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Einrichtung zur Sicherung von Landeklappen gegen überlast Der Gegenstand
des Hauptpatents 731 545 bezieht sich auf eine "Einrichtung zur Sicherung
von Landeklappen gegen Überlastung durch Luftkräfte. Nach dem Hauptpatent besteht
die. Erfindung darin, daß bei Landeklappen mit selbsthemmendem Antrieb die einzelnen
Klappenantriebe in Abhängigkeit von der Änderung .des Anstellwinkels einer aus dem
Klappensystem herausgegriffenen, mit eigenem Antrieb versehenen Teilklappe gesteuert
werden, .die beim Über- und Unterschreiten der durch die Luftlastmomentenkurve .des
Klappensystems vorgezeichneten Werte sich auf den zulässigen Anstellwinkel dadurch
selbsttätig einspielt, daß von der Antriebsseite der Teilklappe her, die in der
Folge als Fühler bezeichnet werden soll, in deren Drehachse Drehmomente eingeleitet
werden, die den an dem Fühler angreifenden Luftlastmomenten das Gleichgewicht halten,
wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen Fühler und Landeklappe vorzugsweise im
Sinne eines Voreilens des Fühlers gewählt ist.
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Nach dem Hauptpatent weicht der Fühler unter dem Einfluß von unzulässigen
Luftlastmomenten selbsttätig in eine die Festigkeit des Tragflügels nicht mehr gefährdende
Stellung aus, die auf dem Wege über einen Hilfsmotor auf die restlichen Landeklappen
übertragen wird. Voraussetzung ist somit, daß der Fühler nicht nur staudruckabhängig
ist, sondern daß er auch in Abhängigkeit steht zu dem auf die jeweiligen Landeklappenstellungen
zutreffenden Luftlastmoment.
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Bei der vorliegenden zusätzlichen Erfindung ist man von .der Überlegung
ausgegangen, daß es nur zu dem Zwecke, die Staudruckabhängigkeit und zugleich die
Landeklappenstellungsabhängigkeit zu erreichen, gar nicht nötig und bei großen Maschinen
auch
nicht zweckmäßig ist, daß die steuernde Klappe ein Spannweitenanteil der Hauptklappe
selbst ist. Es kann nämlich mit der Spannweite des Fühlers nicht unter ein bestimmtes
Maß herabgegangen werden, weil auf die Landeklappe nicht nur der Staudruck der Fluggeschwindigkeit,
sondern auch noch der Staudruck der zusätzlichen Schraubenstrahlgeschwindigkeit
wirkt und bei zu klein bemessener Spannweite .des Fühlers dieser nicht mehr auf
den .Mittelwert des tatsächlich auf die Landehilfe wirkenden Staudruckes ansprechen
wür de. Wegen des großen Profils und der verhältnismäßig großen Ausladung des Fühlers
in Spannweitenrichtung und wegen der dadurch bedingten immer noch großen Fläche
sind daher die an dem Fühler angreifenden Luftlastmomente immer noch so erheblich,
daß rlas Gewicht des Federpaketes, von dem man die Überlast des Fühlers aufnehmen
läßt, noch sehr empfindlich in Erscheinun.- tritt.
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Dieser Nachteil, der der Einrichtung nach dem Hauptpatent anhaftet,
wird nach der zusätzlichen Erfindung dadurch behoben, daß der Fühler durch den Landeklappenausschlag
eine derartige Änderung seiner Stellung im Raum erfährt, daß bei Verringerung des
Klappenausschlages auch die auf `den Fühler wirkenden Luftkräfte entsprechend kleiner
werden, und umgekehrt. Sofern dabei nur die Forderung der Staudruckabhängigkeit
und der Abhängigkeit der Stellung des Fühlers von der Stellung der Landeklappe erfüllt
ist, ist jede in die Strömung gestellte Fläche für die Steuerung der Landeklappe
brauchbar, gleichgültig. ob sie z. B. aus dem Tragflügel herausragt, aus einer Klappe
an der Hinterkante des Tragflügels besteht oder ob sie sonst irgendwo am Flugzeug
den genannten Bedingungen entsprechend angebracht ist. Immer wird man einen Fühler
wählen können, dessen Fläche einen Bruchteil derjenigen beträgt, die notwendig wäre,
wenn man die steuernde Klappe von dein Landeklappenprofil in Spannweitenrichtung
abschneidet, so daß auch das Gesamtgewicht der Einrichtung erheblich kleiner wird.
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-Nach der, Erfindung stellt der Fühler eine an sich bekannte, am Ende
eines Tragarmes angesetzte, aus der Flugzelle heraus- und in die Strömung hineinragende
Stauscheibe dar, die um den Tragarm als Achse drehbar aufgehängt ist, wobei dem
auf die Stauscheibe einwirkenden Luftlastmoment ein Federzugnioment entgegenwirkt.
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Es ist zwar bekanntgeworden, Ruder, Fahrwerke u. dgl. durch einen
der _@ußenströniung ausgesetzten, staudruckempfindlichen Fühler zu steuern. Bei
diesem v orbekannten Vorschlag erfährt aber die Stellung des Fühlers im kaum durch
den Landeklappenatisschlag nicht eine der Atisschlagsgröße entsprechende Änderung.
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Ferner ist schon vorgeschlagen worden, zur Verhinderung einer Überbeanspruchung
der Landeklappen eine Warnvorrichtung in Ab-
hängigkeit sowohl vom Staudruck
als auch von der Lage der Klappe zu steuern. Uni eine bloße Warnvorrichtung handelt
es sich jedoch bei der Erfindung nicht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach
.der vorliegenden zusätzlichen Erfindung in mehreren Anwendungsfällen dargestellt.
Die einfachste Lösung ist durch eine in die Strömung hineinstehende Kreisscheibe
i (Abb. i) gegeben, die um einen unter der Spannung einer Feder stehenden Hebel
3 entgegengesetzt der Flugrichtung Vo ausweichen und gleichzeitig um den Tragarm
i" als Achse so gedreht werden kann, daß die Scheibenfläche bei nicht ausgeschlagener
Landeklappe in Strömungsrichtung, bei völlig ausgeschlagener Landeklappe senkrecht
zur Strömungsrichtung steht. Die verschiedenen Scheibenstellungen von nicht ausgeschlagener
Landeklappe bis zu deren größten Ausschlag sind in Abb. i, ia und ib in der Seitenansicht
und in der Draufsicht dargestellt. Hiernach ist jeder Landeklappenstellung eine
bestimmte Projektionsfläche der Stauscheibe i zugeordnet und damit das Moment der
Stauscheibe um deren Drehachse nicht nur staudruck-, sondern auch klappenstellungsabhängig.
Dasselbe trifft zu, wenn, wie in Abb. 2, 2 a und 2 b, die Stauscheibe a aus der
Tragflügelfläche oder einer anderen Stelle der Flügeloberfläche an einem Hebelarm
.4" herausgeschwenkt wird. Auch in diesem Falle ist das Moment der Stauscheibe um
deren Drehpunkt 5 staudruck- und klappenstellungsabhängig. Bei Verwendung einer
oder mehrerer derartiger Stauscheiben als Fühler sollen die Stauflächen etwa an
Stellen stehen, wo der mittlere auf sie wirkende Staudruck ungefähr proportional
ist dem Staudruckmittelwert, der auf die Landehilfe zutrifft. Bei Verwendung von
nur einer Stauscheibe muß man also den geeigneten Platz auswählen, für den dies
gilt. Man kann aber auch so vorgehen, daß inan die Fühlerfläche so verbreitert,
daß sie zum Teil in, zum Teil außerhalb des Schraubenstrahles liegt. Bei Verwendung
von zwei gegenseitig gekuppelten Fühlern auf jeder oder auch nur auf einer Flugzeugseite
wird man diese je Seite miteinander kuppeln und von den Flächen der beiden Fühler,
die verschieden groß sein können, die eine in den Schraubenstrahl legen und die
andere an eine Stelle außerhalb des Schraubenstrahles setzen. Die beste Wirkung
bekommt man, wenn man die Gesamtfläche etwa
so aufteilt, daß der
im Schraubenstrahl liegende Teil der Fühlerfläche zu dem außerhalb liegenden sich
so verhält, wie der im Schraubenstrahl liegende Teil der Landeklappenfläche zu dem
außerhalb des Schraubenstrahles liegenden Flächenteil der Landeklappe.
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Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, den Fühler 6, wie es in
Abb. 3 und 4 dargestellt ist, aus einem Teil der Druckseite der Landeklappe 7 zu
bilden. Auch in diesem Falle steht der Fühler unter dem Einfluß einer Feder 8 und
ist dabei um eine Achse y an der Landeklappe so ,gelagert, -daß der Fühler in das
Klappeninnere hinein in die Stellung 6' ausweichen kann.
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Nach Abb. 5 und 6 ist der Fühler als Spreizklappe io ausgebildet,
während er nach Abb. 7 und 7a als Wölbungsklappe i i und schließlich nach Abb. 8
und 8a als Spaltklappe 12 kleiner Tiefe geformt ist. Diese Spaltklappe ist am rückwärtigen
Ende der Landeklappe so angebracht und mit dieser oder deren Antriebsmechanismus
kinematisch so gekuppelt, daß sie sich entweder mit gleicher oder auch mit höherer
Winkelgeschwindigkeit als die Landeklappe dreht.
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In den Fällen, wo die Fühlerflächen als Spreiz-, Wölbungs- und Spaltklappen
ausgeführt werden, die im Betätigungsfall gegen die Hauptklappe angestellt werden,
tritt eine zusätzliche, auftriebserhöhende Wirkung ein. Um diese voll auszunützen,
ist die symmetrische Anordnung zur Flugzeugmittelebene die gegebene.
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In Abb.9 und io der Zeichnung ist ein Anwendungsfall gezeigt, bei
dem die Verbindung eines in Form einer Spreizklappe gewählten Fühlers mit der Landeklappe
ersichtlich ist.
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Die Landeklappe 14 ist um die Lagerachse 15 des Flugzeugflügels
16 drehbar angeschlossen. Am hinteren Ende der Landeklappe ist die Spreizklappe
17 um die Achse 18 drehbar gelagert. Von der Spreizklappe aus führt eine Gestängeverbindung
zu dem Gelenkpunkt i.9" des doppelarmigen Fühlhebels i9 mit der flugzeugfesten Drehachse
2o. Ain längeren Arm des Fühlhebels i9 befindet sich der Angriffspunkt 22 für eine
Feder 23, die zum längeren Arm des Winkelhebels 24_ führt. Dieser Winkelhebel ist
wiederum um eine flugzeugfeste Drehachse 25 .drehbar. Der kürzere Arm
24a dieses Winkelhebels steht schließlich in Gestängeverbindung 13 mit einem
Gelenkpunkt 26 der Landeklappe, so dA dieser beim Ausschlag der Landeklappe einen
Kreis um den Lagerpunkt 15 der Landeklappe beschreibt. -Der längere Arm des Fühlhebels
i9 ist zugleich für die elektrische Einrichtung ein Kontaktarm. Die Kontakte sind
mit den Bezugszeichen 27 und 28 versehen. Mit 29 ist ein flugzeugfester Anschlag
bezeichnet, der es verhindert, daß die Kraft der Feder 23 in der Nullstellung der
Spreizklappe i7 wirksam wird.
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Wesentlich ist bei dieser Anordnung noch, daß der Gelenkpunkt iga
am kürzeren Arm des Füllhebels in bezug auf die Lage der Drehachse 15 der
Landeklappe so liegt, daß beim Ausschlag der Landeklappe die Spreizklappe im Verhältnis
dieses Ausschlages sich von der Landeklappe unter Voreilen ablöst. Die Wirkungsweise
der Einrichtung ist nun folgende: Wenn die Landeklappe ausfährt, nimmt die Spreizklappe
die in Abb. io dargestellte Stellung 17' ein. Den auf die Spreizklappe wirkenden
Kräften wird durch die Feder 23 auf dem Wege über den Fühlhebel i9 das Gleichgewicht
gehalten. Stehen die Kräfte, die an der Spreizklappe sich geltend machen, nicht
mehr im Gleichgewicht zum Federzugmoment, so nimmt die Spreizklappe eine rückläufige
Bewegung an. Gleichzeitig löst sich der Fühlhebel i9 von seinem festen Anschlag
29 ab, und es wird der Kontakt bei 28 hergestellt. Die elektrische Verstellung der
Landeklappe über Motor und Getriebe wickelt sich nun ab, und die Landeklappe fährt
ein. Dabei wird die auf der Spreizklappe ruhende Luftlast kleiner, so daß schließlich
wieder Gleichgewicht zwischen Spreizklappe und Federzugmoment herrscht. Damit löst
sich der Fühlhebel i9 von dem Kontakt 28 ab, und es bleibt die Landeklappe in der
Gleichgewichtsstellung stehen. Um die Spreizklappenmomente nun über den ganzen Bereich
des Klappenausschlages -zum Federzugmoment im Gleichgewicht zu halten, kommt es
beim Ausschlag der Landeklappe zur Drehung des Winkelhebels 24. Dieser nimmt die
Stellung 24 wie in Abb. io ein, weil an seinem kürzeren Arm die Verbindungsstange
13 angreift. Durch das Einschalten des Winkelhebels in dieser Form wird der
von der Drehachse 2o des Fühlhebels bis zum Federangriffspunkt 22 sich erstreckende
Hebelarm veränderlich gestaltet, d. h. er wird jetzt nur auf einen Teil seiner Länge
wirksam.
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Die zulässigen Luftlastmomente auf die Landeklappe sind nach aerodynamischen
Gesetzen durch eine bestimmte Kurve gegeben. Es handelt sich darum, diese Momentenkurve
durch Feder und Hebelarm zu erzeugen. Da .die Feder aber eine konstante, nicht veränderbare
Charakteristik in ihrem Kraftverlauf aufweist, muß der Hebelarm als veränderliche
Größe ausgebildet werden, so daß er, zusammen mit der beim Ausschlag sich spannenden
Feder, für jede Stellung der Spreizklappe das zugehörende Moment erzeugt. Dies wird
eben
durch das Einschalten des Winkelhebels erreicht. Damit ist
es möglich geworden, jedem Klappenausschlag und der dazugehörenden Spreizklappenstellung
ein Federzugmoment zuzuordnen, das im Gleichgewicht steht zu dem auf die Spreizklappe
wirkenden Moment.
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Die Sicherung der Landeklappe gegen Überlast ist somit staudruck-
und klappenstellungsabhängig. Es ist also jetzt möglich, mit voll ausgefahrener
Klappe auf erhöhte Geschwindigkeiten zu gehen, ohne daß irgendwelche Brüche oder
gefährliche Belastungen an den Klappen oder am Flügel auftreten.