DE2914951C2 - Vorrichtung für die Betätigung von verstellbaren Steuerflächen eines Flugzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Betätigung von verstellbaren Steuerflächen eines Flugzeuges, die gemäß einer ersten Arbeitsweise über ein an der Drehachse der Steuerfläche angelenktes Steuergestänge mittels eines Steuerorgans einstellbar oder gemäß einer zweiten Arbeitsweise durch den Luftstrom in eine Gleichgewichtslage frei einstellbar sind.

Die Bewegungen der Steuerflächen eines Flugzeuges, welche sie während des Fluges bei der freien Einstellung in die Gleichgewichtslage im Luftstrom ausführen, werden auf das Steuerorgan des Piloten übertragen, sofern nicht geeignete Maßnahmen getroffen werden, solche, den Piloten stark beeinträchtigende Bewegungen des Steuerorgans zu vermeiden.

Es ist bekannt, bei Flugzeugen, deren verstellbare Steuerflächen durch Seile mit dem Steuerorgan des Piloten in Verbindung stehen, die Übertragung von Pendelbewegungen von Steuerflächen im Luftstrom auf das Steuerorgan dadurch zu verhindern, daß die Steuerseile durch die Schwenkachse der Steuerfläche hindurch verlaufen (US-PS 26 81 776). Diese Maßnahme ist jedoch zur Anwendung bei solchen Flugzeugen, deren Steuerflächen mittels eines Steuergestänges betätigt werden, nicht geeignet.

Der Erfindung liegt — ausgehend von einer durch die GB-PS 7 11637 bekanntgewordenen Betätigungsein- b5 richtung — die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Betätigung von verstellbaren Steuerflächen eines Flugzeuges, die gemäß einer ersten Arbeitsweise über ein an der Drehachse der Steuerfläche angelenktes Steuergestänge mittels eines Steuerorganes einstellbar oder gemäß einer zweiten Arbeitsweise durch den Luftstrom in eine Gleichgewichtslage frei einstellbar sind, so zu verbessern, daß die Bewegungen der Steuerfläche in der zweiten Arbeitsweise nicht auf dai Steuerorgan übertragen werden.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Steuergestänge zwischen der Steuerfläche und dem Steuerorgan eine Kupplung vorgesehen ist, durch welche die Steuerfläche von dem Steuerorgan wahlweise lösbar bzw. mit diesem verbindbar ist Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Kupplung aus zwei Paaren von Hubzylindern, die paarweise axial hintereinander angeordnet sind, wobei die beweglichen Teile jeweils eines Paares auf je ein Ende einer Schwenkstange hin- bzw. von dieser wegbewegbar sind, und daß die Schwenkstange an einer Stelle zwischen den beiden Paaren von Hubzylindern mit der Steuerfläche und an einem ihrer Enden mit dem Steuerorgan gelenkig verbunden ist.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist an jedem Ende der Schwenkstange ein Block vorgesehen, auf welchen die Kraft der Paare der Hubzylinder einwirkt.

Vorteilhaft greift die zur Steuerfläche führende Hebelstange an der Drehachse der Steuerfläche an.

Die vorliegende Erfindung gibt einer Steuerfläche eines Flugzeuges die Möglichkeit, entweder im »Steuerbetrieb« — wo sie die größte Wirkung, für welche sie bestimmt ist, hervorruft, wirksam zu sein, oder aber im sogenannten »Triftbetrieb«, bei dem sie entweder nur einen geringen Resteffekt bewirkt oder sogar einen solchen nahezu Null oder aber eine Wirkung bestimmter Größe.

Die Erfindung findet Anwendung bei Steuerflächen von Unterschall- und Überschallflugzeugen bei der natürlichen oder künstlichen Stabilisierung aller Flugarten. Zu den Steuerflächen, bei welchen die Erfindung Anwendung findet, gehören insbesondere die Seitenflossen vom Typ »Ente«, das Tragwerk und die Kieiflossen

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 a ein Flugzeug mit einer Steuerfläche vom Typ »Ente« in fester Stellung oder in Steuerstellung (Arbeitsweise im »Steuerbetrieb«), in schematischer Darstellung;

Fig. Ib ein Flugzeug entsprechend Fig. la, wobei sich die Steuerfläche vom Typ »Ente« in ausgekuppelter Stellung (Arbeitsweise in »Triftbetrieb«) befindet;

F i g. 2 die Steuerfläche in schematischer Darstellung;

F i g. 3 eine Steuerfläche mit einer an der Hinterkante angeordnete Klappe, schematisch dargestellt;

Fig.4a, 4b eine in das Steuergestänge zwischen Steuerfläche und Steuerorgan eingefügte Kupplung, in vereinfachter Darstellung;

Fig. 5 ein Beispiel für eine Anwendungsmöglichkeit auf einen Teil einer Steuerfläche;

Fig.6 ein Beispiel für eine Anwendungsmöglichkeit an den Enden des Haupt-Tragwerkes eines Flugzeuges.

Das in den Fig. la und Ib dargestellte Flugzeug besitzt ein Haupttragwerk 1 sowie eine Steuerfläche 2 vom Typ »Ente«, die in einer horizontalen Ebene mit quer zur Längsachse des Flugzeuges liegenden Achse angeordnet ist. Die Steuerfläche 2 ist (Fig. la) unter dem Einfluß der Steuermomente. Sie arbeitet im

»Steuerbetrieb«, das heißt, daß ihre Einstellung in bezug auf das Flugzeug verändert oder festgehalten werden k-Min. Unter dieser Bedingung führt die Steuerfläche 2 im Verlauf von Schwenkungen des Flugzeuges die gleichen Veränderungen des Längsneigungswinkels aus wie das Haupttragwerk und sie nimmt ar. Her Funktion des Flugzeuges teil, wobei sie insbesondre einerseits ein Aufrichtmoment durch die Auftriebskraft F2 hervorruft, welches mit dem Längsneigungswinkti veränderlich ist und andererseits ein Vorschieben des aerodynamische^ Haupt-Mittelpunktes des Flugzeuges, was eine Verringerung der Längsstabilität aufgrund der Anordnung der Steuerfläche 2 vor dem Haupttragwerk 1 zur Folge hat

In F i g. 1 b ist die Steuerfläche 2 beweglich, sie arbeitet im »Triftbetrieb«, das heißt daß sie frei in ihrer Rotation um die im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Fluges liegenden Achse ist.

Die Drehachse 6 (siehe Fig.2) ist vor dem aerodynamischen Mittelpunkt Fc der Steuerfläche 2 au vom Typ »Ente« angeordnet die Steuerfläche 2 stellt sich in die Windrichtung ein und arbeitet unter dem Einfluß des Längsneigungswinkels und der Auftriebskraft F2 vom Wert Null oder einem geringen, konstanten Wert und sie bleibt unabhängig von den Änderungen des Längsneigungswinkels des Flugzeuges. Unter diesen Bedingungen kann man in der Praxis annehmen, daß die Steuerfläche 2 bei der Einstellung der Gleichgewichtslage des Flugzeugs nicht teilnimmt, die Steuerfläche 2 kann als »transparent« bezeichnet jo werden und die oben erwähten Wirkungen für den »Steuerbetrieb« (Aufrichtmoment und Vorverschieben des aerodynamischen Mittelpunktes) verschwinden. In bezug auf die in F i g. la dargestellten Verhältnisse folgt daraus eine Vergrößerung der Längsstabilität und die ü aerodynamische Wechselwirkung mit dem Haupttragwerk 1 wird außerdem vernachlässigbar.

Bei dieser Arbeitsweise im »Triftbetrieb«, also außerhalb eines konstanten Einflusses des geringen Wertes der restlichen Auftriebskraft F2, geht alles so w vor sich wie wenn das Flugzeug nicht mit einer Steuerfläche 2 ausgestattet wäre oder aber, daß diese sich in eingezogener oder zurückgeklappter Stellung befindet.

In Fig. 2 sind diejenigen Mittel schematisch darge- ·»> stellt, welche es gestatten, die Gleichgewichtsstellung der Steuerfläche 2 im »Triftbetrieb« zu regeln. Diese Stellung resultiert aus dem Gleichgewicht der Momente um die Drehachse 6, das heißt, vom Gleichgewicht zwischen dem durch die Auftriebskraft Fl hervorgeru- ">» fe.nen aerodynamischen Ursprungsmoment, dem ursprünglichen, von der Exzentrizität des Gravitationszentrums des Systems in bezug auf die Achse 6 hervorgerufenen Massenmoment sowie dem Stellmcment des das Gegengewicht 4 und den Stoßdämpfer 5 v> enthaltenen Mechanismus.

Es ist nun vorgesehen, die Gieichgewichtsstellung der Steuerfläche 2 mit den Mitteln des Stell-Mechanisrnus 4, 5 zu regeln, um zu erreichen, daß die hervorgerufene Kraft einen gewünschten Wert, welcher fest oder «> variabel sein kann, annimmt. Ein erstes Mittel hierfür besteht darin, das Gegengewicht 4 zu verschieben, indem es mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Motors an der Drehachse 6 angenähert oder von dieser entfernt wird.

Eine Kupplung 7 erlaubt das Einkuppeln und das Auskuppeln der Steuerfläche 2. Diese Kupplung 7, deren Betätigung durch T angedeutet ist, gewährleistet die Voraussetzung des Kuppeins und des Entkuppeins zwischen einer kraftschlüssig mit der Steuerfläche 2 verbundenen Schubstange 9 und einer weiteren, kraftschlüssig mit dem Steuerorgan der Steuerfläche 2 verbundenen Steuerstange 11.

Ein zweites Mittel zur Veränderung der Gleichgewichtsbedingungen der Steuerfläche 2 ist in F i g. 3 dargestellt Hier ist die Steuerfläche 2 mit einer Hilfs-Landungsklappe 3 versehen, die mit Hilfe eines Scharniergelenkes, dessen Achse 6' parallel zu der Drehachse 6 der Steuerfläche 2 liegt, an der Steuerfläche 2 angebracht Diese Hilfs-Landungsklappe 3 ist mit dem beweglichen Teil eines Hubzylinders 3' verbunden, dessen Körper an der Steuerfläche 2 befestigt ist Der Hubzylinder 3' (aus Gründen besserer Obersicbtlichkeit der Zeichnung an der Außenseite der Steuerfläche 2 dargestellt) steht unter der Einwirkung von an sich bekannten und zweckdienlich arbeitenden Steuereinrichtungen. Der durch den Hubzylinder 3' gesteuerte Ausschlag der Hilfs-Landungsklappe 3 entwickelt eine aerodynamische Kraft F'3, deren Moment eine Schwenkung der frei um ihre Drehachse 6 schwenkbaren Steuerfläche 2 bis zu einer Position bewirkt in welcher Gleichgewicht mit dem entgegengesetzten Moment besteht, welches durch die neue, auf die Steuerfläche 2 einwirkende Kraft F"2 hervorgerufen ist.

Es ist zu erkennen, daß die Anordnung das Hervorrufen einer für eine Steuerung mit Hilfe einer im »Triftbetrieb« arbeitenden Steuerfläche vom Typ »Ente« verwendbaren Kraft erlaubt und zwar in der Art wie eine Kraft mit Hilfe einer Steuerfläche der alten Art im »Triftbetrieb« erzeugt wird. Darüber hinaus bedingt die Anordnung einen zusätzlichen Vorteil, indem die beschriebene Steuerfläche — unter Beibehaltung der selben Gleichgewichtslage im Luftstrom für alle Gleichgewichtslagen des Flugzeuges — die Stabilitätsbedingungen des Flugzeuges nicht ändert und jenes bekannte Risiko der Steuerflächen alter Bauart ausschließt welches darin liegt, daß bei einer Drehung des Flugzeuges um seinen großen Längsneigungswinkel sich der Auftreffwinkel des Luftstromes in bezug auf die Steuerflächen so ändert, daß diese ihre normale Funktion nicht mehr ausüben können.

Vorteilhaft ist die Hilfs-Landungsklappe 3 zur Steuerung ihrer Stellung an einer Stange 30 befestigt, die im Falle einer Störung der Steuermittel der Hilfs-Landungsklappe 3 kraftschlüssig mit dem Flugzeug verbunden werden kann, so daß es immer möglich ist, den Ausschlag der Hilfs-Landungsklappe 3 zu steuern.

Die F i g. 4a und 4b zeigen schematisch eine Ausführungsform der Kupplung 7, welche erlaubt, den Übergang vom »Steuerbetrieb« zum »Triftbetrieb« und umgekehrt im hauptsächlichsten Falle zu bewerkstelligen, oder aber die Steuerfläche 2 im »Steuerbetrieb« mit Hilfe der Steuerstange 11 zu steuern.

Die Kupplung 7 besteht hauptsächlich aus zwei Paaren von Hubzylindern 12, 12' und 13, 13' mit symmetrischer Arbeitsweise, die mit einem Steuergestänge 8,9,10 und 11 verbunden sind. Eine Hebelstange 8 ist an der Drehachse 6 der Steuerfläche 2 wie in F i g. 2 darges:;llt befestigt. Eine Schwenkstange trägt an jedem ihrer Enden einen Block 14 bzw. 14', auf welchen die Kraft der Hubzylinder einwirkt. Wegen der Übersichtlichkeit der Zeichnung sind alleine die zum Verständnis wesentlichen Elemente wiedergegeben, ebenso wie die Hubzylinder 12, 12', 13, 13' nur durch

bewegliche Teile dargestellt sind.

Gemäß F i g. 4a wird der »Triftbetrieb« durch ein Festhalten des Blocks 14' mit Hilfe der beiden Hubzylinder 13 und 13' sowie durch Freigabe des Blocks 14 durch symmetrisches Zurückziehen der Hubzylinder 12, 12' erzielt. Die Steuerfläche 2 kann sich dann frei unter der Einwirkung der aerodynamischen Kraft F" 2 hin- und herbewegen, während ihre Gleichgewichtslage wie oben erläutert festgelegt ist.

Der »Triftbetrieb« wird — vergleiche Fig.4b — durch symmetrische gegenseitige Annäherung der Hubzylinder 12 und 12' aufgehoben, die durch ihre Bewegung den Block 14 verschieben und in seiner neutralen Stellung wie in der Figur gezeigt festhalten; die Steuerfläche 2 ist damit verriegelt. In dem Falle, wo die Steuerfläche 2 gesteuert sein soll, ruft die gegenseitige Annäherung der Hubzylinder 12 und 12' gleichzeitig ein symmetrisches Zurückziehen der Hubzylinder 13 und 13' hervor, und die auf die Steuerstange ausgeübte Steueraktion bewirkt einen Ausschlag der Steuerfläche 2 in die gewünschte Gleichgewichtslage.

In Fig.5 ist die Kupplung 7 auf einen Teil 15' der vertikalen Leitflosse 15 am Ende eines Flugzeuges mit Hilfe einer in der F i g. 5 nicht dargestellten Vorrichtung angewandt, die aber von der in den F i g. 4a und 4b erwähnten Art sein kann. Der Teil 15' der Leitflosse, der drehbar um eine Achse a-a'im wesentlichen transversal zur Längsachse des Flugzeuges befestigt ist, kann entweder im »Steuerbetrieb« oder im »Triftbetrieb« arbeiten, während die Leitflosse 15 fest angeordnet oder steuerbar ist. Der durch diese Variante der Anordnung erzielte Vorteil liegt darin, daß es möglich ist, die Gesamtheit der Steuerfläche optimal zu bemessen und die für jede der verschiedenen Flugarten am besten geeignete Betriebsart zu wählen. Es ist also möglich, den Einfluß von Seitenwind zu verringern und den Flug beim Abschmieren oder durch Querwind zu verbessern. Überdies verschafft die Steuerung der Leitflosse 15' im durch interne Steuermittel bewirkten ausgekuppelten Zustand eine zusätzliche Möglichkeit der Steuerung beim Gieren.

Die F i g. 6 zeigt eine Anwendung der Anordnung bei einem Teil des Haupttragwerkes 1 eines Flugzeuges. Die Enden 2' der beiden Flügel li, I2 sind drehbar um eine transversal zur Längsachse des Flugzeuges liegende Achse ö-ö'angeordnet.

Die Hilfs-Landungsklappen 3, welche Betätigungsmittel für den Ausschlag enthalten, sind an den Enden 2' längs einer parallel zur Hinterkante des Tragwerkes 1 liegenden Achse befestigt.

Die Enden 2' können dank einer Kupplung 7, die in der Fig. 6 nicht dargestellt ist. jedoch vom in Fig. 4a und 4b beschriebenen Typ sein kann, sowohl im »Steuerbetrieb« wie im »Triftbetrieb« arbeiten. Diese Kupplung gewährleistet den Zustand der Einkupplung, in welchem die Enden zu der Erzeugung des gesamten aerodynamischen Effektes des Haupttragwerkes 1 beitragen oder aber den Zustand der Auskupplung, in welchem die sich im Luftstrom ausrichtenden Enden es gestatten, die aerodynamische Oberfläche und den Auftriebsgradienten derart zu verringern, daß beispielsweise die Empfindlichkeit des Flugzeuges gegen Turbulenzen verringert wird.

Darüber hinaus gestattet die Steuerung der Enden 2' mit Hilfe der Klappen 3 die Erhaltung der Gesamtheit der Steuerung beim Schlingern des Flugzeuges.

Gemäß dem erstrebten Ziel ist es möglich, bei dem selben Flugzeug die Kupplung 7 bei einer einzelnen Fläche eines geeigneten Typs anzuwenden oder im Gegensatz dazu gleichzeitig bei verschiedenen Flächen

J5 von verschiedenem Typ.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die Betätigung von verstellbaren Steuerflächen eines Flugzeuges, die gemäß einer ersten Arbeitsweise über ein an der Drehachse der Steuerfläche angelenktes Steuergestänge mittels eines Steuerorgans einstellbar oder gemäß einer zweiten Arbeitsweise durch den Luftstrom in eine Gleichgewichtslage frei einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergestänge(8,9, 10, 11) zwischen der Steuerfläche (2) und dem Steuerorgan eine Kupplung (7) vorgesehen ist, durch welche die Steuerfläche (2) von dem Steuerorgan wahlweise lösbar bzw. mit diesem verbindbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (7) aus zwei Paaren von Hubzylindern (12,12', 13,13') besteht, die paarweise axia! hintereinander angeordnet sind, wobei die beweglichen Teile jeweils eines Paares auf je ein Ende einer Schwenkstange (10) hin- bzw. von dieser wegbewegbar sind und daß die Schwenkstange (10) an einer Stelle zwischen den beiden Paaren von Hubzylindern (12, 12', 13, 13') mit der Steuerfläche (2) und an einem ihrer Enden mit dem Steuerorgan gelenkig verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende der Schwenkstange (10) ein Block (14, 14') vorgesehen ist, auf welchen die Kraft der Paare der Hubzylinder (12,12' bzw. 13,13') einwirkt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerfläche (2) führende Schubstange (9) über eine Hebelstange (8) an der Drehachse (6) der Steuerfläche (2) angreift.

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