DE1202649B

DE1202649B - Double-bladed propeller with automatically variable pitch, especially for lighter sport and travel aircraft

Info

Publication number: DE1202649B
Application number: DEV22354A
Authority: DE
Inventors: Michel Albert Vurpillot
Original assignee: MICHEL ALBERT VURPILLOT
Current assignee: MICHEL ALBERT VURPILLOT
Priority date: 1961-04-22
Filing date: 1962-04-14
Publication date: 1965-10-07

Description

Zweiflügeliger Propeller mit automatisch veränderlicher Steigung, insbesondere für leichtere Sport- und Reiseflugzeuge Die Erfindung betrifft einen zweiflügeligen Propeller mit automatisch veränderlicher Steigung, insbesondere für leichtere Sport- und Reiseflugzeuge.Double-bladed propeller with automatically variable pitch, especially for lighter sport and touring aircraft. The invention relates to one double-bladed propeller with automatically variable pitch, especially for lighter sport and touring aircraft.

Es ist bekannt, daß durch die Verwendung eines Propellers mit veränderlicher Steigung an Stelle eines Propellers mit gleichbleibender Steigung in sehr bedeutsamer Weise das Abkommen eines Flugzeugs vom Boden und der Aufstieg eines Flugzeugs verbessert werden können. Die bisher für leichte Flugzeuge verfügbar gewordenen Propeller mit veränderlicher Steigung sind im allgemeinen sowohl hinsichtlich ihrer Funktion als auch hinsichtlich des Aufbaues mehr oder weniger genaue Verkleinerung von Propellern, die bei Flugzeugen großer Leistungsfähigkeit Anwendung finden; diese Nachbildung hat zu verhältnismäßig schweren Propellern und zu komplizierten und beschwerlichen Konstruktionen geführt.It is known that by using a propeller with variable Pitch instead of a propeller with a constant pitch in a very significant Way improves an airplane's get off the ground and the ascent of an airplane can be. The propellers previously available for light aircraft with variable slope are generally both in terms of their function as also with regard to the structure, more or less precise downsizing of propellers, used in high-performance aircraft; this replica has propellers that are relatively heavy and too complicated and cumbersome Constructions guided.

So sind Propellerkonstruktionen bekannt, bei denen für sich automatisch verstellende Propeller schräg liegende Achsen vorgesehen sind, die sich in einem Ab- stand von der Nabenachse des Propellers befinden. Insbesondere sind auch Propeller mit automatisch veränderlicher Steigung bekannt, bei denen die zwei Flügel eine gemeinsame schräge Schwenkachse aufweisen, welche die Nabenachse des Propellers in ihrer Mitte schneidet. Die Propellerflügel sind dabei über getrennte Lagerzapfen, Gelenkstücke und eine Vielzahl weiterer übertragungsteile mit der Nabe verbunden, wobei in jedem dieser für sich beanspruchten Teile erhebliche Kräfte auftreten, die wechselnde Biegemomente und damit verschiedenartige Materialanforderungen stellen, wodurch die Sicherheit beeinträchtigt wird. Es ist außerdem bekannt, einen zweiflügeligen Propeller, der aus einem Stück gebildet ist, mit einem Stift an der Nabe anzulenken.Thus propeller constructions are known in which-adjust itself automatically propeller slanting axes are provided, which stand in a waste are of the hub axle of the propeller. In particular, propellers with an automatically variable pitch are also known in which the two blades have a common inclined pivot axis which intersects the hub axis of the propeller in its center. The propeller blades are connected to the hub via separate bearing journals, articulated pieces and a large number of other transmission parts, with considerable forces occurring in each of these individually stressed parts, which place changing bending moments and thus different material requirements, thereby impairing safety. It is also known to articulate a two-bladed propeller, which is formed from one piece, with a pin on the hub.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zweiflügeligen Propeller mit automatisch veränderlicher Steigung für leichte Flugzeuge verfügbar zu machen, wobei eine vollkommen selbsttätige Einstellung stattfindet und der Propeller sich durch eine sehr einfache Konstruktion auszeichnet.The invention is based on the object of a two-bladed propeller with automatically variable pitch available for light aircraft, whereby a completely automatic adjustment takes place and the propeller itself characterized by a very simple construction.

Die Erfindung geht von einem zweiflügeligen Propeller mit automatisch veränderlicher Steigung aus, bei welchem die Flügel um eine Achse frei schwenkbar sind, die schräg zur Längsmittelachse des Propellerflügels verläuft, um bei jeder Drehzahl automatisch eine Gleichgewichtsstellung zwischen Zentrifugalkraft und aerodynamischer Schubkraft zu erzielen.The invention is based on a double-bladed propeller with automatic variable pitch, in which the wing can pivot freely about an axis are inclined to the longitudinal center axis of the propeller blade to at each Speed automatically establishes an equilibrium between centrifugal force and aerodynamic To achieve thrust.

Die Erfindung besteht darin, daß die zwei Propellerflügel auf einem gemeinsamen schrägen Bolzen angelenkt sind, welcher die Nabenachse des Propellers in ihrer Mitte schneidet.The invention is that the two propeller blades on one common oblique bolts are hinged to which the hub axle of the propeller cuts in the middle.

Im einzelnen läßt sich die Erfindung dadurch verwirklichen, daß an jeder Flügelwurzel ein kappenförmiger Beschlag befestigt ist, der zum gemeinsamen schrägen Bolzen sowie zu Augenansätzen auf der Nabe zueinander ausgerichtete Ösen aufweist. Zweckmäßig weisen dabei die Augenansätze Ösen auf, die auf beiden Seiten von der Nabenachse jeweils zwischen zwei Ösen der beiden Beschläge angeordnet sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen dem Kopf bzw. der Sicherung des schrägen Bolzens und der ersten bzw. letzten öse der Beschläge Rollenlager vorgesehen.In detail, the invention can be realized that on each wing root a cap-shaped fitting is attached to the common oblique bolts as well as eyelets aligned with each other on the hub having. The eye bases expediently have eyelets on both sides are arranged from the hub axle between two eyelets of the two fittings. According to a preferred embodiment, there are between the head and the fuse of the oblique bolt and the first and last eyelet of the fittings roller bearings are provided.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß eine bemerkenswerte Einfachheit bei der Konstruktion erreicht wird, was wiederum eine sehr wirtschaftliche Fertigung erlaubt. Die Sicherheit gegenüber den bekannten Propellern wird dabei nicht beeinträchtigt, sondern durch die Vermeidung von komplizierten Konstruktionsteilen noch gesteigert. Der erfindungsgemäße geringe Gewichts- und Materialaufwand macht die Propellerkonstruktion darüber hinaus für leichte Flugzeuge oder Sportflugzeuge besonders geeignet.The advantages achieved by the invention can be seen in the fact that a remarkable simplicity of construction is achieved, which in turn allows a very economical production. The security against the known Propellers is not affected by this, but by avoiding complicated ones Construction parts even increased. The inventive low weight and The propeller construction also requires material costs for light aircraft or sports aircraft are particularly suitable.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsforin der Erfindung veranschaulicht, welche lediglich ein Beispiel der verfügbaren Ausführungsmöglichkeiten sein soll; in den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine teilweise Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Propellers mit veränderlicher Steigung in schematischer Darstellung, F i g. 2 eine Seitenansicht, F i g. 3 eine Schnittdarstellung nach Linie III-III der F i g. 2, F i g. 4 eine schaubildliche Darstellung, F i g. 5 eine der F i g. 1 entsprechende vergrößerte Darstellung des mittleren Teils des Propellers, wobei der Nabenbereich im Schnitt wiedergegeben ist, F i g. 6 die Darstellung des Propellers nach F i g. 5 in auseinandergenommenem Zustand.In the drawings, an embodiment of the invention is illustrated, which is only intended to be an example of the possible embodiments available; in the drawings, F i g. 1 shows a partial front view of a propeller according to the invention with a variable pitch in a schematic representation, FIG. 2 is a side view, FIG. 3 shows a sectional view along line III-III in FIG. 2, Fig. 4 shows a diagrammatic representation, FIG . 5 one of the F i g. 1 corresponding enlarged representation of the middle part of the propeller, the hub area being shown in section, FIG . 6 shows the representation of the propeller according to FIG. 5 in a disassembled state.

Wie die F i g. 1 und 2 erkennen lassen, besteht der erfindungsgemäße Propeller mit selbsttätig veränderlicher Steigung aus zwei Flügeln 1, die an der Nabe 2 mittels einer schrägen Achse 3 angelenkt sind. Die Nabe 2 ist mit einem Kurbelstück ausgestattet. In jedem Flugzustand steht jeder Flügel einerseits unter dem Einfluß der aerodynamischen Schubkraft T und andererseits unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft F. Unter der Einwirkung dieser Kräfte nimmt der Flügel eine Schrägstellung A gegen die Vorwärtsrichtung ein; dieser Schrägstellung entspricht für ein Bezugsprofil eine Festlegung unter einem Winkel oder einer Steigung B, dergestalt, daß die Kräfte um die Achse 3 ins Gleichgewicht kommen.As the F i g. 1 and 2, the propeller according to the invention with an automatically variable pitch consists of two blades 1 which are articulated to the hub 2 by means of an inclined axis 3. The hub 2 is equipped with a crank piece. In every flight condition, each wing is on the one hand under the influence of the aerodynamic thrust T and on the other hand under the influence of the centrifugal force F. Under the influence of these forces, the wing assumes an inclined position A against the forward direction; For a reference profile, this inclination corresponds to a definition at an angle or a slope B, in such a way that the forces about the axis 3 come into equilibrium.

Für einen gegebenen Flugzustand, welchem eine aerodynamische Schubkraft T, und eine Zentrifugalkraft F, entsprechen, nehmen die Flügel des Propellers eine Schrägstellung A, ein, welcher einer Winkellage oder einer Steigung B, entsprechen (s. den vollausgezeichneten Linienzug in F i g. 2).For a given flight condition, which corresponds to an aerodynamic thrust T and a centrifugal force F, the blades of the propeller assume an inclined position A , which corresponds to an angular position or a slope B (see the fully drawn line in FIG. 2 ).

Für einen davon abweichenden Flugzustand werden die von T, und F, abweichenden Kräfte T, und F., den Flügeln eine andere Schräglage A2, die von A, abweicht, und eine Winkeleinstellung oder Steigung B2, die von Bi abweicht, erteilen (s. gestrichelten Linienzug in F i g. 2).For a different flight condition, the forces T, and F, deviating from T, and F, give the wings a different inclination A2, which deviates from A , and an angle setting or pitch B2, which deviates from Bi (see Sect. dashed line in Fig. 2).

Im allgemeinen sucht man einen Motorgang zu erhalten, welcher zwei bestimmten Flugzuständen iugeordnet ist; beispielsweise sucht man die höchst zulässige Dauerleistung des Motors zu erhalten für a) den Horizontalflug bei maximaler Geschwindigkeit, b) den Anstieg des Flugzeugs.In general, one seeks to obtain a motor gear which is assigned to two specific flight conditions; For example, one tries to obtain the maximum permissible continuous power of the engine for a) level flight at maximum speed, b) the ascent of the aircraft.

Diese beiden Zustände definieren für einen gegebenen Propeller die Winkeleinstellungen B, und B., die man durch die Wahl einer passenden Neigung D der Schwenkachse 3 der Flügel erhalten kann, welche in einer zur Nabenachse des Propellers senkrechten Ebene liegt.These two states define the angle settings B and B for a given propeller, which can be obtained by choosing a suitable inclination D of the pivot axis 3 of the blades, which lies in a plane perpendicular to the hub axis of the propeller.

F i g. 4 zeigt das Beispiel einer Kurve der höchst zulässigen Umlaufgeschwindigkeit n als Funktion der Fluggeschwindigkeit V für einen Propeller mit fester Steigung (gestrichelter Linienzug 4) und für einen Propeller mit veränderlicher Steigung im Sinne der vorliegenden Erfindung (vollausgezogener Linien-Zug 5).F i g. 4 shows the example of a curve of the maximum permissible rotational speed n as a function of the airspeed V for a propeller with a fixed pitch (dashed line 4) and for a propeller with a variable pitch within the meaning of the present invention (full line train 5).

Wie ersichtlich, erhält im Festpunkt Vo die augenblickliche Mehrleistung, die bei den meisten, üblicherweise verwendeten Motoren zulässig ist. Dieses Beispiel ist lediglich zur Erläuterung gegeben; man kann für die Kurve 5 jeden anderen Verlauf erhalten, und zwar entsprechend der Neigung der Schwenkachse der Flügel.As can be seen, at the fixed point Vo receives the instantaneous additional power that is permissible with most of the commonly used motors. This example is given for illustrative purposes only; any other course can be obtained for curve 5 , namely according to the inclination of the pivot axis of the blades.

Ein solcher Propeller, dessen Steigungsänderung einerseits von der Zentrifugalkraft abhängt, die ihrerseits von der Höhe unabhängig ist, und andererseits von der aerodynamischen auf den Flügel einwirkenden Schubkraft abhängt, die ihrerseits mit der Höhe geringer wird, kann offenbar nicht gleichzeitig für einen Flug nahe dem Boden und für einen Flug in großer Höhe befriedigend sein; es gilt daher als erste Voraussetzung, daß der Propeller für Flugzeuge bestimmt ist, die in mittleren Höhen fliegen. Eine befriedigende Arbeitsweise in großer Höhe könnte in sehr einfacher Weise dadurch erhalten werden, daß man die Verlagerung der Flügel in Rückwärtsrichtung begrenzt; das kann mittels eines Anschlags geschehen, der selbsttätig mittels einer Manometerkapsel gesteuert wird, die an der Nabe angebracht ist.Such a propeller, the change in pitch on the one hand from the Centrifugal force depends, which in turn is independent of the height, and on the other hand depends on the aerodynamic thrust acting on the wing, which in turn with the altitude decreasing, apparently cannot be close for a flight at the same time the ground and be satisfactory for high altitude flight; it is therefore considered to be first requirement that the propeller is intended for airplanes that are in middle Flying highs. A satisfactory way of working at great heights could be very easy Way can be obtained by moving the wings in the reverse direction limited; this can be done by means of a stop, which is automatically activated by means of a Manometer capsule is controlled, which is attached to the hub.

Die F i g. 5 und 6 veranschaulichen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Propellers. Die beispielsweise aus geschichtetem Holz oder ganz oder teilweise mit Bakelit behandeltem Holz gefertigten Flügel sind mittels Bolzen oder Hohlnieten in Kappen 7 befestigt, welche die eigentlichen Flügelgelenke bilden. Die Flügel werden dann an die Nabe 2 angeschlossen, die mittels des Flansches 10 an der Kurbelscheibe festgelegt ist, Der Anschluß der Flügel an die Nabe 2 erfolgt mittels des Bolzens 8, welcher in Richtung der schrängen Schwenkachse verläuft und sich in den Augenansätzen 6 einstellt, die an der Stirnseite der Nabe 2 sitzen. Der Bolzen 8 trägt an jedem Ende einen Anschlagring 9, der den größten Teil der Zentrifugalkraft aufnimmt. Die Kappen 7 können einstückig oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein; das hängt von der Art ihrer Fertigung ab.The F i g. 5 and 6 illustrate an embodiment of a propeller according to the invention. The wings, for example made of layered wood or wood treated wholly or partially with Bakelite, are fastened by means of bolts or hollow rivets in caps 7 , which form the actual wing joints. The wings are then connected to the hub 2, which is fixed to the crank disk by means of the flange 10 , the connection of the wings to the hub 2 is carried out by means of the bolt 8, which runs in the direction of the oblique pivot axis and is set in the eye lugs 6 , which sit on the face of the hub 2. The bolt 8 carries a stop ring 9 at each end, which takes up most of the centrifugal force. The caps 7 can be made in one piece or composed of several parts; it depends on how they are made.

Es ist einleuchtend, daß das Arbeitsprinzip des Propellers - Selbsttätigkeit der Steigungsänderung entsprechend dem Gleichgewicht zwischen Zentrifugalkraft und auf den Flügel einwirkender aerodynamischer Schubkraft, die bei dem Umlauf des Flügels um die schräge Achse erhalten wird, und Abhängigmachung der Steigungsänderung von diesem Gleichgewicht - auch bei einem Propeller von mehr klassischer Ausführung anwendbar ist, z. B. bei einem Propeller, wie er in F i g. 5 gezeigt ist. Dabei ist die Nabe mit großen Spurlagern ausgestattet, in welchen die Fußstücke der Flügel eingesetzt sind, derart, daß sie sich frei drehen können.It is evident that the working principle of the propeller - the self-action of the change in pitch according to the equilibrium between centrifugal force and the aerodynamic thrust acting on the wing, which is obtained when the wing revolves around the inclined axis, and making the change in pitch dependent on this equilibrium - also with a Propeller of more classic design is applicable, e.g. B. in a propeller as shown in FIG. 5 is shown. The hub is equipped with large track bearings, in which the foot pieces of the wings are used, so that they can rotate freely.

Der erfindungsgemäße Propeller kann für seinen Einbau als sich selbsttätig einstellender Mechanismus bei stillstehendem Motor durch eine passende Anbringung der Flügelgelenke verwirklicht werden; dies kann nach der Ausführung gemäß F i g. 5 geschehen, wodurch die Anwendung der Erfindung ohne Einschränkung für mehrmotorige leichte Flugzeuge ermöglicht ist.The propeller according to the invention can be implemented for its installation as an automatically adjusting mechanism when the engine is at a standstill by fitting the wing joints appropriately; this can after the execution according to FIG. 5 happen, whereby the application of the invention is made possible without restriction for multi-engine light aircraft.

Da der Propeller mit angelegten Flügeln ausgestattet ist, so ist verständlich, daß die bei den herkömmlichen Konstruktionen so schwierig zu beherrschenden Biegekräfte am Fußstück der Flügel beseitigt sind; jeder Flügel ist nur mäßigen Biegekräften in seinem mittleren Teil ausgesetzt, wodurch eine leichtere Konstruktion ermöglicht ist; darüber hinaus ergibt sich aus der Verineidung von als Schwungmassen wirkenden Ansätzen, die bei gewissen Propellertypen mit selbsttätig veränderlicher Steigung Anwendung finden, eine wesentliche Verringerung des Gesamtgewichtes.Since the propeller is equipped with attached blades, it is understandable that the bending forces that are so difficult to control in conventional constructions at the foot of the wings are eliminated; each wing is only subject to moderate bending forces exposed in its central part, which allows a lighter construction is; in addition, it results from the avoidance of acting as centrifugal masses Approaches that with certain propeller types with automatically variable pitch Apply a substantial reduction in total weight.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 und 6 entfällt die Notwendigkeit, Spezialkugellager an den Fußstücken der Flügel zu verwenden; es genügen einfache und herkömmliche Konstruktionsteile ohne wesentliche Genauigkeit der Bearbeitung; die auf die Nabenteile einwirkenden Kräfte sind in besonders weitgehendem Maße begrenzt; diese Teile können daher in besserer Anpassung an ihre Beanspruchung dimensioniert werden. Die Anordnung zur selbsttätigen Änderung der Steigung ist in gleicher Weise bei bestimmten industriellen Axialgebläsen anwendbar, für welche ein großer Forderbereich verlangt wird, ohne die Pumpwirkung in Frage zu stellen; dabei kann das Gebläse mit konstanter Geschwindigkeit laufen, während die Regelung der Fördermenge durch Drosselung der zugehörigen Leitung bewirkt wird.In the embodiment according to FIG. 5 and 6 eliminates the need to use special ball bearings on the foot pieces of the wings; simple and conventional structural parts are sufficient without significant machining precision; the forces acting on the hub parts are particularly limited; these parts can therefore be dimensioned to better match their demands. The arrangement for automatically changing the pitch can be used in the same way in certain industrial axial fans for which a large conveying range is required without questioning the pumping effect; the fan can run at constant speed while the flow rate is regulated by throttling the associated line.

Es ist verständlich, daß die Erfindung nicht nur bei Propellern mit zwei Flügeln anwendbar ist, sondern auch bei Propellern, die drei oder mehr Flügel aufweisen. Im übrigen bleiben im Rahmen der Erfindung zahlreiche konstruktive Änderungen möglich. meinsamen schrägen Bolzen (8) angelenkt sind, welcher die Nabenachse (2) des Propellers in ihrer Mitte schneidet.It will be understood that the invention is applicable not only to propellers having two blades, but also to propellers having three or more blades. In addition, numerous design changes remain possible within the scope of the invention. common oblique bolt (8) are articulated, which intersects the hub axis (2) of the propeller in its center.

2. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Flügelwurzel (1) ein kappenfönniger Beschlag M befestigt ist, der zum gemeinsamen schrägen Bolzen (8) sowie zu Augenansätzen (6) auf der Nabe (2) zueinander ausgerichtete Ösen aufweist.2. Propeller according to claim 1, characterized in that a cap-shaped fitting M is attached to each wing root (1) , which has mutually aligned eyelets for the common oblique bolt (8) and for eye lugs (6) on the hub (2).

3. Propeller nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Augenansätze (6) Ösen aufweisen, die auf beiden Seiten von der Nabenachse (2) jeweils zwischen zwei Ösen der beiden Beschläge (7) angeordnet sind. 3. Propeller according to claims 1 and 2, characterized in that the eyelets (6) have eyelets which are arranged on both sides of the hub axle (2) between two eyelets of the two fittings (7) .

4. Propeller nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf bzw. der Sicherung des schrägen Bolzens (8) und der ersten bzw. letzten öse der Beschläge (7) Rollenlager (9) vorgesehen sind.4. Propeller according to Claims 1 to 3, characterized in that roller bearings (9) are provided between the head or the securing of the inclined bolt (8) and the first or last eyelet of the fittings (7).

Claims

Claims: 1. Double-bladed propeller with an automatically variable pitch, especially for light aircraft, in which the blades can be freely pivoted about an axis which runs obliquely to the longitudinal center axis of the propeller blade in order to automatically achieve a position of equilibrium between centrifugal force and aerodynamic thrust at every speed, d a d g e k urch hen -zeichnet that the two wings on a ge-contemplated publications:. German patents # 572 496, 489 230; British Patent No. 264,992; USA. Patent Nos. 1,491,997, 2,373,108.