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Einrichtung zur Vermeidung des Flatterns Die Erfindung betrifft 'eine
Einrichtung zurr Vermeidung des Flatteins gelenkig verbundener Flugzeugbauteile,
wobei die gelenkig miteinander verbundenen. Teile Systeme, wie Tragflügelquerruder,
Flossieruder, R2uderhilfsruder, Rumpfruder o. dgl., darstellen; die erfindungsgemäße
Einrichtung soll die kritische Geschwindigkeit eines Flugzeuges erhöhen.
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a Angelenkte Flugzeugbauteile, wie Ruder, Hilfsruder, Querruder o.
@dgl., der bisherigen Art haben einen großen Einfluß auf die kritische Geschwindigkeit
jenes Systems, von dem sie selbst einen Teil bilden. Jeder angtelenkte Teil bedeutet
für das Systemeinen neuen zusätzlichen Freiheitsgrad. Die durch einen solchen Teil
hervorgerufene zusätzliche Bewegungsmöglichkeit des Systems kann die kritische Geschwindigkeit
herabsetzen, insbesondere dann, wenn bei den möglichen Eigenscliwingungen des gesamten
Systems diese angelenkten Teile mit großen Ausschlägen zum anderen Teil mitschwingen.
Zur Vermeidung dieser Nachbeile wird schon seit längerer Zeit der sog. vollständige
Bi:e;gemassen,ausg1.eich verwendet, bei dem durch Anordnung von Ausgleichsgewichten
der Schwerpunkt des angelenkten Teiles in seine Drehachse verlegt wird. Hierdurch
soll eine Relativdrehung des ange3enkten Baubeiles, z. B. des Ruders, gegen den
Hauptbauteil, 2.,B. die Flosse, infolge der aus der Biegung herrührenden Schlagbewegung
der letzten verhindert werden. Dieser Biegemassenausgleich stellt in vielen Fällen
ein wirksames Mittel ,zur Vermeidung des Flatterns dar. Mittels des sog. Biegemassenüberausgleiches
ist es sogar möglich, die schädlichen Wirkungen der Luftkräfte auf die Flattereigenschaften
zum Teil zu beseitigen und dadurch. in manchen Fällen eine weitere Steigerung der
kritischen Geschwindigkeit zu erreichen. Bei dem Biegemassenüberausgleich ist die
Ausgleichsmasse über das für den vollständigen Biegemassenausgleich .erforderliche
Maß. erhöht, wodurch der Schwerpunkt des angelenkten Teiles vor seine Drehachse
,gelagert ist.
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Der Biegemassenausgleich hat jedoch nicht
in a11en
Fällen den gewünschten Erfolg gebracht, insbesondere dann nicht; wenn an der Anfächung
der Schwingung nicht nur der Freihlcitsgrad Biegung, sondern auch der F reiheitsgrad
Drehung des Hauptbauteils maßgeblich beteiligt ist: Der Freiheitsgrad Drehung bewirkt
eine sog. Drehmassenkoppltuig, unter der die Entstehung einer RelativdrehbeweJ-bung
des angelenkten Bauteils infolge seines polaren Trägheitsmomentes bei einem Drehs.chwingun
gsausach7.ag- des Hauptbauteils zu verstehen ist.
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Bei der gleichfalls bekannten Anordnung der Energievernichtung durch
einen Schwingungsdämpfer; der zwischen Flosse und Rüder g@eschaltet ist, besteht
bei großer Leistung desselben der Nachteil, daß bei Steuerbewegungen mit großer
Geschwindigkeit große Zusatzkräfte am Handsteuerhebel benötigt werden, was eine
unerwünschte Belastung des Flugzeugführers bedeutet. Weiterhin hatte man zwecks
Vermeidung des Flatterns :der Leitwerkteile vorgeschlagen, eine Erliöliuzig der
Rudersteifigkeit gegen die Flosse durch eine zwischen Ruder und Flösse geschaltete
Zusatzfeder zu erreichen. Auch hier besteht der Nachteil; daß eine die Ruderdrehfrequenz
hinreichend erhöhende Zusatzfeder bei großen Ruderausschlägen große Kräfte verursacht,
die vom Flugzeugführer aufzubringen sind. Anderseits hat man auch versucht, die
Flatter, erscheinungen des Leitwerks durch Anordinung einer Selbstsperrung im Gestänge
zwischen Handsteuerhebel und Ruder zu unterdrücken. Die Selbstsperrung wirkte derart,
daß eine handsteuerhebelseitig eingeleitet-,Q Kraft über die (beim Ziehen oder Drücken
am Handsteuerhebel) sich nun selbsttätig lösende Sperrung auf das Ruder wirkt und
dieses ausschlagen läßt, während eine ruderseitig eingeleitete Kraft von der Selbstsperrung
auf die Flosse übertragen, d. h. von dieser aufgenommen wird und infolgedessen keinen
Ruderausschlag relativ gegen die Flosse zur Folge haben kann. Der Nachteil einer
derart angeordneten Selbstsperrung besteht darin, daß für den Flugzeugführer die
am Ruder wirkenden Luftkräfte urispürbar werden, was aus Flugeigenschaftsgründen
unerwünscht ist, weil 'hierdurch das SteuerZefühl völlig verlorengeht.
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Hier setzt nun die Erfindung ein, indem sie das an sich bekannte Mittel
der Anordnung einer Selbstsperrung im Steuergestänge mit einem die angefachten Schwingungen
des Ruders beeinflussenden Mittel vereinigt, wodurch besondere Vorteile erreicht
werden. Als Mittel zur Beeinflussung der angefachten Schwingungen des Leitwerks
können erfindungsgemäß entkoppelnde, dämpfende, frequ.enzerhöhende oder verstimmende
Mittel benutzt werden; beispielsweise können als schwingungsbeeinflussende Mittel
an sich bekannte Federn, Dämpfungen o. dgl. zwischen Ruder und Flosse angeordnet
werden. Auch kann als schwingungsbeeinflussendes Mittel erfindungsgemäß: .eine am
ruhenden Teil (z. B. der Flosse) angeordnete drehbare Masse vorgesehen ;sein, die
mit dem Ruder durch ein Übertragungsmittel, vor.eith,.'t durch ein übersetzungsmittel,
kuppelbar ist. Diese aufgeführten, teilweise bekannten Mittel unterdrücken die Kopplung
zwischen Flosse und Ruder wirkungsvoller als bisher, da diese Mittel jetzt ohne
Rücksicht auf die sonst ohne eingebaute Selbstsperrung beim Bedienen des Handsteuerhebel.s
auftretenden Kräfte bemessen werden können. Diese beim Ruderlegen an Handsteuerhebel
sonst auftretenden Kräfte durch die notwendige Beschleunigung der Massen oder durch
die Überwindung der Federkräfte oder Dämpfungen der schwingungsbeeinflus.senden
Mittel des Leitwerks werden durch die im Rudergestänge angeordnete Selbstsperrung
vermieden. Die Selbstsperrung wirkt also- .derart, daß die handsteuerhebelseitig
wirkenden Kräfte über die sich nun- selbsttätig lösende Selbstsperrung unmittelbar
auf das Ruder wirken und dieses ausschlagen läßt, während ruderseitig eingeleitete
Kräfte von der Selbstsperrung aufgenommen und durch diese zum sc'hvringungsbeeinflussenden
Mittel, Feder, Dämpfung, gekuppelter Drehmassenausgleich o. dgl., geleitet und stark
verringert auf den Handsteuerheb:el übertragen werden. Die Handsteuerkraft beim
Ruderlegen ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung also nur so groß wie bei
einer Rudereinrichtung ohne schwingungsbeeinflussendes Mittel, anderseits sind die
vom Ruder kommenden Luftkräfte für den Flugzeugführer wahrnehmbar.
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Für die Selbstsperrung wird .erfindungsgemäß ein Reäbungsgesperre
im Gestänge zwischen Ruder und Handstellhebel angeordnet, das den Vorteil des ausgeglichenen
Arbeitens gegenüber den sonst bekan pten Klinkengesperren hat. Das Reibungsgesperre
der Selbstsperrung ist erfindungsgemäß derart durchgebildet, daß winklig zur Bremsbahn
stehende Bremsteile :angeordnet sind, die bei handsteuerhebelseitig wirkenden Zug-
oder Druckkräften von der abgehoben und bei ruderseitig wirkenden Zug- oder Druckkräften
gegen die Bremsbahn gedrückt werden. -Die weiteren Vorteile der Erfindung werden
in ihren Einzelheiten in der folgenden Beschreibung erläutert. Auf der Zeichnung
stellen dar: Abb. r einen Schnitt durch eine Rudereinrichtung mit Selbstsperrung
und Anordnung
von federnden Mitteln zwischen dem Ruder und dem Ylauptbauteil,
. Abb. 2 einen Schnitt durch eine Rudereinrichtung mit Selbstsperrung und Anordnung
von dämpfenden Mitteln zwischen dem Ruder und dem Hauptbauteil, Abb. 3 einen Schnitt
.durch eine Rudereinrichtung .mit Selbstsperrung und mit kinematischer Verbindung
des Ruders mit einer am Hauptbauteil drehbar angeordneten Masse, wobei die Verbindung
zwischen Ruder und Masse als Übersetzung ausgebildet ist, Abb.' q. einen Schnitt
durch eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Selbstsperrung.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den Abb. i bis 3 stellt i das bewegliche
Ruder und 2 den Hauptbauteil, z. B.einef@eststehende Flosse, dar. Dass Ruder i ist
durch zwei Gestänge 3, q. und einen zwischen diese geschalteten Bremskopf 5 mit
einem -.au Führersitz angeordneten Handsteuerh ebel 6 verbunden. Der Bremskopf 5
einer Selbstsperrung 5, 7 ist in einer Bremsbahn 7 verschiebbar angeordnet, während
die Bremsbalul7 meiner feststehenden Führung des Lagerbockes 8 ;gleichfalls verschiebbar
gelagert ist.
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Erfindungsgemäß ist in dem Ausführungsb.eispiel nach Abb. i die Anordnung
derart getroffen, daß nur die ruderseitig im Sinne des Doppelpfeiles A-B verlaufenden
Kräfte über die Selbstsperrung 5, 7 auf federnde Mittel, den Kolben 9 und die Federn
18, 19, wirken. Zu dieseln Zweck ist der' abgefederte Kolben 9 mittels eines Verbindungssteges
14 und einer Kolbenstange 15 mit der verschiebbaren Bremsbahn 7 der Selbstsperrung
5, 7 verbunden. Der zur Aufnahme des abgefederten Kolbens q dienende Zylinder
13 ist an der ruhenden Führung des Lagerbockes B befestigt, also flugzeugfest
an der Flosse 2 angeordnet.
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Die Wirkungsweise bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist derart,
daß die vom Handsteuerhebel6 ausgehenden Zug- und Druckkräfte, die im Sinne des
Doppelpfeiles Z-D im Gestänge q. verlaufen, vom Bremskopf 5 der Selbstsperrung 5,
7 und dem Gestänge 3 zum Ruder i übertragen werden. Hierbei gleitet der Bremskopf
5 in der Bremsbahn 7, so. daß, die vom Handsteuerhebel 6 ausgehenden Kräfte unmittelbar
und ungehemmt auf das. Ruder i übertragen werden. Bei den vom Ruder i ausgehenden,
im Sinne des Doppelpfeiles A-B im Gestänge 3 wirkenden Kräften erfolgt, wie bei
Abb. q. näher erläutert werden wird, ;ein Festbremsen des Bremskopfes 5 auf den
Bremsbahnen 7. Die Ruderkräfte wirken also auf die Bremsbahn 7 und versuchen über
den Verbindungssteg 14. und die Kolbenstange- 15 den mittels der beiden Federn 18,
19 abgefederten Kolben 9 in der einen oder der anderen Richtung zu vers,chieb;en.
Diesen Verschiebungskräften wirken die im Zylinder 13 angeordneten beiden Federn.
18 tuzd i g# entgegen, so daß .dies einer Erhöhung der Steifigkeit der Ruderanordnung
entspricht, wodurch die Eigenfrequenz des Ruders und dadurch in manchen Fällen die
kritische Geschwindigkeit steigt. Die Bewegungen der Selbstsperrung 5, 7, die durch
die Ruderkräfte trotz der Hemmung des abgefederten Kolbens 9 erfolgen werden, ergeben
am Handsteuerheb:el6 Kräfte, die vermindert merkbar sind, jedoch so, daß. sie mit
Sicherheit vom Flugzeugführer wahrgenommen werden. Diese Wahrung des Steuergefühls-
für. den Flugzeugführer ist besonders wichtig, da hierdurch eine Überlastung der
Rudereinrichtung weitgeliendst vermieden werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 weist im wesentlichen die gleiche
Wirkungsweise und auch die gleichen Vorteile wie das Aus;-führungsbeispiel nach
Abb. i auf. An Stelle des mittels. Federn 18, i9 abgefederten Kolbens 9 nach Abb.
i ist bei denn Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 .ein durch Luft oder Flüssigkeit
oder Gleitreibung gedämpfter Kolben io in einem Zylinder 13 angeordnet. Außerdem
ist die Bremsbahn 7 der Selbstsperrung 5, 7 finit der ruhenden Führung des Lagerbockes
8 durch zwei Rüclzzugfedei-ii 2o, 21 verbunden, die die Bremsbahn 7 und auch den
Kolben io nach Ablauf der Ruderbewegung in die Mittellage stellen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 ist als schwingungsbeeinflussendes
Mittel des Leitwerkes. 1, 2 @erfindungsgemäß ;eine drehbare, insbesondere drehträge
Masse 12 an der Flosse 2 angeordnet, die mit dem Ruder i zusammen wirkt. Die die
drehträge Masse i i des Ruders i darstellende- Scheibe i i ist finit der drehträgen
Masse 12 der Flosse 2 durch die Zahnstange 16 tmd das Zahnrad 17 in deinem bestimmten
Übersetzttngsverhältuis und zu gegenläufigem Drehsinn verbunden. Diese übersetztung
x6, 17 ist eingeschaltet, damit das Massenträ gheitsmoment .der an der Flosse
ä angeordneten Ausgleichsmasse 12 kleiner ausgebildet werden kann :als das Trägheitsmoment
des Ruders, um Gewicht - und Raum zu sparen.. An der Bremsbalni 7 der Selbstsperrung
5, 7 ist die Zahnstange 16 angeordnet, die in das mit der drehträgen Masse 12 verbundene
Zahnrad 17 eingreift. Die Drehachse des Zahnrades 17 und der Masse 12 sind durch
das Rahmenteil 22 mit dem Lagerbock der flugzeugfesten Führung 8 fest verbunden.
Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Abb. 3 ist Zinn derart, daß die
vom Handsteuerhebel 6 im Sinne des Doppelpfeiles Z-D ausgehenden Kräfte über
das
Gestänge 4, den Bremskopf 5 und das Gestänge 3 auf das. Ruder i unmittelbar übertragen
werden. Bei ruderseitig wirkenden; im Sinne des Doppelpfeiles A-B im Gestän ge 3
verlaufenden Kräften, insbesondere auch bei unerwünschten Schwingungen des. Ruders
i, wird der Bremskopf 5 auf der Bremsbahn. 7 festgeklemmt. Die Ruderkräfte werden
nun von der Bremsbahn 7 auf die Zahnstange 16
und das Zahnrad 17 und
somit auf die drehträge Masse 12 der Flosse 2 übertragen. Die Masse 12 verringert
die von dem Ruder i ausgehenden, insbesondere die durch die Drehschwingungen entstehenden
Kräfte, so daß deren schädliche Wirkungen aufgehoben werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispieil
verspürt der Flugzeugführer am Handsteuerhebel 6 die ruderseitigen Kräfte stark
vermindert. Die beiden zwischen dem. Lagerbock 8 und der Bremsbahn 7 angeordneten
Rückzugfedern2o,2i stellen die notwendige Mittellage her, damit die Mitte der Zahm
stange 16 in der Ruhelage dem Zahnrad 17 gegenübersteht.
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Der in Abb. 3 verkörperte Erfindungsgedanke der kinematischen Kupplung
des angelenkten Bauteils i oder seiner Masse I i mit einer am Hauptbauteil
2 um :eine achsparallel zur Ruderachse drehbar angeordneten. Masse 12, kann in verschiedenen
Formen abgewandelt werden. Beispielsweise kann für ein Höhenleitwerk erfindungsgemäß
die für die drehbare Masse an der Höhenflosse angeordnete Achse parallel zur Hochachse
des Luftfahrzeuges verlaufend angeordnet sein; bei dieser Anordnung liegt die am
Hauptbauteil drehbar angeordnete Masse meiner zur Längs-und Querachse des Flugzeuges
parallel ver: laufenden Ebene. Diese so angeordnete scheibenförmige Masse ist mit
der Masse des angelenkten Teiles vorteilhaft durch einen halbgekreuzten Riementrieb
verbunden: Die Achse der am festen Bauteil angeordneten Masse kann also zur Achse
des angelenkten Teiles in jeder beliebigen Richtung verlaufend angeordnet sein.
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In Abb.4 ist die erfindungsgemäß als Reibungssperrung ausgebildete
Selbstsperrung 5, 7, wie sie in den Abb. i bis 3 angewendet worden ist; im vergrößerten
Maßstab dargestellt. Die Brernsbabn7 nimmt den Lagerkopf 33 des Bremskopfes mit
dem notwendigen Bewegungsspiel auf. An dem Lagerkopf 33 ist das vom Ruder i kommende
Gestänge 3 und an-dem Steg 23 das vom Handsteuerhebel 6 (s. Abb. i bis 3) kommende
Gestänge 4 angeordnet. Die Verlängerung 38 des Gestänges 3 ist in der Bohrung
39 des Gestänges 4 verschiebbar angeordnet. Am Gelenkzapfen spielsweise 32
vier des Bremsteile Lagerkopfes 24, 33 25, sind 26, bei- 27 gelenkig befestigt,
deren Bewegungen durch die Anschläge 29, 3o begrenzt sind: Je zwei Bremsteile 24,
26 und 25, 27 werden durch je eine Feder 31 derart zusammengezogen, daß ihre
Enden 34, 36 @36, 37 gegen die Bremsbahn 7 angedrückt werden. An dem Steg 23 -des
Gestänges 4 sind zwei Mitnebmer 42 gelenkig befestigt, die mit je zwei ovalen Öffnungen
41 versehen sind. In diese öffnungen 41 greifen die Stifte 4o der Bremsteile 24
bis 27, wodurch die Bremsteile 24 bis 27 über das Gestänge 4 finit geringem Spiel
mit dem Handstellhebel6 verbunden sind.
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Die Wirkungsweise -der Selbstsperrung 5, 7 ist nun folgende: Falls.
die Ruderkräfte im Sinne des Pfeiles A wirken, verläuft"der Kraftfluß über das Gestänge
3, den Gelenkbolzen 32 in die beiden Bremsteile 24, 25, so daß die Enden 34, 35
auf die Bremsbahn 7 gedrückt werden, eine Bremsung oder Festklemmung erzeugen und
die Bremsbahn 7 mitgenommnem wird. Die auf die Bremsbahn 7 übergehenden Bewegungen
werden nun :entweder mittels des abgefederten Kolbens q oder des. Dämpfungskolb,ens
io oder der drehträgen Mässe 12 gehemmt und zum größten Teil verhindert. Die durch
die Hemmung verringerten Kräfte fühlt der Flugzeugführer im Handsteuerhebel6, so
daß das Steuergefühl gewahrt bleibt. Wenn jedoch die Ruderkräfte im Sinne des Pfeiles
B wirken, werden durch Vermittlung "des Gestänges 3 über den Gelenkbolzen 32 die
Bremsteile 26, 27 mit ihren Enden 36, 37 gegen die Bremsbahn 7 gedrückt, so daß
auch hier eine Bremsung rund teilweise Vernichtung der Ruderkräfte durch das eine
oder andere der Mittel 9, - i o, 12 erfolgt.
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Eine vom Handsteuerhehel6 in Richtung des Pfeiles D wirkende Kraft
wird vom Ge- i stänge 4 auf den Steg 23 und dann auf die an ;ihm gelenkig befestigten
Mitnehm:er 42-übertragen. Die Mitnehmer 42 wirken nun durch das Ineinändergreifen
ihrer ovalen. Löcher 4i und der Mitnehmerstifte 4o derart auf die Bremsteile 26,
27, da;ß die Enden 36, 37 derselben entgegen der Wirkung der Federn 31 von
der Bremsbahn 7 abgehoben und gegen die Anschläge 29, 29 des Lager> kopfes 33 gedrückt
werden. Der Brenskopf 5 wird hierbei fast widerstandslos verschoben und nicht auf
die Brenisbabn 7 festgebremst, weil die anderen mittels der Federn @ i auf die Bremsbahn?
angedrückten Bremsstäbe 24, 25 infolge ihrer Winkelstellung zur Bremsbahn 7 nur
leicht schleifen. Die Kräfte des Handsteuerheb,els 6 werden also unmittelbar auf
das Gestänge 3 übertragen und das Rüder 1 verstellt.
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Wirken :die vom Handsteuerhebel 6 ausgehenden Kräfte in Richtung des
Pfeiles Z,. so verläuft der Kraftfluß über den Steg 23, die
beiden
Mitnehmer 42, ihre ovalen Löcher 4 i_ und die Mitnehmerstifte 40- der Bremsteile
24, 25. Die Enden 34, 35 der Bremsstäbe 24, 25 werden von der Bremsbahn 7 abgehoben
und gegen die Anschläge 3o des Steges 43 gezogen, so daß der Lagerkopf 33 mit-dem
Gestänge 3 nach .links, verschoben wird und keine Bremsung, sondern eine Übertragung
der Kräfte auf das Ruder i erfolgt. An Stelle der vier Bremsteile 24 bis 27 können
auch nur zwei Bremsteile verwendet werden, die, V- oder X-förmig zueinander
liegend, gelenkig miteinander verbunden sind. Die Bremsteile brauchen nicht an einem
gemeinsamen Ge-
lenkbolzen armgelenkt zu sein, sondern können auch paarig
oder einzeln an mehrere Gelenkbolzen angelenkt werden.