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Verfahren und Vorrichtung zur Widerstandsbestimmung an Rädern" Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung desjenigen
Widerstandes, der auf das Rad bzw. die Räder eines Flugzeuges oder eines Landfahrzeuges
durch auf der Radunterlage befindlichen Matsch oder Wasser ausgeübt wird.
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Nachdem in der letzten Zeit immer wieder Fälle vorgekommen sind, bei
denen s@@h Flugzeuge bei schlechtem Wetter wihrend oder unmittelbar nach dem Start
unerklärlich verhielten, hat es sich als notwendig verwiesen, ein zuverlässiges
Verfahren zu schaffen, das dazu eingesetzt werden kann, denjenigen Widerstand zu
ermitteln, der bei einem Flugzeug beim Starten oder Landen zur Wirkung gelangen
kann. Ein derartiges Verfahren kann ausserdem auch für den Zweck eingesetzt werden,
denjenigen Hemmungswiderstand zu ermitteln, der sich Landfahrzeugen bei ähnlichen
Schlechtwetterbedingungen entgegenstellt.
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Der Erfindung liegt jemgemäß die Aufgabe zugrunde ein Verfahran und
eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe der Hemmungswiderstand mit einen Proberad
fostgsstellt werden
kann, so daß die so ermittelten Ergebnisse zur
Bestimmung des Verhaltens des Rades eines Flugzeuges oder Landfahrzeuges herangezogen
werden können, wenn bei diesem ähnliche Bedingungen vorliegen wie bei dem Testrad.
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Dementsprechend ist erfindungsgemäss eine Vorrichtung vorgesehen,
mit deren Hilfe der an einem Rad wirksam werdende Hemmungswiderstand festgestellt
werden kann, die einen Rahmen aufweist sowie ein in diesem drehbar gehaltenes Testrad,
das relativ zum Rahmen verschiebbar ist wenn das Testrad auf Wasser oder Matsch
auf einer Fläche auftrifft über die das Testrad hinwegläuft und einen mit dem Testrad
verbundenen Energieu@w andler, mit dessen Hilfe die Verschiebung des Testrades gemessen
wird. Ferner sind Mittel vorgesehen, durch welche der innerhalb eines bestimmten
Zeitraumes vom Rad durchlaufene Weg gemessen wird und mit deren Hilfe die mittlere
Verschiebung des Rades während dieses Zeitraumes festgestellt wird.
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Um zu gerhindern, daß das Rad bei der in Aussicht genommenen Geschwindigkeit
lediglich auf der Wasseroberfläche gleitet, ist das Rad vorzugsweise mit einer Belastung
verschen, die in Form von Gewichten vorhanden ein kann, welche zu beide Seiten des
Rades aut einer vom Rahmen gehaltenen Plattform tod dgl angeordnet sein können.
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Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung, die nachstehend
noch im einzelnen beschrieben wird, wird durch Die nachstehend als Hemmungswiderstand
bezeichnete Kraft
welche durch auf der Fahrbahn befindiches Wasser
oder Matsch ausgeübt wird, das Testrad gegen eine unter einer bestimmten Verspannung
stahende Feder zurückgedrückt. Somit kann also die mittlere Verschiebung des Rades
während eines bestimmten Zeitrauses unmittelbar zu dem mittleren Hemmungawiderstand
; in Bezug gesetzt werden, der dem Rad von der Federkraft her entgegengesetst wird.
Besitzt beispielsweise die Feder eine Auslegung von 26,77 kg/cm und ist die sich
aus dem Hemmwiderstand des Rades ergebende Verschiebung gleich 1*27 cm, SO ergibt
sich der Wert des Hemmwiderstandes mit 34 kg. Die Messeinrichtung ist entsprechend
kalibriert.
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Mit der Erfindung wird ach ein Verfahren zur Bestimmung des am Rad
auftretenden Hemmwiderstandes geschaffen, das darin besteht, dass ein Landfahrseug
über eine Fläche mit Matsch oder Wasser geschoben wird und vor diesem Landfahrzeug
gleichzeitig ein in einem Rahmen gehaltenes Testrad hergeschoben wird, das relativ
zum Rahmen verschiebbar ist, sobald das Testrad auf das Wasser oder Matsch auftrifft.
Im Verlaufe die Verfahrens wird auch hier wiederum während eines bestimmten Zeitraumes,
während dessen die Geschwindigkeit des Landfahrzeuges im wesentlichen konstant gehalten
wird, der von diesem durchfahrene Weg und die durch das Wasser oder den Matsch verursachte
mittlere Verschiebung des Testrades gemessen.
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Bei schleehtem Wetter ist es für den Fahrer eines Fahrzeuges schwierig,
die Geschwindigkeit seines Landfahrzeuges so konstant
zu halten,
dass Ablesungen am Tachometer des Fahrzeuges zweckmässig sind, jedoch lässt sich
die Geschwindigkeit normalerweise doch innerhalb solcher Geschwindigkeitsgrenzen
halten, @@ss sie für die Errechnung von mittleren Durchschnittswerten noch brauchbar
ist . . Dievorstehend genannte Zeitspanne liegt deshalb in der Praxis im allgemeinen
zwischen 5 und 30 Sekunden.
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Anhand des durchschnittlichen Wertes, der für den Hemmungswiderstand
aus dem Verhältnis der Belastung des Testrades und einer r bekannten Grundgeschwindikgieit
unter Zugrundelegung der Zeitspanne und des vom Rad in dieser Zeitspanne zurückgelegten
Weges ermittelt wirdl läset sich chne weiteres der Widerstandskoeffisient auch flir
die ruder eimes Flugsaugfahrgestells für die vom Temtrad angetroffenen Bedingungem
feststellen.
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Die Erfindung sei nachstahend anhand eines vorzugsweiman Ausfüjhrungsbeispieles
unter Besugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es seigen: Figur 1 eine
Seitenansicht einer vorzugsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
Figur 2 eine isometrische Perspektivansicht der Verrichtung nach Figur 1, und Figur
3 eine Darstellung der elektrischen Schaltung, wie sie in der Vorrichtung gemäss
den Figuren 1 und 2 verwendet wird.
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Die in Figur 1 geseigte, insgesamt mit 1 beseichnete Vorrichtung besitst
einen A-förmigen Hauptrahmen 2 mit den Seitemteilen 3 und 4, die jeweils swei Verstrebungen
5 und 6 aufweisen, welche wiederum durch die Zwischenverstrebungen 7 gegeseinander
verspannt sind Die beidem Seitenteile 3 und 4 sind an ihrem vorderen lade durch
eine Platte d miteinander verbunden und weisen nach rückwärts jeweils einen Befestigungsarm
9 bzw. 10 auf, über den die Anhängung der Vorrichtung an der Vorderseite eines Fahrseuges,
beispielsweise eines nicht gezeigten Feldfahrseuges oder Jeeps erfolgen kann. Von
einem hinter der Platte 8 befindlichen Querstück 11 geht ein Winkelstüc 12 mach
untren ab, das an den vorderen oberen Teilen der Verstrebungen 6 befestigt ist und
in dem ein senkrechter Schwenkstab 13 drehbar gelagert ist, an den ein Hilfsrahmen
14 schwenkbar gehalten ist, in dem das Testrad 15 drehbar befestigt ist.
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Der Rahmen 14 weist eine vordere Baueinheit mit den senkrechtem Seitemteilen
16 und 17 auf,die durch horisomtale Träger 18 und 19 miteinander verbunden sind.
Diese Träger 18 und 19 sind ihrerseitz wiederum oben und unten am Stab 13 gehalten.
Je zwei ebere bzw. untere Rohrteile 20 und 21 sine am oberen und unteren Inde der
Teile 16 und 17 jeweils durch Bolsem 22 gelenkig befestigt, während das rückwärtige
Ende der Teile 20 und 21 an den senkrechten Trägern 23 su
beiden
Seiten des Rahmens 14 ebenfalls unter Zuhilfenahme von Bolzen 24 angelenkt ist.
An einem nach unten gerichteten Ansatz 25 des Teiles 23 ist eine Stange 26 angelenkt,
die durch ein bund 27 hindurchgeführt ist, welcher wiederum an einer Platte 28 befestigt
ist, in der das Rad 15 gehalten izt. An rückwärtigen lade des Stabes t6 ist ein
lud 19 durch die Muttern 30 festgehalten und swischen den Bünden 17 und 39 ist eine
Druckfeder 31 gut die Stange aufgesetst.
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Die Platte 28 ist schwenkbar an einem Teil 32 gelagert, der wiederum
an den oberen Trägern 34 befestigt ist, vom denen in der Figur nur ein einsiger
dargestellt ist und die an den oberen Enden der senkrechten Träger 23 starr befestigt
sind.
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Unterhalb des Rades 15 befindet sich swischen den Teilen 34 ein Schutablech
33.
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Zwischen du Träger 23, an dz die Stange 36 schwenkbar angelenkt ist,
und der Platte 38 ist ein elektrischer Energieumwandler 35 eingebaut. Zwischen einem
die unteren Enden der Träger 23 verbindenden Querträger 37 und dem oberen Teil der
vordere Baueinheit ist ein Dämpfer 36 vorgeschen, mit dessen Hilfe die senkrechten
Schwingungen des Rades gedämpft werden.
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Der Zweitrahmen 14 steht unter der Last vom Gewichtem 38, welche su
beiden Seiten des Rades auf den Flattformen 39 aufliegem. Die Plattformen aind hierbei
an Schraubenfedern 42 aufgehängt, die ihrerseits an den Winkelstücken 41 befestigt
sind,
die vom Rahmen 14 nach aussen ragen. Durch die Federn ist jeweils ein Stab 40 hindurchgeführt
und an den Winkelstüeken befestigt, so das. auf diese Weise eine Führung fur die
Plattformen erhalten wird.
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Nachdem da. Rad in dem Rahmen 14 gehalten ist, der seinerseits am
Hauptrahmen 1 durch einen senkrechten Schwenkstab 13 gelenkig gehalten ist, ist
das Rad wie eine Deichselrolle gehalten und kann sich auch in einer senkrechten
Ebene bewegen, weil die Teile 20 und 21 des Rahmens 14 an der vorderen baueinheit
des Rahmens 14 schwenkbar befestigt sind. Die Dämpfung der senkrechten Bewegung
des Rades erfolgt über den Dämpfer 36 und die horisontale Dämpfung ist durch einen
Dämpfer 43 über eine entsprechende am Rahmen 14 vergeschene Gelenkverbindung gegeben.
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Is wäre am sich besenders vorteilhaft, wenn als Testrad 15 ein vellständiges
flugseüglanderad verwendet werden könnte, wenn dieses Rad aush mit solchen Geschwindigkeiten
ausgefahren werden könnte, wie sie etwa kurz vor den Abheben des Flungseuges von
der Startbahn vorliegen; auch wenn solche Geschwindigkeiten nicht erreichbar sind,
so wäre doch die Verwendung eines richtigen Flugseugrades trotsdem immer moch ideal.
Mit Rücksicht auf Radgrösse und -gewicht das jedoch ein Kempromiss gefunden werden
und stattdessen ein Rad gemommen werden, dessen Grösse und Gewicht derart bemessen
ist,
dass es vor einem normalan Fahrseug hergeschoben werden kann.
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Die normale Verwendung eines Flugseugrades setzt eine 30%ige durchbiegung
voraus, da der Durchmesser des Rades 15 und die Breite und Tiefe des auf das Rad
aufgesogenen Reifens diejenige Reifenoberfläche bestimmen, welche bei einer Durchbiegung
von 30% mit dem Boden zum Kontakt gelangt. Für die erfindungsgemässe Vorrichtung
wurde ein Testrad mit einem Aussendurchmesser von etwa 40 cm und mit einem Reifen
von jeweils etwa 5 cm Breite und Tiefe gewillt Bei einer 30%igen Durchbiegung dieses
Reifess ergibt sich immgesamt eine Rei fen/Boiden-Kontakt fläche As, welche gleich
ist der Reifenbreite multipliziert mit einer durch die 30%ige Durchbiegung bestimmten
Sehne, so dass Raddurchmesser = (1/2 Sehne)2 = Durchbiegung dur chbiegung und 16
= (1/2 Schne)2 + 0.6 # 4 x 0.6 2 (1/2 Schne)2 cc. # = 6.25" annähernd und Ag = 6.25
x 2 = 12.5 Quadrat"ll Damit wird der nach unten gerichtete Druck bestimmt, der auf
das Testrad 15 angeübt werden muse und einer Belastung von etwa 226,5 kg entspricht.
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Wird der auf du Bad 15 einwirkende Hen@widerstand mit 205, d.h. also
0,2g angemommen und wird weiter angenommen, da das Rad 15 mit Gewichten 3S von 226,5
kg überlastet und von einem Fahrzeug mit 1359 kg fortbewegt wird, so wäre der Widerstand
20% des gesamten Gewichtes,. d.h.
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10/100 x 1585,5 = 317,1 kg (1) Bel einer Geschwindigkeit von 27,5
m pro Sekunde (etwa 95 km pro Stunde) ergibt sich die Arbeit gemäss folender Formel:
FV r 550 engl.P.S. (3) dabei ist F = zu überwidende Kraft in engl.P.S. v-a Geschwindigkeit
in ft/sec.
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HP = erforderliche PS und HP = FV = 700 1bs. x 90 ft/sec. = 114 an-550
530 nähernd.
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(Es wird hierbei angerommen, dass der auf die Räder des die erfindungsgemässe
Vorrichtung vor sich herschiebenden Pahrseuges einwirkende Hemnwiderstand die gleiche
Grömse besitzst wie der auf das Testrad 15 wirkende Widerstand).
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Ist du verwendete Fahrseug nicht in der Lage, eine Guschwindigkeit
$vom 27,5 m/sec. zu erreichen, wenn der zur Wirkung gelangende Matsch einen Widerstand
von 317,1 kg ausäbt, so sässte, wenn man annimmt, dass der Widerstand
proportional
dem Quadrat der Geschwindigkeit ist, die gleiche Matschtiefe bei einer Geschwindigkeit
von 20,57 s pro Sekunde (etwa 70 km pro Stunde) einen Hemmwiderstand von 15% ergeben.
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Wird also nochmals die Formel (1) angewandt, so ergibt sich durch
Matsch verursachter Hammwiderstand = 15 x 3500 = 525 100 englische Pfund = 237,8
kg Setzt man diesen Wert in die Formel (2) ein, so ergibt sich HP - FV = 525 x 611/2
= 69 annähernd.
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SSo 550 Mit einem Jeep oder Geländefahrzeug als Fortbewegungsfahrzeug
können also Messungen von Hemmungswiderständen je nach den herrschenden Bedingungen
im Geschwindigkeitsbereich von 45 bis 95 km pro Stunde vorgenommen werden.
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Die Auslegung der Feder 31 ist mit 27,2 bg/os gewählt und der Energieumwandler
35 ist in Form eines Potentiometers mit einer Bewegung von 2" ausgebildet. Die Auslegung
der Feder und der Potentiometerbewegung gestattet die Aufnahme von maximal bis zu
0,3g reichenden Hemmwiderstpnden und ein Durchbiegungspunkt von 1" entspricht etwa
0,15g.
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Zur Aufzeichnung der dem Rad 15 entgegenwirkenden Hemmwiderstände
findet eine Schaltung gemäss Figur 3 Verwendung.
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Die mittleren Hemmwiderstandswerte werden von einen integrierenden
motorgetriebenen Zähler C1 gemessen, der mit dem Schieber des Potentiometers RV1
verbunden ist, welcher den Energieuswandler 35 der Figur 1 darstellt Die Verbindung
erfolgt hierbei über einen Einpoldoppelschalter, der einen Teil eines zweiteiligen
Schalters 82 bildet. Der Potantiometer RV1 wird von einer Gleichstromquelle über
einen Einschalt-Ausschaltschalter S1 und einen festen Widerstand R1 gespeist, wobei
eine stabilisierende Diode VR beispielsweise eine Zenner-Diode mit dem Potentiometer
RV1 in Reihe geschaltet ist.
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Die sich momentan ergebenden Hemmwiderstandswerte werden von einen
Meßgerät M1 mit den Kalibrierungswiderständen R2 und RVX abgelesen. Das Messgerät
M1 ist dabei mit den Schieber des Potentiometers RV1 und der gemeinamen Leitung
der Gleichstromquelle verbunden. Ein Umdrehungsmesser (vev counter) RC ist an die
Gleichstromquelle über einen Schalter CB angeschlossen, der über eine Nockenscheibe
C angetrieben wird, welche ihrerseits mit den Testrad 15 und einen Einpoleinfachumschalter
verbunden ist, welcher drr anderen Teil des Schalters S2 bildet. Desweiteren ist
auch eine mechanische Verbindung L vom Hebel T des Schalters S2 zu einer stoppuhr
SW vorgeschen.
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Zur Messung desjenigen Hemmwiderstandes, der durch auf einer Startbahn
liegenden Matsch hervorgerufen wird, wird die Vorrichtung gemäss Figur 1 an der
Vorderseite eines
Geländefahrseuges u.dgl. angebracht und Über
die Startbahn gefahren. Sobald diejenige Geschwindigkeit erreicht ist, bei der die
Messungen des Hemmwiderstandes vogenommen werden sollen und w@@@ diese Geschwindigkeit
auch im wesentlichen konstant gehalten werden kann, so schaltet der Fahrer des Geländefahrzueges
oder sein Beifahrer den Hebel T derart um, dass der Schalter S2 eingeschaltet wird,
durch den wiederum die stoppuhr in Gang gesetzt wird.
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Gleichzeitig damit wird auch der Integrationssähler mit dem Potentiometer
RVI und der Umdrehungsähler mit der Gleichstromquelle verbunden. Sobald deutlich
wird, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeuges nicht konstant gehalten werden kann
oder aber auch nach Ablauf einer bestimmten Zeit nach dem Einschalten des Schalters
S2 wird dieser dadurch wieder in seine Ausschaltstellung gebracht, dass der Hebel
T verschwenkt und damit der Integrierungs- und Umdrehungssäher ausser Strom gesetst
werden, so dass die Stoppuhr zum Stillstand gebracht wird. Während der Temtfahrt
lassen sich die jeweils zu einem bestimmten kutenblick gegebenen Hemmwiderstandswarte
ohne weiteres Jederzeit von dem Mesagerät M1 ablesen.
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Stoppuhr und Umdrehungssahl- und Integrationssähler können ach eimer
Probefahrt wider auf Mull zurückgestellt oder aber einfach zum Stillstand gebracht
und dann wieder in Betrieb genommen werden, wodurch eine kumulierende
Ablesung
erhalten wird, Bei der Stoppuhr kann es sich um eine elektrische Stoppuhr handeln,
weäche ihrerseits aber einen weiteren Schalter betätigt wird, der über S2 von der
Gleichstremquelle her gespeist wird.
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Da die Geschwindigkeit des Integrierungsmotores proportional dem Strom
ist, der seinerseits wiederum von der Einstellung des Schiebers oder Abgriffs des
Potentiometers RV1 und damit von der Verschiebung des Rades 15 proportional abhängig
ist, ergibt die Anzahl der Zählungen des durch den Integrationsmetor angetriebenen
Zählers dividiert durch die Stoppuhrablesungen die Anzahl der Zãhlungen pro Minute.
Die Zählungen pro Minute seien mit 50 angenommen; diese sollen für einen Strom gelten,
der sich aus einer Verschiebung von 2,54 cm des Schiebers des Potentiometers RVI
ergibt, der insgesamt ein Verschiebung von 5,08 cm aufweist. Die Feder 31 sei dabei
auf 27,2 kg/cm ausgelegt. Im diesem Fall ist eine Zählung von 50 äquivalent einem
Hemmwiderstand von can, 68 kg. Bei Kenntnis des Durchmessers des Proberades 15 lässt
sich nach Vornahme der Ablesungen am der Stoppuhr und dz Umdrehungssähler die Geschwindigkeit
genau berechnen.
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Auf diese Weise ist es möglich bestimmte Zahlen für den ven den Proberad
bei bestimmten Bedingungen an der Startbahn angetroffanen Hemmwiderstand zu ermitteln
und diese Zahlem können dann verhältnismässig auf die Räder des
Fahrwerkes
eines Flugseuges übertragen werden, so dass sich auf diese Weise die beim Landen
dieses Flugseuges unter den in Rede stehenden Bedingungen wirksam werdenden Hemmkräfte
ermitteln lassen.
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BI wurde zwar vorstehend ein Ausführungsbeispiel der Brfindung beschrieben
und dargestellt, jedoch können selbstverständlich noch zahlreiche Änderungen und
Modifikationen vorgenommen werden, ohne dass hierdurch der Rahmen der Erfindung
überschritten würde. So kann das Rad 15 beispielsweise statt in einem Zweitrahnen
14 auoh in einer Art Deichsellagerung gehalten sein, so dass es entlang eines Rahmens
verschiebbar ist, der über Scharniere an eine Fahrzeug befestigt werden kann, so
dass sich der Rahmen um eine horizontale Achse verschwenkt. Die Deichselhalterung
könnte unter der Wirkung einer Feder stehen, welche in der beabsichtigten Fahrrichtung
wirksam wird und auf einen mit dem Rahmen und der Deichselhalterung verbundenen
Petentiometer einwirkt, so da die Durchbiegung des Rades bein Auftreffen auf Matsch
oder Regenwasser eine entsprechende Veränderung in der Einstellung des Petentiometers
RV1 hervorruft. Die Schaltung des letsteren kann dabei entsprechend der Darstellung
der Figur 3 ausgeführt sein, es kann jedoch su diesem Zweck auch jedes andere Schaltschema
verwendet werden, sofern damit nur eine oder beide momentane und mittlere Ablesungen
des Hemmwiderstandes möglich sind.
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In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, anstelle der vorstehend
beschriebenen elektrischen Vorrichtung andere Mittel zur Messung der sich unter
der Einwirkung der Hemmwiderstandskräfte ergebenden Raddurchbiegung einzusetzne.
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So könnte es sich bei du Energieumwandler 35 beispielsweise auch um
einen hydraulischen oder mechanischen Energieumwandler und um eine daran angeschlossene
Vorrichtung handeln, mit deren Hilfe sowohl die jeweils momentanen als auch die
mittleren Werte des Hemmwiderstandes rqistriert werden können.