DE1623652A1 - Vorrichtung zur UEberwachung der Rotationsbahn eines um eine Achse rotierenden Koerpers - Google Patents

Description

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der USA-Patentanmeldung Serial No. 605,698 vom 29· Dezember 1966 in Anspruch genommen,,

Die Erfindung "betrifft eine Anlage zur Feststellung und Anzeige von Abweichungen der Rotationsbahn eines um eine Achse rotierenden Körpers aus einer rechtwinklig zur Rotationsachse liegenden Bezugsebene. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine in einem Flugzeug angeordnete Anlage zur Überwachung der Ratationsbahnen von rotierenden Flügelblättern, bei der ein bestimmter Energiestrahl benutzt wird.

Es ist notwendig, die Eigenschaften rotierend angeordneter Flügelblätter, insbesondere Hubschrauberflügelblätter während der Rotation derselben zu bestimmen. Veränderungen der Rotationseigenschaften der Flügelblätter können eine Unwucht im Rotor hervorrufen, die zu übermäßigen und unerwünschten Schwingungen während des Fluges des Hubschraubers führen.

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Die Rotationseigenschaften der Flügelblätter können SJ-Ch in,. Abhängigkeit von physikalischen Unterschieden in der Form, der Blätter, des Materials, aus dem sie hergestellt sind,·der Verteilung des Gewichts über das Ausmaß des Blattes und der Art, in der die Flügelblätter an der Rotornabe des Hubschraubers angebracht sind, ändern. Wenn die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Flügelblätter zunimmt, neigen die außenliegenden Enden der Flügelblätter dazu, sich konisch aufwärts zu verformen, wobei die Spitze eines jeden Flügelblattes sich in einer bestimmten Ebene oder Rotationsbahn bewegt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Rotationsbahn der Flügelblätter sich in der Beschreibung und den Ansprüchen auf diejenige Ebene bezieht, die ein Punkt der umlaufenden Flügelblätter, beispielsweise die Spitze derselben, beschreibt_o Die Rotationsbahn der Spitze eines jeden Flügelblattes hängt von den Eigenschaften desselben ab, wobei ein Unterschied in der Rotationsbahn eines Flügelblattes gegenüber einem anderen eine Unwucht im Hubschrauberrotor hervorrufen kann, die unerwünschte Schwingungen verursacht.

Es ist daher notwendig, daß alle Flügelblätter sich in einer gemeinsamen Rotationsebene bewegen, um übermäßige Schwingungen des Flugzeugs zu vermeiden. Dieser Vorgang wird allgemein als Rotationsbahnüberwachung der Flügel bezeichnet, wobei die einzelnen Flügelblätter überwacht werden, um ihre Rotationsbahn gegenüber einer vorbestimmten Bezugsebene zu bestimmen. Wenn alle Flügelblätter sich in einer vorbestimmten Rotations-

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ebene oder in gleichem Abstand von einer vorbestimmten Bezugsebene bewegen, wird von ihnen gesagt, dai3 sie alle ausgerichtet umlaufen«

Viele Anlagen zur Überwachung der Rotationsbahnen von Hubschrauberflügelblättern sind bereits entwickelt worden, aber die meisten dieser Anlagen können nur verwendet werden, wenn die Drehflügel in einem Prüfstand umlaufen, in dem die einzelnen Flügelblätter ohne weiteres justiert werden können, bis sie in einer gemeinsamen Rotationsebene umlaufen.

Es ist jedoch auch erwünscht, die Eigenschaften der rotierenden Flügelblätter während des Fluges zu überwachen, so dai3 alle Änderungen der physikalischen Struktur der Flügelblätter, die während des Fluges auftreten können und die ihre Rotationseigensohaften beeinflussen können, feststellbar sind. Somit besteht ein Bedarf für eine Überwachungsanlage, die während des Fluges wirksam ist. Eine derartige Anlage sollte vorzugsweise in der Lage sein, sowohl die Rotationsbahnen der Flügelblät- ter, während der Hubschrauber fliegt, als auch am Boden zu überwachen, so daß eine Überwachung der Flügelblätter unter allen Betriebsbedingungen möglich ist*

Faktoren, die die Rotationsbahnen der Flügelblätter während des Fluges beeinflussen und Unzuchten im Rotor hervorrufen können, die zu übermäßigen Schwingungen des Flugzeugs führen, sind beispielsweise Eisablagerungen an den Flügelblättern.

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!Derartige Eisablagerungen vergrößern das Gewicht und ändern die Gewichtsverteilung der Flügelblätter und damit ihre Rotationsbahnen_o Ein weiteres Problem ist in der Empfindlichkeit der sich schnell bewegenden Flügelblätter zu sehen, wenn sie auf Fremdkörper in der Luft auftreffen, die entweder ein Flügelblatt einbeulen oder ein Stück herausreißen können, so daß sich die :aer ο dynamischen Eigenschaften ändern und Veränderungen der Rotationsbahn des Flügelblattes bewirken.

Während es manchmal möglich ist, daß der Flugzeugführer die aus der Unwucht des Rotors herrührenden Schwingungen fühlt, ist es jedoch erwünscht, eine Anlage zu schaffen, die selbst kleine "Veränderungen der vorgeschriebenen Bewegungsbahnen der Flügelblätter genau feststellen kann. .Geeignete Maßnahmen zur Behebung der Unwucht können dann getroffen werden, wie beispielsweise eine Verminderung der Flughöhe, um Eisablagerungen von den Flügelblättern zu entfernen oder zu landen und das beschädigte Flügelblatt zu ersetzen oder zu reparieren« Dieselbe Anlage kann dann verwendet werden, um das ersetzte oder reparierte Flügelblatt zu überprüfen und es zu verstellen, bis es in einer gemeinsamen Rotationsebene mit den übrigen Flügelblättern des Rotors umläuft. Hierdurch entfällt die Hotwendigkeit* zusätzliche Prüfstände am Boden vorzusehen, so daß jede unnötige Verzögerung bei der Einstellung und Überwachung der- Flügelfclätter des Hubschraubers vermieden wl

Überwachungsanlagen, die unmittelbar mi Rumpf eines Hubschraubers angebracht sind, waren bisher vorgesehen» um die relativen

Rotationsbahnstellungen der tualaufenden Flügelblätter zu bestimmen, während sich der Hubschrauber entweder auf dem Boden oder im Flug befand. jCine dieser Anlagen sieht eine optische Vorrichtung vor, bei der Strahlen des umgebenden Lichts von zwei Richtungen auf ein lichtempfindliches Element, beispielsweise eine fotoelektrische Zelle, treffen können. Die Anlage ist hinten am Rumpf des Hubschraubers unmittelbar unter den Spitzen der Flügelblätter eines Hubschraubers mit einem einzigen üotor oder unter den sich überlappenden Rotationsebenen der Flügelblätter eines zwei Rotoren aufweisenden Hubschraubers angeordnet, so daß die.Strahlen des umgebenden Lichts durch die Rotationsbahn aller Flügelblätter hindurchgehen.

Wenn die umgebenden Lichtstrahlen durch ein vorbeigehendes Flügelblatt blockiert werden, sendet die fotoelektrische Zelle ein Signal, das die Strahlenunterbrechung durch das Flügelblatt anzeigt. Aufeinanderfolgende Unterbrechungen der beiden Strahlen des umgebenden Lichts durch irgendeines der Plügelblätter erzeugt ein Signalpaar von der fotoelektrischen Zelle, das einem elektrischen Kreis zugeführt wird, der die Zeitintervalle zwischen den beiden Signalen registriert.

Da der Parallaxewinkel zwischen den währgenommenen Strahlen des umgebenden Lichts unveränderlich und bestimmbar ist und die Drehgeschwindigkeit des Rotors bekannt ist, iat das registrierte Zeitintervall eine Punktion der ungefähren Höhe

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des betreffenden umlaufenden Pillgelblattes, bezogen auf eine vorbestimmte Bezugsebene. Wenn ein Flügelblatt in einer Drehebene umläuft, die von denen der anderen Flügelblätter des Ro-. tors abweicht, kann dieser Zustand durch die Anlage festgestellt und nachfolgend berichtigt werden, um alle Flügelblätter in gleicher Ebene umlaufen zu lassen und eine Unwucht des Hubschrauberrotors zu verhindern. .

Derartige Überwachungsanlagen sind jedoch von der Sonne oder dem Himmel als Lichtquelle zur Betätigung abhängig, da sie von dem umgebenden Licht Gebrauch machen und davon abhängig sind. Sonnenlicht ist veränderlich und an wolkigen Tagen und Zeiten ungewöhnlicher Wetterbedingungen, wie beispielsweise Hegen oder Nebel, ist die zur Verfügung stehende Sonnenlichtmenge oft ungenügend, um die erforderliche Änderung der elektrischen Signale zu erzeugen. Dies beschränkt die Benutzung dieser vorbekannten Anlagen auf helle, sonnige Tage, während jedoch eine dauernde Überwachung der Flügelblätter während des Fluges zu allen Zeiten, einschließlich der Nachtzeit und bei allen Wetterbedingungen erforderlich ist.

Die Abhängigkeit einer derartigen Anlage vom Vorhandensein des umgebenden Lichts ist nicht nur in sich ein Nachteil, sondern sie führt auch zu ungenauen Resultaten, da jeder plötzliche Wechsel der Intensität des umgebenden Lichts den Signalausgang der Zelle ändern kann,- ohne daü tatsächlich eine Unterbrechung der Lichtstrahlen* de»;umgebenden Lichts durch ein Flügelblatt, •austritt.-So känni fahrend des Betriebes bei Tageslicht je4e -

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plötzliche Abnahme des umgebenden Lichts bewirken, daß die fotoelektrische Zelle ein elektrisches Signal abgibt, obwohl keine Unterbrechung der Strahlen durch ein Flügelblatt stattgefunden hat c

Gemäß der Erfindung ist eine Anlage zur Feststellung und Anzeige von Abweichungen der Rotationsbahn eines um eine Achse rotierenden Körpers aus einer rechtwinklig zur Rotationsachse liegenden Bezugsebene geschaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß ein von einer Energiequelle gespeister Sender einen Energiestrahl unter einem bestimmten '.inkel ausstrahlt, der die Bezugsebene in einem bestimmten Abstand von der Rotationsachse schneidet, und daß an dem rotierenden Körper in gleichem Abstand wie der Schnittjpunkt zwischen Energiestrahl und Bezugsebene von der Rotationsachse ein auf den Snergiestrahl ansprechender Empfänger befestigt ist, dessen Anspraehimpulse einem Anzeigegerät zugeleitet werden.

Die Anlage gemäß der Erfindung ist sowohl zur Überwachung der rotierenden Hubschrauberflügelblätter während des !Fluges als auch im gelandeten Zustand geeignet. Die Anlage ist von umgebenden Lichtbedingungen unabhängig und kann bei^: den· meisten 1,'etterbedingungen und jederzeit, ob Tag oder Wacht, verwendet 'werden« ■ * ^{v ;}' '■'-'"' ^: · :

jiie Anläge- ist vom Inneren des Hubschraubers "aus .betätigbar, billig* herstellbar und überwaehbarj = einfach in der ,Konstraüction und-iLm Betrieb und ist außerordentlich genau -und-, höejtist -verlÄß?*

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Während jedes ausgeprägte Energiestrahlenbündel einschließlich Licht oder Schall bei der Anlage gemäß der Erfindung verwendbar ist, besteht das bevorzugte Energiestrahlenbündel aus einem fein gesteuerten und zusammenhängenden Lichtstrahleribündel konstanter Intensität, das in der Lage ist, bei den meisten Lieferbedingungen einschließlich Nebel, Hauch und Schnee ohne Abnahme, oder Divergenz über den erforderlichen Abstand durchzudringen, um eine überwachung der Rotationsbahnen der Flügelblätter zu gestatten«,

Die Erfindung v/ird aus der nachfolgenden Besahreibung mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf uie beigefügten Zeichnungen besser verständliche Es zeigen:

Fig· 1 eine schematische Ansicht der Überwachungsanlage gemäß der Erfindung;

- ■ - ■■ oss:- ' Fig. 2 eine schematische Ansicht der Überwachungsanlage

gemäß der Erfindung, in der ,die relativen Stellungen der Flügelblätter eines dreiflügeligen Rotors in unausgeglichenen Stellungen gezeigt sind;

Fig. 3 ein Diagramm der elektriscüen Signale, die durch die Anlage erzeugt v.erden, wenn uie Flügelblatter sich alle in der vorgeschriebenen Hotationsbahn bewegen?

Fig. 4 ein Diagramm der elektrischen Signale die durch

die Anlage erzeugt werden, wenn eines aer Flügel-

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blätter aus der vorgeschriebenen Rotationsbahn abweicht?

Pig. 5 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Überwachungsanlage gemäß der Erfindung, in der der Be-. trieb bei einem Hubschrauber mit zwei Rotoren gezeigt ist;

Fig. 6 eine Teildraufsieht einer anderen Ausführungsform der Überwachungsanlage gemäß der Erfindung, in der der Betrieb bei einem Hubschrauber mit zwei Rotoren gezeigt ist; und

Figo 7 eine perspektivische Ansicht der in Figo 5 gezeigten Überwachungsanlage, in der die Stellung zum vorderen Rotor des Hubschraubers gezeigt ist.

Wie in Fig> 1 gezeigt, weist die Überwachungsanlage gemäß der Erfindung eine an einem Flugzeug 22 angebrachte Lichtquelle und ein an der Unterseite eines Flugelblattes 26 angebrachtes, lichtempfindliches Element 24 auf, das vorzugsweise an oder nahe der Spitze oder in dem außen liegenden Ende 28 des Flugelblattes 26 angebracht ist₀ "Von der Lichtquelle 20 wird ein Lichtstrahl bzw. Lichtbündel gesendet,, das aufwärts in und .durch die Rotationsebene des Flügelblattes 26 unter einem Winkel Q mit Bezug auf die Horizontale gerichtet ist. Das Flügelblatt 26 ist in geeigneter Weise mit einer Rotornabe 32 ,eines Flugzeugs zur Drehung mit derselben verbunden·

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Wenn'das Flügelblatt 26 umläuft, schneidet es den Licht-' · - ^: strahl bzw* das Liehtbündel 30 bei jeder Umdrehung„ Das ' * ^; Lichtbündel 30 wird von dem Flügelblatt 26 hur dann genau"-·' ^! "" an der Stelle des lichtempfindlichen Elements 24' geschnitten', wenn sich das Flügelblatt in einer bestimmten RotatiOnsebene mit Bezug auf die Winkelrichtung des Lichtbündels 30 bewegte Wenn im Augenblick des Schneidens das Lichtbündel 30 vom lichtempfindlichen Element 24 empfangen wird,' wird ein elektrisches Signal erzeugt, das anzeigt, daß sich das Flügelblatt in der vorgeschriebenen Rotationsebene bewegt,,

Wenn ein Flügelblatt sich in einer anderen als der gewünschten Rotationsebene (z_oB_o die vom Flügelblätt 26 beschriebene Ebene) bewegt und das Lichtbündel 30 den gewünschten Win- r kel θ einschließt, um das lichtempfindliche Element nur dann zu schneiden, wenn es sich in der gewünschten Ebene befin- ' det, trifft das Lichtbündel nicht auf das lichtempfindliche ' Element am Flügelblatt, wenn dieses aus der vorgeschriebenen Bahn¹, abweicht und das Liehtbündel schneidet,, Das Flügelblairt*■ 34 läuft, wie es beispielsweise in gestrichtelten Linien in Fig. 1 gezeigt ist,ίnicht in der gewünschten Rotationsebene um und daher trifft-das Lichtbündel 3Ό nicht auf das 'lichtempfindliche Element 48 am Flügelblätt^: und es wird keiif^r: ■■·■ elektrisches Signal-erzeugt, was eine Anzeige 'bedeutete -daß ■ eine Einstellung der Rotationseigenschaften dös Flügelbläites' erforderlich ist. ' _ -■ ' ' ^ ^; '^-K³M

In der Praxis werden die Flügelblätter anstatt jedes Blatt einzustellen, bis das lichtempfindliche Element daran zu einem

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stationären Lichtbündel ausgerichtet ist, so eingestellt, daß die tatsächliche vertikale Versetzung der Rotationsebene des Flügelblattes gegenüber einer vorbestimmten Bezugsebene, beispielsweise die Rotationsebene eines Meisterflügelblattes, festgestellt wird«,

Daher ist, .wie in Pig. 2 gezeigt, eine Anlage vorgesehen, die die vertikale Versetzung der Rotationsebene eines Flügelblattes von einer optimalen Bezugsebene anzeigt. Diese Anlage besteht aus einer Lichtquelle 40, die schwenkbar gegenüber dem immpf des Flugzeugs 22 angeordnet und geeignet ist, den Winkel zwischen dem Lichtstrahl bzw«, Lichtbündel 42, das von der Lichtquelle 40 ausgeht und der Längsachse des Hubschraubers zu ändern. Yfeiterhin sind Mittel vorgesehen, die die Größe des Winkels Q, der zur Herstellung der Ausrichtung mit dem lichtempfindlichen Element am Flügelblatt erforderlich ist und/oder die Winkelversetzung des Lichtbündels 42, die notwendig ist, um die Ausrichtung mit dem lichtempfindlichen Element in beliebigen Zweiflügelblättern zu erreichen, anzeigt« Wie schematisch in Figo 2 gezeigt, kann hierfür ein Winkelraeßgerät 44 vorgesehen sein« Es wird darauf hingewiesen, daß beliebige Mittel, die ein anspruchsvolleres System zur Anzeige des Grades der Winkelabweichung des Lichtbündels aufweisen, am Instrumentenbrett des Führerstandes, des Hubschraubers oder an irgendeiner .anderen geeigneten Stelle, die zur Verwendung des Erfindungsgegenstandes geeignet ist, angebracht sein kann.

Bei der in Fig. 2 gezeigten AuBführungsform w^rdeiif-iZ^eiiHo-,·- torflügel 34 und 36 mit Bezug auf die gewünschte Rotations-

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der Flügelblätter überwacht, wie z.B·. diejenige., die das Flügelblatt 26 beschreibt, das beispielsweise ein. Bezugr pd.er ... Meisterflügelblatt sein kann«, Wenn bei der Vergleichstechnik gemäß der Erfindung alle Flügelblätter sich mit. gleicher Um- . laufgeschwindigkeit bewegen, ist der Unterschied in der Y,^rin- _: kelversetzung des Lichtbündeis 42, der notwendig ist, um das Lichtbündel₉ das mit dem lichtempfindlichen Element- eines sich in der gewünschten Rotationsebene drehenden Flügelblattes ausgerichtet ist, mit dem lichtempfindlichen Element eines jeden anderen Flügelblattes auszurichten, eine Funktion des vertikalen Abstandes zwischen den Rotationsebenen, der Flügelblätterp . .

Wenn die Lichtwelle 40 auf den Winkel θ eingestellt ist, so daß das Lichtbündel 42 das Flügelblatt 26.genau an der Stelle des lichtempfindlichen Elements 24 schneidet, wird bei jeder Umdrehung des Flügelblattes 26 in dem Augenblick, in dem das Licht bündel auf das Element 24 trifft, ein elektrisches Signal erzeugt» Das Flügelblatt 34 des Rotors läuft jedoch in einer Rotationsebene über derjenigen des Flügelblattes 26 um und daher ist das lichtempfindliche Element 48» das am Flügelblatt 34 vorgesehen ist, nicht mit dem Lichtbündel 42 ausgerichtet.

Um das Lißhtbündel mit dem lichtempfindlichen Element.40 am Flügelblatt 34 auszurichten, muß die Winkelrichtung des Lichf;-btindels auf einen rinkel θ'verstellt werden, so daß dasLichtbündel 43* die Rotationsebene des Flügelblattes 34 an genau der Stelle des lichtempfindlichen Elements 48 schneidet und ein elektrisches Signal erzeugt» , 0 Q 9 S 6 2 / 0 5 S 0

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Die Differenz zwischen der Ablesung auf dem inkelmeßgerät 44, wenn sich das Lichtbündel 42 im inkel θ erstreckt, wie es bei 50 gezeigt ist,· und der Ablesung, wenn das Lichtbündel 42 auf den Winkel Θ' eingestellt wird, wie dies bei 52 gezeigt ist, zeigt die λinkelVersetzung oo ( Θ¹ - θ ) des Lichtbündels an* ;Murch die Feststellung dieser Winkelversetzung kann der vertikale Abstand 54 zwischen den Rotationsebenen der Flügelblätter 26 und 34 festgestellt werden,. Die notwendigen Einstellungen am Flügelblatt 34 können dann vorgenommen werden, bis das lilügelblatt in der gewünschten Rotationsebene umläuft, in der das lichtempfindliche Element 48 dann den im winkel θ gerichteten Lichtstrahl 42 schneidet und ein elektrisches Signal erzeugte

Wie in Figo 2 gezeigt, ist das dritte Flügelblatt 46 ebenfalls äußer'Flucht und läuft in einer Rotationsebene unter uem Frügelbia-fct^o um und schneidet das Lichtbündel 42 bei 56, ohne daß das lichtempfindliche Element 58, das an der Unterseite des Flügelblattes 46 angeordnet ist, ein elektrisches Signal erzeugt. Um die Umlaufbahn dieses Flügelblattes ausrienten zu können, wird das Lichtbündel 42" der Lichtquelle 40 auf einen Winkel ©"verstellt, bis er auf das lichtempfindliche Clement 5Ö am Flügelblatt 46 auftrifft, wobei die !Differenz zwischen der ivL-rke 60 und der Marke 50 am Winkelanzeiger 44 die „inkelversetzung Ο*-' (Θ - Θ") zwischen dem Lichtbündel 42 und dem Lichtbündel 42" anzeigt. Aus dem //inkel OO · kann der vertikale Abstand 62 zwischen der Rotations·

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ebene des Flügelblattes 26 und der des Flügel "blatt es 46 errechnet land die notwendigen Einstellungen am Flügelblatt 46 . vorgenomnen werden, bis es eine mit dem Flügelblatt 26 zusammenfallende Rotationsebene beschreibt.

Wenn alle Flügelblätter in einer gemeinsamen Rotationsebene umlaufen, ist die Vv'inkelrichtung des Lichtbündels¹ die gleiche, da die lichtempfindlichen Elemente alle an der gleichen Stelle der einzelnen Flügelblätter angeordnet sind, so daß jedesmal, wenn ein Flügelblatt das Lichtbündel schneidet, ein elektrisches Signal erzeugt wirdo Wenn somit ein dreiflügeliger Rotor untersucht wird, zeigen drei Signale während der Zeit eines Umlaufs des Rotors an, dai3 alle Fitigelblätter in einer gemeinsamen Rotationsebene umlaufen., .ema weniger Signale während des Zeitintervalls einer Umdrehung des Rotors empfangen v/erden, zeigt dies an_r daß nicht alle Flügeiblätter in einer gemeinsamen Rotationsebene umlaufen.

Die von den lichtempfindlichen Elementen des in Fig. 2 gezeigten dreiflügeligen Rotors empfang neu elektrischen Signale sind scheinatisch in Fig. 3 dargestellt. Wenn alle Flügelblätter in der gewünschten Rotationsebene umlaufen und das Lichtbündel auf den richtigen winkel θ eingestellt ist, bilden die von den lichtempfindlichen Elementen der Flügelblätter abgegebenen elektrischen Signale ein in Fig. 3 gezeigtes schematisches Bild»

Wenn beispielswe ise das Flügelblatt 34 aus der vorgeschriebenen Rotationsebene abweicht und die Winkelrichtung des Licht-

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bündeis verbleibt im Winkel Θ, bilden die von den lichtempfindlichen Elementen der Flügelblätter empfangenen elektrischen Signale 64 das in Linie A der Fig_c 4 dargestellte BiId₀ Es ist bei einem Vergleich mit Figo 3 ersichtlich, daß

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ein elektrisches Signal fehlt, was angeigt, daß eines der Flüge!blätter aus der vorgeschriebenen Rotationsebene abweicht. Is wird dann eine Verstellung des lichtbündels ■vorgenommen, bis ein elektrisches Signal 66 vom lichtempfindlichen Element 4δ am Flügelblatt 34 empfangen wird, wie dies in Iiinie B der Fig# 4 geneigt ist, Wexm dieses elektrische Signal empfangen wird,und anzeigt, daß das liohtbünde! 42' auf das lichtempfindliche Element 48 im Flügelblatt 54 auf-* trifft, wird die vertikale Tersetzung 54 zwischen der Ro ta «i; ionsebene des Flügelbiattes 54 und der gewünschten Rotationsebene als eine Funktion der WinkelversetzungoCerrechnet»

Das Flügelblatt 34 kann dann justiert werden» bis es sich in der gewünschten Rotationsebene bewegt, wobei die Flügelblätter ein Muster elektrischer Signale 68 erzeugen, wie dies in Iiinie ö der Fig. 4 gezeigt ist. Dieses Muster ist ähnlich ä&m der Fig# 2 und zeigt an, daß alle Flügelblätter sich in gleicher Rotationsebene bewegen.

Geeignete Phasenanzeigemittel sind vorgesehen, die einen Bezugimpuls 69 abgeben, wie es schematisch in den linien A-O der Fig. 4 gezeigt ist. Dieser Bezugsimpuls wird einmal während eines jeden Umlaufs des Rotors abgegeben und stellt eine richtige Phaseneinstellung der Anlage sicher, indem jedes elektrische empfangene Signal in Bezug zu einem bestimmten Flügelblatt des Rotors gebracht werden kann. Die Phasenanzeigemittel sollen im einzelnen ausführlicher nachfolgend beschrieben werden,

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Spezielle Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes, die ähnlich, dem schematisch in Pig. 2 dargestellten sind, sind in den Fig* 5 und 6 gezeigt· Die in diesen Figuren gezeigten Überwachungsanlagen sind in der Lage, alle Flügelblätter eines dreiflügeligen Tandemrotorsystems eines üblichen Hubschraubers 70 zu überwachen,) Die Darstellung eines derartigen Hubschraubers ist nur beispielsweise, da Hubschrauber mit nur einem Rotor oder mit Rotoren von mehr oder weniger Flügel*· blättern gleich gut mit dem Brfindungsgegenstand zur Überwachung der Rotationsebenen der Flügelblätter überwacht werden können.

Bei der in Figo 5 gezeigten Ausführungsform ist eine Lichtquelle 72 oben am Rumpf des Hubschraubers 70 vorzugsweise in der Mitte zwischen dem vorderen Rotor 76 und dem hinteren Rotor 78 angebrachte Die Lichtquelle 72 ist um eine parallel zur Achse des Rotors liegende Achse verdrehbar und ebenfalls im Winkel verstellbar, so daß der Winkel des Lichtbündeis 74 mit Bezug auf 3ien Hubschrauber beziehungsweise den Boden verstellt werden kann. -

Nachdem alle Flügelblätter 75 des vorderen Rotors 76 entsprechend dem 'zuvor in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Vorgang geprüft worden sind, wird die Lichtquelle in die Stellung 72* verdreht, die in Fig. 5 in gestrichelten Linien gezeigt ist. Die Lichtquelle richtet dann das Lichtbündel 74' in die Rotationsebene der Flügelblätter 77 des hinteren Rotors 78,

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wobei dieselben'Maßnahmen bei allen diesen Flügeiblättern durchgeführt werden, wenn sie sich in der durch das Flügelblatt 77* in Fig· 5 in strichpunktierten Linien gezeigten Stellung befinden. Diese Anlage gestattet, daß alle Rotationsebenen der einzelnen KLügelblätter der Tandemrotoranordnung bestimmt und TSinstellungen, falls erforderlich, vorgenommen werden können, so daß alle Flügelblätter der Rotoren in der gewünschten Rotationsebene umlaufen.

Eine weitere spezielle Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in Figo 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden die Flügelblätter· 75 und 77 des vorderen und hinteren Motors an der Stelle überwacht, wo sie eine gemeinsame vertikale Ebene schneiden, so daß die Lichtquelle 80, die ein Lichtbündel 82 ausstrahlt, nur im Winkel mit Bezug auf den Hubschrauber oder den Boden verstellt werden braucht und nicht zwischen den beiden Stellungen, wie bei der Auaführungsform in Figo 5_t verdreht werden muß· Da die Flügelblätter des vorderen und des hinteren Rotors auf Lücke umlaufen, schneidet immer nur ein Flügelblatt zur Zeit das Lichtbündel 82, wobei die Flügelblätter des vorderen Rotors sich mit den Flügelblättern des hinteren Rotors abwechseln,. Geeignete Phasenanzeigemittel der beschriebenen Art sind bei dieser Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, um die Phasen der von allen Flügelblättern empfangenen Signale anzuzeigen»

Wenn somit alle Flügelblätter 75 des vorderen Rotors 76 in einer gemeinsamen Rotationsebene umlaufen und das Lichtbündel in dem gewünschten Winkel schneiden, sind die lichtempfind-

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lichen .Elemente aller Flüge!blätter mit dem kichtbündel ausgerichtet und erzeugen bei jeder Umdrehung des Eotors drei elektrisch·© Signale, Wenn weniger als drei Signale empfangen werden, zeigt dies an, daß irgendein Flügelblatt sich nicht in der vorgeschriebenen Rotationsebene bewegt und es wird dann die vertikale Versetzung des abweichenden Flügelblattes von der gemeinsamen Rotationsebene durch ivinkelverstellung der ifichtquelle in der zuvor beschriebenen Weise bestimmt»

In gleicher weise erzeugt eine Winkelverstellung der Licht*· quelle in den gewünschten Winkel, bei dem das Lichtbündei die gemeinsame Rotationsebene der Flügelblätter 77 des hinteren Eotors 78 schneidet drei zusätzliche elektrische Signale bei jeder Umdrehung des Rotors»

Wenn ein Flügelblatt 75 des vorderen Rotors aus der Umlaufebene abweichen sollte und in einer gemeinsamen Umlaufebene mit den hinteren Flügelblättern 77 umlaufen sollte, wird dieser Zustand durch die Phasenanzeigemittel angezeigt, die anzeigen, daß das von einer solchen Quelle empfangene Signal außer Phase mit den anderen, von dem hinteren Rotor empfangenen Signalen und somit unzulässig ist.

Die erfindungsgemäße Überwachungsanlage verwendet eine Liehtquelle, die ein einwandfreies und genaues Maß des Grades der Winkelversetzung des Lichtbündels unabhängig von dem umgebenden Licht und den meisten Wetterbedingungen ergibt. Diese Lichtquelle weist eine feinregelbare Welle zusammenhängenden

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Lichte auf, deren Liohtbündel einen sehr kleinen Durchmesser mit minimaler Divergenz über die erforderliche Entfernung, die sie zwischen der Lichtquelle und dem lichtempfindlichen Element durchlaufen muß, aufweist. Eine bevorzugte Lichtquelle ist ein Lasergerät 90, wie in Pig· 7 gezeigt, das geeignet ist, die Überwachungsanlage der Fig· S u# 6 zu bilden, jedoch in Verbindung wie mit dem iiberwachungssvstem der S¹Ig. 5 gezeigt ist,

Kin Laserliehtbündel ist eine geregelte Lichtquelle kohärenter Wellenlängen, wobei die von der Vorrichtung ausgehenden Licht« wellen alle in ,Phase sind» Das Lieht ist gerichtet und folgt genau einer Bahn entlang der Achse des Lasergeräts β "iiiin Lasergerät liefert ein feines monochromatisches Lichtbündel, das eine vernachlässigbare Diffusion über die erforderliche» zu überquerende Entfernung aufweist· Das Lichtbündel ist in der Lage, die schlechtesten Wetterbedingungen, die bei der tiber« wachung auftreten können, wie z.B. Nebel, Rauch, Schnee od» dergl· zu durchdringen.

Ein zur Verwendung beim Erfindungsgegenstand geeignetes Lasergerät kann beispielsweise ein He!ium*-Neongaslasergerät mit kon« tinuierlicher Welle sein, das mit einer Öffnung ausgerüstet ist, um ein Bündel von etwa 2,54 mm Durchmesser auszustrahlen.

Das Iiasergerät 90 ist in geeigneter Weise am Rumpf des Hubschraubers 96 angebracht und richtet ein kohärentes Lichtbün-» del 98 nach außen und aufwärts, um die Rotationsebene der Flügelblätter 100 des vorderen Rotors 102 zu schneiden,

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Ein lichtempfindliches Element 99 ist nahe der Spitze eines jeden Flügelblattes angebracht, das eine und erring eines elektrischen Signals erzeugen kann, wenn das Lichtbündel mit dem Element ausgerichtet ist. Das lichtempfindliche Element kann eine fotoelektrische Zelle sein, die ein elektrisches Signal abgibt, wenn das Lichtbündel geschnitten und auf die Stelle fällt oder sie kann als Tor wirken, das denDurchgang eines elektrischen Signals verhindert, wenn das Lichtbündel geschnitten wird und auf die Zelle fällt«

Das lichtempfindliche Element ist vorzugsweise eine Foto-■diode* die ein Halbleiter mit elektrischen Eigenschaften ist, die lichtempfindlich sind und die einen Öffnungsdurchmesser von etwa 2,5 mm aufweist« Die Fotodioden sind normalerweise in einem'G-ehäuse angeordnet, das so ausgebildet ist, daß das empfangene Licht gesammelt und gebündelt wird«. Wenn die Fotodioden vom Licht bund el getroffen werden, ist der erzeugte Strom proportional zur einfallenden Lichtmenge und daher sind die Fotodioden nicht nur in der Lage, das Vorhandensein von Licht festzustellen, sondern sie können auch benutzt werden, um die Lichtintensität zumessen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenständes ist eine Linse über der Fläche der Diode angeordnet, um das Licht zu sammeln und es gebündelt auf die empfindliche Diode zu richten, gleichgültig, wie die vi/inkelrichtung des Lichtes gegenüber der Achse der Diode ist.

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Das lichtempfindliche Element 99 eines jeden Flügelblattes ist elektrisch über Leitungen, die sich über die -Länge der ' Flügelblätter erstrecken, mit einem Schleifring (nicht ge- ■ zeigt) verbundenι der-am Rotor 102 angebracht ist. Eine elektronische Einheit (nicht gezeigt) ist im Hubschrauber angeordnet und elektrisch mit. dem Schleifring verbunden, um die durch die Elemente 99erzeugten Signale anzuzeigen. .

Ein Phasendetektor 104 kann von beliebiger, Fachleuten allgemein bekannter Art sein und bildet keinen Teil der Erfindung· Ein geeigneter Phasendetektor, wie er in Figo 7 gezeigt ist, weist eine magnetische Aufnahme 106 auf, die einen von einer Spule umgebenen Magnet hat, der an einem Konsol 108"des stä-tionären Rotorgehäuses befestigt ist. Ein magnetisches Impulskonsol 110 ist am Rotor befestigt, das beim Passieren der Aufnahme 106 ein Signal 69 abgibt, wie dies schematiseh in Fig.4 gezeigt ist und da die Stellung des Konsole gegenüber den Flügeln bekannt ist, kann die Phase des Flügelblattes in Be--Ziehung zu den Signalen von den lichtempfindlichen Elementen in den Flügelblättern in Beziehung gebracht werden₀ ·

Es dürfte natürlich verständlich sein, daß selbst bei einem " Hubschrauber mit zwei Rotoren nur ein Phäsendetektor zur Überwachung erforderlich ist, da die Flügelblätter des vorderen " und· des hinteren Rotors immer die gleiche relative Stellung zueinander beibehalten.

Eine" beliebige geeignete elektrische oder mechanische Über«· tragungsvorrichtung kann verwendet werden, die dem Flugzeug-

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führer die Winkelrichtung des Liehtbündels 98 des Lasergeräts

90 anzeigt, die notwendig ist, um eine Ausrichtung mit dem lichtempfindlichen Element in jedem Flügelblatt zu erreichen. Beliebige geeignete Mittel können ebenfalls vorgesehen sein, um automatisch die ,.inkelrichtung des Lichtbündeis zu ändern, die entweder im Inneren oder außerhalb des Hubschrauberβ angebracht sein können» Sin Meßgerät integriert in üblicher Weise die Änderungen der elektrischen Signale von den lichtempfindlichen Elementen und dem Phasendetektor mit der WinkelVersetzung des LichtbundelSf um unmittelbar die vertikale Versetzung eines jeden Flügelblattes gegenüber einer festgelegten Bezugsebene anzuzeigen«

Während die Einrichtung zur Verwendung bei der Überwachung von Flügelblättern beschrieben worden ist, um ihre Botationsebenen zu bestimmen, so daJ-3 sie auf die gewünschte Rotationsebene eingestellt werden können, ist die Einrichtung auch geeignet, die Botationseigcmschaften der Flügelblätter während des Fluges zu überwachen.

So kann der Flugzeugführer während des Fluges ständig ein Anzeigegerät überwachen, das in geeigneter Weise in der Flugzeugkabine angeordnet ist, um zu bestimmen, ob alle Flügelblätter einwandfrei in einer gemeinsamen Rotationsebene umlaufen, wenn eines der Flügelblätter von dieser Bahn abweichen sollte, wird dies bei der Einrichtung gemäß der Erfindung durch ein fehlendes elektrisches Signal während des Zeitinter-

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vails einer Umdrehung des Rotars angezeigt, selbst wenn die Unwucht im Rotor für den Flugzeugführer nicht wahrnehmbar ist.

Geeignete "Vorrichtungen können am Rotor des Hubschraubers " vorgesehen SeIn₉ um das· defekte flügelblatt ordnungsgemäß zu justieren, wobei der Umlauf in der richtigen Rotationsebene durch das './iedererscheinen eines Signals von diesem Flügelblatt am Anzeigergerät festgestellt werden kann· Wenn eine derartige Justierung nicht vorgesehen ist oder wenn das Flügelblatt so stark beschädigt ist, daß es nicht mehr justiert werden kann» kann das beschädigte Flügelblatt des Hubschraubers ersetzt, werden* Das neue Flügelblatt kann dann durch Vergleich mit der gemeinsamen Rotationsebene der alten Flügelblätter des Rotors, wie zuvor beschrieben, überwacht und justiert werden, so daß es ebenfalls in der richtigen Rotationsebene umläuft.

Mit der Erfindung ist eine verbesserte und präzise arbeitende Einrichtung zur überwachung der Rotationsebenen umlaufender Hubschrauberflügelblätter geschaffen, mit der die vertikalen Versetzungen der umlaufenden Flügelblätter gemessen werden können. Biese Einrichtung kann am Flugzeug angebracht sein und ein einziges, fein regulierbares Lichtbündel benutzen, das die Rotationsebene der Flügelblätter unter einem bestimmten Winkel schneidet.

Die Einrichtung ist so entworfen, daß sie sowohl bei einem gelandeten als auch bei einem sich im Fluge befindlichen Flugzeug arbeitet und zwar unabhängig von Umgebungsbedingungen,

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wie Yeränderungen des umgebenden Lichts und der meisten Wetter* bedingungen,. Diese Einrichtung macht es unnötig, externe Lichtquellen vorzusehen, so daß die überwachung der Plügelblätter jederzeit, ob Tag oder Nacht, verläßlich und genau durchgeführt werden kann»

-3 w .·

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Claims (1)

1. piPL.-ING. O. R. lCftTETZSCHMAR ₂ Hamburg ι

   BEIM STROH HAUSE 3* PATENTANWALT Ü RUFä«67*3

   27.0ΘΖ.1967

   The BOEING Company
   Yertol Division

   Morton/Pennsylvania/lSA

   Hauptsitz: 7755 East Marginal Way
   Seatle. Washington/USA

   Anwaltsakte: 3051

   Ansprüche

   Ie) Anlage zur Feststellung und Anzeige von Abweichungen der Rotationsbahn eines um eine Achse rotierenden Körpers aus einer rechtwinklig zur Rotationsachse liegenden Bezugsebene, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Energiequelle gespeister Sender einen Energiestrahl unter einem bestimmten Winkel ausstrahlt, der die Bezugsebene in einem bestimmten Abstand von der Rotationsachse schneidet, und daß an dem rotierenden Körper im gleichen Abstand wie-der Schnittpunkt zwischen Energiestrahl und Bezugsebene von der Rotationsachse ein auf den Energiestrahl ansprechender ülmpf anger befestigt ist,-dessen Anspracheimpulse einem Anzeigegerät zugeleitet werden.

   2.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sender ein Lichtstrahlsender und als Smpfänger ein auf den einfallenden Lichtstrahl ansprechendes Element verwendet wird.

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   5o) Anlage nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet,, daß der Sender einen Dauerlichtstrahl abgibt.

   4o) Anlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ein Lasergerät ist.

   5») Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,: daß als Lasergerät ein Helium-Neongas-Iiasergerät verwendet. wird_t das ein Lichtbündel von etwa 2,54 mm Bur chute sser ausstrahlt.

   6.) Anlage nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfänger eine Fotodiode verwendet wird.

   7.) Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodiode einen Öffnungsdurchmesser von etwa 2,54 mm aufweist.

   8.) Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender im Winkel verstellbar und eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, die beim Auftreffen des Energiestrahls auf den Empfänger die Größe des Winkels als Funktion der Verschiebung der Rotationsbahn des Körpers aus der Bezugsebene angibt.

   9·) Anlage nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Körper um eine gemeinsame Achse rotieren und jeder Körper einen Empfänger aufweist.

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   lOo) Anlage nach Anspruch 8 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung die frinkelverSchiebung des Energiestrahls zwischen seiner Ausrichtung mit den Empfängern an zwei Körpern als eine Punktion der Verschiebung zwischen den Rotationsebenen der beiden Körper anzeigt.

   11.) Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß'die auf die gesendeten Signale ansprechende Vorrichtung Mittel zur Erzeugung eines Bezugssignals aufweist, um die Winkelrichtung des Körpers anzuzeigen, und daß die auf die gesendeten Signale ansprechende Vorrichtung die von den an den Körpern angeordneten Empfängern abgegebenen Signale und die Bezugssignale als eine Funktion der Zeit aufzuzeichnen.

   12.) Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11 zur Überwachung von Hubschrauberflügelbl^;ittern, dadurch gekennzeichnet, daß der im v.'inkel verstellbare Sender am Rumpf des Hubschraubers so angebracht ist, daß der Energiestrahl auf die Rotationsebene der Plügelblätter gerichtet ist, und daß die Empfänger an den Unterseiten der Flügelblätter angeordnet sind.

   13.) Anlage nach Aiispruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender zwischen den Rotoren'eines Hubschraubers mit zwei Rotoren so angeordnet ist, daß der Energiestrahl rechtwinklig zur Hubschrauberachse auf die Rotationsbah-

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   der Flügelblätter beider Rotoren gerichtet

   ist.

   14») Anlage nach .Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender drehbar am Rumpf eines Hubschraubers mit zwei Rotoren zwischen den Rotoren angeordnet und der "Energiestrahl auf die Rotationsbahnen der Flügelblätter nur eines Rotors jederzeit richtbar, jedoch so verdrehbar ist, daß er auf die Rotationsbahnen der Flügelblätter des einen oder anderen Rotors gerichtet ist.

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