DE530784C - Hubschrauber mit um radiale Achsen frei schwenkbaren Haupttragfluegeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubschrauber, bei dem jede Flügeleinheit unabhängig von den anderen um eine waagerechte Achse schwenkbar ist, und zwar durch die auf sie wirkende Luftströmung derart, daß sich der Anstellwinkel jeder Flügeleinheit von selbst ändert. Der Anstellwinkel ändert sich entsprechend den Änderungen der Strömungsrichtung und -geschwindigkeit der Luft. Dies to geschieht zu dem Zwecke, den Auftrieb nicht nur des Einzelflügels, sondern aller Flügel konstant zu halten und das Gleichgewicht des Hubschraubers zu sichern. Daneben ist noch eine von Hand zu bedienende Steuerung vorgesehen, durch die sich nach Belieben die Angriffswinkel unabhängig von der selbsttätigen Einwirkung der Luftströmung -und gleichzeitig damit ändern lassen zum Zwecke, eine Richtungssteuerung zu erhalten, ohne das Gleichgewicht des Hubschraubers aufzuheben.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in neun Figuren dargestellt.

Fig. ι bis 3 zeigen einen Hubschrauber in drei Projektionen.

Fig. 4 ist ein senkrechter Längsschnitt durch den Rumpf und den Mast für das waagerecht rotierende Flügelsystem.

Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt durch die Flügelnabe und die drehbare Säule.

Fig. 6 ist ein waagerechter Schnitt durch die Flügelnabe.

Fig. 7 ist ein Schnitt durch einen der Flügel und eine Stabilisierungsfläche.

Fig. 8 und 9 zeigen den Hubschrauber gemaß Fig. 7 in der oberen und unteren Grenzlage.

Die Flügel W drehen sich in einer waagerechten Ebene. Der Rumpf B, der diese Flügel trägt, besitzt Stromlinienform und trägt vorn und hinten die Landungsräder 10 und 11, kann auch mit Schwimmkörpern versehen sein. 12 ist die Kabine und 14 der Sitz des Führers. Am hinteren Ende sind senkrechte Stabilisierungsflossen 15 angeordnet und zwisehen Ausläufern 16 senkrechte Ruder 17 an einer senkrechten Achse.

Von einer drehbaren hohlen Nabe 20 gehen radial verlaufende Rohre 21 aus, die die Flügel W tragen. Die Nabe 20 ist oben und unten in Kugellagern 23 und 25 gelagert.

Jeder der vier Flügel W besteht aus einer Hauptfläche 26, die drehbar an einem der Radialarme 21 sitzt. Diese Arme ragen nicht über die Enden der Flügel hinaus, wie die punktierten Linien in Fig. 1 erkennen lassen. Die drehbare Anordnung der Flügel auf den Rohren 21 dient dem Zwecke der Änderung des Ausstellwinkels und damit der Änderung des Auftriebes.

Versteifungsstreben 28 verlaufen von der Säule 20 nach den Enden der Arme 21, wo für sie besondere Einschnitte in der Flügelhaut vorgesehen sind.

Die Säule 20 wird durch den Motor M nicht direkt angetrieben, sondern indirekt vermittels auf den Armen 21 sitzender Zugpropeller, um Drehmomente zu vermeiden. Bei

dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei solcher Zugpropeller P vor den Leitkanten 27 zweier gegenüberliegender Flügel angeordnet.

Diese Propeller P sitzen an den äußeren Enden der Rohrstreben 21 mit ihren Lagergehäusen 30 und Lagern 31. 32 ist die Propellerwelle. Die Propeller P sind vor den Eintrittskanten 27 der Flügel angeordnet. Damit die Flügel sich auf den Rohr streben 21 drehen können, sind in den Kanten der Flügel Schlitze 33 vorgesehen, durch die die Propellerwellen 32 hindurchgehen.

Die Propeller P werden durch eine senkrechte Welle 34 von der Maschine M angetrieben, und zwar unter Vermittlung der Kegelräder 37,38. Letztere sitzen auf den. waagerechten Wellen 39, die in Lagern 40 laufen und die Propellerwellen vermittels der ao Kegelräder 41 antreiben.

Die Propeller P drehen die Flügel W um die Achse der Säule 20; die hierbei auftretende Auftriebskraft ergibt ein Hochsteigen des Hubschraubers. Durch die sich drehende Flügelmasse wird eine gyroskopische Wirkung ausgelöst, die die Tendenz hat, denjenigen Kräften entgegen zu arbeiten, die auf die Änderung der Drehebene hinwirken, wodurch eine gewisse Stabilität des Hubschraubers im Fluge erzielt wird.

Eine volle Stabilität wird erfindungsgemäß durch selbsttätig wirkende Hilf sflügel 6" erzielt, durch die der Anstellwinkel der Hauptflügel 26 und der dadurch entwickelte Auftrieb geregelt wird. Diese Hilfsflügel 5" sind in der Nähe der Enden der Hauptflügel 26 etwas oberhalb derselben angeordnet. Die durch jeden Hauptflügel 26 mit seinem Hilfsflügel S gebildete Einheit ist um die Rohrstrebe 21 drehbar in solcher Bemessung und Anordnung, daß der Schwerpunkt der Einheit in einem von der Drehachse entfernten Punkt liegt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hinter der durch die Rohrstrebe gebildeten Achse. Die örtliche Anordnung des Schwerpunktes für jede Einheit hängt von den besonderen baulichen Verhältnissen der Einheit ab, das Wesentliche ist, daß der Schwerpunkt der Einheit nicht mit der Drehachse zusammenfällt.

Die Hilfsflügel 6* sitzen drehbar auf mit

den Hauptflügeln 26 verbundenen Streben 42.

Sie können die Hauptflügel auf den Armen 21 verdrehen, demnach deren Anstellwinkel ändern.

Auf den in sich undrehbaren Rohrstreben sitzen Hebel 43 fest, die durch Schlitze 44 der Flügel 26 nach außen ragen, so daß sie die Drehung dieser Flügel nicht beeinträchtigen. Auf den Hilfsflügeln 6" sitzen Augen 45, die mit den Hebeln 43 durch Stangen 46 verbunden werden. Auf diese Weise wird eine Bewegung eines Hilfsflügels S um seine waagerechte Achse und entsprechend umgekehrte Bewegung des Hauptflügels 26 um seine Achse 21 erzielt. Wird bei einer Aufschwenkung eines Hilfsflügels sein Anstellwinkel durch Vermittlung der Stange 46 vergrößert, so wird der Hauptflügel 26 so bewegt, daß sein Anstellwinkel kleiner wird. Durch Abwärtsbewegung eines Hilfsflügels wird der Anstellwinkel des Hauptflügels vergrößert. Wenn die Flügeleinheiten sich um ihre senkrechte Achse drehen, erhält bei jeder Zunahme an Relativgeschwindigkeit der Luft oder irgendeiner darin sich entwickelnden Aufwärtskomponente in dem Wege der Flügeleinheiten, wie jede Einheit diese passiert und dabei beeinflußt wird, der Hilfsflügel stärkeren Auftrieb, d. h. er wird gehoben; da- So durch wird sein Anstellwinkel größer, wobei gleichzeitig eine Drehung der ganzen Einheit samt dem Hauptflügel 26 um die Rohrstrebe 21 verursacht-wird; hierbei ergibt sich eine Abnahme des Anstellwinkels des Hauptflügels, wodurch wiederum eine Vergrößerung des Auftriebes verhindert wird, so daß der Auftrieb konstant bleibt.

Eine derartige Wirkung tritt z. B. auf, wenn der Hubschrauber sich waagerecht bewegt und der sich hieraus ergebende Fahrtwind im Verein mit der Umdrehungsgeschwindigkeit auf der einen Seite des Hubschraubers eine stärkere Störung darstellt als auf der anderen Seite. Sobald eine Flügeleinheit (immer eine nach der anderen) die Zone passiert, in der die größere Relativgeschwindigkeit vorhanden ist, wird durch die dargestellte Einrichtung der Auftrieb des Flügels in dieser Zone nicht mehr vermehrt, sondern konstant und gleich dem Auftrieb gehalten, der durch die anderen Flügel entwikkelt wird. Hierdurch werden Kippmomente vermieden und wird die Stabilität des Hubschraubers gewahrt. Verläßt die Flügeleinheit die Region des Einflusses der größeren Relativgeschwindigkeit, so nimmt die auf den Hilfsflügel wirkende Kraft ab, so daß dieser Flügel gesenkt und damit sein Anstellwinkel kleiner wird; gleichzeitig wird der Hauptflügel 26 so gedreht, daß sein Anstellwinkel größer wird und der dadurch im Verein mit" der nun wieder geringeren Relativgeschwindigkeit entwickelte-Auftrieb auf dem gewünschten konstanten Wert bleibt.

Man kann erkennen, daß der Anstellwinkel der Hilfsflügel .S* sich schneller ändert als der des Hauptflügels. Durch richtige Anordnung der Gelenkverbindungen der Stangen 46 mit den Augen 45 und den Hebeln 43 und durch richtige Bemessung der Länge der Stangen wird der durch jeden Hauptflügel 26 ent-

wickelte Auftrieb in dem gewünschten Umfang gehalten und bleibt der kombinierte-Gesamtauftrieb der Flügeleinheiten konstant. Da jede Flügeleinheit unabhängig von den anderen funktioniert, wird die Stabilität des Flugzeuges selbsttätig unter allen Flugbedingungen ohne Hinzutun des Piloten aufrechterhalten.

Die Richtungssteuerung des Flugzeuges

ίο wird durch Betätigung der Hilfsflügel 5" ohne Beeinflussung ihrer selbsttätigen Wirkungen erzielt, 'die während dieser Richtsteuerung bestehen bleiben.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Arm 21 unterhalb der darin befindlichen Wellen 39 in Lagern 48 eine Längswelle 47 angeordnet, mit der die Hebel 43 verbunden sind. Die inneren Enden dieser Wellen 47 ragen etwas in die Nabe 22 der Säule 20 hinein und liegen um die Antriebswelle 34 herum, deren Enden die waagerecht liegenden Kurbeln 49 bilden.

Auf dem unteren Ende der Antriebswelle 34 ist verschiebbar eine hohle Welle 50 angeordnet, die als Drehlager für die Welle 34 dient und oben einen kugeligen Kopf 51 trägt. Um diesen Kopf ist ein Ring 52 unter Zwischenschaltung von Kugeln 53, 54 gelegt, an dem ein Ring 55 sitzt.

Das Rohr 50 ist gegen Drehung auf der Welle 34 gesichert, ebenso der Ring 55, während die Drehung des Ringes 52 um die Kugel 51 ermöglicht ist.

An der hohlen Welle 50 ist vermittels Zapfen 57 ein Bügel 56 gelenkig angeordnet mit Armen 58, die durch Stangen 59 mit dem Ring 55 verbunden sind. Darunter liegt ein Schieberpendelbügel 60, drehbar in einer waagerechten Lage um die Welle 50 angeordnet, zur Pendelbewegung senkrecht um die entgegengesetzten Zapfen 61 an beiden Seiten der Wellen und rechtwinklig zu dem Drehzapfen 57 des Pendelrahmens 56.

An dem Rahmen 60 sitzt ein Arm 63 und außerdem Arme 62, die mit dem Bügel 55 verbunden sind. Auf diese Weise können durch Verschwenken der Rahmen 56 und 60 die Stellungen der Ringe 54 und 55 gegen das

Fahrgestell B verändert werden; der Zweck hierfür wird noch angegeben werden.

Der Ring 55 ist mit den Kurbelenden 49 der Welle 47 durch Stangen 65 verbunden, die durch Führungen 66 im Innern der Säule 20 hindurchgehen.

Der Steuerhebel 67 des Piloten ist mit dem Pendelrahmen 56 und 60 so verbunden, daß die Ringe 55 und 52 in jeden gewünschten Winkel eingestellt werden können. Der Hebel 67 ist an die Welle 68 angelenkt und an seinem inneren Ende mit einer Stange 69 verbunden, so daß die Vor- und Rückwärtsbewegung des Hebels 67 den Rahmen 60'entsprechend verstellt und dessen Arm 62 höher oder. tiefer stellt. Die Welle 68 enthält ein Universalgelenk und trägt hinten eine Kurbei 70, die mit einer Stange 71 verbunden ist, die ihrerseits nach oben zu einem der seitlichen Arme 58 des Rahmensi56 geht, so daß eine Seitenbewegung der Steuerstange 67 und ein Verschieben der Welle ein' Aufundabgehen der Kurbel 70 zur Folge hat, wodurch vermittels der Stange 71 der Bügel 56 auf der Welle 50 verstellt wird.

Diese Hohlwelle 50 sitzt verschiebbar, aber undrehbar auf der Welle 34. Sie kann vom Piloten durch einen Hebel 72 hin und her verschoben werden, der mit seinem waagerechten Arm mit der Gabel 73 verbunden ist, die an der Hohlwelle 50 sitzt. Der Höhensteuerhebel 76 ist mit einer Stange 77 verbunden, die an dem senkrechten Arm des Hebels 72 angeschlossen ist. Durch Betätigen des Hebels 76 wird infolgedessen die Hohlwelle 50 gehoben oder gesenkt.

Vor dem Sitz 14 befindet sich die Steuerstange 78, an die Seile 79 angreifen, die zu dem Arm 19 des Steuers 17 laufen.

Zur Erzielung des Fluges gerade aufwärts wird die Steuerstange 67 in ihre Neutralstellung gebracht, d. h. senkrecht gestellt, so daß die Ringe 52 und 55 waagerecht eingestellt werden. Hierdurch werden die Hilfsflächen S gegenüber den Hauptflächen 26 in normaler Flugbeziehung gehalten. Beim Anheben der Welle 50 durch den Steuerhebel 76 werden der Ring 52 und die Stange 65 angehoben, wodurch die Flügel 26 durch die Hilfsflügel 5 den gewünschten Maximalangriffswinkel erhalten, um den erforderlichen Auftrieb zu erzeugen. Nachdem die Steuerung so eingestellt ist, wird durch Antrieb der Propeller P vermittels des Motors M eine Drehung der Hauptflächen 26 mit Säule 20 um die senkrechte Achse veranlaßt, wodurch die HilfsflächenS die Hauptflügel 26 um die Arme 21 verdrehen und ein maximaler Hubwinkel erzielt wird. Die Drehung der Säule 20 mit den Armen 21 und den Wellen 47 verursacht eine Drehung des Ringes 52 um den Kopf 51 zwischen Ring 55 und Kopf, der fest stehen bleibt, so daß dadurch die Betätigung der Hauptflügel 26 und der Hilfsflügel 6" nicht beeinträchtigt wird. Bei der senkrechten Fortbewegung ändern die Hilfsflügel .S selbsttätig die Einfallwinkel der Hauptflügel 26 entsprechend den sich ändernden Windströmungsbedingungen, wodurch auf die oben beschriebene Weise die Stabilität des Schraubenflugzeuges gewahrt bleibt.

Zur Erzielung der waagerechten Vorwärtsbewegung des Schraubenflugzeuges wird der Steuerhebel 67 nach vorn gelegt, wodurch der

vordere Arm des Rahmens 60 auf der Welle 50 gesenkt und der hintere Arm gehoben wird, derart, daß der Ring 55 auf den Kopf 51 die schräg nach vorn geneigte Lage gemäß Fig. 4 einnimmt. Infolgedessen wird Ring 52 gleichfalls schräg nach vorn gestellt, so daß durch Vermittlung der Teileos, 55, 57 und5 der Einfallwinkel und damit der Auftrieb des Flügels 26 'vermindert wird, und umgekehrt. So wird also der durch jeden Flügel 26 entwickelte Auftrieb in dem Maße, wie der Flügel durch den vorderen Teil seines Weges tritt, vermindert und der Auftrieb an. dieser Seite des Flugzeuges vermindert, während der Auftrieb, der durch jeden Flügel 26 beim Eintreten in den hinteren Teil seines Weges entwickelt wird, vermehrt wird und während der seitlichen Teile so bleibt; hieraus ergibt sich, daß in dem Gesamtauftrieb eine waagerechte Komponente entwickelt wird, die eine waagerechte Fortbewegung des Flugzeuges in Richtung des verminderten Auftriebes zur Folge hat.

Bei dieser waagerechten Bewegung des Flugzeuges wind die Seitensteuerung durch seitliches Bewegen der Steuerstange 67 bewirkt, die durch Vermittlung der Teile 56 und 59 die Ringe 55 und 52 so verstellt, daß die Stangen 65 abwärts gezogen werden und den Einfallwinkel und den Auftrieb der Flügel 26 vermindern in dem Mäße, wie sie nacheinander durch den entsprechenden Quadranten^ ihrer Drehebene'hindurchtreten. Auf diese Weise wird momentan ein Drehmoment in jeder gewünschten Richtung geschaffen und bei dessen Aufrechterhaltung eine Komponente des Auftriebes erzeugt, die in derselben Richtung wirkt, wodurch die Vorwärtsbewegung in dieser Richtung erhalten wird. Naturgemäß kann man durch Betätigung der Steuerhebel 67 verschiedene Stellungen des Ringes 52 erzielen und dadurch verschiedene ungleiche Auftriebe der Flügel 26 erhalten, so daß waagerecht wirkende Komponenten des Auftriebes in jeder gewünschten Richtung entwickelt werden und eine vollständige Steuerung des Flugzeuges nach Belieben waagerecht und senkrecht bedingen.

Wie schon früher mitgeteilt wurde, ist die selbsttätige Stabilisierungsfunktion der Hilfsflügel ,5" unabhängig von der Betätigung der Hilfsflügel durch deii Piloten. Die Hilfsflügel 6* funktionieren selbsttätig in allen Stellungen, die ihnen durch die beliebige Steuerung aufgezwungen sind, und in allen Anstellwinkeln, die dem Hauptflügel 26 durch die Steuerung des Piloten erteilt sind.

Das senkrechte Heruntergehen unter Kraft wird durch den Hebel 76 betätigt, der durch Vermittlung der Teile 50, 51 und 52 die An-Stellwinkel der Hauptflügel 26 verstellt und dadurch einen Auftrieb entwickelt, der kleiner ist als die Schwerkraft. Erforderlichenfalls kann für das Absteigen unter Kraft der Motor so gesteuert werden, daß er mit geringerer Kraft läuft und daher durch die Flügel 26 ein kleinerer Auftrieb entwickelt wird. Beim Heruntergehen ohne Kraft drehen sich die Flügel 26 in ihrer normalen Richtung durch den Luftstrom, wodurch ein senkrechter Auftrieb entsteht, der unter richtiger Benutzung des Steuerhebels 76 zur Beherrschung des Niedersteigens und der Landung benutzt werden kann.

Claims (2)

1. 75 Patentansprüche:

   i. Hubschrauber mit um radiale Achsen frei schwenkbaren Haupttragflügeln, deren Anstellung von durch die jeweilige Strömung beeinflußten Hilfsflügeln geregelt ■ wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hilfsflügel und seinem Haupttragflügel eine derartige von einem an der Tragflächenverstihwenkung nicht teilnehmenden Gelenkpunkt aus beeinflußte Verbindung vorhanden ist, daß die bei auftretender Auftriebszunahme (oder Abnahme) erfolgende Verschwenkung der Flügeleinheit am Hilfsflügel eine Zunahme (oder Abnahme), am Haupttragflügel eine Abnahme (oder Zunahme) des Anstellwinkels bewirkt in dem Maße, daß der Gesamtauftrieb einer Flügeleinheit auf einem Umlauf annähernd gleichbleibt.
2. 2. Hubschrauber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die zusätzliche Anord- nung einer von Hand zu bedienenden Steuerung, durch die sich nach Belieben die Angriffswinkel unabhängig von der selbsttätigen Einwirkung der Luftströmung und gleichzeitig damit ändern lassen.'

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen