DE2107330A1

DE2107330A1 - Aerodynamic pitch control for helicopters and gyroscopes

Info

Publication number: DE2107330A1
Application number: DE19712107330
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Meurer, Engelbert, Dr., 5060 Bensberg
Priority date: 1971-02-16
Filing date: 1971-02-16
Publication date: 1972-08-24

Description

Aerodynamische Blattanstellsteuerung für Hubschrauber und Tragschrauber min Hubschrauber läßt sich nur steuern, wenn die Anstellung der Rotorblätter ständig auf den Flugzustand abgestimmt wird. Ähnliches gilt für den 'l'ragschrauber, dessen Rotorblätter immer so angeblasen werden müssen, daß der Rotor sich weiterdreht. Aerodynamic pitch control for helicopters and gyroscopes min helicopter can only be controlled if the rotor blades are constantly being turned on is matched to the flight condition. The same applies to the 'l'ragopter, whose Rotor blades must always be blown in such a way that the rotor continues to turn.

Ziel der nachfolgend beschriebenen erfindung ist es, durcn eine aerodynamische Blattanstellsteuerung den Piloten des Hubschraubers oder Tragschraubers weitgehend von ,ontrollfunttionen zu befreien, die sich auf die Blattanstellung beziehen und ihn dadurch die Führung eines Hubschraubers oder i'rascnraubers zu erlaichtern. Die Erfindung schließt auch den automatischen übergang zum sicheren Sinkflug bei Ausfall des Antriebes ein. The aim of the invention described below is to achieve an aerodynamic Blade pitch control the pilot of the helicopter or gyroplane largely from releasing ontroll functions that relate to the blade adjustment and to make him easier to operate a helicopter or helicopter. The invention also includes the automatic transition to safe descent Failure of the drive.

Die aerodynamische Blattanstellsteuerung erfolgt durch eine Steuerflosse, die dem Rotorblatt wie die Höhensteuerflosse dem Tragflügel eines Starrflächenflugzeu,res nachläuft. Die Größe der Steuerfläche, ihre Form, ihr Abstand vom Rotorblatt ist weitgehend variabel und durch keine bestimmten Regeln festgelegt. In diesem Zusammennang sei auf die sehr oft abweichenden Formen und Anordnungen der Höhensteuer von Starrflügelflugzeugen hingewiesen, die tiefer (Hochdecker), gleichhoch (Tiefdecker) oder höher (schnelle Verkehrsflugzeuge) als die tragenden Blügel angeordnet sein können. The aerodynamic pitch control is carried out by a control fin, the rotor blade like the elevator fin to the wing of a rigid-wing aircraft, res runs after. The size of the control surface, its shape, its distance from the rotor blade is largely variable and not determined by any specific rules. In this context be on the very often deviating forms and arrangements of the altitude control of fixed-wing aircraft pointed out, the lower (high-wing), the same height (low-wing) or higher (fast Commercial aircraft) can be arranged as the supporting wing.

Ist das Rotorblatt um seine Querachse frei drehend gelagert, so dreht eine mit dem Rotorblatt fest verbene nachlaufende Steuerflosse das Rotorblatt ohne einwirkung durch den Piloten ein, sobald das Rotorblatt durch Anlaufen des Rotors gegen die u*zOebende Luft bewegt wird. Das Rotorblatt verhält siche dann wie ein nur mit einer starren Höhenflosse ausgerüstetes Starrflügelflugzeug. Daß Starrflügelfluzeuge mit fest eingestelltem Höhenruder oder starrer Höhenflosse ohne bewegliches Ruder fliegen können, zeigen einfache SegelBlubmodelle. Derartige Modelle stellen sich im Flug automatisch auf den richtigen GleitwinKel, das heißt auf den richtigen Anstellwinkel ein. Daß Motorstarrflügelflugzeuge mit fest eingestelltem Höhenruder oder -Flosse sogar prinzipiell fliegen, starten und landen zonen zeigen infache Motorflugmodelle, die mit hoher Antriebsleistung steigen oder starten, mit nachlassender Antriebsleistung horizontal fliegen und bei Aufhören der Mjtriebsieistung schweben, sinken und landen. If the rotor blade is mounted to rotate freely about its transverse axis, then it rotates a trailing control fin that is firmly aligned with the rotor blade, the rotor blade without action by the pilot as soon as the rotor blade starts up against the u * zOebende air is moved. The rotor blade then behaves like a Fixed-wing aircraft only equipped with a rigid horizontal stabilizer. That fixed-wing aircraft with fixed elevator or fixed horizontal stabilizer without moving rudder can fly are shown by simple sailing club models. Such models arise automatically to the correct glide angle during flight, i.e. to the correct angle of attack a. That motorized fixed-wing aircraft with fixed elevator or fin even the principle of flying, take-off and landing zones show simple powered aircraft models, which rise or start with high drive power, with decreasing drive power Fly horizontally and when the drive stops floating, sinking and landing.

Sin Rotor, dessen Blätter mit nachlaufenden Steuerflächen ausgerüstet ist, - nachlaufend besagt, daß die Steuerfläche außerhalb der Querachse des Rotorblattes liegt und damit das Blatt solange um die Querachse dreht, bis die an der Steuerfläche angreifenden kräfte einen Gleichgewichtszustand erreicht haben - ,stellt also den Anstellwinkel der Rotorblätter in Abhängigkeit von der Anblasrichtung ohne kontrolle des Piloten ein. Sin rotor, the blades of which are equipped with trailing control surfaces - trailing means that the control surface is outside the transverse axis of the rotor blade and thus the blade rotates around the transverse axis until the one on the control surface attacking forces have reached a state of equilibrium - thus represents the Angle of attack of the rotor blades depending on the blowing direction without control of the pilot.

Ein Fluggerät, ausgerüstet mit einem Rotor, dessen Blätter sich frei um ihre Querachse drehen können und dessen Blätter mit einer nachlaufenden Steuerfläche ausgerüstet sind, kann, wenn die instellwinkel von Blatt und Steuerfläche ähnlich aufeinander bezogen sind wie bi einem Starrflügelflugzeug, ohne Blattanstellsteuerung durch einen Piloten fliegen. Bei stehendem rotor ist die Lage der Blätter um die Querachse unbestimmt. Bei Antrieb des Rotors stellen sich die Blätter so ein, wie der Flügel eines gleitenden Starrflügelglugzeuges. Es sei vorausgesetzt, daM der der Drehsinn für den Rotor richtig gewählt ist, das Rotorblatt also nicht in "Rückenlage" kommt. An aircraft equipped with a rotor, the blades of which are free can rotate around their transverse axis and its leaves with a trailing control surface equipped, if the pitch angles of the blade and control surface are similar are related to each other like a fixed-wing aircraft without blade pitch control by fly a pilot. When the rotor is stationary, the position of the blades is around the transverse axis indefinite. When the rotor is driven, the blades adjust themselves like the wing of a gliding fixed-wing aircraft. It is assumed that the direction of rotation is selected correctly for the rotor, so the rotor blade does not come in a "supine position".

Wird die Anblasgeschwindigkeit durch Steigern der Rotordrehzahl erhöht, so hebt das Fluggerät schließlich ab und steigt oder schwebt, gesteuert in seiner Bwegung in Richtung der Rotorachse nur durch die Leistungssteuerung des Antriebes. Hört der Antrieb auf, dann schwebt das Fluggerät mit konstanter Sinkgeschwindigkeit zum Boden zurück, genau wie ein Starrflügelmodell mit ungesteuertem Höhenruder mit konstanter Sinkgeschwindigkeit zum Boden zurückachwebt. na wird vorausgesetzt, daß sich der Rotor nach Aufhören des Antriebes onne großen Widerstand frei drehen kann, was sich unter Umständen durch einen Freilauf leicht erreichen läßt.If the blowing speed is increased by increasing the rotor speed, so the aircraft finally takes off and climbs or hovers, controlled in its Movement in the direction of the rotor axis only through the power control of the drive. If the propulsion stops, the aircraft hovers at a constant rate of descent back to the ground, just like a fixed wing model with uncontrolled elevator weaves back to the ground at a constant rate of descent. well it is assumed that the rotor can rotate freely after stopping the drive without great resistance, which can be easily achieved under certain circumstances by a freewheel.

Welche großen Vorteile die aerodynamische Blattanstellsteuerung bringt, ist offensichtlich, wenn man sich vergegenwärtigt, wie gescnickt und konzentriert ein Hubschrauberpilot die Blattanstellung steuern zuß, wenn der Antrieb des Rotors plötzlich aufhört oder wenn in Bodennähe Vertikalböeu auftreten. Ganz besonders erleichtert die aerodynamische Blattanstellsteuerung die Führung eines iUragschIaubers. Da sich beim Tragschrauber der Rotor antriebslos dreht, muß im Flug immer dafür gesorgt werden, daß der Rotor in vertikaler Richtung von unten nach oben durchblasen wird. lehrt sich in der Anblasrichtung die vertikale Komponente um, so wird der Rotor gebremst und verliert seine Tragfähigkeit. In vielen Fällen führte uberdrücwen von Yfra0--schraubern mit damit verbundener Abbremsung des Rotors zu Abstürzen. Die aerodynamische Blattanstellsteuerung ändert bei Umkehr der Anblasrichtung automatisch die Anstellung der Rotorblätter und verhindert die Abbremsung des Rotors. The great advantages of the aerodynamic pitch control system, is obvious when you realize how nifty and focused a helicopter pilot can control the pitch of the blades when driving the rotor suddenly stops or when vertical gusts occur near the ground. Most notably the aerodynamic blade pitch control facilitates the guidance of an iUragschIauber. Since the rotor of a gyroplane rotates without a drive, it must always be used in flight it must be ensured that the rotor blows through in the vertical direction from bottom to top will. If the vertical component is reversed in the blowing direction, then the The rotor brakes and loses its load capacity. In many cases it resulted in feeling overwhelmed by Yfra0 - screwdrivers with associated Deceleration of the rotor to crash. The aerodynamic blade pitch control changes when the blowing direction is reversed automatically adjusts the rotor blades and prevents the rotor from decelerating.

Die aerodynamische Blattanstellsteuerung kann bei allen Rotorflügelfluggeräten angewendet werden. The aerodynamic blade pitch control can be used with all rotor wing aircraft be applied.

Werden zum Beispiel die Rotorblätter eines konventionell konstruierten Hubschraubers mit der aerodynamischen Blattanstellsteuerung ausgerüstet, so wird die Blattanotellung und damit der Blattverstellhebel ohne Zutun des Piloten durch die sich in Bezug auf die Änströmrichtung selbst einstellenden Rotorblätter verstellt. Der Pilot kann die aerodynamisch richtige Blatt anstellung auch fühlen durch den wachsenden SteuerdrucK in Blattverstellhebel, wenn er die Blätter anders anstellen will als es der aerodynamischen Blattanstellung entspricht. Die zyklische Blattverstellung und alle anderen Blattbewegungen bleiben davon unberührt. For example, the rotor blades of a conventionally designed one Helicopter equipped with the aerodynamic pitch control, so the blade adjustment and thus the blade adjustment lever without the pilot having to do anything the self-adjusting rotor blades with respect to the direction of flow. The pilot can also feel the aerodynamically correct blade pitch through the increasing control pressure in blade adjustment lever when he adjusts the blades differently wants than it corresponds to the aerodynamic blade pitch. The cyclical blade adjustment and all other leaf movements remain unaffected.

Bei Anwendung der aerodynamischen Blattanstellung bei Starrblattrotoren prscheint es zweckmäBig, die Anstellung der Rotorblätter zu koordinieren, so daß sich Blattanstellungen ergeben, die den Steuerkräften der Summe aller Rotorblattsteuerkräften entspricht. When using the aerodynamic blade pitch on rigid-blade rotors It seems expedient to coordinate the pitch of the rotor blades so that blade inclinations result that the control forces of the sum of all rotor blade control forces is equivalent to.

Dies ist notwendig, wenn durch eine große seitliche Bewegung des Rotors - zum beispiel bei horizontalflug des Fluggerätes - sich die Anblasgeschwindigkeit des gegen die Flugrichtung laufenden Rotorblattes stark vermindert, unter Umständen sogar umkehrt. Das zutücklaufende Rotorblatt wird dann steuerlos und muß durch die Steuerkräfte der an den anderen Steuerflächen angreifenden Luftkräfte geführt werden. imine Kupplung der Bewegung der Rotorblätter um die Blattquerachsen, die nur eine gemeinsame, gleichsinnige frei£ Drehung der Rotorblätt<' ins Rotors zuläßt, kann durcn eine mechanische «upluilg leicht erreicht werden. Sie bewirkt dann die notwendi;.,e Integrierung der Steuerkräfte.This is necessary when there is a large lateral movement of the rotor - for example when the aircraft is flying horizontally - the blowing speed of the rotor blade running against the direction of flight is greatly reduced, under certain circumstances even vice versa. The returning rotor blade is then rudderless and has to go through the Control forces of the air forces acting on the other control surfaces are guided. imine coupling the movement of the rotor blades around the blade transverse axes, which is only one allows common, unidirectional free rotation of the rotor blades into the rotor, can can easily be achieved by a mechanical upgrade. It then brings about the necessary;., E Integration of the steering forces.

Patentansprüche: 1. Aerodynamische Xotorbl.attanstellsteuerving dadurch gekennzeichnet, daß an das Rotorblatt eine Steuerfläche angebaut wird, die so außerhalb der Querachse des Rotorblattes und so weit vom Mittelnunkt des Rotors entfernt und die so groß ist, daß die an der Steuerfläche wirksam werdenden Luftkräfte ausreichen, das Rotorblatt um seine Querachse zu verstellen. Claims: 1. Aerodynamic Xotorbl.attanstellsteuerving thereby characterized in that a control surface is grown on the rotor blade, the so outside the transverse axis of the rotor blade and so far away from the center point of the rotor and which is so large that the air forces acting on the control surface are sufficient, to adjust the rotor blade around its transverse axis.

2. Aerodynasische Rotorblattanstellsteuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche in Abhängiz,keit vom Anstellwinkel des Rotorblattes am Boden fest eingestellt werden kann. 2. Aerodynamic rotor blade pitch control according to claim 1, characterized characterized in that the control surface as a function of the angle of attack of the rotor blade can be set firmly on the ground.

3. Aerodynamische Rotorblattanstellsteuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorher genannte Steuerfläche aus einer einstellbaren Steuerflosse und einem im Fluge über Steuerorgane verstellbarem Ruder besteht. 3. Aerodynamic rotor blade pitch control according to claim 1, characterized characterized in that the aforesaid control surface consists of an adjustable control fin and a rudder that can be adjusted in flight via control units.

4; Aerodynamische Rotorblattanstellsteuerung gemäß Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß Drehflügelflugzeuge mit einem oder mehreren Rotoren mit der unter Anspruch 1 - 3 beschriebenen Steuerfläche ausgerüstet werden. 4; Aerodynamic rotor blade pitch control according to claims 1 - 3, characterized in that rotary wing aircraft with one or more rotors be equipped with the control surface described under claims 1-3.

Claims

5. Aerodynamic rotor blade pitch control according to claim 1 - 4, characterized in that the rotation of the rotor blades of a rotor about their transverse axis is mechanically synchronized.

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