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Fliegerschulungsgerät zur Ausbildung von Piloten für Drehflügelflugzeuge
Die Erfindung betrifft ein Fliegerschulungsgerät zur Ausbildung von Piloten für
Drehflügelflugzeuge mit einem auf ortsfestem Fundament errichteten Drehgestell,
einem am Drehgestell angelenkten, höhenverstellbaren Untergestell und einer mit
dem Untergestell verbundenen Hubschrauberattrappe.
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Es sind bereits Fliegerschulungsgeräte für diesen Einsatzzweck bekannt,
mit deren Hilfe die Drehbewegung des Hubschraubers um die Hochachse und eine Bewegung
in Richtung der Hochachse nachgeahmt werden kann. Die zur horizontalen Beschleunigung
erforderliche Neigung des Hubschraubers kann mit diesem Gerät jedoch nicht nachgeahmt
werden. Um auch für die Beherrschung einer bestimmten Neigung des Hubschraubers
eine übungsmöglichkeit zu schaffen, wurden Schulungsgeräte auf einen rotationssymmetrischen
Schwimmer gesetzt, so daß zusätzlich zu der Drehung um die Hochachse und einer Höhenverstellbarkeit
in Richtung der Hochachse noch zwei weitere Translationen und Rotationen möglich
sind. Damit besitzt das auf einer Wasseroberfläche schwimmende Gerät grundsätzlich
sämtliche Freiheitsgrade, die auch ein Hubschrauber aufweist.
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Das mit einem rotationssymmetrischen Schwimmer versehene Übungsgerät
besitzt jedoch den Nachteil, daß der Schwimmer relativ zu den Steuerkräften eine
größere Masse und damit ein größeres Trägheitsmoment aufweist als ein Hubschrauber,
das sich in einer geringeren Empfindlichkeit der Längs- und Quersteuerung bemerkbar
macht. Durch die gegenüber einem Hubschrauber unterschiedlichen Verhältnisse zwischen
Rotorschub und Gesamtgewicht des Gerätes müssen beim Abstoppen und Beschleunigen
des Trägers zeitlich und im Ausschlag viel zu große Knüppelbewegungen durchgeführt
werden, wenn sich der rotationssymmetrische Schwimmer bei einer entsprechenden Neigung
auf der Oberfläche des Wassers abstützt. Abgesehen von den vorerwähnten Nachteilen,
die eine wirklichkeitsgetreue Nachahmung unmöglich machen, wird auch mit einem schwimmenden
Übungsgerät eine Schulung bei Temperaturen unter 0° nahezu ausgeschlossen sein.
Es hat sich auch gezeigt, daß die horizontalen Bewegungsmöglichkeiten des übungsgerätes
von pädagogischen Gesichtspunkten her gesehen nur eine untergeordnete Bedeutung
besitzen, da die Bewegungen im reinen Hubschrauberflug erst nach der Lageänderung
eintreten, so daß die Schulung von Hubschrauberpiloten grundsätzlich auch auf ortsfesten
Fliegerschulungsgeräten, bei denen keine horizontale Bewegungsmöglichkeit besteht,
vorgenommen werden könnte. Es ist ein weiterer Schulungsgerätetyp bekannt, wobei
das mit Rotoren versehene Drehflügelaggregat über einen Trägerarm mit der Spitze
eines Haltemastes verbunden ist und um diesen herum eine Kreisbahn ausführt und
sich willkürlich auf unterschiedliche, durch die Fesselung begrenzte Höhen erheben
kann. Der Trägerarm ist mit einem Gegengewicht versehen, mit dem das Drehflügelaggregat
in jeder Höhenlage etwa im Gleichgewicht steht. Da auch bei diesem Gerät große Massenkräfte
für den Vorwärtsflug zu überwinden sind und eine Bewegbarkeit des Gerätes quer zu
seiner Flugrichtung gänzlich unmöglich ist, gibt es die Reaktion des Hubschraubers
in unrichtiger Form wieder.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Schulungsgerät
zu schaffen, mit dem alle wichtigen Steuerbewegungen des Hubschraubers nachgeahmt
werden können, so daß der Flugschüler sämtliche Flugbewegungen außer der horizontalen
Fortbewegung erlernen kann, wobei alle eingegebenen Steuerkommandos mit hubschrauberähnlicher
Empfindlichkeit ausgeführt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen
dem das Drehgelenk tragenden Gestellteil und dem Fundament ein Schwenkgelenk angeordnet
ist, das Neigungen des Hubschraubers um mindestens eine horizontale Drehbewegungsachse
zuläßt.
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Durch die Anordnung des Schwenkgelenkes zwischen Drehgelenk und Fundament
hat der Hauptrotor des Hubschraubers den bei gegebener Gerätsgröße größten Abstand
vom Schwerpunkt. Hierdurch
werden selbst bei geringer Motorleistung
des Hubschraubers große, das Gerät neigende Momente erzeugt und eine hohe Empfindlichkeit
auf entsprechende Steuerausschläge des Piloten gewährleistet.
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Die Neigung des Gerätes wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
durch ein Schwenkgelenk erreicht. das aus einer sich auf dem Fundament abstützenden,
ortsfesten Stützfläche und einer sich auf dieser abwälzenden Kugelkappe gebildet
wird, die mit dem Drehgelenk verbunden und gegen seitliches Verschieben sowie Abheben
und Verdrehen um die Hochachse gesichert ist.
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Wird bei einem in dieser Weise ausgebildeten Schwenkgelenk der Radius
der Kugelkappe bei mittlerer Höhenlage des Hubschraubers gleich dem Schwerpunktabstand
des sich neigenden Teiles des Gerätes über der Stützfläche gemacht, so herrscht
eine sich über den gesamten Neigungswinkelbereich des Gerätes erstreckende indifferente
Gleichgewichtslage, die die Steuerwirksamkeit bzw. Steuerempfindlichkeit des Schulungsgerätes
in besonders günstiger Weise erhöht.
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Die gewünschte Indifferenz kann bei labiler Aufhängung des Schulungsgerätes
auch durch Anbringung von elastischen Gliedern, die die jeweils auslenkende Kraft
kompensieren, erreicht werden.
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Außer einem aus einer ortsfesten Stützfläche und einer sich darauf
abwälzenden Kugelfläche bestehenden Schwenkgelenk kann die Neigung des übungsgerätes
auch durch ein Kardangelenk erreicht werden. In diesem Falle ergibt sich ein labiles
Gleichgewicht des Hubschraubers um seine Längs- und Querachse.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines Fliegerschulungsgerätes
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 die Gesamtseitenansicht eines Fliegerschulungsgerätes
mit teilweisem Schnitt, F i g. 2 den unteren Geräteteil von F i g. 1 in einer geneigten
Lage, F i g. 3 den unteren Geräteteil mit einer anderen Schwenkgelenkausbildung,
F i g. 4 einen vergrößerten Längsschnitt durch das Schwenkgelenk nach F i g. 1 und
2, F i g. 5 eine vergrößerte Teilansicht in Richtung des Pfeiles 5 von F i g. 1.
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Das Fliegerschulungsgerät (F i g. 1) besteht aus einem Hubschrauber
10 mit einem Hauptrotor 11
und einem Heckrotor 12. Die Steuerbetätigungsmittel
13 am Pilotensitz 14 sind mit den Rotoren 11, 12
durch Steuerseile
16 verbunden. Ein Motor 15 treibt sowohl den Hauptrotor
11 als auch den Heckrotor 12 an. Der Hauptrotor 10 ist mit einem Untergestell
17 über Hebel 18, die in den Gelenken 19 und 20 parallel geführt sind, verbunden.
Das Untergestell 17 ist auf einem Drehgestell 21 um die Hochachse drehbar
gelagert. An dem mit 8 bezeichneten Drehgelenk ist eine nicht näher gezeigte Bremse
22 angeordnet, wodurch die Drehbewegung des Hubschraubers 10 um seine Hochachse
gebremst werden kann.
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Zwischen dem das Drehgelenk 8 tragenden Gestellteil 21 und
dem Fundament 30 ist ein Schwenkgelenk (24, 25 bzw. 42) angeordnet,
das Neigungen des Hubschraubers 10 um mindestens eine horizontale Achse zuläßt.
Das Schwenkgelenk setzt sich zusammen aus einer sich auf dem Fundament 30 abstützenden
ortsfesten Stützfläche 25 und einer sich auf dieser abwälzenden, mit dem Drehgelenk
8 über den Gestellteil 21 verbundenen und gegen seitliches Verschieben sowie
Abheben und Verdrehen um die Hochachse gesicherten Kugelkappe 24.
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Um über den gesamten Neigungsbereich des Hubschraubers ein indifferentes
Gleichgewicht zu erhalten, ist der Radius der Kugelkappe 24 bei mittlerer Höhenlage
des Hubschraubers 10 gleich dem Schwerpunktabstand des sich neigenden Teiles
des Gerätes über der Stützfläche 25.
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Die kugelförmig ausgebildete Kappe 24 kann in besonderen Fällen
in der Mitte auch etwas geringer gekrümmt sein als am Rande. Hierdurch werden etwaige
Formänderungen innerhalb des Gerätes, die z. B. in einer geringfügigen Durchbiegung
des den Hubschrauber tragenden Gestänges liegen können, infolge Schwerpunktverlagerung
während des Neigens ausgeglichen.
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Die Kugelkappe 24 ist auf der Stützfläche 25
gegen seitliches
Verschieben sowie Abheben und Verdrehen um die Hochachse gesichert. Zu diesem Zweck
besitzt die Kugelkappe (F i g. 1, 2 und 4 ) einen an ihrer Unterseite ausgebildeten,
zentrisch angeordneten Zapfen, der in eine Ausnehmung 27 in der Stützfläche 25 hineinragt.
Die Ausdehnung der Ausnehmung 27 in der Stützfläche ist hinsichtlich ihrer Form
und Größe so ausgeführt, daß zwar eine Bewegung des Zapfens 26 in der Ausnehmung
27
möglich, jedoch eine relative Verschiebung der Kugelfläche 24 gegenüber
der Stützfläche 25 ausgeschlossen ist. Der in die zylindrische Bohrung der
Stützfläche 25 (F i g. 4) hineinragende Zapfen 26 besitzt Kreisquerschnitt
und weist im Längsschnitt etwa die Form einer Kreisevolvente auf. Hierdurch ist
bei jedem Neigungswinkel des Gerätes eine sichere Anlage des Zapfens an zwei einander
in der Neigungsachse gegenüberliegenden Punkten der Bohrung sichergestellt, so daß
eine relative Verschiebung der beiden Schwenkgelenkhälften ausgeschlossen ist. Zur
Sicherung der Kugelkappe gegen Abheben von der Stützfläche ist ein Sicherungsseil
28 vorgesehen, das einerseits am Zapfen 26 und andererseits am Fundament
30 befestigt ist. Die Länge des Sicherungsseiles ist dabei so gehalten, daß
das Seil 28 einer Neigung des Gerätes und Auslenkung des Zapfens 26 in der Bohrung
27 noch ohne Spannung folgen kann.
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An Stelle eines einzigen Zapfens 26 könnten in besonderen Fällen auch
zwei oder mehr entsprechend dem Zapfen 26 ausgebildete Zapfen an der Kugelkappe
24 vorgesehen sein, wobei mehrere angeordnete Zapfen zugleich als Sicherung
gegen ein relatives Verdrehen der beiden Gelenkhälften wirken würden, wobei eine
symmetrische Anordnung der Zapfen Voraussetzung ist.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel (F i g. 3) ist an Stelle eines
Kugelgelenkes ein Kardangelenk 42
als Schwenkgelenk angeordnet. Außerdem sind
(F i g. 1 bis 3) an dem das Drehgelenk 8 tragenden Gestellteil 21 bzw. 41 vier rechtwinklig
zueinander angeordnete und an der Neigung des Hubschraubers 10 teilnehmende
seitliche Auslegerarme 23 (F i g. 1 und 2) bzw. 43 (F i g. 3) angeordnet,
deren Enden mit wahlweise in oder außer Wirkung bringbaren, die Neigung des Hubschraubers
mindestens um eine horizontale Achse blockierbaren Bodenstützen 35 zusammenarbeiten.
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Die Auslegerarme 23 bzw. 43 besitzen einen solchen Abstand
vom Boden, daß seitliche Neigungen des Hubschraubers in einem Winkel "x =etwa -4°
(F i g. 2) möglich sind. Um ein besonders hartes Aufsetzen
der
Auslegerarmenden auf dem Boden auszuschließen, sind im Auflagebereich der Ausleger
elastische Anschläge 31 am Boden angeordnet. Die Elastizität der Anschläge ist hierbei
so gewählt, daß ein Mehrausschlag der Trägerarme 23 bzw. 43 um einen Winkel /3 von
etwa 2° möglich ist.
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Bei besonders schweren Geräten, bei denen die Gefahr eines harten
Aufsetzens der Trägerarme leicht gegeben ist, können die elastischen Anschläge 31
zusätzlich noch mit energieverzehrenden Gliedern, z. B. mit Stoßdämpfern, versehen
sein, die jedoch den maximalen Neigungsbereich des Hubschraubers nicht beeinträchtigen
dürfen. Ein Neigungsbereich des Hubschraubers von maximal ± 6° hat sich für die
Schulung von Piloten für Drehflügelflugzeuge als ausreichend erwiesen.
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Um einerseits bei Nichtbenutzung des Gerätes bzw. vor dem Beginn der
Schulung den Hubschrauber in annähernd horizontaler Lage zu halten und andererseits
dem Schüler die Möglichkeit zu geben, die Neigung des Hubschraubers um alle horizontalen
Achsen nacheinander beherrschen zu lernen, sind unter den Enden der Auslegerarme
wahlweise in oder außer Wirkung bringbare Bodenstützen 35 vorgesehen. Sind die Bodenstützen
35 nur unter zwei einander gegenüberliegenden Auslegerarmen angeordnet, so ist die
Neigungsmöglichkeit des Hubschraubers um nur eine horizontale Achse beschränkt.
In diesem Zustand kann der Flugschüler also bei Schulungsbeginn die Steuerung des
Hubschraubers um jede Achse einzeln nacheinander erlernen. Ein Verdrehen des Gestellteiles
21 bzw. 41
mit den Auslegerarmen 23 bzw. 43 wird durch eine Schere
37 verhindert, deren einer Arm am Ende eines der Ausleger und deren anderer Arm
am Boden befestigt ist.
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Um zu verhindern, daß bei zwei festgestellten, einander gegenüberliegenden
Trägerarmen die Neigung des Hubschraubers um die in Richtung der festgestellten
Trägerarme liegende horizontale Achse die Bodenstütze der Abrollbewegung der Trägerarme
Widerstand bieten, sind die Stützen 35 an ihrer die Auslegerarme 23 bzw. 43 berührenden
Auflagefläche abgerundet (F i g. 5).
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Da bei Verwendung eines Kardangelenkes als Schwenkgelenk (F i g. 3)
die Aufhängung instabil ist, sind unter den Auslegern 43 sich gegen den Boden abstützende
Druckfedern 44 angeordnet, die einer Auslenkung des Gerätes aus der Mittellage
eine solche Kraft entgegensetzen, daß das von der Schwerkraft des gesamten Gerätes
erzeugte Kippmoment nahezu ausgeglichen wird. An Stelle von Druckfedern 44 können
auch Zugfedern verwendet werden oder Gummielemente eingesetzt werden, gegen die
sich alle vier Ausleger abstützen.
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Eine zusätzliche Blockierung gegen seitliches Neigen des Hubschraubers
läßt sich auch dadurch erreichen, daß oberhalb des Schwenkgelenkes 24, 25 eine im
Bewegungsbereich des Landegestells 9 des Hubschraubers liegende und mit dem Fundament
30 über Stützen 39 fest verbundene Plattform 38 angeordnet ist, auf die der Hubschrauber
10 beim Absenken mit seinen Landekufen 9 aufsetzt, wobei gleichzeitig auch eine
Abbremsung der Drehung um die Hochachse erreicht wird. Ist die Plattform 38 nicht
vorhanden, erfolgt die Abbremsung der Drehbewegung um die Hochachse beim Absenken
des Hubschraubers 10 in seine Ruhestellung durch auf die Bremse 22 wirkenden automatischen
Auslösemittel, wobei die Neigung des Hubschraubers hierbei ausschließlich durch
die Bodenstützen 35 blokkiert wird.