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Sicherheitssteuereinrichtung für Flugzeuge Die Erfindung bezieht sich
auf eine Sicherheitssteuereinrichtung für Flugzeuge, bei der zwischen Steuerorgan
und Ruder ein in Abhängigkeit vom Staudruck selbsttätig veränderbares Übersetzungsgetriebe
eingeschaltet ist, das bei allen Staudruckgrößen einen gleich großen Ausschlag des
Steuerorgans zuläßt.
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Solche Sicherheitssteuereinrichtungen sollen Überbeanspruchungen der
Flugzeugzelle, die durch harte und plötzliche Steuerorgan-oder Ruderausschläge herbeigeführt
werden, verhindern. Vor allem soll ermöglicht werden, verschieden große Ruderausschläge
bei gleichbleibenden Steuerorganausschlägen auszuführen, so daß der Flugzeugführer
auch im Schnellflug gefühlsmäßig steuern kann. Hierdurch werden auch die an den
Rudern angreifenden Kräfte vermindert, so daß das Steuerorgan auch bei großen entgegenwirkenden
Ruderkräften verhältnismäßig leicht einstellbar ist.
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Steuereinrichtungen zum Lösen dieser Aufgabe sind bekanntgeworden.
Bei den bekannten Steuereinrichtungen wirkt der Staudruck auf einen unmittelbar
in das Steuergestänge zwischen Steuerorgan und Ruder eingeschalteten Teil. Hierdurch
tritt eine Nachgiebigkeit im Übertragungsgestänge auf. Es können sonach wohl harte
Ruderausschläge bei plötzlicher oder schroffer Betätigung des Steuerorgans vermieden
werden. Doch haben solche Steuereinrichtungen den großen Nachteil, daß die Steuerorganausschläge
verfälscht auf die Ruder übertragen werden. Die Ruderausschläge entsprechen also
nichtmehr den gewollten Ausschlägen, sondern sind meist kleiner.
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Auch ist es bei den bekannten Steuereinrichtungen möglich, daß die
Ruderausschläge denen des Steuerorgans nacheilen. Zum Beispiel bei plötzlichem Hochreißen
des Flugzeuges folgt dieses nicht mehr rechtzeitig und kann dem Hindernis nicht
ausweichen. Diese beim Schnellflug oft erwünschte Wir kung ist jedoch im Langsamflug
nicht am Platze, da auch in diesem Flugzustand das Flugzeug den kleinsten Steuerorganausschlägen
sofort folgen muß.
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Diese Nachteile vermeidet die Erfindung dadurch, daß zum Zwecke einer
starren Verbindung zwischen Steuerorgan und Ruder zwischen Staudruckgerät und Übersetzungsgetriebe
eine selbsthemmende, die Übersetzungsänderung
des Getriebes bewirkende
Spindel eingeschaltet ist, die über eine durch das Staudruckgerät beeinflußbare
Hilfskraft (Elektromotor) steuerbar ist.
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Der große Vorteil der Erfindung liegt also darin, daß das Übertragungsgetriebe
unrfachgiebig bleibt, weil das Staudruckgerät nicht unmittelbar in das Getriebe
eingeschaltet ist, sondern dieses nur mittelbar beeinflußt.
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Die Sicherheitssteuerung hat ferner noch den Vorzug, daß sie insbesondere
für Flugzeuge mit geteiltem Leitwerk vorteilhaft anzuwenden ist. Bei Flugzeugen,
die mit solchen Leitwerken ausgerüstet sind, besteht die Möglichkeit, im Langsamflug
das ,gesamte und im Schnellflug nur einen Teil des Leitwerkes als Ruder zu benutzen.
Der Vorteil solcher Leitwerke ist dadurch gegeben, daß bei Flugzeugen mit sehr großen
Geschwindigkeitsunterschie den, also bei sehr schnell fliegenden Flugzeugen, die
sonst schwer zu bewältigenden, an den Rudern angreifenden Kräfte beherrscht werden
können, da sie mit der zu bewegenden Fläche der Ruder abnehmen.
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Die neue Sicherheitssteuerung mit solchen Leitwerken in Verbindung
gebracht, ergibt, daß bei sehr hohen Geschwindigkeiten nur die kleinere Ruderfläche
durch den Flugzeugführer beeinflußbar, der übrige Teil des Höhenruders dagegen stillgelegt
wird und daß erst bei abnehmendem Staudruck auch der erwähnte übrige Teil des Ruders
selbsttätig unter dem Einfluß des Führers gelangt.
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Als Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde die Anwendung der neuen
Sicherheitssteuerung bei Flugzeugen mit geteiltem Leitwerk gewählt. Es zeigen in
schematischer Ausführung Fig. i und 2 eine Übersicht über die Anordnung des vom
Steuerorgan zu den Rudern führenden Getriebes, Fig.3 eine Seitenansicht der Hauptteile,
die die Übersetzungsänderung des Getriebes durchführen, Fig.4 einen Schnitt durch
das elektrische Schaltgehäuse, Fig.5 die Fig.3 von oben gesehen und Fig.6 die Fig.3
in Seitenansicht ohne Staurohr.
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Das in den Fig. i und 2 gezeigte, vom Steuerorgan zu den Rudern führende
Getriebe setzt sich aus folgenden Teilen zusammen: Das um die Achse :2 vierschwenkbare
Steuerorgan i ist an seinem unteren Ende 3 mit einer Stange 4 gelenkig verbunden.
Diese ist an dem unteren Ende 5 eines um das Lager 7 v erschwenkbaren doppelarmigen
Hebels 6 angelenkt, an dessen oberem Ende 8 eine weitere Stange g gelenkig angreift.
Diese ist mit ihrem freien Ende an einer schwenkbar gelagerten Schlitzkulisse io
angelenkt. Die Schlitzkulisse ist auf einem flugzeugfesten Lager i i schwenkbar
gelagert. An ihr ist ein Bolzen 12 befestigt, der der Stange 13 als Angriffspunkt
dient. Die Stange 13 greift an dem unteren Ende eines doppelarmigen und auf der
Achse 14 gelagerten Hebels 15 an, an dessen oberem Ende der Steuerzug 16 angelenkt
ist. Letzterer ist mit dem oberen Arm eines weiteren doppelarmigen Hebels 17 verbunden,
dessen Achse i8 sowohl mit ihm als auch mit dem Ruder ig starr verbunden ist. Am
unteren Ende trägt dieser Hebel den Anschluß für den Steuerzug 2o, der an dem unteren
Ende des Hebels 15 angreift.
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In der Schlitzkulisse io ist ein Kulissenstein 21 verschiebbar geführt,
an dem die Stange 22, des Übersetzungsgetriebes angreift. Diese ist an dem unteren
Ende des um das Lager 14 vierschwenkbaren doppelarmigen Hebels 23 angeschlossen,
an dessen oberem Ende eine weitere Stange 24 angreift: Letztere führt zu einem weiteren
doppelarmigen Hebel 25, der mit zwei weiteren, gleichartig ausgebildeten
Hebeln 26 und 27 .über eine allen drei Hebeln gemeinsame Welle 28 starr verbunden
ist. Diese Welle ist in der Flosse 29 gelagert. Das obere Ende des Hebels 26 ist
mit dem- in gleicher Höhe liegenden Ende des ebenfalls doppelarmigen Hebels 31 durch
die Stange 3o und das untere Ende dieses Hebels mit dem unteren Ende des Hebels
3 i durch die Stange 32 verbunden. In gleicher Weise sind die doppelarmigen Hebel
27 und 33 durch die Steuerstangen 34 und 35 verbunden. Die Hebel 31 und 33 sind
starr mit der Drehachse der Ruderteile 36 verbunden. Die Steuerzüge dieser Ruderteile
führen vom unteren Ende des Hebels 25 über den Zug 37 nach dem unteren Arm des doppelarmigen
Hebels 23.
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Lm die Übersetzungsänderung des vom Steuerorgan zu den Ruderteilen
führenden Getriebes ändern zu können, muß der Kulissenstein 21 der Schlitzkulisse
verschoben werden; hierfür sind folgende .in der Fig. 3 dargestellte Einrichtungen
vorgesehen.
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Der in der Schlitzkulisse io verschiebbare Kulissenstein 21 trägt
einen Bolzen 38, an dem eine der Stange 22 zugehörige Gabel 39 angreift (siehe auch
Fig. 5). An diesem Bolzen ist ferner ein Hebel 4o angelenkt, der mit einem Dreieckhebe141
gelenkig in Verbindung steht. Letzterer ist um eine Achse 42 vierschwenkbar gelagert
und wird durch eine Spindel 43, mit der er über ein Glied 44 in Verbindung steht,
verschwenkt.
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Der Antrieb der Spindel ist staudruck abhängig und folgendermaßen
ausgebildet. Das den Luftstau oder den Fahrtwind auffangende Staurohr 45 ist über
zwei Leitungen 46 und 47 mit dem in einem Gehäuse 49
untergebrachten
Staudruckgerät48 verbunden. Die erstere der beiden Leitungen setzt das Innere des
Gehäuses 49 unter statischen Druck, während die Leitung 47 das Gerät 48 mit dem
Stau leitend verbindet. Das sich unter dem Einfluß des Staudruckes ausdehnende Staudruckgerät
48 übermittelt seine Veränderung über das Zwischenglied 5o einem drehbar auf der
Achse 42 gelagerten Zylinder 5 i, an dessen Auge 52 das Zwischenglied 5o angeschlossen
ist (siehe auch die Fig.4 bis 6). Auf diesem Zylinder 5 i ist ein weiterer Zylinder
53 ebenfalls drehbar gelagert, dessen Auge 54 mit dem bereits erwähnten Dreieckhebel
.1i gelenkig in Verbindung steht.
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Diese beiden drehbar aufeinander oder auf der Achse 42 gelagerten
Zylinder 51 und 53 tragen einander entgegengerichtete elektrische Kontakte. Der
Zylinder 51 besitzt Kontakte 55, 56 und 57, und der Zylinder 53 solche 58, 59, 6o
und 61. Die Kontakte sind leitend mit einer Batterie 62 und einem Elektromotor 63
verbunden, und zwar über die Leitungen 64 und 65. Die Einzelheiten der Schaltung
sind :an anderer Stelle beschrieben.
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Der Elektromotor 63 treibt über sein-Zahnrad 66 und das Getriebe 67,
68 eine Mutter 69 an, die in dem ortsfesten Lager 7o drehbar, jedoch nicht verschiebbar
gelagert ist. Diese Mutter steht mit der Spindel 43 in Eingriff' und bewirkt bei
ihrer Verdrehung die -Verschiebung der Spindel.
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Die Wirkungsweise der Sicherheitssteuerung ist folgende.
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Es sei zunächst angenommen, daß sich das mit der neuen Einrichtung
ausgerüstete Flugzeug in einem langsamen Horizontalflug befindet. Das Getriebe nimmt
dann etwa die in den Figuren ausgezogen dargestellte Lage ein, mit dem einzigen
Unterschied, daß der Kulissenstein 21 und die Stange 22 in der Fig. i den_Bolzen
12 oder die Stange 13 überdecken.
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Wird in dieser Stellung des Getriebes das Steuerorgan i verschwenkt,
so schlagen alle drei Ruderteile 36, 19, 36 um einen gleichen Betrag aus. In dieser
Lage der Getriebeteile sind die Ruderausschläge denen des Steuerorgans verhältig.
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Vergrößert sich nun die Fluggeschwindigkeit, dann ändert sich die
Größe des Staudruckes, so daß folgende Veränderungen in dem Getriebe eintreten.
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Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, wird durch den über die Leitung
47 auf das Staudruckgerät einwirkenden Staudruck dieselbe in ihrer Längsrichtung
ausgedehnt, so daß die Stange 50 in dieser Figur nach rechts verschoben wird.
Hierbei führt der das Auge 52 tragende innere (51) der beiden Zylinder 5i, 53 eine
Umdrehung in Pfeilrichtung aus. Dabei gelangen dessen Kontakte 55 und 57 auf die
entsprechenden Gegenkontakte 58 und 6o: die jeweils über die Batterie 62 mit der
Achse oder Erregerwicklung des Elektromotors 63 leitend verbunden sind, so daß derselbe
anläuft.
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Der Motor 63 treibt über das Getriebe 66, 67 und 68 die Mutter 69
an (Fig. 6), welche die Verschiebung der Spindel in der Fig. 3 nach links bewirkt.
Hierdurch wird der Winkelhebel 41 im Uhrzeigersinn verdreht, so daß über das Zwischenglied
4o der Kulissenstein 21 in Fig. i nach unten-bewegt: wird.
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Die Abstände Kulissenstein 2 i-Drehpunkt der Kulisse ii und Bolzen
i2-Drehpunkt der Kulisse i i sind hierbei verschieden groß geworden. Durch das Drehen
des Winkelhebels 41 eilt der zweite Zylinder 53 dem ersteren nach, da er über sein
Auge 54 mit ihm verbunden ist. Bleibt der Staudruck eine kurze Zeit konstant, dann
hat der zweite Zylinder 53 den inneren eingeholt-die Staudose kann sich nämlich
nicht weiter ausdehnen, so daß die Zylinder sich nicht mehr drehen. Die Kontakte
55, 58 und 57, 6o trennen die Stromkreise des Elektromotors hierbei wieder, wodurch
dieser stillgesetzt wird-Es sei angenommen, daß das Getriebe nun die in der Fig.
i ausgezogen und in der Fig. 3 gestrichelt dargestellte Lage einnimmt.
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Wird nun das Steuerorgan i um seine Achse 2 verschwenkt, so führt
der mit dem Gestänge 13 verbundene Ruderteil i9 eine Bewegung aus, die verhältig
der des Steuerorgans i ist, während die mit dem Gestänge 22 verbundenen Ruderteile
36 kleinere Ausschläge ausführen. Dies hat seine Ursache darin, daß der Kulissenstein
21 einen geringeren Abstand von dem Schwenkpunkt ii der Schlitzkulisse 1o aufweist
als der Angriffspunkt 12 des Gestänges 13 an der Schlitzkulisse io.
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Wächst der Staudruck weiter an oder fällt er, so hat dies, wie aus
den bereits beschriebenen Beispielen hervorgeht, die Verschiebung des Kulissensteins
21 innerhalb der Schlitzkulisse io zur Folge, die die Übersetzungsänderung des Ruderantriebes
für die Ruderteile 36 bewirkt.
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Beim Abnehmen des Staudruckeß zieht sich nämlich .die Staudruckdose
48 der Fi.g. 3 zusammen und hat eine Drehung des Gehäuses 51 der Fig.4 entgegen
dem Uhrzeigersinn zur Folge, so daß die Kontakte 55, 56 mit den Kontakten 59 bis
61 des Gehäuses 53 zusammentreffen und den Stromkreis des Elektromotors 63 für dessen
Rücklauf schließen. Hierdurch wird der Bolzen 21 der Fig. i nach oben verschoben,
so daß die Ruderausschläge (Ruder 36) bei gleichbleibenden Steuerorgariausschlägen
wieder anwachsen.
Die Erfindung ist nicht entsprechend dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel auf Flugzeuge mit geteiltem Höhenleitwerk beschränkt, sie kann
vielmehr auch bei ungeteilten Leitwerken unter entsprechender Änderung des übertragungsgestänges
Verwendung finden. Ferner kann die Spindel durch ein anderes selbsthemmendes Glied
ersetzt werden. Auch die anderen konstruktiven Teile des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles der Erfindung können durch andere Teile ersetzt werden.