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Stillsetzbarer Rotor für einen Kombinationsflugschrauber Die Erfindung
betrifft einen stillsetzbaren Rotor für einen Kombinationsflugschrauber mit Rotorblättern,
deren aerodynamische Wirksamkeit vor dem Stillsetzen des Rotors derart veränderbar
ist, daß die Rotorblätter unabhängig von ihrem Einstellwinkel nahezu keinen Auftrieb
mehr erzeugen.
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Um bei Kombinationsflugschraubern die erreichbaren Fluggeschwindigkeiten
denen normaler Starrflügelflugzeuge anpassen zu können, werden die bei Senkrechtstart
bzw. -landung und Schwebeflug in Tätigkeit tretenden Rotoren nach Inbetriebnahme
eines den Vortrieb des Flugschraubers bewirkenden Antriebsaggregats und Erreichen
einer für die Auftriebserzeugung durch die Tragflügel ausreichenden Fluggeschwindigkeit
stillgesetzt und in den Rumpf oder dafür vorgesehene Verkleidungen der Zelle eingezogen.
Flugzeuge mit hierfür in geeigneter Weise ausgebildeten Rotoren sind im Gegensatz
zu Flugzeugen mit beim schnellen Vorwärtsflug frei liegenden Rotoren oder kippbaren
Luftschrauben günstiger.
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Von den beim Schnellflug stillsetzbaren und in den Rumpf einziehbaren
Rotoren sind sowohl solche mit teleskopartig einziehbaren Rotorblättern bekannt
als auch solche, bei denen die Rotorblätter aus einem biegeelastischen Werkstoff
hergestellt sind, der es erlaubt, die Rotorblätter in den Rotorkopf einzuziehen
und dort auf Trommeln aufzuwickeln.
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Bei Kombinationsflugschraubern der vorbeschriebenen Art wird jedoch
durch die translatorische radiale Verstellung der Blätter das Trägheitsmoment des
Rotorsystems in nachteiliger Weise verändert. Außerdem hat sich gezeigt, daß die
Rotorblätter während des Einziehvorganges infolge der geringer werdenden Zentrifugalkräfte
im Bereich hoher Fortschrittsgrade unkontrollierbare Schlagbewegungen ausführen,
wodurch an den Blättern große Biegemomente auftreten.
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Um die Nachteile der einziehbaren Rotorblätter zu vermeiden und die
Stillsetzbarkeit und Einziehbarkeit auch bei einem Rotor mit starren Blättern mit
geringem technischem Aufwand zu erreichen, ist es bei Kombinationsflugschraubern
mit Einblatt- und Zweiblattrotoren bekannt, daß jedes Rotorblatt um ein zwischen
Rotorarm und Rotorblatt angeordnetes Schwenkgelenk mit zur Rotorachse paralleler
Achse aus dem aerodynamisch besonders wirksamen äußeren Abschnitt des Rotorkreises
nach innen schwenkbar ist.
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Bei Kombinationsflugschraubern dieser Art tritt jedoch ebenfalls die
Schwierigkeit auf, daß beim Einschwenken des Rotorblattes durch Rückanströmung eine
Instabilität der Schlagbewegung und um die Steuerachse des Gesamtrotors Torsionsmomente
auftreten, die eine nicht unwesentliche Belastung des Rotor- und Steuersystems und
daraus resultierende schwingungsmäßig ungünstige Rückwirkungen auf den Rumpf des
Flugzeuges zur Folge haben. Außerdem ist die bekannte Lösung mit nach innen beiklappbaren
Rotorblättern auf Ein- und Zweiblattrotoren beschränkt.
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Es sind ferner Kombinationsflugschrauber bekanntgeworden, bei denen
der von den Rotoren erzeugte Auftrieb durch Ausblasen von Triebwerksabgasen aus
Schlitzen längs der Rotorblatthinterkanten erzeugt wird. Der Luftdurchsatz kann
dabei variiert und derart vermindert werden, daß die Blätter praktisch keinen Auftrieb
mehr erzeugen. Anschließend wird der Rotor stillgesetzt und in entsprechende Ausnehmungen
im Rumpf eingezogen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Kombinationsflugschrauber der
vorgenannten Art einen großen technischen Aufwand bei relativ geringer Leistung
erfordern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotor für einen Kombinationsflugschrauber
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Nachteile der bekannten Flugschrauber
vermieden sind. Insbesondere soll der erfindungsgemäße Rotor unabhängig von seiner
Blattzahl stillsetzbar und einziehbar sein, ohne daß während dieses in der Übergangsphase
vom Senkrechtflug zum schnellen Vorwärtsflug stattfindenden Vorganges infolge von
Rückanströmungen der Blätter unkontrollierbare Schlagbewegungen auftreten, die zu
kritischen Flugzuständen und hohen Belastungen des Rotors und Steuersystems führen.
Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch mindestens einen starren Rotorblattholm mit
widerstandsarmem, nur geringen Auftrieb erzeugendem Querschnitt sowie einen am Holm
angeordneten und in dessen Längsrichtung verschiebbaren, das Flügelprofil zumindest
teilweise bildenden, an sich bekannten Blattaufbau gelöst.
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Ein in dieser Weise ausgebildeter stillsetzbarer Rotor besitzt den
wesentlichen Vorteil, daß bereits vor Beginn der Stillsetzung des Rotors das Auftrieb
erzeugende Profil an allen Rotorblättern gleichzeitig und gleichmäßig beseitigt
werden kann. Dadurch erreicht man, daß durch die entprofilierten Blätter nur noch
ein Widerstand, jedoch kein Auftrieb mehr erzeugt wird, wodurch einerseits Schlaginstabilitäten
und Biegemomente sehr stark reduziert werden, andererseits jedoch die Rotorholme
ihr volles Trägheitsmoment beibehalten, so daß der Rotor auch während des langsamen
Auslaufens ruhig und gleichmäßig läuft und die Rotorblätter bzw. deren Holme im
Stillstand in an sich bekannter Weise ohne irgendwelche Schwierigkeiten z. B. um
zur Rotorachse parallele Schwenkachsen beigeklappt und der gesamte Rotor in den
Rumpf des Flugzeuges eingefahren werden kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Blattaufbau
aus in Längsrichtung des Holmes verschiebbaren Rippen und einer an den Rippen befestigten,
an sich bekannten ziehharmonikaartig faltbaren Profilhaut gebildet ist.
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Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, daß die beweglichen, profilgestaltenden
Bestandteile der Rotorblätter einerseits im Profilquerschnitt eine gute Formbeständigkeit
aufweisen, andererseits von so geringem Gewicht sind, daß sich die Lage des Schwerpunktes
des Gesamtblattes auch während des Entprofilierens gut beherrschen läßt.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß
der Rotorblattholm als Nasenholm ausgebildet ist, an dessen Hinterkante ein in Holmlängsrichtung
verschiebbarer, aus mehreren kastenförmig gelenkig verbundenen Teilabschnitten bestehender
Blatthinteraufbau angeordnet ist.
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Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß einerseits die Form und der
Aufbau sowie die Anordnung und die Führung der Profilergänzungsteile wesentlich
vereinfacht werden, während andererseits der Holm, der etwa 25"/o der Profiltiefe
entspricht, nach Wegnahme des Blatthinteraufbaues keinen nennenswerten Auftrieb
mehr erzeugt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können der Blattvorderteil
und der Blatt hinteraufbau jeweils einstückig aus einem elastischen Werkstoff gebildet
und in am Holm ausgebildeten Führungen in Längsrichtung des Blattes verschiebbar
sein. Hierin wird ein besonderer Vorteil gesehen, weil die Herstellung der Profilteile
wesentlich vereinfacht wird. Außerdem erlaubt es diese Ausführungsform, daß jeder
der beiden Profilteile für sich vom Holm abgezogen und in bekannter Weise aufgerollt
werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist bei Rotorblät tern mit einer ziehharmonikaartigen
Profilhaut vorgesehen, daß die Profilhaut in Blattlängsrichtung mehrstückig in einer
im wesentlichen dem Abstand der Rippen im entfalteten Zustand des Blattes entsprechenden
Breite ausgebildet und an den Rippen mittels einer Klemmverbindung befestigt ist.
Hierbei wird in vorteilhafter Weise die Profilhaut beim Einziehen des Blattaufbaues
an vorgegebenen Faltlinien gefaltet.
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Die vorerwähnte Ausbildung hat den Vorzug, daß sich die Profiltreue
genauer einhalten läßt als bei einer einstückigen Profilhaut und daß bei einer Be-Schädigung
der Haut jeweils nur das beschädigte Teilstück ausgewechselt zu werden braucht.
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Um den Ausfahrvorgang der einziehbaren Blattteile zu erleichtern und
insbesondere bei Blättern mit faltbarer Profilhaut eine konstante Spannung der Haut
sicherzustellen, ist nach einem weiteren Merkmal im Rahmen der Erfindung vorgesehen,
daß in bekannter Weise an den äußeren Enden des Blattaufbaues Gewichte befestigt
sind.
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Die Spannung der das Blattprofil bildenden Teile kann außer durch
entsprechende Anordnung von Gewichten in Weiterbildung des Erfindungsgedankens auch
durch zusätzliche Spannvorrichtungen vorgenommen werden, die den Vorteil haben,
daß sich die Spannung, beispielsweise die Spannung der elastischen Profilhaut, in
genau vorherbestimmbaren Grenzen halten bzw. eine Spannung erreichen läßt, welche
größer ist als die durch Gewichte erzielbare Spannung.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß die Rippen bzw. die das Blattprofil bildenden Teile durch Zugseile od. dgl.
miteinander verbunden sind.
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Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal ist vorgesehen, daß
die Rippen in gespannter Lage der Profilhaut mittels einer Verriegelungsvorrichtung
gegen Verschieben in Blattlängsrichtung gesichert sind.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Abschnitt eines entprofilierbaren Rotorblattes
nach der ersten Ausführungsform in perspektivischer Darstellung, F i g. 2 einen
Abschnitt eines Rotorblattes, dessen Profilhaut Faltlinien aufweist, in Draufsicht
und teilweise geschnitten, F i g. 3 die Verriegelungseinrichtung als Ausschnitt
aus F i g. 2 in vergrößerter Darstellung, F i g. 4 einen Abschnitt eines Rotorblattes
nach F i g. 2 und 3 in perspektivischer Darstellung, F i g. 5 eine Einzelheit zu
F i g. 4 in vergrößerter Darstellung, F i g. 6 einen Abschnitt eines Rotorblattes,
dessen Blattaufbau entsprechend der zweiten Ausführungsform aus flexiblem Vollmaterial
besteht, in perspektivischer Darstellung, F i g. 7 einen Abschnitt eines Rotorblattes,
dessen Profilvorderteil gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch den Holm und
dessen Profilhinteraufbau durch untereinander gelenkig verbundene kastenartige Profilteile
gebildet wird, in perspektivischer Darstellung.
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Die erste Ausführungsform in F i g. 1 besteht im wesentlichen aus
dem Holm 1, der Profilhaut 2, den Rippen 3 und den Zugseilen 4. Der Antrieb
des Zugseiles erfolgt über eine nicht dargestellte Aufspulvorrichtung.
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Der Holm 1 ist in Längsrichtung mit Führungsnuten 5, in denen die
Gleitstücke 6 der Rippen 3 laufen, versehen. An Stelle der im Holm vorgesehenen
Führungsnuten kann jedoch auch eine entsprechende Holmform, z. B. vieleckiger Querschnitt,
zur Führung
der Rippen verwendet werden. Diese Führung erlaubt
den Rippen eine Bewegungsfreiheit parallel zur Holmlängsachse, verhindert jedoch
eine Drehung um die Holmlängsachse. Die beiderseits des Holmes 1 angeordneten Zugseile
4 erstrecken sich über die gesamte Blattlänge. Sie verlaufen durch die Bohrungen
7 in den Rippen 3 und tragen Mitnehmer B. Die Mitnehmer 8 sind an den Zugseilen
4 in derart unterschiedlichen Abständen angebracht, daß beim Einziehen der Profilhaut
2 nur die jeweils dem Rotorkopf nächstliegenden Rippen bewegt werden. An den Schmalseiten
der Rippen ist in diesem Ausführungsbeispiel die Profilhaut durch Klebung oder ähnliches
befestigt.
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Das Entfalten der Profilhaut nach dem Ausfahren und Festlegen der
Holme und nach Einsetzen der Rotordrehung erfolgt durch die auftretenden Zentrifugalkräfte.
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Das Zusammenfalten der Profilhaut 2 wird in einfacher Weise durch
vorgegebene Faltlinien 9 erreicht, welche durch entsprechende Verstärkungen 10 bzw.
Abschwächungen 11 der Materialdicke der Profilhaut 2 gebildet sind (F i g. 2 und
4).
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Eine Möglichkeit zur Befestigung der Profilhaut 2 an den Rippen 3
zeigen F i g. 2 bis 4. Die Rippen bestehen aus zwei Hälften 3 a und 3 b, die sich
zu einem kastenförmigen Bauteil ergänzen. Die Profilhaut 2 wird beim Zusammensetzen
der beiden Rippenhälften 3 a und 3 b zwischen diesen eingeklemmt.
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Die F i g. 2 und 4 zeigen eine andere Ausführungsmöglichkeit, bei
der der Holm als Nasenholm 47 ausgebildet ist, so daß er den Vorderteil des aerodynamischen
Gesamtprofils darstellt. Gegen den Blatthinteraufbau zu ist am Holm 47 eine Führungsschiene
12 vorgesehen, auf der die Rippen in Blattlängsrichtung beweglich angeordnet sind.
Die Leisten 13 laufen durch entsprechende Gegenstücke 14 an den Rippen zusammen
und erhöhen die Führungsstabilität. Ebenso dienen die Winkelstücke 15 an den Rippen
3 a und 3b, die beiderseits der Führungsschienen 12 am Holm 47 entlanggleiten,
der Verbesserung der Führung der Rippen. Das Zugseil 4 ist durch Schlitze 16 in
den Rippen 3 hindurchgeführt und ruht bei ausgefahrener Profilhaut 2 in den Rillen
17 der Steuerstücke 18. Diese Steuerstücke 18 sind in Richtung zur Blattspitze hin
hinter den Schlitzen 16 angeordnet (F i g. 5). Sie weisen an ihrem äußeren Ende
eine Abschrägung 19 (F i g. 3) und an ihrem inneren Ende eine der Form ihres äußeren
Endes :entsprechende, sich an die Schlitze 16 anschließende Ausnehmung
20 auf. Weiterhin sind die Steuerstücke 18 mit einem Anschlag 21 versehen,
der die Rippen bei eingezogener Profilhaut auf einem bestimmten Mindestabstand hält,
welcher seinerseits zur Aufnahme der gefalteten Profilhaut dient. Die Mitnehmer
22 sind am Zugseil 4 in solchen Abständen, wie sie die Rippen bei ausgefahrener
Profilhaut voneinander besitzen sollen, befestigt. Sie entsprechen in ihrer Längsausdehnung
in etwa der Breite des Hohlraumes der kastenförmigen Rippen 3 a und 3 b. Bei ausgefahrener
Profilhaut befinden sich die Mitnehmer 22 in den Hohlräumen der kastenförmigen Rippen,
und zwar im Bereich der Schlitze 16.
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Wird nun die Profilhaut eingezogen, so werden zunächst sämtliche Rippen
gleichmäßig gegen den Rotorkopf hin bewegt. Sobald jedoch eine Rippe am rotorkopfseitigen
Blattende zum Anschlag kommt, greift das Steuerstück 18 dieser Rippe durch den Schlitz
16 der nachfolgenden Rippe hindurch und drückt mit seiner Abschrägung 19 den Mitnehmer
22 aus dem Schlitz 16 in die CSffnung 23. Dadurch wird gleichzeitig das Zugseil
4 aus der Rille 17 des Steuerstückes 18 herausgehoben, und der jeweilige Mitnehmer
22 kann zusammen mit dem Zugseil 4 eingezogen werden. Damit erfolgt
die Faltung der Profilhaut jeweils nur zwischen den dem Rotorkopf nächstliegenden
Rippen, und dem noch ausgefahrenen Teil bleibt seine aerodynamisch vollständige
Profilform erhalten.
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Um dies entsprechend auch beim Ausfahren der Profilhaut sicherzustellen,
besitzt jede Rippe an der der Blattspitze zugewandten Rippenhälfte 3 a einen um
einen Bolzen 24 drehbaren, mit einem Haken 25 versehenen Bügel 26. Der Haken 25
arbeitet mit einem auf dem durch den Schlitz 16 hindurchgreifenden Teil des Steuerstückes
18 der jeweils vorhergehenden Rippe 3 angeordneten Stift 27 zusammen. Bei eingezogenen
Rippen sind die Bügel 26 jeweils durch die folgende Rippe so weit aus ihrer
Normalstellung abgelenkt, daß der Haken 25 den Stift 27 umfaßt. Erst wenn die zwangsweise
Auslenkung des Bügels 26 durch die vorhergehende Rippe fortfällt, kann eine Rückholfeder
28 den Bügel 26 wieder in Normallage und damit den Haken 25 und den Stift 27 außer
Eingriff bringen. Dadurch wird erreicht, daß sich die Rippen nur jeweils einzeln
in Richtung auf die Blattspitze zu in Bewegung setzen können, womit für den bereits
ausgefahrenen Teil der Profilhaut jederzeit ein aerodynamisch vollständiges Profil
sichergestellt wird.
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In F i g. 2 ist eine am rotorseitigen Blattende befindliche Verkleidung
29 dargestellt, in die die Profilhaut 2 und die Rippen 3 eingezogen werden können.
Die Verkleidung entspricht zwar im Querschnitt in etwa der Profilkontur der Rippen
3, ist jedoch etwas größer, um auch den Falten der eingezogenen Profilhaut 2 genügend
Platz zu bieten.
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F i g. 6 zeigt die zweite Ausführungsform, bei der die Profilform
durch entsprechend geformte Profilaufbauteile 31, 32 aus Vollmaterial dargestellt
wird. Diese Teile müssen jedoch mindestens senkrecht zu ihrer horizontalen Längsmittelebene
so viel Elastizität besitzen, damit sie aufrollbar sind. Sowohl der Profilvorderteil
31 als auch der Profilhinteraufbau 32 sind mit T-förmigen Schienen 33 versehen,
mittels derer sie in den entsprechenden Führungsnuten 34 des Holmes 1 nur in Holmlängsrichtung
verschiebbar gehalten sind. Das Ausfahren erfolgt durch die Zentrifugalkraft. Das
Einziehen dieser Profilaufbauteile 31, 32 erfolgt in bekannter Weise durch Aufrollen
auf in der Figur nicht dargestellte, am Rotorkopf befindliche Trommeln.
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In F i g. 7 wird bei der dritten Ausführungsform der vordere Teil
des Profils durch den Holm 47 gebildet. Der Blatthinteraufbau wird durch kastenartig
aufgebaute und untereinander durch Scharniere 35 in Blattlängsrichtung gelenkig
verbundene Profilteile 36 gebildet. Der kastenartige Aufbau dieser Profilteile 36
kommt dadurch zustande, daß jeweils zwei in einem Abstand voneinander befindliche
Rippen 3 durch eine starre Beplankung 37 miteinander verbunden sind. Die Scharniere
35 sind derartig angeordnet, daß eine größtmögliche Verdrehung der kastenartigen
Profilteile gegeneinander erfolgen kann. Das Einziehen des Blatthinteraufbaus, d.
h. der kastenartigen Profilteile, erfolgt durch Aufwickeln auf eine
in
der Figur nicht dargestellte, am Rotorkopf befindliche Trommel.