DE354199C - Selbsttaetige Stabilisierungsvorrichtung mit vor den Tragflaechen angeordneter Stabilisierungsflaeche - Google Patents

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine selbsttätige Stabilisierungsvorrichtung für Flugzeuge des sogenannten. Ententyps, d. h. für solche Flugzeuge, bei denen das Höhen-Steuer nicht, wie gewöhnlich, am hinteren Ende des Flugzeugrumpfes,, sondern in einem ziemlich weit nach vorn ausladenden Gerüst vor den Tragflächen gelagert ist, um eine leichtere Steuerung des Flugzeuges sowie namentlich eine sichere gefahrlose Landung zu ermöglichen.

Es ist bereits bekannt, bei derartigen Steuervorrichtungen diese vordere Steueroder Stabilisierungsfläche auf einer hinter und unterhalb ihres Druckmittelpunktes liegenden Achse schwingbar zu lagern und unter die dauernde Wirkung einer Feder zu stellen, '■ welche einer Hebung der Steuerfläche ent- j gegenwirkt. Die auf die untere Fläche des ; Steuers auftreffende Luft wird hierbei stets das Bestreben haben, das Steuer vorn anzuheben, und zwar wird der Hub um so größer ι sein, je mehr die Flugrichtung von der Wage- | rechten nach unten abweicht, da zu dem Vor- j trieb des Flugzeuges alsdann auch noch eine i Beschleunigung durch die Wirkung der Schwerkraft hinzutritt, welche dementsprechend auch eine weitere Erhöhung der ^! durch den Luftwiderstand bewirkten Rück- j

wirkung zur Folge hat. [

Gegenüber Stabilisierungsvorrichtungen ! dieser Bauart zeichnet sich der Erfindungsgegenstand in erster Linie dadurch aus, daß er auf einer vor und unterhalb seines Druckmittelpunktes liegenden Achse schwingbar gelagert ist, während eine dem Druck entgegenwirkende Feder das Gleichgewicht des Stabilisators regelt. Der Zweck dieser Anordnung ist der, die Stabilisierungsfläche derart selbsttätig verstellbar zu machen, daß sich mit zunehmendem Luftdruck, d. h. mit wachsender Windstärke oder Flugzeuggeschwindigkeit der Anstellwinkel der Fläche und damit auch die Hubwirkung des Luftwiderstandes immer mehr verringert.

Abgesehen von diesem allgemeinen Zweck soll durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung insbesondere die Aufgabe gelöst werden, einen stets gleichwertigen Auftrieb zu erzielen, und zwar dadurch, daß bei zu- i nehmendem Luftwiderstand, d. h. mit wachsen- [ der Flugzeuggeschwindigkeit oder mit ' wachsendem Gegenwind auch der Anstellwinkel in gleichem Verhältnis abnimmt. Um dies zu erreichen, greift gemäß weiterer Erfindung die Feder an der Stabilisierungsfläche nicht unmittelbar, sondern durch Vermittlung eines Hebelsatzes an, welcher die bei zunehmender Dehnung wachsende Widerstandskraft der Feder dadurch ausgleicht, daß sich der Hebelarm, an welchem diese Widerstandskraft angreift, in gleichem Maße verkürzt. Die Widerstandsmomente sind also bei jedem Werte des Luftwiderstandes gleich, woraus sich selbstverständlich auch eine gleichmäßige Verringerung des Anstellwinkels bei wachsendem Luftwiderstand und ein stets gleichbleibender Wert des Auftriebes ergibt. Die Stabilität derartiger Flugzeuge ist also, mit anderen Worten gesagt, auch bei stark wachsendem Luftwiderstand in jedem Augenblick in bisher unerreichtem Maße gesichert.

Durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird schließlich noch die Möglichkeit geschaffen, die Stabilisierungsfläche gleichzeitig auch zur Höhensteuerung benutzen zu können.

Auf der beiliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen

Abb. ι bis 3 schematische Darstellungen der einen Ausführungsform in drei verschiedenen Arbeitslagen,

Abb. 4 die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform,

Abb. S die Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

Abb. 6 die Anordnung des Stabilisators am Flugzeug.

Eine gewöhnliche Stabilisierungsfläche B ist go vor den Tragflächen des Flugzeuges in einem geeigneten Gestell derart angeordnet, daß sie sich um eine vor und oberhalb ihres Druckmittelpunktes liegende Achse O dreht und in ihrer Normalstellung durch die Spannung einer Schraubenfeder m gehalten wird, deren Kraft gleich ist dem Auftrieb, d. h. der senkrechten Komponente P der jeweils vom Winddruck ν auf den Stabilisator E ausgeübten aerodynamischen Rückwirkung. Es ist klar, daß diese ständig bestrebt sein wird, den Wert des von der Stabilisierungsfläche mit der jeweiligen Windrichtung gebildeten Einstellwinkels i herabzusetzen und mithin auch -den

Weft der eigenen Stärke zu vermindern, während umgekehrt die Spannung der Feder m den Wert dieses Einstellwinkels und damit auch denjenigen des Auftriebes ständig zu vergrößern sucht.

Die Stellungen, die die Stabilisierungsfläche E im Laufe des Fluges einnimmt, werden also durch den Einstellwinkel bestimmt, dem jeweils ein Auftrieb P gleich der Gegenspannung der Feder m entspricht. Wenn diese Spannung einen beständigen Wert hat, so wird bei dieser Vorrichtung offenbar jede Änderung der Windstärke oder der Fluggeschwindigkeit auch eine selbsttätige Veränderung des Wertes des Einfallwinkels i herbeiführen, welche den Auftrieb wieder auf seinen normalen Wert zurückführt.

Nun ist aber bei der eben besprochenen Anordnung die Spannung der Feder τη tatsächlich nicht dauernd gleich, da sie sich naturgemäß durch den Hub der Stabilisierungsfläche und durch die hierdurch bewirkte Streckung in immer stärkerem Maße vergrößert. Hieraus folgt auch, daß die durch die veränderte Stellung der Stabilisierungsfläche ausgelösten Rückwirkungen des Luftwiderstandes gerade bei zunehmender Windstärke oder Fluggeschwindigkeit allmählich immer mehr an Stärke einbüßen und damit den Zweck der-Vorrichtung, einen stets gleichwertigen Auftrieb zu sichern, bis zu einem gewissen Grade in Frage stellen. Zur Erzielung eines stets gleichwertigen Auftriebes ist es nun aber erforderlich, daß bei zunehmendem Luftwiderstand, d. h. mit wachsender Flugzeuggeschwindigkeit- oder mit wachsendem Gegenwind, auch der Anstellwinkel in gleichem Verhältnis abnimmt. Dies.wird durch die nachstehend beschriebene und in Abb. 4 dargestellte weitere Ausführungsform der Erfindung erreicht.

Die Feder m wirkt bei dieser Ausführungsform nicht unmittelbar auf die Stabilisierungsfläche E, sondern durch Vermittlung eines um den Punkt 0' schwingenden Hebels I und des senkrechten Spannschlosses t, so daß die Stabilisierungsfläche E, der Hebel I und das Spannschloß t mit dem festen Pfosten u ein veränderliches Viereck bildet, indem der Hebei I um den Drehpunkt 0' herum alle Schwingungen der. Stabilisierungsfläche E um den Punkt O wiedergibt.

Die Feder m greift an dem Hebel I durch das Ende eines mit dem Hebel I fest verbundenen kurzen Hebelarmes b oberhalb des Hebels I in der Nähe des Drehpunktes 0' an. Es ist klar, daß bei dieser Anordnung'der Hebelarm, an welchem die Feder angreift, durch die jeweilige Entfernung zwischen der Federachse und der mit dieser parallelen, durch den Schwingungspunkt 0' gelegten Linie gegeben ist. Die Stufenleiter aller möglichen Veränderungen erstreckt sich für eine Schwingung des Hebels I von etwa 90⁰, begrenzt in χ als Höchstwert, bis zur Stellung y, in welcher die beiden Parallelen zusammenfallen und der Mindestwert gleich 0 erreicht wird. Damit ändert sich selbstverständlich auch das Moment innerhalb dieser Grenzen, obgleich die Veränderungen der Federspannung das ent-

■ gegengesetzte Streben haben.

Während sich die Stufenleiter der Momentänderungen über ungefähr 90⁰ erstreckt, ist es in der Praxis nicht erwünscht, daß die Schwingungen, die die Stabilisierungsfläche E zur Erzielung des erforderlichen Auftriebes oder zum Zwecke der Höhensteuerung ausführen muß, über 20 bis 25 ° hinausgehen, und zwar aus dem Grunde, um die Empfindlichkeit der Vorrichtung möglichst leicht regeln zu können, indem man durch entsprechende Einstellung des Spannschlosses t die normale gleichmäßige Stellung des Hebels I und mithin auch die des Hebelarmes b nach Bedarf ändert.

Selbstverständlich muß nun aber die Stabilisierungsfläche auch als Höhensteuer verwendet werden können. Dies ist bei der eben beschriebenen Ausführungsform nur dadurch möglich, daß der Führer durch einen Zug an dem Seil 2 die Spannung der Feder m und mithin auch den Wert des entsprechenden Einfallswinkels i ändert, was aber in der Praxis bei schwacher Federspannung unter

: Umständen zu Übelständen Anlaß geben könnte. Um diesen Übelständen vorzubeugen, ist bei der in Abb. 5 dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung folgende Änderung getroffen worden, mit dem Ziel, statt der Federspannung den von der Feder beein- ίου flußten Hebelarm durch eine unmittelbare Steuerbewegung des Führers verändern zu können.

Auch bei dieser Ausführungsform ist vor den Tragflächen des Flugzeuges eine Stabilisierungsfläche E mittels einer wagerechten Achse O drehbar in dem Vordergestell des Flugzeuges gelagert. Die Stabilisierungsfläche E steht durch ein senkrechtes Spannschloß f in Verbindung mit einem unterhalb no der Stabilisierungsfläche E gelagerten Hebel I, welcher um Punkt 0' in senkrechter Ebene drehbar ist und an allen Schwingungsbewegungen der Stabilisierungsfläche £ teilnimmt. Gleichlaufend zu dem Hebel I ist über diesem eine Schubstange V angeordnet, welche an ihrem vorderen Ende mit dem Gelenkzapfen 0' des Hebels I durch einen kurzen Arm b verbunden ist, während das hintere Ende dieser Schubstange Y mit dem hinteren Ende des Hebels I durch einen gleichartigen Gelenkarm V verbunden ist. Das Drehgelenk,

welches das vordere Ende der Schubstange V mit dem Gelenkarm b verbindet,, dient gleichzeitig zur Aufhängung der Feder m, welche, wie bei den vorher besprochenen Ausf ührungsformen der Erfindung, die Aufgabe hat, den Winddruck auf die Stabilisierungsfläche E auszugleichen und diese in einer bestimmten normalen Stellung zu halten. Der Gelenkarm V bildet den einen Arm eines um das hintere

ίο Ende des Hebels Z drehbaren knieförmigen Hebels, dessen zweiter Arm an seinem freien Ende mit dem oberen Ende eines Spannschlosses f verbunden ist, das mittels eines gleicharmigen, mittels der Seilzüge ζ drehbaren Schwinghebels B auf und nieder bewegt werden kann.

Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise:

Wird bei zunehmender Windstärke oder

• mit wachsender Fluggeschwindigkeit die Stabilisierungsfläche B durch den Auftrieb P gehoben, so folgt durch Vermittlung des Spannschlosses t auch der Hebel Z dieser Hubbewegung. Da das Hebelparallelogramm Z, Z', b, V infolge seiner Gelenkverbindung an sich zwar veränderlich ist, durch die Steuervorrichtung B, ζ und das Spannschloß t aber trotzdem zu einer starren Einheit verbunden wird, so müssen auch sämtliche Punkte des Parallelogramms dieser Hubbewegung der Stabilisierungsfläche B und des Hebels Z folgen. Hierdurch würde natürlich auch die Feder m gestreckt und ihre Spannung vermehrt werden, was weiterhin zur Folge hätte, daß die Nachgiebigkeit der Stabilisierungsfläche B beschränkt und damit die Auftriebswirkung des Luftdruckes in unzulässiger Weise verstärkt würde. Tatsächlich ist dies nun aber bei der letztbesprochenen Ausführungsform der Erfindung nicht der Fall. Wird nämlich der Hebei Z durch die Stabilisierungsfläche B angehoben, so wird das untere Ende des knieförmigen Hebels h', da es ja durch das Spannschloß t festgehalten wird, nach hinten gezogen, während der obere Arm dieses Kniehebeis ncah vorn asuschwingt und hierbei gleichzeitig die Schubstange V nach vorn verschiebt. Hierdurch nun wird gleichzeitig auch

f der obere Aufhängungspunkt der Gegenfeder m nach vorn verlegt und damit auch die

Länge des zum Angriff der Feder m dienenden Hebelarmes derart verküzt, daß die der Stabilisierung schädliche Wirkung der vergrößerten Federspannung aufgehoben wird.

Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist somit die Erhaltung eines stets gleichwertigen Auftriebes gesichert.

Soll die Stabilisierungsfläche als Höhensteuer benutzt, d. h. zur Ausführung einer Steuerbewegung gehoben oder gesenkt werden, so braucht der Führer lediglich einen entsprechenden Zug auf das eine oder andere der beiden Zugseile ζ auszuüben. Durch die Zugseile wird alsdann der Schwinghebel oder Steuerknüppel B ausgeschwungen, um mittels seines dritten Armes auch das Spannschloß f nach unten oder oben zu verschieben. Diese Verschiebung hat auch eine entsprechende Ausschwingung des knieförmigen Hebels V und eine vor- oder rückgängige Verschiebung der Schubstange Γ zur Folge, durch welche wiederum der obere Aufhängungspunkt der Gegenfeder m verlegt und damit die Länge des wirksamen Hebelarmes verändert wird. Durch die Veränderung des wirksamen Hebelarmes wird aber gleichzeitig auch die Wirkung der Feder m derart verändert, daß als weitere unmittelbare Folge der Hub der Stabilisierungsfläche E je nachdem erleichtert oder aber erschwert wird. Wird der Hub bei sonst gleichen Verhältnissen, d. h. bei gleichbleibender Windstärke oder gleichbleibender Fluggeschwindigkeit erleichtert, so hat dies sofort eine Verringerung des Anstellwinkels und damit des Auftriebes zur Folge, welche ihrerseits eine mehr oder weniger große Fallbewegung des Flugzeuges nach sich zieht, während eine Erschwerung der Hubbewegung eine Vergrößerung des Anstellwinkels und damit auch eine Hubbewegung des Flugzeuges zur Folge haben wird.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Selbsttätige Stabilisierungsvorrichtung mit vor den Tragflächen angeordneter Stabilisierungsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsfläche um eine vor und oberhalb' ihres Druckmittelpunktes liegende Querachse derart schwingbar ist, daß eine dem Druck entgegenwirkende Feder das Gleichgewicht des Stabilisators regelt.

2. Selbsttätige , Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwirkung der Feder («) unter Vermittlung eines Hebelsatzes (l-b-t) erfolgt, welcher während der willkürlichen Steuerung den Wert der Gegenwirkung zu verändern gestattet, indem er den der Gegenwirkung ausgesetzten ideellen Hebelarm verändert während unter u₀ der Wirkung der Schwingungen des von störenden Tätigkeiten beeinflußten Höhensteuers dieser Wert nur sehr wenig oder gar nicht verändert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.