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Steilschrauber, der mittels des Steuerknüppels steuerbar ist Die Erfindung
bezieht sich auf Steilschrauber, d. h. auf solche mit schraubenartigen Auftriebsorganen
(Rotoren) versehene Luftfahrzeuge, bei denen der Rotor entweder von einem Motor
angetrieben wird (Hubschrauber) oder unter dem Einfluß des Fahrtwindes umläuft (Tragschrauber).
Bei der letztgenannten Art könnte der Rotor auch mit Unterbrechungen oder mit einer
Teilkraft zum Zwecke des Startens oder zur Unterstützung des Selbstumlaufs während
des Fluges angetrieben werden.
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Es ist bekannt, an Steilschraubern, die durch Kippen der Rotorachse
oder durch periodische Änderung der Rotorflügelwinkeleinstellung oder durch gleichmäßige
Änderung der Einstellung aller Rotorflügel mittels eines axial verschiebbaren Steuerringes
gesteuert werden, eine Verbindung zwischen dem Kipprotor bzw. zwischen den Organen
zur periodischen Einstelländerung und dem üblichen Flugzeugsteuerknüppel vorzusehen.
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Die Erfindung bezweckt Verbesserungen der Steuerung solcher Flugzeuge
in erster Linie dadurch, daß alle aerodynamischen Verhältnisse des Rotors während
des Fluges entsprechend der Vortriebs- und Steiggeschwindigkeit geregelt werden,
ohne daß der Pilot eine zusätzliche Steuerung benutzen müßte. Nach der Erfindung
wird das dadurch erreicht, daß die in der senkrechten Längsebene des Steilschraubers
erfolgende drückende oder ziehende Bewegung des Steuerknüppels mit der Axialverschiebung
des Steuerringes gekuppelt ist. Auf diese Weise wird während des Fluges der mittlere
Einstellwinkel der Flügel selbsttätig erstsprechend der Geschwindigkeit des Flugzeuges
geregelt, so daß u. a. folgende Vorteile erzielt werden: a) Durch Verringerung des
Einstellwinkels der Flügel auf den Wert o kann das für die Anfangsdrehung des Rotors
vor Beginn des Fluges erforderliche Drehmoment erheblich verringert werden.
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b) Durch erhebliche Vergrößerung des Einstellwinkels der Flügel kurz
vor dem Landen kann die in dem Rotor aufgespeicherte Energie nutzbringend für die
Regelung der Sinkgeschwindigkeit, insbesondere für das Abfangen beim Landen, ausgenutzt
werden.
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c) Durch Verringerung des Flügeleinstellwinkels auf den Wert o oder
sogar auf einen negativen Wert unmittelbar nach der Landung kann der Auftrieb des
Rotors augenblicklich abgestellt und die bei starkem Wind bestehende Gefahr eines
Überschlagens leicht völlig beseitigt werden.
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d) Kleine Änderungen des mittleren Einstellwinkels während des Fluges
können zur
Verbesserung der aerodynamischen Wirkung des Rotors zur
Konstanthaltung des Umlaufs innerhalb des ganzen Geschwindigkeitsbereiches oder
zur Anpassung des Umlaufs an besondere Umstände benutzt werden.
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Im allgemeinen wächst bei einem selbstumlaufenden Rotor mit nicht
änderbarer Einstellung die Drehzahl, wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit ansteigt,
der Fahrtwind also an Stärke gewinnt. Durch Vergrößerung des Flügeleinstellwinkels
am oberen Ende des Vorwärtsgeschwindigkeitsbereiches könnte die Drehzahl im wesentlichen
konstant gehalten und die aerodynamische Wirkung verbessert werden.
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Um die oben unter a bis d genannten Vorteile nutzbar zu machen, wird
ferner ein ganz besonderes Verhältnis zwischen der Lage des Längssteuerorgans (Knüppels)
und dem mittleren Einstellwinkel der Rotorflügel gewählt. Ein Beispiel davon ist
in Fig.6 der Zeichnung schematisch dargestellt. In dieser Figur bezeichnen die Abszissen
längs der Achse O-D die Verlagerungen des Längssteuerorgans, gemessen von der weitesten
Vornlage aus, während die längs der Achse 0-a aufgetragenen Ordinaten den
mittleren Einstellwinkel der Rotorflügel, gemessen von der Auftriebslosigkeit (Auftriebsbeiwert
des Flügels= 0) aus, darstellen. Die Kurve 0-F gibt die Beziehung zwischen der Steuerungsverlagerung
und dem mittleren Einstellwinkel wieder. Wenn sich das Steuer in der äußersten Vornlage
(Punkt 0 der Kurve) befindet, dann ist der mittlere Einstellwinkel a = Ö wie in
Fig: r oder negativ. In Fig. 6 hat dieser Winkel den Wert 0. Dies entspricht dem
Andrehzustande des Rotors vor dem Flug sowie der Lage beim An- und Auslaufen und
der Lage der Auftriebslosigkeit nach der Landung.. Eine geringe Rückwärtsbewegung
des Steuers (Abszisse Dl) bringt den Flügeleinstellwinkel a auf einen mäßig großen
Wert, der beim Flug der maximalen Vorwärtsgeschwindigkeit entspricht. Bei weiterer
Rückwärtsbewegung des Steuers wird der Einstellwinkel zwischen Dl; D#" entsprechend
den Erfordernissen innerhalb des normalen Geschwindigkeitsbereiches allmählich kleiner;
während auf dem letzten Teil der Rückwärtsbewegung des Steuers bis zur Abszisse
D3, welche die hinterste Lage des Steuers darstellt, der Flügeleinstellwinkel sehr
schnell auf einen Wert ansteigt, der im allgemeinen größer ist als das frühere Maximum,
und zwar zur Ausnutzung der kinetischen Energie des Rotors beim Landen.
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Auf den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung als
Beispiele dargestellt, wobei aus Gründen der Einfachheit durchweg auf einen Tragschrauber
mit einem einzigen als Rotor bezeichneten Flügel-System und mit einer einzigen Achse
Bezug genommen wird.
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Fig. i veranschaulicht die allgemeine Anordnung eines Steilschrauber
s (Tragschraubers) nach der Erfindung in Seitenansicht.
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Fig. ä zeigt den Rotor und die damit verbundenen Steuerteile in Seitenansicht
und zum Teil im Schnitt bei einer Steuerung, die auf periodischer Einstellwinkeländerüng
beruht.
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Fig. 3 stellt eine Abänderungsform dar. Die Fig. q. und 5 veranschaulichen
eine Abänderungsform des Rotors in Seitenansicht bzw. in einer Ansicht von hinten,
Lind zwar für eine Kippsteuerung.
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Fig. 6 veranschaulicht schematisch das Lageverhältnis zwischen dem
Längssteuerorgan (Knüppel) und dein mittleren Einstellwinkel der Rotorflügel.
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Nach Fig.z besteht der Tragschrauber aus einem Rumpf 31, einem Motor
32, einer Vortriebsluftschraube 33, den an Traggestellstreben 35 angeordneten Laufrädern
34 und einem pyramidenförmigen, aus Streben 36 bestehenden Träger, an dessen Spitze
der Rotor angeordnet ist. Der Rotor besteht aus Tragflügeln 38, die mittels waagerechter
Drehzapfen 39, Ar- m 40 und senkrechter Drehzapfen .4i an einer Nabe 37 ängelenkt
sind. Die Nabe 37 ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, um eine im Rümpf feste Achse 78
drehbar: Die drückende oder ziehende Bewegung der Steuerhandhabe 44 in der Längsrichtung
zwecks Höhensteuerung wird mittels einer Stange 45 und eines Winkelhebels 46 auf
eine Stange 47, ihre Querbewegung zwecks Seitensteuerung mittels einer Drehachse
49 und einer Kurbel auf eine Stange 51 übertragen.
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In dem Kopf 71, der an den oberen Enden der pyramidenförmig zusammenlaufenden
Streben 36 (Fig. i) festgeschraubt ist, ist die Achse 78 befestigt, um die sich
mittels Kugellager 82 die Rotornabe 37 dreht: Auf der Achse 78 sitzt ein Körper
73 gleitbar, der mittels einer Triebstange 74 gehoben und gesenkt werden kann. Der
Gleitkörper 73 trägt ein Ringglied 75, dem Kugelflächen 76 am Gleitkörper 73 die
Möglichkeit allseitiger Schwenkbarkeit geben; doch ist das Ringglied 75 durch Zapfen
77 am Gleitkörper 73, die in einander gegenüberliegende Schlitze 79 des Ringes 75
eingreifen, daran gehindert, sich um die Achse des Körpers 73 zu drehen. Vom Ring
75 hängen armförmige Ansätze 8o, Box herab; die durch Schlitz und Zäpfen 81, 8ix
mit Winkelhebeln 52,48 in Verbindung stehen. Diese Winkelhebel sind an dem Kopf
71 angelenkt und durch die Stange 51 bzw. 47 winkelverstellbar; ihre Winkelverstellung
hat
eine Winkelverstellung der Ebene des Ringgliedes 75 zur Folge.
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An dem Ringglied 75 ist mittels eines Lagers 83 ein Außenring 84 angeordnet,
der infolge des Eingriffs von an ihm vorgesehenen Stiften 87 in - einander gegenüberliegende
Führungen 88 gezwungen ist, sich zusammen mit der Nabe 37 zu drehen. Die Führungen
88 sind an der inneren Fläche der Nabe 37 parallel zu deren Achse vorgesehen.
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Der Ring 84 ist ferner mit Ansätzen 89 versehen, an denen allseitig
gelenkig Stangen 9o befestigt sind. Das obere Ende jeder dieser Stangen ist bei
gox an einen Hebel 93 allseitig gelenkig angeschlossen; jeder Hebel 93 ist an einem
Rotortragflügel 38 befestigt; dieser ist um seine Längsachse an einem gabelförmigen
Wurzelglied 41x drehbar, das um den senkrechten Drehzapfen 41 schwenkbar ist. Wenn
sich die Flügel 38 sowohl bezüglich ihres Einstellwinkels als auch ihrer Horizontalbewegung
um die Zapfen 41 in der mittleren Lage befinden, sind die Gelenke gox mit dem Drehzapfen
39 gleichgerichtet. Dadurch ist die Gewähr dafür gegeben, daß die Einstellwinkel
durch die senkrechte Schwing-Bewegung der Tragflügel um die Zapfen 39 nicht erheblich
gestört werden.
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Ein Drücken der Steuerhandhabe 44 nach vorn hat eine Aufwärtsbewegung
der Stange 47 und infolgedessen über den Winkelhebel 48 und den Arm Box eine seitliche
Neigung der Teile 75 und 84 nach links abwärts zur Folge. Jede Neigung des drehbaren
Ringes 84 bewirkt bei einer Umdrehung der Nabe 37 eine auf und nieder gehende Bewegung
der Stangen 9o. Diese Bewegung wird durch die Hebel 93 auf die Flügel 38 als eine
periodische Schwenkbewegung um deren Längsachsen herum übertragen, d. h. es findet
eine periodische Änderung des Einstellwinkels über einen Umlauf statt. Werden die
Stangen 9o immer rechts gehoben und links gesenkt (rechts und links im Sinne des
Vorwärtsfluges, der in Fig.2 nach links gerichtet zu denken ist), während die Hebel
93 in Bezug auf die Rotorumlaufrichtung vor den Achsen der Flügelwurzeln 41x angeordnet
sind, so wird der Einstellwinkel nach links hin kleiner, nach rechts hin größer.
Da der Flügelumlaufsinn von oben gesehen dem Umlaufsinn des Uhrzeigers entspricht,
liegt der Azimut der Einstellungsvergrößerung (rechts) um go° vor dem Azimut der
Steuerhandhabenbewegung (vorwärts), was, wie in einer anderen Patentschrift der
Patentinhaberin erläutert worden ist, eine Senkung des Rumpfvorderteils zur Folge
hat.
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In ähnlicher Weise bewirkt, wenn durch eine Verschwenkung der Steuerhandhabe
44 nach rechts die Stange 51 gehoben, der Ring 84 also vorn abwärts geneigt wird,
die periodische Änderung des Einstellwinkels eine Verlegung der größten und der
kleinsten Einstellung in den hinteren bzw. den vorderer Azimut. Auch in diesem Fall
liegt der (hintere) Azimut der vergrößerten Einstellung um 9o° vor dem Steuerazimut
(nach rechts) in Bezug auf den Umlaufsinn des Rotors, was eine Rechtssteuerung der
Maschine zur Folge hat.
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Durch Heben oder Senken des Gleitkörpers 73 und somit der Teile 75,
84, 90, 93 mittels der Stange 74 wird die Änderung des mittleren Einstellwinkels
der Rotorflügel hervorgerufen. Hierbei ist unter Änderung des mittleren Einstellwinkels
eine gleichzeitige Änderung der Einstellwinkel aller Flügel eines Flügelsatzes um
einen gleichen Winkelbetrag zu verstehen. Wegen der Schlitz-und Zapfenverbindungen
81, 8ix kann der Teil 75 gehoben und gesenkt werden, ohne daß der Eingriff der Ansätze
8o, 8ox mit den Winkelhebeln 52, 48 gestört würde.
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Nach der Erfindung ist die Steuerung für den mittleren Flügeleinstellwinkel
mit der Längssteuerung in der aus Fig.3 ersichtlichen Weise gekuppelt. Hier ist
ein gezahnter Sektor i6o dargestellt, der auf einer Querwelle 113 angeordnet ist
und mit einem Kitzel 161 kämmt. Die Querwelle 113 sitzt an demselben Winkelhebel
46, der von der Längsbewegung des Knüppels 44 geschwenkt wird, wobei auch die Stange
47 gesteuert wird (s. auch Fig. i). Das Kitzel 161 trägt eine Nocke 162, die mit
dem unteren Ende der Stange 74 in Eingriff steht. Die Stange 74 ist in irgendeiner
geeigneten, nicht dargestellten Weise geführt und gezwungen, z. B. durch die Feder
96 (Fig. 2) der Nocke 162 zu folgen. Die Feder 96 liegt an dem oberen Ende des Gleitkörpers
73 an.
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Das Profil der Nocke 162 ist so geformt, daß es die zwischen der Längssteuerlage
und dem mittleren Einstellwinkel der Rotorflügel erforderliche Beziehung herstellt.
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Die Fig.4 und 5 zeigen eine geänderte Ausführungsform; hier erfolgt
die Längs-und Seitensteuerung durch Kippen der Rotorachse, wobei jedoch der mittlere
Flügeleinstellwinkel ebenfalls steuerbar ist.
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Bei dieser Ausführungsform besteht die Traggestellspitze 71 aus einer
Gabel 172, die einen Querzapfen 42 trägt. An diesem Querzapfen ist ein Zwischenglied
174 schwenkbar, dessen hinterer Ansatz einen Längsdrehzapfen 43 bildet. Auf diesem
Zapfen ist die Achse 78 drehbar. Der Ansatz dient ferner als Lagerung für einen
Arm 173, der mit der die Längssteuerung übertragenden Stange 47 verbunden
ist, während die Stange 51 für die Seitensteuerung mit einem an der Achse 78
befestigten
Arm 175 verbunden ist. Die Längssteuerung erfolgt durch Kippen der Rotorachse um
den Zapfen 42 nach vorn oder hinten mittels der Reihe von Übertragungsteilen 173,
47, 46, 45 (Fig. 3) und 44 (Fig. i), während die Seitensteuerung durch Verkippen
der Rotorachse nach der Seite mittels der Reihe von Übertragungsteilen 175, 51 (Fig.5),
49 und 44 (Fig. i) vor sich geht.
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Die Steuerung der mittleren Einstellwinkel der Rotorflügel geschieht
auch hier durch Heben und Senken des Gleitkörpers 73; in diesem Fall sind, da keine
periodische Änderung des Flügeleinstellwinkels erforderlich ist, der Trggring 75
und der Gleitkörper 73 zu einem einzigen Teil verbunden, der gegenüber der Achse
78 nicht verschwenkbar ist; die Kugelflächen 76 (Fig. 2) entfallen somit.
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Das Heben und Senken des Ringes 73, 75 geschieht mittels eines Nockenringes
176, der um die Achse 78 drehbar ist und mit einer Nockenfläche 177 an der Unterseite
des Ringes 73 zusammenwirkt. Der Ring 73 wird durch die Feder 96 gegen den Nockenring
gepreßt.
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Der Nockenring 176 hat einen Arm 178> der über eine biegsame übertragungsvorrichtung,
z. B. einen Bowdenzug 179, vom Führersitz aus steuerbar ist. Diese biegsame Übertragung
gibt die Möglichkeit, die Änderung des mittleren Flügeleinstellwinkels mittels Verschiebung
des Nockens 176 ungestört durch das Verkippen der Rotorachse vor sich gehen zu lassen.
Die Verbindungsorgane zwischen der biegsamen Übertragungsvorrichtung 179
und den Steuerungsorganen am Führersitz sind nicht dargestellt, da sie in beliebiger
Weise ausgeführt sein können.
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Erfindungsgemäß ist die Steuerung für die Regelung des mittleren Flügeleinstellwinkels
mit einer Kupplung versehen, welche die Verbindung der Nocke 176 mit der Längssteuerung
beim Kippen des Rotors herstellt, einschließlich eines besonders geformten Nokkens,
wie er in Fig. 3 dargestellt ist.