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Drehmoment-Ausgleichseinrichtung an Seitensteuerung für Hubschrauber
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hubschrauber mit einem Hubrotor, einem die
Seitensteuerung bewirkenden Schwanzrotor und einem Strömungstriebwerk mit einer
Gaskammer, welches den Hubrotor und den Schwanzrotor gemeinsam antreibt, und betrifft
eine Vorrichtung zur Kompensation des vom Hauptrotor auf den Hubschrauber ausgeübten
Drehmomentes durch eine Verstellung des Anstellwinkels der Schwanzrotorblätter zusätzlich
zu deren Verstellung zur Seitensteuerung.
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Bei Hubschraubern mit nur einem Hubrotor übt dieser ein Drehmoment
um eine vertikale Achse auf den Hubschrauber aus. Dieses Drehmoment variiert mit
den Betriebsdaten des Hauptrotors. Die Seitensteuerung bei derartigen Hubschraubern
erfolgt durch einen horizontalen, eine entsprechende Schubkomponente quer zur Längsachse
ausübenden Schwanzrotor, wobei die Schubleistung des Schwanzrotors durch Betätigung
der Steuerorgane vom Piloten verstellbar ist. Durch diesen Schwanzrotor muß außerdem
auch das vom Hauptrotor auf den Hubschrauber ausgeübte Drehmoment kompensiert werden.
Dies erfolgt im einfachsten Falle durch entsprechende entgegengerichtete Betätigung
der Seitensteuervorrichtung.
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Da das von dem Hauptrotor auf den Hubschrauber ausgeübte Drehmoment
mit der vom Hauptrotor abgegebenen Leistung variiert, sind sich ständig ändernde
Steuerausschläge erforderlich, um die entsprechenden Drehmomentvariationen zu kompensieren.
Da der Schwanzrotor nur für eine bestimmte Maximalschubkomponente, in jeder der
beiden Richtungen ausgelegt ist, ergibt sich mit steigendem, vom Hauptrotor ausgeübtem
Drehmoment eine entsprechende Verminderung der möglichen Steuerwirkung in der dem
Drehmoment entgegengesetzten Richtung, da ein erheblicher Teil der Schubkraft zur
Kompensation des Drehmomentes verwendet werden muß und nicht als Steuerkraft zur
Verfügung steht. Es ergibt sich damit außerdem eine erhebliche Erschwerung der Steuerbedienung,
da in Abhängigkeit von den Variationen des Drehmomentes die Betätigungskraft der
Seitensteuerung nicht symmetrisch erfolgen kann.
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Um eine Symmetrie der Steuerung zu erreichen, ist bereits eine Vorrichtung
zur Steuerung des Schraubenzuges zur Veränderung des Steigungswinkels des Schwanzrotors
sowie einer weiteren Anordnung zur Steuerung des Schwanzrotors bekannt, die ein
Addierungsbauteil aufweist, das mit der Steuerungsvorrichtung für den Schraubenzug
verbunden ist und durch den Piloten gesteuert wird. Dadurch kann vom Piloten durch
eine gesonderte Vorrichtung das vom Hauptrotor ausgeübte Drehmoment so kompensiert
werden, daß die Seitensteuerung symmetrisch ausgetrimmt ist. Bei dieser bekannten
Einrichtung muß der Pilot von sich aus, entsprechend dem Drehmoment, die zur Kompensation
notwendige Verstellung vornehmen, d. h., er muß entsprechend den Leistungsänderungen
im Hauptrotor die Seitensteuerung ständig nachtrimmen.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Einrichtung
zu schaffen, durch die die Kompensation der Änderungen des vom Hauptrotor ausgeübten
Drehmomentes selbsttätig in Abhängigkeit von diesen Drehmomentänderungen erfolgt.
Gemäß der Erfindung wird dies durch eine Vorrichtung erreicht, die mit dem Schwanzrotor
und dem Triebwerk so in Verbindung steht, daß in Abhängigkeit von einem Leistungscharakteristikam
des Triebwerkes über eine entsprechende Additionsverstellvorrichtung eine selbsttätige
Verstellung erfolgt. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der Einrichtung wird
also das vom Hauptrotor auf den Hubschrauber ausgeübte variable Drehmoment durch
ein Leistungscharakteristikum des den Hauptrotor antreibenden Triebwerkes simuliert
und eine entsprechende zusätzliche Verstellkomponente auf die Seitensteueranordnung
übertragen, so daß eine automatische Trimmung der Seitensteuerung erreicht wird.
Da das Triebwerk ein Turbinentriebwerk ist,
erfolgt die zusätzliche
Verstellung zur Kompensation des Drehmomentes durch einen auf den Druck in der Gaskammer
des Turbotriebwerkes ansprechende Vorrichtung, die über ein entsprechendes Hebelwerk
die vom Gasdruck ausgelöste Bewegung als Verstellkomponente auf die Seitensteueranordnung
überträgt.
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Die auf den Druck in der Gaskammer ansprechende Vorrichtung enthält
vorzugsweise einen Kolben, der verschiebbar in einem Zylinder liegt und dessen Beaufschlagungsseite
über eine Leitung mit der Triebwerks-Gaskammer in Verbindung steht, wobei der Kolben
im Zylinder entgegen der Beaufschlagungskraft durch den Gasdruck durch eine Feder
vorgespannt ist. Die den Kolben mit der Steueranordnung zur Verstellung des Anstellwinkels
der Schwanzrotorblätter verbindende Vorrichtung besteht vorzugsweise aus einem Gestänge,
das einerseits mit dem Kolben und andererseits mit dem vom Piloten zu betätigenden
Seitensteuerorganen so in Verbindung steht, daß eine Addition oder Subtraktion des
Verschiebeweges des Kolbens zu der über die Steuerorgane ausgeübten Steuerbewegung
in Abhängigkeit vom Drehmoment des Hauptrotors erfolgt.
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Weitere erfindungsgemäße Zwecke und Vorteile ergeben sich aus der
Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in mehr oder weniger schematischer
Umrißform ein Hubschrauber einschließlich eines Rumpfes 1 gezeigt, auf dem
drehbar die Antriebswelle 2 angeordnet ist, die eine Nabe 3 zum Drehen der
Flügel 4 des Hauptrotors abstützt. An dem Rumpf 1 ist ebenfalls ein Schwanzrotor
5 angeordnet, der auf der Welle 6 drehbar gelagert und in dem Heckteil
7 angeordnet ist. Ein Turbinenmotor 8 gibt die Kraft sowohl für den
Hauptrotor 4 und dem Schwanzrotor 5 ab und weist einen Gaserzeugungsabschnitt
11 mit Einlaßende 10
und Turbine 12 auf. Eine durch das von dem Abschnitt
11 abgegebene Gasmedium angetriebene Leistungsturbine 14 treibt eine Welle
15 an, die die abgegebene Leistung auf ein Getriebe 16 zum Antrieb
des Hauptrotors 4 abgibt. Sobald der Druck in der Turbinenkammer 14a der Turbine
des Antriebsgases zunimmt, nimmt in entsprechender Weise das Drehmoment auf die
Hauptwelle zu. Eine übliche Freilaufeinheit 17 ist vorzugsweise in die Welle
15 zwischengeschaltet.
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Der Schwanzrotor 5 wird durch den Hauptrotor vermittels einer
üblichen Antriebswelle 20 für den Schwanzrotor angetrieben, die drehbar in Lagerungen
21 getragen wird, die in dem Heckteil 7 abgestützt sind. Es ist zweckmäßig,
daß der Schraubenzug des Schwanzrotors sich in übereinstimmung mit veränderlichen
Bedingungen ändert, die durch Drehmomentveränderungen bedingt werden, wobei an diesem
Ende eine herkömmliche Vorrichtung, die in allgemeiner Weise durch das Bezugszeichen
23 angezeigt ist, vorgesehen ist, um den Steigungswinkel des Schwanzrotors
5 aufgrund der Bewegung einer Stange oder Zug-Druck-Kabels 24 zu verändern.
Es kann natürlich jedes geeignete übertragungsbauteil angewandt werden, und die
gezeigte Stange oder Kabel 24 dient lediglich zum Zwecke der Erläuterung. Wie bei
herkömmlichen Hubschraubern wird die Vorrichtung zur Steuerung des Steigungswinkels
des Schwanzrotors durch die Pilotensteuerung betätigt, z. B. durch Betätigung der
Fußpedale 30, die drehbar bei 31 um das Rahmenwerk la des Luftfahrzeuges
angelenkt sind. Eine Stange oder ähnliches die Kraft übertragendes Bauteil
32
dreht einen Kniehebel 33 um den Stift 34, der in einer Halterung
35 auf dem Rahmen la angeordnet ist. Ein Verbindungsglied 36, das
drehbar mit einem Addierungsglied 37 zur Steuerung des Schraubenzuges an
dem Drehpunkt 38 verbunden ist, ist vorgesehen, um so die Hin- und Herbewegung
des Kniehebels in eine Schwingbewegung des Addierungsgliedes 37 zu übertragen.
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An dem anderen Ende 40 des Addierungsgliedes 37 ist drehbar
eine Kolbenstange 41 befestigt, die durch einen Kolben 42 in einem Zylinder 43 getragen
wird. Eine in die Turbinenkammer 14 a
hineinlaufende Leitung 44 bringt das
fließende Medium in Verbindung mit dem Zylinder 43 über den Kolben 42 und neigt
dazu, denselben nach unten gegen die Einwirkung der Spiralfeder 46 zu drücken. Somit
neigt die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 42 dazu, das Addierungsglied
37 um den Drehpunkt 38 an dem übertragungsglied 36 der Pilotensteuerung
zu drehen, und die Hin- und Herbewegung des Gliedes 36 der Pilotensteuerung
neigt dazu, das Addierungsglied 36 um den Drehpunkt 40 an der Kolbenstange
41 zu drehen. Jede Einwirkung führt zu einer querseitigen Bewegung des Addierungsgliedes
37, die durch jede geeignete Vorrichtung, wie einen Kniehebel 48, in eine
Bewegung des Kabels 24 übertragen werden kann, um so den Steigungswinkel des Schwanzrotors
5 zu verändern.
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Wenn somit die Motorenleistung verändert wird, um die Betriebsgeschwindigkeit
des Rotors einzustellen oder wieder auf ihre Arbeitsleistung zu bringen, wird der
Steigungswinkel durch Verschieben des Kolbens 42 als direkte Folge der Drehmomentveränderung
verschoben, die sich durch eine Druckerhöhung in der Turbinenkammer 14a zeigt, ohne
daß die Pedalbewegung beeinflußt wird, die immer noch in ihrem vollen Bereich angewandt
werden kann, um getrennt oder gleichzeitig die Vorrichtung 20 zur Steuerung des
Steigungswinkels zu betätigen. Die Vorrichtungen zur übertragung der Bewegung auf
die Verbindung 37, 48 zur Steuerung des Steigungswinkels des Schwanzrotors
im Verhältnis zu dem Drehmoment der Rotorwelle ist einfach als ein unter Federeinwirkung
stehender Kolben 42 gezeigt. Es versteht sich jedoch, daß andere Vorrichtungen,
und zwar sowohl mechanische als auch weitere Anordnungen, angewandt werden können,
um eine derartige Bewegung linear oder nicht linear in Abhängigkeit von der gemessenen
Wechselwirkung des Gasdruckes in der Kammer 14a und dem Drehmoment der Rotorwelle
zu übertragen. Weiterhin läßt sich ein derartiges Verhältnis von Druck und Drehmoment
ebenfalls auf eine Turbine mit feststehender Welle, und zwar insbesondere in den
letzten Arbeitsstufen derselben. anwenden.
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Es lassen sich im Rahmen der Erfindung Ab-
wandlungen und Modifizierungen
ausführen, ohne vom Geist und Umfang derselben abzuweichen.