DE2244095A1

DE2244095A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern von flugzeugen

Info

Publication number: DE2244095A1
Application number: DE2244095A
Authority: DE
Inventors: Hans U Farner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1972-09-08
Publication date: 1973-03-22
Also published as: FR2153030A1; CH537833A; FR2153030B1; DE2244095C2

Description

Patentanwalt

Dr. Ing. E: Baur

5 Köln 1, Hohenzoüernring 84
Tel. 214339,241222

Hans U. Farner, Hinwil / Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Flugzeugen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Flugzeugen, insbesondere von solchen des Enten- und Tandemtyps, mit mindestens je einer vor und hinter dem Flugzeug-Schwerpunkt angeordneten, dauernd Auftrieb annähernd in' Richtung der Hochachse des Flugzeuges liefernden Tragfläche, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das übliche Steuern eines Flugzeuges erfolgt in bekannter Weise dadurch, dass an Hilfsflachen angebrachte Ruder in ihrer Lage verstellt werden und dadurch eine Luftkraft erzeugen, die eine Lageänderung des Flugzeuges bewirkt. Da diese Hilfsflächen im Normalflug keine oder nur eine

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ganz geringe Auftriebskraft erzeugen, besteht ein genügender Spielraum zur Variation dieser Auftriebskraft zu Steuerungszwecken. Auch wird praktisch kein induzierter Widerstand erzeugt, so dass solche Hilfsflachen in bekannter Weise ohne Nachteil mit geringer Spannweite und verhältnismässig grosser Flügeltiefe ausgeführt werden können.

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Bei Flugzeugen, bei denen jedoch nur tragende, aber keine eigentlichen Steuer- und Leitflächen vorhanden sind, bereitet das Steuern mit den■an den Tragflächen angeordneten Rudern Schwierigkeiten, bzw. es kann das Steuern nicht in genügend wirksamer Weise durchgeführt werden, da beim Betätigen der Ruder eine Aenderung der Auftriebskraft der Tragfläche auftritt, die gegenüber derjenigen im Normalflug unter Umständen klein und durch den Maximalauftrieb des Flügelprofils beschränkt ist. Es sind somit einer Vergrösserung bzw. Verminderung des Auftriebes der Tragfläche, welche Aenderungen die Voraussetzung für das Steuern sind, verhältnismässig enge Grenzen gesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung von Flugzeugen zu schaffen, wfelches die erwähnten Einschränkungen nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welchem der Vektor der resultierenden Luftkraft mindestens einer der in horizontalem Abstand vom Flugzeug-Schwerpunkt angeordneten Tragflächen des Flugzeuges annähernd um die Flugzeuglängsachse gedreht und/oder zur Höhensteuerung längs dieser Achse verschoben wird.

Damit wird erreicht, dass zum Steuern zwar nicht eine wesentliche Aenderung der Grosse der Luftkräfte dieser Tragfläche eintritt, jedoch wegen der Aenderung ihrer Lage eine äusserst wirksame Steuerbarkeit erreicht wird.

Zur Durchführung des Verfahrens wird gemäss der Erfindung eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welcher mindestens eine der Tragflächen mit einer Welle verbunden ist, die in mit

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Abstand angeordneten Lagern dreh- und schiebbar gelagert ist.

Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise, dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Flugzeuges des Ententyps, bei welchem der Abstand der einen Tragfläche gegenüber dem Flugzeugschwerpunkt veränderbar ist,

Fig. 2 eine ähnliche Seitenansicht wie in Fig. 1, wobei jedoch die eine Tragfläche sowohl in ihrem Abstand gegenüber dem Flugzeugschwerpunkt veränderbar als

auch um ihre Querachse verschwenkbar ist, '

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der verstellbaren Tragfläche, in ausgefahrener (Fig. 3a) und eingezogener Lage (Fig. 3b) ,- ·

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der verstellbaren Tragfläche, ·

Fig. 5 eine Stirnansicht des Flugzeuges nach Fig. 1, bei welchem eine der Tragflächen um die Flugzeuglängsachse schwenkbar, ist, mit eingezeichneten Auftriebsvektoren , .

Fig. 6-10 eine schematisehe Darstellung einer Steuerung eines Flugzeuges mit einer Tragfläche mit zwei Bewegungsmöglichkeiten, mit Querschnitten im vergrösserten Massstab (Fig. 7-10),

Fig. 11 H- 12 eine schematisehe Darstellung einer Steuerung eines Flugzeuges, bei der die eine Tragfläche in-zwei gegensinnig verwindbare Te:i Iflachen unterteilt ist, und '

Fig. 13 -I- 14 eine schematisehe Darstellung einer Steuerung

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eines Flugzeuges, bei der die eine Tragfläche Ver-Windungsklappen aufweist.

In der in den Figuren gezeigten schematischdn Darstellung eines Entenflugzeuges ist mit 1 der Flugzeugrumpf bezeichnet, der an seinem hinteren Ende 2 beispielsweise sehneidenförmig ausläuft. Die ungefähre Lage des Schwerpunktes des* Flugzeuges ist mit 3 bezeichnet. In Flugrichtung gesehen liegt die eine Tragfläche 4 hinter dem Schwerpunkt 3.# während die andere Tragfläche 5, z.B. die kleinere, an der vorderen Spitze des Flugzeugrumpfes 1 angeordnet 1st. In Fig* 1 1st in gestrichelter Darstellung eine Verschiebung der Tragfläche 5 in eine Lage 5' in einem grösseren Abstand zum Schwerpunkt 3 dargestellt. Obwohl hierbei eine Veränderung des EinsteilwinkeIs nichtierfolgt, erhält man durch Veränderung des Abstandes der Tragfläche 5 eine sehr feinfühlige Steuerbarkeit des Flugzeuges. In Fig. 1 ist durch Pfeile der Auftriebsvektor der Haupttragfläche 4 und der Tragfläche 5 dargestellt.

In Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, wie der Abstand der Tragfläche 5 gegenüber dem Flugzeugschwerpunkt 3 verändert v/erden kann. Die Tragfläche 5 ist auf einer gebogenen Welle montiert, die in nicht näher dargestellten Führungen 7, 7¹ gelagert ist. Dadurch, dass die Welle 6 gebogen ausgeführt ist, erreicht man, dass jedem Abstand zum Flugzeugschwerpunkt 3 der Tragfläche 5 ein bestimmter Einstellwinkel zugeordnet ist. Hierbei kann, wie in Fig. 2 dargestellt ist, bei geringerem Abstand der Tragfläche 5¹¹ der Eiistellwinkel der Tragfläche 5 kleiner sein als bei grösserem Abstand der Tragfläche 5 vom Flugzeugschwerpunkt 3. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 liegt somit eine Bewegungsmöglichkeit der Tragfläche mit zwei Bewegungsmöglichkeiten vor, nämlich eine Bewegung annähernd in Flugzeuglängsachse und eine Drehung um eine Querachse.

In Fig. 3a und b ist eine Ausführungsform schematisch'dargestellt, bei v/elcher ebenfalls eine zweifache Bewegungsmöglichkeit der Tragfläche mit zwei Freiheitsgraden vorliegt,

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wobei jedoch keine feste Zuordnung des Anstellwinkels der Tragfläche 5 mit dem Abstand gegenüber dem Flugzeugschwerpunkt 3 besteht. Der Tragflügel 5 ist, wie schematisch dargestellt ist, auf einer geraden Welle 8 montiert, die in einem nicht dargestellten Gelenk längsverschieblich und neigbar gelagert ist.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Lagerung der Tragfläche 5 dargestellt, wobei die Tragfläche 5 um eine Querachse schwenkbar auf einer Welle 9 gelagert ist. Die Welle 9 ist in nicht näher dargestellten Führungen 10, 10' längsbeweglich gelagert. Es besteht für die Tragfläche 5 ebenfalls eine zweifache Bewegungsmöglichkeit, wobei jedoch keine bestimmte Zuordnung zwischen demEinstellwinkel und dem Abstand der Tragfläche 5 vom Flugzeugschwerpunkt vorliegen muss»

In Fig. 5, welche eine Ansicht des Flugzeuges von vorne darstellt, ist die Tragfläche 5 um die Flugzeuglängsachse schwenkbar gelagert. Der voll ausgezogene Teil stellt den Auftriebsvektor bei horizontaler Lage der Tragfläche 5 dar, während der kurz und der lang gestrichelte Pfeil die Lage des Auftriebvektors bei der entsprechend gestrichelten Lage der Tragfläche 5 zeigen. Mit Hilfe dieser Anordnung erreicht man eine sehr feinfühlige und wirksame Seitensteuerung des Flugzeuges. ·

Es ist auch möglich, diese Bewegungsmöglichkeit der Tragfläche 5 mit den anderen Bewegungsmöglichkeiten, wie sie in Fig. 1 bis 5 gezeigt und entsprechend beschrieben sind, zu kombinieren. Der Tragflügel 5 kann hierbei bis zu drei Bewegungsmöglichkeiten aufweisen, nämlich eine Bewegung in der Flugzeuglängsachse, eine Drehung um die Querachse und eine Drehung um die Längsachse.

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Das beschriebene Steuerungsverfahren eignet sich besonders für Enten- und Tandemflugzeuge, welche sich bisher wegen ihrer geringen Steuerbarkeit nicht durchsetzen konnten, und ermöglicht damit eine Steuerung solcher Flugzeuge, die derjenigen anderer Flugzeuge in keiner Weise nachsteht.

In den Fig. 6-14 wird gezeigt, wie die in den Fig. 1-5 nur angedeuteten Bewegungsinöglichkeiten verwirklicht werden können.

In Fig. 6 ist eine an einer Welle 11 befestigte Tragfläche 5 längsverschieblich gelagert. Die Welle 11 ist in Kugelführungen 12 (Fig. 7) und im Abstand davon in zwei drehbaren Rollen 13 gelagert, die ihrerseits in schräg angeordneten U-Profilen 14 laufen, die auf der Innenseite eines Rohrkörpers 15 befestigt sind. Der Rohrkörper 15 ist in Kugelführungen 16 (Fig. 8) und in einem Zapfenlager 17 (Fig. 10) schwenkbar, jedoch nicht längsbeweglich gelagert. Das Zapfenlager 17 stützt sich mit Streben 18 am Rumpf 1 ab.

Ueber zwei Rollen 18, 19 läuft eine Kette oder ein biegsames Glied 20, das mittels eines Gelenkes "21 mit einer von einem Steuerknüppel 22 verschiebbaren Schubstange 2 3 gekuppelt ist. Das Glied 20 ist mit einem längsbeweglichen Gelenk 24 mit der Welle 11 verbunden, wobei das eine Trum der Glieder 20 mit dem Gelenk 24 im Innern des Rohrkörpers 15 verläuft. In Wirklichkeit ist die Neigung der U-Profile 14 wesentlich geringer. Pedale 25 sind mittels eines Gestänges 26 über Gelenke 26a mit dem Rohrkörper 15 verbunden und dienen der Schwenkung des Rohrkörpers 15 und damit der Welle 11 mit dem Flügel 5.

Durch Betätigen des Steuerknüppels 22 und der Pedale 25 kann der Tragflügel 5 längsverschoben und verschwenkt werden, wobei wegen der schräg im Rohr angeordneten U-Profile 13 beim Längsverschieben der Welle 11 gleichzeitig eine Aendcrung der Neigung der Welle 11 gegenüber der Flugzeug-Längsachse auftritt.

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Bei grösseren Flugzeugen sind die Kräfte zum Verschwenken der^ Tragfläche 5 schon beträchtlich, weshalb die Einleitung der Schwenkung zweckmässig mit Hilfe der Luftkräfte vorgenommen wird, wobei die Tragfläche entweder in zwei gegen- ^;' sinnig verwindbare Teiltragflächen 5a, 5b (Fig. 11 und 12) unterteilt ist oder die Tragfläche 5c Verwindungsklappen 50a, 50b (Fig. 13 und 14) aufweist.

In Fig. 11 und 12 sind die Pedale 25 über Gelenke 25', 25'* mittels eines biegsamen Gliedes 26 über eine Rolle 33, Aus-' gleichsrollen 27, 28 zur Kompensation der LängsverSchiebung des Rohres 11 und eine Rolle 29 mit Gelenken 30, 31 der Flügelteile 5a, 5b verbunden, die um eine Achse 32 schwenkbar sind. Die in Fig. 11 und 12 nicht erläuterten Bezugszeichen sind mit denjenigen in Fig. 6 bis .10 identisch.

In Fig. 13 und 14 werden anstelle von Flügelteilen Verwindungsflügel 50a, 50b in gleicher Weise mittels der Pedale betätigt wie in Fig. 11 und 12..

In den Fig. 6 - 14 ist die Steuerung mit mechanischen Mitteln gelöst, jedoch sind auch hydraulische oder elektrische Mittel verwendbar. Die Anwendung solcher Mittel stellt, nachdem das Prinzip der Steuerung klargestellt ist, nur.eine fachmännische Aufgabe dar.

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Claims

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Patentansprüche

1. /Verfahren zur Steuerung von Flächenflugzeugen, insbesondere ^S von solchen des Enten- und Tandemtyps, mit mindestens je einer vor und hinter dem Flugzeug-Schwerpunkt angeordneten, dauernd Auftrieb annähernd in Richtung der Hochachse des Flugzeuges liefernden Tragfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektor der resultierenden Luftkraft mindestens einer der in horizontalem Abstand vom Flugzeug-Schwerpunkt angeordneten Tragflächen zur Seitensteuerung des Flugzeuges annähernd um die Flugzeuglängsachse gedreht und/oder zur Höhensteuerung längs dieser Achse verschoben wird«

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Tragflächen (5) mit einer Welle (6, 8, 9, 11) verbunden ist, welche in mit Abstand angeordneten Lagern (7, 7'j 10, 10'j 12, 13) dreh- und längsverschiebbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die eine Tragfläche (5) tragende Welle (6) in ihrer Achse gebogen ist. · .

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (11) in einer vorderen Führung (12) und in einer hinteren Führung (13) in Form von in einem Rohrkörper (15) schräg angeordneten Führungsprofilen (14) längsverschieblich und neigbar geführt ist, wobei der Rohrkörper (15) in Lagern (16, 17) schwenkbar gelagert ist. '

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (11) mittels eines über Rollen (18, 19) geführten biegsamen Gliedes (20) über eine Kupplung (24) mittels eines über ein Gelenk (21) gekuppelten Steuergliedes (22, 23) verschiebbar ist und der Rohrkörper (15) über Gestänge (26, 26') mittels eines weiteren Steuergliedes (25) schwenkbar.ist.

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6, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Tragfläche in zwei gegensinnig verschwenkbare Flügelteile (5a, 5b) geteilt und mittels des weiteren Steuergliedes (25) über ein biegsames Glied (26) betätigbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, dass die eine Tragfläche (5c) gegensinnig verschwenkbare Hilfsflügel (50a, 50b) aufweist, die mittels des weiteren Steuergliedes (25) über ein biegsames Glied (26) betätigbaf sind.

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