DE3010903C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hubschrauber nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Hohe Vorwärtsfluggeschwindigkeiten, wie sie bei modernen Hubschraubern erzielbar sind, erfordern eine entsprechende Vergrößerung der erforderlichen Verzögerungsstrecken bzw. Halteab­ stände, insbesondere bei geradliniger Verzögerung aus einem Horizontal­ flug mit hoher Geschwindigkeit.

Bei einem solchen Manöver drosselt der Pilot die Leistung und betätigt die zyklische Steuerung so, daß der Hubschrauber in eine Hochziehstellung gedreht wird. Die Vorwärtsfluggeschwin­ digkeit des Hubschraubers erzeugt einen entgegengesetzten Luftstrom durch den Rotor bzw. die Rotoren des Tragrotorsy­ stems, der die Drehgeschwindigkeit des Rotors zu erhöhen versucht, und dies wird üblicherweise durch ein Rotordreh­ zahl-Regelsystem gesteuert, das automatisch eine Verringerung der Motorabgabeleistung an den Rotor bewirkt, um eine konstante Rotordrehzahl aufrechtzuerhalten. Wenn die Hoch­ ziehstellung weiter vergrößert wird, nimmt die Motorausgangs­ leistung weiter ab, bis schließlich die Motorleistung, die in das Rotorsystem eingeführt wird, sich dem Wert Null nähert. Dadurch wird eine Grenze für die erzielbare Hochziehstellung erreicht, da eine weitere Zunahme den umgekehrten Luftstrom vergrößern würde, der eine Zunahme der Rotordrehzahl über einen zulässigen Wert hinaus ergeben würde.

Somit wird eine geradlinige Verzögerung des Hubschraubers aus einem Vorwärtsflug mit hoher Geschwindigkeit durch die Hochziehstellung begrenzt, in die der Hubschrauber gedreht werden kann. Im Falle eines Hubschraubers mit einem einzigen Hauptrotor und einem Gegenmoment-Hilfsrotor, z. B. einem Schwanzrotor, tritt eine Begrenzung der Hochziehstellung auf, wenn der Hauptrotor aufgrund einer "Autorotation" des Rotors durch den umgekehrten Luftstrom zum Überdrehen neigt. Hohe Hochziehstellungen können nur bei geringen Vorwärtsflugge­ schwindigkeiten erzielt werden und verringern die Gesamt­ bremsstrecke nicht wesentlich. Bei hohen Vorwärtsflugge­ schwindigkeiten kann der parasitäre Widerstand des Rumpfes eine entsprechende Anfangsverzögerung zulassen, er wird jedoch immer weniger wirksam, je langsamer sich der Hub­ schrauber bewegt.

Aus der US-PS 25 14 205 ist ein Hubschrauber mit einem Hauptrotor und zwei symmetrisch zu beiden Seiten der Hub­ schrauberlängsachse angeordneten Heckrotoren bekannt, bei dem der Drehmittelpunkt des Hauptrotors in bezug auf die Symmetrieebene des Rumpfes nach der Seite versetzt ist, die entgegengesetzt zur Richtung des Schubes der Heckrotoren liegt. Die beiden Heckrotoren sind in Tandemausführung angeordnet, damit der erforderliche Durchmesser der Heck­ rotoren verringert werden kann. Die Arbeitsweise der Heck­ rotoren ist in jeder anderen Hinsicht gleich der eines normalen, einzelnen Heckrotors, der zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Schubkraft nur in einer Richtung erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hubschrauber der gat­ tungsgemäßen Art so auszugestalten, daß eine möglichst hohe Verzögerungskraft des Hubschraubers beim Vorwärtsflug mit hoher Geschwindigkeit und damit eine möglichst geringe Verzögerungsstrecke erzielt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Kennzei­ chens des Anspruches 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Hubschrauber weist insbesondere ein Steuersystem auf, das so ausgelegt ist, daß während des normalen Betriebes die Rotorblatt-Einstellwinkelverstellung eines jeden Hilfsrotors beeinflußt wird, um Schubkräfte in der gleichen Richtung zu erhalten, und daß während der Verzögerung die Rotorblatt-Ein­ stellwinkelverstellung eines jeden Hilfsrotors so gewählt wird, daß Schubkräfte in etwa entgegengesetzten Richtungen erhalten werden. Vorzugsweise ist ein Paar von Hilfsrotoren in Tandembauweise vorgesehen.

Obgleich die Erfindung auf Hubschrauber anderer Ausgestal­ tung, z. B. solche mit zwei oder mehr Rotoren aufweisenden Hauptrotorsystem, z. B. Tandemsysteme und koaxiale Rotorsy­ steme, anwendbar ist, ist sie besonders vorteilhaft für Hubschrauber mit einem einzigen Hauptrotor und einem Gegenmo­ tor-Hilfsrotor, z. B. einem Heckrotor. Wird die Erfindung bei einem solchen Hubschrauber angewendet, sind zwei Hilfsro­ toren in der Nähe des Endes eines sich nach hinten erstrec­ kenden konusförmigen Heckauslegers angeordnet. Zweckmäßigerweise werden die Hilfsrotoren seitlich jeweils auf einer Seite des Heckauslegers aufgenommen und sind so ausgelegt, daß die Schubkräfte Seitenschubkräfte in einer Gierrichtung darstellen, so daß sie bei normalem Betrieb als Gegenmoment-Heckrotor arbeiten. Die Richtung der entgegengesetzten Schubkräfte kann gewöhnlich von jedem Hilfsrotor aus nach innen verlaufen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Hubschrau­ ber einen Rotorblatt-Einstellwinkelverstellmechanismus auf, der selbsttätig beim Einsetzen des Nullmomentes auf den einzigen Hauptrotor durch elektrische Signale aus einem Rotordrehzahlregler und einem Gierkurs-Steuermechanismus zur Einstellung der Einstellwinkelverstellung der Hilfsrotoren in unterschiedlicher Weise betätigt wird, damit eine nutzbare seitliche Schubkraft in einer gewünschten Gierrichtung erzielt wird, um den Hubschrauber auf einem gewünschten Kurs zu halten.

Der Gierkurs-Steuermechanismus kann durch Seitensteuerpedale gesteuert werden, die eine Transmission aufweisen, um den Gierbedarf in Abhängigkeit von der tatsächlichen kollektiven Einstellwinkelverstellung der Heckrotoren zu verändern; die Transmission wird dabei selbsttätig durch ein elektri­ sches Signal in Phase gebracht, das von dem Gierkurs-Steuer­ mechanismus in Abhängigkeit von einem Bezugssignal aus dem Rotorblatt-Einstellwinkelverstellmechanismus erzeugt wird.

Vorzugsweise ist eine von Hand betätigbare Sperrvorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe der Rotorblatt-Einstellwinkelver­ stellmechanismus so isoliert werden kann, daß ein differen­ tieller Einstellwinkel, der während bestimmter Betriebsphasen eingeführt wird, verhindert wird.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Hubschrauber mit einem Rumpf vorgeschlagen, der einen sich nach hinten erstreckenden Heckausleger, einen über dem Rumpf angeordneten und um eine etwa vertikale Achse drehbaren Hauptrotor, eine Heckrotoranordnung, die in der Nähe eines hinteren Endes des Heckauslegers vorgesehen ist und aus zwei Heckrotoren besteht, von denen jeweils einer auf jeder Seite des Heckauslegers befestigt ist, sowie ein Steuersystem aufweist, das so ausgelegt ist, daß es während der Verzöge­ rung des Hubschraubers die Einstellwinkelverstellung beider Heckrotoren so einstellt, daß die Heckrotoren entspre­ chend seitliche Schubkräfte in etwa entgegengesetzten Richtungen erzeugen.

Vorzugsweise weist das Steuersystem einen Rotorblatt-Ein­ stellwinkelverstellmechanismus auf, der so ausgelegt ist, daß die Einstellwinkelverstellung der beiden Heckrotoren differentiell gesteuert werden kann, damit unterschiedliche seitliche Schubkräfte in etwa entgegengesetzten Richtungen erzeugt werden, die einen veränderlichen, nutzbaren Seiten­ schub in einer gewünschten seitlichen Richtung ergeben.

Während der Verzögerung arbeitet ein Hubschrauber mit einem einzigen Hauptrotor in einem Autorotationszustand, bei dem der Rotor von einem entgegengesetzten Luftstrom durch die Hauptrotorscheibe in Drehung versetzt wird. Die Autorotation wird auch bei Hubschrauberbetrieb verwendet, um ein sicheres Landen des Hubschraubers zu gewährleisten, wenn ein Antriebs­ fehler auftritt; der Autorotationszustand ist jedoch auch während des Verzögerungsbetriebes gegeben, auf den sich die Erfindung insbesondere bezieht.

In Verbindung mit der Verbesserung der Verzögerungseigen­ schaften eines mit hoher Geschwindigkeit fliegenden Hub­ schraubers mit einem einzigen Hauptrotor wurde erkannt, daß es erforderlich wäre, die erreichbare Hochziehstellung zu vergrößern, ohne die Rotordrehzahl entsprechend zu erhöhen. Bei diesem Autorotationszustand wird die Leistung zur Aufrechterhaltung der Drehung des Hauptrotors von einem entgegengesetzten Luftstrom durch die Rotorscheibe aufge­ bracht, und es wird ein Zusatzgetriebe normalerweise von dem Hauptrotor angetrieben, um die Steuerung des Hubschraubers aufrechtzuerhalten. Dabei wurde festgestellt, daß dann, wenn der Hauptrotor so ausgelegt werden kann, daß er in diesem Zustand eine höhere Leistung abgibt, mehr Energie von dem Hauptrotor absorbiert werden kann, bevor die Rotorüber­ drehzahl auftritt, und daß ein höherer, entgegengesetzter Luftstrom toleriert werden kann, wodurch die erreichbare Hochziehstellung und infolgedessen die Beschleunigungskraft, die von dem Hauptrotor aufgegeben wird, erhöht werden kann.

Beim Normalflug erzeugt ein Drehmoment, das über eine Antriebsquelle einem Hauptrotor eines Hubschraubers aufgege­ ben wird, ein Schwenkmoment, das versucht, einen Rumpf um die Hauptrotordrehachse zu drehen, und dem wird durch eine seitliche Schubkraft aus einem Heckrotor entgegengewirkt.

Im Autorotationszustand wird der Hauptrotor von einem umgekehrten Luftstrom angetrieben und ergibt seinerseits die Kraft zum Antrieb des Zusatzgetriebes. Dies ergibt ein verhältnismäßig kleines Schwenkmoment auf den Rumpf, welchem durch einen kleinen Restseitenschub aus dem Heckrotor entgegengewirkt wird.

Da der Verzögerungsvorgang den Hubschrauber in einen Autoro­ tationszustand bringt, wird der Heckrotor normalerweise während dieses Manövers in Segelstellung gebracht, so daß nur der geringe Restseitenschub erhalten wird, der erforderlich ist, um die von dem Hauptrotor erzeugte Drehmomentreaktion zu kompensieren.

Es wurden verschiedene Heckrotorausgestaltungen mit dem Ziel geprüft, die normale Giersteuerung eines Hubschraubers zu verbessern und eine fortgesetzte Steuerung im Falle eines Heckrotorausfalls zu erzielen; hierbei spielte die Betrachtung einer Doppelheckrotorausgestaltung eine Rolle, die aus zwei Heckrotoren besteht, welche auf Leitflächen oder Auslegern seitlich vom Schwanzkonus befestigt waren. Dabei wurde die Möglichkeit berücksichtigt, das Konzept des Doppelheckrotors als Mittel zum Absorbieren von Kraft aus dem Hauptrotor während des beim Verzögerungsvorgang auftre­ tenden Autorotationszustandes auszunutzen, indem argumentiert wurde, daß dann, wenn die beiden Doppelheckrotoren so ausgelegt werden, daß sie einen hohen Schub in entgegengesetzten Richtungen ergeben, während der gewünschte kleine nutzbare Seitenschub beibehalten wurde, dadurch eine wesentliche zusätzliche Kraft aus dem Hauptrotor entnommen werden kann und so eine höhere Hochziehstellung vor dem Auftreten der Rotorüberdrehzahl erzielt wird.

Entsprechende Berechnungen zeigten, daß für einen bestimmten Hub­ schrauber mit einem einzigen Hauptrotor die Verwendung eines Doppelheckrotors, der einen entgegengesetzten Schub ergibt, den Halteabstand dieses Hubschraubers bis zu einem Drittel ver­ ringert. Dies stellt einen entscheidenden Fortschritt für die Erzielung der gewünschten Verzögerungsstrecke dar und ist eine außer­ ordentlich günstige Lösung, da sie in einem einzigen Mechanismus kombiniert werden kann, der weitere Vorteile ergibt, z. B. die ver­ besserte Giersteuerung und die Beherrschung des Heckrotoraus­ falls der Doppelheckrotorausgestaltung.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Hubschraubers nach einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht des Hubschraubers nach Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A,

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht der Schwanzrotoranordnung des Hubschraubers nach den Fig. 1 und 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine Darstellung eines Steuersystems nach der Erfindung zur Steuerung der Schwanzrotoranordnung, und

Fig. 5-7 graphische Darstellungen, die auf berechneten Werten ver­ schiedener Parameter basieren, welche einen Vergleich zwi­ schen einem Hubschrauber mit und ohne die erfindungsgemäße Einrichtung ergeben.

Nach den Fig. 1-3 weist ein Hubschrauber einen Rumpf 10 mit einem sich nach rückwärts erstreckenden konusförmigen Heckausleger 11 auf. Ein einziger Hauptrotor 17 ist am Rumpf 10 befestigt, und eine Heckrotoranordnung 12 ist in der Nähe eines hinteren Endes des Heckauslegers 11 vorgesehen. Die Heckrotoranordnung 12 besteht aus zwei Heckrotoren 13, die an den Enden von seitlich verlaufenden Leitflächen 14 ange­ ordnet sind; bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Leitflächen 14 vom Ausleger 11 in einem Winkel von etwa 20° nach oben und außen. Jeder Heckrotor 13 ist in einer Ebene senkrecht zu seiner entsprechenden Leitfläche 14 drehbar be­ festigt.

Ein oder mehrere Motoren und ein Getriebesystem (nicht dargestellt) sind zum Antrieb des Hauptrotors 17 und der beiden Heckro­ toren 13 über entsprechende Antriebswellen und Vorgelege vorgesehen.

Die Rotorblätter eines jeden Heckrotors 13 sind kollektiv im Einstellwinkel vorstellbar und ergeben einen seitlichen Schub in einer der beiden Richtungen senkrecht zu ihrer Rotationsebene; der Hub­ schrauber besitzt ein Steuersystem zur Verstellung des Einstell­ winkels eines jeden einzelnen Heckrotors 13, damit entweder seit­ liche Schubkräfte in gleicher Richtung oder sich ändernde Werte für seitliche Schubkräfte in entgegengesetzten Richtungen erzielt werden.

Ein Steuersystem zur Steuerung einer gleichförmigen Verstellung der Heckrotoren 13, d. h. während eines Normalfluges, bei wel­ chem die Heckrotoren 13 in herkömmlicher Weise zur Erzielung einer Giersteuerung verwendet werden, ist nicht selbst Gegenstand vorliegender Erfindung und wird deshalb nachstehend nicht im ein­ zelnen erläutert. Es werden jedoch bestimmte Merkmale des Steuer­ systems nachstehend be­ schrieben, soweit sie funktionell Einfluß auf die herkömmlichen Steuervorgänge haben. Eine derartige Einrichtung weist einen Rotor­ drehzahlregler, einen Gierkurssteuermechanismus und Seitensteuer­ pedale auf.

Nach Fig. 4 sind ein oder mehrere Motoren 15 so angeordnet und ausgelegt, daß sie das gewünschte Drehmoment über Antriebswellen und eine Transmission 16 zum Antrieb des Hauptrotors 17, und über weitere Wellen und Transmission 18 und einen Rotorblatt-Einstellwinkel-Verstellmechanismus 19 für einen Heckrotor zum Antrieb der Heckrotoranordnung 12 einführen.

Elektrische Signale 25, die ein Maß für das tatsächliche Dreh­ moment darstellen, das dem Hauptrotor 17 aufgegeben wird, werden an einen Rotordrehzahlregler 20 und an ein Fehleranzeigesystem 21 übertragen, und ein Signal 26, das von dem Rotordrehzahlregler 20 erzeugt wird und das einen Drehmomentbedarf darstellt, wird auf den Motor 15 übertragen. Der Rotordrehzahlregler 20 und das Fehler­ anzeigesystem 21 nehmen ferner Signale 27 auf, die der Drehzahl des Hauptmotors 17 entsprechen.

Während einer bestimmten Betriebsphase, die nachstehend beschrie­ ben wird, erzeugt der Rotordrehzahlregler 20 ein Bedarfssignal 28, das auf den Heckrotor-Einstellwinkel-Verstellmechanismus 19 übertragen wird, welcher die Steigungsverstellung der beiden Heck­ rotoren 13 einstellt, damit seitliche Schubkräfte in entgegengesetz­ ten Richtungen erzielt werden. Signale 29, die der aufgegebenen Einstellwinkelverstellung entsprechen, werden von dem Mechanismus 19 auf den Rotordrehzahlregler 20, das Fehleranzeigesystem 21 und auf einen Gierkurssteuermechanismus 22 übertragen.

Der Gierkurssteuermechanismus 22 nimmt Gierbedarfssignale 30 aus Seitensteuerpedalen 23 auf und erzeugt ein Signal 31, das auf der aufgegebenen Einstellwinkelverstellung der Heckrotoranordnung 12 basiert, damit eine den Seitensteuerpedalen 23 zugeordnete Trans­ mission in geeigneter Weise eingestellt wird. Ein Gierbedarfsignal 32, das einer Gierrate und Beschleunigung entspricht, wird durch den Gier­ kurssteuermechanismus 22 erzeugt und wird auf das Fehleranzeigesystem 21 und den Heck-Einstellwinkel-Verstellmechanismus 19 übertragen.

Eine von Hand betätigbare Sperrvorrichtung 24 ist elektrisch mit dem Heckrotor-Einstellwinkel-Verstellmechanismus 19 ver­ bunden, dessen Zweck nachstehend erläutert wird.

Wenn es erforderlich ist, den beschriebenen Hubschrauber so rasch wie möglich aus seinem Vorwärtsflug mit hoher Geschwindigkeit anzuhalten, drosselt der Pilot die Antriebskraft, die von dem Motor 15 zugeführt wird, und betätigt eine zyklische Einstellwinkel- Steuerung für den Hauptrotor 17, um den Hubschrauber in eine Hoch­ ziehstellung zu drehen. Damit wird die Drehzahl des Hauptrotors 17 aufgrund des umgekehrten Luftstromes durch die Rotorscheibe erhöht; der Rotordrehzahlregler 20 stellt dies fest und bewirkt, daß er die Leistungsabgabe des Motors 15 weiter verringert, bis das dem Hauptrotor 17 zuge­ führte Drehmoment sich dem Wert Null nähert. Diese Phase des Ver­ zögerungsvorganges ist herkömmlich; wie weiter oben erläutert, begrenzt bei Hubschraubern mit einem einzelnen Tragrotor und Gegen­ momentrotoren und einem herkömmlichen Steuersystem die Position, an der das Nulldrehmoment dem Hauptrotor 17 aus dem Motor 15 auf­ gegeben wird, die erreichbare Hochziehstellung und damit die Ver­ zögerungskraft, die dem Hubschrauber aufgegeben werden kann. Dies wiederum bestimmt den erforderlichen Halteabstand des jeweiligen Hubschraubers aus dem Vorwärtflug mit hoher Geschwindigkeit.

Der Hubschrauber befindet sich nunmehr in einem Autorotationszu­ stand, bei welchem der Hauptrotor 17 von einem umgekehrten Luftstrom durch die Rotorscheibe aufgrund der Vorwärtsfluggeschwindigkeit des Hubschraubers angetrieben wird, und die Heckrotoranordnung 12 wird von dem Hauptrotor 17 angetrieben.

Bei dem der Erfindung zugrundeliegenden Hubschrauber wird der Einsatz des Nullmomentes auf den Hauptrotor 17 von dem Rotordrehzahl­ regler 20 festgestellt, der ein elektrisches Signal 28 erzeugt. Dieses Signal 28 wird auf den Heckrotor-Einstellwinkel-Ver­ stellmechanismus 19 übertragen, der die kollektive Einstellwinkelver­ stellung der einzelnen Heckrotoren 13 einstellt, damit seit­ liche Schubkräfte in entgegengesetzten Richtungen von den Heckro­ toren 13 etwa nach innen gerichtet erzielt werden. Das Gierbedarfs­ signal 32 wird in den Mechanismus 19 eingeführt und ergibt, daß eine gewünschte Differenz den entsprechenden Einstellwinkelverstellungen der Heckrotoren 13 aufgegeben wird, so daß ein kleiner nutzbarer seitlicher Schub in einer gewünschten Gierrichtung aufrechterhal­ ten wird, um die vorerwähnte Hauptrotordrehmomentreaktion zu kompensieren und um den Hubschrauber auf einem gewünschten Kurs zu halten. Die Anordnung nach der Erfindung, die ermög­ licht, daß dieser kleine nutzbare seitliche Schub mit einer ver­ hältnismäßig hohen kollektiven Einstellwinkelverstellung eines jeden Heckrotors 13 ermöglicht wird, be­ deutet, daß die Heckrotoranordnung 12 erhebliche Leistung von dem Hauptrotor 17 absorbiert, während der Hubschrauber den Auto­ rotationszustand während des Verzögerungsvorganges einnimmt.

Dies wiederum führt dazu, daß die Drehzahl des Haupt­ rotors 17 verringert wird, die durch eine Erhöhung der Hochzieh­ stellung auf einem gewünschten Wert gehalten wird, wodurch der umgekehrte Luftdurchfluß durch die Rotorscheibe vergrößert wird.

Die Einstellwinkel-Verstellung der Heckrotoren 13 wird fortlaufend differentiell auf ein vorgewähltes Maximum erhöht, bei welchem die Heckrotoranordnung 12 hohe Leistung aus dem Hauptrotor 17 absorbiert, während die erforderliche Giersteuerung aufrechter­ halten wird, so daß die maximal erzielbare Hochziehstellung des Hubschraubers und damit die maximale Verzögerungskraft aufge­ baut wird.

Um das Manöver bei abnehmender Vorwärtsgeschwindigkeit des Hub­ schraubers zu beenden, drosselt der Pilot die zyklische Einstellwinkel­ verstellung des Hauptrotors 17, um die Hochziehstellung zu begrenzen. Die Tendenz, daß die Drehzahl des Hauptrotors 17 ab­ nimmt, wird durch den Rotordrehzahlregler 20 festgestellt, der automatisch das Bedarfssignal 28 auf den Heckrotor-Einstellwinkel- Verstellmechanismus 19 einstellt, um die Einstellwinkel-Verstellung der Heckrotoren 13 zu verringern. Gleichzeitig wird das Signal 29, das dem an die Heckrotoren 13 aufgegebenen tatsächlichen Drehmoment entspricht, auf den Rotordrehzahlregler 20 übertragen; wenn dieses Signal 29 sich auf Null reduziert, überträgt der Rotordrehzahlregler 20 ein Bedarfssignal 26 an den Motor 15, um das Drehmoment zum Hauptrotor 17 zu erhöhen und damit die Drehzahl des Hauptrotors 17 auf dem Wert zu halten, der erforderlich ist, da­ mit sichergestellt ist, daß der Hubschrauber weiterhin von Luft getragen wird und in einem Schwebezustand am Ende der Verzöge­ rungsphase, d. h. in einem Normalflugbetrieb, steuerbar ist.

Der Gierkurssteuermechanismus 22 stellt sicher, daß der Hub­ schrauber während des Verzögerungsbetriebes steuerbar und lenk­ bar bleibt. Es ist bekannt, daß dann, wenn ein Heckrotor sich seinem maximalen Schub nähert, Zunahmen des Anstellwinkels weniger effek­ tiv bei der Erzeugung eines Schubes für die Giersteuerung sind. Bei dieser Anordnung, bei der die beiden Heckrotoren 13 während der Verzögerung zur Erzielung eines seitlichen Schubes in entgegengesetzten Richtungen verwendet werden, wenn man sich der maximalen Steigungsgrenze nähert, wird eine Giersteuerung dadurch erzielt, daß einer der Heckrotoren 13 aus dem überzogenen Zustand herausbewegt wird, damit ein nutzbarer seitlicher Schub zur Steuerung des Hub­ schraubers in Gierung erzielt wird, d. h., daß dann, wenn den Heckrotoren 13 voller Einstellwinkel aufgegeben wird, Gieranforderun­ gen, die über das Signal 32 aufgegeben werden, nur jeweils auf einen der Heckrotoren 13 gleichzeitig wirken. Der Mechanismus 22 weist eine logische Schaltung auf, die bestimmt, welcher der beiden Rotoren 13 abhängig von dem Gierbedarf, der durch den Pi­ loten an den Seitensteuerpedalen 23 eingeleitet wird, verstellt wird.

Aufgrund des verringerten Schubgradienten, der dem maximalen Schub der Heckrotoren 13 nahekommt, ist den Seitensteuerpedalen 23 eine Transmission zugeordnet, um die tatsächliche Einstellwinkelver­ stellung der beiden Heckrotoren 13 automatisch zu kompensieren. Die Transmission hat ein Verhältnis von mindestens von 4 : 1 und wird automatisch durch das Signal 31 von dem Gierkurssteuermechanis­ mus 22 in Phase gebracht, der seinerseits durch ein Bezugssignal aus dem Heckrotor-Einstellwinkel-Verstellmechanismus 19 eingeleitet wird.

Bei Normalflug kann der Ausfall eines der beiden Heckrotoren 13 aufgrund der hohen Schubleistung der individuellen Heck­ rotoren 13 in Kauf genommen werden. Wenn ein solcher Ausfall je­ doch während des Verzögerungsbetriebs auftritt, kann ein hoher Giereingang auftreten, der von einer Tendenz des Hauptrotors 17 zur Überdrehzahl begleitet ist. In einem solchen Fall arbeitet das Fehleranzeigesystem 21 so, daß ein Abhilfevorgang eingeleitet wird, um die Sicherheit des Hubschraubers zu gewährleisten. Das System 21 überwacht das Motordrehmoment und die Drehzahl des Haupt­ rotors und nimmt Eingangssignale 32 und 29 auf, die die Gierrate und die Beschleunigung sowie eine tatsächliche Einstellwinkelverstel­ lung der Heckrotoranordnung 12 darstellen.

Die von Hand betätigbare Sperrvorrichtung 24 dient dazu, den Heckrotor-Einstellwinkel-Verstellmechanismus 19 über ein Signal 33 zu isolieren, und wird während des normalen Auto­ rotations-Niederganges verwendet, das heißt, im Falle eines voll­ ständigen Leistungsausfalles, um zu verhindern, daß entgegenge­ setzte Schubkräfte den Heckrotoren 13 aufgrund der Verringe­ rung des dem Hauptrotor 17 zugeführten Drehmomentes bis auf Null aufgegeben werden. Dies ist ein notwendiger Sicherheitsfaktor, da bei einem Autorotations-Niedergang die gesamte zur Verfügung stehende Kraft, die durch umgekehrten Luftstrom erzeugt wird, der den Hauptrotor 17 beim Niedergehen des Hubschraubers in Drehung ver­ setzt, die Sinkgeschwindigkeit steuern und sicherstellen muß, daß die Trägheit im Hauptrotor 17 ausreichend groß ist, um das Sinken des Hubschraubers aufzuhalten, wenn er sich der Landefläche nähert, um eine einwandfreie Landung sicherzustellen.

Die Einflüsse der automatischen Kraftabsorption der Doppel­ heckrotoranordnung 12 sind in den Fig. 5 bis 7 dargestellt, die sich aus Berechnungen auf der Grundlage eines einen einzigen Hauptrotor aufweisenden Hubschraubers von etwa 12 t Gesamtgewicht unter der Aufnahme ergeben, daß die absor­ bierte Kraft (P _out ) durch die beiden Heckrotoren 13 konstant etwa 1000 PS beträgt. Jede der graphischen Darstellungen zeigt zwei Kurven auf der Basis eines ähnlichen Hubschraubers, und zwar eine Bezugskurve A, die Ergebnisse auf der Basis des Hubschraubers mit einem herkömmlichen einzigen Heckrotor und einem Steuersy­ stem darstellt, und eine Kurve B, die Resultate auf der Basis eines Hubschraubers gemäß der Ausführungsform nach der Erfindung darstellt.

In Fig. 5 ist die erreichbare Autorotationsstellung (γ) gegen die Vorwärts-Horizontalfluggeschwindigkeit aufgetragen. Die erzielbare Stellung nimmt rasch bei Geschwindigkeiten unterhalb etwa 120 Fuß/ sec zu, und dies ist dadurch bedingt, daß die Rotordurchflußkomponente nicht in der Lage ist, die Leistungsverluste des Rotors zu über­ winden, während der Hubschrauber im Horizontalflug gehalten wird. Die wesentliche Eigenschaft in bezug auf vorliegende Erfindung ist die erhebliche Zunahme der oberhalb dieser Geschwindigkeit erziel­ baren Autorotationsstellungen.

In Fig. 6 ist die Verzögerung (g) in Abhängigkeit von der Vorwärts­ geschwindigkeit aufgetragen und enthält einen Ausdruck für den para­ sitären Widerstand des Rumpfes. Auch hier ist die entscheidende Eigenschaft die Zunahme der Verzögerung (angezeigt durch die Kurve B), die mit dem Hubschrauber nach der Erfindung erzielbar ist.

Fig. 7 zeigt die Halteabstände für die beiden hier in Betracht gezogenen Hubschrauber, und wird aus Fig. 6 abgeleitet. Ein Halteab­ stand (in Metern) ist gegen die Vorwärtsgeschwindigkeit aufgetragen, und es wird angenommen, daß dann, wenn der Hubschrauber sich mit der Nase nach oben gedreht hat, so daß die Stellung der Rotor­ scheibe 30° erreicht, Leistung zum Hauptrotor wieder aufgenommen wird, um diese Stellung aufrechtzuerhalten. Bei geringer Vorwärtsflug­ geschwindigkeit hat der Einbau der erfindungsgemäßen Anordnung in den Hubschrauber nur einen geringen Einfluß auf den gesamten Halte­ abstand, und dies ist dadurch bedingt, daß höhere Hochziehstellun­ gen zweckmäßigerweise bei niedrigen Vorwärtsgeschwindigkeiten er­ zielbar sind. Wenn jedoch der Fall einer hohen Vorwärtsgeschwindig­ keit von 75 m/sec betrachtet wird, ergibt sich daraus, daß der Hubschrauber ohne die erfindungsgemäße Anordnung (Kurve A) einen Halteabstand von etwa 1200 m benötigt, während der Hubschrauber nach der Erfindung (Kurve B) einen Halteabstand von etwa 800 m benötigt, d. h. eine Verringerung des Halteabstandes von etwa 33%. Dies wird dadurch erreicht, daß Lei­ stung von dem Hauptrotor 17 während des Verzögerungsvorganges absorbiert wird. Die Verwendung eines Doppelheckrotors als Leistungsabsorptionsvorrichtung ergibt die zusätzlichen Vorteile eines verbesserten Gieransprechens während des Normalfluges und einer verbesserten Chance, die Flugeigenschaften beizubehalten, wenn ein Heckrotor ausfällt.

Während die Erfindung insbesondere in Verbindung mit einem Hub­ schrauber mit einem einzigen Hauptrotor und einem Ausgleichs­ heckrotor beschrieben worden ist, kann der Einbau einer selektiv betätigbaren Leistungsabsorptionsvorrichtung zur Leistungsabsorp­ tion aus einem Tragrotorsystem nach der Erfindung auch den Halte­ abstand anderer Ausgestaltungen von Hubschraubern verringern, z. B. Hubschraubern mit Zwillingsrotoren oder koaxialen Tragrotoren, in­ dem eine höhere Hochziehstellung während der Verzögerung erzielt werden kann. Da Gegenmomentrotoren normalerweise bei solchen Aus­ gestaltungen nicht erforderlich sind, können ein oder mehrere Paare von Rotoren, die eine Leistungsabsorptionsvorrichtung dar­ stellen, bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung als Hilfsrotoren verwendet und so ausgelegt werden, daß sie andere Funktionen ergeben, z. B. Hub, Steuerung oder Antrieb während eines normalen Betriebes, während die Fähigkeit bei einer Beschleunigung Schubkräfte in etwa entgegengesetzten Richtungen zu erzielen, beibe­ halten werden, wodurch eine hohe Leistungsabsorption kombiniert wird mit einem fehlenden nutzbaren Schubeingang.

Die Leistungsabsorptionseigenschaften der beiden Heckrotoren 13 nach einer Ausführungsform der Erfindung können durch Detail­ konstruktionsmerkmale der verwendeten Rotorblätter verbessert werden. So erhöht eine vergrößerte Blattsehnendimension sowohl den Rotorschub als auch den Profilwiderstand, wodurch eine er­ höhte Leistungsabsorption erzielt wird. Es können Flügelabschnitte verwendet werden, die einen raschen Widerstandsanstieg über einen bestimmten Anstellwinkel oder eine Machzahl ergeben, und die Rotoren können in einen hohen Widerstandsbereich angetrieben werden, wenn eine Leistungsabsorption erforderlich ist. Eine Verringerung der Rotorscheibenfläche würde die Kraft erhöhen, die erforderlich ist, um einen gegebenen Schub zu erzeugen, und würde zu einer kompakteren Ausgestaltung führen, und eine Rotor­ blattverdrehung könnte so gewählt werden, um einen vorzeitigen Strömungsabriß an den Flügelspitzen oder das fortschreitende Ausbreiten des Abrisses zur Erzielung einfach steuerbarer Lei­ stungsabsorptionseigenschaften zu beschleunigen.

Es können andere als die beschriebenen Leistungsabsorptions­ vorrichtungen zum Absorbieren von Leistung aus dem Hauptrotor ver­ wendet werden, und bei einer Doppelheckrotorausgestaltung kann eine Grenzschichtsteuerung der Heckrotorblätter verwendet wer­ den, um die entgegenwirkenden Schubkräfte zu erzielen. Die dem Gierbedarfsmechanismus zugeordnete Transmission kann entweder mechanisch oder elektrisch betätigt werden.

Claims (8)

1. Hubschrauber mit einem Hauptrotor und mindestens einem Paar von Hilfsrotoren, die mit dem Hauptrotor antriebsmäßig verbunden sind und deren Schubkräfte mit einem auf die Rotorblatt-Ein­ stellwinkelverstellung der Hilfsrotoren wirkenden Steuer­ system einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Rotorblatt-Einstellwinkelverstellung der Hilfsrotoren (13) derart erfolgt, daß die Schubkräfte der Hilfsrotoren (13) bei Zunahme des Hauptrotor-Antriebsmo­ tors gleichgerichtet sind und daß die Schubkräfte der Hilfsrotoren (13) bei Abnahme des Hauptrotor-Antriebsmoments etwa entgegengesetzt nach innen gerichtet sind.

2. Hubschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Hilfsrotoren (13) in der Nähe des Endes eines sich nach hinten erstreckenden konusförmigen Heckauslegers (11) angeord­ net sind.

3. Hubschrauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Hilfsrotor (13) des Paares von Hilfsrotoren seitlich an jeder Seite des Heckauslegers (11) aufgenommen und so ausgelegt ist, daß die Steuerschubkräfte Seiten­ schubkräfte in einer Gierrichtung aufweisen.

4. Hubschrauber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der entgegengesetzten Schubkräfte, die während der Verzögerungsphase wirksam sind, von jedem Hilfsrotor (13) nach innen verläuft.

5. Hubschrauber nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Gierungs/Steuerkurs-Steuermechanismus (22) und einen Rotorblatt-Einstellwinkelmechanismus (19) der Hilfsroto­ ren (13) der bei Beginn des Nulldrehmomentes auf den Hauptro­ tor durch elektrische Signale aus einem Rotordrehzahlreg­ ler (20) gesteuert wird, um die Einstellwinkelverstellung der Hilfsrotoren (13) differentiell zu verändern, damit eine nutzbare seitliche Schubkraft in einer gewünschten Gier-Richtung erzielt wird.

6. Hubschrauber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gierkurs-Steuermechanismus durch Seitenrudersteuerpe­ dale (23) steuerbar ist, die einen Getriebemechanismus aufweisen, der die Gierung abhängig von der tatsächlichen, kollektiven Einstellwinkelverstellung der Hilfsrotoren (13) verändert.

7. Hubschrauber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe selbsttätig durch ein elektrisches Signal in Phase gehalten wird, das durch den Gierungs/Steuerkurs- Steuermechanismus (22) in Abhängigkeit von einem Bezugs­ signal aus dem Rotorblatt-Einstellwinkelverstellmechanis­ mus (19) der Hilfsrotoren erzeugt wird.

8. Hubschrauber nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine von Hand betätigbare Sperrvor­ richtung (24) vorgesehen ist, die den Rotorblatt-Einstell­ winkelverstellmechanismus (19) selektiv abschaltet.