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Steuerungseinrichtung für Flugzeuge mit Langsamflug- bzw. Schwebeflugeigenschaften,
insbesondere senkrecht startende und landende Flugzeuge Bei Flugzeugen mit Langsamflugeigenschaften,
insbesondere bei Flugzeugen, die mit Hubtriebwerken ausgerüstet sind und senkrecht
starten und landen können, also Schwebeflugeigenschaften haben, bereitet die Stabilisierung
und Steuerung nach wie vor Schwierigkeiten. Für den konventionellen Horizontalflug
sind aerodynamische Ruder vorgesehen. Beim Senkrechtflug sind keine aerodynamischen
Steuerkräfte vorhanden, da die Geschwindigkeit des Flugzeugs zu gering ist. Man
hat daher den Weg beschritten, mit Hilfe von Gasstrahlen die Stabilisierung und
Steuerung zu bewirken. Die zwei deshalb vorhandenen, gänzlich verschiedenen Steuersysteme,
das der aerodynamischen Steuerung für den Horizontalflug und das der Strahlsteuerung
für den Senkrechtflug, müssen miteinander gekoppelt werden. Diese Kopplung erfolgt
in manchen Fällen auf ein und demselben Steuerknüppel, wobei die Steuersysteme auf
die einzelnen Fluglagen so abgestimmt sein sollten, daß sie jeweils ein Höchstmaß
an Sicherheit geben und die Flugeigenschaften hinsichtlich der Steuerung immer ein
Optimum erreichen. Die Frage der Kontrolle und der Stabilität im Schwebeflug und
während des Überganges zum konventionellen Horizontalflug ist hierbei von besonderer
Wichtigkeit. Es sind Geräte erforderlich, die das Zusammenwirken oder Umschalten
von einer Steuerart auf die andere in Abhängigkeit von Fluglage und Geschwindigkeit
zuverlässig bewerkstelligen. Ein kontinuierlicher Übergang von der Strahlsteuerung
zur aerodynamischen Rudersteuerung und umgekehrt ist hierbei anzustreben.
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Bisher bekannte Steuerungsanordnungen bei Flugzeugen mit Hubtriebwerken
sehen z. B. bei den Rollmomentensteuerungen eine starre Verbindung der Querruder
mit den Kraftstoffdrosseln der Hubtriebwerke vor, falls letztere seitlich der Längsachse
des Flugzeugs angeordnet sind. Es werden also bei jeder Betätigung des Steuerknüppels
das Querruder und die Kraftstoffdrosselschieber gleichzeitig bewegt. Da im Schwebeflug
die Hubtriebwerke voll und ganz die Rollmomentenstabilisierung übernehmen, werden
die Ruder also überflüssigerweise wirkungslos mitbewegt. Beim Übergangsflug, vom
senkrechten Schweben bis zum Erreichen des konventionellen Horizontalfluges, übernehmen
entsprechend den herrschenden Staudrücken die Ruder einen Teil der Steuermomente,
wobei die Strahlsteuerung weiterhin über ihren ganzen Bereich wirksam bleibt. Der
Anteil der Querruder an den Steuermomenten wächst mit zunehmender Horizontalgeschwindigkeit
des Flugzeuges. Nach Erreichen des konventionellen Flugzustandes werden die Hubtriebwerke
abgeschaltet. Durch das daraufhin plötzliche Fehlen der Steuermomente der Hubtriebwerke
entsteht ein nicht erwünschter Sprung im Steuerungsverhalten mit einer störenden
Auswirkung. Das Flugzeug reagiert jetzt mit einer kleineren Fluglagenänderung für
den gleichen Ausschlag des -Steuerknüppels. Dadurch kann der Flugzeugführer irritiert
werden und benötigt bei jedem Umschalten eine gewisse Zeitspanne für das erneute
Einfühlen in die veränderte Steuerungsempfindlichkeit des Flugzeuges. Nachteilig
ist ebenfalls die bisherige große Wegstrecke des Steuerknüppels bei der Steuerung
im Schwebeflug. Um eine feinfühlige Handsteuerung und damit eine ausreichende Stabilisierung
des Flugzeuges zu gewährleisten, soll die Wegstrecke des Steuerknüppels so klein
wie möglich gehalten werden.
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Bei Steuerungseinrichtungen für konventionelle flächengetragene Flugzeuge
sind Vorrichtungen bekannt, die in Abhängigkeit vom Staudruck den Steuerflächenausschlag
verändern. Eine solche bekannte Vorrichtung ist als Übersetzungsglied ausgebildet
und besteht aus einem Hebel mit einer Schlitzkulisse. An einem Ende des Hebels ist
das vom Steuerknüppel kommende Gestänge drehbar befestigt, während das andere Ende
des Hebels flugzeugfest gelagert ist. Über den Kulissenstein greift das zum Ruder
führende Gestänge am Hebel an. Eine besondere Einrichtung verschiebt den Kulissenstein
in Abhängigkeit vom Staudruck. Ein großer Nachteil eines solchen Übersetzungsgliedes
liegt darin, daß der Kulissenstein sich verklemmen kann.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine einfache wirkungsvolle
Steuerungseinrichtung für Flugzeuge, insbesondere für Flugzeuge mit Langsamflug
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und/oder Schwebeflugeigenschaften zu erstellen. Das Ziel wird°-bei- einer Steuereinrichtung
für Flugzeuge, die in die Steuermechanik zwischen einem die Steuermaßnahmen einleitenden
Organ und einem Steuerorgan eingefügt ist und in Abhängigkeit von einem Flugparameter,
beispielsweise vom Staudruck, als stufenlos verstellläres Übersetzungsglied wirkt,
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Steuereinrichtung im wesentlichen aus
zwei etwa gleich langen, durch ein gemeinsames Drehgelenk an einem ihrer Enden miteinander
verbundenen Hebelarmen mit einstellbarer gegenseitiger Winkellage besteht.
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Die Steuereinrichtung wird derart ausgebildet, daß die Übersetzung
zwischen einem maximalen Wert und dem Wert Null veränderbar ist. Sie ist sowohl
in das Steuerflächengestänge als auch in das Steuerdüsengestänge von Schwebeflugzeugen
mit Strahlsteuerung einsetzbar.
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Bei Flugzeugen- mit Schwebeflugeigenschaften, insbesondere bei senkrecht
startenden und landenden Flugzeugen, bei denen neben der aerodynamischen Rudersteuerung
zusätzlich für den Langsam- bzw. Schwebe- oder Senkrechtflug eine Strahlsteuerung
vorgesehen ist, kann das erfindungsgemäße Übersetzungsglied vor dein den Steuerstrahl
beeinflussenden Organ in die -Steuermechanik eingesetzt werden. Hierdurch wird erreicht,
daß die mit abnehmender Fluggeschwindigkeit schwindende Wirksamkeit der aerodynamischen-"-Rüdersteuerung
in etwa entsprechendem Maße durch erhöhte Wirksamkeit der Strahlsteuerung ausgeglichen
wird.
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An Hand der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung näher
erläutert.
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F i g. 1 stellt den schematischen Aufbau der Steueranlage dar; F i
g. 2 zeigt gesondert das Übersetzungsglied; F i g. 3 zeigt das Übersetzungsglied
räumlich; F i g. 4 und 5 - ist eine zweite Anordnung der Hebelarme des Übersetzungsgliedes
in zwei verschiedenen Einstellungen und in räumlicher Darstellung; Fig. 6 ist eine
Doppelhebelanordnung; -F i g. 7 und 8 zeigen eine weitere konstruktive Ausbildung
des Übersetzungsgliedes in zwei verschiedenen Einstellungen.
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Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist die Steuerungsanlage vereinfacht
nur mit dem Querruder dargestellt. Es wird angenommen, daß der spezielle Fall eines
Flugzeugs mit Ruder- und Strahlsteuerung vorliegt. Der Übersichtlichkeit halber
werden die Einrichtungen bzw. Steuerorgane für die anderen Steuer-Bewegungen weggelassen.
Für diese gelten die folgenden Ausführungen analog.
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Für das angeführte Beispiel wird angenommen, daß durch den Steuerknüppel
das Querruder betätigt und die Kraftstoffdrcsseln an den seitlich der Längsachse
des Flugzeugs liegenden Hubtriebwerken, die zur Steuerung herangezogen werden, selbst
beeinflußt werden. Genausogut könnte aber auch ein anderes Organ, z. B. in oder
an der Düse der Triebwerke, beeinflußt werden. Die Hebelanordnung der Steueranlage
ist in der Stellung für den Horizontalflug dargestellt. Das Maß für die Vorwärtsgeschwindigkeit
kann durch verschiedene Kriterien gegeben sein, wie etwa durch den Staudruck, durch
elektronische Einrichtungen, wie z. B. eine Dopplerradaranlage, oder bei Verwendung
von schwenkbaren Düsen durch die Düsenstellung. Im Beispiel ist als Maß für den
Vorwärtsflug der Staudruck gewählt. In der F i g. 1 -bedeutet 1 den- Steuerknüppel;
2 das Ruder, 3 die Kraftstoffdrossel, 4 die Staudruckdose, 5, 6 und 7 verschiedene
Hebel des Übersetzungsgliedes, 8 und 9 die zwei gleich langen Hebelarme, deren Winkellage
einstellbar ist, mit ihrem gemeinsamen Drehgelenk b. Die Funktionen .der einzelnen
Hebel werden in der Beschreibung zu F i g. 3 näher erläutert.
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In der F i g. 2 sind für das Übersetzungsglied die Hebellagen während
des Schwebefluges gezeigt. Der Winkel zwischen den Hebelarmen 8 und 9 ist gleichzeitig
ein Maß für die Übersetzung.
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In F i g. 3 ist das Übersetzungsglied der besseren Übersicht halber
räumlich dargestellt: Mit dem Hebel 5 wird die ven der Staudruckdose 4 eingeleitete
Verstellung vorgegeben. Der Hebel 5 dreht sich um das feste Gelenk a. Der Hebel
6 erfährt hierdurch eine Drehschubbewegung und der Hebelarm 9 eine Drehbewegung
in Bezug zum Hebelarm 8 um das für beide gemeinsame Drehgelenk b. Das Prinzip der
Anordnung besteht darin, daß für eine parallele Lage der Hebelarme 8 und 9 die Steuerbewegung
am Übersetzungsglied endet, also keine Steuerbewegung auf das Gestänge 6- übertragen
wird. Wenn dagegen die beiden Hebelarme 8 und 9 einen Winkel miteinander bilden,
so erfolgt eine von der Winkellage der Hebelarme 8 und 9 abhängige verschieden große
Be-' wegung der Hebel 7 und 6. Bei einem Staudruck, der praktisch Null - ist, erhält
man vollen Winkelausschlag des Hebelarmes 9. In dieser Stellung ist die Veränderung
der Drosselschieber, für eine gleiche Bewegung des Steuerknüppels, am größten. Die
Übersetzung hat ihr Maximum erreicht, das durch die Wahl der Größenverhältnisse
der einzelnen Hebel bestimmt wird. Durch den wachsenden Staudruck beim Übergang
zum Horizontalflug und die dadurch bedingte Verstellung über den Hebel 5 wird der
Winkel zwischen den Hebelarmen 8 und 9 immer kleiner. Bei gleichbleibendem Steuerknüppel-
und Ruderausschlag wird also die Bewegung der Steuerdrosselschieber immer kleiner,
oder auch umgekehrt bei gleichbleibendem Weg der Steuerdrosselschieber wird der
erforderliche Steuerknüppel- und Ruderausschlag immer größer. Im selben Maße nimmt
durch den wachsenden Staudruck auch die Wirksamkeit der Ruder zu.
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Wenn das Flugzeug die für die reine aerodynamische Steuerung notwendige
Horizontalgeschwindigkeit erreicht hat und somit ein entsprechender Staudruck vorhanden
ist, findet eine vollkommene Überdeckung der Hebelarme 8 und 9 statt, ohne Winkel
zwischen ihren Längsachsen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, werden dann die Bewegungen
des Steuerknüppels nur noch auf das Ruder übertragen. Durch die Stange 7 wird lediglich
eine Drehung der Hebelarme 8 und 9 um das flugzeugfeste Gelenk c des Hebelarmes
8 verursacht. Eine Verschiebung des Hebels 6 und damit eine Bewegung an den Steuerdrosselschiebern
erfolgt nicht. Das Übersetzungsgestänge kann jetzt verriegelt und die Hubtriebwerke
abgeschaltet werden, ohne daß ein Sprung im Steuerungsverhalten auftritt.
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War in F i g. 1, 2 und 3 der Hebel 9 in Abhängigkeit von der Vorwärtsgeschwindigkeit
des Flugzeuges verstellbar, so geben die F i g. 4 und 5 eine Ausbildung der Anordnung
wieder, bei der der Hebel 8 aus F i g. 3, der die Verbindung zum flugzeugfesten
Punkt herstellt, -verstellbar ist: In den F i g. 4 und 5 ent=
sprechen
folgende Teile in ihrer Wirkungsweise den nachstehenden Teilen der F i g. 1 bis
3:
| Gelenk g entspricht Gelenk b, |
| Gelenk h entspricht Gelenk c, |
| Stange 27 entspricht Stange 7, |
| Hebelarm 23 entspricht Hebelarm 8, |
| Hebelarm 24 entspricht Hebelarm 9. |
F i g. 4 stellt die Anordnung für die Nullage der beiden Hebelarme 23 und 24 dar,
also für den Fall des Schnellfluges. F i g. 5 zeigt die gleiche Anordnung für den
Fall, daß infolge verringerter Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeuges eine Winkelverstellung
zwischen den Hebelarmen
23 und
24 erfolgt ist. Das Gelenk d in F i
g. 4 ist fest am Flugzeug angeordnet. An diesem Gelenk ist der Hebel 21, der zur
staudruckabhängigen Verdrehung des Hebelarmes 23 um das mit dem Hebelarm 24 gemeinsame
Gelenk g dient, verschwenkbar befestigt. In der Nähe oder am Gelenk g greift die
vom Steuerknüppel kommende Stange 27 an. Der die Steuerbewegung weiterleitende Hebelarm
24 ist an seinem anderen Ende drehbar an einem ortsfesten Schwenkhebel 26 gelagert.
Durch die Drehbewegung des Hebels 21 um das feste Gelenk d erhält man eine Winkeländerung
zwischen den Hebelarmen
23 und
24 und dadurch eine verschieden große
Bewegung für den vom Steuerknüppel kommenden Hebel 27 und den zum Drosselorgan führenden
Hebel
26. -
In F i g. 6 ist das Übersetzungsglied als Doppelhebelanordnung ausgebildet.
Die Funktionen und Bezeichnungen der einzelnen Hebel sind analog zu denen in F i
g. 4 und 5: Eine detaillierte Beschreibung erübrigt sich deshalb.
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F i g. 7 zeigt eine auf demselben Prinzip wie F i g. 4 aufbauende,
jedoch mit anderen Hilfsmitteln durchgeführte praktische Ausführung des übersetzungsgliedes.
Der Grundgedanke ist, daß der zum Flugzeugfestpunkt hin angeordnete, die Winkellage
gebende Hebelarm die gerade Verbindung zwischen den Mittelpunkten zweier drehbarer
Scheiben ist, von denen die erste Scheibe exzentrisch so in der zweiten eingesetzt
ist, daß sie deren Mittelpunkt umfaßt, wobei die zweite in einem flugzeugfesten
Führungsring in Abhängigkeit von der Vorwärtsgeschwindigkeit, also z. B. durch den
Staudruck, verdrehbar ist. Die Hebel des Übersetzungsgliedes werden also teilweise
durch Scheiben ersetzt. Aus diesem Grunde sind für die in ihrer Wirkungsweise einander
entsprechenden Teile in den F i g. 4 und 7 die gleichen Bezugszeichen gewählt und
zur Unterscheidung in F i g. 7 mit einem Strich versehen. F i g. 7 stellt wieder
den Fall des Schnellfluges und F i g. 8 den Fall des Langsam- oder Schwebefluges
dar.
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Der Ring 20' ist fest am Flugzeug und entspricht dem festen Gelenk
d in der F i g. 4. In diesem Ring ist die drehbare Scheibe 21' mit einem exzentrisch
gelegenen, jedoch den Mittelpunkt der Scheibe umfassenden zweiten Ring 22' und dessen
drehbarer Scheibe 23' eingesetzt. Die Scheibe 21' hat beim Drehen dieselbe Wirkung
wie der Hebel 21 in F i g. 4. Ihre Drehbewegung, die von der Vorwärtsgeschwindigkeit
abhängig ist, bewirkt die Winkelverstellung zwischen dem Hebelarm 24' und der geraden
Verbindung zwischen den Mittelpunkten der Scheiben, die den zweiten Hebelarm ergibt.
Mit g' ist das gemeinsame Gelenk der Hebelarme bezeichnet. Der Verbindungshebel
zum Steuerknüppel 25' und der Verbindungshebel zum Drosselschieber 26' sind
drehbar in den Punkten m' bzw. n' am Ring 20' befestigt. Durch
Drehen des Hebels 25', der mit seinem Ausleger 27' am Gelenk g' angreift, wird die
Scheibe 23' um ihren Mittelpunkt gedreht, der für die in F i g. 7 gezeigte Stellung
des Übersetzungsgliedes- mit der Achse h' in einer Linie liegt. Der Hebel
26' erfährt in dieser Stellung, wie aus der Zeichnung ersichtlich, keine
Verdrehung.
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Anders ist es in F i g. B. Hier ist durch den Hebel 28' die
Scheibe 21' verdreht worden und somit auch die Lage der Scheibe 23'. Die
Achse h' und der Mittelpunkt der Scheibe 23' liegen jetzt nicht in einer Linie,
und eine Drehung des Hebels 25' bewirkt eine Verdrehung des Hebels 26'. Die Übersetzung
der Drehbewegung des Hebels 25' auf die des Hebels 26'
ist von dem Winkel
zwischen dem Hebelarm 24' und einer geraden Verbindung der Mittelpunkte der Scheiben
21' und 23' abhängig.
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Die Hebelanordnung ermöglicht für eine Stellung des Steuerknüppels
verschiedene Steuerlagen der Kraftstoffdrossel je nach der vorliegenden Geschwindigkeit
des Flugzeuges. Die von der Vorwärtsgeschwindigkeit abhängige Übersetzung Steuerknüppel-Kraftstoffdrossel
gibt im Schwebeflug an den Hubtriebwerken eine wirksame Ausnutzung der Steuerkraft,
während die Ruder in vermindertem Umfang mitbewegt werden. Es kann also für den
Schwebeflug und für den horizontalen Flug die zweckmäßigste Übersetzung eingestellt
werden. Die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt kontinuierlich. Hierdurch
wird erreicht, daß im Schwebeflug die Massen der Ruder nur noch -mit verringerter
Beschleunigung bewegt werden, während die Kraftstoffdrosselschieber ihre reelle
Beschleunigung behalten und nicht in ihrer Wirksamkeit eingeschränkt werden. Durch
die vom Staudruck abhängige kontinuierliche Verringerung oder Vergrößerung des Anteiles
der Hubtriebwerke an der Gesamtsteuerkraft bis zur völligen Abschaltung eines Steuersystems
wird ein Sprung bzw. eine Störung im Steuerungsverhalten des Flugzeuges vermieden.
Wie oben beschrieben, werden durch das Einfügen des Übersetzungsgliedes in die Steuermechanik
vor den Steuerdüsen für einen Steuerknüppelausschlag verschieden große, von der
Fluggeschwindigkeit abhängige Steuerdrosselstellungen erreicht. Diese Wirkungsweise
des Übersetzungsgliedes kann ebenso bei aerodynamischen Rudereinrichtungen nutzbringend
zur Geltung kommen. Der Einbau des übersetzungsgliedes ermöglicht hier für eine
Steuerknüppelstellung verschiedene, von der Fluggeschwindigkeit abhängige Ruderausschläge.