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Schubkompensator für eine Gruppe von auftrieberzeugenden Düsenmotoren
für Flugzeuge Die Erfindung betrifft einen Schubkompensator für eine Flugzeugmotoranlage,
d. h. eine Vorrichtung, welche sicherstellt, daß eine Gruppe von Düsenmotoren
immer einen bestimmten Gesamtschub liefert.
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Bei VTOL-Flugzeugen mit einer Mehrzahl von Auftriebsmotoren, die in
Gruppen in Flügelgondeln angeordnet sein und in Verbindung mit einem oder einer
Mehrzahl von Motoren arbeiten können, die sowohl einen Auftrieb- als auch einen
Vorwärtsschub liefern, ist es von größter Wichtigkeit, daß der Auftriebsschub auf
einer bestimmten Höhe gehalten wird, da eine plötzliche Veränderung in dem Auftrieb
nach oben oder unten gefährliche Auswirkungen haben kann, bevor sie der Pilot korrigieren
kann.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine einfache Steueranordnung
vorzusehen, welche automatisch einen bestimmten Schub aufrechterhält, selbst wenn
sich große Veränderungen ergeben, wie es beispielsweise beim Ausfall eines Motors
der Gruppe der Fall ist.
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Die Erfindung besteht bei einem Schubkondensator für eine Gruppe von
einen Auftriebsschub erzeugenden Düsenmotoren darin, daß folgende miteinander zusammenwirkende
Teile vorgesehen sind: ein doppeltwirkender Strömungsmediumzylinder mit einem Kolben
und einer Kolbenstange für jeden Motor, eine Strömungsdruckquelle für jeden Motor,
die einen Strömungsdruck entsprechend dem von dem in Betrieb befindlichen Motor
gelieferten Schub erzeugt, Mittel, um den Strömungsdruck von jeder Quelle auf das
Ende des zugehörigen, die Kolbenstange enthaltenden Zylinders und auf eine gemeinsame
Kammer über ein Rückschlagventil zu übertragen, eine Verbindung von der gemeinsamen
Kammer zu dem anderen Ende eines jeden Zylinders, eine kalibrierte Ableitungsvorrichtung
zum Ableiten des Strömungsmediums in der gemeinsamen Kammer zur Regelung des Gesamtschubs,
mechanische Verbindungen von den Kolbenstangen aller Zylinder zu einer einzigen
Motordrosselsteuerung, welche die Drosseln aller Motoren in der Gruppe steuert,
und elastisch nachgiebige Mittel, welche auf die Kolben entgegen dem Druck von der
gemeinsamen Kammer her wirken, wodurch sich auf alle Kolben auf der einen Seite
der höchste der von den einzelnen Strömungsdruckquellen kommenden Drücke und auf
die andere Seite der von der Druckquelle des zugeordneten Motors abgeleitete Druck
auswirkt, und die Bewegung aller Kolben auf die Drosselsteuerung übertragen wird.
Es kann ein oder eine Mehrzahl von weiteren Zylindern mit Kolben und Kolbenstangen
vorgesehen werden, wobei das die Kolbenstange enthaltende Ende jeder dieser Zylinder
unter Druck von einer einem Motor zugeordneten Quelle angeschlossen ist, welcher
einen kombinierten Auftriebs- und Vorwärtsschub liefert, wobei jedoch die Druckquelle
keine Verbindung zu der gemeinsamen Kammer hat und die Kolbenstange eines jeden
weiteren Zylinders mechanisch mit der Drosselsteuerung verbunden ist. Der oder die
weiteren Zylinder können einen von dem der anderen Zylinder verschiedenen Durchmesser
haben.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt in einem schematischen Schnitt eine Ausführungsfonn
eines Gruppen-Schubkondensators gemäß der Erfindung; F i g. 2 zeigt in schematischer
Darstellung eine Gruppe von drei Auftriebsmotoren in einer Flügelgondel, einen vierten
kombinierten Auftriebsschubmotor in einer besonderen Gondel und die Verbindungen
zwischen dem Gruppen-Schubkompensator, den Gruppen-Motorendrosseln und den Pilotensteuerungen;
F i g. 3 zeigt schematisch eine weitere Kolbenstangenverbindung-
F
i g. 4 zeigt in schematischem Schnitt eine weitere Ausführungsforin des Gruppen-Schubkompensators;
F i g. 5 ist ein Querschnitt durch ein Einzelteil. Bei Fig. 1 ist
der Gruppen-Schubkompensator mit einem Gehäuse 11 versehen, welches vier
Strömungsmediumzyhn.der 12, 13, 14 und 15 enthält. Jeder Strömungsmediumzylinder
enthält einen Kolben 16, 17, 18 und 19. Der Kolben 16 ist mit
einer Kolbenstange 20 versehen, welche durch das eine Ende 21 des Zylinders 12 geführt
ist. In gleicher Weise enthält der Kolben 17 eine Kolbenstange 22, die durch
das Ende des Zylinders 13 geführt ist, der Kolben 18 eine Kolbenstange
24, die durch ein Ende 25 des Zylinders 14 geführt ist und der Kolben
19
eine Kolbenstange 26, welche durch das Ende 27 des Zylinders
15 geführt ist. Die anderen Enden der Zylinder 12, 13, 14 und
15 sind nach einer Kammer 28 offen, welche durch ein Ende des Gehäuses
11 gebildet wird. Anschläge 29 verhindern, daß sich die Kolben
16, 17, 18 und 19 aus ihren Zylindern unter dem Einfluß eines Strömungsdruckes
und einer Feder 30 herausbewegen können, welche sich gegen eine Abstätzung
31 abstützt und auf alle Kolbenstangen durch ein gemeinsames Querglied
32 einwirkt.
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Die Anordnung des Gruppen-Schubkompensators muß mit Bezug auf die
Motoren und Steuerungen des Flugzeuges betrachtet werden, welches schematisch in
Fig. 2 dargestellt ist. Das Schema nach F i g. 2 zeigt ein Flugzeug mit einem
Rumpf 33, Flügeln 34, einer Höhenflosse 35 mit Steuerflächen
36
und einem Seitenleitwerk 37 mit Steuerflächen 38.
Flügellandeklappen
mit Steuerffächen für Bremszwecke sind mit 39 bezeichnet. Drei Auftriebsmotoren
40, 41, 42 sind in einer Flügelgondel 43 angeordnet, während ein kombinierter Auftriebs-
und Schubmotor 44 in einer Flügelgondel 45 untergebracht ist. Der Gruppen-Schubkompensator
46 ist in der Nähe der Gruppe der Auftriebsmotoren 40, 41, 42 innerhalb der Flügelgondel
43 angeordnet. Jeder der Auftriebsmotoren 40, 41 und 42 ist mit einer Quelle versehen,
welche einen Strömungsdruck in Abhängigkeit von dem Druck in dem entsprechenden
Strahlrohr und damit entsprechend der Schubleistung des Motors erzeugt. Dieses kann
aus einem Pitot- oder Staurohr in der Düse, einer statischen Abzapfung oder aus
zwei gleichen Venturirohren bestehen, von denen eines mit einem geschlossenen Einlaß
versehen ist, wobei der Druckunterschied in den beiden Venturirohren ein Maß für
den Schubdruck *in der Düse ist.
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Der Strömungsdruck von der dem Motor 40 zugeordneten Quelle wird auf
dem Gruppen-Schubkompensator durch eine Leitung 47, der Druck von der dem Motor
41 zugeordneten Quelle durch eine Leitung 48 und der Druck von -der dem Motor
42 zugeordneten Quelle durch eine Leitung 49 übertragen. Für den Motor 44 ist eine
gleiche Strömungsdruckquelle vorgesehen, deren Druck durch eine vierte Leitung
50 auf den Gruppen-Schubkompensator 46 übertragen wird.
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Bei F i g. 1 sind die drei Leitungen 47, 48 und 49 mit den
geschlossenen Enden der Zylinder 12,- 13
und 14 verbunden. Die Leitung 47
ist mit einer Ab-
zweigung 51 versehen, welche über ein Rückschlagventil
52 mit der gemeinsamen Kammer 28 verbunden ist. In gleicher Weise
ist eine Abzweigung 53
der Leitung 48 mit der gemeinsamen Kammer 28 Über ein
Rückschlagventil 54 und eine Abzweigung 55 der Leitung 49 über ein Rückschlagventil
56 verbunden. Alle Ventile sind so angeordnet, daß das Strömungsmedium unter
Druck in die Kammer 28
hineingelangen, aber nicht aus ihr herauskommen kann.
Die Kammer 28 ist ferner mit einer Ableitungsvorrichtung 57 versehen,
durch welche das Strömungsmedium unter Druck in de r- Kammer 28
bei einer
gewünschten Änderung des Gesamtschubs in eine Ausströmleitung 58 abgelassen
werden kann. Die drei Zylinder 12, 13 und 14 haben einen gleichen Durchmesser.
Der Zylinder 15 ist von kleinerem Durchmesser. Die Leitung 50 von
dem kombinierten Auftriebs- und Schubmotor 44 ist mit diesem Zylinder verbunden,
es ist aber von der Leitung 50 keine mit der Kammer 28 verbundene
Ab-
zweigung vorgesehen.
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Das in Fig. 1 dargestellte gemeinsame Querglied 32 ist
mechanisch mit einer Stange 59 verbunden, die die Drosselsteuerungsbahn bildet
und mechanisch mit den drei Motoren 40, 41 und 42 über ein Hebelgestänge
60 verbunden ist, welches ferner mit der Hauptdrosselsteuerung
61 des Piloten (F i g. 2) verbunden ist.
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Beim Betrieb wird unter der Annahme, daß alle Motoren normal laufen,
ein der Schubleistung jeder der Motoren 40, 41 und 42 entsprechender Strömungsdruck
auf die Zylinder 12, 13 und 14 ausgeübt, während sich ein der Leistung des
Motors 44 entsprechender Druck auf den Zylinder 15 auswirkt. Infolge der
Rückschlagventile 52, 54 und 56 ist der Druck in der Kammer
28 gleich dem höchstens der drei Drücke in den Leitungen 47, 48 und 49.
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Eine Betrachtung eines der Zylinder zeigt, daß sich der Druck in der
Kammer 28 auf die Außenfläche des Kolbens auswirkt, und dieser Druck ist,
wie oben erwähnt, der höchste in einer der Düsen vorhandene Druck. Auf die andere
Kolbenfläche wirkt nur der Düsendruck in dem zugeordneten Motor ein undwegen des
Vorhandenseins der Kolbenstange hat diese Seite eine kleinere wirksame Fläche, so
daß sich unter normalen Verhältnissen der Kolben nach rechts bei Fig.
1 bewegen würde. Solch einer Bewegung stellt sich jedoch die Feder
30 entgegen, welche eine solche Kraft ausübt, daß der Unterschied in den
sich auf die beiden Seiten der drei Kolben 16, 17 und 18 auswirkenden
Kräfte aus-
geglichen wird. Wenn die drei Düsenleitungsdrücke der drei Motoren
gleich sind, sind die Drücke in den drei Zylindern 12, 13 und 14 und in der
Kammer 28
alle einander gleich, und die Feder 30 übt einen gleichen
mechanischen Druck auf die Kolbenstangen 20, 22 und 24 aus, um die Unterschiede
in den auf die beiden Seiten der entsprechenden Kolben sich auswirkenden Kräfte
auszugleichen. Wenn einer der Motoren 40, 41 oder 42 eine verringerte Leistung entwickeln
oder ausfallen sollte, fällt der auf die Innenseite des entsprechenden Kolbens wirkende
Strömungsdruck aus, während der Druck in der Kammer 28 wegen des Vorhandenseins
der Rückschlagventile 52, 54 und 56 unberührt bleibt. Infolgedessen
fällt der sich auf die Innenfläche des dem fehlerhaften Motor zugeordneten Kolbens
auswirkende Druck in seiner Höhe oder er verschwindet vollkommen. Infolgedessen
werden die Kräfte auf die Kolben unausgeglichen und sie bewegen sich alle
zusammen nach rechts in Fig. 1 und drücken dadurch
die
Feder 30 zusammen, bis eine neue ausgeglichene Stellung erreicht wird. Diese
Bewegung des gemeinsamen Quergliedes 32 ruft eine gleiche Bewegung der Stange
59 hervor, und die Anordnung ist so getroffen, daß die Bewegungsrichtung
der Stange 59 die Drosseln aller Motoren öffnet, so daß der Gesamtschub der
Motoren auf ihrer ursprünglichen Höhe wiederhergestellt wird.
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Es ist zu beachten, daß, während der Motor 44 einen Druck seinem Zylinder
15 entsprechend seinem Strahlrohrdruck mitteilt, der keine Auswirkung auf
den Druck in der Kammer 28 hat, der Druck in dem Zylinder 15 zu der
Gesamtkraft hinzukommt, die sich zur Unterstützung der Feder 30
auswirkt,
so daß ein Schubverlust in dem Motor 44 ebenfalls ein öffnen der Drosseln aller
Motore verursacht. Auf Grund der Tatsache, daß der Zylinder 15 eine kleinere
Querschnittsfläche hat, hat ein bestimmter Düsendruckverlust eine geringere Wirkung
als ein Druckverlust in jedem der drei Auftriebsmotoren. Das ist erforderlich, da
ein Teil der Leistung des Motors 44 dazu verwendet wird, einen Vorwärtsschub vorzusehen,
und nur ein Teil für einen Auftrieb verwendet wird.
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Die Feder 30 kann in der dargestellten Weise eine vorgespannte
Feder sein, welche durch das gemeinsaine Querglied 32 wirkt. Es können jedoch
auch besondere Federn vorgesehen werden, und es kann an Stelle des gemeinsamen Quergliedes
32 eine bekannte Addiervorrichtung verwendet werden, wie sie schematisch
in F i g. 3 dargestellt ist. Hierbei sind die Kolbenstangen 20, 22, 24 und
26 mit Abstützungsplatten und besonderen Federn 62, 63, 64 und
65
versehen, von denen sich jede mit einem Ende gegen eine feststehende Abstützungsplatte
abstützt. Die vier Kolbenstangen sind durch eine Summier- oder Addiervorrichtung
miteinander gekuppelt. Hierbei sind die Kolbenstangen 20 und 22 gelenkig mit den
Enden einer Stange 26 verbunden, an deren Mitte eine Stange 67 angelenkt
ist. Die Kolbenstangen 24 und 26 sind mit den Enden einer Stange
68 gelenkig yerbunden, deren Mitte an eine Stange 69 angelenkt ist,
während die Stangen 67 und 69 an die Enden einer Stange
70 angelenkt sind, deren Mitte über eine Stange 71 mit dem einen Ende
einer Stange 72
gekuppelt ist, welche die die algebraische Summe der Bewegungen
der vier Kolbenstangen darstellende mechanische Leistung aufnimmt. Das andere Ende
der Stange 72 ist mit einer der Stange 59 entsprechenden Stange
73 gekuppelt, während die Mitte der Stange 72 über eine Stange 74
mit der Hauptsteuerung des Piloten gekuppelt ist. Der Auftriebsschubmotor 44 ist
mit einer besonderen Drosselsteuerung versehen, die nicht in den Zeichnungen dargestellt
ist.
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F i g. 4 zeigt eine Abänderung der Ausführungsform nach F i
g. 1. In diesem Falle ist das die einteiligen Zylinder 12, 13, 14
und 15 und die Kammer 28 enthaltende Gehäuse 11 durch vier
gesonderte Zylinder 75, 76, 77 und 78 und einen besonderen Behälter
79 ersetzt. Der Zylinder 75 wird durch ein Leitungspaar
80 und 81, der Zylinder 76
durch ein Leitungspaar
82 und 83, der Zylinder 77
durch ein Leitungspaar 84 und
85 und der Zylinder 78 durch ein Leitungspaar 86 und
87 gespeist. In jedem Fall sind die beiden Leitungen jedes Paares mit ihrem
einen Ende mit der Quelle des Motors und mit ihrem anderen Ende mit einem selbstwählenden
Ventil 88, 89, 90 und 91 verbunden. Das selbstauswählende Ventil ist
im Schnitt in Fig. 5
dargestellt und enthält ein Gehäuse 92 mit einer
Bohrung 93, in welchem ein Ventilglied 94 angeordnet ist. Der Zylinder
93 hat an den gegenüberliegenden Enden Einlässe, welche mit den beiden Leitungen
eines Paares, beispielsweise den Leitungen 80
und 81 verbunden sind,
und der Zylinder 93 hat Auslaßöffnungen 95 und 96, die von
seinen Enden im Abstand angeordnet sind. Beide Leitungen 80
und
81 führen einen Strömungsdruck von der entsprechenden an dem zugeordneten
Motor angeordneten Druckwelle. Bei normalem Betrieb nimmt das Ventilglied 94 die
dargestellte Mittelstellung ein. Wenn jedoch eine der Leitungen 80 oder
81 gebrochen ist, fällt der sich auf das eine Ende des Ventilgliedes 24 auswirkende
Druck und das Ventil bewegt sich zu dem einen oder anderen Ende des Zylinders
93 und schließt dadurch die öffnung 95
oder 96, die dem mit
der gebrochenen Leitung verbundenen Einlaß zugeordnet ist. Dies stellt ein Beispiel
einer Möglichkeit dar, die Sicherheit zu erhöhen.
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Da bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 die Zylinder
75, 76, 77 und 78 durch Paare von Leitungen versorgt werden, ist das
Vornehmen einer Äbzweigverbindung von einer Leitung eines Paares zur Speisung des
Behälters 79 nicht ratsam, wenn es nicht gewünscht sein sollte, eine überfülle
von Ab-
zweigleitungen vorzusehen, in welchem Falle es notwendig werden würde,
weitere Selbstwählventile vorzusehen und zwei Abzweigleitungen zu gebrauchen. F
i g. 4 zeigt jedoch eine von dem einen Ende des Zylinders 75 zu einem
Rückschlagventil 98 führende Leitung 97, welches genau das gleiche
wie die Rückschlagvenüle 52, 54 und 56 nach F i g. 1 ist. In
gleicher Weise führt eine Leitung 99 von dem einen Ende des Zylinders
76 * über ein Rückschlagventil 100
zu dem Behälter 79, und der
Zylinder 77 ist in gleicher Weise über eine Leitung 101 und ein Rückschlagventil
102 angeschlossen. Die anderen Enden der Zylinder 75, 76, 77 und
78 sind mittels Leitungen 113, 114, 115 und 116 mit
dem Behälter 79
verbunden. Eine regelbare Ableitungsvorrichtung
103 und ein Ausströmrohr 105 sind an dem Behälter 79 angeschlossen
und führen genau die gleichen Funktionen wie das Glied 57 und die Leitung
58 in F i g. 1 aus. Die vier Kolbenstangen 106, 107, 108
und
109 stützen sich gegen ein gemeinsames Querglied 110 gleich dem Glied
32 ab, und dieses steht mit einer Feder 111 und mit einer Stange 112
im Eingriff, welche den Gliedern 30 und 54 in F i g. 1
gleich
sind.
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Die Ausführungsform nach F i g. 4 arbeitet in genau der gleichen
Weise wie die nach F i g. 1; in dem Behälter 79 wird ein Strömungsdruck
entsprechend dem des höchsten Druckes in einer der drei Leitungspaare aufrechterhalten,
und das andere Ende eines jeden der vier Zylinder ist diesem Druck unterworfen,
während das eine Ende eines jeden Zylinders nur mit dem von dem entsprechenden Strahlrohr
abgeleiteten Druck versorgt wird, während die Feder 111 eine besondere Kraft
vorsieht, um die auf die beiden Seiten eines jeden der vier Kolben wirkenden Gesamtkräfte
auszugleichen. Wenn bei einem der vier Motoren eine Verringerung in der Schubleistung
eintreten sollte, wodurch der Druck in dem zugeordneten Strahlrohr verringert wird,
verringert
sich die auf die rechte Seite des entsprechenden Kolbens
auswirkende Kraft, so daß der Druck in dem Behälter 79 alle vier Kolben in
einer Richtung nach rechts bei F i g. 4 bewegen kann, und dadurch wird die
mit der Drosselsteuerung verbundene Stange 112 zum Öffnen aller Motordrosselungen
bewegt.
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Innerhalb des Rahmens der Erfindung sind verschiedene Abänderungen
möglich. Beispielsweise kann an Stelle der Federn 30, 62 bis 65 und
111
eine Feder mit konstant bleibender Spannung, wie eine Euler-Feder genommen
werden. In Abänderung dazu kann ein pneumatisches System verwendet werden. In jedem
Fall besteht das wichtigste Merkmal der Erfindung darin, daß die Anweisung, auf
Grund deren die Steuerung arbeitet, direkt von den Motoren erhalten wird und keine
äußere Quelle erforderlich ist.