DE2039101A1 - Luftfahrzeug mit zwei einander aufhebende Rollmomente verursachenden,auftriebserzeugenden Einrichtungen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-PHIL. G. NICKEL · DR-ING. ü. DORNCR

β MÖNCHEN 15

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. 108 Jl) 555719

München, den 3. August 1970 Anwaltsaktenz.: 14 - Pat. 59

United Aircraft Corporation, 400 Main Street, East Hartford, Connecticut 06108, Vereinigte Staaten von Amerika -

Luftfahrzeug mit zwei einander aufhebende Rollmomente verursachenden, auftriebserzeugenden Einrichtungen.

Die Erfindung betrifft ein luftfahrzeug mit zwei auftriebserzeugenden Einrichtungen sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Flugzeuges und insbesondere betrifft die Erfindung Flugzeuge mit zwei starren, auftriebserzeugenden Rotoren.

■■■' : ■.:■ ■

Die in letzter Zeit an Flugzeugen durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, daß sich verschiedene Vorteile mit starren Rotoren erzielen lassen, deren Blätter an die Rotornabe ohne Schlaggelenke oder Scharniergelenke und ohne flexible Elemente angeschlossen·sind. Bei derartigen Rotoren werden also Schlagbewegungen der Rotorblätter verhindert und bei Verwendung von drei oder mehr Blättern ist es möglich, konstante resultierende

109818/0095

Auftriebsvektoren zu erzeugen, welche aus der Rotordrehachse versetzt angreifen. Dadurch wird es möglich, mit Hilfe des starren Rotors Vorteile aus der Unsymmetrie des relativen Fahrtwindes an den Blättern eines Rotors zu ziehen, welcher durch die Umgebungsluft bewegt wird. Die vorlaufenden Blätter, nämlich die auf einer Seite des Hotors befindlichen Blätter, welche sich im wesentlichen in Plugrichtung bewegen, können einen bedeutend größeren Auftrieb erzeugen als die zurücklaufenden Blatter, nämlich die auf der gegenüberliegenden Rotorseite befindlichen Blätter, die sich im wesentlichen entgegengesetzt zur Plugrichtung bewegen. Läßt man die vorlaufenden Blätter einen Auftrieb erzeugen, der besser auf die für diese Blätter gültigen Betriebsbedingungen abgestimmt ist, anstatt den Auftrieb auf den von den zurücklaufenden Blättern erzeugten Wert zu beschränken, so wird der resultierende Rotorauftriebsvektor seitlich zur Seite der vorlaufenden Blätter hin versetzt. Hubschrauber mit starren Rotoren, bei denen mit den vorlaufenden Blättern in dieser Weise verfahren wird, sind zusammen mit einem Betriebsverfahren für solche Hubschrauber genauer in der US-Patentschrift 3 409 249 beschrieben»

Wie in der erwähnten Patentschrift ausgeführt ist, kann ein optimales Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand für ein System mit starren Rotoren dadurch erzielt werden, daß die G-röße des seitlichen Versatzes des Auftriebsvektors auf das Vdrwärtsverhältnis des Rotors genau abgestimmt wird. Allerdings wird bei einem derartigen System dem Piloten eine zusätzliche Aufgabe zugewiesen oder es sind besondere Einrichtungen notwendig, um die richtige Größe der seitlichen zyklischen Blattwinkelveränderung an jedem der beiden zueinander koaxialen, starren Rotoren unabhängig als Punktion des Vorwärtsverhältnisses einzuführen. In 'diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Ausdruck "seitliche

109818/rtöSS

zyklische. Blattwinkelveränder.ung" die zyklische Blattwinkelveränderung bezeichnen soll, welche ein Rollmoment .um die Längsachse des Plugzeuges erzeugt. Entsprechend ist unter einer zykli schen Blattwinkelveränderung in Längsrichtung eine solche gemeint, die ein den Steigungswinkel veränderndes Moment um die Querachse des Flugzeuges hervorbringt. Es sind also besondere Vorkehrungen zur präzisen Steuerung der seitlichen Versetzung der Auftriebsvektoren erforderlich. Es kann jedoch wünschenswert sein, den grundsätzlichen Gedanken des erwähnten Systems zu verwenden, ohne daß eine Abhängigkeit von komplizierten apparativen Einrichtungen an dem System besteht.

Es sei vorausgeschickt, daß durch die Erfindung ein stark vereinfachtes System gefunden werden konnte, mit welchem sich die beträchtlichen Verbesserungen der verstärkten Auftriebserzeugung an den vorlaufenden Blättern ebenfalls erzielen lassen, ohne daß komplizierte Vorkehrungen getroffen werden müssen, wie sie bei dem zuvor erwähnten bekannten Fluggerät notwendig waren.

Aufgabe der Erfindung ist es also, die Vorteile der verstärkten Auftriebserzeugung an den vorlaufenden üotorblättern im obigen Sinne beibehalten zu können, ohne dem Piloten zusätzliche Aufgaben übertragen zu müssen und ohne zusätzlichen apparativen Aufwand erforderlich zu machen.

Die Erfindung geht von einem Luftfahrzeug mit zwei einander aufhebende Rollmomente verursachenden, auftriebserzeugenden Einrichtungen, von denen mindestens eine die Form eines Rotors hat, dessen Rotorblätter derart starr an die Rotornabe angeschlossen sind, daß der Rotor einen gegenüber der Rotordrehachse versetzten Auftriebsvektor aufzunehmen vermag, ferner mit einer Vorrichtung zum zyklischen seitlichen Blattwinkelverstellen für die

- 5 1098 Ι8/ΠΓ195

Einstellung der seitlichen Versetzung des Auftriebsvektors und mit einer weiteren Vorrichtung zur gemeinsamen Verstellung des Blattwinkels für die Veränderung der Größe des Auftriebsvektors aus.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird durch Kopplungsmittel zwischen den beiden genannten Vorrichtungen erreicht, mittels welcher die zyklische seitliche Blattwinkelverstellung in einer von der direkten Proportionalität abweichenden Beziehung von der gemeinsamen Blattwinkelverstellung derart veränderbar ist, daß sich die gemeinsame Blattwinkelverstellung verringert, wenn W sich die zyklische seitliche Blattwinkelverstellung vergrößert.

Mittels einer durch die Erfindung vorgeschlagenen Einrichtung läßt sich die zyklische seitliche Blattwinkelverstellung selbsttätig als Punktion der gemeinsamen Blattwinkelverstellung einstellen. Die Einstellung erfolgt durch eine Kopplungseinrichtung oder ein Mischgestänge. Die üblichen Steuerbefehle des Piloten zur seitlichen oder zur longitudinalen zyklischen Blattwinkelverstellung können den voneinander abhängigen bzw. gemischten Signalen so überlagert werden, daß das Flugzeug durch Roilbewegungen oder Steigungswinkelveränderung manöveriert werden kann.

■ Zusätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, die gemeinsame Blattwinkelveränderung der Rotorblätter und folglich die damit gekuppelte seitliche zyklische Blattwinkelveränderung in einem

; bestimmten Übergangs bereich zum Plug mit hoher Geschwindigkeit mittels einer Verriegelungseinrichtung oder einem Rastensystem konstant zu halten. Oberhalb der Übergangsgeschwindigkeit wird die Vorwärtsgeschwindigkeit in erster Linie mittels einer einen Vorwärtsschub erzeugenden Hilfseinrichtung gesteuert. Bei üohe-

_ 4 _
1098 18/0095

ren Geschwindigkeiten kann das Manövrieren in ähnlicher"Weise wie bei Flugzeugen mit starren Flügeln durch Betätigen des Steuerknüppels für die zyklische Blattwinkelveränderung und mittels der den Vorwärtsschub erzeugenden Hilfseinrichtung ausgeführt werden.

Die Erfindung kann auf beliebiges Fluggerät mit einem starren Auftriebsrotorsystem Anwendung finden. Solche Flugzeuge können einen einzigen Rotor aufweisen, welcher in Verbindung mit einer starren Tragfläche betrieben wird. Die starre Tragfläche erzeugt μ hierbei ein gleich großes und entgegengesetzt gerichtetes Rollmoment zum Ausgleich des Rollmomentes, welches durch die seitliche Versetzung des Auftriebsvektors des Rotors verursacht wird. Auch kann die Erfindung auf Flugzeuge mit koaxialen Rotoren oder mit gegeneinander versetzten Rotoren Anwendung finden.

Im Folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:

Figur 1 Eine schematische Ansicht der Verbindungen der < Steuergestänge zur gemeinsamen und zur zykli-

' " " " ■ "' 'M sehen Blattwinkelverstellung zusammen mit den Rotorblättern eines starren Koaxial-Rotorsystema,

Figur 2 eine Abbildung einer Mischeinrichtungj in welcher die Steuerbewegungen für die gemeinsame und die zyklische Blattwinkelvergtellung an einem Hubschrauber mit zwei starren Rotoren miteinander kombiniert werden,

Figur 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der lage des Flugzeugrumpfes und der Vorwärtsge- ' ■

- 5 109818/009 5

« 20391Q1

schwindigkeit im G-eradausflug für Hubschrauber mit verschiedenem Bruttogewicht und

Figur 4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der

funktioneilen Abhängigkeit der gemeinsamen Blattwinkelverstellung und der damit gekoppelten seitlichen zyklischen Blattwinkelverstellung, welche eine seitliche Versetzung des Rotorauftriebsvektors verursacht, wobei die Veränderung der gemeinsamen und der damit gekoppelten zyklischen Blatt-

fe Winkelverstellung in Abhängigkeit von der Vorwärts

geschwindigkeit zu erkennen ist.

Figur 1 der Zeichnungen zeigt ein Steuersystem zur Betätigung der Blätter der schematisch angegebenen Koaxialanordnung von starren Rotoren. Ein Steuerknüppel 10 zur zyklischen Blattwinkelveränderung in üblicher Weise ist über zugehörige Steuerstangen 12 und 14 mit einer mechanischen Mischeinrichtung 16 verbunden. Ein Steuerknüppel 18 zur kollektiven Blattwinkelveränderung ist über Steuergestänge 20 ebenfalls mit der Mischeinrichtung 16 gekuppelt.

Falls gewünscht, können automatische Stabilisierungs- oder Navi- W gationssignale den über die Steuerknüppel 10 und 18 zur zyklischen und zur gemeinsamen Blattwinkelverstellung eingegebenen Steuersignalen durch eine Gruppe von Hilfsvorrichtungen überlagert werden, welche allgemein mit 22 bezeichnet sind.

Die Mischeinrichtung 16 kombiniert die Steuersignale zur gemeinsamen und zur zyklischen Blattwinkelverstellung derart, daß die Servoantriebe 24 und 26 zur Seitensteuerung und die Servoantrie-• 'be 28 zur Steuerung in Längsrichtung für jedes Rotorsystem in geeigneter Weise betätigt werden. Die Mischeinrichtung 16 und

- 6 109818/0095

die Haupt-Servoantriebe für die Rotoren sind über Gestänge 30, 32 und 34 verbunden. Einander entsprechende Steuerantrie"be und Steuergestänge für die jeweiligen Rotoren, welche Jeweils mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet sind, tragen den Zusatz a, wenn sie dem unteren Rotor 36a zugeordnet sind und den Zusatz b, wenn sie zu dem oberen Rotor 36b gehören. Einrichtungen, welche beiden Rotoren zugeordnet sind, tragen keine Zusätze. ,

Es sei hier vereinbart, daß unter Seiten-Hilfsantrieben oder -Steuerantrieben solche verstanden werden, welche die Anstellwinkel der Rotorblätter zyklisch derart verändern, daß sich ^ Rollmomente um die Längsachse des Flugzeuges ergeben. Entspre- '■ ■ chend sollen Längs-Hilfsantriebe oder -Servoantriebe solche bezeichnen, die eine zyklische Blattwinkelveränderung derart veranlassen, daß das Mckmoment oder das Neigungsmoment um eine Querachse des Flugzeuges erzeugt oder verändert wird.

Die Steuersignale zur zyklischen und zur gemeinsamen Blattwinkelveränderu'ng werden den Rotorblättern jedes Rotors mittels -.; der üblichen Taumelscheiben 38 mitgeteilt, welche einen stillstehenden Ring aufweisen, der mit den Hilfsantrieben 24, 26 und 28 verbunden ist und welche einen umlaufenden Ring besitzen, der über die Blatthebel 42 mit den Rotorblättern 4Q in Verbindung .steht. Die Blatthebel 42 stehen radial mit Bezug auf die Blatt- J holmachse ab und ermöglichen eine Veränderung des Anstellwinkels der Rotorblätter durch Verdrehung der Blätter um die Holmachse. Gelenke oder flexible Teile, welche Schlagbewegungen oder auch Schwenkbewegungen der Rotorblätter gegenüber der Rotornabe zulassen, sind nicht vorgesehen. Diese Konstruktion^ ist für starre Rotoren charakteristisch und ermöglicht es, daß der betreffende Rotor einen stark versetzt angreifenden Auftriebsvektor .aufzunehmen vermag.· Während in der Zeichnung für jeden Jiinzelrotor nur ein einziges Rotorblatt gezeigt ist, ver-

— 7 —
109 818/0095

steilt es sich, daß jeder Rotor zumindest drei starr "befestigte Rotorblätter aufweist.

Wie schematise*! angedeutet, verlaufen die Verbindungsgestänge zwischen der Taumelscheibe 38a und den Rotorblättern 40a des unteren Rotors außerhalb der Rotorwelle 44a. Demgegenüber sind die Verbindungsgestänge zwischen der Taumelscheibe 38b und den Rotorblättern 40b des oberen Rotors zur Vereinfachung der Darstellui:._;-innerhalb der Rotorwelle 44b eingezeichnet. Eine geeignete Konstruktion eines Koaxial-Rotorsystems mit unabhängig betätigbaren Taumelscheiben ist genauer in der erwähnten (JS-PatentschrJ ft 3 409 249 angegeben.

In Figur 1 stehen die Rotorblätter 40 seitlich von den Naben der Rotoren 36 weg. Es sei angenommen, daß das Rotorblatt 40a von der rechten Seite des !Flugzeuges wegsteht und von oben gesehen im Gegenuhrzeigersinn umläuft, während das Rotorblatt 401) von der linken Seite des Plugzeuges wegsteht und im Uhrzeigersinn umläuft. Zwar sind die Seiten-Servoantriebe 24 und 26 in einer durch die Rotorblätter 40 aufgespannten Vertikalebene liegend gezeichnet, doch versteht es sich, daß diese Antriebe tatsächlich um den Rotor in Richtung der Blattdrehung versetzt angeordnet sind, so daß die zu den auf der Seite der Blattvorderkante wegstehenden Blatthebeln 42 führenden Stoßstangen keine Verkopplung zwischen den Steuersignalen zur zyklischen Blattwinkelverstellung in Seitenrichtung und in Längsrichtung verursachen können. Sind die Steuerantriebe in dieser Weise angeordnet, so bewirkt eine differentielle .Betätigung der Seiten-Steuerantriebe 24 und 26 ein Kippen der Taumelscheibe 38, welches zu einer reinen seitlichen zyklischen !Blattwinkelverstellung und daher zu einem Rollmoment um die Plugzeuglängsachse

109818/0095

führt. Zur gemeinsamen Veränderung der Blattwinkeleinstellung der Rotorblätter müssen die Seiten-bteuerantriebe 24 und 26 zusammen betätigt werden und der Längs-Servoantrieb 28 muß gleichzeitig so betätigt werden, daß er die Taumelscheibe 38 anhebt oder absenkt.

ι ■.■■■-■ ■

In Figur 2 ist die Mischeinrichtung 16 genauer wiedergegeben. Es sei in Erinnerung gebracht, daß die hauptsächliche Aufgabe der Mischeinrichtung 16 darin besteht, die von den Steuerknüppeln 10 und 18 nach Figur 1 erzeugten Steuerbefehle zur zyklischen und zur gemeinsamen Blattwinkelverstellung in Stellbewe- λ gungen umzusetzen, welche zur Betätigung der jeweils drei Servoantriebe der Taumelscheibe jedes Rotors benutzt werden. Zu diesem Zwecke ermöglicht der in Figur 2 gezeigte Mechanismus die erforderliche differentielle Betätigung der Stangen 30 und 32 in Abhängigkeit von einer Verschiebung der Steuerstange 12 für die seitliche zyklische Blattwinkelverstellung sowie eine Betätigung der Stange 34 in Abhängigkeit von einer Verschiebung der Steuerstange 14 für die zyklische Blattwinkelverstellung in Längsrichtung. Zusätzlich werden in der Einrichtung die Stangen 30, 32 und 34 in Abhängigkeit von einer Eingangsbewegung des Steuergestänges 20 für die gemeinsame Blattwinkelverstellung ihrerseits betätigt. Ein bedeutsames Merkmal der Erfindung ist es, daß die Mischeinrichtung 16 die seitliche zyklische Blattwinkelveränderung von Null ab vergrößert, während demgegenüber die gemeinsame zyklische Blattwinkelverstellung von einer von Null verschiedenen Ausgangseinatellung verringert wird, um die Auftriebsvektoren der vorlaufenden Blätter seitlich zu versetzen. Diese Veränderung der gemeinsamen und der seitlichen zyklischen Blattwinkelvers'tellung ist als von der direkten Proportionalität abweichende Beziehung zu verstehen und ist von der unmittelbaren Proportionalität zu unterscheiden, bei welcher eine bestimmte Veränderung der gemeinsamen Blattwinkeleinstellung von

- 9 1 09818/Π095

einem L'ullwert ab einer proportionalen Veränderung der seitlichen zyklischen Blattwinkeleinstellung von einem Kuliwert ab entspricht. Eine direkt proportionale Kopplung ist bereits bekannt und in der US-Patentschrift 3 199 601 beschrieben. Die übliche mathematische Definition setzt fest, daß einer Vergrößerung der zyklischen Seiten-Blattwinkelverstellung eine Verringerung der Verstellung am vorlaufenden Rotorblatt entspricht. Der iiullwert der gemeinsamen Blattwinkelverstellung ist als derjenige Wert definiert, bei welchem aufgrund der gemeinsamen Blattwinkelverstellung ein Auftriebsvektor vom Betrage Null erzeugt wird.

Die Mischeinrichtung 16 enthält eine Hauptwelle 50, die im Flugzeug drehbar gelagert ist, sowie in doppelter Ausführung eine G-estängegruppe für je einen Rotor. Auch hier sind einander entsprechende Elemente für die jeweiligen Rotoren durch gleiche Bezugszahlen mit den Zusätzen a bzw. b bezeichnet, um die Zugehörigkeit zu den jeweiligen Rotoren zu kennzeichnen. Auf der Welle 50 sind Hebel 52, 54, 56 und 58 festgestiftet. Hebelarme 60 sind auf der Welle 50 drehbar gelagert, wobei die Drehung der Hebelarme 60 um die ",/eile 50 mittels Stangen 62 beeinflußt wird. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß eine Verschiebung der Stangen 62 aufgrund der unterschiedlichen Kippbewegungen der V/inkelhebel 64 und 66 eine unterschiedliche Betätigung der btangen 30 und 32 herbeiführt. Die unterschiedliche Betätigung der Stangen 30 und 32 ist aber genau diejenige, welche zur Neigung der '.Taumelscheibe 38 nach Figur 1 erforderlich ist, derart, daß den Rotorblättern 40 eine seitliche zyklische Blattwinkelveränderung mitgeteilt wird. Die Stangen 62 sind also mit der Steuerung für die seitliche zyklische Blattwinkelverstellung gekoppelt. Durch die gemeinsame Betätigung des festgestifteten He-•bels 58, des Winkelhebels 68 und des Armes 70, welcher drehbar

- 10 -

109818/Π095

auf der Hauptwelle 50 gelagert ist, kann die oteuerstange I4 für die Z3^klische Blattwinke!verstellung mit Bezug auf die Längsrichtung die Stange 34 betätigen, welche ihrerseits eine Betätigung des Längs-Steuerantriebes 28 im Sinne einer ICippung der Taumelscheibe 38 betätigt, derart, daß eine zyklische. Blarttwinkelversteilung mit Bezug auf die Längsrichtung herbeigeführt wird.

Würde die Stange 62 festgehalten werden, während der Hebel 52 durch das der kollektiven Blattwinkelverstellung zugeordnete Gestänge 20 verdreht würde, so hätte die gemeinsame Betätigung der Hebel 54 und 56 zusammen mit den Winkelhebeln 64 und 66 zur j'olge, daß sich die Stangen 30 und 32 nicht unterschiedlich , <( sondern vielmehr gemeinsam bewegen könnten, wird die Stange Η für die zyklische Blattwinkelverstellung in Längsrichtung festgehalten, so bev/irkt die gemeinsame Betätigung der Hebel 58 und 68 und des drehbaren Armes 70, daß sich auch die Stange 34 in gleiche Richtung wie die Stangen 30 und 32 bewegt, so daß eine gemeinsame Blattwinkelverstellung herbeigeführt werden kann. In der US-Patentschrift 3 199 601 ist genauer angegeben, wie verschiedene Paktoren der direkten proportionalen Kopplung zwischen den Gestängen für die gemeinsame und für die zyklische Blattwinkelverstellung eingeführt werden können, indem lediglich die Radien der verschiedenen Hebel verändert werden.

aus der obigen kurzen Beschreibung ist jedenfalls zu ersehen, daß durch entsprechende Anordnung der Hilfsantriebe für die Taumelscheibeneinstellung und durch Vermeidung einer Verkopplung der mechanischen Steuersignale eine reine zyklische Blattwinkelverstellung in Seitenrichtung erfolgt, wenn die Stangen 30 und 32 durch eine Bewegung der Stange 62 unterschiedlich betätigt· werden. Eine Bewegung allein der Stange 14 bewirkt eine Betäti-

- 11 -

109818/0095

gun/ der Stange -, und führt eine reine zyklische ...lattwinke]-verstellung an den toteren ir.it jjezu.% auJ: die hihi-,orichtuil· · ein. Könnte man die -Jtangei; 62 und Vj fest:,-. Iten, so v.ürde ein" 7ernchiebung des Gestänges 20 eine gemeinsame. Versteliun . eier btan- _: en 60, 32 und 54 und damit eine kollektive glattwinkelversteilung an der, .Rotoren <.>.i ni'Uüren. is lot jedocü bedeutsam, daß die Verschiebung eier Stangen 62 durch ein Idfi:'erentialgestän_;\e 72 eri'olßt. Das Jjil'j'^rentj.rl^e^i^inee 72 wird seinerseits durch die Vorsohj eljun," dar utan^e 12 i'ur die fitii;] lohe zyklische iilattwinkelverstellun/-: über ein Joch 76 und außerdem durch jeweils eine Kuppelstange (3 der kollektiven Ulattvvinkelverstellung beau'J"!Jc]]iagt. .Nachdem die hebe]. 52 und 5Ί aui¹ der ./eile 50 febt.,eütj.ltet rjjnd, bevlrkt eine üetatirun;.;; des iür die gerne in same Jlattwinkelversioiluiipi vorgeselienen Je stances 20, daß der u'ceueruny ζην gemeinsaniei] Jlattwinkelvei-steliun.: außerdem ein kleiner !Jeti'ap-· einer seitlichen zyklinchen ^lattwinlcelvertjtelJ.ung überl;--z^ei't v;ird, indem die Koppelstanre '/8 und damit das Dii'i'ereutj a.lgestänge 72 und die Stange 62 verschoben werden.

.nfi zelf{t sich, daß ^rAn<: Aul'wRrtsbp.vre^un^ der otanpe 12 eine entsprechende Anfwürtsbewegun/i aei" Bt^rin en 6."..;?. und 62b herbeii'ijJirt. J)ie ad fieren tie H e Jdnti^unt der 3 tanken 30 i^nd Ί2 der ein^elm-.n Kotoren j;;t d(;;iK_:;emäiJ _:f,c]u:].j)''l 1; oder in J*Base, d. h. die Stangen 30a und 3üb bewegen :rjoh in eint itichlun,c, während oic^!i die otan/'en ;;2a und ;32b in der ent.'ie^eiiiieseti'ten Rjchtun bewegen. Uie .ji.d.^:;un;r der i'aumelacue j i-o 58a, we] one durch lieoe Jewegun;'/ der ;itan_: t;n 50a und '⁷>Ί-.ά. verursacht v.^-ii'd,!iat cffenbai· di(;sell;e ai clituii:.; wie die -.ei-.un.i-, der j aumelscbeibe '^;8b, vie nie durch uie hewe/vun, der btangen "50b und ;i2b iiei'uci.^eführt wird, da diese i. ewe un^en gleichgerichtete liolJmomente um die Längsachse des flu/^t-u^es hervorbringen. Joiche giciciip.has.ii:en iiOlJrnomente sind das ÜiYjebnis der Ver:,c:iiebun,; dei· Auftri ο bovektoren an den motoren in jeweils -leiche jiichturig, so daß

109818/ Π 09 E

TVMOIüO 0V9

sie eine'asymmetrische Lage; mit Bezug auf das Flugzeug einnehmen und eine Funktion zur Lagesteuerung oder zum Manövrieren aes Flugzeuges übernehmen können.

Urn andererseits die Auftriebsvektoren an αen vorlaufenden Blattern symmetrisch versetzt einzustellen, ?/ie es in der Uü-Pacentschrift j 409 249 vorgeschlagen ist, ist es erforderlich, üteuersignale zur seitlichen zyklischen Blattwinkeleinstellung einzufünren, welche an den l'aumelscheiben im wesentlichen gleich ■große, jedoch entgegengesetzt gerichtete Neigungen bewirken-, da · die vorlaufenden Blätter der einzelnen Rotoren auf einander ge- ; geriüberliegenden Seiten des Flugzeuges gelegen sind. Aus diesem J ü-runde bewirken die Koppelstangen 78 eine differentielle Betätigung; der Stangen 62 in Abhängigkeit von einer Verschiebung des zur gemeinsamen Blattwinkelverstellung dienenden G-estänges 20. : .Eiben diese differentielle .Betätigung der Stangen 20 und die entsprechende unterschiedliche Neigung der: Taumelscheiben 38 wird häufig als differentielle seitliche zyklische Blattwinkelver-3 teilung:bezeichnet. Diese; Bezeichnung stellt aber angesichts : der oben gegebenen mathematischen Definition der seitlichen zyklischen Blattwinkelverstellung eine Sonderheit dar, da die unterschiedliche Taumelscheibenneigung tatsächlich eine Vergrö-. ßerung der seitlichen zyklischen Blattwinkelverstellung an beiden gegensinnig umlaufenden Rotoren herbeiführt. *Yie in der US— Patentschrift 3 409 249 erwähnt, haben die AuftriebsvektOren f im ungesteuerten Zustand das Bestreben, sich bei steigender Geschwindigkeit auf den vorlaufenden Blättern nach außen zu verschieben. Die eingeführte Kopplung zwischen der Steuerung für die geräeinsame Blattwinkelverstellung und die Steuerung für die seitliche zyklische Blattwinkelverstellung zur Beeinflussung der seitlichen Versetzung der Auftriebsvektoren beschränkt daner dieses Bestreben einer Verschiebung durch. Vergrößern der seitlichen .zyklischen Blattwinkelverstellung bei einer entspre-

chenden Verringerung der gemeinsamen Blattwinkelverstellung. Der Auftriebsvektor greift daher an einer otelle am Blatt an, die innerhalb derjenigen ο teile liegt, an welcher der Vektor sonst angreifen würde. Der Betrag der Kopplung der gerneinsamen Blattwinkelverstellung mit Bezug auf die differentielle seitliche zyklische Blattwinkelverstellung kann durch Verändern der wirksamen Hebellängen der »/inkelhebel 52 bzw. 54 oder durch Verschieben des Angriffspunktes des Jocnes 76 an den Differentialgeatängen 72 beeinflußt werden.

^ Aus den nachfolgend angegebenen Gründen ist eine Rattenvorrichtung 30 vorgesehen, die aus einem elektrisch betätigten Bolzen oder einer federbelasteten Klinke bestehen kann, die in unmittelbarer Mähe des Gestänges 20 zur gemeinsamen Blattwinkelverstellung angeordnet ist und das Gestänge bei einer bestimmten kollektiven Blattwinksleinstellung festlegen kann.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich am besten anhand der Zeichnungsfiguren 3 und 4 erläutern.

In Figur 3 sind die Veränderungen einerseits der Vorwärtsgeschwindigkeit und andererseits der Lage des Rumpfes eines Flugzeuges mit einer Koaxialanordnung starrer Rotoren und mit einer W Hilfs-Antriebseinrichtung aufgetragen, so wie dies in der U8-Patentschrift 3 409 249 gezeigt ist. Bei niedrigen Vorwärtsgeschwindigkeiten ist der Rumpf nach vorwärts oder in negativer Richtung gekippt, wobei die Rotorauftriebsvektoren entsprechend geneigt sind, um eine Beschleunigung aus dem Schwebezustand heraus durchzuführen. Vergrößert sich die Geschwindigkeit, so wird die Nase des Flugzeuges allmählich mit größer werdender Fluggeschwindigkeit angehoben. Wie sämtliche drei Kurven der 'grafischen Darstellung zeigen, kann das Flugzeug bei hohen Fluggeschwindigkeiten in konstanter Lage gehalten werden. Die

-H-109818/0095

'.drei'-'unterschiedlichen, gleichbleibendenStellungen geben die jeweilige lage eines Flugzeuges mit verschiedenem Gesamtgewicht wieder. Höher'liegende Kurven der Lage des Rumpfes entsprechen größeren Gesamtgewichten, wenn der Geradeausflug in gleichviel- :-...-bender Höhe bei behalt en werden soll.

Figur 4 ist in Vei*binäung mit Figur 3 zu betrachten und zeigt die Veränderung der gemeinsamen Blattwlnkelverstellung (obere Jvurvenschar) und der seitlichen zyklischen Blattv\?inkelverstellung (untere Kürvenschar), welche mit der gemeinsamen BlattwinlßT-■νo.rsteilung erfindungsgemäß gekoppelt ist, in Abhängigkeit von der Fl'uggeschwindir.keit* Es zeigt uich deutlich, daß die Bezie- ^v § Iju.ng der Dopplung zwischen gemeinsamer und zyklischer seitlicher Blattwinkelverstellung nicht direkt proportional ist. Wenn !?icvi die gemeinsame Anstellwinkelverstelluni-. von dem dem Sehwebel'lug entsprechenden vrert verringert, so wächst der Betrag der seitlichen zyklirschen Blattwinkelverstellsteuerung. Die ver- ücliiedenen Bereiehe gemeinsamer Blattv/inkelverstellung im ocliwebeflug und im Bereiehe niedriger Geschwindigkeit entsprechen wieder dem Flugzeug mit verschiedenen Gesamtgewichten. Im Idealfall nimmt die gekoppelte zyklische soltliehe Blnttwinke].-verstellung stets vom Ivullwert bei äcbwebeflug aus zu, doch sind aufgrund der proportionalen itbnängigkeit von der gemeinsa-•uen jilattwinkelverstellung kleine Veränderungen abhängig vom j Geüi-imtgewicht bei niedrigen Geschwindigkeiten festzustellen. ^ Diese kleinen Veränderungen sind durchaus annehmbar und stellen einen guten Kompromiß angesichts der Vereinfachungen dar, -die durch das erf iiidüngsgemäße System einer Lo ρ ρ lung zwischen ge-ν.■ einsamer und zyklischer seitlicher Blattwinkelverstellung er- ; : '/A'ilt werden.' In bestimmten Fällen kann es aber wünschenswert sein, eine zusätzliche Abgleichvorrichtung vorzusehen, die eine ■/•,ohrittweise Einstellung des Betrages der gekoppelten zyklischen

- 15 -

98 18/0 095

seitlichen Blattwinkelverstellung ermöglicht. Eine solche Abgleichvorrichtung kann dadurch geschaffen werden, daß die Kopplungsstange 78 verlängerbar ausgeführt wird oder indem eine verschiebliche Verbindung zwischen dem Joch 76 und dem Differentialgestänge 72 vorgesehen wird. Die Justierung kann vom Piloten oder durch geeignete MhIeinrichtungen des Plugzeuges selbsttätig vorgenommen werden.

Man sieht, daß die gemeinsame Blattwinkelverstellung im Bereich höterer Fluggeschwindigkeiten unabhängig vom Gesamtgewicht des Flugzeuges auf einem einzigen Wert gehalten werden kann. Die

W Rastenvorrichtung 80 nach Figur 2 ist mit Bezug auf das Gestänge 20 zur gemeinsamen Blattwinkeleinstellung so angeordnet, daß sie das Gestänge entsprechend dem für hohe Fluggeschwindigkeiten geltenden Wert der gemeinsamen Blattwinkelverstellung nach Figur 4 festzulegen vermag. Es kann aber auch zweckmäßig sein, die Vorrichtung 8 einstellbar auszuführen, so daß der konstante Wert der gemeinsamen Blattwinkelverstellung bei hohen Geschwindigkeiten veränderbar ist. Diese Einstellbarkeit ist insbesondere dann wertvoll, wenn auch eine Abgleichvorrichtung für die zyklische seitliche Blattwinkelverstellung vorgesehen ist. Während die gemeinsame Blattwinkelverstellung konstant gehalten wird, kann die Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeuges im Be-

^ reich hoher Geschwindigkeit im wesentlichen durch Verändern des Schubes einer Hilfs-Vortriebseinrichtung reguliert werden. Als Hilfs-Vortriebseinrichtung eignen sich beliebige Triebwerke wie Strahltriebwerke oder Luftschrauben.

Wenn die gemeinsame Blattwinkeleinstellung bei höheren Vorwärtsgeschwindigkeiten festgehalten wird, so kann das Flugzeug mit einer Koaxialanordnung starrer Rotoren in diesem Bereich mit dem Steuerknüppel 10 zur zyklischen Blattwinkelveränderung

- 16 -

109818/D095

entsprechend Figur 1 im wesentlichen genauso geflogen werden wie ein Flugzeug mit starren Tragflächen. Die Veränderung des Rotorangriffswinkels und folglich die Auftriebsresultierende des Rotor-Koaxialsystems wird durch Verändern der Vortriebskraft der Luftschraube und durch die Rumpfstellung beeinflußt, wie in Fi-• gur 3 gezeigt. Die Stellung des Rumpfes- wiederum kann durch den für die zyklische Blattwinkelverstellung bestimmten Steuerknüppel beeinflußt werden, welcher Nickmomente um die Querachse des Flugzeuges wirksam werden läßt. Mittels des Steuerknüppels 10 können auch seitliche zyklische Blattwinkelverstellungen an beiden Rotoren zur Erzeugung von Rollmomenten für das Manövrieren des Flugzeuges erzeugt werden. Gierbewegungen lassen sich vielfältig erzeugen, beispielsweise wie in der US-Patentschrift 3 409 249 beschrieben oder aber mittels einer Hilfssteuerflache, beispielsweise mittels eines Ruders.

Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Während Figur 1 ein Ausführungsbeispiel mit einer Koaxialanordnung von Rotoren erkennen läßt, ist es ebensogut möglich, die Erfindung auf Fluggeräte anzuwenden, welche zwei seitlich versetzte Rotoren aufweisen· Bei anderen Ausführungsformen ist es möglich, daß ein einziger starrer Rotor in Verbindung mit einer weiteren Auftriebseinrichtung verwendet wird, beispielsweise in Verbindung mit einer Tragfläche, welche ein Rollmoment hervorbringt, das sich gegen das Rollmoment aufgrund der seitlichen Versetzung des Rotorauftriebsvektors aufhebt. Dem Fachmann bietet sich außerdem eine große Zahl von Abwandlungsmöglichkeiten der beschriebenen Steuergestänge und der Rotorkonstruktion, welche aber vom Gedanken der Erfindung mit umfaßt werden.

- 17 109818/0095

Claims (8)

/r Patentansprüche

1.JLuftfahrzeug mit zwei einander aufhebende Rollmomente verursachenden, auftriebserzeugenden Einrichtungen, von denen mindestens eine die Form eines Rotors hat, dessen Rotorblätter derart starr an die Rotornabe angeschlossen sind, daß der Rotor ei- ^ nen gegenüber der Rotordrehachse versetzten Auftriebsvektor auf- * zunehmen vermag, ferner mit einer Vorrichtung zum zyklischen seitlichen Blattwinkelverstellen für die Einstellung der seitlichen Versetzung des Auftriebsvektors und mit einer weiteren Vorrichtung zur gemeinsamen Verstellung des Blattwinkels für die Veränderung der Größe des Auftriebsvektors» gekennzeichnet durch Kopplungsmittel (16) zwischen den beiden Vorrichtungen (12, H, 20), mittels welcher die zyklische seitliche Blattwinkelverstellung in einer von der direkten Proportionalität abweichenden Beziehung von der gemeinsamen Blattwinkelverstellung derart veränderbar ist, daß sich die gemeinsame Blattwinkelverstellung erniedrigt, wenn sich die zyklische seitliehe Blattwinkelverstellung vergrößert.

2. luftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der direkten Proportionalität verschiedene Beziehung so gewählt ist, daß die zyklische seitliche Blattwinkelverstellung von einem Nullwert aus zunimmt, wenn die gemeinsame Blattwinkelverstellung von einem über Hull liegenden Wert aus abnimmt.

3. Luftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine der Vorrichtung (20) zur gemeinsamen Blattwinkelverstellung zugeordnete" Halteeinrichtung zum Festlegen dieser Vorrichtung

- 18 109818/0095

und der Kopplungsmittel bei einem bestimmten Viert der Blattwinkelverstellung.

4. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 "bis 3,,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auftriebserzeugenden Einrichtungen zwei mit Bezug auf die Flugzeuglängsachse symmetrisch angeord- ■ nete, starre Rotoren (36a, 36b) sind, deren vorlaufende Blätter sich auf einander gegenüberliegenden Seiten des Flugzeuges befinden, daß mittels der Vorrichtung zur zyklischen seitlichen Blattwinkelverstellung an beiden Rotoren eine seitliche zyklische Blattwinkelverstellung derart einstellbar ist, daß die f seitliche Versetzung der Rotorauftriebsvektoren gegenüber den Rotordrehachsen an den vorlaufenden Blättern des jeweils zugehörigen Rotors einstellbar ist, daß mittels der Vorrichtung (18, 20) zur gemeinsamen Blattwinkelverstellung an beiden Rotoren gemeinsame Veränderungen des Blattwinkels erzeugbar sind und schließlich dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel (,16) die beiden genannten Vorrichtungen derart miteinander verbinden, daß sich die zyklische seitliche Blattwinkelverstellung an beiden Rotoren abweichend von der Proportionalität gegenüber gemeinsamen Blattwinkelveränderungen an den beiden Rotoren verändert.

5. Luftfahrzeug nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß ^ die Rotoren zueinander koaxial angeordnet sind.

6. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- . kennzeichnet, daß es von den auftriebserzeugenden Einrichtungen (36a, 36b) unabhängige Vortriebsmittel besitzt.

7. Verfahren zum Betrieb eines Luftfahrzeuges mit einer Vor- * triebseinrichtung und zwei auftriebserzeugenden Einrichtungen,

- 19 -

109818/0095

von denen mindestens eine die Form eines Rotors mit in ihrem Anstellwinkel veränderlichen Rotorblättern hat, der einen gegenüber der Rotordrehachse versetzt angreifenden Auftriehsvektor aufzunehmen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor angetrieben und der Blattwinkel der Rotorblätter insgesamt so lange vergrößert wird, bis das Luftfahrzeug steigt, daß dann eine Vortriebskraft zur Erzeugung einer bestimmten Vorwärtsgeschwindigkeit des Plugzeuges mittels der Vortriebseinrichtung erzeugt wird, daß der gemeinsame Anstellwinkel der Rotorblätter dann in dem Maße verringert wird, in welchem das Luftfahrzeug Vorwärtsgeschwindigkeit aufnimmt, daß die Versetzung der mit ihrem An- * griffspunkt von der Rotormitte zur Spitze der vorlaufenden Rotorblätter hin wandernden Auftriebskraft gleichzeitig mit der Abnahme des Blattanstellwinkels und abhängig davon begrenzt wird und daß schließlich das Rollmoment, welches durch die versetzte Auftriebskraft erzeugt wird, durch ein gleich großes und entgegengesetzt gerichtetes Rollmoment der zweiten Auftriebseinrichtung ausgeglichen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite auftriebserzeugende Einrichtung ein zweiter Rotor verwendet wird, dessen Rotorblätter ebenfalls eine gegenüber der Rotorachse versetzte Auftriebskraft aufzunehmen vermögen, daß die fc Rotoren der beiden auftriebserzeugenden Einrichtungen gegenläufig angetrieben werden, daß die gemeinsame Blattwinkelverstellung an beiden Rotoren im Sinne der Auftriebserzeugung durch jeden Rotor eingestellt wird, daß eine Vorwärtsgeschwindigkeit des Plugzeuges erzeugt wird, wobei die gemeinsame Blattwinicelverstellung an beiden Rotoren im Maße eines Zunehmens der Vorwärtsgeschwindigkeit des Plugzeuges verringert wird und daß die seitliche zyklische Blattwinkelverstellung an jedem Rotor gleich* zeitig mit der Abnahme der gemeinsamen Blattwinkelverstellung

- 20,-109818/0095

U 2039TD1

und abhängig davon vergrößert wird, um die Versetzung der Auftriebskraft an. jedem Rotor von der Rotormitte in Richtung auf die Spitzen der vorlaufenden Blä'tter des betreffenden Rotors zu beschränken.

y. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Blattwinkelverstellung -an einem bzw. an beiden Rotoren oberhalb einer bestimmten Vorwärtsgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges konstant gehalten wird.

- 21 -

109818/0095

Lee rsei t e