DE2014209C3 - Vorrichtung zur Richtungssteuerung für Hubschrauber mit wenigstens zwei lasttragenden koaxialen gegenläufigen Rotoren - Google Patents

Description

60

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Richtungssteuerung für Hubschrauber mit wenigstens zwei lasttragenden koaxialen gegenläufigen Rotoren durch gegensinnige kollektive Blattverstellung beider Rotoren.

Bekanntlich werden zur Richtungssteuerung eines Hubschraubers mit z. B. zwei koaxialen gegenläufigen Rotoren die Blätter mittels der Seitensteuerpedale rotorweise unterschiedlich kollektiv verstellt wobei unterschiedliche Reaktionsdrehmomente an den Rotoren auftreten, die zur Seiten- oder Richtungssteuerung der Hubschrauberzelle ausgenutzt werden. Um auch im Autorotationszustand eine Richtungssteuerung des Hubschraubers zu ermöglichen, ist es bekannt, den den kleineren Lastanteil tragenden Rotorkopf gegenüber der das Bremsmoment aufnehmenden Hubschrauberzelle abzubremsen (DE-AS 12 82 470). Diese Richtungssteuerung ist hinsichtlich des für eine hydraulische oder elektrische Bremseinrichtung erforderlichen baulichen Aufwandes und der Kontinuität der Steuerwirkung im Übergang vom normalen in den Autorationszustand nicht zufriedenstellend.

Weiterhin ist es aus der DE-AS 10 34 036 bekannt, aerodynamische Bremsen an den Spitzen der Rotorblätter mit einer Vorrichtung für deren wahlweise Betätigung vorzusehen, die für eine Steuerung des Hubschraubers um die Hochachse dienen und auch für eine Richtungssteuerung im Autorotationszustand benutzt werden können, sofern sie eine hierfür ausreichende Anströmung erhalten, was jedoch nicht immer gewährleistet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Hubschrauber mit wenigstens zwei lasttragenden gegenläufigen Rotoren eine Vorrichtung zur Richtungssteuerung im Autorotationszustand zu schaffen, die ohne nennenswerten zusätzlichen Bauaufwand und ohne Unterbrechung der Steuerwirkung eine optimale Richtungssteuerung in allen Flugzuständen unter Vereinfachung der Bedienung und Erhöhung der Sicherheit gewährleistet

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Richtungssteuerung in Abhängigkeit vom Übergang zwischen dem motorbetriebenen Flugzustand in die Autorotation umkehrbar ausgebildet ist wobei das System der Richtungssteuerung mit dem Blattverstellhebel gekoppelt und in Abhängigkeit von dessen Stellung im motorbetriebenen Flugzustand bzw. in der Autorotation bei gleichbleibender Betätigungsrichtung der Seitensteuerpedale umkehrbar ausgebildet ist

Es wird davon ausgegangen, daß die Steuerverhältnisse im Autorotationszustand bezüglich der Seiten- oder Richtungssteuerung umgekehrt zu denen im normalen motorbetriebenen Flugzustand sind. Hierbei wird zur Umkehr der Steuerwirkung die Änderung der Belastung der Rotorblätter beim Übergang vom normalen Flugzustand in den Autorotationszustand ausgenützt, d. h. daß mit der Änderung der Leistung an den Rotoren gleichzeitig die Betätigungsrichtung der Richtungssteuerung selbsttätig umgekehrt wird. Damit wird genau in Abhängigkeit vom jeweiligen Flugzustand die Umkehrung der Steuerwirkung unter Beibehaltung eines kontinuierlichen Übergangs bewirkt, wobei mit einfachen Mitteln eine optimale Steuerung in allen Flugzuständen möglich ist

Vorteilhafterweise wird der Mechanismus oder das hydraulische System der Richtungssteuerung mit dem Blattverstellhebel (Hebel für die Höhensteuerung) gekoppelt und in Abhängigkeit von dessen Stellung bei gleichbleibender Betätigungsrichtung der Seitensteuerpedale in die entgegengesetzte Wirkrichtung umkehrbar ausgebildet. Damit wird erreicht, daß automatisch beim Übergang vom normalen motorbetriebenen Flugzustand in den Autorotationszustand, wenn der Blattverstellhebel in die dem Autorotationszustand entsprechende Stellung niedergedrückt wird,.' die

Steuerwirkung der Richtungssteuerung umgekehrt wird, ohne daß der Pilot in diesem kritischen Fmgzustand umzudenken braucht, da der Hubschrauber, was die Seitensteuerpedale betrifft, im Autorotationszustand ebenso zu steuern ist wie im normalen Flugzüstand. Dadurch wird die Bedienung der Richtungssteuerung erheblich vereinfacht, was wiederum zur Erhöhung der Flugsicherheit beiträgt

In besonders einfacher Weise wird diese Koppelung des Blattverstellhebels mit der Richtungssteuerung dadurch bewirkt, daß der Blattverstellhebel über ein Verbindungsgestänge an einen Umschalthebel angeschlossen ist, der einen Teil des Betätigungsgestänges der Richtungssteuerung bildet Auf diese Weise kann eine Umkehrung der Steuerwirkung mit einfachen baulichen Mitteln erreicht werden. Vorteilhafterweise wird hierzu an einer für beide Seitensteuerpedale gemeinsamen Steuerwelle ein Umschalthebel mit zu deren Achse im wesentlichen senkrechter Drehachse angelenkt, der die Drehbewegung der Steuerwelle in eine Hin- und Herbewegung einer Steuerstange des Gestänges umsetzt und über das Verbindungsgestänge in Abhängigkeit von der Stellung des Blattverstellhebels von der einen Seite der durch die beiden senkrecht zueinanderliegenden Drehachsen definierten Ebene auf deren andere Seite verschwenkbar ist Damit wird im wesentlichen durch einen einfachen, schwenkbar gelagerten Hebel die Umschaltung der Richtungssteuerung bewerkstelligt, der eine erhebliche Anzahl von Flugstunden störungs- und wartungsfrei arbeitet

Um einerseits eine günstige Umsetzung der Drehbewegung in eine lineare Bewegung und andererseits einen günstigen Schwenkbereich des Umschalthebels zu erreichen, ist dieser in seinen Betriebsstellungen mit einer Neigung von vorzugsweise ca. 45° zu dieser Ebene, in der diese beiden Drehachsen liegen, angeordnet und insgesamt um etwa 90° verschwenkbar.

Damit beim Übergang vom normalen in den Autorotationszustand ein zufälliges Anhalten des Umschalthebels in der Neutral- oder Nullstellung verhindert wird, ist vorteilhafterweise eine Einrichtung vorgesehen, die im Bereich der Nullstellung des Umschalthebels diesen selbsttätig in eine der beiden Betriebsstellungen beiderseits dieser durch die Drehachsen definierten Ebene drückt Zweckmäßigerweise wird hierzu am Umschalthebel eine Feder so befestigt daß sie in dessen Nullstellung eine erhöhte Kraft in Schwenkrichtung des Umschalthebels ausübt Damit wird einerseits verhindert, daß der Umschalthebel im Bereich der Nullstellung, in der keine Drehmomente wirksam sind und auch keine Steuerwirkung erreicht werden kann, zufällig angehalten wird, und andererseits wird damit erreicht daß für den Piloten der Übergang vom normalen in den Autorotationszustand aufgrund der Schnappwirkung dieser Vorrichtung fühlbar gemacht wird.

In den F i g. 1 und 2 der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt welches nachstehend im einzelnen näher erläutert ist; es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung für die Richtungssteuerung eines mit einem rein mechanischen Steuersystem ausgerüsteten Hubschraubers;

F i g. 2 eine Seitenansicht des Umschalthebels.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist der Steuerknüppel 1 in an sich bekannter Weise an das Gestänge für die Längsund Quersteuerung angeschlossen. Mit Hilfe des Blattverstellhebels 2 für die Höhensteuerung wird die zellenfest gelagerte BlattverstellhebelweUe 3 verdreht Die Drehbewegung der Blattverstellhebelwelle 3 wird über Wippenlenker 4 auf eine Wippe 5 fibertragen, die dadurch um ihre Drehachse 6 verscßwenkt wird. Auf dieser Wippe 5 sind Doppelhebel 7 und 8 für die Längsbzw. Quersteuerung und ein Winkelhebel 9 für die Richtungs- bzw. Seitensteuerung befestigt, so daß in an sich bekannter Weise eine Überlagerung der Höhen-ο steuerung mit den übrigen Steuervorgängen möglich ist

Für die Richtungssteuerung sind in üblicher Weise

zwei Seitensteuerpedale 10 und 11 vorgesehen, wobei das linke Pedal 11 (in Blickrichtung des Piloten gesehen) auf einer Welle 12 und das rechte Pedal 10 auf einer

is Welle 13 befestigt ist Diese beiden Wellen sind unabhängig voneinander drehbar gelagert und über einen Hebel 14 zwangsläufig gekoppelt, so daß eine Verdrehung der Welle 12 eine entgegengesetzte Verdrehung der Welle 13 zur Folge hat Eine Steuerbewegung durch Betätigen eines der Seitensteuerpedale 10 oder U wird von der Welle 13 über ein Gestänge 15 auf eine gemeinsame Steuerwelle 16 übertragen, die an in der Hubschrauberzelle sitzenden Lagern drehbar gelagert ist Bei den bekannten Steuervorrichtungen wird eine Drehbewegung dieser gemeinsamen Steuerwelle 16 mittels eines daran starr befestigten Hebels in eine Hin- und Herbewegung der Steuerstange 21 umgesetzt wodurch je nach Betätigung de? Seitensteuerpedals 10 oder 11 durch rotorweise unterschiedliche kollektive Verstellung der Rotorblätter z. B. über Taumelscheiben ein unterschiedliches Drehmoment an den Rotoren erzeugt wird, das zur Richtungssteuerung der Hubschrauberzelle dient
Zwischen der Steuerwelle 16 und der Steuerstange 21 ist ein Umschalthebel 19 angeordnet der einerseits an der Steuerwelle 16 um eine Drehachse 18 verschwenkbar ist die im wesentlichen rechtwinklig zur Achse 17 der Steuerwelle 16 liegt und andererseits an die Steuerstange 21 angelenkt ist, wobei die Drehachse 20 dieses Gelenkpunktes wiederum etwa rechtwinklig zur Drehachse 18 liegt An dem Umschalthebel 19 befindet sich ein Vorsprung 22, an dem eine Verbindungsstange 23 angelenkt ist die über einen zellenfest gelagerten Umlenkhebel 24 und eine weitere Verbindungsstange 25 bei 26 mit dem Blattverstellhebel 2 bzw. der BlattverstellhebelweUe 3 in Verbindung steht Mit diesem Betätigungsgestänge kann der Umschalthebel 19 um seine Drehachse 18 in Abhängigkeit von der Stellung des Blattverstellhebels verschwenkt werden.

so In Fig.2 ist der Umschalthebel 19 in einer Betriebsstellung mit einer Neigung von etwa 45° zu der durch die Drehachsen 17 und 18 definierten Ebene dargestellt In der anderen Betriebsstellung liegt er ebenfalls etwa 45° geneigt zu dieser Ebene. Dabei entspricht die obere Betriebsstellung des Umschalthebels 19 beispielsweise dem normalen Flugzustand, während die untere Betriebsstellung für den Autorotationszustand vorgesehen ist Gleichzeitig ist der Umschalthebel 19 in den beiden Betriebssteilungen um die Achse 17 der Steuerwelle 16 verdrehbar, so daß in diesen beiden Betriebsstellungen die Steuerstange 21 vor- und zurückgeschoben werden kann.

Damit der Umschalthebel 19 in der Nullstellung, d. h. in der Stellung der durch die Drehachsen 17 und 18 definierten Ebene, nicht zufällig angehalten werden kann und bei Überschreiten der Nullstellung sofort in die neue Betriebsstellung einrastet, ist einerseits am Umschalthebel 19 und andererseits an der Steuerwelle

16 beispielsweise eine Zugfeder 27 so befestigt, daß ihre Einspannlänge in den beiden Betriebsstellungen am geringsten ist Dadurch muß beim Niederdrücken des Blattverstellhebels 2 in die Autorotationsstellung zunächst ein durch die Feder 27 bedingter, geringer Widerstand während des Verschwenken des Umschalthebeis 19 von der oberen Betriebsstellung in die Nullstellung überwunden werden, worauf die Zugfeder 27 den Umschalthebel selbsttätig in die untere Betriebsstellung zieht Diese Ausgestaltung ist auch ι ο insofern vorteilhaft als für den Piloten der Umschaltpunkt fühlbar gemacht wird. Zweckmäßigerweise wird der Umschalthebel 19 für die Umkehr der Steuerwirkung über einen Winkelbereich von insgesamt 90° verschwenkt wodurch einerseits ein kurzer Umschaltweg und damit eine sehr kurze Umschaltzeit erreicht wird und andererseits in Abhängigkeit von dem Abstand der Drehachse 20 von der Drehachse 18 des Umschalthebels ein günstiger Hebelarm beim Verdrehen der Steuerwelle 16 vorhanden ist

Die beschriebene Steuervorrichtung arbeitet wie folgt: Im normalen motorbetriebenen Flugzustand befindet sich der Umschalthebel 19 in der oberen Betriebsstellung, wodurch beispielsweise eine Drehbewegung der Steuerwelle 16 in der in F i g. 1 angegebenen Pfeilrichtung in eine auf die Wippe 5 gerichtete Verschiebebewegung der Steuerstange 21 umgesetzt wird. In dieser Stellung des Umschalthebels entspricht die Steuervorrichtung in der Wirkungsweise den bekannten Ausführungsformen. Beim Übergang vom normalen Flugzustand in den Autorotationszustand wird der Blattverstellhebel 2 vom Piloten nach unten gedrückt, wobei er die Nullstellung passiert in der keine Drehmomente an den Rotoren wirksam sind. Während sich der Blattverstellhebel 2 dieser Stellung nähert, wird der Umschalthebel 19 aufgrund der Koppelung über das Verbindungsgestänge 23, 25 gleichzeitig über die in F i g. 2 dargestellte Nullstellung in die untere Betriebsstellung verschwenkt In dieser dem Autorotationszustand entsprechenden Stellung wird nunmehr eine Drehbewegung der Steuerwelle 16 in der in F i g. 1 angegebenen Pfeilrichtung in eine Verschiebebewegung der Steuerstange 21 vmgesetzt die von der Wippe 5 wegführt, d.h. in einer zur Betätigungsrichtung im normalen Flugzustand entgegengesetzten Richtung. Damit bleibt die Seitensteuerung an den Pedalen 10 und 11 für den Piloten während des Obergangs vom normalen in den Autorotationszustand unbeeinflußt und er kann im Autorotationszustand ebenso steuern wie im normalen Flugzustand. Dies ist insofern von Bedeutung, als in dieser kritischen Obergangsphase für ein Umdenken des Piloten nur Bruchteile von Sekunden zur Verfügung stehen würden.

Wird beispielsweise im normalen Flugzustand das linke Seitensteuerpedal 11 niedergedrückt und muß gleichzeitig der Blattverstellhebel 2 in die Autorotationsstellung niedergedrückt werden, so kann der Pilot die Einstellung für die Richtungssteuerung beibehalten, da durch die Verstellung des Blattverstellhebels lediglich der Umschalthebel 19 so verschwenkt wird, daß die gleiche Steuereinstellung an der Steuerstange 21 in der umgekehrten Richtung zur Wirkung kommt Diese für den Piloten unveränderliche Steuerbarkeit kommt vor allem auch dann zur Geltung, wenn der Hubschrauber im Autorotationsflug abgefangen werden muß. In diesem Flugzustand kehren sich die Steuerverhältnisse wieder um, was auf die Bewegungsenergie der Rotorblätter und den Einfluß des Bodeneffekts zurückzuführen ist Während bei diesem kritischen Flugzustand ein nochmaliges Umdenken des Piloten hinsichtlich der Betätigung der Seitensteuerung innerhalb kürzester Zeit erforderlich wäre, kann bei der beschriebenen Ausgestaltung die Steuereinstellung beibehalten oder normal gesteuert werden. Hieraus ist ersichtlich, daß mit der beschriebenen Steuervorrichtung aufgrund der Koppelung der Seitensteuerung mit dem Belastungszustand der Rotorblätter erstmals eine in allen erdenklichen Flugsituationen vollkommene Steuerbarkeit des Hubschraubers erreicht wird.

Die Kontinuität der Steuerwirkung wird vor allem dadurch erreicht daß im Augenblick des Wechsels des Belastungszustandes der Rotorblätter auch die Seitensteuerung umgekehrt wird Damit ist in jedem Augenblick, in dem Drehmomente an den Rotoren wirksam werden, gleichzeitig auch eine optimale Steuerwirkung gegeben.

Die beschriebene Ausgestaltung ist sowohl bei einer hydraulischen, elektrischen oder auch mechanischen Steuervorrichtung anwendbar, wobei im Falle einer hydraulischen Steuereinrichtung gleichfalls ein Umschalthebel oder auch ein hydraulisches Umschaltelement vorgesehen werden kann. Weiterhin ist die Einrichtung bei jedem Hubschrauber anwendbar, bei dem sich auf Grund seiner Ausgestaltung im Autorotationszustand die Steuerverhältnisse umkehren. Durch die Einfachheit der Betätigung eignet sie sich vor allem auch für eine automatische Steuerung des Hubschraubers.

Es ist auch möglich, am Blattverstellhebel zwei Begrenzungsschalter vorzusehen, über die beim Übergang vom normalen in den Autorotationszustand der Umschalthebel durch einen entsprechenden Stellmotor verschwenkt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Richtungssteuerung für Hubschrauber mit wenigstens zwei lasttragenden koaxialen gegenläufigen Rotoren durch gegensinnige kollektive Blattverstellung beider Rotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungssteuerung in Abhängigkeit vom Obergang zwischen dem motorbetriebenen Flugzustand in die Autorotation umkehrbar ausgebildet ist, wobei das System der Richtungssteuerung (Steuerwelle 16, Steuerstange 21) mit dem Blattverstellhebel (2) gekoppelt und in Abhängigkeit von dessen Stellung im motorbetriebenen Rugzustand bzw. in der Autorotation bei gleichbleibender Betätigungsrichtung der Seiten-Steuerpedale (10,11) umkehrbar ausgebildet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der BlattverstellheDel (2) über ein Verbindungsgestänge (23, 25) mit einem Umschalthebel (19) in Verbindung steht, der einen Teil des Betätigungsgestänges (Steuerwelle 16, Steuerstange 21) der Richtungssteuerung bildet

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer für beide Seitensteuerpedale (10, 11) gemeinsamen Steuerwelle (16) der Umschalthebel (19) mit zu deren Achse (17) im wesentlichen senkrechter Drehachse (18) angelenkt ist, der die Drehbewegung der Steuerwelle in eine Hin- und Herbewegung einer Steuerstange (21) umsetzt und aber das Verbindungsgestänge (23,25) in Abhängigkeit von der Stellung des Blattverstellhebels (2) von der einen Seite der durch die beiden senkrecht zueinanderliegenden Drehachsen (17,18) definierten Ebene auf deren andere Seite verschwenkbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Umschalthebel (19) mit einer Neigung von vorzugsweise etwa 45° zu dieser Ebene in seinen Betriebsstellungen angeordnet und insgesamt um etwa 90° verschwenkbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist die im Bereich der Nullstellung des Umschalthebels diesen selbsttätig in eine der beiden Betriebsstellungen drückt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß eine Feder (27) am Umschalthebel (19) so angreift daß sie in dessen Nullstellung eine erhöhte Kraft in Schwenkrichtung des Umschalthebels ausübt so

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß am Blattversteilhebel (2) zwei BegrenzungSEchalter vorgesehen sind, die über einen elektrischen oder hydraulischen Stellmotor die Umschaltung des Systems der Richtungssteuerung bewirken.