DE1990187U - Einrichtung zum Beobachten bzw. Messen des Spurlaufes und der gegenseitigen Winkelabstände von Hubschrauber-Rotorblättern - Google Patents

Description

Die Neuerung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Beobachten bzw. Messen des Spurlaufes und der gegenseitigen Winkelabstände von Hubschrauber-Rotorblättern.

Bei der Prüfung auf Flügelgleichlauf an Hubschraubern müssen durch die sogenannte Spurlaufmessung etwaige unterschiedliche Höhen der Spitzen der Rotorblätter während ihres Laufes festgestellt werden. Da im wesentlichen nur die relativen Unterschiede der Blatthöhe interessieren, ist es zweckmäßig, die Messung so vorzunehmen, dass die Blattspitzen gemeinsam beobachtet werden können.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Spitzen der Rotorblätter von Luftschrauben mit reflektierenden Medien zu versehen, die von einer Lichtquelle angestrahlt werden. Das reflektierte Licht wird von der Fotokathode einer Bildauffangröhre auf ein Beobachtungsgerät mit nachleuchtender Röhre übertragen, das eine Beobachtung der Rotorblätter auch dann noch zulässt, wenn die reflektierenden Stellen sich bereits aus dem Erfassungsbereich der Bildauffangröhre herausbewegt haben. Bildauffangröhre und Beobachtungsgerät erfordern elektrische Leistungen, die die Bordnetze von Hubschraubern stark belasten. Ferner sind die Gewichte der verwendeten Geräte beträchtlich, die außerdem auch räumlich aufwendig sind.

Die vorliegende Neuerung bezieht sich auf eine vorteilhafte Ausführungsform einer Einrichtung zum Beobachten bzw. zum Messen des Spurlaufes und der gegenseitigen Winkelabstände von Hubschrauber-Rotorblättern. Die Neuerung besteht darin, dass die Rotorblätter Reflektoren besitzen, zur Beleuchtung der Reflektoren mit impulsförmigem Licht eine Lichtquelle sowie eine rotierende Lochblende vorgesehen ist, zur Abbildung der Reflektoren eine Bildauffangfläche oder ein optisches Bezugssystem dient und Mittel zur Steuerung der Lichtquelle und der Lochblende vorgesehen sind. Als Lichtquelle kann eine solche vorgesehen sein, welche Lichtimpulse abgibt, während die Blendenanordnung eine synchron zu den Rotorblättern umlaufende Lochscheibe aber auch eine Kerrzelle sein kann.

Als optisches Bezugssystem auf Bildauffangfläche oder im Linsensystem können an sich bekannte Messraster, Messlinien, Messpunkte und Fadenkreuze vorgesehen werden. Zur besseren Erkennbarkeit können die zu beobachtenden Stellen mit Reflektoren versehen werden, die z.B. als konvex gekrümmte Spiegel ausgebildet sind. Derartige Spiegel bilden die Lichtquelle auf einen relativ großen Bereich ab, so dass eine Justierung der Bildauffangfläche nicht erforderlich ist und eine grobe Ausrichtung auf die Blattspitze genügt. Trippelreflektoren oder Scotchlightfolien bzw. entsprechende, z.B. kleinste Glaskugeln enthaltende Farben werfen das auf sie fallende Licht der Lichtquelle in der Einfallrichtung mit geringer Streuung zurück.

Die Lichtquelle wird zweckmäßig so gesteuert, dass sie das, die zu beobachtenden Stellen abbildende Licht erst abgibt, wenn diese sich im Erfassungsbereich der Bildauffangfläche befinden. Eine derartige Steuerung kann rein mechanisch mittels einer rotierenden Blendenanordnung erfolgen, die synchron mit dem rotierenden Körper, z.B. dem Hubschrauberrotor, umläuft und den Strahlengang freigibt, wenn eine Blattspitze in den Erfassungsbereich der Bildauffangfläche einläuft. Anstatt eine Lichtquelle mit konstantem Licht mechanisch abzublenden, kann die Lichtquelle selbst, z.B. über den ihr zugeführten Strom, gesteuert werden.

Werden stehende Bilder gefordert, so kann eine Lichtquelle vorgesehen werden, die impulsförmiges Licht abgibt, wenn die zu beobachtenden Stellen sich im Erfassungsbereich der Bildauffangfläche befinden. Die Lichtquelle kann in Abhängigkeit von vorzugsweise kontaktlos abgetasteten Steuermarkierungen auf dem rotierenden Körper, z.B. auf den einzelnen Rotorblättern, gesteuert werden. Als Steuermarkierungen sind insbesondere Reflektoren vorteilhaft, die einen von einer Steuerlichtquelle ausgehenden Lichtstrahl auf ein lichtempfindliches Element werfen, wenn das betreffende Rotorblatt in eine bestimmte Lage zu der Bildauffangfläche eingelaufen ist. Wird als Reflektor wieder ein Trippelreflektor oder eine Scotchlightfolie verwendet, so wird der Lichtstrahl in die Richtung zurückgeworfen, aus der er auf den Reflektor auftrifft. Derartige Lichtschranken - auch Autokollimations-Lichtschranken genannt - sind weitgehend unempfindlich gegen Verschiebungen des optischen Systems. Zeitraubende Justierungen sind nicht erforderlich. Zur Vermeidung von Störeinflüssen durch das Tageslicht kann das Licht der Steuerlichtquelle in an sich bekannter Weise moduliert werden.

Um bei schnell rotierenden Körpern die auf die Bildauffangfläche erscheinenden Bilder den verschiedenen von dem Linsensystem erfassten Stellen zuordnen zu können, müssen die Abtasteinrichtungen der einzelnen Steuermarkierungen einzeln abschaltbar sein. Durch selektive Ein- und Ausschaltung der den verschiedenen zu beobachtenden Stellen zugeordneten einzelnen Abtasteinrichtungen können dann die Bilder eindeutig zugeordnet werden.

Anstelle mittels auf Steuermarkierungen ansprechender Abtasteinrichtungen kann die Lichtquelle auch mittels Steuereinrichtungen gesteuert werden, die synchron mit dem Hubschrauberrotor rotieren und nach Zurücklegen bestimmter Wege Steuerimpulse abgeben. Schließlich ist es in gewissen Anwendungsfällen vorteilhaft, die Steuereinrichtung von der Rotation des Hubschrauberrotors zu trennen. Sie gibt dann zeitabhängige Steuerimpulse für die Lichtquelle dergestalt, dass die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Steuerimpulsen jeweils bestimmten zurückgelegten Wegen bzw. Winkeln zwischen den zu beobachtenden Stellen entsprechen.

Sollen die Bilder der verschiedenen zu beobachtenden Stellen auf dem Beobachtungsgerät nicht zusammenfallen, so sind die Steuermarkierungen gegenüber Symmetrielinien, z.B. der Mittellinien der Rotorblätter, versetzt angeordnet. Können die einzelnen Steuermarkierungen verschiedene Formen erhalten und dadurch unterscheidbar gemacht werden, so ist es durch periodisches Unterdrücken der von einzelnen Blättern berührenden Steuersignalen möglich, nur bestimmte Blätter oder Blätterkombinationen zu beobachten. Zur Überwachung der von den Blattspitzen eingeschlossenen Winkel ist es vorteilhaft, den ein Blatt beleuchtenden Blitz durch die Steuermarkierung eines anderen Blattes auszulösen.

Soll ein relativ kleiner Ausschnitt der Rotorblätter genau beobachtet werden, so ist ein Objektiv mit großer Brennweite vorteilhaft. Um Störlicht, z.B. diffuses Tageslicht, von der Bildauffangfläche möglichst fernzuhalten, kann in den Strahlengang des von den zu beobachtenden Stellen der Rotorblätter reflektierten Lichtes eine Blendenanordnung geschaltet sein, die das auf die Bildauffangfläche fallende Licht periodisch unterbricht und es nur freigibt, wenn sich die zu beobachtenden Stellen im Erfassungsbereich des der Bildauffangfläche vorgeschalteten Linsensystems befinden. Hierfür kann z.B. eine synchron mit den Rotorblättern rotierende Lochscheibe dienen, die vor dem Linsensystem angeordnet sein kann. Die mit konstanter Geschwindigkeit rotierende Lochblende kann auch zur Steuerung der Blitzlichtquelle verwendet werden. Anstelle von Lochscheiben können natürlich auch umlaufende Blenden Verwendung finden, wie sie z.B. in Filmkameras anzutreffen sind.

Eine vorteilhafte Blendenanordnung ohne mechanisch bewegte Teile besteht in einer Kerrzelle, die so gesteuert wird, dass sie nur dann lichtdurchlässig ist, wenn sich die zu beobachtenden Stellen im Erfassungsbereich des Linsensystems befinden.

Die Bildauffangfläche kann mit einem Überzug versehen sein, der unter der Einwirkung des im ultravioletten Bereich liegenden Anteils der von der Lichtquelle abgegebenen und von dem reflektierten Medium zurückgeworfenen Strahlung sichtbares Licht aussendet. Vor der Bildauffangfläche wird dann zweckmäßig ein für sichtbares Licht undurchsichtiger Filter angeordnet, so dass die Bildauffangfläche dunkel ist, so lange sie nicht von Licht beaufschlagt wird, das von der Lichtquelle ausgesandt ist. Selbstverständlich muß ein Linsensystem bei Verwendung von UV-Licht aus Material, z.B. Quarz, bestehen, das für UV-Strahlen durchlässig ist.

Als Bildauffangfläche kann die Mattscheibe einer Kamera, z.B. einer Spiegelreflexkamera mit einem Teleobjektiv, dienen. Eine derartige Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, dass die beobachteten Stellen auch fotografisch aufgenommen werden können.

Die Einrichtung nach der Neuerung eignet sich besonders für die Beobachtung der Rotorblätter von Hubschraubern, deren gleichmäßige Durchbiegung auch während des Laufes überprüft werden muß. Außerdem können mit derselben Messeinrichtung die von den einzelnen Blättern eingeschlossenen Winkel auf Gleichheit überprüft werden. Die Messgeräte können hierbei sämtlich in der Kabine des Hubschraubers untergebracht werden. Die Messungen sind sowohl während des Fluges als auch bei am Boden verankertem Hubschrauber oder stationären Prüfständen möglich. Wird auf fotografische Aufnahmen der reflektierten Strahlen verzichtet, so kann die Beobachtung auch mittels eines geeigneten Fernrohres erfolgen.

Die Beobachtungseinrichtung nach der Neuerung wird in der Zeichnung in der Anwendung bei der Spurlaufmessung an Hubschraubern näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Ansicht eines Hubschraubers mit dem auf Spurlauf zu messenden Rotor, Fig. 2 die Aufsicht auf den Hubschrauber entsprechend Fig. 1, Fig. 3 die Bildauffangfläche a) bei Dauerlicht abgebender Lichtquelle, b) bei impulsförmiges Licht abgebender Lichtquelle, c) bei impulsförmiges Licht abgebender Lichtquelle und gegenüber Symmetrierungslinien versetzten Steuermarkierungen.

In den Figuren 1 und 2 trägt der Hubschrauber 4 einen Rotor, der aus den drei Blättern 1, 2, und 3 besteht. Dreht sich der Rotor, so dürfen die Blätter - insbesondere bei Verstellung - keine unterschiedlichen Höhen aufweisen. In der Kabine des Hubschraubers ist die Lichtquelle 5 und neben ihr die als Mattscheibe der Kamera 6 ausgebildete Bildauffangfläche angeordnet. Die Kamera 6 ist mit dem Teleobjektiv 7 versehen, vor dem eine Lochscheibe 18 angeordnet ist, die das Teleobjektiv 7 nur freigibt, wenn die Spitzen der Blätter 1, 2 und 3 in den Erfassungsbereich des Teleobjektives kommen. Kamera 6 und Lichtquelle 5 werden auf die Spitzen der Blätter 1, 2 und 3 gerichtet, die Reflektoren 8, 9, 10 tragen. Diese Reflektoren können z.B. reflektierende Halbkugeln sein. Werden Trippelreflektoren verwendet, so genügt das in die Einfallrichtung zurückgeworfene Streulicht zu einer ausreichend kontrastreichen Abbildung auf der Mattscheibe.

Das von den Reflektoren zurückgeworfene Licht der Lichtquelle 5 erzeugt auf der Mattscheibe der Kamera 6 eine Spur, die stets an derselben Stelle entsteht, wenn die Blattspitzen jeweils die gleiche Höhe aufweisen. Weichen die Höhen voneinander ab, wie in Fig. 1 gestrichelt und der übersichtlichen Darstellung halber übertrieben gezeichnet, so erzeugen die reflektierten Lichtstrahlen bei einer Rotordrehung gegeneinander versetzte Spuren. Dies ist in der Fig. 3a dargestellt. Interessiert auch die absolute Höhe der einzelnen Blattspitzen, so kann eine Meßlatte in dem Erfassungsbereich der Kamera 6 angeordnet sein, sofern die Mattscheibe selbst zu einer Eichung nicht geeignet ist.

Ein Nachteil dieser sehr einfachen, jeweils gleiche Reflektoren verwendenden Anordnung besteht darin, dass eine Zuordnung der verschiedenen, auf der Mattscheibe sichtbaren Striche zu den Spitzen verschiedenen Blätter 1, 2 und 3 nicht möglich ist, man also nicht erkennen kann, welches Blatt in seiner Höhe abweicht. Diesem Übelstand lässt sich dadurch abhelfen, dass die einzelnen Reflektoren verschiedene Formen und/der Größen aufweisen.

Bei relativ starker Sonneneinstrahlung ist es unter Umständen nicht mehr möglich, die Reflexionsmarken gegen einen hellen Hintergrund zu erkennen. Deshalb wird eine rotierende Lochblende 18 vorgesehen, die das Objektiv der Lichtquelle 5 nur dann freigibt, wenn sich das zu beobachtende Rotorblatt im Beobachtungsbereich befindet. Diese rotierende Lochblende 18 wird in ihrer Drehzahl von der Autokollimationslichtschranke 11 derart gesteuert, dass sie pro Rotorblattdurchgang durch den Erfassungsbereich eine Umdrehung ausführt und winkelgetreu zum Lichtschrankenimpuls geregelt wird.

Eine elegantere und für das Bedienungspersonal bequemere Lösung der Zuordnung besteht darin, das Licht der Lichtquelle 5 selbst zu steuern. Dies kann durch die Steuerung des Stromes oder durch die Verwendung von impulsförmiges Licht abgebenden Lichtquellen, sog. Stroboskoplampen, geschehen. Auf der Mattscheibe 19 der Kamera 6 entstehen dann stehende Bilder der Reflektoren, wie in Fig. 3b) schematisch angedeutet. Die Steuerung der Lichtquelle kann durch die aus Lichtquelle 15 und lichtempfindlichem Element 16 bestehende Lichtschranke 11 erfolgen, die dann ein Steuersignal abgibt, wenn die an den Unterkanten der Blätter angebrachten Spiegel oder Reflektoren 12, 13, 14 das von der Steuerlichtquelle 15 ausgehende Licht auf das lichtempfindliche Element 16 werfen. Die Lichtschranke 11 kann als Autokollimationsschranke mit einem Reflektor ausgebildet sein, der das auf ihn treffende Licht wieder in der selben Richtung zurückwirft. Zeitraubende Justierungen sind dann nicht erforderlich.

Selbstverständlich können auch auf einem anderen physikalischen Prinzip beruhende kontaktlose Abtasteinrichtungen Verwendung finden, insbesondere solche, bei denen durch eine Relativbewegung zwischen Magneten und Spulen eine elektrische Spannung erzeugt wird. Prinzipiell ist auch die Erzeugung von Steuerimpulsen durch mechanische Kontaktgabe möglich.

Sind die aus Reflektoren 12, 13, 14 bestehenden Steuermarkierungen in der Mitte der Unterkanten der Blätter 1, 2 und 3 angebracht, so fallen die Bilder der einzelnen Blattspitzen auf der Mattscheibe zusammen, wenn die Höhen übereinstimmen (Fig. 3b). Sollen die Bilder einzeln sichtbar sein, so sind die Steuermarkierungen zweier Blätter 1, 3 bezüglich ihrer Mittellinien 1´, 3´ etwas zu versetzen. Die Steuermarkierung eines Blattes 2 ist symmetrisch zu dessen Mittellinien 2´ angeordnet. Die Bilder der einzelnen Blattspitzen bzw. deren Reflektoren sind dann auf der Mattscheibe entsprechend Fig. 3c) nebeneinander zu sehen und können den einzelnen Blattspitzen eindeutig zugeordnet werden.

Anstatt die Lichtquelle über abgetastete Steuermarkierungen zu steuern, kann synchron mit dem Rotor ein Impulsgeber rotieren, der jeweils nach einem Winkel von 120° einen Steuerimpuls abgibt. Auch eine zeitabhängige Steuerung der Lichtquelle ist möglich. Hierbei gibt das Steuergerät jeweils nach dem dritten

Teil einer Umdrehung des Rotors einen Impuls ab, der einen Blitz auslöst. Diese Anordnung kann auch zur Überprüfung der von den Rotorblättern eingeschlossenen Winkel auf Gleichheit dienen. Die zeitliche Folge der Steuerimpulse und damit der Lichtquelle muß dabei einstellbar sein und bei Synchronisation genau dem Durchgang der Blätter an der Bildauffangröhre entsprechen. Die eingestellte Rotordrehzahl und die getrennt davon eingestellte Blitzzahl je Zeiteinheit müssen längere Zeit konstant bleiben, damit der Synchronlauf zwischen Drehzahl und Blitzzahl über eine längere Zeit eingehalten werden kann.

Sind diese Erfordernisse zu schwer einzuhalten, so können die Blätter auf gleiche Winkel auch mittels der oben bereits erwähnten Steuermarkierungen 12, 13, 14 und den diesen zugeordneten Abtasteinrichtungen geprüft werden, die dann in vorher genau festgelegtem Winkelabstand angeordnet werden müssen. Bei Blitzlicht fallen die Bilder der einzelnen Blattspitzen auf der Mattscheibe wieder zusammen, wenn die Winkel genau gleich sind. Sind getrennte Bilder erwünscht, so müssen die Steuermarkierungen wieder etwas gegenüber den Mittellinien ihrer Blätter versetzt sein. Die Mattscheibe kann zum besseren Vergleich der einzelnen Blatthöhen mit einem Raster versehen sein.

Die rotierende Lochscheibe 18 läßt sich durch eine nicht dargestellte Kerrzelle ersetzen, die in dem Strahlengang des reflektierten Lichtes angeordnet ist und die über die angelegte Spannung so gesteuert wird, dass sie nur lichtdurchlässig ist, wenn die zu beobachtenden Stellen in den Erfassungsbereich des Teleobjektives 7 gelangen.

Anstelle der Beobachtung der Mattscheibe einer Kamera kann die Beobachtung durch ein Fernrohr unmittelbar erfolgen. Hierzu eignen sich auch sog. Messlupen von Spiegelreflexkameras, die klare virtuelle Bilder erzeugen.

Eine Anordnung ohne gesteuerte rotierende oder statisch arbeitende Blendenanordnung erhält man dann, wenn in den Strahlengang des auf die Mattscheibe fallenden Lichtes ein Filter gebracht wird, der nur die Lichtstrahlen des ultravioletten Bereiches passieren lässt und die Lichtstrahlen des sichtbaren Bereiches zurückhält. Ist die Mattscheibe mit einem dünnen Überzug versehen, der im UV-Licht aufleuchtet, so wird die Mattscheibe auch ohne Blendensteuerung dunkel bleiben, bis das von der Lichtquelle 5 ausgesandte UV-Licht auf sie fällt.

Claims (15)

1. Einrichtung zum Beobachten bzw. Messen des Spurlaufes und der gegenseitigen Winkelabstände von Hubschrauber-Rotorblättern, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (1, 2, 3) Reflektoren (8, 9, 10) besitzen, zur Beleuchtung der Reflektoren mit impulsförmigem Licht einer Lichtquelle (5) sowie eine rotierende Lochblende (18) vorgesehen ist, zur Abbildung der Reflektoren (8, 9, 10) eine Bildauffangfläche (19) oder ein optisches Bezugssystem (6) dient und Mittel zur Steuerung der Lichtquelle (5) und der Lochblende vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (5) eine solche vorgesehen ist, die Lichtimpulse abgibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenanordnung eine synchron zu den Rotorblättern (1, 2, 3) umlaufende Lochscheibe (18) ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenanordnung eine Kerrzelle ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Lichtquelle (5) und der rotierenden Lochblende (18) an den Rotorblättern (1, 2, 3) vorgesehene, kontaktlos abgetastete Steuermarkierungen (12, 13, 14) dienen.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuermarkierungen Licht in der Einfallrichtung zurückwerfende Spiegel (11, 12, 13) dienen und zur fotoelektronischen Abtastung dieser eine Autokollimationsschranke (11) vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Bezugssystem ein Objektiv mit vorzugsweise großer Brennweite dient.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zu beobachtenden Stellen bzw. der Steuermarkierungen (12, 13, 14) eine einzeln abschaltbare Abtasteinrichtung zugeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermarkierungen (12, 13, 14) gegenüber Symmetrielinien (1´, 2´, 3´) der zu beobachtenden Stellen in Bewegungsrichtung versetzt angeordnet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauffangfläche (19) mit einem Überzug versehen ist, der unter der Einwirkung des im ultravioletten Bereich liegenden Anteils der von der Lichtquelle abgegebenen und von dem reflektierenden Medium zurückgeworfenen Strahlung sichtbares Licht aussendet.

11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bildauffangfläche (19) ein für sichtbares Licht undurchlässiger Filter angeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Bildauffangfläche eine Mattscheibe (19) vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Bildauffangfläche die Bildfläche einer Kamera (6) dient.

14. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5), die Blendenanordnung (18) sowie die Bildauffangfläche (19) bzw. das optische Beobachtungs- bzw. Bezugssystem in einem ortsbeweglichen Gerät zusammengefasst sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5), die Blendenanordnung (18) sowie die Bildauffangfläche (19) bzw. das optische Beobachtungssystem bzw. Bezugssystem in der Kabine des Hubschraubers (4)angeordnet sind.