Form und Ausgestaltung der Blattholme 10.
Ein Verbindungspunkt 32 an jedem Anstellwinkelhorn 24 ist mit Rotorblattanstellwinkelsteuerungsverbindungen, wie Anstellwinkelsteuerstangen, verbunden, welche den Anstellwinkel der Helikopterblätter steuern. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Anstellwinkelbewegung +/– 0° bis 15° oder auch anders sein, wie es für die Flugeigenschaften des Flugzeugs erforderlich ist. Während des Vorgangs entweder des Einziehens der Blätter oder des Ausfahrens der Blätter, fahren die Anstellwinkelhörner 24 in Kombination mit den Holmführungen 14 und den Blattholmen 10 damit fort, die Anstellwinkelsteuerung für die Blätter 12 durch die Anstellwinkelverbindungen, wie die Anstellwinkelsteuerstangen 82, die mit der Taumelscheibe verbunden sind, zu steuern.
Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Holme 10 und Blätter 12 nicht für die Offenbarung maßgeblich ist. Jede Anzahl kann verwendet werden, um den erwünschten Hub und die Flugeigenschaften innerhalb der Parameter des Aufbaus des Motorkopfs und der Steuernocke 6 zu erreichen. Beispielsweise können nur zwei Blätter verwendet werden, es können auch viel mehr, wie vier, fünf oder eine höhere Anzahl, sogar zwanzig oder mehr in einer großen Durchmesseranordnung verwendet werden, welche zum Anheben schwerer Fahrzeuge verwendet werden.
Die Kleinblätter 34, bei denen es sich um einen Zusatz und nicht um eine Notwendigkeit für alle Anwendungen des offenbarten Flugsystems handelt, die aber zu allen Ausführungsbeispielen hinzugefügt werden können, sind beim normalen Flug üblicherweise eingezogen, wie das in den 1, 2 und 3A gezeigt ist. Die Kleinblätter 34 stellen den folgenden Sicher heitsmechanismus zur Verfügung: beim normalen Flug, wenn die Rotorkopfanordnung 2 rotiert, bewirkt dieser, dass die Blätter 12 rotieren, wodurch ein Hub und eine Steuerung des Flugzeugs zur Verfügung gestellt wird. Beim normalen Flug sind die Kleinblätter 34 eingezogen, um eine saubere Luftabflussfläche zur Verfügung zu stellen. In der vorliegenden Offenbarung werden während des normalen Flugs, nachdem das Flugzeug eine ausreichende Vorwärtsgeschwindigkeit zum Halten in der Luft erreicht hat, ohne dass ein durch die Blätter 12 verursachter Hub notwendig ist, die Blätter eingezogen, und es besteht nicht mehr die Notwendigkeit, die Rotation der Rotorkopfanordnung 2 fortzusetzen. Falls gewünscht, kann die Rotorkopfanordnung 2 angehalten werden, um Energie und Treibstoff zu sparen. Die Rotation der Rotorkopfanordnung 2 muss jedoch wieder in Bewegung gesetzt werden, wenn das Flugzeug langsamer wird oder wenn die Entscheidung des Betriebs im typischen Helikoptermodus getroffen wird. Das kann durch eine Rückführung von Energie zum Rotationssystem erreicht werden. Im Falle eines Maschinenfehlers beim Vorwärtsflug kann das Flugzeug folgendermaßen in den Helikoptermodus umstellen: die Kleinblätter 34 werden in die Nachlaufströmung ausgefahren und die Steuernocke 6 deaktiviert und zum Freilauf freigemacht. Die Kleinblätter 34 sind geformt, um Luft zu fangen, derart, dass die Anordnung in die geeignete Richtung rotiert. Die Blätter 12 werden dann durch Zentrifugalkraft ausgefahren, was es dem Flugzeug ermöglicht, eine sanfte Autorotationslandung durchzuführen. Die Anzahl der Kleinblätter 34, deren Form und Winkel des Ausfahrens können von dem, was in den Zeichnungen gezeigt ist, abweichen.
Ein Kleinblattausfahrmechanismus ist in 3A gezeigt. Eine Spannung auf das Stellgliedseil 36 rotiert die Kleinblätter 34 um deren zentrale Befestigungslöcher 38. Wenn Rotationsge schwindigkeit zunimmt und eine nominale Betriebsdrehzahl erreicht wird, werden die Blätter 12 elektrisch, mechanisch, hydraulisch, oder durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft ausgefahren, die durch die Rotation erzeugt wird, um die Blätter 12 von der in 3A gezeigten eingezogenen Position in eine voll ausgefahrene Position, wie in 1 gezeigt ist, zu ziehen. Danach können die Kleinblätter 34 eingezogen werden, um eine relativ saubere Luftanströmfläche zur Verfügung zu stellen. Die Anzahl der Kleinblätter 34 ist für das bevorzugte Ausführungsbeispiel nicht kritisch. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel hat jedes der Kleinblätter 34 ein zentrales Befestigungsloch 38, welches die Anbringung der Kleinblätter 34 am Rotorkopf mit einem ausreichenden Abstand ermöglicht, um eine Rotationsbewegung der Kleinblätter 34 relativ zum Anlagerungsmechanismus zu ermöglichen. Der Anlagerungsmechanismus kann ein Bolzen, Stift, eine Schraube, Niete oder jeglicher anderer durch das zentrale Befestigungsloch 38 geführte Mechanismus sein, der eine sichere Verbindung zur Verfügung stellt und gleichzeitig eine Rotationsbewegung der Kleinblätter 34 ermöglicht. Das Steuerende 40 des Kleinblatts enthält einen Anlagerungspunkt 42 für einen Steuermechanismus oder ein Kleinblattstellglied 44, um das Kleinblatt in und aus dem Luftstrom heraus zu rotieren.
Das Kleinblattstellglied 44 ist ein Servo, welches elektrisch, mechanisch, hydraulisch, magnetisch oder auf andere Weise betrieben wird. Es ist am Rotorkopf 3 angelagert und umfasst einen Arm 46, einen Körper 48, welcher den Servomechanismus und eine Energiequelle 50, welche eine elektrische oder hydraulische Energie sein kann, beherbergt. Bei Aktivierung wird der Arm 46 in das Stellglied 44 eingezogen, wodurch die Spannung auf das Stellgliedseil 36 ansteigt, was dazu führt, dass die Kleinblätter 34 um ihre zentralen Befesti gungslöcher 38 rotieren. 3A zeigt zwei Stellglieder 44, welche eine Redundanz zur Verfügung stellen. Die Kleinblätter 34 werden in ihren eingezogenen Positionen unter Verwendung eines geeigneten Vorspannmechanismus, wie Federn, vorgespannt.
Die Steuernocke 6 kann in verschiedenen Arten rotiert werden. Es kann ein Schrauben-Buchsen-System verwendet werden, ein hydraulisches Stellglied kann eine andere Wahl sein, ein Servomotor, eine Zahnstangenanordnung, eine Schneckenantriebsanordnung, gekreuzte helische Zahnräder, pneumatische oder hydraulische oder jegliche andere Mittel, um eine Kraft auf die Steuernocke zur Erzeugung einer Rotation auszuüben. 8 zeigt eine Version eines Rotationsmechanismus, welcher einen am Rotorkopf 3 angebrachten Hydraulikzylinder 52 enthält. Er ist mit der Steuernocke 6 durch einen Rotationsmechanismusarm 45 verbunden, welcher an der Steuernocke 6 durch einen Stift oder einen Rotationsmechanismusbolzen 56 angebracht ist. Es ist ausreichend Raum vorgesehen, um es dem Rotationsmechanismusbolzen 56 zu gestatten, relativ zur Steuernocke 6 zu rotieren. Ein Hydraulikfluid wird in den Hydraulikzylinder 52 durch erste und zweite Versorgungsleitungen 58 bzw. 60 zugeführt, wobei der Zylinder unter Druck gesetzt wird, um den Rotationsmechanismusarm 54 entweder nach innen oder nach außen relativ zum Hydraulikzylinder 52 zu bewegen, wodurch die Steuernocke 6 entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert wird, wodurch die Nockenauskehlungen 8 die Blattholme 10 und die Blätter 12 entweder nach innen oder nach außen bezüglich der Steuernocke 6 bewegen. Der Anlagerungspunkt für die Rotationsmechanismusbolzen 6 an der Steuernocke 6 kann irgendwo an der Steuernocke 6 angebracht sein, an der äußeren Kante der Steuernocke 6 oder irgendwo zwischen dem äußeren Durchmesser und dem inneren Durchmesser der Steu ernocke 6. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Hydraulikzylinder 42 am Rotorkopf 3 angebracht.
Wie in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in 3B gezeigt ist, sind die Helikopterblätter 12 nach Art eines Flügels gekrümmt, entgegen der üblichen elliptischen Form eines Helikopterblatts. Das ermöglicht ein verbessertes Hub-zu-Luftwiderstand (L/D)-Verhältnis. Die Querschnittsfläche jedes Blatts kann jedoch jegliche zum Erzielen der gewünschten Flugeigenschaften erforderliche Form aufweisen, und es ist sogar möglich, dass sich der Querschnitt in verschiedenen Entfernungen entlang des Blatts von der Wurzel bis zur Spitze verändert. In Abhängigkeit der gewünschten Hub- und Flugcharakteristik kann die Anzahl der Blätter jede notwendige Anzahl annehmen, und die Blattlänge und Querschnittsform können in der nach dem Stand der Technik bekannten Art und Weise modifiziert werden.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Holmführungen 14 als einfache stationäre Vorrichtungen mit einer inneren Flexibilität gezeigt, welche eine Rotationsbewegung der Blattholme ermöglicht. Die Holmführungen 14 können jedoch auch, wie in den 6A, 17A und 17B sein, oder andere dem Fachmann naheliegende Ausgestaltungen annehmen, und das Anstellwinkelhorn 24 kann wie in den 7A, 17C, 17D, 18, 19 und 20 sein oder andere für den Fachmann naheliegende Ausgestaltungen annehmen. Insbesondere in 6A weist eine alternative Holmführung 14' einen kreisförmigen alternativen Holmführungszentralkanal 28' auf, in welchem ein dazu komplementär geformter Führungsholm sich bewegen kann. Ähnlich zur Holmführung 14 kann die alternative Holmführung 14' am Rotorkopf 2 mittels Befestigungsmitteln durch alternative Holmführungsbefestigungslöcher 22' befestigt werden. 7A zeigt ein kompatibles alternatives Anstellwinkelhorn 24', welches einen alternativen Anstellwinkelhornkanal 30' mit einer Feder oder Rippe 31 zum Zusammenwirken mit einer Nut am Holm enthält. Wenn das alternative Anstellwinkelhorn 24' durch eine am alternativen Anstellwinkelhornverbindungspunkt 32' angelagerte Steuerstange rotiert wird, rotiert die Feder 31 den Holm, indem eine Kraft auf die Oberflächen der Nut ausgeübt wird.
Die 18, 19 und 20 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Anstellwinkelhorns. Wie in 18 gezeigt ist, umfasst die Anordnung einen Taumelscheibenarm 159, welcher an einer Anstellwinkelverbindung 158 angebracht ist, welche wiederum an einem Pendellager 155 angebracht ist. Wenn die Anstellwinkelverbindung sich bewegt, verursacht sie eine Bewegung des Anstellwinkelhorns 24''. Das Anstellwinkelhorn 24'' bewirkt eine Rotation des Blattholms 10 und des Blatts 12 um deren Längsachse, so wie der Anstellwinkel durch das Anstellwinkelhorn 24'' geändert wird. Wie aus 19 ersichtlich ist, weisen das Anstellwinkelhorn 24' und deren Buchsen 148' oder Holmführungen eine Öffnung zur Aufnahme des Blattholms 10 auf. Unter weiterer Bezugnahme auf 19 korrespondiert der Anstellwinkelhornkanal 30 des Anstellwinkelhorns 24 zur Form und Ausgestaltung des Blattholms 10.
Des Weiteren werden das Anstellwinkelhorn 24' und die Buchsen 148 im Anstellwinkelarmfuß 157 gehalten. Wie in 19 gezeigt ist, ist der Anstellwinkelarmfuß 157 an der Fußplatte 160 mittels der Anstellwinkelarmfußbuchse 166 und der Sprengringe 162, 162(a) befestigt. Nach einem Ausführungsbeispiel ermöglicht das dem Anstellwinkelarmfuß 157 zu schwenken. Es ist ersichtlich, dass die Öffnung in dem Anstellwinkelarmfuß 157 so bemessen ist, dass ein Raum für den Anstellwinkelver bindungsarm 158 zur Verfügung gestellt wird. In einem Ausführungsbeispiel weist der Anstellwinkelverbindungsarm 158 Pendellagerungen oben und unten auf und hat eine einstellbare Länge.
Wie weiterhin in 20 gezeigt ist, ist der Anstellwinkelarmfuß 157 an einem Steuernockenlappen 130 mittels eines Pendellagers 165 und einer Schraube 164 angebracht, die eine Rotation des Blattholms 10 um dessen Längsachse ermöglichen. Der Steuernockenlappen 130 rotiert und bewirkt, dass die Blattholme 10 in der Anstellwinkelsteuerung 24'' gleiten und die Blätter 12 wiederum über den äußeren Durchmesser des Rotorkopfs ausgefahren oder in den Rotorkopf (nicht gezeigt) eingezogen werden. Die Anstellwinkelsteuerung 24'' und der Blattholm 10 sind in Kombination auf dem Rotorkopf 3 in einer Art und Weise montiert, die eine Rotation jeder der kombinierten Anstellwinkel- und Holmführungssteuerungen 62 ermöglichen, so wie der Steuernockenlappen 130 rotiert wird, und sie ermöglichen es auch jeder kombinierten Anstellwinkel- und Holmführungssteuerung 62 in Reaktion auf eine angebrachte Anstellwinkelsteuerstange (nicht gezeigt) den Anstellwinkel zu ändern. Das System kann zu einer Rotation entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ausgestaltet sein.
5 zeigt eine Aufrissansicht einer Rotorkopfanordnung 2 eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Die Figur ist nicht maßstäblich. Die Struktur der vorliegenden Offenbarung umgibt den Mast 4. Die Rotorkopfanordnung 2 bewegt sich relativ zum Mast auf einer Nockenlagerungsanordnung, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Art eines Kugellagers ist. Es kann jedoch auch jede andere Art einer Lagerungsstruktur verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie die Lasterfordernisse der besonderen Ausgestaltung erfüllt. Im Raum entlang des Masts 4 oberhalb der oberen Nockenlagerung 68 und der Rückhaltemutter 72 kann eine obere Rotorabdeckung (nicht gezeigt) angeordnet sein. Die Rotorabdeckung stellt eine aerodynamische Hülle für die Rotorblätter und die anliegenden Mechanismen zur Verfügung. Rotorabdeckungen können auch Auftriebskörpereigenschaften für das Flugzeug zur Verfügung stellen, sind aber nicht wesentlich für die Offenbarung selbst.
Die Nockenlageranordnung hat zwei Hauptkomponenten, die obere Nockenlageranordnung 68 und die untere Nockenlageranordnung 70. In dieser Zeichnung ist die untere Rotorabdeckung 74 an ihren Befestigungspunkten mittels Befestigungsmitteln, wie den in 5 gezeigten Schrauben 76, befestigt.
Die Taumelscheibenanordnung kann aus jeder herkömmlichen Konstruktion bestehen. Herkömmliche Taumelscheibenanordnungen bestehen aus zwei Platten. Die feststehende Taumelscheibenplatte 78 und die rotierende Taumelscheibenplatte 80. Die rotierende Taumelscheibenplatte 80 rotiert mit der Antriebswelle und den Rotorblättern. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel rotiert die Antriebswelle, welche innerhalb des Masts 4 sich befindet, den Rotorkopf 3 und infolgedessen die Blätter 12 und die Anstellwinkelsteuerstangen 82, welche wegen ihrer Verbindung mit der rotierenden Taumelscheibenplatte 80 die Rotation auf die Taumelscheibenplatte 80 übertragen. Die Anstellwinkelsteuerstangen 82 ermöglichen es der rotierenden Taumelscheibenplatte 80, den Anstellwinkel der Rotorblätter 12 zu ändern. Der Winkel der feststehenden Taumelscheibenplatte 78 wird durch die zyklische Steuerstange 84 und die an der feststehenden Taumelscheibenplatte 78 angebrachten Gesamtsteuerstangen 86 geändert. In den Figuren sind nicht alle Steuerstangen zum Zwecke der Klarheit gezeigt. Die Stangen können auch Rohre oder äquivalente Strukturen sein. Die Steu erstangen der feststehenden Platte werden durch Eingaben des Piloten in die zyklische und Gesamtsteuerung beeinflusst, welche wiederum die zyklischen Kontrollstangen 34 und die Gesamtsteuerstangen 86 anheben oder absenken. Die feststehende 78 und die rotierende Taumelscheibe 80 sind mit einem Lagersatz (nicht gezeigt) zwischen den beiden Platten verbunden. Diese Lager ermöglichen es der rotierenden Taumelscheibe 80 sich auf der Oberseite der feststehenden Taumelscheibe 78 zu drehen. Der Mast 4 muss sich nicht notwendigerweise bis zur Spitze der Rotorkopfanordnung erstrecken. Der Rotorkopf 3 kann auch durch die Antriebswelle selbst gehalten werden. Die Steuernocke 6 selbst kann auch auf der Antriebswelle lagern, und die Notwendigkeit von Lagern zwischen der Steuernocke 6 und dem stationären Mast 4 kann entfallen. In einer bevorzugten Ausgestaltung stellt der nicht rotierende Mast 4 jedoch eine starke Struktur zum Abstützen des Steuernockensystem zur Verfügung.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antriebswelle 88, welche durch einen Mast 4 geführt und an einem Rotorkopfantriebsflansch 90 an einer Rotorkopfverlängerung 92 befestigt ist, welche entweder in einem Stück mit dem Rotorkopf 3 hergestellt oder daran fest angebracht ist. Die Antriebswelle 88 weist eine Antriebswellenbefestigungsfläche 94 auf, die am Rotorkopfantriebsflansch 90 mittels Befestigungsmitteln, wie Bolzen, Schrauben, Nieten oder äquivalenten Befestigungsmitteln, welche in den Befestigungslöchern 96 angeordnet sind, angebracht ist. Wenn die Antriebswelle 88 rotiert, rotiert damit der Rotorkopf 3 und die gesamte Rotorkopfanordnung 2. Die Steuernocke 6 kann bei einer rotierbaren Fläche 98, wie einem Lager, relativ zur Rotorkopfverlängerung 92 rotieren.
In einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel kann der Mast 4 rotieren und als Antriebswelle dienen. Das ist eine typische Konstruktion, die bei vielen derzeit existierenden Helikoptern beobachtet wird. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel besteht offensichtlich kein Bedarf an Lagern zwischen der Steuernocke und dem Mast sowie dem Rotorkopf und dem Mast. Jegliche Ausgestaltung umfasst die hierin beschriebene beanspruchte Offenbarung.
Die 10, 11 und 11A zeigen die Installation des Rotorkopfs der vorliegenden Offenbarung bei einer Hybrid-Flugzeugausgestaltung. Die Rotorkopfanordnung 2 ist in ihrem abgedeckten Zustand gezeigt, bei dem beide, die oberen und unteren Rotorabdeckungen angebracht sind. Es muss beachtet werden, dass die Abdeckung aus mehreren Bestandteilen konstruiert werden kann oder mehrere Teile zur Erzielung des gewünschten aerodynamischen Effekts sowie zur gewünschten Abdeckung der Struktur erforderlich sind. Das gezeigte Flugzeug hat herkömmliche Flügel 100 mit Flügelansätzen 102, Düsenkühlungen 104 und ein Fenestron 106. Die Figuren sind nicht maßstäblich, sondern lediglich illustrierend. Die physikalische Erscheinung des Flugzeugs, an welchem die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung angebracht ist, kann sich wesentlich von der in den Zeichnungen gezeigten Erscheinung unterscheiden, um Betriebserfordernisse zu erfüllen. Ein Vektordüse kann anstelle des Fenestrons 106 verwendet werden.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches ein Steuerrad 108 anstelle einer Steuernocke 6 hat. Ähnlich zur Steuernockenausgestaltung rotiert das Steuerrad 108 relativ zum Mast 4. Die Rotation des Steuerrads 108 bewegt die Blattanker 16 gegen oder weg vom äußeren Durchmesser des Rotorkopfs 3. Während dieser Rotation gleiten die Blattholme 10 in den kombi nierten Anstellwinkel- und Holmführungssteuerungen 62 und die Blätter 12 werden infolgedessen über den äußeren Durchmesser des Rotorkopfs ausgefahren oder in den Rotorkopf 3 eingezogen. Das System kann zu einer Rotation im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ausgestaltet sein. Ein Steuerradstellglied kann ein hydraulischer Zylinder 52 mit einem hydraulisch betriebenen Kolben, ein Elektromagnet, ein System von Zahnrädern mit Schneckenrädern, helische Zahnräder, Stirnräder, und ein Zahnstangensystem oder andere Mittel zum Rotieren des Steuerrads 8 in Abhängigkeit einer gewählten Ausgestaltung umfassen. Die kombinierten Anstellwinkel und Holmführungssteuerungen 62 sind auf dem Rotorkopf 3 derart montiert, dass eine Rotation jeder der kombinierten Anstellwinkel- und Holmführungssteuerungen 62 möglich ist, so wie das Steuerrad 108 rotiert wird, und es ist auch möglich, dass jede kombinierte Anstellwinkel- und Holmführungssteuerung 62 den Anstellwinkel in Reaktion auf eine angebrachte Anstellsteuerstange (nicht gezeigt) ändert. Die Zeichnung ist schematisch, nicht maßstäblich, und zeigt sechs Blätter, aber es kann jede Anzahl an Blättern, in Abhängigkeit der gewählten Ausgestaltung, verwendet werden. Die Taumelscheibenanordnung wird im Wesentlichen so wie oben beschrieben betrieben. Die Blätter können vorwärts oder rückwärts (im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn) bezüglich der Rotation des Systems streichen, was durch Flugtests für jede Anwendung und jeden Flugzeugtyp zu ermitteln ist.
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Holm 10 hydraulisch oder pneumatisch eingezogen und/oder ausgefahren werden kann. Das proximale Ende des Holms 10 enthält eine abgedichtete Fluidkammer 110, in der ein stationärer Kolben 112 angeordnet ist. Ein Fluid wird eingespritzt in und abgezogen von einer vorderen Kammer 114 und einer hinteren Kammer 116 des stationären Kolbens 112 durch mit dem Kolben verbundene Hydraulikleitungen 118, wobei die Druckänderungen vor und hinter dem Kolben 112 bewirken, dass der Holm eingezogen oder ausgefahren wird. Die Zeichnung ist schematisch, nicht maßstäblich, und zeigt nur ein Blatt, aber es kann eine Vielzahl von Blättern geben. Die Taumelscheibenanordnung, einschließlich der Steuerstangen, wird im Wesentlichen so wie oben beschrieben betrieben. Holmführungen 14 und ein Anstellwinkelsteuerhorn 24 werden im Wesentlichen in derselben Weise wie oben beschrieben betrieben. Die Holme können auch teleskopierbar sein und beispielsweise zwei oder drei Stufen aufweisen. In dieser Anordnung sind eine Steuernocke oder ein Steuerrad nicht notwendig. In einer alternativen Konstruktion kann anstelle der hydraulischen oder pneumatischen Kraft eine Schraubenanordnung oder ein magnetisches oder elektrisches Stellglied verwendet werden.
Anstelle des Vorsehens einer Steuernocke 6 kann eine Vielzahl verwendet werden. Ein Beispiel ist in 14 gezeigt. Es sind eine obere Steuernocke 120 und eine untere Steuernocke 122 gezeigt. Das Vorsehen oberer und unterer Steuernocken balanciert die Kräfte auf dem in der Nockenauskehlung geführten und mit dem Holm verbundenen Stift. Das Anstellwinkelhorn 24 und die Holmführungen 14 werden im Wesentlichen so wie oben beschrieben betrieben. Die Neigung oder der Winkel der Nockenauskehlung kann in Abhängigkeit der Betriebsparameter und der Ausgestaltungswünsche flach oder steil sein (beispielsweise wie bei 8' gezeigt). Die Zeichnung ist schematisch, nicht maßstäblich, und zeigt nur ein Blatt, aber es kann eine Vielzahl von Blättern geben. Die Taumelscheibenanordnung, einschließlich der Steuerstangen, wird im Wesentlichen so wie oben beschrieben, betrieben.
Die Zeichnung 15 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Trommel oder eine Haspel 124 zum Verkürzen der Länge eines Seils 126 oder eines flexiblen Verbindungselements verwendet wird, wodurch der Holm 10 näher an die Trommel gezogen wird, was die effektive Länge des Holms verkürzt. Die Figur zeigt ein Schneckengetriebe 128, welches die Trommel oder Haspel 124 betreibt, aber andere Getriebesätze können verwendet werden, wie Stirnräder oder gekreuzte helische Zahnräder. Jeder Typ eines Servomechanismus kann verwendet werden in Abhängigkeit der Gestaltungswünsche. Das flexible Seil kann eine Kette, ein Riemen aus Kevlar oder einem Kompositwerkstoff sein. Zentrifugalkräfte werden das Blatt herausziehen, wenn die Trommel oder Haspel 124 in eine Richtung zum Vergrößern der Länge des Seils rotiert wird. Die Zeichnung ist schematisch, nicht maßstäblich, und zeigt nur ein Blatt, aber es kann eine Vielzahl von Blättern geben. Die Taumelscheibenanordnung, einschließlich der Steuerstangen, wird im Wesentlichen so wie oben beschrieben betrieben. Holmführungen 14 und ein Anstellwinkelsteuerhorn 24 werden im Wesentlichen in derselben Weise wie oben beschrieben betrieben.
Die 16 und 17 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Offenbarung, welches keine Nockenauskehlungen an der Steuernocke verwendet. Ein Steuernockenlappen 130 ist an der Rotorkopfanordnung in derselben Weise wie die Steuernocke 6 angebracht. In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Steuernocke 130 eine Ausnehmung 142. Blattholme 10 sind an ihren Wurzeln an jedem Befestigungsloch 132 unter Verwendung entweder einer Lagerbefestigung 134 vom Lord-Typ, vom Stahl-Uniball-Typ oder vom Teflon-Typ mittels eines Befestigungslagerbolzens 136 angelagert und in der Ausnehmung 142, wie in 17E ist, angeordnet. Dieser Ausnehmungsabschnitt kann auch durch einen zweischichtigen Steuernockenlappen 130 gebildet werden, der eine untere Schicht oder Platte 131 aufweist. Dieser Konstruktionstyp ermöglicht es, dass der Blattholm 10 und das Blatt 12 um ihre Längsachse rotiert werden, so wie der Anstellwinkel durch das Anstellwinkelhorn geändert wird, wie das in 16 und 17 als Steuerhorn 138 gezeigt ist. Die Lagerung 134 ermöglicht es dem Blattholm 10 auch, um die Lagerung zu schwenken, wenn der Steuernockenlappen 130 rotiert wird, um die Blattholme und die Blätter einzuziehen oder auszufahren, ähnlich zu dem Betrieb des Mechanismus, der in 12 gezeigt ist. 16 zeigt Bezugslinien, welche die Änderung in den Winkeln der Blattholme und Blätter von der vollständig ausgefahrenen Position 144 bei 0° bis zur vollständig eingezogenen Position 146 bei 18° zeigt.
Derselbe Typ einer Befestigungslagerung 134 kann in Verbindung mit jedem Anstellwinkelhorn oder Steuerhorn verwendet werden, um eine relative Rotationsbewegung mit den an den Anstellwinkelhörnern oder Steuerhörnern angebrachten Anstellwinkelsteuerstangen zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Befestigungslagerung des Typs 134 in die Steuerhornausnehmung 140 des Steuerhorns 138 eingesetzt werden. Die Befestigungslagerung kann dann an einer Anstellwinkelsteuerstange angebracht werden, was sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Bewegung ermöglicht, wenn Blätter 12 eingezogen oder ausgefahren werden.
17A zeigt eine Schwenkholmführung 148 mit einer Öffnung 150 mit rechteckigem Querschnitt zur Aufnahme eines ähnlich geformten Blattholms 10. Ein Steuerhorn 138 (17C) mit einer ähnlich geformten Öffnung 152 ist an der Schwenkholmführung 148 mit befestigten Längsschrauben 154 angebracht, welche in Schraubenbefestigungen 156 in der Holmführung 148 verlaufen. Dadurch kann ein Zwischenraum zwischen der Holm führung 148 und dem Steuerhorn 138 bereitgestellt werden. Zusätzlich hat das Steuerhorn 138 gekrümmte Langlöcher 158, durch welche die befestigten Längsschrauben 154 eingesetzt und wobei die besagten Schrauben dann in den Schraubenbefestigungen 156 befestigt werden. Die bei dieser Konstruktion vorgesehenen Zwischenräume begrenzen die Reaktion auf die Flugzeugsteuerungen, verursacht durch ein Schlagen der Blätter. Die Schwenkholmführung 148 enthält einen flexiblen Einsatz, wie einen Elastomereinsatz 151, der eine Anstellwinkelrotation des Holms 10 ermöglicht. Der Elastomereinsatz 151 ist mit einer Auskleidung 20 ausgekleidet, wie sie oben beschrieben worden ist. Die Schwenkholmführung 148 ist am Rotorkopf 32 mittels einer Schwenkanordnung 160 angebracht, die es der Holmführung 148 ermöglicht zu rotieren, wenn der Blattholm 10 eingezogen oder ausgefahren wird.
17B ist eine alternative Ausgestaltung der Schwenkholmführung 148, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass die zentrale Öffnung eine gerippte Öffnung 162 ist, welche mit einem gerippten Blattholm 10 übereinstimmt. Sie enthält auch einen elastomeren Einsatz 151 und eine Auskleidung 21, welche das Profil definiert. Ein profiliertes Steuerhorn 139 mit einer kompatibel profilierten Steuerhornöffnung 164 ist an der Holmführung 148 (17D) angebracht.
Es ist zu beachten, dass die Rotorkopfanordnung 2 zum Ausfahren und Einziehen der Blätter 12 auf verschiedenartige Weise gestaltet werden kann. Ein Weg ist unumwunden in und aus dem Rotationszentrum der Steuernocke 6, wie in 1 gezeigt ist. Die Steuernocke 6 kann entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert werden. Die 12 und 16 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Blätter 12 von einer voll ausgefahrenen Position in eine eingezogene Position, wie in den 12 und 16 gezeigt ist, streichen. Die Blätter 12 können so ausgestaltet werden, dass sie in ihren Flugwegen entweder nach vorne oder nach hinten streichen. Die endgültige Entscheidung, ob die Rotation im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn für die Rotorkopfanordnung 2 erfolgt und ob die Blätter vorwärts oder rückwärts streichen oder ausgefahren und eingezogen werden entlang der Radiallinie der Rotorkopfanordnung 2, hängt unmittelbar mit der Form, Größe und mit dem Gewicht des jeweiligen Wirt-Flugzeugs ab.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Rotorkopf mit einer Rotorkopfabdeckung versehen, die einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt aufweist, welche im Montagefall eine Tragflügelform zur Verfügung stellen, welche den Luftwiderstand mindert und einen Auftriebskörper für das Flugzeug zur Verfügung stellt. Beispiele derart vervollständigter Anordnungen können den 10 und 11 entnommen werden. Die Ausführungsbeispiele zeigen nur wenige Beispiele der Holmführungen und Anstellwinkelhörner, aber alternative Gestaltungen können verwendet werden. Andere Änderungen können bei den Komponenten des Systems vorgesehen sein und sind den mit Gestaltungsmodifikationen befassten Fachleuten nahegelegt.
Die Offenbarung kann auch bei einem gegenläufig rotierenden System verwendet werden, bei dem zwei Sätze von Rotorblättern, einer über dem anderen, in unterschiedliche Richtungen rotieren. In diesem System ist ein Heckrotor nicht erforderlich. Beispiele und Ausgestaltungen der Offenbarung, wie sie hier angegeben worden sind, sind illustrativ nicht dazu vorgesehen, in irgendeiner Weise die Offenbarung zu beschränken. Die Beispiele sind nicht als Beschränkungen der vorliegenden Offenbarung zu verstehen, da viele Variationen davon möglich sind, ohne von deren Geist und Umfang abzuweichen. Während die Vorrichtung und das Verfahren im Hinblick auf die derzeit als besonders praktisch und bevorzugt angesehenen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, muss es verstanden werden, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele zu beschränken ist. Es ist beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen, die im Geist und im Umfang der Ansprüche enthalten sind, abzudecken, wobei deren Umfang durch die breiteste Interpretation zu erfassen ist, so dass alle Modifikationen von ähnlichen Strukturen umfasst sind. Die vorliegende Offenbarung enthält jegliche und alle Ausführungsbeispiele der folgenden Ansprüche.
Zusammenfassung
Eine Rotorblattanordnung für einen vertikalen Hub eines Flugzeugs weist einen Rotorkopf und eine Vielzahl von Blättern auf, wobei jedes Blatt an einem Mechanismus, wie einer Nockenfläche, angelagert ist, wobei eine Bewegung des Mechanismus bewirkt, dass der radiale Abstand zwischen der äußeren Spitze des anlagernden Blatts und des Zentrums des Rotorkopfs sich verändert, wobei die Länge der Hubfläche abnimmt oder zunimmt. Die Blätter werden von einer voll ausgefahrenen Position, welche einen maximalen Hub zur Verfügung stellt, in eine eingezogene Position bewegt, in der die Blätter aus dem Luftstrom herausgezogen sind. Der Anstellwinkel der Blätter kann durch eine Anstellwinkelsteuerung gesteuert werden, um eine vollständige Helikoptersteuerung zu erreichen. Eine Vielzahl von Kleinblättern kann in der Nähe des äußeren Umfangs des Rotorkopfs angeordnet werden. Wenn diese in den Luftstrom bewegt werden, trifft vorbeiströmende Luft auf die Kleinblätter und übt einen Druck aus, der eine Rotationsbewegung der Rotorblattanordnung verursacht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6062508 [0003]
- US 4913376 [0003]

Claims

Rotorblattanordnung zur Bereitstellung eines vertikalen Hubs eines Flugzeugs, umfassend: einen Rotorkopf; ein um einen zentralen Punkt und relativ zum Rotorkopf rotierbares Steuerrad; eine Vielzahl von Blättern, wobei jedes Blatt am Steuerrad angelagert ist, wobei jedes Blatt einen Blattholm umfasst; wobei die Bewegung des Steuerrads bewirkt, dass der radiale Abstand zwischen der äußeren Spitze des angelagerten Blatts und dem Zentrum des Rotorkopfs sich verändert; eine Anstellwinkelsteuerung mit einer Öffnung, wobei der Blattholm durch die Öffnung in einer Gleitpassung geführt ist, wobei die Anstellwinkelsteuerung mit einer Taumelscheibe verbunden ist; und ein erstes Pendellager, welches zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Anstellwinkelsteuerstange wirkt, wobei die Anstellwinkelsteuerstange zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Taumelscheibe wirkt, wodurch die Anstellwinkelsteuerung den Anstellwinkel jedes Blattholms steuert.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein zweites Pendellager, welches den Blattholm mit der Steuernocke verbindet, wodurch der Blattholm längs seiner Längsachse rotieren kann.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, wobei die Anstellwinkelsteuerungsöffnung eine innere Form aufweist, die im Wesentlichen der äußeren Form des Blattholms entspricht.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 2, wobei die innere Form der Anstellwinkelsteueröffnung polygonal ist.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 2, wobei die innere Form der Anstellwinkel gerippt ist.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Schwenkverbinder, welcher die Holmführung mit dem Rotorkopf verbindet, wobei die Holmführung schwenkbar relativ zum Rotorkopf sein kann.
Rotorblattanordnung für einen vertikalen Hub eines Flugzeug, umfassend: einen Rotorkopf; eine Vielzahl von Nockenflächen; eine Vielzahl von Blättern, wobei jedes Blatt an eine Nockenfläche angelagert ist, wobei jedes Blatt einen Blattholm umfasst; wobei die Bewegung einer Nockenfläche bewirkt, dass der radiale Abstand zwischen einer äußeren Spitze des angelagerten Blatts und dem Zentrum des Rotorkopfs sich verändert; eine Anstellwinkelsteuerung mit einer Öffnung, wobei der Blattholm durch die Öffnung mit einer Gleitpassung geführt ist, wobei die Anstellwinkelsteuerung mit einer Taumelscheibe verbunden ist; und eine Pendellagerung, welche zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Anstellwinkelsteuerstange wirkt, wobei die Anstellwinkelsteuerstange zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Taumelscheibe wirkt, wodurch die Anstellwinkelsteuerung den Anstellwinkel jedes Blattholms steuert.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend eine zweite Pendellagerung, welche den Blattholm mit der Steuernocke verbindet, wodurch der Blattholm längs seiner Längsachse rotieren kann.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend: eine Vielzahl von Kleinblättern, welche nahe des äußeren Umfangs des Rotorkopfs angeordnet sind; wobei die Kleinblätter eine zurückgezogenen Position aufweisen, in der im Wesentlichen alle Abschnitte der Kleinblätter innerhalb eines äußeren Umfangs des Rotorkopfs sind; und einen Kleinblattsteuermechanismus zum Ausüben einer Kraft auf die Kleinblätter, wobei die ausgeübte Kraft einen Teil eines oder mehrerer der Kleinblätter über den Umfang des Rotorkopfs bewegt, wodurch vorbeistreichende Luft auf den bewegten einen oder die mehreren Kleinblättern auftrifft und einen Druck ausübt, welcher eine Rotationsbewegung der Rotorblattanordnung bewirkt.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 8, wobei der Kleinblattsteuermechanismus des Weiteren umfasst: ein Stellglied; und ein am Stellglied angebrachtes Stellgliedseil und einen oder mehrere Kleinblätter, wobei eine Anregung des Stellglieds das Stellgliedseil zieht, wodurch das Stellgliedseil eine Kraft auf das eine oder die mehreren Kleinblätter ausübt.
Rotorblattanordnung für einen vertikalen Hub eines Flugzeugs, umfassend: einen Rotorkopf; eines oder mehrere am Rotorkopf angebrachte Blätter; eine Kolbenkammer am proximalen Ende der besagten einen oder mehreren Blätter, welches dem Zentrum des Rotorkopfs am nächsten ist; eine Holmführung an jedem Blatt; einen Kolben an jeder Holmführung, welcher mit der Kolbenkammer zusammenwirkt, wobei ein Fluid in die eine Seite der Kolbenkammer gezwungen und das assoziierte Blatt hydraulisch in die eine Richtung treibt, und wobei Fluid in die andere Seite der Kolbenkammer gezwungen und das assoziierte Blatt in die andere Richtung treibt; eine Anstellwinkelsteuerung mit einer Öffnung, wobei der Blattholm durch die Öffnung in einer Gleitpassung geführt ist, wobei die Anstellwinkelsteuerung mit einer Taumelscheibe verbunden ist; und eine Pendellagerung, welche zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Anstellwinkelsteuerstange wirkt, wobei die Anstellwinkelsteuerstange zwischen der Anstellwinkelsteuerung und der Taumelscheibe wirkt, wodurch die Anstellwinkelsteuerung den Anstellwinkel jedes Blattholms steuert.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend eine zweite Pendellagerung, welche den Blattholm mit der Steuernocke verbindet, wodurch der Blattholm längs seiner Längsachse rotieren kann.