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Selbsttätige Trimmeinrichtung für ein- oder mehrmotorige Luftfahrzeuge
Infolge des durch die Luftschrauben hervorgerufenen Schraubendralls sind die Strömungsverhältnisse
an durch Luftschrauben angetriebenen Luftfahrzeugen weitgehend unsymmetrisch.
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Als Gegenwirkung zu dem Luftschraubendrehmoment sucht ein im Raum
frei schwebendes Flugzeug sich entgegen der Schraubenumlaufrichtung um die Schraubenachse
zu drehen. Dieses Bestreben kann nur aufgehalten werden durch .ein entsprechendes
ungleiches Auftriebsmoment des linken und rechten Tragflügels. Verschiedener Auftrieb
an der linken und rechten Tragflächenseite bedeutet in nächster Folge verschiedenen.
Widerstand und daraus resultierend ein Drehmoment um die Hochachse des Flugzeuges,
das wiederum nur durch einen entsprechenden Ausschlag des Seitenruders oder eine
entsprechende Rudervoreinstellung behoben werden kann.
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Beim Durchfluß durch die Schraubenebene erhält die Luft nicht nur
einen Impuls in axialer Richtung, sondern einen dem augenblicklichen Drehmoment
entsprechenden Impuls in Richtung der Schraubendrehung. Mit anderen Worten: der
Schraubenstrahl führt hinter der Schraubenebene eine umlaufende Bewegung aus. Dadurch
werden alle hinter ihr liegenden Flugzeugteile unsymmetrisch angeströmt. Die Tragrlächen
arbeiten rechts und links der Schraube unter vergrößertem bzw. verkleinertem Anströmwinkel
und erhöhen infolge ihres verschiedenen Widerstan. des weiterhin die eingangs erwähnte
Drehbewegung des Flugzeuges um die Hochachse. Bei den Leitwerken ist die Anströmwinkeländerung
von besonders empfindlicher Wirkung, weil dadurch die für den Flugzustand entscheidenden
Flächenteile, die Ruder selbst beeinflußt werden.
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Besonders unangenehm macht sich die unsymmetrische Strömung an einem
Flugzeug deshalb bemerkbar, -weil sie nicht von konstanter Größe, sondern als Funktion
der Motorleistung und der Fluggeschwindigkeit veränderlich ist und deshalb mit jeder
Veränderung des Flugzustandes auch neuausgeglichen werden muß.
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Die Erfindung behebt diesen Übelstand. Sie geht von der Erkenntnis
aus, daß der Drehimpuls des Schraubenstrahls besonders
geeignet
ist, um als Kraftquelle für den Gegenimpuls herangezogen zu werden. Er ist nämlich
nicht nur eine einfache Funktion des Drehmoments, sondern in seiner Abströmrichtung
auch .eine Funktion der Fluggeschwindigkeit. Die Drehbewegung des Schraubenstrahls
ist beispielsweise stärker bei voller Motorleistung im Steigen als bei der gleichen
Motorleistung im Geschwindigkeitsflug. Dieser Umstand ist aber wichtig, weil demnach
die Unsymmetrie im Steigen stärker ist als bei großer Geschwindigkeit im Waagerechtflug.
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Es ist bereits bekannt, eine selbsttätige Trimmeinrichtung für Luftfahrzeuge
mit an den Hauptrudern angeordneten Trimmrudern vorzusehen, die in Abhängigkeit
von einer auf das Propellerdrehmoment ansprechenden Vorrichtung selbsttätig einstellbar
sind. Bei diesen bekannten Einrichtungen erfolgt aber die Steuerung der Trimmruder
nicht gleichzeitig auch in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit. Deswegen genügen
diese bekannten Einrichtungen den vorstehend geschilderten Bedürfnissen nicht, ganz
abgesehen davon, daß die Einrichtungen dieser bekannten Bauarten selbst verhältnismäßig
verwickelt durchgebildet sind.
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Die Erfindung bringt eine einwandfreie und einfache Lösung der hier
zu bewältigenden Aufgabe, und zwar dadurch, daß die die Trimmimpulse einsteuernde
Vorrichtung aus einer im Strahl jeder Luftschraube angeordneten Windfahne besteht,
so daß die Trimmregelung gleichzeitig von der Flugzeuggeschwindigkeit abhängig ist.
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Durch geeignete frbertragungseinrichtun.-gen kann die Bewegung der
Windfahne mit der Bewegung der Trimmruder gekoppelt werden, so daß entsprechend
der jeweiligen Stellung der Windfahne alle oder einzelne Ruder in Abhängigkeit vom
Schraubenstrahl beeinflußbar sind.
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Der Gegenstand der Erfindung bringt auch dann noch Vorteile, wenn
Ursymmetrien bzw. Gleichgewichtsstörungen auftreten, die nicht unmittelbar von der
Drehrichtung des Schraubenstrahles herrühren.
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Liegt beispielsweise die Schraubenschub. richtung so, daß sie nicht
durch den Schwerpunkt geht, so entsteht ein Schraubenschubmoment, das naturgemäß
eine Funktion der Motorleistung, also der Drosselstellung des Motors ist. Auch solche
Momente lassen sich dann über die strahlendrehempfindliche Windfahne ausgleichen.
Als Beispiel mag ein Flugzeug gelten, bei dem der Motor hoch über der Tragfläche
angebracht ist. Unter dem Schub der Schraube neigt das Flugzeug vornüber zum Kippen,
ein Bestreben, das durch eine von der Windfahne gesteuerte Trimmklappe des Höhenruders
ausgeglichen wird.
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Ein anderes Beispiel ist ein Flugzeug, bei dem der Motor nicht in
der Symmetrieebene liegt, sondern seitlich versetzt ist. In diesem Falle gleicht
man das um eine Hochachse drehende Schraubenmoment über die Beeinflussung des Seitenruders
aus.
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Ein anderes wichtiges Anwendungsgebiet bringen Flugzeuge mit mehreren
Motoren. Bei solchen gilt es, nach Ausfall der Leistung eines Motors oder eines
Teils desselben größere Drehmomente um die Hochachse auf dem Weg über das oder die
Seitenruder auszugleichen. Man bringt in solchem Falle zweckmäßig in den Schraubenstrahl
eines jeden Motors eine eigene Windfahne und ordnet für jede Windfahne eine eigene
Trimmkante an einem oder auch an allen Seitenrudern an. Zweckmäßig stellt man dann
die Trimmruder so ein, daß sie im bevorzugten Flugzustand, das kann in einem Falle
der Reiseiiug, im anderen Falle die Höchstgeschwindigkeit sein, ohne Ausschlag in
der Flugrichtung stehen. Mit anderen Worten: einer schräg stehenden Windfahne entspricht
dann ein in der Fortsetzung des Seitenruders stehendes Trimmruder.
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Sobald nun ein Motor ausfällt, schwingt die hinter ihm liegende Windfahne
aus ihrer Schrägstellung in die drehungsfreie Luftströmung genau in Flugrichtung
ein und steuert die zugehörige Trimmkante entsprechend aus und gleicht so den ausfallenden
Schraubenschub über das Seitenruder hinweg ganz oder teilweise aus.
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Windfahnen, die im Bereich des Luftschraubenstromes liegen und zur
Einstellung der Hauptrudrer des Flugzeuges dienen, sind an sich bekannt; indessen
hat man sie nicht zu dem der Erfindung zugrunde liegenden Zweck herangezogen, wonach
die Trimmregelung gleichzeitig von der Flugzeuggeschwindigkeit abhängig wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung wiedergegeben sind.
Es zeigen: Abb. i die Seitenansicht und Abb.2 den dazugehörigen Grundriß eines einmotorigen
Flugzeuges, Abb.3 die Seitenansicht eines Flugzeuges, bei welchem der Motor über
dem Schwerpunkt liegt, Abb. 4. ein zweimotoriges Flugzeug im Grundriß, Abb.5 das
Seitenleitwerk des Flugzeuges gemäß Abb. 4 in Seitenansicht.
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Das Flugzeug gemäß den Abb. i und 2 zeigt bei i die Windfahne, die
an einem Arm 2 angebracht und um die Achse 3 drehbar
ist. Eine
Gestängeleitung q. überträgt die Bewegung der Windfahne auf ein am Ende des Seitenruders
5 angebrachtes Trimmruder 6. Im Grundriß erkennt man, daß die Windfahne i entsprechend
dem Drall des Schraubenstrahles um einen Winkela ausgeschwenkt steht und dementsprechend
einen Ausschlag ß des Trimmruders 6 bedingt, wodurch als weitere Folge das Seitenruder
5 in der Pfeilrichtung p ausgeschlagen wird und der Wirkung des durch den Schraubenstrahl
schräg angeströmten Seitenleitwerks durch diesen Seitenruderausschlag entgegenwirkt.
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Bei dem Flugzeug gemäß Abb.3 liegt der Motor über dem Schwerpunkt
S, und dementsprechend verursacht der Propellerschub ein kopflastiges Moment. Der
Ausschlag der übereinstimmend mit der vorangegangenen Abbildung benannten Wind-
oder Trimmfahne i ist zweckmäßig hier auf ein am Höhenruder 7 sitzendes Trimmruder
8 übertragen und begegnet so dem genannten kopflastigen Moment.
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Bei dem zweimotorigen Flugzeug gemäß Abb. 4. sitzt hinter jedem Motor
eine Windfahne i in gleicher Weise wie bisher. über ein Gestänge werden die Bewegungen
beider auf am Seitenruder g getrennt angebrachte Trimmruder i o und i i übertragen.
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Während beide Wind- oder Trimmfahnen den Ausschlag a angeben, sind
die Trimmruder hier zweckmäßig auf o° eingestellt und wirken dann. erst, wenn einer
der Motoren ausfällt und die nun axiale Strömung die hinter seiner Luftschraube
liegende Wind-oder Trimmfahne ohne Ausschlag nach hinten einschwenken läßt.