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Hintergrund
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Die
vorliegende Offenlegung betrifft einen verbesserten Helikopter.
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Die
Offenlegung betrifft allgemein einen Helikopter. Im Besonderen,
aber nicht ausschließlich,
bezieht sie sich auf einen Spielzeughelikopter und im Besonderen
auf einen ferngesteuerten Modellhelikopter oder einen Spielzeughelikopter.
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Zusammenfassung
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Es
ist bekannt, dass ein Helikopter eine komplexe Maschine ist, die
instabil und demzufolge schwierig zu steuern ist, so dass viel Erfahrung
nötig ist,
solche Helikopter sicher ohne Mißgeschick zu betreiben.
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Typischerweise
enthält
ein Helikopter ein Gehäuse,
einen Hauptrotor und einen Heckrotor.
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Der
Hauptrotor stellt eine Aufwärtskraft
zur Verfügung,
um den Helikopter in der Luft zu halten, sowie eine Seitkraft oder
Vorwärtskraft
oder Rückwärtskraft,
um den Helikopter in benötigte
Richtungen zu steuern. Dies kann durch eine zyklische Veränderung
des Anstellwinkels der Propellerblätter des Hauptrotors bei jeder
Umdrehung des Hauptrotors gemacht werden.
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Der
Hauptrotor hat eine natürliche
Tendenz, von seiner Position abzuweichen, was zu unkontrollierten
Bewegungen und zu einem Absturz des Helikopters führen kann,
wenn der Pilot die Kontrolle über
die Steuerung des Helikopters verliert.
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Lösungen zur
Abschwächung
dieses Effekts wurden bis jetzt bereits zur Verfügung gestellt, enthaltend die
Anwendung von Stabilisierungsstangen und -gewichten an den Flügelspitzen
der Propellerblätter.
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Alle
diese Lösungen
machen vom bekannten Phänomen
der Kreiselbewegung Gebrauch, welche durch die Coreoliskraft und
die Zentrifugalkräfte
verursacht werden, um den gewünschten
Effekt zu erzielen.
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Der
Heckrotor ist nicht ganz unempfindlich gegen dieses Phänomen, da
er verhindern muss, dass sich das Gehäuse um die Antriebsachse des Rotors
infolge des Widerstandsdrehmoments des Rotors auf das Gehäuse dreht.
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Dazu
ist der Heckroter so aufgerichtet, dass er eine seitliche Schubkraft
entwickelt, die dem oben erwähntem
Widerstandsdrehmoment des Rotors entgegenwirkt, und der Helikopter
wird mit Mitteln ausgestattet, die es dem Piloten ermöglichen
sollen, die seitliche Schubkraft so zu steuern, dass die Flugposition
um die vertikale Achse bestimmen werden kann.
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Da
das Heck des Helikopters dazu tendiert, sich um die Antriebsachse
des Hauptrotors zu drehen, auch in dem Fall geringer Veränderungen
beim Antriebsdrehmoment des Hauptrotors, werden viele Helikopter
mit einem separatem und autonomen mechanischem oder elektromechanischem
System ausgestattet, wie z.B. einem Kreisel oder dergleichen, der
automatisch die Schubkraft des Heckrotors bei unerwarteten Rotationen
ausgleicht.
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Allgemein
beinhaltet die Stabilität
eines Helikopters das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen:
der
Rotation der Rotorblätter;
den Bewegungen jeder möglichen
Stabilisierungsstangen; dem Ausgleich des Widerstandsdrehmoments
des Hauptrotors mittels des Heckrotors;
dem System, wie z.B.
einem Kreisel oder dergleichen, um kleine unerwünschte Veränderungen im Widerstandsdrehmoment
des Hauptrotors auszugleichen; und
der Steuerung des Helikopters,
welche die Rotationsgeschwindigkeit des Hauptrotors und des Heckrotors steuert.
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Wenn
diese Elemente im Wesentlichen in der Balance sind, sollte der Pilot
fähig sein,
den Helikopter wie gewünscht
zu steuern.
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Das
bedeutet jedoch nicht, dass der Helikopter selbst fliegen kann und
daher eine gewisse Flugposition oder Manöver einhalten kann, z.B. Schweben
oder Durchführen
langsamer Bewegungen ohne den Eingriff eines Piloten.
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Überdies
erfordert das Fliegen eines Helikopters üblicherweise ein intensives
Training und viel Erfahrung des Piloten sowohl das eines original
großen
betriebsbereiten echten Helikopters wie auch das eines Spielzeughelikopters
oder eines ferngesteuerten Modellhelikopters.
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Die
vorliegende Offenlegung beabsichtigt, einen oder mehrere der oben
erwähnten
und anderer Nachteile zu minimieren, indem eine einfache und billige
Lösung
zur Verfügung
gestellt wird, den Helikopter automatisch zu stabilisieren, so dass
das Betreiben des Helikopters einfacher wird und möglicherweise
die Notwendigkeit für
langjährige
Erfahrung des Piloten reduziert wird.
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Der
Helikopter sollte die folgenden Anforderungen mehr oder weniger
erfüllen:
- (a) er kann im Falle von unerwarteten Störungen der
Flugbedingungen in eine stabile Schwebeposition zurückkehren.
Solche Störungen
können
in der Form von einer Windböe,
Turbulenzen, eines mechanischen Lastwechsels des Gehäuses oder des
Rotors, einem Positionswechsel des Gehäuses infolge einer Anpassung
an die zyklische Veränderung
der Steigung oder des Anstellwinkels der Propellerblätter des
Hauptrotors oder einer Steuerung des Heckrotors oder dergleichen
mit einem ähnlichem
Effekt, auftreten; und
- (b) die benötigte
Zeit, um in die stabile Position zurückzukehren, sollte relativ
kurz sein, und die Bewegung des Helikopters sollte relativ gering
sein.
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Daher
betrifft die Offenlegung einen verbesserten Helikopter, enthaltend
ein Gehäuse
mit einem Heck; einen durch eine Rotorwelle angetriebenen Hauptrotor
mit Propellerblättern,
die schwenkbar an der Rotorwelle mittels eines Scharniers angebracht sind.
Der Winkel zwischen der Fläche
der Rotation des Hauptrotors und der Rotorwelle können sich
verändern.
Ein Heckrotor wird durch eine zweite Rotorwelle angetrieben, die
quer zu der Rotorwelle des Hauptrotors ausgerichtet ist.
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Der
Helikopter ist mit einem Hilfsrotor ausgestattet, der durch die
Welle des Hauptrotors angetrieben wird, und der mit zwei Flügeln versehen
ist, die sich im Wesentlichen in Ausrichtung mit ihren Längsachsen
erstrecken. Die "Längs„-achse
wird im Rotationssinn des Hauptrotors gesehen, und ist im Wesentlichen
parallel zur Längsachse
von wenigstens einem der Propellerblätter des Hauptrotors oder ist mit
einem relativ kleinen spitzen Winkel zur Achse des letzteren Propellerblatts
angeordnet. Dieser Hilfsrotor ist in einer schwingen den Weise an
einer Pendelwelle angebracht, die im Wesentlichen quer zu der Rotorwelle
des Hauptrotors angebracht ist. Dieser ist im Wesentlichen quer
zur Längsachse
der Flügel
ausgerichet. Der Hauptrotor und der Hilfsrotor sind miteinander
durch eine mechanische Verbindung verbunden, so dass die Schwenkbewegungen des
Hilfsrotors den Anstellwinkel von wenigstens einem der Propellerblätter des
Hauptrotors steuern.
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In
der Praxis ist ein derart verbesserter Hubschrauber stabiler und
stabilisiert sich selbst relativ schnell mit oder ohne einen beschränkten Eingriff des
Nutzers.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Offenlegung wird der Helikopter durch Aufhängen des
Heckrotors mit seiner Rotorwelle in einer Schaukel, die um eine
Schaukelachse rotieren kann, stabiler gemacht. Die Schaukelachse
erstreckt sich im Wesentlichen in der Längsrichtung relativ zum Gehäuse des
Helikopters.
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Im
Fall einer Fehlfunktion oder dergleichen, bei welcher der Helikopter
anfängt,
sich um die Rotorwelle des Hauptrotors in einer ungewünschten
Art zu drehen, sollte der Heckrotor wegen der auf den rotierenden
Heckrotor infolge der Rotation um die Rotorwelle des Hauptrotors
wirkenden Kreiselbewegung sich um die Schaukelachse des Heckrotors
in einem gewissen Winkel neigen.
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Durch
Messen der relativen Winkelverschiebung der Schaukel und durch Verwendung
des gemessenen Signals als ein Eingangssignal für einen Mikroprozessor, welcher
den Antrieb des Hauptrotors und den Antrieb des Heckrotors als eine
Funktion eines Regelungsalgorithmus steuert, kann die Schubkraft
des Heckrotors so eingestellt werden, dass dem unerwünschten
Effekt der Störung
entgegenwirkt und damit automatisch die stabilen Flugbedingungen
für den
Helikopter mit einem minimalem oder irgendeinem Eingriff des Pilotens
wieder hergestellt werden können.
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Der
Hauptrotor mit Propellerblättern
wird durch eine Rotorwelle angetrieben, an der die Blätter befestigt
sind. Der Hilfsrotor wird durch die Rotorwelle des Hauptrotors angetrieben
und ist mit Flügeln von
der Rotorwelle in Richtung der Rotation des Hauptrotors versehen.
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Der
Hilfsrotor ist schwenkbar bezüglich
einer Pendelwelle befestigt und die Schwenkbewegung ist relativ
aufwärts
und abwärts
bezüglich
der Hilfswelle. Die Hilfswelle ist im Wesentlichen quer zur Rotorwelle
des Hauptrotors angeordnet. Der Hauptrotor und der Hilfsrotor sind
miteinander durch eine mechanische Verbindung verbunden, so dass
die Schwenkbewegung des Hilfsrotors den Anstellwinkel von wenigstens
einem der Propellerblätter
des Hauptrotors kontrolliert.
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Der
Anstellwinkel des Rotors in der Rotationsebene des Rotors und der
Rotorwelle können sich
verändern;
und ein mit der Rotorwelle rotierbarer Hilfsrotor ist für relative
Pendelbewegung gegenüber der
Rotorwelle. Unterschiedliche relative Postionen sind so, dass der
Hilfsrotor bewirkt, dass der Anstellwinkel des Hauptrotors verschieden
ist. Eine Verbindung zwischen dem Haupt- und Hilfsrotor bewirkt, dass
Positionsänderungen
des Hilfsrotors in Änderungen
in dem Anstellwinkel übersetzt
werden.
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Die
Propellerblätter
des Hauptrotors bzw. die Flügel
des Hilfsrotors sind miteinander mit einer mechanischen Verbindung
verbunden, welche die Relativbewegung zwischen den Blättern des
Propellers und der Flügel
des Hilfsrotors erlaubt.
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Es
gibt quer einer Längsachse
des Helikoptergehäuses
ausgerichtete Tragflügel,
quer und abwärts
ausgerichtet, und einen abwärts
ausgerichteten Stabilisator am Heck des Helikopters. Dies fördert Stabilität vor Ort.
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Zeichnungen
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Um
weiter die Charakteristiken der Offenlegung zu erklären, sind
die folgenden Ausführungsformen
eines verbesserten Helikopters gemäß der Offenlegung nur als ein
Beispiel angeführt,
ohne in irgendeiner Weise einschränkend zu sein, unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
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1 schematisch
einen Helikopter gemäß der Offenlegung
in Perspektive zeigt;
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2 eine
Draufsicht gemäß dem Pfeil
F2 in 1 zeigt;
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3 und 4 Schnittansichten
gemäß den Linien
II-II und III-III in 2 zeigen;
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5 eine
Ansicht eines in 1 durch F5 gezeigten hinteren
Rotorteils in vergrößertem Maßstab zeigt;
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6 eine
Rückansicht
gemäß Pfeil
F6 in 5 ist;
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7 eine
Variante von 1 zeigt;
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8 eine
Variante von 5 zeigt;
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9 eine
andersartige Ansicht des Heckrotors von 8 zeigt;
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10 einen
Schnitt des Helikopters zeigt;
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11 schematisch
eine alternative Ansicht des Helikopters gemäß der Offenlegung in Perspektive
zeigt;
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12 eine
perspektivische Ansicht des Hauptrotors und der Hilfswelle ist;
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13 eine
perspektivische Ansicht des Heckrotors und Heckstabilisators in
einer zweiten Ausführungsform
des Helikopters ist;
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14 eine
seitliche Schnittansicht in der zweiten Ausführungsform des Helikopters
zeigt;
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15 eine
perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform des Helikopters
zeigt;
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16 eine
Draufsicht der zweiten Ausführungsform
des Helikopters zeigt;
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17 eine
Rückansicht
der zweiten Ausführungsform
des Helikopters ist;
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18 eine
Schnittansicht der zweiten Ausführungsform
des Helikopters entlang Linie 18-18 von 16 zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Der
in den Figuren beispielhaft gezeigte Helikopter 1 ist ein
ferngesteuerter Helikopter, der im Wesentlichen aus einem Gehäuse 2 mit
einem Fahrgestell und einem Heck 3, einem Hauptrotor 4,
einem synchron mit der Letzteren angetriebenen Hilfsrotor 5 und
einem Heckrotor 6 besteht.
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Der
Hauptrotor 4 ist mit Mitteln versehen, die als Rotorkopf 7 auf
einer ersten aufwärts
gerichteten Rotorwelle 8 bezeichnet werden, die in dem
Gehäuse 2 des
Helikopters 1 in einem Lager rotierbar montiert und die
mittels eines Motors 9 und einer Transmission 10 angetrieben
wird, wobei der Motor 9 z.B. ein elektrischer Motor ist,
der durch eine Batterie 11 versorgt wird.
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In
diesem Fall hat der Hauptrotor 4 zwei Propellerblätter 12,
die in Linie oder so gut wie in Linie sind, aber der genauso gut
aus einer höheren
Anzahl von Propellerblättern 12 zusammengesetzt
sein kann.
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Die
Neigung oder der Anstellwinkel A der Propellerblätter 12, mit anderen
Worten der Winkel A, den die in 6 gezeigten
Propellerblätter 12 mit
der Rotationsebene 14 des Hauptrotors 4 bilden,
kann eingestellt werden, da der Hauptrotor 4 schwenkbar an
dieser Rotorwelle 8 mittels eines Anschlussstücks angebracht
ist, so dass der Winkel zwischen der Rotationsebene des Hauptrotors
und der Rotorwelle frei variieren kann.
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In
dem Fall des Beispiels eines Hauptrotors 4 mit zwei Propellerblättern 12 wird
das Anschlussstück
durch eine Stange 15 des Rotorkopfs 7 gebildet.
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Die
Achse 16 dieser Stange 15 ist quer zu der Rotorwelle 8 gerichtet
und erstreckt sich im Wesentlichen in der Richtung der Längsachse 13 eines der
Propellerblätter 12 und
bildet bevorzugt, wie in 2 gezeigt ist, einen spitzen
Winkel B mit dieser Längsachse 13.
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Der
Heckrotor 6 wird über
eine zweite Rotorwelle 17 mittels eines zweiten Motors 18 und
einer Transmission 19 angetrieben. Motor 16 kann
ein elektrischer Motor sein. Der Heckrotor 6 mit seiner Rotorwelle 17 und
seinem Antrieb 18–19 ist
in einer Schaukel 20 aufgehängt, die um eine Schaukelachse 21 rotieren
kann, die am Heck 3 des Helikopters 1 durch zwei
Halterungen 22 und 23 fixiert ist.
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Die
Schaukel 20 ist mit einem Verlängerungsstück 24 in Richtung
der Unterseite ausgestattet, das mittels einer Feder 25 im
Ruhezustand, bei dem die zweite Rotorwelle 17 in dieser
Position horizontal ist und kreuzweise zur ersten Rotorwelle 8 gerichtet
ist, in einer zentralen Position gehalten wird.
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Am
unterem Ende des Verlängerungsstücks 24 der
Schaukel 20 ist ein Magnet vorgesehen, wohingegen gegenüber der
Position des Magneten 26 in dem oben erwähntem Ruhezustand
der Schaukel 20 ein Magnetsensor 27 am Heck 3 fixiert
ist, der es ermöglicht,
die relative Winkelverschiebung der Schaukel 20 und damit
die des Heckrotors 6 um die Schaukelachse 21 zu
messen.
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Es
ist klar, dass diese Winkelverschiebung der Schaukel 20 auch
auf andere Weise gemessen werden kann, z.B. mittels eines Potentiometers.
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Das
gemessene Signal kann so als ein Eingangssignal für ein Steuergerät verwendet
werden, welches in den Figuren nicht gezeigt ist, welches die Antriebe
des Hauptrotors 4 und des Heckrotors 6 steuert,
und das mit einem Stabilisieralgorithmus versehen ist, der einen
Gegensteuerbefehl geben wird, wenn eine plötzliche unerwünschte Winkelverschiebung
des Heckrotors 6 um die Schwingachse 21 gemessen
wird, die aus einer unerwünschten
Rotation des Helikopters 1 um die Rotorwelle 8 resultiert,
um die Position des Helikopters 1 wiederherzustellen.
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Der
Helikopter 1 ist auch mit einer Hilfswelle 5 ausgestattet,
die im Wesentlichen synchron mit dem Hauptrotor 4 durch
dieselbe Rotorwelle 8 und den Rotorkopf 7 angetrieben
wird.
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In
diesem Fall hat der Hilfsrotor zwei Flügel 28, die im Wesentlichen
in Linie mit ihren Längsachsen 29 sind,
wobei die Längsachse 29,
gesehen im Rotationssinn R des Hauptrotors 4, im Wesentlichen parallel
zu der Längsachse 13 der
Propellerblätter 12 des
Hauptrotors 4 ist oder einen relativ kleinen spitzen Winkel
C mit der Letzteren einschließen,
so dass sich beide Rotoren 4 und 5 mehr oder weniger
parallel übereinander
mit ihren Propellerblättern 12 und Flügeln 28 erstrecken.
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Der
Durchmesser des Hilfsrotors 5 ist vorzugsweise kleiner
als der Durchmesser des Hauptrotors 4, da die Flügel 28 eine
geringere Spannweite als die Propellerblätter 12 aufweisen
und die Flügel 28 sind
im Wesentlichen starr miteinander verbunden. Dieses starre Gesamtgebilde,
das den Hilfsrotor 5 bildet, wird schwenkbar auf einer
Pendelwelle 30 angebracht, die an dem Rotorkopf 7 der
Rotorwelle 8 fixiert ist. Diese ist quer zu der Längsachse
der Flügel 28 und
quer zu der Rotorwelle 8 gerichtet.
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Der
Hauptrotor 4 und der Hilfsrotor 5 sind durch eine
mechanische Verbindung untereinander verbunden, welche derart bezüglich des
Hilfsrotors ist, dass der Anstellwinkel A von wenigstens einem der
Propellerblatter 12 des Hauptrotors 4 ist. In
dem gegebenen Beispiel wird diese Verbindung durch einen Stab 31 gebildet.
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Dieser
Stab 31 ist gelenkig an einem Propellerblatt 12 des
Hauptrotors 4 mit einem Befestigungspunkt 32 mittels
eines Anschlussstücks 33 und
einem Hebelarm 34, und mit einem anderen zweiten Befestigunspunkt 35,
mit Abstand zu dem Letzterem gelegen, angebracht, er ist gelenkig
an einem Flügel 28 des
Hilfsrotors 5 mittels eines zweiten Anschlussstücks 36 und
eines zweiten Hebelarms 37 angebracht.
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Der
Befestigungspunkt 32 auf dem Hauptrotor 4 ist
in einem Abstand D von der Achse 16 der Stange 15 der
Propellerblätter 12 des
Hauptrotors 4 gelegen, wobei der andere Befestigungs punkt 35 auf dem
Hilfsrotor 5 in einem Abstand E von der Achse 38 der
Pendelwelle 30 Hilfsrotors 5 gelegen ist.
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Der
Abstand D ist vorzugsweise größer als der
Abstand E, und ungefähr
das Doppelte dieses Abstands E, und beide Befestigunspunkte 32 und 35 des
Stabs 31 sind, gesehen im Rotationssinn R, auf derselben
Seite der Propellerblätter 12 des
Hauptrotors 4 oder der Flügel 28 des Hilfsrotors 5 gelegen, mit
anderen Worten sind beide auf der Vorderseite oder der Rückseite
der Propellerblätter 12 und
Flügel 28,
gesehen im Rotationssinn, gelegen.
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Auch
schließt
die Längsachse 29 der
Flügel 28 des
Hilfsrotors 5, gesehen im Rotationssinn R, vorzugsweise
einen Winkel F mit der Längsachse 13 der
Propellerblätter 12 des
Hauptrotors 4 ein, deren eingeschlossener Winkel F in einer
Größenordnung um
die 10 Grad liegt, wodurch die Längsachse 29 der Flügel 28 der
Längsachse 13 der
Propellerblätter 12, gesehen
im Rotationssinn R, voreilt. Unterschiedliche Winkel im Bereich
von z.B. 5 bis 25 Grad können auch
in Ordnung sein.
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Der
Hilfsrotor 5 ist mit zwei Stabilisierungsgewichten 39 ausgestattet,
von denen jedes an einem Flügel 28 in
einem Abstand zu der Rotorwelle 8 fixiert ist.
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Des
Weiteren ist der Helikopter mit einem Empfänger ausgestattet, so dass
er aus einer Entfernung mittels einer nicht gezeigten Fernbedienung
gesteuert werden kann.
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Als
eine Funktion der Helikopterausführung ist
es möglich,
durch Experimentieren die am Besten geeigneten Werte und Beziehungen
der Winkel B, F und G, der Beziehung zwischen den Distanzen D und E,
der Größe der Gewichte 39 und
der Beziehung der Durchmesser zwischen dem Hauptrotor 4 und
dem Hilfsrotor 5 zu suchen, um ein Maximum an Autostabilität zu gewährleisten.
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Der
Betrieb des verbesserten Helikopters 1 gemäß der Offenlegung
ist wie folgt:
Im Flug werden die Rotoren 4, 5 und 6 mit
einer bestimmten Geschwindigkeit angetrieben, wodurch eine relative
Luftströmung
in Bezug zu den Rotoren erzeugt wird, wodurch der Hauptrotor 4 eine
Aufwärtskraft
erzeugt, so dass der Helikopter 1 aufsteigt oder absteigt
oder eine gewisse Höhe
behält,
und der Heckrotor 6 entwickelt eine seitlich gerichtete
Kraft, die dazu verwendet wird, den Helikopter 1 zu steuern.
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Es
ist für
den Hauptrotor 4 unmöglich,
sich selbst abzugleichen, und er wird sich in der Ebene 14,
in der er gestartet wurde, für
gewöhnlich
die horizontale Ebene, drehen. Unter dem Einfluss von Kreiselbewegung,
Turbulenzen und anderen Faktoren wird er eine willkürliche unerwünschte Position
einnehmen, wenn er nicht gesteuert wird.
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Die
Rotationsfläche
des Hilfsrotors 5 kann eine andere Neigung in Bezug zu
der Rotationsfläche 14 des
Hauptrotors 8 einnehmen, wodurch beide Rotoren 5 und 4 andere
Neigung zur Rotorwelle 8 einnehmen können.
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Diese
Neigungsdifferenz kann durch jede innere oder äußere Kraft oder Störung oder
was auch immer entstehen.
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In
einer Situation, durch die der Helikopter 1 stabil auf
einem Fleck in der Luft ohne jede störenden internen oder externen
Kräfte
schwebt, fährt
der Hilfsrotor 5 fort, sich in einer Ebene, die im Wesentlichen
senkrecht zu der Rotorwelle 8 ist, zu drehen.
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Wenn
allerdings das Gehäuse 2 aufgrund
irgendeiner Störung
oder was auch immer aus der Balance gedrückt wird und die Rotorwelle 8 aus
ihrer Gleichgewichtsposition abschwenkt, folgt der Hilfsrotor 5 nicht
unmittelbar dieser Bewegung, da der Hilfsrotor 5 sich frei
um die Pendelwelle 30 bewegen kann.
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Der
Hauptrotor 4 und der Hilfsrotor 5 sind in Bezug
zu einander so angeordnet, dass eine Schwenkbewegung des Hilfsrotors 5 beinahe
unmittelbar in die Steigung oder den Anstellwinkel A der einzustellenden
Propellerblätter 12 übersetzt
wird.
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Für einen
zweiblättrigen
Hauptrotor 4 bedeutet dies, dass die Propellerblätter 12 und
die Flügel 28 von
beiden Rotoren 4 und 5 im Wesentlichen parallel
sein müssen
oder im Rotationssinn R gesehen einen spitzen Winkel miteinander
von z.B. 10 Grad in dem Fall eines großen Hauptrotors 4 und
eines kleineren Hilfsrotors 5 einschließen.
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Dieser
Winkel kann berechnet werden oder durch Experimentieren für jeden
Helikopter 1 oder für Helikoptertyp
ermittelt werden.
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Wenn
die Rotationsachse 8 eine andere Neigung einnimmt als diejenige,
welche zu der oben erwähnten
Gleichgewichtsposition in einer Situation korrespondiert, in der
der Helikopter 1 schwebt, passiert Folgendes:
Ein
erster Effekt ist, dass der Hilfsrotor 5 zuerst versuchen
wird, seine absolute Neigung einzuhalten, wodurch sich die relative
Neigung der Rotationsfläche
des Hilfsrotors 5 in Bezug zu der Rotorwelle 8 verändert.
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Demzufolge
wird der Stab 31 den Anstellwinkel A der Propellerblätter 12 so
einstellen, dass die Aufwärtskraft
der Porpellorblätter 12 auf
einer Seite des Hauptrotors 4 ansteigen wird und auf der
diametral entgegengesetzten Seite dieses Hauptrotors abnehmen wird.
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Daher
ist die relative Position des Hauptrotors 4 und des Hilfsrotors 5 so
ausgewählt,
dass ein relativ unverzüglicher
Effekt auftreten wird. Diese Änderung
in der Aufwärtskraft
stellt sicher, dass die Rotorwelle 8 und das Gehäuse 21 in
ihre ursprüngliche Gleichgewichtsposition
zurück
gezwungen werden.
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Ein
zweiter Effekt ist, dass, da der Abstand zwischen den weit entfernten
Enden der Flügel 28 und
der Rotationsfläche 14 des
Hauptrotors 4 nicht länger
gleich ist, und da auch die Flügel 28 eine
Aufwärtskraft
hervorrufen, ein größerer Druck
zwischen dem Hauptrotor 4 und dem Hilfsrotor 5 auf
einer Seite des Hauptrotors 4 als auf der diametral entgegengesetzten
Seite erzeugt wird.
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Ein
dritter Effekt spielt eine Rolle, wenn der Helikopter beginnt, nach
vorne, nach hinten oder seitlich aufgrund von Störungen zu kippen. Genau wie
in dem Fall eines Pendels wird der Helikopter dazu neigen, zurück in seine
ursprüngliche
Position zu gehen. Dieser Pendeleffekt generiert keine destabilisierenden
Kreiselkräfte
wie bei den bekannten Helikoptern, die mit einer quer zu den Propellerblättern des
Hauptrotors gerichteten Stabilisatorstange ausgerüstet sind.
Es bewirkt, dass der erste und zweite Effekt verstärkt werden.
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Die
Effekte haben unterschiedliche Ursprünge, aber analoge Eigenschaften.
Sie verstärken
sich gegenseitig so, um automatisch die Gleichgewichtsposition des
Helikopters 1 ohne jeden Eingriff eines Piloten zu korrigieren.
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Der
Heckrotor 6 ist in einer schwingenden Art angebracht und
stellt eine zusätzliche
Stabilisierung zur Verfügung
und er möglicht
es dem Heckrotor 6, die Funktion des Kreisels anzunehmen,
der oft in existierenden Helikoptern, wie z.B Modellhelikoptern, verwendet
wird.
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Im
Fall einer Störung
kann das Gehäuse 2 anfangen,
sich um die Rotorwelle 8 zu drehen. Demzufolge dreht sich
der Heckrotor 6 in einem Winkel in einem oder anderem Sinn
um die Schaukelachse 21. Dies ist aufgrund der Kreiselbewegung,
die auf den rotierenden Heckrotor 6 infolge der Rotation
des Heckrotors 6 um die Rotorwelle 8 einwirkt.
Die Winkelverschiebung ist eine Funktion der Amplitude der Störung und
daher der Rotation des Gehäuses 2 um die
Rotorwelle 8. Dies wird durch den Sensor 27 gemessen.
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Das
Signal des Sensors 27 wird durch ein Steuergerät eines
Computers verwendet, um der Fehlfunktion entgegenzuwirken und um
die Schubkraft des Heckrotors 6 so anzupassen, dass die
auftretende Winkelverschiebung des Heckrotors 6 aufgrund
der Störung
aufgehoben wird.
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Dies
kann durch Einstellen der Geschwindigkeit des Heckrotors 6 und/oder
durch Einstellen der Anstellwinkel der Propellerblätter des
Heckrotors 6 gemacht werden, abhängig vom Helikoptertyp 1.
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Falls
notwendig, kann dieser Aspekt der Offenlegung separat angewendet
werden, genauso wie der Aspekt des Hilfsrotors 5 separat
angewendet werden kann, wie es z.B. mittels von 7 veranschaulicht
wird, die einen Helikopter 1 gemäß der Offenlegung zeigt, bei
dem ein Hauptrotor 4 mit einem Hilfsrotor 5 kombiniert
ist, aber dessen Heckrotor 6 von der konventionellen Art
ist, d.h. dessen Achse sich nicht mit einer Schaukel dreht, die
aber in einem Lager in Bezug zum Heck 3 angebracht ist.
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Praktisch
macht es die Kombination beider Aspekte möglich, einen Helikopter herzustellen,
der sehr stabil in jeder Richtung und in jeder Flugsituation ist
und der einfach zu steuern ist, auch durch Personen, die wenig oder
keine Erfahrung haben.
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Es
ist klar, dass der Hauptrotor 4 und der Hilfsrotor 5 nicht
unbedingt als ein starres Ganzes gemacht werden müssen. Die
Propellerblätter 12 und die
Flügel 28 können auch
so am Rotorkopf 7 vorgesehen sein, dass sie angebracht
sind und relativ separat rotieren können. In diesem Fall z.B. können zwei
Stäbe 31 verwendet
werden, um jederzeit ein Propellerblatt 12 mit einem Flügel 28 zu
verbinden.
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Es
ist auch klar, dass, falls notwendig, die Anschlussstücke und
die gelenkigen Anschlussstücke
auch auf andere Weise als die Gezeigten realisiert werden können, z.B.
durch Zuhilfenahme eines flexiblen Torsionselements.
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In
dem Fall eines mehr als zwei Propellerblätter 12 aufweisenden
Hauptrotors 4 sollte man vorzugsweise sicherstellen, dass
wenigstens ein Propellerblatt 12 im Wesentlichen parallel
zu einem der Flügel 28 des
Hilfsrotors ist. Das Anschlussstück des
Hauptrotors 4 wird vorzugsweise als ein Kugelgelenk oder
als eine Stange 15 gemacht, welche im Wesentlichen quer
zur Achse der Pendelwelle 30 des Hilfsrotors 5 gerichtet
ist und welche sich im Wesentlichen in die Längsrichtung des einen Propellerblatts 12 erstreckt,
welches im Wesentlichen parallel zu den Flügeln 28 ist.
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In
einer anderen Ausführung
umfasst der Helikopter ein Gehäuse
mit einem Heck, einen Hauptrotor mit Propellerblättern, der durch eine Rotorwelle angetrieben
wird, an welcher die Blätter
angebracht sind. Ein Heckrotor wird durch eine zweite quer zu der
Rotorwelle des Hauptrotors gerichtete Rotorwelle angetrieben. Ein
Hilfsrotor wird durch die Rotorwelle des Hauptrotors angetrieben
und wird mit Flügeln von
der Rotorwelle im Rotationssinn des Hauptrotors versehen.
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Der
Hilfsrotor ist schwenkbar an einer Pendelwelle angebracht und die
Schwenkbewegung ist relativ aufwärts
und abwärts
um die Hilfswelle gerichtet. Die Hilfswelle ist im Wesentlichen
quer zur Rotorwelle des Hauptrotors vorgesehen. Der Hauptrotor und
der Hilfsrotor sind miteinander durch eine mechanische Verbindung
verbunden, so dass die Schwenkbewegung des Hilfsrotors den Anstellwinkel von
wenigstens einem der Rotorblätter
des Hauptrotors steuert.
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Der
Anstellwinkel des Rotors in der Rotationsebene des Rotors und der
Rotorwelle kann variieren. Ein mit der Rotorwelle rotierbarer Hilfsrotor
ist für relative
Pendelbewegung um die Rotorwelle. Unterschiedlich relative Positionen
sind so, dass der Hilfsrotor bewirkt, dass der Anstellwinkel des
Hauptrotors unterschiedlich ist. Eine Verbindung zwischen dem Haupt- und dem Hilfsrotor
bewirkt, dass Positionsänderungen
des Hilfsrotors in Änderungen
im Anstellwinkel übersetzt
werden.
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Die
Propellerblätter
des Hauptrotors bzw. die Flügel
des Hilfsrotors sind jeweils miteinander mit einer mechanischen
Verbindung verbunden, welche die relative Bewegung zwischen den
Propellerblättern
und den Flügeln
des Hilfsrotors erlaubt. Ein Anschlussstück des Hauptrotors zu den Propellerblättern wird
durch eine Stange gebildet, die an der Rotorwelle des Hauptrotors
fixiert ist.
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Die
mechanische Verbindung beinhaltet einen gelenkig mit Flügeln des
Hilfsrotors an einem Befestigungspunkt angebrachten Stab und ist
gelenkig an einem anderen Befestigungspunkt an dem Propellerblatt
des Hauptrotors angebracht.
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Das
Gehäuse
beinhaltet quer zu einer Längsachse
des Helikoptergehäuses
gerichtete Tragflächen.
Die Tragflächen
sind 100 und 102, die quer und abwärts gerichtet
sind, wobei die spitzen 104 und 106 der Tragflächen es
ermöglichen,
das Helikoptergehäuse
auf dem Boden zu stabilisieren.
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Es
gibt einen abwärts
gerichteten Stabilisator 108 am Heck des Helikopters. 15 zeigt
auch eine Fernbedienung zum Betrieb des Helikopters. Diese Einheit
kann geeignete computergesteuerte Bedienelemente zur Signalisierung
des Betriebs der Motoren haben, welche die Rotoren und ihre relativen
Positionen betreiben.
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Die
vorliegende Offenlegung ist nicht auf die beispielhaften und in
den beiliegenden Figuren repräsentierte
Ausführungsformen
eingeschränkt.
Viele unterschiedliche Variationen in der Größe und im Anwendungsgebiet
und in Funktionen sind möglich. Z.B.
sind statt zur Verfügung
gestellten elektrischen Motoren andere Formen von motorisierter
Kraft möglich.
Eine unterschiedliche Anzahl von Blättern kann an den Rotoren angebracht
sein.
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Ein
Helikopter gemäß der Offenlegung
kann in allen Formarten und Dimensionen gemacht sein, während er
noch im Anwendungsbereich der Offenlegung bleibt. In diesem Sinn
können,
obwohl der Helikopter in manchen Sinnen als Spielzeug- oder Modellhelikopter
beschrieben wurde, die beschriebenen und aufgezeigten Funktionen
teilweise oder ganz in einem originalgroßem Helikopter Verwendung finden.