DE2925368C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur zyklischen und kollektiven Rotorblattverstellung für Drehflügelflug­ geräte nach Patent 27 57 480.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung nach dem Hauptpatent so weiterzubilden, daß auch bei ge­ trennter Ansteuerung von Steuereinheit für Kollektivver­ stellung und Stelleinrichtungen für die zyklische Rotor­ blattverstellung Verzerrungen durch die Steuerbefehleingabe nicht auftreten können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die proportionale Übertragung des Steuerbefehls vom Steuerbefehlgeber auf die Rotorblät­ ter können keine Verzerrungen und negative Beeinflussungen der Steuerbefehle an den Rotoren zur Wirkung kommen. Diese Einrichtung eignet sich insbesondere für eine automatische Steuerung.

Aus US-Z "Star Flight Control System", American Helicopter Society Specialists Meeting on Helicopter Flight Controls, Arlington, Texas, Oct. 1978 ist es zwar bekannt, für die Taumelscheibenverstellung elektrische Stellmotoren zu ver­ wenden, wobei auch eine integrierte elektrisch-hydraulische Stelleinrichtung vorgesehen wird, jedoch handelt es sich bei dieser bekannten Steuerung um eine komplizierte Misch­ steuereinrichtung, bei der eine Koppelung und Mischung von Befehlsanteilen bei der Weitergabe an die Rotoren auftritt, während bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung direkt kla­ re und präzise Befehle an die Steuereinheit und die Stell­ einrichtungen getrennt vom Piloten oder von einem Kreisel­ system gegeben werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im An­ spruch 2 angegeben.

Eine beispielsweise Ausführungsform nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung ein koaxiales Rotorsystem mit auf der Rotorachse angeordneter Steuerinhalt und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Steuereinrichtung.

In Fig. 1 ist durch strichpunktierte Linien ein unbemannter, ferngesteuerter Hubschrauber mit einem Antriebsmotor 1, einer daran angeschlossenen Getriebeeinheit 2 und zwei koaxial ange­ ordneten unteren 3 und oberen 4 Rotoren dargestellt, die von der Getriebeein­ heit 2 aus durch koaxial angeordnete Rotorwellen 5 und 6 angetrieben werden.

Auf diesen den Rotormast bildenden Rotorwellen 5 und 6 ist zwischen dem unteren Rotor 3 und der Getriebeeinheit 2 ein Träger 7 ausge­ bildet, der am Hubschrauber befestigt ist und die Rotorwellen 5 und 6 umgibt. Auf diesem Träger 7 ist eine Steuereinheit 8 in Richtung der Achse der Rotorwellen 5 und 6 verschiebbar geführt. Die Steuer­ einheit 8 kann durch einen oder mehrere, an der Getriebeein­ heit 2 abgestützte Stellmotoren 9 verschoben werden.

Auf der nur in Achsrichtung der Rotoren 3 und 4 verschiebbaren Steuer­ einheit 8, die als ringförmige Plattform ausgebildet ist, sind ein oder zwei Stellmotoren 10 für die zyklische Längs­ steuerung und ein oder zwei Stellmotoren 11 für die zyklische Quersteuerung angeordnet, die jeweils über ein Gestänge 12 bzw. 13 mit einer schematisch dargestellten unteren Taumelscheibe 14 und einer oberen Taumelscheibe 15, verbunden sind. Das Gestänge 12, 13 ist jeweils mit dem festen Teil der Taumelscheiben 14, 15 verbunden, während die Rotorblätter 16 über an sich bekannte Hebeleinrichtungen 17 mit dem sich drehenden Teil der Taumelscheiben 14, 15 verbunden sind. Ein derartiges Steuergestänge ist beispielsweise in der DE-AS 12 70 409 beschrieben.

Durch den Stellmotor 9, der die Steuereinheit 8 auf dem Träger 7 in Richtung der Rotorwellenachse verschiebt, wird die kollektive Rotorblattverstellung vorgenommen, wobei die Steuereinheit 8 von der Autorotationsstellung A in die entsprechende Betriebs­ stellung B verschoben wird. Hierbei bildet die ringförmige Steuereinheit 8 für die darauf angeordneten Stellmotoren 10, 11 eine im wesentlichen senkrecht zur Rotorwellenachse liegende Ebene, die zusammen mit den Stellmotoren 10, 11, längs der Rotorwellenachse parallel verschoben, aber nicht gekippt wird. Die Steuereinheit 8 gibt in jeder Stellung für die darauf an­ geordneten Stellmotoren 10, 11 die Null-Stellung vor. Bei lediglich kollektiver Rotorblattverstellung durch Verschieben der Steuereinheit 8 längs der Rotorwellenachse werden die Taumel­ scheiben 14 und 15 gleichfalls in Richtung der Rotorwellenachse parallel verschoben und nicht geneigt, weil die auf der Steuer­ einheit 8 angeordneten Stellmotoren 10, 11 als starre Elemente des Gestänges 12, 13 wirken.

Völlig unabhängig von der Verstellbewegung der Steuereinheit 8 und damit unabhängig von der kollektiven Rotorblattverstellung können die einzelnen Stellmotoren 10, 11 für die zyklische Rotorblattverstellung das Gestänge 12, 13 relativ zur Steuer­ einheit 8 betätigen. Die Steuereinheit 8 gibt in jeder Betriebs­ stellung die Null-Stellung für die Stellmotoren 10, 11 vor, wobei die Stellmotoren 10, 11 die gegebenen Steuerbefehle für die zyklische Rotorblattverstellung direkt in positive und negative Stellwege des Gestänges 12, 13 relativ zur Null- Stellung bzw. zur Steuereinheit 8 umsetzen. Hierbei werden die Taumelscheiben 14, 15 relativ zur Rotorwellenachse gekippt.

Die voneinander unabhängigen Steuerbefehle für die Stell­ motoren 10, 11 einerseits und den Stellmotor 9 für die Steuer­ einheit 8 andererseits werden von nicht dargestellten Steuer­ geräten abgegeben. Diese Steuergeräte sind so ausgebildet, daß der Ausgangswert, der an die Stellmotoren 9, 10, 11 weitergegeben wird, proportional dem Eingangswert bzw. der Stellung des Steuerbefehlgebers ist. Bei einer automatischen Steuerung eines unbemannten Hubschraubers werden die Steuerbefehle vom Lage­ kreisel und vom Vertikalbkreisel gegeben, wobei die Steuergeräte beispielsweise Potentiometer sind. Die Stellung der Kreisel wird durch Steuerkommandos über eine Fernsteuerung vom Boden aus vorgegeben. Weicht die tatsächliche Flugstellung des Drehflügelfluggerätes von der vorgegebenen Kreiselstellung ab, so wird vom Steuergerät bzw. Potentiometer ein Signal an die Stellmotoren 9, 10, 11 abgegeben, um die Ist-Stellung des Fluggerätes mit der Soll-Stellung des Kreisels in Einklang zu bringen. Weicht beispielsweise die Ist-Stellung des Fluggerätes um 2° von der Soll-Stellung des Kreisels ab, so wird vom Potentiometer ein bestimmtes Spannungssignal an die Stellmotoren 9, 10, 11 gegeben, das zu einem bestimmten Stellweg der Stellmotoren 9, 10, 11 führt. Bei einer Auslenkung von 4° beispielsweise wird vom Potentio­ meter ein doppelt so großes Spannungssignal abgegeben, das relativ zu der Auslenkung von 2° zu einer doppelt so großen Stellbewegung der Stellmotoren 9, 10, 11 führt. Die Steuerbefehle des Steuerbefehlgebers (Kreisel) werden somit proportional auf die Rotorblätter übertragen, wobei die Stellmotoren 10, 11 für die zyklische Rotorblattverstellung einerseits und der Stellmotor 9 für die kollektive Rotorblattverstellung anderer­ seits über getrennte Steuerbefehlswege mit zugeordneten Steuer­ geräten verbunden sind.

Vorzugsweise werden die Steuergeräte als elektrische Steuer­ geräte, beispielsweise Potentiometer, ausgebildet, wobei die Stellmotoren 9, 10, 11 als elektrische Linearmotoren bzw. als elektrische Wellen ausgebildet sind. Die vom Steuergerät abgegebenen Spannungssignale können durch eine Übertragungsein­ richtung, beispielsweise einen Rechner, verarbeitet und ver­ stärkt werden, der die Steuerbefehleingangssignale dann proportional an die Stellmotoren 9, 10, 11 weitergibt.

Die Fig. 2 erläutert die Arbeitsweise der beschriebenen Steuereinrichtung. Auf der x-Koordinate ist der Stellweg des Steuerbefehlgebers aufgetragen, während die y-Koordinate die Stellwirkung am Rotorblatt wiedergibt.

Bei den bekannten Steuereinrichtungen für Drehflügelfluggeräte mit Steuerknüppel, Kniehebelgestänge, Kurbeltrieb, Mischglied und dergleichen werden die eingegebenen Steuerbefehle durch Winkelfunktionen und Koppelungseffekte, wie bereits erläutert, so beeinflußt, daß keine proportionale Übertragung des einge­ gebenen Steuerbefehls auf die Rotorblätter erfolgt. In Fig. 2 ist schematisch die Beziehung zwischen eingegebenem Steuerbefehl und erzielter Steuerwirkung bei einer bekannten Steuereinrichtung durch eine gestrichelte Kurve wiedergegeben. Für eine automatische Steuerung ist dies sehr nachteilig, insbesondere wenn die wiedergegebene Kurve beispielsweise für die Kollektivverstellung von einer weiteren, nicht darge­ stellten Kurve für die zyklische Verstellung überlagert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung entfallen Über­ tragungseinrichtungen, die durch eine Winkelfunktion den Steuerbefehl beeinflussen könnten. Ebenso entfällt ein Mischglied, wie es bei bekannten Steuereinrichtungen vorge­ sehen ist. Die proportionale Übertragung des Steuerbefehls auf die Rotorblätter ergibt die in Fig. 2 wiedergegebene gerade, ausgezogene Linie. Diese Linie beispielsweise für die Kollek­ tivverstellung (Stellweg des Stellmotors 9) kann durch eine weitere, strichpunktierte gerade Linie für die zyklische Verstellung (Stellweg der Stellmotoren 10, 11) überlagert werden. Bei der Summenbildung der beiden linearen Kurven ergibt sich wieder Proportionalität zwischen Steuerbefehl­ eingang und Steuerwirkung. Diese Steuereinrichtung ist damit insbesondere für eine automatische Betriebsart für Drehflügel­ fluggeräte, wie Fernsteuerung mit Stabilisierung oder pro­ grammierter Flugbahn bzw. Blindflug geeignet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Steuereinheit 8 mit den Stellmotoren 10, 11 als gesonderte Baugruppe ausge­ bildet. Bei einem einrotorigen Fluggerät beispielsweise kann die axiale Führung der Taumelscheibe als Steuereinheit 8 dienen, wobei auf dieser axialen Führung, die lediglich längs der Rotorwellenachse verschiebbar ist, die Stellmotoren für die zyklische Verstellung angebracht sind. In diesem Falle kann die Taumelscheibe über ein Kugelgelenk auf der axialen Führung befestigt sein, wobei die Stellmotoren die Taumelscheibe relativ zur Längsachse der Führung in eine Schrägstellung bewegen können. Die axiale Führung kann wie die Steuereinheit 8 in Fig. 1 durch einen Stellmotor verschoben werden. Bei dieser Ausge­ staltung werden die Stellmotoren für die zyklische Rotorblatt­ verstellung bzw. für die Neigung der Taumelscheibe am fest­ stehenden Teil der Taumelscheibe befestigt, während an dem sich drehenden Teil der Taumelscheibe das Gestänge angelenkt ist, das die Verbindung mit den Rotorblättern herstellt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Taumelscheibe mit ihrer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Rotorwellenachse festgelegt werden, wobei diese wie eine Taumelscheibe ausge­ bildete Scheibe lediglich längs der Rotorwellenachse durch einen Stellmotor verschiebbar ist, der an dem feststehenden Teil der Scheibe angreift. Das von dem sich drehenden Teil der Scheibe zu den Rotorblättern führende Gestänge kann durch Stellmotoren ausgebildet werden, welche die zyklische Ver­ stellung vornehmen, während die axiale Verschiebung der Scheibe für die Kollektivverstellung dient. Bei dieser Ausgestaltung müßten die Steuersignale über Schleifkontakte auf die umlaufen­ den Stellmotoren, die an dem sich drehenden Teil der Scheibe angelenkt sind, übertragen werden.

Bei stationär angeordneten Stellmotoren können anstelle von elektrischen Stellmotoren ebenso hydraulische Stellmotoren vorgesehen werden. Entsprechend den günstigsten Übertragungs­ wegen und unter Berücksichtigung der zu erwartenden Lastver­ teilung kann die Steuereinrichtung mit Steuereinheit 8 und Stellmotoren 10, 11 räumlich optimal angeordnet werden. Im Falle einer gesonderten Baugruppe, wie in Fig. 1 wiedergegeben, kann diese auch beispielsweise auf einem Leitwerksträger ange­ ordnet werden, wie er in Fig. 1 bei 18 angedeutet ist. Die Steuereinheit selbst kann so ausgebildet werden, daß sie zur Aufnahme der Elektronik für die Stellmotoren verwendet werden kann.

Falls die Rotorwelle 5 unmittelbar als Träger für die Steuer­ einheit 8 (Fig. 1) ausgebildet wird, wird diese unter Zwischen­ schaltung von Wälzlagern auf der Rotorwelle 5 angeordnet und gegen Verdrehung gesichert.

Claims (2)

1. Einrichtung zur zyklischen und kollektiven Rotorblattver­ stellung für Drehflügelfluggeräte wobei zum Verstellen einer Taumelscheibe eine axial verschiebbare Steuereinheit (8) für die Kollektivverstellung und von dieser getragene Stelleinrichtungen (10, 11) für die zyklische Rotorblattverstellung vorgesehen sind und wobei die Steuereinheit (8) und die Stelleinrichtungen (10, 11) entkoppelt ansteuerbar und betätigbar sind nach Patent 27 57 480, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verschiebung der Steuereinheit (8) und der Stelleinrichtungen (10, 11) ein Steuergerät vorge­ sehen ist, das einen Ausgangswert abgibt, der proportional dem Eingangswert eines Steuerbefehlgebers ist, und daß eine Übertragungseinrichtung diese Ausgangswerte des Steuergerä­ tes proportional an die Steuereinheit (8) und die Stell­ einrichtungen (10, 11) weitergibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät als Potenzio­ meter und die Stelleinrichtungen (10, 11) als elektrische Linearmotoren ausgebildet sind.