DE2753775A1 - Fahr- und aufhaengegestellsystem fuer ein flugzeug - Google Patents

Description

Fahr- und Aufhängegestellsystem für ein Flugzeug

Die Erfindung bezieht sich auf Fahr- und Aufhängegestellsysteme für Flugzeuge, insbesondere für Hubschrauber, wobei die vertikale Steifigkeit und Dämpfung des Systems ausreichend hoch sind, um Landestoßbelastungen zu dämpfen, und wobei die Rollbetriebssteifigkeit und Dämpfung des Systems ausreichend weich sind, um das Vermeiden von Instabilität aufgrund von Bodenresonanz zu gestatten.

Auf dem Gebiet der Fahr- und Aufhängegeste11 systeme von Flugzeugen sind in der Vergangenheit ernste Kompromisse zwischen der Steifigkeit und Dämpfung des Systems, die für

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die Belastungsstoßdämpfung erforderlich sind, und der entgegengesetzten Steifigkeit und Dämpfung des Systems, die für das Nachlassen der Instabilität aufgrund der Bodenresonanz erforderlich sind, gemacht worden, um beiden Zwecken gerecht zu werden. Der Grund dafür war, daß es im Stand der Technik kein Fahr- und Aufhängegeste11system für Flugzeuge gibt, in welchem die Rollbetriebssteifigkeit des Systems, die zur Vermeidung der Instabilität aufgrund von Bodenresonanz erforderlich ist, unabhängig von der Steifigkeit des Systems erreicht werden kann, die zur Landestoßdämpfung erforderlich ist.

Aus den US-PS'en 3 042 345 und 2 933 270 sind zwar Anordnungen bekannt, die bei oberflächlicher Betrachtung der Konstruktion nach der Erfindung ähnlich sind, es ist jedoch zu beachten, daß aus keiner dieser Patentschriften eine Konstruktion bekannt ist, die für ein Nachlassen der Bodenresonanz sorgt. Gemäß der US-PS 3 042 345 wird versucht, eine bessere Steuerbarkeit des Flugzeuges bei Seitenwinden und auf abfallendem Gelände zu erreichen, während die US-PS 2 933 270 ein aktives, servobetätigtes System mit beträchtlicher Rollsteifigkeit beschreibt.

Weiterer Stand der Technik, der eine oberflächliche Ähnlichkeit mit dem hier beschriebenen Fahr- und Aufhängegestellsystem für Flugzeuge hat, befaßt sich mit dem Problem, einen Hubschrauber auf unebenem Boden zu landen und dabei den

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Hubschrauber aufgrund entsprechender Bewegungen des Fahrwerks waagerecht zu halten.

Die Erfindung schafft ein Fahr- und Aufhängegestellsystem für ein Flugzeug, bei welchem die dynamischen Eigenschaften des den Landestoß dämpfenden Systems unabhängig von den dynamischen Eigenschaften des auf eine Rollbewegung reagierenden Systems gewählt werden können, so daß beide Zwecke ohne Kompromiß erreicht werden können.

Das Fahr- und Aufhängegestellsystem sorgt für Differenzaufhängungsfederkonstanten und eine Differenzdämpfung für Flugzeugrollbewegungen, die von der Federkonstante und der Dämpfung zur Aufnahme von Flugzeugvertikalbewegungen unabhängig sind.

In dem System nach der Erfindung werden weiterhin die Vertikalbewegungen des Flugzeuges auf dem Fahrgestell hauptsächlich durch die Eigenschaften der Räder, der Ölfederbeine und der Reifen gesteuert, während die Rollbewegungen des Flugzeuges auf seinem Fahrgestell hauptsächlich durch die dynamischen Eigenschaften gesteuert werden, einschließlich der Federkonstanten und der Dämpfung desjenigen Teils des Systems, der wirksam ist, wenn antisymmetrische Vertikalbelastungen auf den Rädern erzeugt werden, und der während symmetrischer Vertikalbelastungen auf den Rädern unwirksam ist.

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Weiter schafft die Erfindung ein System, dessen Rolldynamikeigenschaften selektiv gewählt werden können, damit die Rollfrequenz und die Rolldämpfung auf Werte eingestellt werden können, die eine Bodenresonanz verhindern, ohne die dynamischen Eigenschaften des ölfederbeinsystems zu beeinflussen, die davon unabhängig sind und im Sinne einer optimalen Landestoßdämpfung ausgewählt werden.

Ferner schafft die Erfindung ein Aufhängesystem für Hubschrauber mit herkömmlichem Rad- und ölfederbeinsystem, das Federkonstanten und eine Dämpfung hat, die so* ausgewählt werden, daß es LandeStoßbelastungen optimal aushält, und dem ein unabhängiges System zugeordnet ist, dessen Federkonstante und dessen Dämpfung im Sinne der Vermeidung von Bodenresonanz optimal sind.

Das System nach der Erfindung ist passiv und es tritt eine Differenzvertikalbewegung zwischen den Landegestellen auf, d. h., daß, wenn das Flugzeug aufgehängt und eines der Landegestelle angehoben ist, das andere Landegestell dadurch abgesenkt wird.

In dem Fahr- und Aufhängegestellsystem nach der Erfindung kann die Fahrzeugrollfrequenz deutlich unter die normale Rotordrehzahl verlegt werden, damit die Bodenresonanz und die 1-U/min-Schwingungsansprechempfindlichkeit nachlassen, wenn das Fahrzeug auf dem Boden ist.

Die Erfindung schafft also, kurz zusammengefaßt, ein passives

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Flugzeugfahrwerksystem, in welchem die Federkonstante und die Dämpfung für Flugzeugrollbewegungen um eine Längsachse unabhängig von der Federkonstante und der Dämpfung für Flugzeugvertikalbewegungen sind, wodurch das Fahrwerksystem sowohl den Landestoß optimal dämpfen kann als auch eine Instabilität aufgrund von Bodenresonanz optimal zum Nachlassen bringen kann.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht eines Flugzeuges, hier

eines Hubschraubers, die die Konstruktion des Fahr- und Aufhängegestellsystems nach der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine Teilansicht einer bevorzugten Aus

führungsform der Erfindung, und

Fig. 3 eine Schnittansicht auf der Linie 3-3 von

Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Flugzeug 10, bei welchem es sich vorzugsweise um einen Hubschrauber handelt, mit einem Rumpf 12, der über dem Boden durch das Fahr- und Aufhängegestellsystem 14 nach der Erfindung abgestützt ist. Ein Haupttragrotor steht von dem Rumpf 12 vor und ist um seine Drehachse 18 drehbar, um Auftrieb zu erzeugen und den Hubschrauber 10

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anzutreiben. Das Fahr- und Aufhängegestellsystetn 14 enthält Ölfederbeinsystetne 20 und 22,die von herkömmlicher Bauart sind, beispielsweise hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Anordnungen. Die ölfederbeine 20 und 22 weisen Kolben 24 bzw. 26 auf, die in Zylindern 28 bzw. 30 hin- und herbewegbar sind. Die Kolben 24 und 26 tragen Radträger 32 bzw. 34, welche ihrerseits bereifte Backbord- und Steuerbordräder oder Fahrgestelle 36 bzw. 38 tragen. Bei dem Fahrgestell 36 sind Verbindungsglieder 40 und 42 an dem Radträger 32 bzw. an dem ölfederbein 20 sowie aneinander angelenkt, während eine Seitenstrebe 44 an dem Verbindungsglied 40 angelenkt ist. Ebenso sind bei dem Rad 38 Verbindungsglieder 46 und 48 an dem Radträger 34 bzw. an dem ölfederbein 22 sowie aneinander angelenkt und eine Seitenstrebe 50 ist an dem Verbindungsglied 48 angelenkt. Ein Teil 52, das als ein stangenförmiges Teil dargestellt ist, ohne daß es sich notwendigerweise um ein solches handeln muß, erstreckt sich quer zu dem Hubschrauber 10 und ist an seinen entgegengesetzten Enden an schwenkbaren Verbindungsgliedern 54 bzw. 56 angelenkt, die ihrerseits an den Seitenstreben 44 bzw. 50 an den Stellen 6OA bzw. 58A angelenkt sind. Das Teil 52 ist an dem Rumpf 12 durch die Verbindungsglieder 54 und 56 abgestützt, die ihrerseits an dem Rumpf an Drehpunkten 76 und 77 abgestützt sind und mit dem Teil 52 sowie den Seitenstreben 48 und 50 an Drehpunkten 58, 58A bzw. 60, 60A angelenkt sind. Federn 62 und 62A und Dämpfer 64 und 64A sind zwischen dem Rumpf 12 und den Verbindungsgliedern 54 und 56 betriebsmäßig positioniert, und zwar vorzugsweise

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über Verbindungsglieder 66 bzw. 66A, die an den Verbindungsgliedern 54 bzw. 56 angelenkt sind.

Die Verbindungsglieder 54 und 56 und das Teil 52 bilden in Zusammenwirkung mit dem Rumpf 12 ein 4-Stangen-Gestänge 79 und starre Anschläge 68 und 70 dienen zum Begrenzen der Schwenkbewegung der Verbindungsglieder 54 bzw. 56 und damit des 4-Stangen-Gestänges 79 um den Rumpf 12.

Während des Betriebes am Boden, während des Starts oder während der Landung, wenn eine symmetrische Vertikalbelastung auf jedes Rad 36 und 38 und sein Ölfederbein 20 bzw. 22 ausgeübt wird, sind beide Räder bestrebt, sich in bezug auf den Rumpf aufwärts oder abwärts zu bewegen und die Ölfederbeine 20 und 22 und die Seitenstreben 44 und 50 werden sich um den Rumpf 12 und die Verbindungsglieder 54 bzw. 56 drehen, um diese Bewegung aufzunehmen. Es ist zu erkennen, daß sich während dieser symmetrischen Belastung und damit während der Vertikalbewegung der Fahrgestelle das Querverbindungsglied 52 nicht bewegt und daß deshalb allein die dynamischen Eigenschaften, nämlididie Federkonstante und die Dämpfung der ölfederbeine und der Räder für die Vertikalsteifigkeit des Aufhängegestells 14 sorgen.

Da Flugzeuglandestoßbelastungen durch das System 14 während dieses symmetrischen Belastungsbetriebes gedämpft werden müssen, können die Federkonstante und die Dämpfungseigenschaften der Ölfederbeine und der Räder in herkömmlicher Weise so ausgewählt und ausgelegt werden, daß das System 14 eine

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ausreichende Vertikalsteifigkeit aufweist, um diese Landestoßbelastungen bequem und optimal zu dämpfen. Im allgemeinen wird ein vertikal steifes System bevorzugt, um so die Landestoßbelastungen zu dämpfen.

Wenn sich der Hubschrauber auf dem Boden befindet und der Rotor 16 sich dreht, um während des Landens, Startens, Anrollens, Aufwärmens oder während irgendeiner anderen Betriebsart Auftrieb zu erzeugen, und wenn der Hubschrauber eine Rollbewegung ausführt, kommt es zu einer antisymmetrischen vertikalen Radbelastung, wobei ein Rad in stärkerem Ausmaß belastet wird als das andere. Während dieses Betriebszustandes bewegen die Seitenstreben 44 und 50 und die Verbindungsglieder 54 und 56 das Querverbindungsglied 52 quer zu dem höher belasteteten Rad. Dieser Querbewegung des Verbindungsgliedes 52 wirken die Federn 62 und 62A und die Dämpfer 64 und 64A entgegen, die die dynamischen Eigenschaften schaffen, d. h. die Federkonstante und die Dämpfung des Aufhängegestellsystems 14 in bezug auf die Bewegung des Hubschraubers im Rollbetriebszustand. Da sich das Querverbindungsglied 52 in dem oben beschriebenen Betriebszustand mit symmetrischer vertikaler Radbelastung nicht bewegt und deshalb davon unabhängig ist, können die Federn 62 und 62A und die Dämpfer 64 und 64A deshalb ausschließlich so ausgewählt werden, daß sich die gewünschten Hubschrauberro1lbetriebse igenschaften ergeben.

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Eine Ursache für eine Hubschrauberschwingung um seine Rollachse am Boden ist die Bodenresonanz. Es handelt sich dabei um eine Instabilität, deren Auftreten am wahrscheinlichsten ist, wenn die Differenz zwischen der Drehfrequenz (Drehzahl) des Rotors 16 und der Blattnacheilzustandsfrequenz in dem Rotor, welches die Frequenz an dem Rumpf des Rotorblatt-Voreil-Nacheil-Zustands ist, gleich der Eigenfrequenz des Fahrzeugs im Rollzustand ist. Diese besondere Frequenzverteilung wird im folgenden als Rollzustands-Nacheilzustands-Koaleszenz bezeichnet. Durch richtiges Einstellen der dynamischen Eigenschaften des Systems 14 für einen antisymmetrischen, vertikalen Radbelastungsbetrieb im Rollzustand können die Fahrzeugrollzustandseigenfrequenz und -dämpfung eingestellt werden. Das wird durch richtige Auswahl der Federkonstanten der Federn 62 und 62A und der Dämpfungseigenschaften der Dämpfer 64 und 64A erreicht. Es ist eine wichtige Lehre der Erfindung, daß die Federkonstante des Systems 14 im Rollzustand niedrig ist, wodurch ein Aufhängesystem erzeugt wird, das in seinem Rollzustand weich ist, so daß sich eine niedrige Fahrzeugrollzustandsfrequenz ergibt. Die Fahrzeugrollzustandsfrequenz sollte so deutlich unter die normale Rotordrehzahl gelegt werden, daß die Rollzustands-Nacheilzustands-Koaleszenz bei niedriger Rotordrehzahl auftritt. Das ist erwünscht, weil die mögliche Bodenresonanzrollinstabilität, die durch diese Frequenzkoaleszenz erzeugt wird, bei niedriger Drehzahl schwächer ist und mit minimaler Dämpfung wirksam gedämpft werden kann.

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Feste Anschläge 68 und 70 sind vorgesehen, um die Querbewegung der Querstange 52 während kurzer Perioden starker antisymmetrischer vertikaler oder seitlicher Radbelastung zu begrenzen, die beim Landen oder Starten auf unebenem Boden zu erwarten ist. Es erfolgt keine Anlage an den festen Anschlägen 68 und 70 mehr, wenn eine im wesentlichen symmetrische Radbelastung wieder hergestellt ist.

Es ist daher zu erkennen, daß, wie es am besten in Fig. 1 gezeigt ist, das Fahr- und Landegeste11system 14 nach der Erfindung so aufgebaut ist, daß, während die Querstange 52 belastet ist, ihr zugeordnetes 4-Stab-Gestänge 79 bei symmetrischer vertikaler Radbelastung, wie sie während des Landens eines Flügzeuges normalerweise auftritt, im wesentlichen umwirksam ist. Die dynamischen Eigenschaften der ölfederbeinsysteme und Räder können deshalb so ausgelegt oder ausgewählt werden, daß ein vertikal steifes Aufhängesystem erzeugt wird, das LandeStoßbelastungen optimal dämpft. Da außerdem die Querstange 52 und das 4-Stangen-Gestänge 79 sich während Rollbewegungen um die Flugzeuglängsachse quer bewegen und da der übrige Teil des Systems 14 hauptsächlich dazu dient, diese Querbewegung zu bewirken, können die Dämpfungseigenschaften, nämlich die Federkonstante und die Dämpfungsfähigkeiten, die dem Verbindungsglied 52 und dem Gestänge 79 durch die Federn 62, 62A und die Dämpfer 64, 64A gegeben werden, so ausgewählt werden, daß ein Aufhängesystem erzeugt wird, das beim Rollen um die Längsachse weich ist und dessen entsprechende Rolleigenfrequenz ausreichend unterhalb der normalen Rotordrehzahl liegt, um dadurch

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ein optimales Nachlassen der Boden resonanzrollinstabilität zu bewirken. Es handelt sich demgemäß um ein Aufhängesystem, welches beim Reagieren auf vertikale Fahrzeugbewegungen mit symmetrischen vertikalen Radbelastungen steif ist und beim Reagieren auf Fahrzeugrollbewegungen während antisymmetrischer vertikaler Fahrzeugbelastungen weich ist, weil diejenigen Teile des Aufhänge sy s tetns, die an jeder dieser Operationen beteiligt sind, im Betrieb voneinander unabhängig sind.

Die Erfahrungen der Anmelderin haben gezeigt, daß bei dem Hubschrauber S-76 die vertikale Federkonstante des Systems 14 vorzugsweise etwa 196 kp/cm, die Rollzustandsfederkonstante des Systems 14 vorzugsweise etwa 2 880 000 cmkp/rad und die Rollzustandsfrequenz des Systems 14 vorzugsweise etwa 1,6 Hz beträgt.

Fig. 1 zeigt ein zweirädriges Aufhängesystem. Selbstverständlich kann das Aufhängesystem 14 in Verbindung mit einem schwenkbaren Bugrad oder Heckrad benutzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Teils des Aufhängesystems 14 ist in Fig. 2 gezeigt, in der gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 tragen. Fig. 2 zeigt, daß das Querverbindungsglied 52 an dem Verbindungsglied an dem Drehpunkt 58 angelenkt ist und daß das seitliche Verbindungsglied 50 mit dem Verbindungsglied 54 über ein herkömmliches Kugelgelenk 58A gelenkig verbunden ist. Das Verbindungsglied 54 ist seinerseits mit dem Rumpf 12 an dem

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Zapfengelenk 76 verbunden. Ein Gummianschlag 78 steht von dem Verbindungsglied 54 vor und nach einer ausgewählten Schwenkbewegung des Verbindungsgliedes 54 zu dem Rumpf 12 hin stößt der Gummianschlag 78 an der festen Anschlagsfläche 68 des Rumpfes 12 an. Eine Feder-Dämpfer-Anordnung 80, die die Funktionen der Feder 62 und des Dämpfers 64 von Fig. 1 erfüllt,ist an dem Verbindungsglied 54 an einem Zapfengelenk 82 angelenkt und ist außerdem vorzugsweise mit dem Rumpf 12 auf einer Schwenklinie 84 für Austauschzwecke gelenkig verbunden. Die Feder-Dämpfer-Anordnung 80 enthält, wie es am besten in Fig. 3 gezeigt ist, ein Paddel 86, das zwischen Seitenschienen 88 und 90 angeordnet und mit diesen über Elastomerschichten 92 und 94 und Deckplatten 96 und verbunden ist. Die Elastomerschichten sind sowohl mit den Deckplatten 96 und 98 als auch mit dem Paddel 86 verklebt. Wenn das Verbindungsglied 54 sich um das Zapfengelenk 76 dreht, versucht demgemäß das Paddel 86, sich in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung parallel zu den Seitenschienen 88 und 90 zu verschieben, wobei die Elastomerschichten 92 und 94 auf Scherung beansprucht werden. Die Eigenschaften der Elastomerschichten 92 und 94 sind so ausgewählt, daß sich die dynamischen Eigenschaften, nämlich die Federkonstante und die Dämpfungsfähigkeit des Aufhängesystems 14 für den Fahrzeugrollbetriebszustand ergeben.

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Claims (9)

1. Patentansprüche ;

   (lj Fahr- und Aufhängegestellsystem für ein Flugzeug, gekennzeichnet durch eine erste Vorrichtung, die dem System Vertikalsteifigkeit verleiht, und durch eine von der ersten Vorrichtung unabhängige zweite Vorrichtung, die dem System Rollsteifigkeit verleiht.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung eine Federkonstante und eine Dämpfungswirkung für Flugzeugvertikalbewegungen liefert und daß die von der ersten Vorrichtung unabhängige zweite Vorrichtung eine Federkonstante und eine Dämpfungswirkung des Aufhängesystems zur Steuerung von Flugzeugrollbewegungen liefert.
3. 3. System nach Anspruch 1, für einen Hubschrauber mit einem

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   Rumpf und einem Tragrotor, der von dem Rumpf vorsteht und um eine Drehachse drehbar ist, um Auftrieb zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das System mit dem Rumpf verbunden ist, daß die erste Vorrichtung neben der Vertikalsteifigkeit für die Dämpfung des Systems sorgt und daß die zweite Vorrichtung neben der Rollsteifigkeit für die Dämpfung des Systems sorgt.
4. 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein passives System ist.
5. 5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung eine weiche Rollsteifigkeit des Systems erzeugt und daß die erste Vorrichtung eine steifere Vertikalsteifigkeit des Systems erzeugt.
6. 6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung eine Systemvertikalsteifigkeit und eine Dämpfung bewirkt, die ausreichen, um Landestoßbelastungen zu dämpfen, und daß die zweite Vorrichtung eine Systemrollsteifigkeit und eine Dämpfung bewirkt, so daß die Hubschrauberrollzustandsfrequenz deutlich unterhalb der normalen Hubschrauberrotorbetriebsdrehzahl liegt.
7. 7. System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung enthält:

   A) zwei Räder auf entgegengesetzten Seiten des Rumpfes,

   B) ein ölfederbeinsystem, das jedes Rad mit dem Rumpf verbindet,

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   C) eine Einrichtung, die jedes ölfederbeinsystem gelenkig mit dem Rumpf verbindet,

   D) eine seitliche Strebe, die an jedem Federbeinsystem angelenkt ist,

   und daß die zweite Vorrichtung enthält:

   A) ein Querteil, das sich zwischen den freien Enden jeder seitlichen Strebe erstreckt und an diesen freien Enden angelenkt ist,

   B) Verbindungsglieder, die entgegengesetzte Enden des Querteils gelenkig mit dem Rumpf verbinden, so daß der Rumpf, die Verbindungsglieder und das Querteil gemeinsam ein 4-Stab-Gestänge bilden, und

   C) Federn und Dämpfer, die betriebsmäßig zwischen dem Querteil und dem Rumpf angeordnet sind, um die Rollzustandssteifigkeit und -frequenz des Systems zu erzeugen.
8. 8. System nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch feste Anschläge an dem Rumpf, die die Querbewegung des 4-Stab-Gestänges begrenzen.
9. 9. System nach einem der Ansprüche 3 bis 8, für einen Hubschrauber, dessen Rotorblätter eine Voreil-Nacheil-Bewegung ausführen können, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Rolleigenfrequenz des Hubschraubers deutlich unter die normale Rotordrehzahl verlegt, so daß Koaleszenzfreguenzen zwischen der Hubschrauberroi!eigenfrequenz und der Schaufel-Voreil-Nacheil-Bewegungsfrequenz nur bei niedriger Rotordrehzahl auftreten, und durch Einrichtungen zum Dämpfen jeder Hubschrauberbewegung, die durch die koaleszenten Frequenzen in Koaleszenz erzeugt werden.

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