DE733169C

DE733169C - Helicopter with coaxial wing stars that are driven in opposite directions by means of electromotive winding systems that are assigned to one another

Info

Publication number: DE733169C
Application number: DEH159173D
Authority: DE
Inventors: Hermann Honnef
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1939-04-01
Filing date: 1939-04-01
Publication date: 1943-03-20

Description

Hubschrauber mit durch einander zugeordnete, elektromotorische Wicklungssysteme gegenläufig antreibbaren, gleichachsigen Flügelsternen Bei Hubschraubern pflegt man meist zwei gleichachsig übereinander angeordnete gegenläufige Hubschrauben zu einem geschlossenen System zu vereinigen, um zu verhindern, daß die Schrauben ein Drehmoment auf den getragenen Körper ausüben. In diesem Zusammenhang ist es auch schon vorgeschlagen worden, jede dieser beiden Schrauben unmittelbar mit einem der beiden Wicklungssysteme (Feld, Anker) eines Elektromotors zu verbinden und diese beiden Wicklungssysteme dann drehbar gegen eine feste Lagerung anzubringen. Denn hierdurch wird eine volle Kompensierung der von den einzelnen Schrauben auf den getragenen Körper ausgeübten Drehmomente erreicht.Helicopters with associated electromotive winding systems Counter-rotating, equiaxed wing stars in helicopters maintains you usually have two coaxially superimposed counter-rotating lifting screws Unite a closed system to prevent the screws from entering Apply torque to the supported body. In this context it is too it has already been proposed that each of these two screws be connected directly to one of the to connect both winding systems (field, armature) of an electric motor and these the two winding systems can then be rotated against a fixed bearing. Because This fully compensates for the individual screws on the torques exerted on the carried body.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung für Anordnungen dieser Art. Da Hubschrauben aus aerodynamischen Gründen verhältnismäßig langsam umlaufen müssen, war es nämlich bisher notwendig, die beiden mit den Hubschrauben durch ineinandergesteckteRohrachsen verbundenen und in einem Gehäuse unter den Schrauben angeordneten elektrischen Wicklungssysteme so zu bemessen, daß der von ihnen gebildete Elektromotor bereits bei verhältnismäßig geringen Drehzahlen eine ausreichende Leistung ergibt. Je geringer die Drehzahl eines Elektromotores gewählt werden muß, bei der er seine volle Leistung erreichen soll, desto höher muß man jedoch bekanntlich das Eisen- und Kupfergewicht bemessen, so daß ein solcher Hubschrauber kaum eine Nutzlast zu tragen vermag.The invention relates to an improvement for arrangements of this type. Since lifting screws have to rotate relatively slowly for aerodynamic reasons, it was previously necessary to connect the two with the lifting screws through pipe axles that were inserted into one another connected and arranged in a housing under the screws electrical winding systems to be dimensioned so that the electric motor formed by them already at relatively low speeds results in sufficient performance. The lower the speed an electric motor must be selected in which it can achieve its full power it is well known that the higher the weight of iron and copper must be, so that such a helicopter can hardly carry a payload.

Die Erfindung geht davon aus, daß die zur Erzielung einer vorgegebenen Drehzahl erforderliche Eisen- und Kupfermenge in erster Linie von der Relativgeschwin.diglreit abhängt, mit der die Wicklungssysteme sich gegeneinander bewegen, und daß man daher auch bei niedrigen Drehzahlen zu verhältnismäßi" geringen Eisen- und Kupfergewichten zahl und Radius der Wicklungssystenie proportional, es läßt sich also bei einer aerodynainisch vorgegebenen, verhältnismäßig niedrigen Drehzahl durch entsprechende Vergrößerung des genannten Radius auf einen elektrotechnisch günstigen Wert bringen.The invention is based on the assumption that the amount of iron and copper required to achieve a given speed depends primarily on the relative speed with which the winding systems move against each other, and that, therefore, even at low speeds, one can achieve relatively low iron and copper weights the number and radius of the winding system are proportional, so it can be brought to an electrotechnically favorable value at an aerodynamically predetermined, relatively low speed by correspondingly increasing the radius mentioned.

-Nach der Erfindung werden die als Feld und Anker eines Elektromotors wirkenden und mit den übereinander - angeordneten Flügelsternen verbundenen Wicklungsringe an Versteifungsringen angebracht, «-elche die Flügel in lichtem Radialabstand von den auf einer feststehenden Achse unilaufenden Nahen unterteilen. Rüstet man z. B. ein Schraubensystem von 2 m Durchmesser nach diesem Torschlage mit Wicklungsringen von i in Durchmesser aus, so gelangt man bei einer gegenläufigen Drehzahl von je 30oUmdrehungen bereits zu einer Relativgeschwindigkeit zwischen den Wicklungen von über 30 ni/Sek. Diese entspricht etwa der Relativgeschwindigkeit zwischen Anker und Feld eines hochtourigen Elektromotors, der bell S ein Ankerdurchmesser mit i2ooo Umdr./llin. läuft. Eisen- und Kupfergewichte können also entsprechend gering gewählt werden. Eine weitere Z"erringerung von Eisen- und Kupfergewicht wird bei Elektromotoren bekanntlich zulässig, wenn man für besonders starke Kühlung sorgt. Es liegt auf der Hand, (laß die Kühlungsverhältnisse bei erfindungsgelnäl-eil Anordnungen bereits dadurch besonders günstig werden, daß die ringförmigen Wicklungssysteme ini freien Strömungsfeld liegen und finitbesonders hoher LTmfangsgeschwindigkeit laufen. Nach der Erfindung kann die Isülilung jedoch dadurch noch erheblich gesteigert «-erden, daß man die Schraubenflügel hohl ausbildet und als Kühlungsluftzuleitungen für die Wicklungssysteme ausgestaltet. Die an der -Nabe eintretende Kühlungsluft wird dann durch Schleuderkraft in die Hohlräume der Wicklungsringe hinein-Um einen guten Wirkungsgrad des elektrischen Antriebniotors zu erzielen, muß der Luftspalt zwischen Feld und Anker bekanntlich möglichst klein gehalten werden. Werden die Wicklungssysteme erfindungsgemäß an verhältnismäßig großen, die Naben in lichtem Abstande umgehenden Versteifungsrin1en angebracht, so müssen daher diese Ringe mit den Naben ein sehr verwindungsfeste: System bilden, damit auch bei Benutzeng eines engen Luftspaltes keine zerstörende Berührung zwischen Anker und Feld eintreten kann. Dies wird nach der Erfindung rain# besten dadurch erreicht, daß man die ein-Flügel der beiden Hubschrauben an <Teil Versteifungsringen derart abknickt. daß die innerhalb der Versteifungsringe liegenden Flügelteile zur Nabe hin nach oben bzw. nach unten schräg auseinanderlaufen. Die schräg gegen die Ringebene verlaufenden inneren Flügelteile bilden dann mit dein Versteifungsring zusammen ein starres räumliches Fachwerk, innerhalb dessen Lagenänderungen einzelner Glieder stets mit Längenänderungen verbunden sind und das sich daher als ganz wesentlich verwindungsfester erweist als ein System, bei dein Flügel und Versteifungsring -in einer Ebene liegen.-According to the invention, the winding rings acting as the field and armature of an electric motor and connected to the superimposed wing stars are attached to stiffening rings, "-which divide the wings at a clear radial distance from the nears running on a fixed axis. If you equip z. If, for example, a screw system with a diameter of 2 m after this gate stroke with winding rings of i in diameter, one arrives at a relative speed between the windings of more than 30 ni / sec at a counter-rotating speed of 30o revolutions each. This corresponds roughly to the relative speed between the armature and the field of a high-speed electric motor, the bell S has an armature diameter of i2ooo rev / llin. runs. Iron and copper weights can therefore be chosen to be correspondingly low. A further reduction in iron and copper weight is known to be permissible in electric motors if a particularly strong cooling is provided According to the invention, the insulation can be increased considerably by making the helical blades hollow and designed as cooling air supply lines for the winding systems In order to achieve a good efficiency of the electric drive motor, the air gap between field and armature must be kept as small as possible, as is well known attached, these rings must therefore form a very torsion-resistant system with the hubs, so that no damaging contact can occur between the armature and the field even when a narrow air gap is used. According to the invention, this is best achieved by kinking the one wing of the two lifting screws on part of the stiffening rings. that the wing parts lying within the stiffening rings diverge obliquely towards the hub upwards or downwards. The inner wing parts, which run diagonally against the plane of the ring, then together with your stiffening ring form a rigid spatial framework, within which changes in the position of individual links are always connected with changes in length and which therefore proves to be much more resistant to torsion than a system with your wing and stiffening ring - in one Lie level.

Durch die zuletzt beschriebene Maßnahuie gelingt es, den Flügeln der Hubschrauben eine so große Starrheit zu gewähren, daß man die über die Versteifungsringe hinausragenden Enden der Hubschrauben ohne weiteres abklappbar gestalten kann. Das Abklappen der Flügelspitzen ist an sich für Hubschrauber bereits vorgeschlagen worden. Die praktische Durchführung dieser-Maßnahine setzte aller bisher die Verwendung sehr starker Holme für die stehenbleibenden Flügelteile voraus, damit die Flügel im aufgeklappten Betriebszustand eine ihrer Belastung entsprechende Starrheit erhalten. Verbindet man die Flügel jedoch in der oben gekennzeichneten Weise mit den erfindungsgemäßen Versteifungsringen zu einem räumlichen Fachwerk und ordnet man die Klappgelenke erfindungsgemäß auf der Aufienseite der Versteifungsringe in deren unmittelbarer Nähe an. so erhält man ohne zusätzliche Gewichtsbelastung eine ausreichend feste Konstruktion.By the measure described last it succeeds the wings of the Lifting screws have such a great rigidity that they can be pulled over the stiffening rings protruding ends of the lifting screws can easily be folded down. That Folding down the wing tips has already been proposed per se for helicopters. The practical implementation of this measure continued to use all of them so far very strong spars for the remaining wing parts ahead, so that the wings receive a rigidity corresponding to their load in the unfolded operating state. However, if you connect the wings in the manner indicated above with the inventive Stiffening rings to form a three-dimensional framework and the folding joints are arranged according to the invention on the outside of the stiffening rings in their immediate vicinity Close to. so you get a sufficiently firm one without additional weight load Construction.

Das erfindungsgemäße Hubschraubensvstein kann sowohl für sog. Fesselhubschrauber ver«-endet als auch in frei fliegende Flugzeuge eingetaut werden, welche finit einer entsprechenden Stromquelle, wie z. B. finit einem dieselelektrischen System, ausgerüstet sind. lin letzteren Falle kann unter Umständen das Bedürfnis entstehen, den gegenläufigen Hubschrauben vorübergehend verschiedene Antriebsenergien zuzuführen, um hierdurch die Cbertragung eines Drehmomentes auf den getragenen Körper und damit dessen willkürliche Drehung auf der Stelle zu ermöglichen. 'Man erreicht dies nach der Erfindung, indem man die gegenläufigen, mit den Versteifungsringen der übereinander angeordneten Hubschrauben verbundenen Wicklungsringe beide als Ankerringe ausbildet und zwischen diese Ankerringe einen feststehenden, von der Achse getragenen Feldring legt. Durch entsprechende Regelung der den beiden Ankerringen zugeführten 'elektrischen Ströme kann man auf diesem Wege offenbar dieÜbertragung jedes gewünschten Drehmomentes auf die feststehende Achse erzielen.The helicopter system according to the invention can be used both for so-called tethered helicopters and thawed in free-flying airplanes, which are finite corresponding power source, such as. B. finitely equipped with a diesel-electric system are. In the latter case, the need may arise in the opposite direction Lift screws temporarily supply different drive energies in order to thereby the transfer of a torque to the carried body and thus its arbitrary Allow rotation on the spot. 'This is achieved according to the invention by one the opposite, with the stiffening rings arranged one above the other Lifting screws connected winding rings both designed as armature rings and between this anchor rings defines a stationary field ring carried by the axis. By corresponding regulation of the two Anchor rings supplied 'electrical Currents can evidently be the transmission of any desired torque in this way on the fixed axis.

Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Abbildungen ergänzend erläutert. Hierbei zeigt Abb. i die Anwendung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Schraubensystems auf einen Fesselhubschrauber, während :'"bb.2 in vergrößertem Maßstab die Anordnung der gegenläufigen Wicklungsringe an den Versteifungsringen veranschaulicht und Abb.3 die Zuordnung von zwei umlaufenden Ankerringen zu einem mit .der Achse starr verbundenen gemeinsamen Feldring wiedergibt.The invention will be explained in the following with reference to the figures. Here, Fig. I shows the use of a screw system designed according to the invention on a tethered helicopter, while: '"bb.2 the arrangement on an enlarged scale of the counter-rotating winding rings on the stiffening rings and Fig.3 the assignment of two circumferential anchor rings to one rigidly connected to the axis common field ring reproduces.

Gemäß Abb. i ragt aus der oberen Spitzet der tropfenförmigen Hubschrauberkabine i, die unten am Halteseil 3 gefesselt ist, die feststehende Achse 4 heraus, auf der die Naben 5 und 6 der beiden gegenläufigen Hubschrauben 7 Und 8 laufen. Die Hubschrauben 7 und 8 sind mit je einem Versteifungsring g bzw. 1o ausgerüstet, welche- gleichzeitig die antreibenden Wicklungsringe i i und 12 tragen. Werden diese Wicklungsringe unter Strom gesetzt so üben sie, wie Feld und Anker eines normalen Elektromotors, in Umfangsrichtung verlaufende Kräfte aufeinander aus, welche sie in eine gegenläufige Bewegung versetzen, bei der je die Hälfte der zugeführten Energie auf jede der beiden Hubschrauben übertragen wird, so daß die auf die feststehende Achse 4. übertragenen Drehmomente sich gegenseitig aufheben, vorausgesetzt, daß die Achsreibung der beiden Naben 5, 6 auf der feststehenden Achse 4. auf gleichen Wert gebracht ist. Um die Abstellung des Hubschraubers außer Betrieb zu erleichtern, insbesondere z. B. seinen Transport auf einem Lastwagen zu ermöglichen, sind die über die Versteifungsringe g, io hinausragenden Flügelspitzen 15, 16 der beiden gegenläufigen Hubschrauben mittels der Scharniere 13, 14. abklappbar gestaltet.According to Fig. I protrudes from the upper tip of the teardrop-shaped helicopter cabin i, which is tied down on the tether 3, the fixed axis 4 out which the hubs 5 and 6 of the two counter-rotating lifting screws 7 and 8 run. the Lifting screws 7 and 8 are each equipped with a stiffening ring g or 1o, which- the driving winding rings i i and 12 wear at the same time. Will these winding rings energized they practice like the field and armature of a normal electric motor, forces running in the circumferential direction from one another, which they turn into a counter-rotating Move with half of the energy supplied to each of the two Lifting screws is transferred so that the 4th transferred to the fixed axis Torques cancel each other out, provided that the axial friction of the two Hubs 5, 6 on the fixed axle 4. is brought to the same value. To the To facilitate parking the helicopter out of service, especially z. B. his To enable transport on a truck, the stiffening rings are used g, io protruding wing tips 15, 16 of the two counter-rotating lifting screws designed foldable by means of the hinges 13, 14.

Wie man aus Abb. 2 erkennt, bestehen die Versteifungsringe g, io aus kräftigen Stahlringen, welche so gestaltet sind, daß sie in ihrer Zusammenwirkung ein Gehäuse bilden, dessen gegenläufige Teile nur durch enge Spalte voneinander getrennt sind und welches die Wicklungsringe i i, 12 sowie den zwischen diesen Wicklungsringen liegenden Luftspalt umkapselt. Das in Abb.3 schematisch dargestellte Schraubensystem ist in erster Linie für den Einbau in frei fliegende Flugzeuge bestimmt und daher gemäß den obigen Ausführungen mit einem starr an der Manschette 17 befestigten und von den Armen 18 getragenen Feldring 1g ausgerüstet, gegen den sich die beiden Ankerringe 20, 21 bewegen, welche von den Versteifungsringen 22, 23 getragen werden.As can be seen from Fig. 2, the stiffening rings consist of g, io strong steel rings, which are designed so that they work together Form a housing, the opposing parts only by narrow gaps from each other are separated and which the winding rings i i, 12 and between these winding rings encapsulated lying air gap. The screw system shown schematically in Figure 3 is primarily intended for installation in free-flying aircraft and therefore according to the above statements with a rigidly attached to the cuff 17 and Equipped by the arms 18 carried field ring 1g, against which the two anchor rings 20, 21, which are carried by the stiffening rings 22, 23.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Helicopter with two stacked, freely rotatable wing stars, the equiaxed electromotive Winding systems can be driven in opposite directions, characterized in that the windings (11, 12) are carried by stiffening rings (g, io), which the wings (7, 8) at a clear radial distance from the in a known manner on a fixed Subdivide the axis (4) by the freely rotating hubs (5, 6).

2. Helicopter according to claim i, characterized in that the inside of the stiffening rings (g, io) Wing parts (7, 8) of the lifting screws are hollow and designed in such a way that that they supply the electromotive winding rings (11, 12) with cooling air.

3. helicopter according to claim i with wings bent in the plane of the wing, characterized in that that the wing parts (7, 8) lying within the stiffening rings (g, io) close the hubs (5, 6) diverge diagonally upwards or downwards.

4 .. helicopter according to claim i and 3 with wing ends articulated at different, radial distances, in particular tethered helicopters, characterized in that the folding joints (13, 14.) on the outside of the stiffening rings (g, 1o) in their immediate vicinity -lie.

5. Helicopter according to claim i, in particular for installation in cantilevered Aircraft characterized by the interposition of one of the stationary Axis (.4) carried, designed as a field ring winding (1g) between the two the ring windings (20, 21) associated with the wing stars.