DE660206C - Tragschrauber mit einem mechanisch zu beschleunigenden oder zu verzoegernden Rotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Tragschrauber mit einem mechanisch zu beschleunigenden oder zu verzögernden Rotor, dessen an einem Klappgelenk und einem schräg nach außen und oben verlaufenden Schrägzapfen angelenkte Flügel ihre Anstellung selbsttätig ihrer Abweichung von der Radialstellung anpassen.
In Weiterentwicklung dieser Bauart ist nach der Erfindung zusätzlich zu der Flügelgelenkverbindung ein an sich bekanntes Zuggelenk vorgesehen. Zweckmäßig wird dabei der Bewegung um das schräge Gelenk ein größerer Reibwiderstand entgegengesetzt als um den Zuggelenkzapfen, und zwar mindestens dann, wenn die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors einen bestimmten Wert überschreitet, der kleiner ist als die normale Umlaufgeschwindigkeit während des Fluges.

ao Wenn auf die Rotornabe vom Motor her ein Startmoment ausgeübt wird, schwenkt der Flügel infolge seiner Trägheit und seines Luftwiderstandes um das Zuggelenk herum. Diese Winkelverstellung um das Zuggelenk

a5 herum ist durch Anschläge begrenzt. Die Schwenkung des Flügels um das Zuggelenk hört auf, sobald der Flügel eine durch die Zuggelenkanschläge begrenzte kleine Winkelschwenkung beendet hat. Danach bewegt sich der Flügel um das schräge Gelenk, wobei er einen Teil einer Kegelmantelfläche beschreibt. Der Einstellwinkel des Flügels wird dabei verringert. Sobald die erforderliche Verringerung des Einstellwinkels erfolgt ist, erreicht der Flügel einen Anschlag; in dieser Lage wird er durch Kräfte gehalten, die vom Luftwiderstand, der Trägheit des Flügels und der Gelenkreibung herrühren.

Die Flügel werden in dieser Lage auf eine Umlaufgeschwindigkeit beschleunigt, die viel größer ist als die im normalen Fluge. Das ist möglich durch den infolge der Verringerung des Einstellwinkels verringerten Luftwiderstand des Flügels; dieser durch den hinteren Anschlag des schrägen Gelenks vorbestimmte Einstellwinkel entspricht zweckmäßig dem Auftriebsbeiwert Null. Sobald die erforderliche Umlaufzahl in der Minute erreicht worden ist, kuppelt der Führer den Rotor vom Motor ab; die Flügel laufen nun mit einem Drehmoment Null um. Infolge der Fliehkraft der Flügel wird die Nabe gegenüber den Flügeln herumgeschwungen. Das Moment der Fliehkraft ist größer als das Reibmoment. Der Einstellwinkel des Flügels wird daher plötzlich auf seinen normalen Wert vergrößert, während die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors immer noch größer ist, als sie im normalen Fluge zu sein braucht. Infolgedessen hebt sich der Tragschrauber senkrecht und schnell vom Boden ab.

In dem Zeitraum von der Abkupplung des Rotors an bis zu dem Augenblick, in dem die Rotorumlaufzahl auf den normalen Flugwert

gefallen ist, muß die Vortriebsschraube den Tragschrauber auf die zur Erlangung des maximalen Auftriebs erforderliche Fahrtgeschwindigkeit beschleunigen. 'Ji-'".;, Bezeichnet man das Luftwiderstand-!* moment mit D, das Trägheitsmoment mit /,' das Fliehkraftmoment mit R und das Reibmoment mit F₁ dann erhält man die folgenden Beziehungen zwischen den einzelnen Momenten während des oben beschriebenen Vorganges:

a) Wenn ein positives motorisches Moment ausgeübt wird und sich der Flügel an dem schrägen Gelenk nach hinten dreht und der Einstellwinkel des Flügels abnimmt, ist (D + I)>F.

b) Wenn der Flügel am hinteren Anschlag des schrägen Gelenkes anliegt, ist (D+ 1 + F) > R.

c) Nach der Abkupplung, wenn der Flügel den Anschlag des schrägen Gelenkes verläßt und vorschwingt, ist i? > F.

Außer dem Vorteil des schnellen Abhebens des Tragschraubers vom Boden löst das schräge Gelenk noch weitere Vorteile aus:

Z. B. könnte es als Reibungsdämpfer dienen, wenn der Schwingungsbereich der Flügel um das Zuggelenk übermäßig groß wird. Der Flügel dreht sich dann zuerst so lange um sein Zuggelenk, bis er den Zuggelenkanschlag erreicht hat, und danach um das schräge Gelenk, dessen größere Reibung die Schwingbewegung wirksam dämpft.

Der Eintritt günstiger Verhältnisse in allen Fällen der Beziehungen a, b und c kann durch richtige Wahl der Werte für das Reibmoment F und das Fliehkraftmoment R gesichert werden; die Luftwiderstands- und Trägheitsmomente sind bereits durch die Abmessungen des Rotors bestimmt. Das Reibmoment kann auf verschiedene Weise, z.B. durch Verwendung verstellbarer Reibdämpfer, aber auch einzig und allein durch richtige Wahl der Art und Einpassung des verwendeten Lagers, geändert werden, während es drei Methoden für die Änderung des Fliehkraftmomentes gibt, nämlich:

i. Änderung der Lage der Zuggelenkanschläge,

2. Änderung der Lage der Anschläge des schrägen Gelenkes,

3. Änderung der Versetzung des schrägen Gelenkes oder des Zuggelenkes oder beider Gelenke gegenüber der Rotorachse.

Das Fliehkraftmoment hängt, wenn der Flügel dem Antriebsmoment unterliegt, von dessen Winkelstellungen gegenüber der normalen Lage um das schräge Gelenk (hinten) und um das Zuggelenk sowie auch von den Abständen der Schräg- und Zuggelenke von der Rotorachse ab. Das Reibmoment F des schrägen Gelenkes ist größer als das (später mit / bezeichnete) des Zuggelenkes. Daraus „ folgt, daß, wenn das Fliehkraftmoment R

fehrend der Beschleunigung des Rotors ^größer wird, der Flügel den hinteren Anschlag des Zuggelenkes verläßt und auf den ' vorderen Zuganschlag zuschwingt, sobald R den Wert D +1 -\- f überschreitet. Dieser letztere Wert ist kleiner als der Wert D + / + F, so daß der Flügel noch an dem hinteren Anschlag des schrägen Gelenkes verbleiben wird. In dieser Lage hängt der Wert R von der rückwärtigen Verlagerung des Flügels um das schräge Gelenk und von der vorderen Verlagerung um das Zuggelenk ab. Daher wird die Bestimmung des Wertes R so, daß die Beziehungen b und c erfüllt werden, nicht nur durch die Lage des hinteren Anschlages des schrägen Gelenkes, sondem auch durch die Lage des vorderen Anschlages des Zuggelenkes beeinflußt. Durch entsprechende Wahl der Winkellage des hinteren Anschlages des schrägen Gelenkes und des winkligen Spieles des Flügels zwischen den vorderen und hinteren Anschlägen des Zuggelenkes wird der gewünschte Erfolg, nämlich die Beibehaltung der Anlage des Flügels an dem hinteren Anschlag des schrägen Gelenkes, erreicht, so daß während der Beschleunigung des Rotors (Beziehung V) ein kleinster Einstellwinkel beibehalten wird und ferner der Flügel bei Unterbrechung des Antriebsmomentes den hinteren Anschlag des schrägen Gelenkes verläßt (Beziehung c). Wenn andere Verhältnisse, z. B. die Schwingbewegung des Flügels in seiner Umlaufebene im normalen Fluge bei der Wahl des winkligen Spieles um das Zuggelenk in Betracht zu ziehen sind und die Wahl der Stellung des hinteren Anschlages des schrägen Gelenkes durch konstruktive oder andere Maßnahmen beschränkt werden sollte, dann könnten diese Auswahlmaßnahmen durch eine richtige Wahl der Gelenkversetzungen ergänzt werden, wie es oben unter 3. erwähnt ist.

Um jederzeit den richtigen Wert des Reibmomentes um das schräge Gelenk zu sichern, wird zweckmäßig ein solches Schmiermittel verwendet, dessen Reibeigenschaft durch Temperaturschwankungen und Zeiteinflüsse unbeeinflußt bleiben.

In der Zeit, wo der Flügel um das schräge Gelenk nach vorn schwingt, sobald das Antriebsmoment aufgehört hat zu wirken, nimmt das Fliehkraftmoment R ab. Infolge der Trägheit des Flügels wird die Lage, in welcher das Reibmoment F und das Fliehkraftmoment R gleich groß sind, überschritten; die Schwingung um das schräge Gelenk setzt sich so lange fort, bis die mit dieser

Bewegung in Zusammenhang stehende kinetische Energie durch die Reibung aufgezehrt ist. Da die Beziehung des Fliehkraftmomentes zur winkligen Drehung um den schrägen Zapfen im wesentlichen linear verläuft und die Reibung nahezu konstant ist, ist beim Aufhören der Schwingbewegung die winklige Verlagerung vom rückwärtigen Anschlag aus ungefähr zweimal so groß als in

ίο der Lage, in welcher das Reibmoment F und das Fliehkraftmoment R gleich groß sind.

Es ist vorteilhaft, das Reibmoment so zu wählen, daß dies eintritt, sobald der Einstellwinkel des Flügels erheblich kleiner wird als der für den normalen Flug erforderliche, da die Wirksamkeit des Rotors bei geringer Vorwärtsgeschwindigkeit größer ist, wenn der Einstellwinkel des Flügels verhältnismäßig klein ist. Wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit des Tragschraubers größer wird, entstehen durch die Klappbewegung am Hauptgelenk aerodynamische Schwingmomente, die in der Umlaufebene auf den Flügel einwirken. Diese aerodynamischen Schwingmomente werden durch das Fliehkraftmoment in der Vorwärtsrichtung in größerem Maße vergrößert als in der Rückwärtsrichtung. In letzterer Richtung könnten die aerodynamischen und Fliehkraftmomente sogar entgegengesetzt sein, mit der Folge, daß der Flügel beim Schwingen um das Zuggelenk allmählich um das schräge Gelenk herum nach vorn geschwungen wird, bis das Fliehkraftmoment um das schräge Gelenk ganz verschwindet. In dieser Lage hat der Einstellwinkel des Flügels seinen normalen Flugwert. Danach wird das schräge Gelenk .lurch Reibung festgestellt.

Obgleich die Anschläge des Zuggelenkes weit genug voneinander entfernt sind, um die normale Schwingbewegung tun das Zuggelenk in der Umlaufebene während des Fluges zuzulassen, wird jede übermäßige Schwingbewegung von dem schrägen Gelenk aufgenommen; dieses dient infolge seiner größeren Reibung dazu, diese übermäßigen Schwingbewegungen wirksam zu dämpfen. Zweckmäßig wird das Zuggelenk unabhängig von der Umlaufgeschwindigkeit mit einer bestimmten Reibkraft ausgestattet, vorausgesetzt, daß diese Reibung in dem Zuggelenk annähernd gleich oder kleiner ist als derjenige Teil der Reibung in dem schrägen Gelenk, der von der Umlaufgeschwindigkeit unabhängig ist. Das ist insbesondere erforderlich, wenn sich der Tragschrauber auf dem Boden befindet und der Rotor beschleunigt oder verlangsamt werden soll; während dieser Vorgänge muß die Rotorumlaufzahl im allgemeinen einen Wert durchschreiten, der mit der natürlichen Querschwingung des Fahrgestells in Resonanz steht. Zur weiteren Erklärung mag ausgeführt sein, daß im allgemeinen der Reibwiderstand in beiden Gelenken mit der Umlaufgeschwindigkeit auf Grund erhöhter Lagerbelastung zunimmt. Diese erhöhte Lagerbelastung ergibt sich aus der Fliehkraft und insbesondere aus dem schrägen Gelenk der weiter unten beschriebenen Art, bei der ein Lager Verwendung findet, das sich bei Endbelastung selbst festzieht.

Zweckmäßig werden die schrägen Gelenke mit vorderen Anschlägen versehen, um das maximale Anwachsen des Flügeleinsteilwinkeis auf das für den normalen Flug (mit hoher Geschwindigkeit) erforderliche Maß zu beschränken.

Konstruktiv kann das schräge Gelenk vom Zuggelenk getrennt sein. Bei der Wurzelbefestigung des Flügels finden zwei Gelenkhebel Anwendung. Das Zuggelenk und das schräge Gelenk könnten aber auch miteinander vereinigt werden, indem man sie ineinander anordnet und für beide einen einzigen Zapfen verwendet.

Die Reibung in dem schrägen Gelenk könnte auf verschiedene Weise erzeugt werden, z. B. dadurch, daß ein Lager mit genügend Eigenreibung oder ein zusätzlicher einstellbarer Reibdämpfer verwendet wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Fliehkraft zur Vergrößerung der Lagerreibung des schrägen Gelenkes dadurch ausgenutzt, daß ein kegelförmiges oder sich in anderer Weise verjüngendes Lager verwendet wird, das den Enddruck aufnimmt, durch den die längs der Lagerachse wirkende Komponente der Fliehkraft erzeugt wird, so daß das Lager sich selbst anzieht und sein Reibungskoeffizient vergrößert wird.

Auf der Zeichnung sind eine Ausführungsform in Anwendung bei einer Flügelwurzel eines Rotors der beschriebenen Art sowie eine Abänderungsform als Beispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. ι ist ein senkrechter Schnitt durch das Flügelwurzelgelenk; der Schnitt verläuft längs der Flügelachse. im

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3~3 in Fig. i.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 1.

Fig. 5 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer Abänderungsform.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 ist ein als Zughebel bezeichneter Hebel 21 bei 22 in waagerechter Richtung durchbohrt; 'diese Bohrung nimmt den Klapp-

zapfen auf, auf dem der Flügel frei in einer durch, die Umlaufachse hindurchgehenden Ebene auf und nieder schwingen kann. Der Hebel 21 ist ferner in senkrechter Richtung durchbohrt, um den Zugzapfen 23 aufzunehmen; um diesen Zapfen schwingt der Flügel in der allgemeinen Umlauf ebene. Der Zugzapfen 23 ist mit Hilfe eines Gewindebolzens 24 an dem Hebel 21 befestigt. An den Zugzapfen ist ein Zwischenglied 28 angelenkt. Das Zwischenglied 28 ist ein im Querschnitt H-förmiges Schmiedestück mit einem Steg 2S¹ und Flanschen 28⁰; das innere Ende des Gliedes 28 ist gabelförmig, um das Ende des Zughebels 21 zu umfassen. Die Backen 28°, 28' der Gabel sind ausgebohrt; diese Ausbohrungen nehmen Lager 25, 26, 27 und 25^s, 26*, 27* mit kegelförmigen Rollen auf. Die Zuglagerung wird vervollständigt durch Unterlegscheiben 30 und Befestigungsmuttern 29. Mit 25⁰ sind Abstandsringe bezeichnet, die auf Paßstärke abgeschliffen sind, damit die inneren Rollenlagerringe 25, 25* die richtige Lage einnehmen. Der Zughebel 21 ist bei 21* genutet, um das Ende des Steges 28* des Gliedes 28 zu umfassen. Dabei ist ein Spielraum belassen, der eine Gesamtbewegung des Zwischengliedes 28 um 3⁰ zuläßt. Das äußere Ende des Gliedes 28 hat die Form eines Auges 28^C, das im spitzen Winkel zu der Zugzapfenachse gebohrt ist und in der Bohrung eine Buchse 31 aufnimmt; in der Buchse ist ein Achsstumpf 32 drehbar. Dieser Achsstumpf ist mit einem Flansch 33 versehen, an dem der Wurzelträger 34 des Flügels befestigt wird. Die Achsen des Zugzapfens 23 und des Achsstumpfes 32 verlaufen in der gleichen Ebene; sie sind um etwa 6o° zueinander geneigt. Die Achse 32 erstreckt sich außen nach oben. Die Achse 32 wird gegenüber der Fliehkraft durch einen Schlitzring 35 gehalten, der auf der Achse 32 mit Hilfe von Keilen 36 festgestellt und durch eine Mutter 37 festgeklemmt ist. Die Mutter 37 ist durch eine Madenschraube 38 und einen Klemmring 39 gesichert. Am äußeren Ende des Auges 28^C sind zwei Stifte 40 mit Hilfe von Stellschrauben 41 befestigt. Die Achse 32 ist mit einem Flansch 32* versehen. Dieser Flansch ist bei 32° ausgeschnitten, um einen Spielraum für die Stifte 40 zu bilden. Die ausgeschnittenen Teile 32⁰ haben so viel Spielraum von den Stiften aus, daß die Achse 32 in ihrem Lager eine Gesamtdrehung von i6° ausführen kann. Das Flügelprofil ist bei 42 gezeigt.

Da es in der Praxis erforderlich ist, daß die Schwingbewegung am Zugzapfen 23 während des normalen Fluges gedämpft wird, ist die Zugzapfenanordnung zweckmäßig mit einem Reibdämpfer versehen. Soll der schräge Zapfen 32 mehr Reibung aufweisen als der Zugzapfen 23, so kann der schräge Zapfen ebenfalls mit einem Reibdämpfer versehen sein, der einen größeren Reibwiderstand bietet als der Dämpfer des Zugzapfens. Diese Dämpfer sind in bekannter Weise ausgebildet und auf den Zeichnungen aus Gründen der besseren Übersicht nicht dargestellt. Anderenfalls könnte die Schwingbewegung am Zugzapfen auf aerodynamische Weise gedämpft werden. In diesem Fall könnten die Dämpfer entbehrt werden. Die erforderliche Reibdifferenz könnte dann dadurch hergestellt werden, daß für den Zugzapfen 23 ein Rollenlager 25-27 und für den schrägen Zapfen 32 ein glattes Lager 31 verwendet wird, wie es auf der Zeichnung dargestellt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. S ist der Zughebel 210 bei 211 kegelförmig gebohrt, um eine Buchse 212 aufnehmen zu können. Die Buchse 212 weist eine senkrechte Bohrung 213 auf, in welcher der Zugzapfen 230 drehbar, ist. Der Flügelwurzelträger 320 ist gabelförmig ausgebildet. Die Backen 320* der Gabel umfassen den Zughebel 210 und die Buchse 212; sie tragen ferner den Zugzapfen. Die Achse des kegelförmigen Lagers 211, 212 ist um 50⁰ gegenüber der Zugzapfenachse nach oben und außen geneigt; sie schneidet die Zugzapfenachse an der Mittellinie des Flügelholmes. Der Winkel des kegeligen Lagers beträgt 90⁰. Die Kegelspitze liegt oben. Der Lagerdruck und daher die Reibung des kegeligen Lagers nimmt verhältnisgleich der Vergrößerung der von dem Flügel entwickelten Fliehkraft zu, während das Zuggelenk 230, 213 zu jeder Zeit eine verhältnismäßig kleine Reibung aufweist.

Das Zuggelenk und das schräge Gelenk sind ferner mit (nicht dargestellten) Anschlägen versehen, welche die Gesamtbewegungen in der aus den Fig. 1 bis 4 ersiehtliehen Weise begrenzen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Tragschrauber mit einem mechanisch

zu beschleunigenden oder zu verzögernden Rotor, dessen an einem Klappgelenk und einem schräg nach außen und oben verlaufenden Schrägzapfen angelenkte Flügel ihre Anstellung selbsttätig ihrer Abweichung von der Radialstellung anpassen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Flügelgelenkverbindung ein an sich bekanntes Zuggelenk vorgesehen ist.

2. Rotor für Tragschrauber nach Anspruch ι mit in einigen oder allen Gelenken eines Flügels vorgesehenen Reibwiderständen, dadurch gekennzeichnet,

daß der Reibwiderstand des Schrägzapfens beim Überschreiten einer während des Fluges unter der normalen liegenden Rotorumlaufgeschwindigkeit größer als der Reibwiderstand des Zugzapfens ist, so daß der Flügel an den Schrägzapfen erhebliche Bewegungen nur beim Eintreten oder Verschwinden einer auf den Rotor ausgeübten Antriebs- oder einer Bremskraft ausführt.

3. Rotor nach den Ansprüchen 1 oder 2 mit am Zugzapfen vorgesehenen Anschlägen, die Antriebs- und Bremsgegenkräfte aufnehmen, gekennzeichnet durch gleichartige Anschläge (40,32⁰) an dem Schrägzapfen.

4. Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Schrägzapfen kegelförmig mit nach außen gerichtetem Scheitel ausgebildet und in einem Gleitlager gelagert ist.

5. Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugzapfen- und die Schrägzapfenachse die Flügellängsachse in verschiedenen Abständen von der Rotorachse schneiden (Fig. 1).

6. Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Vereinigung von Zug- und Schrägzapfen in der Weise, daß die Zugzapfen- und die Schrägzapfenachse die Flügellängsachse in einem Punkt schneiden (Fig. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen