DE876041C - Stufenlose Regelung fuer Luftschraubenantriebe - Google Patents

Stufenlose Regelung fuer Luftschraubenantriebe

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DE876041C
DE876041C DED6719D DED0006719D DE876041C DE 876041 C DE876041 C DE 876041C DE D6719 D DED6719 D DE D6719D DE D0006719 D DED0006719 D DE D0006719D DE 876041 C DE876041 C DE 876041C
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DE
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speed
propeller
power
regulation
gear
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DED6719D
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English (en)
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Albert Dipl-Ing Eberhard
Reinhold Freitag
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Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Description

  • Stufenlose Regelung für Luftschraubenantriebe Bei Schraubenantrieben ist es zur Erzielung günstiger Antriebsverhältnisse erforderlich, die Schraube mit verschiedenen Drehzahlen anzutreiben. Dies gilt insbesondere für Luftschrauben, welche zur Erzielung eines besten Wirkungsgrades mit möglichst hohen. Drehzahlen angetrieben werden sollen. Diese Drehzahlen sind jedoch begrenzt.
  • Bekanntlich soll .die aus der Fluggeschwindigheit und der Umlaufgeschwindigkeit resultierende Spitzengeschwindigkeit ,der Luftschrauben zur Vermeidung schädlicher Strömungsablösungen die Schallgeschwindigkeit nicht übersteigen. Diese Schallgeschwindigkeit nimmt jedoch mit .der mit der Höhe sinkenden Temperatur ab. Gleichzeitig wächst normalerweise die Fluggsch.wind@igkeit mit der Höhe. Hieraus ergibt sich, daß die zulässige Dre'hza'hl der Luftschraube mit wachsender Höhe geringer werden sollte. Andererseits soll der Motor, um mit bestem Wirkungsgrad' zu arbeiten, :eine möglichst gleiche Drehzahl beibehalten. Diese einander entgegengesetzten Forderungen für die Schraube einerseits und den Motor andererseits lassen sich infolgedessen nur durch. Anwendung eines stufenlos regelbaren Antriebes zwischen dem Motor und der Schraube erfüllen.
  • Weder die Anwendung einer Verstellschraube allein. noch auch dize Anwendung eines Stufengetriebes entsprechen diesen Anforderungen. In beiden Fällen entfernt sich die Luftschraube notwendigerweise sehr wesentlich von .dem: günstigsten Fortschrittsgrad. Schon bei Feinem Abweichen von -a- io oder - 5 % vom besten Wert beginnt die Wirkungsgradkurve schnell herabzusinken., so daß ;ler Brennstoffverbrauch, der heute üblichen Motoren im allgemeinen um ungefähr ioo/o unterhalb desjengpn. , Brennstoffverbrauches liegt, oder .durch Verwendung eines- stufenlosen Getriebes in Verbindung mit Verstelluftschrauben erzielt werden. könnte. Zwar sind stufenlose Getriebe bekannt und auch für Luftschr aubenantriebe verwendet worden. Diese Getriebe waren jedoch im mit einer wesentlichen Er'hö'hung des Fluggewichtes verbunden und arbeiteten nur innerhalb eines gewissen Drehzahlbereiches mit günstigem Wirkungsgrad, so daß der Vorteil der .stufenlosen Untersetzung des Luftschraubenantriebes mindestens teilweise wieder verlorenging und der Aufwand des stufenlos regelbaren Getriebes sich bisher in den meisten Fällen nicht lohnte.
  • Durch die Erfindung können jedoch die Nachteile der bisherigen Antriebe vermieden werden; gleichzeitig ist ständiges Arbeiten der Schraube in gder N `N ähe des günstigsten Wirkungsgrades erzielbar.
  • Die Erfindung stellt außerdem .die Verbesserung einer stufenlosen Regelung dar für einen über ein drehzahlverteilendes Ausgleichgetriebe erfolgenden Luftschraubenantrieh, beidem dieAntriebsmasc'hine mit dem einen Sonnenrad, eine für die Aufnahme des größeren Teils der Antriebsleistung ausgebildete Luftschraube mit. dem Planetenstern, und .ein zweiter nützlicher Leistungsverbraucher, beispielsweise eine zweite Luftschraube, mit. dem anderen Sonnenrad des Ausgleichgetriebes verbunden ist und die Drehzahlverteilung auf die beiden Lefstungsverbraucher -durch Ändern der Leistungsaufnahme eines oder beider Verbraucher geregelt wird.
  • Die Erfindung besteht darin, flaß bei der Regelung der Drehza.'hlverteilung im Normalflug die Drehzahl der mit ,dem Planetenstern -des Ausgleichgetriebes verbundenen Luftsichraube: in Abhängigkeit von der Flughöhe (beispielsweise durch eine Grundeinstellung ihres: Drehzahlreglers) veränderliche Barometerdose .derart geregelt wird, @däß .die Anströmgeschwindgkeit an den Blattspitzen der Luftschraube niemals,die jeweilige Schallgeschwindigkeit überschreitet.
  • Durch den Nebenabtrieb,kann beispielsweise eine weitere Schraube (l\Tebenschraube), ein Ladegebläse, ein Kühlgebläse, ein Gebläse zur Erzeugung von Druckluft für Rückstoßdüsen oder eine andere den Betrieb unterstützende Arbeitsmaschine für sich allein oder in Verbindung miteinander angetrieben werden.
  • Besonders vorteilhaft .ist eine Anordnung, bei welcher durch .den Nebenabtrieb. .gleichzeitig eine Nebenschraube sowie ein die Antriebsmaschine belieferndes Ladegebläse angetrieben wird und die Drehzahlregelung des Nebenabtriebes -durch Regelung der Leistungsaufnahme der Nebenschraube erfolgt. Der Vorteil eines solchen Antriebes ergibt .sich vor allem daraus, daß die gewünschte Charakteristik gdes Aufladegebläses gerade oder im wesentlichen gerade der erforderlichen Drehza1Icharakteristi!k -des Nebenabtriebes entspricht. Während in der Nähe des Bodens das Aufladegebläse nur mit verhältnismäßig niedriger Drehzahl betrieben werden darf; muß die Drehzahl, ebenso wie diejenige ,der Nebenluftschraube, mit wachsender Höhe ;gesteigert werden, um die Volleistung des Motors auch in diesen Höhen zu gewährleisten. Ladegebläse und Nebenluftschraube können daher bei Gewährleistung eines 'hohen. Wirkungsgrades unmittelbar miteinander gekuppelt und an den Nebenabtrieb,des Ausgleic'hgetriebes angeschlossen werden.. Zugleich ergibt sich; der Vorteil, daß die Nebenschraube :besonders sc'hwac'h gehalten werden kann, da ein wesentlicher Teil der Leistung vom Gebläse aufgenommen wird und die Regelung in besonders einfacher Weise .durch Verändern des Anstellwinkels der Nebenschraube erfolgen kann. Nebenschraube und Ladegebläse. ergänzen sich also derart, daß durch ihre Anordnung im Nebenabtriel) eine praktisch ideale stufenlose Regelung des Hauptabtriebes ermöglicht wird.
  • Die Regelung der Drehzahl. bzw. der Leistungsaufnahme der Schrauben -erfolgt zweckmäßig durch Zierstellung des Anstellwin'kels der Schraube in <@Bhängi.gkeit von einem Drehzahlregler, welcher eine bestimmte Drehzahl. der Schraube durch jeweilige- Änderung .des Anstellw inkelseinzuhalten sucht und dessen Grundstellung, z. B. durch Änderung der Federspannung des Reglers, verändert werden. kann, wodurch der Regler auf eine: höhere oder niedrigere Drehzahl eingestellt wird. Die Änderung der Grundstellung kann beispielsweise durch Beine Höhendose erfolgen:.
  • Damit gdie Drehzahl der Antriebsmaschine konstant -gehalten werden kann, sind die Drehzahlen des Hauptabtriebes einerseits und des Nebenabtriebes andererseits; also insbesondere der beiden Luftschrauben, in einer der Drehzahlverteilung des Ausgleichgetriebes entsprechenden Abhängigkeit voneinander zu regeln, wobei seiner Drehzahlerniedrigung des einen Abtriebes eine bestimmte Drehzahlerhöhung des, :anderen Abtriebes entspricht. Diese abhängige Regelung kann mittels entsprechend ausgebildeter, die Regelglieder verstellender Kurven od. dgl., z. B. durch Höhendosen, zwangsläufig erzielt werden. Ferner können zusätzliche Regelungen vorgesehen sein, um den. verschiedenartigen Anforderungen beim Start, Steigflug oder Höhenflug, bei .geräuscharmen Höhenflug usw. zu genügen.
  • Durch die Verwendung gege nlämfiger Luftschrauben kann ferner je nach der Aufteilung des Drehmoments durch das Ausgleichgetriebe das auf den Motor oder das Flugzeug übertragene Reaktionsdrehmoment teilweise ausgeglichen werden. Die.Differenz der von den Schrauben an die Luft abgegebenen Drehmomente ist hierbei gleich dem Antriebsdrehmoment gdes, Motors, Ferner kann. an .den Nebenabtrieb des ,#,usgleichgetriebes gegebenenfalls .auch ein Hilfsantrieb, z. B. eine Abgasturbine, angeschaltet werden, welche ihre Leistung beispielsweise an das ebenfalls angeschlossene Ladegebläse oder auch unmittelbar an die Nebenschraube abgeben kann..
  • In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele für die Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i ein Schema der Anordnung mit eitler Haupt- und einer Nebenschraube und mit voneinander abhängiger Regelung des Anstellwinkels beider Luftschrauben, Abb. 2,das Schema für eine ähnliche Anordnung mit Anscbluß eines Ladegebläses an ,den Abtriebs: zweig der Nebenluftschraube, Abb. 3 bis 5 Diagramme für die Drehmomente, die Drehzahlen und die Leistungen. in Abhängigkeit von der Flughöhe für eine Anordnung gemäß Abb. 2, Abb. 6 ein konstruktives Ausführungsbeispiel für das zwischen dem Antriebsmotor und den beiden Luftschrauben zwischengeschaltete als Ausgleichgetriebe wirkende Planetengetriebe, Abb. 7 und 8 zwei weitere Ausführungsbeispiele für derartige Getriebe, Abt. g eine, Antriebsanordnung für eine einzige Luftschrauhe, ;bei welcher jedoch zwischen dem Antriebsmotor und der Luftschraube ein Planetengetriebe zwischengeschaltet ist, an welches zu@sätzlic'he Arbeitsmaschinen angeschlossen sind, und zwar einerseits, ein Ladeverdic'ater und andererseits ein Axialgebläse zur Belieferung von Rückstoßdüsen.
  • In Abb. i, ivelehe eine Anordnung mit zwei gegenläufigen Luftschrauben rein sc'hematisc'h zeigt, bedeutet i den. Antriebsmotor, 2 ein Ausgleichgetriebe, welches über einen Abtricbstrang 3 die FIauptluftscliraube d. antreibt, deren Flügelsteigung verstellbar ist. Ferner ist vom Ausgleichgetriebe 2 ein weiterer Abtriebstrang 5 abgezweigt, welcher die iNebenluftschraub@e 6 mit ebenfalls verstellbarer Flügelsteigung antreibt. Das vom Motor ausgeübte Drehmoment verteilt sich somit entsprechend der Ausbildung des Ausgleichgetriebes 2 auf die beiden Luftschrauben 4. und 6 in einem bestimmten Verhältnis. Durch Änderung der Flügelsteigung kann der Widerstand. an den beiden Luftschrauben q. und 6 verändert werden, wodurch die Drehzahl und damit die von jeder Schraube aufzunehmende Leistung geregelt werden kann. Eine Verkleinerung des Anstellwinkels oder der Steigung der Flügel der Nebenschraube 6 bewirkt beispielsweise eine Drehzahlerhöhung .dieser Schraube, was zur Folge hat, daß sich bei gleichbleibender Motordrehzahl die Drehzahl der Hauptluftschraube 4. selbsttätig verkleinert.
  • Damit jedoch die Motordrehzahl konstant bleibt, die Änderung,der Drehzahländerung des einen. Abtriebes sich also nicht in einer Drehza'hländerung des Motors auswirkt, ist es erforderlich, da.ß die Hauptschraube und die Nebenschraube nach einem durch die Übersetzungsverhältnisse des Ausgleichgetriebes 2 bestimmten Gesetz in Abhängigkeit voneinander geregelt werden. Die in Abb. i schematisch dargestellte Regelungsvorrichtung besteht aus den beiden Reglern 7 und" 8, welche z. B. als elektrische Dreh:zählregler, beispielsweise nach dem DVM-Prinzip, ausgebildet sein können. Die Regler 7 sind ',hierbei mittels einer Welle g bzw. io an die Luftschraubenwelle 3 bzw. 5 sowie ferner durch eine weitere Welle 1i bzw. 12 an die Luftschraube 4 bzw.6 selbst angeschlossen. Die Regler; bzw. 8 sind auf eine bestimmte Drehzahl eingestellt. Bei Änderung dieser Dre'hza'hl entsteht eine Drehza'hl@differenz zwischen den einander zugehörigen Wellen g, 11 bzw. i o, 12, welche eine Änderung des Anstellwinkels ,der Luftschrauben q. bzw. 6 in einem oder anderem Sinn bewirkt.
  • Durch -die Hebel 13 bzw. 1.4 kann die Grundstellung der Regler 7 bz.w. 8, d. h.. diejenige Drehzahl, auf welche der Regler normalerweise eingestellt ist, verändert werden. Diese Änderung erfolgt in dem dargestellten Beispiel durch. die Nocken 15 bzw. 16, welche einerseits durch ein gemeinsames Gestänge 17 verstellbar sind. Das Gestänge 17 ist .an eine Barometerdose 18 angeschlossen, deren Grundstellung :ihrerseits durch einen Hebel 1g verändert werden. kann.
  • Die Wirkungsweise ist folgende: Bei niederer Flughöhe bz.-,v. hohem Außendruck ist die Barometerdose i8 zusammengezogen und' besitzt eine kurze Länge. Je größer die Flughöhe und je niedriger der Außendruc'lc wird, um so mehr dehnt s.ic'h die Dose 18 aus. Das bat zur Folge, daß die Nocken 15 bzw. 16 im. Uhrzeige.rsinn verstellt werden. Dadurch wird der Hebel 13 ebenfalls im Lfhrzeigersinn, der Hebel 1q. dagegen im entgegengesetzten Sinn verstellt, und zwar nach einem Gesetz, das durch die Nocken 15 und 16 bestimmt wird. Die Verschwenkung des Hebels 13 im Uhrzeigersinn hat zur Folge, daß die Steigung der Hauptschraube q. vergrößert und damit die Drehzahl herabgesetzt wird. Umgekehrt wird durch die Verschwenkung des Hebels 14 im Uhrzeigergegensinn eine Verringerung -des An.stellwinkels der Neibensc'hraube 6 und damit eine Erhöhung der Drehzahl dieser Schraube bewirkt. Durch Verstellung des Hebels 1g kann die Grundstellung der Höhendose 18 verändert und, damit eine zusätzliche Regelung der Luftschrauben erzielt werden. Die Nocken 15 und 16 sind zweckmäßig im Sinn der Übersetzungsverhältnisse des Ausgleichgetriebes 2 derart ausgebildet, daß :die gleichzeitige Drehzahlerhöhung der Hauptschraube 4. und die Drehzahlerhöhung der Nebenschraube 6 keine Dre'h:zafhländerung des. Motors, i bewirkt. Hierdurch kann ,der Motor stets mit dem günstigsten Wirkungsgrad arbeiten, während gleichzeitig eine stufenlose Regelung der Hauptluftschraube 4. gewährleistet ist. Letztere kann 'hierbei beispielsweise derart betrieben werden; daß sie stets mit der höchst zulässigen Drehzahl umläuft, ohne dab die durch die Machsche Zähl bestimmte Schallgeschwindigkeit an den Flügelspitzen überschritten wird. Die: beiden Luftschrauben ,4 und 6 sind in dem Schema nach Abb. i zueinander versetzt dargestellt. Praktisch wird man indessen beide Luftschrauben gleichachsig zueinander und die Luftschraubeuwellen 3 und 5 konzentrisch zueinander anordnen. Das Ausgleichgetriebe a kann hierbei beliebiger Art .sein,. Zweckmäßig wird in den meisten Fällen ein Planetengetriebe zur Anwendung kommen.
  • Eine, besonders- zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung zeigt ferner Abb,. 2, Es ist in -diesem Fall die Motorantriebswelle mit 20 bezeichnet, welche über ein Stirnrad 2,1 den Zähnekranz 22 des Glockenrades 23 eines, Planetengetriebes antreibt. Der die Planetenräder-24 tragende Planetenträger 25 ist mit der Hohlwelle 26 gekuppelt, auf welcher die Nabe 27 der Hauptluftschraube mit den verstehbaren Schraubenflügeln 28 angeordnet ist. Das Sonnenrad29 dies Planetengetriebesi ist seinerseits mit der inneren Welle 30 fest verbunden, welche ihrerseits die Nabe 31 der Nebenluftschraube mit den ebenfalls verstellbaren Flügeln 32 trägt: Von. der gleichen Welle 30 wird das Gebläse 33 zum Aufladender Antriebsmaschinen direkt oder, wie in A'bb. 2 dargestellt, über ein Übersetzungsgetriebe 34 angetrieben. Die Steigung der Luftsc'hraubenflügel wird durch die rein schematisch ,dargestellten Drehzahlregler 35 bzw. 36 verstellt. Die Flieh-;gewichte der Drehzahlregler, welche den Aasstellwinkel der Flügel bestimmen, werden durch die Reglerfedern 37,bzw. 38 im. Gleichgewicht gehalten, und. zwar derart, daß bei Überschreiten einer bestimmten, durch die Federn eingestellten Drehzahl die Federn zusammengedrückt wenden und .die Flügel der Luftschrauben einen größeren Anstell-Winkel erhalten, wodurch .clie Drehzahl wieder gesenkt wird. Wird umgekehrt die Muffe 39 bzw. 40 in dem durch das Zeichen + gekennzeichneten Sinn verstellt; so wird die Feder 37 bzw. 38 stark vorgespannt; infolgedessen :können die Fliehgewichte erst .bei höherer Drehzahl der Luftschrauben ausschlagen .bzw. in eine bestimmte Stellung gebracht werden; oder es werden umgekehrt bei gleicher Federspannung die Flügel flacher gestellt. Die Verschiebung der Muffen-39 ;bzw. 40 in +-Richtung bedeutet also eine Einstellung der Luftschrauben auf eine 'höhere Drehzahl.
  • Die Verstellung der Muffen 39 bzw. 40 erfolgt überadie Winkelhebel 41 bzw.42 über entsprechende Nocken oder Kurven od. dgl.durch die Höhendosen 43 bzw. 44, und. nvar derart, .daß die Höhendose 43 .die Hauptluftschraube 2-8 bei einer Ausdehnung auf -eine niedrigere Drehzahl einstellt, während die Höhendose 44 bei ihrer Ausdehnung,die Nebenluftschraube auf eine höhere Drehzahl einstellt, insbesondere derart, --daß die Drehzahländerung beider Schrauben 'keine Drehzahländerung des Motors bewirkt. -Inder Zeichnung ist ferner eine weitere Verstellmöglic'hkeit durch den Pilotenhebel 45 .dargestellt. Letzterer ist hierbei beispielsweise mit einem Nocken 46 verbunden, welcher in dem gezeichneten Beispiel eine obere Kurve 47 und eine untere Kurve 48 besitzt. Gegen; die Kurve 47 stützt sieh mittels einer Rolle 49 ein Winkelhebel 5o ab, welcher durch eine Stange 54 einen Winkelhebel 52 und eine Stange 53 mit der Grundplatte der Höhendose 43 verbunden ist. In .gleicher Weise stützt sich gegen die untere Kurve 48 mittels einer Rolle 54 ein Winkelhebel 55 ab, der seinerseits über eine Stange 56, einen Winkelhebel 57 und eine Stange 58 mit der Grundplatte der Höhendose 44. verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, die Regelung .den verschiedenen Betriebsbedingungen anzupassen, indem eine zusätzliche Drehzahlregelung beispielsweise für ..erlauf oder Drosselstellung, für Reiseflug, Start-oder Steigflug usw. vorgesehen werden kann. Die in der praktischen Ausführung vorhandenen Verbindungen -des Pilotedhebels mit dem Regelgestänge für die dem Motor zuzuführende Brennstoffmenge, für die Zündverstellung oder für die Leistungsregelung des. Gebläses od@. dgl. ,sind der Übersichtlic'hkeit'halber fortgelassen.
  • Für die Drehmoment-, Drehzahl- und Leistungsverteilung des Antriebes gelten folgende Beziehungen: Ist s der Radius des Sonnenrades, 29 und r der Radius der Planetenräder 24 und P die vom Motor am Umfang des Glockenrades 23 ausgeübte Umfangskraft, so ergeben stich folgende Drehmomente: Drehmoment der Hauptluftschraube am Planetenträger Mdi = MdH = 2 P - (st+Ir) ; das Drehmoment am Sonnenrad 29 Mdu = MdN -h MdL = P ' s; Drehmoment des Motors Mdm = Mdi-Mdü = P -(S + 2 r).
  • Das am Motor wirkende Drehmoment Mdm ist, wie sich aus obigem ergibt, gleich der Differenz der beiden Drehmomente Mdj-Mdu; wobei das Drehmoment Mdi gleich dem an der Hauptluftschraube wirkenden Drehmoment MdN ist, während das an der Welle 3o wirkende Drehmoment Mdji sich auf das an der Nebenluftschraube wirkende Drehmoment MdN und das am Ladegebläse 33 wirkende Drehmoment MdL verteilt.
  • Die Verteilung des Drehmomentes- in Abhängigkeit von der Flughöhe ist beispielsweise in Abb. 3 .dargestellt. Das Motordrehmoment Mdm sowie die Drehmomente Mdi und MdII sind nahezu gleichbleibend unter der Voraussetzung, daß der Motor in jeder Höhe vom Ladegebläse derart beliefert wird, @daß er im wesentlichen seine volle Leistungen hergeben kann. Zu diesem Zweck muß das Ladegebläse mit einem mit der Höhe zunehmenden Drehmoment. betrieben werden, wie aus. der gestrichelten Fläche für das Drehmoment MdL aus Abb. 3 hervorgeht. Da jedoch andererseits das Verhältnis der Drehmomente Mdi und Mdil zueinander unveränderlich ist, muß umgekehrt zum Drehmoment MdL das Drehmoment MdN der Nebenluftschraube verringert werden. Dies erfolgt dadurch, daß der Aasstellwinkel der Nebenluftschraube 32 verringert wird. Die Verringerung des Aasstellwinkels hat eine Drehzahlerhöhung der Welle 30 und damit auch des Gebläses 33 zur Folge. _ Eine Nachprüfung ergibt, daß die erforderliche Verringerung der Drehzahl der Nebenluftschraube gerade so groß ist bzw. gerade so groß gewählt werden kann, wie dies mit Rücksicht auf -die Drehzahlverringerung der Hauptluftschraube 2$ in Abhängigkeit von der Höhe erforderlich ist, ohne daß hierbei eine Drehzahlbeeinflussung des Motors auftritt.
  • Ist n, die Drehzahl der Hauptluftschraube, nu die Drehzahl der Nebenluftschraube und n die Drehzahl des vom Motor angetriebenen Glockenrades z3 (bzw. bei einer Übersetzung von r : z der Zahnräder 2i, 22 zugleich die Drehzahl der Motorwelle 2o), so ergeben sieh folgende Beziehungen für die Drehzahl nIj = Ezz - (e -f- i) # n, worin E das Verihältnis der Radien oder Zähnezahlen des Glockenrades zu denen des Sonnenrades ist.
  • Damit die Drehzahl n ,des Motors bzw. des Glockenrades konstant bleibt, muß die Drehzahlregelung der beiden Luftschrauiben nach den vorstehenden gesetzmäßigen Beziehungen erfolgen. Da die Drehzahl der Hauptluftschraube einerseits möglichst hoch sein soll, um einen günstigsten Wirkungsgrad zu erzielen, andererseits aber die aus der Fluggeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Hauptluftschraube resultierende Geschwindigkeit der Flügelspitzen in allen Flughöhen die durch die Machsche Zahl (von z. B. 0,87) bestimmte Schallgeschwindigkeit nicht überschreiten soll, ist die Drehzahl für die Hauptluftschraube in Abhängigkeit von der Flughöhe h eindeutig festgelegt. Die sich hieraus ergebende Kurve n, ist beispielsweise in Abb. 4 dargestellt.
  • Aus :den obigen Beziehungen zwischen n, und nIi ergibt sich ferner eine von der Flughöhe h abhängige Drehzahl izll für :die Nebenluftschraube, welche im Gegensatz zu der Drehzahl der Hauptluftschraube mit wachsender Flughöhe ansteigt, wie in Abb.4 ebenfalls dargestellt ist. Diese Drehzahlerhöhung entspricht aber im wesentlichen derjenigen Drehzahlerhöhung, welche auch für das Aufladegebläse 33 erforderlich ist, um in jeder Flughöhe eine Volleistung der Antriebsmaschine zu ermöglichen.
  • Aus dem Drehmomentdiagramm (Abb.3) und dem Drehzahlidiagr:amm (Abb.4) ergibt sich ein Leistungsdiagramm, wie es in Abb. 5 schematisch dargestellt ist. Die Leistung NM des Motors teilt sich hierbei auf in die Leistung NI = NI, der Hauptluftschraube und in die Leistung Nll, welche ihrerseits sich wieder auf die Leistung NN .der Nebenluftschraube und NL des Laders verteilt. Wie daraus ersichtlich, wird in der Höhe die Hauptleistung des Motors durch den Lader verbraucht, während die Leistung der Nebenluftschraube sehr gering wird.
  • Wie aus Abb. 2 hervorgeht, sind die Höhendosen 43 und 44 derart an: die Winkelhebel 41 bz.w. 42 od. d@gl. angeschlossen, daß eine Ausdehnung der Dose 43 mit wachsender Flughöhe die Feder 37 entspannt, wodurch die Hauptluftschraube auf eine niedrigere Drehzahl eingestellt wird, d. h. die Flügel 28 der Hauptluftschraube steiler gestellt werden. Umgekehrt wirkt,die Dose 44 derart auf die Nebenluftschraube ein, daß eine Ausdehnung der Dose mit wachsender Flughöhe eine Flacherstellung der Nebenluftschraube und damit eine höhere Drehzahleinstellung bewirkt. Durch Zwischenschaltung von Kurven oder Nocken zwischen der Höhendose und dem Drehzahlregler kann ferner eine genaue Anpassung der Drehzahländerung an die Kurven nach A:bb. 4 bewirkt werden.
  • Im vorstehenden wurde die Regelung ohne Rücksicht auf .die Stellung des Pilotenhebels 48, d. h. ohne Rücksicht auf einte zusätzliche willkürliche Regelung beschrieben, indem die Regeleinrichtung z. B. auf eine normale Volleistung eingestellt sei. Durch Verstellung des Pilotenhebels 45 bzw. des -Nockens, 4.6 mit den Kurven 47 und 48 sind weitere Einstellungen für besondere Zwecke möglich, von denen im folgenden einige beispielsweise kurz angedeutet seien.
  • Leistungserniedrigung,Drosselsbellung: Die Einstellung der Hauptluftschraube bleibt gegenüber der Normalstellung unverändert. Dagegen wird die Nebenluftschraube auf. eine niedrigere Drehzahl eingestellt, indem die Spannung der Feder 38 ver-_ ringert, dadurch der Ansroellwinkel der Flügel 32 vergrößert und infolgedessen die Drehzahl verringert wird.
  • Infolge der fallenden Drehzahl der Nebenluftschraube und .des gleichen Drehmoments der Hauptluftschraube müßte zunächst bei gleichem Drehinoment des Motors wegen der Differentialwirkung des Planetengetriebes die Drehzahl des Laders fallen. Mit dem fallenden Ladedruck fällt aber auch die Motorleistung durch Abnahme seines Drehmoments und damit auch das auf ,die Hauptluftschraube übertragbare Drehmoment, so idaß deren Drehzahl abnimmt. Ein Fallen der Drehzahl der Hauptluftschraube verhindert aber zunächst deren Regler, indem er die Steigung der Hauptluftschraube verringert. Damit fällt aber wiederum :das Drehmoment der Hauptluftschraube und deren Drehzahl, was wegen ides Getriebezusammenhanges eine weitere Drehzahlveränderung des Motors bewirkt. Es wird sich bald ein Ausgleich einstellen, so daß das ganze Triebwerk langsamer läuft.
  • Reiseflug in der Höhe: Für den Reiseflug wird die Hauptluftschraube auf eine höhere Drehzahl eingestellt, während die Nebenluftschraube gegenüber dem Normalbetrieb unverändert bleibt. Zweck dieser Einstellung ist, die Motordrehzahl bei gleichbleibendem Laderdruck durch Überlastung der Hauptluftschraube zu drücken. Gleichbleibender Laderdruck bedingt gleichbleibende Drehzahl, also gleichbleibendes Drehmoment der Nebenluftschraube. Da das Drehmoment des Motors auch bei niedrigerer Drehzahl im wesentlichen g:leichbleibt, gilt dies auch für das Drehmoment der Nebenluftschraube bzw. des Laders, da dieses Drehmoment immer proportional dem .des Motors ist..
  • Hierdurch erhöht sich auch die Drehzahl des Laders. Solange das Drehmoment desi Motors nicht steigt, bleibt auch das Drehmoment und damit auch zunächst die Drehzahl ;der Hauptluftschraube konstant, während idie Drehzahl des Motors, nach dem Gesetz des Differentialgetriebes steigt. Durch den gleichzeitig ansteigenden Lederdruck steigt aber auch dias Drehmoment des Motors und damit wiederum dasjenige der Hauptluftschraube. Ist jedoch die Drehzahleinstellung derHauptluftschraube gegenüber der Normalstellung nicht verändert worden, so Tann- trotz des höheren Drehmom-ents der Hauptluftschraube ,deren Drehzahl nicht steigen, weil der Drehzahlregler auf -eine Erhöhung der Drehzahl durch-Steileratellen der Flügel antwortet und damit die Drehzahl konstant hält. Will man dagegen beim Start mit der Drehzahl der Hauptluftschraube- etwas - heraufgehen, -;so muß auch. die Hauptluftschraube auf eine höhere Drehzahl eingestellt werden.
  • In dem Schema nach Abb. 2 wird die Regelung durch einen: einzigen Pilotenhebel 45 in Verbindung mit den Höhendosen, 43 bzw. 44 bewirkt. An- Stelle eines - einzigen PiJotenhebels _ könnten , auch- getrennte-.Hebel für die Hauptluftschraube einerseits und die Nebenluftschraube, andererseits verwendet werden, beispielsweise .derart, daß die Grund-.stellung einer jeden der beiden Höhendosen 43 bzw. 44 -durch je einen besonderen Hebel geändert werden -kann. Gegebenenfalls -kann- ferner ,an das Regelgestänge zwischen dem gemeinsamen Pilotenhebel-45 und den- Höhendosen.43 bzw. 44 ein weiteres von außen verstellbares Betätigungsglied angeschlossen sein, welches eine zusätzliche Regelung der H-auptluftsehraube bzw,.de.r Nebenluftschraube unabhängig von ider gemeinsamen.Verstellung durch den tPilotenhebel 45 ermöglicht. Ein solcher.zusätzlicher Anschluß eines weiteren Betätigungshebels an :das Regelgestänge kann, beispielsweise dadurch erfolgen, daß .in das @Ge'stänge ein Zwischenhebel eingeführt wird, dessen Drehpunkt zusätzlich von außen verstellt- werden kann.-Der - -- Einfachheit halber. wird ferner in der -Dar= stellung nach Abb.- 2 die Spannung der Regelfedern 37,38 unmittelbar,durch die Höhendosen 43 bzw. 44 bzw. das Regelgestänge geregelt. In der praktischen Ausführung wird zwischen ,den Höhendosen und- den Muffen 39 bzw. 40' für (die Abstützung der Regelfedern zweckmäßig ein- Servomechanismus zwischengeschaltet, um die Spannung der Regelfedern mit geringen Kräften vornehmen zu können und die Aufnahme dies von den Federn ausgeübten Rüdledruckes, auf id e-Höhendosen bzw. auf .das Gest-änge zu vermeiden.
  • An .Stelle eines Fliehkraftreglers kann auch ein anderer Regler vorgesehen sein, beispielsweise ein elektrischer Regler, welcher wenig Raum benötigt und.dort angeordnet sein kann, wo er,die Konstruktion ,am wenigsten stört. -Eine Ausführuag,sfarm für die Getriebeanordnung nach Ab !b. 2 zeigt Abb. 6. Gleiche -Teile sind hierbei .durch gleiche Bezugszeichen wie in Abb. 2 gekennzeichnet. Die Flügelverstellung erfolgt in diesem Fall auf elektrischem Weg, beispielsweise durch Schnecken 59 bzw. 6o,. welche- in eine entsprechende Verzahnung 61 bzw. 62 der Schraubenflügel eingreifen und zusammen mit den Luftschrauben umlaufen. Solange die eingestellte Drehzahl von Iden Luftschrauben innegehalten wird, tritt keine Relativbewegung zwischen der Schnecke 59, 6o und der Verzahnung 61, 62 ein. Bei Vergrößerung oder Verringerung der Drehzahl erhält @dagegen die -Schnecke eine relative Drehung, was eine entsprechende Verstellung- der Schraübenfüigel zur Folge hat. Die Regelwellen für die Nebenschraube können auch z. B. -durch die hohle Luftschraubenwelle hindurchgeführt sein.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 7 treibt die Motorwelle 63 das Sonnenrad 64 des Planetengetriebes an. Das Sonnenrad steht mit den Planetenrädern 65 im Eingriff, die ihrerseits mit weiteren Planetenrädern; 66 auf gleicher Achse verbunden sind. Der Planetenträger 67 treibt die innere Welle 68 und damit die eine Luftschraube 69 an; während das mit .den Planetenrädern 66 im Eingriff stehende Glockenrad 7o mit der zweiten Luftschraube 71 gekuppelt ist. Durch einen .solchen Antrieb kann eine besonders hohe Untersetzung zwischen (der Motorwelle und den Luftschrauben erzielt werden. Die Verteilung -des Drehmoments erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.7 verhältnismäßig gleichmäßig auf beide Luftschrauben. Bei gleicher Drehzahl der Luftschrauben ist infolgedessen auch die Leifstung der beiden Luftschrauben oder bei gleicher Leistung der -Luftschrauben ihre Drehzahl nur verhältnismäßig wenig voneinander verschieden. Jedoch kann auch eine Untersetzung in der Weise vorgesehen sein, daß eine, wesentlich ungleichere Verteilung des Drehmoments auf die Luftschrauben eintritt.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 8 treibt die Motorwelle 72 ähnlich wie im Fall der Abb. 6 das Glockenrad 73 des Planetengetriebes an. Die Planetenräder werden wieder jeweils .durch ein Zahnradpaar 74> 75 gebildet, von denen das Zahnrad 74 :mit dem .Glockenrads 73, das, Zahnraid 75 mit dem Sonnenrad 76 im Eingriff steht. Der Planetenträger 77 treibt wiederum die Hauptluftschraube 78, das Sonnenrad 76 über ;die, Hohlwelle 79 die- Nebenluftschraube 8o an. Hauptluftschraube und Nebenluftschr.aube laufen, wie .in allen Ausführungsbeispielen, in gegenläufigem Sinn um.
  • Bei :dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 9 ist die Kurbelwelle 81 des Motors mit dem Sonnenrad 82 des Planetengetriebes in Drehrichtung starr verbünden. Der zur Regelung der Planetenräder 83 dienende Planetenträger 84 steht mittels einer Innenrverzahnung.85 mit dem Ritzes 86 einer Welle 87 im Eingriff und ist gleichzeitig als Bremstrommel ausgebildet, welche durch das Bremsband 88 von ,außen her -abgebremst werden kann. Die Planetenräder 83 stehen ferner mit dem Glockenrad 89 im Eingriff, das seinerseits mit der Luftschraubenwelle 9o verbunden ist.
  • Die Welle 87 treibt über ein Planetengetriebe, 91 oder ein anderes geeignetes Getriebe das Gebläse 92 zur Aufladung des Antriebsmotors an. Auf der Welle 87 ist ferner ein Kegelrad 93 angeordnet, welches mit einem zweiten Kegelrad 94 im Eingriff steht, das über eine Sfirnradübersetzung 95 ein Axialgebläse 96 zur Erzeugung von Druckluft für Rückstoßdüsen, denen gegebenenfalls auch die Abgase des Motors zugeführt werden können, antreibt. Das Gebläse 96 ersetzt hierbei die in .den- übrigen Ausführungsbeispielen vorgesehene Nebenluftschraube. Demgemäß ist auch für .dasselbe eine entz j sprechende Regelcharakteristik vorzusehen. - - - DieDrehzahlregel-ung erfolgt in beliebigerWeis.e, z. B. :durch Drosselung der Saugleitung des Axialgebläses 96. Die Saugdrossel kann in diesem Fall durch eine Barometerdose z. B. mittels einer Nockenscheibe in ähnlicher Weise wie die Nebenluftschraube in den übrigen Ausführungsbei,spielen verstellt werden,. Gleichzeitig kann ein Ladedruckregler des Gebläses 92 .auf denVerstellmechanismus der Luftschraube so einwirken, daß der Ladedruck konstant und.! unabhängig von der Höhe bleibt.
  • Des weiteren kann im Antrieb des Laders 92 ein Schaltgetriebe vorgesehen sein., durch welches die auf das Gebläse 96 oder der en.tsprechenden,Arbeitsmaschine entfallende Leistung verändert werden kann, insbesondere derart, daß beim Start die Leistung des G.eibläs,es 96 (Rückstoßlei.stung) auf Null verringert: wird. Die Drehzahl der Luftschraube wird hierdurch erhöht.
  • Durch die Bremse 88 kann ferner die Ausgleichw-irkung des Planetengetriebes 82, 83, 84 ausgeschaltet werden. Die Welle 87 bleibt hierdurch in Ruhe und die gesamte Antriebsleistung des Motors wird auf die Luftschraubenwelle 9o übertragen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE- i. Stufenlose Regelung für über ein drehzahlverteil:en.des Ausgleichgetriebe erfolgende Luftschraubenantriebe, bei denen die Antriebsmaschine mit dem einen Sonnenrad, eine für die Aufnahme tdes größeren Teils der Antriebsleistung ausgebildete Luftschraube mit dem Planetenstern und ein zweiter nützlicher Leistungsverbraucher, beirspiels@we.i:se eine zweite Luftschraube, mit .dem anderen Sonnenrad des :@usgleichgetriebes verbunden ist und die Drehzahlverteilung auf die beiden Leistungsverbraucher durch Ändern der Leistungsaufnahme eines oder beider Verbraucher geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regelung :der Drehzahlverteilung im Normalflug die Drehzahl der mit dem Planetenstern des Ausgleichgetriebes verbundenen Luftschraube in Abhängigkeit von der Flughöhe, beispielsweise durch eine diie Grundeinstellung ihres Drehzahlreglers v@rändernde Barometerdose, derart geregelt wird, daß die Auströmgeschwindigkeit an .den Blattspitzen der Luftschraube niemals die jeweilige Schullgeschwin.digkeit überschreitet.
  2. 2. Stufenlose Regelung nach Anspruch: i, gekennzeichnet durch eine Regelung .der beiden Leistungsverbraucher derart in Abhängigkeit voneinander, daß bei der Erhöhung der Drehzahl des einen Abtriebes, insbesondere der einen Luftschraube, die Drehzahl :des anderen. Abtriebes, insbesondere der anderen Luftschraube, zwangsläufig erniedrigt wird.
  3. 3. Stufenlose Regelung nach den Ansprüchen i und 2, :gekennzeichnet durch eine Regelung in Abhängigkeit von .der Flughöhe (bzw. vom äußeren Luftdruck) derart, daß mit zunehmender Höhe die Drehzahl des Nebenabtriebes erhöht, dagegen die Drehzahl des Hauptabtriebes erniedrigt wird, vorzugsweise .derart, daß die Drehzahl der Antriebsmaschine unverändert bleibt.
  4. 4. Stufenlose Regelung nach ,den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Drehzahlverteilung durch Regelung des Nebenabtriebes erfolgt.
  5. 5. Stufenlose Regelung mach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, :d-aß :die Regelung ,der Drehzahlvertei.lungdurch gleichzeitige Regelung des Haupt- und Nebenabtriebes erfolgt.
  6. 6. Stufenlose Regelung nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Nebenabtrieb eine zweckmäßig zur Hauptluftschraube gleichachsige, eventuell auch gegenläufige Luftschraube, ein die Antriebsmaschine belieferndes Ladegebläse od. digl. angetrieben wird.
  7. 7. Stufenlose Regelung nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Drehzahlen: in an sich bekannter Weise :durch Änderung des Anstellwinkels der Schraubenflügel, z. B. durch Änderung der Grundstellung eines den Anstellwiukel der Schraubenflügel beeinflussenden Drehzahlreglers, erfolgt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 345 181, 426 557; französische Patentschrift Nr. 840 36o: USA.-Patentschrift Nr. z 154 532.
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