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Flugzeugabstoßbahn mit einem als Energiespeicher dienenden Schwungrad
Die Erfindung bezieht sich auf Flugzeugabstoßbahnen, bei denen das auf einem Startwagen
oder Startschlitten gelagerte Flugzeug auf einer künstlichen Bahn durch ein Seil
vorwärts gezogen und beschleunigt wird, um das Flugzeug schnell und sicher in die
Luft zu bringen. Zum Antrieb des Seiles werden in der Regel gespannte Gase benutzt,
durch welche in einem Zylinder ein Kolben vorgetrieben wird. Solche Einrichtungen
sind in Herstellung und Betrieb umständlich und teuer.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Antrieb durch ein in Drehung
versetztes Schwungrad zu bewirken, welches durch eine Kupplung unmittelbar mit einer
Seiltrommel gekuppelt werden kann, wodurch das Seil auf der Trommel aufgewickelt
wird.
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Die Erfindung bezweckt, eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht,
in einem Schwungrad genügend große Energiemengen aufzuspeichern und derart auf die
zu bewegenden Teile zu übertragen, daß alle für den Abstoß eines Flugzeuges notwendigen
Arbeitsvorgänge in zweckmäßiger, einfacher und zuverlässiger Weise ausgeführt und
geregelt werden.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht. Abb. x zeigt eine Flugzeugabstoßbahn in Seitenansicht, Abb. 2 die
Antriebvorrichtung nebst der Steuerung in schematischer Darstellung, Abb. 3 einen
Beschleunigungsregler, Abb. 4 eine Auslösevorrichtung. Das zum Abflug zu bringende
Flugzeug x ist auf einem Startschlitten 2 bzw. Startwagen gelagert und wird auf
der Bahn 3 mittels des Zugseiles ¢ bis zur Erreichung der erforderlichen Abfluggeschwindigkeit
beschleunigt. Das Seil 4 ist über Umlenkrollen 5, 5' zu einer Seiltrommel 6 geführt
und dort aufgewickelt. Die Seiltrommel 6 wird durch ein Schwungrad 8 angetrieben,
das durch einen Elektromotor g oder eine andere Kraftquelle in sehr schnelle Umdrehung
versetzt werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Schwungrad 8 und der Seiltrommel
6 ein Übersetzungsgetriebe, vorzugsweise ein Planetenradgetriebe zo, 1z, 12, angeordnet,
derart, daß das Schwungrad 8 mit höheren Drehzahlen umläuft als die Seiltrommel
6. Die Drehzahl der Seiltrommel 6 ist durch die erforderliche Geschwindigkeit
des Flugzeuges und somit des Seiles 4 bestimmt. Durch die Anordnung eines Übersetzungsgetriebes
kann das Schwungrad 8 mit einer bedeutend höheren Drehzahl betrieben werden. Da
die im Schwungrad 8 aufgespeicherte Energiemenge sich im Quadrat der Geschwindigkeit
erhöht, kann hierdurch gegenüber bisher bekannten Einrichtungen eine außerordentlich
gesteigerte Energiemenge im Schwungrad aufgespeichert werden. Außerdem können die
Abmessungen und das Gewicht des Schwungrades erheblich verringert werden.
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Für das Übersetzungsgetriebe wird vorteilhaft ein Planetenradgetriebe
gewählt. In der beispielsweisen Ausführungsform gemäß Abb.2
ist
das Schwungrad 8 mit einer Verzahnung li und die Seiltrommel 6 mit einer Verzahnung
12 versehen. In die Verzahnungen il und 12 greifen Planetenräder io ein, die mit
ihren Wellen 13
in einer Planetenradscheibe 15 gelagert sind. Das Schwungrad
8 ist mit der Welle 14, die durch den Motor 9 angetrieben wird, fest verbunden,
während die Planetenradscheibe 15
und die Seiltrommel 6 auf der Welle 14 frei
drehbar sind.
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Das Übersetzungsgetriebe dient ferner zur Schaltung und regelbaren
Kupplung der Kraftübertragung. Zu diesem Zweck ist die Planetenradscheibe
15 mit einer Bremseinrichtung 16 und die Seiltrommel 6 mit einer Bremseinrichtung
17 versehen.
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In der Ruhestellung ist die Seiltrommel 6 durch die Bremse 17 festgehalten,
so daß das Seil 4 und das Flugzeug i sich nicht bewegen können. Vor dem Abstoß eines
Flugzeuges wird, wobei die Bremseinrichtung 16 gelöst ist, das Schwungrad 8 durch
den Motor 9 auf eine sehr hohe Drehzahl gebracht, wobei die Planetenradscheibe 15
sich mit einer geringeren Drehzahl als das Schwungrad 8 dreht.
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Zum Start wird die Bremse 16 mit bestimmter Kraft angezogen, indem
gleichzeitig die Bremse 17 gelöst wird. Hierdurch wird die umlaufende Planetenradscheibe
15 allmählich bis zum Stillstand gebremst. Infolgedessen wird die Drehung des Schwungrades
8 allmählich auf die Seiltrommel 6 übertragen. Beim Stillstand der Planetenradscheibe
15 nach vollständigem Anziehen der Bremse 16 erreicht die Seiltrommel 6 ihre dem
Beschleunigungsvorgang entsprechende Drehzahl, und die volle Zugkraft wird nunmehr
auf das Seil 4 und somit auf das Flugzeug i ausgeübt. Durch die entsprechende Betätigung
der Bremseinrichtung 16 kann also die Beschleunigung der Seiltrommel 6 geregelt
und besonders ein weiches Anfahren erzielt werden.
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Die Betätigung der Bremseinrichtungen 16 und 17 kann in beliebiger
Weise von Hand oder durch ein Übertragungsmittel erfolgen. Beispielsweise können
die Bremseinrichtungen 16, 17 elektromagnetisch betätigt werden, indem elektrische
Ströme von entsprechender Stärke in an sich bekannter Weise eingeschaltet werden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb.2 werden die Bremsen 16, i7 durch
Flüssigkeitsdruck betätigt, indem eine unter Druck stehende Flüssigkeit in Zylinder
24, 25 geleitet wird, in denen Kolben 22, 23 angeordnet sind.
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Das Druckmittel, z. B. Öl, wird beispielsweise durch eine Pumpe 26
und einen Druckregler 27 auf einem bestimmten einstellbaren und von einem Manometer
28 angezeigten Druck gehalten. Zur weiteren Druckregelung der einzelnen Zylinder
24, 25 können in den Zuleitungen einstellbare Drosselventile 48 eingebaut sein,
die mit einer kleinen Öffnung zum Auslassen des Druckmittels aus dem Zylinder versehen
sind.
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Die Steuerung des Druckmittels für die Zylinder 24, 25 der Bremseinrichtungen
16, 17 erfolgt zweckmäßig durch einen Steuerkolben 29, der in einem Zylinder verschiebbar
ist und durch seine verschiedenen Stellungen die für jeden Arbeitsvorgang erforderliche
Schaltung bewirkt.
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Der Steuerkolben 29 steht mit einer selbsttätigen Steuereinrichtung
in Verbindung. Während des Ablaufs des Seiles 4 wird z. B. durch ein Übertragungsglied
49 eine Spindel 39 gedreht und auf ihr eine Mutter 38 derart verschoben, daß jede
Stellung derselben einer bestimmten Stellung des Startschlittens auf der Abstoßbahn
entspricht. Die Mutter 38 ist mit Anschlägen 36, 37 versehen, die gegen entsprechende
Gegenanschläge 30, 31, 32 bei den verschiedenen Stellungen anstoßen. Durch
diese Anschläge in Verbindung mit Federn 33, 34 wird bewirkt, daß der Steuerkolben
29 im gewünschten Zeitpunkt in die rechte bzw. linke Endlage geschoben wird. Der
Steuerkolben 29 ist mittels der Stange 51: und des Anschlages 52 durch einen Haken
35 in der rechten oder linken Endstellung gesichert. Zum Start wird der Handgriff
5o gezogen, ,,wodurch der Haken 35 den Anschlag 52 freigibt und die Stange 51 durch
die Feder 34 nach rechts bewegt wird, so daß die in Abb. 2 dargestellte Lage entsteht.
Nach dem Abflug des Flugzeuges am Ende der Bahn 3 wird durch die Anschläge 37, 32
der Haken 35 abgehoben und die Stange 51 durch die inzwischen mittels der Anschläge
36, 30 gespannte Feder 33 plötzlich nach links geschoben. Der Steuerkolben
29 ist dadurch selbsttätig umgeschaltet, wodurch die Bremse 16 gelöst und die Bremse
17 angezogen wird. Hierdurch ist die Kraftübertragung von dem Schwungrad
8 auf die Seiltrommel 6 unterbrochen, und gleichzeitig wird die Seiltrommel 6 möglichst
schnell gebremst und zum Stillstand gebracht.
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Die Seiltrommel 6 ist in bekannter Weise etwa kegelförmig mit einem
nach dem Ende zu größer werdenden Durchmesser ausgebildet. Die Kurve der Seiltrommel
wird entsprechend der wachsenden Geschwindigkeit des Seiles und der abnehmenden
Drehzahl des Schwungrades 8 in einer solchen Weise gestaltet, daß das Flugzeug über
den ganzen Ablaufweg eine möglichst gleichbleibende Beschleunigung erfährt.
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Zur weiteren Regelung der Beschleunigung des Flugzeuges kann ein selbsttätig
wirkender Beschleunigungsregler vorgesehen werden, der den Anpressungsdruck der
Bremseinrichtung 16 beeinflußt, z. B. auf das Drosselventil 48 einwirkt. Die Einstellung
erfolgt derart, daß die Beschleunigung des Flugzeuges während des Ablaufs annähernd
gleich groß gehalten wird. Der Beschleunigungsregler kann nach Art bekannter
Drehzahlregler
in einer drehbaren Schwungmasse Z8 bestehen, die mittels einer Feder ag durch einen
Arm oder Anschlag 2o von der zu regelnden Welle angetrieben wird. Die Verschiebungen
zwischen dem Arm 2o und der Schwungmasse 18 können durch eine Hülse 21, die durch
die Drehbewegung auf einem Gewinde 2z verschoben wird, in bekannter Weise auf die
Einstellvorrichtung der Bremseinrichtung 16 übertragen werden.
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Zur Prüfung, ob der Beschleunigungsvorgang in der gewünschten Weise
eingestellt ist, wird zweckmäßig eine Meßvorrichtung vorgesehen, durch die der Beschleunigungsvorgang
aufgezeichnet wird. Dies kann beispielsweise durch die entsprechend dem Ablauf des
Flugzeuges sich bewegende Mutter 38 erfolgen, indem ein mit ihr verbundener Schreibstift
45 über eine Schreibtrommel 46 verschoben wird, die durch ein Uhrwerk, eine Feder
oder ein Gewicht oder in sonstiger Weise gedreht wird. Selbstverständlich kann der
Schreibstift 4.5 auch in anderer Weise angetrieben oder mit einem sich bewegenden
Teil verbunden werden. Insbesondere kann auch die Bewegung des Beschleunigungsreglers
gleichzeitig zur Messung oder Aufzeichnung der dem Flugzeug erteilten Beschleunigungen
oder Geschwindigkeiten benutzt werden. .
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Um ein stoßfreies Anfahren des Flugzeuges zu erhalten, erfolgt die
Auslösung des Flugzeugablaufs in Verbindung mit der Kraftübertragung vom Schwungrad
auf die Seiltrommel 6,
derart, daß die Spannung des Seiles allmählich ansteigt.
Die Haltevorrichtung, die den Startschlitten und das Flugzeug in der Anfangsstellung
festhält, wird daher nicht gleichzeitig mit der Einschaltung der Kraftübertragung
gelöst; vielmehr muß eine gewisse kurze Weglänge unter Überwindung einer Gegenkraft
zurückgelegt werden, bis selbsttätig die Haltevorrichtung ausgelöst wird. Eine beispielsweise
Ausführungsform der Auslösevorrichtung ist in Abb. i. dargestellt. Das Flugzeug
bzw. der Startschlitten ist mit einem an ihm befestigten Anschlag q.o durch einen
Hebel 41 gehalten, der durch einen festen, aber einstellbaren Anschlag 4.3 gegen
ein Herumdrehen gesichert ist. Der Hebel 41 kommt erst nach einer Verschiebung um
ein bestimmtes Maß, wobei die Feder 42 gespannt wird, außer Eingriff mit dem Anschlag
4.3, worauf sich der Hebel 41 umlegt und den Anschlag .4o freigibt.
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Nach dem Abflug des Flugzeuges hat der Startschlitten eine sehr große
Geschwindigkeit, die auf einem möglichst kurzen Wege gebremst werden muß, um die
Länge der Abstoßbahn möglichst gering zu halten. Das Bremsen des Startschlittens
2 kann durch besondere Bremsvorrichtungen bewirkt werden, jedoch kann auch vorteilhaft
die Bremseinrichtung 17 der Seiltrommel 6 hierfür benutzt werden. Die Umlenkrollen
5, 5' sind zu diesem Zweck nicht an der äußersten Spitze der Bahn, sondern rückwärts
davon angeordnet. Sobald der Startschlitten 2 die Umlenkrolle 5 überschreitet, übt
das Seil q. keine vortreibende Kraft mehr aus. Das Flugzeug r trennt sich darauf
von dem zurückbleibenden Startschlitten 2 und beginnt den Flug. Der infolge seiner
hohen Geschwindigkeit weiterlaufende Startschlitten 2 übt nunmehr seinerseits eine
Zugkraft auf das Seil q. aus und strebt, es von der Seiltrommel 6 wieder abzuwickeln.
Da die Seiltrommel 6 durch die Bremseinrichtung i7 inzwischen selbsttätig in ihrer
Vorwärtsdrehung gebremst und zur Ruhe gebracht ist, wirkt die Bremse 17 nunmehr
auch gegen eine Rückwärtsdrehung der Trommel 6 und bremst somit auf kurzem Wege
den weiteren Lauf des Startschlittens 2.
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Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß das Zugseil q. an einem
besonderen Seilhalter 44 befestigt ist, der mit dem Startschlitten 2 kraftschlüssig
verbunden ist. Der Startschlitten kann sich dann weiterbewegen und durch eine besondere
Bremse belebiger Art gebremst werden, während der Seilhalter qq. bereits vorher
in der Nähe der Umlenkrolle 5 zur Ruhe kommt und dadurch das ebenfalls in sehr schneller
Bewegung befindliche Seil zum Anhalten bringt. Beim Zurückholen des Startschlittens
2 wird dann der Seilhalter 44 wieder selbsttätig mit dem Startschlitten gekuppelt.
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Um für einen schnell folgenden weiteren Abstoß eines Flugzeuges das
Schwungrad 8 wieder möglichst bald auf die erforderliche Drehzahl bringen zu können,
ist es zweckmäßig, es auch während des Zurückholens des Startschlittens 2 weiter
in Bewegung zu lassen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß beide Bremseinrichtungen
16 und 17 außer Eingriff gehalten werden. Durch einen Elektromagneten 47, dessen
Wicklung mit dem Stromkreis des den Rücklauf bewirkenden Elektromotors verbunden
sein kann, wird die entsprechende Schaltung des Steuerkolbens 29 und somit der Bremsen
16 und 17 selbsttätig herbeigeführt und gesichert.
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Zur Anpassung der im Schwungrad aufgespeicherten Energie an Flugzeuge
von sehr verschiedenem Gewicht kann, sofern die Erhöhung der Drehzahl des Schwungrades
8 nicht ausreichen sollte, ein Hilfsschwungrad 8' zugeschaltet werden. Auch kann
der Energieinhalt des Schwungrades durch Verschiebung von Gewichten in radialer
Richtung vergrößert werden. Ferner kann zu dem gleichen Zweck der Antriebmotor g
des Schwungrades 8 während des Beschleunigungsvorganges mit dem Schwungrad 8 gekuppelt
und unter Energieabgabe in Tätigkeit bleiben.