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Hubschrauber mit Verbindungsgestänge zwischen Steuerflügel und Steuervorrichtung
des Piloten Die Irrfindung betrifft die Ausbildung des Rotorkopfes von Hubschraubern
und der im Rotorkopf enthaltenen Kreuzgelenklagerung für die um die Achse der Rotorsäule
drehbaren Hub- und Steuerflügel sowie das Verbindungsgestänge, das den Steuerflügel
mit einer vom Piloten bedienten Steuervorrichtung verbindet, mittels der beim Flattern
des Hubflügels der Anstellwinkel des Steuerflügels verstellt werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verbindungsgestänges
und die besondere Ausbil-Jung der mit diesem Gestänge verbundenen Kreuzgelenklagerung
wird eine besonders für Hubschrauber mit Strahlantrieb geeignete Steueranlage geschaffen,
bei der das Rückschubgestänge bei Beginn des Flatterns der Hubflügel sofort in Tätigkeit
treten kann, um einen Teil der anfänglichen übergroßen Anstellwinkelverstellung
des Steuerflügels rückgängig zu machen, so daß die Hubflügel nicht in einem übergroßen
Winkel flattern. Das erfindungsgemäße Rückschubgestänge ist auch dann vorteilhaft,
wenn der Hubflügelrotor gezwungen werden soll, der Schräglage der Rotorsäule zu
folgen.
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Erfindungsgemäß besteht das Verbindungsgestänge zwischen Steuerflügel
und der vom Piloten bedienten Steuervorrichtung aus einem ersten Gestängeteil zwischen
Steuerflügel und Kreuzgelenklagerung und einem zweiten, mit der Steuervorrichtung
verbundenen Gestängeteil, der zwischen Steuerflügel und Kreuzgelenklagerung an dem
ersten Gestängeteil angelenkt ist.
Vorzugsweise ist die Anordnung
so getroffen, daß die vom Piloten bediente Steuervorrichtung über eine Flattervorrichtung
mit dem an der Nabe der Kreuzgelenklagerung angelenkten Hebel des ersten Gestängeteiles
verbunden ist und daß dieser Hebel mittels eines Armes an der Steuerflügelwelle
angelenkt ist.
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Die Steuerflügelwelle, die zweckmäßig die Kreuzgelenklagerung durchdringt,
kann dabei in einem Armstern der Kreuzgelenklagerung gelagert sein, der schwenkbar
an einer um die Achse der Rotor-Säule drehbaren Gabel befestigt ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt,
und zwar zeigt: Fig. z eine Teildraufsicht des Rotorkopfaufbaus, Fig. 2 einen senkrechten
Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. r, wobei einzelne Teile des Aufbaus zwecks Verdeutlichung
weggelassen sind, Fig. 3 einen ähnlichen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. r, Fig.
4 einen waagerechten Teilschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3, Fig.5 einen senkrechten
Schnitt in größerem Maßstab, der teilweise in Ansicht eine Lager- und Steuereinrichtung
für den Rotorkopf, insbesondere für einen Triebstrahlrotor, zeigt und Fig. 6 eine
schematisch schaubildliche Darstellung der Hauptteile des erfindungsgemäßen Rotorkopfes.
Der Hubschrauber besitzt zwei diametral sich gegenüberliegende Hubflügel 2 und zwei
Steuerflügel 3, die allseitig verstellbar an der Spitze der Rotorsäule gelagert
sind.
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Die in Fig. 5 dargestellte Rotorsäule und ihr zugehöriger Aufbau sind
besonders für einen Triebstrahlhubschrauber bestimmt. Die Rotorsäule enthält eine
sich um ihre Achse drehende Hohlwelle 4 (Fig. 2, 3 und 5) und trägt eine Flatter-
oder Anstellwinkelregelvorrichtung, die in bekannter Weise durch eine nachgiebige
Lagerung 18 an der Säule abgestützt ist. Nach diesem Vorschlag hat die Flattervorrichtung
einen außenliegenden Flatterring 58, dessen N eigungsebene durch einen über dem
Piloten angeordneten Steuerknüppel verstellt werden kann. Obwohl ein obenliegender
Steuerknüppel in den Zeichnungen dargestellt ist, kann die Flattereinrichtung auch
durch ein beliebiges Gestänge mit einem Steuerknüppel verbunden werden, der in der
Nähe des Bodens -am Führersitz des Flugzeuges vorgesehen ist.
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An Stelle der dargestellten bevorzugten Form der Flattervorrichtung
kann jede andere Flattervorrichtung zur Verwendung gelangen.
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Die Hubflügel 2 und die Steuerflügels sitzen allseitig verstellbar
auf dem oberen Ende der Rotorsäule ¢. Die Spitze der Rotorsäule 4 endet in einer
Gabel 64, deren diametral gegenüberstehende Klauen 66 festliegende Zapfen 67 tragen,
auf denen ein Armstern 68 gelagert ist, der also um eine durch die Zapfen 67 gelegte
Achse sich drehen kann. Auf der senkrecht zu dieser Achse 67 stehenden Querachse
ist der Armstern 68 mit diametral gegenüberstehenden Köpfen 69 ausgerüstet, in deren
Kugellagern 71 sich ein Gestänge 72 in Form einer einstückigen Welle dreht, an deren
Außenenden die Steuerflügel 3 befestigt sind. Der Armstern 68 besitzt eine Mittelöffnung
73 und die Welle 72 eine damit fluchtende Mittelöffnung 74., deren Zweck später
erläutert wird.
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Die Steuerflüggelwelle 72 erstreckt sich durch die gegenüberliegenden
Seiten der Nabe 76 hindurch, in der die Welle 72 mittels Kugellagern 77 drehbar
gelagert ist. Die Kugellager 71 und 77 werden in ihrer Stellung mittels Abstandsringen
78 und Haltemuttern 79 gehalten. Die Nabe 76 bildet einen Träger für die sich diametral
gegenüberliegenden Hubflügel2, die auf der Nabe zur gemeinschaftlichen Anstellwinkeleinstellung
drehbar gelagert sind. Zu diesem Zweck besitzt die Nabe 76 diämetral gegenüberstehende
Zapfen 81, die sich längs der Anstellwinkeleinstellachse für die Hubflügel senkrecht
zu der durch die Welle 72 gegebenen Anstellwinkeleinstellachse für die Steuerflügel
3 erstrecken. Die Lagerung zur gemeinschaftlichen Winkelverstellung für die Hubflügel
2 enthält eine hohle Hülse 82, die am Innenende jeder Hubflügellagerwelle 83 vorgesehen
ist. An den Außenenden jedes Zapfens 81 befindet sich ein Kugellager 84 zur Führung
der Hülse 82. Das Innenende jeder Hülse 82 ist auf Kugellagern 86 gelagert, die
durch Haltemuttern 85 und 87 in ihrer Lage gehalten werden.
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Die Hubflügel 2 und die Steuerflügel 3 sind mit der gemeinsamen Nabe
76 verbunden. Die zyklische Anstellwinkeleinstellung der Hubflügel wird um eine
erste Achse bewirkt, die sieh in Längsrichtung der Hubflügel erstreckt. Diese Achse
wird durch die Achse der Zapfen 67 bestimmt, weil die Nabe 76 durch ihre Lagerung
auf der im Armstern 68 gelagerten Welle 72 um die Zapfen 67 schwingen kann. Die
Hubflügel 2 können um eine zweite Achse flattern, die quer zur ersten Achse liegt
und durch die Achse der Welle 72 bestimmt wird. Die SteuerflÜgel s sind hinsichtlich
des zyklischen Einstellwinkels um eine dritte Achse einstellbar, die durch die Welle
72 bestimmt wird und die mit der erwähnten zweiten Achse oder der Flatterachse für
die Hubflügel zusammenfällt. Die Steuerflügel 3 können auch gemeinsam um die Achse
der Zapfen 67 flattern, die auch die Einstellachse für die zyklische Anstellwinkeländerung
der Hubflügel ist. Sobald also eine zyklische Anstellwinkeländerung auf die Steuerflügel
durch die vom Führer gesteuerte Flattervorrichtung, die mit dem noch zu beschreibenden
Gestänge verbunden ist, übertragen wird, erzeugen die Steuerflügel einen zyklischen
Anstellwinkel und schließlich ein Flattern der Hubflügel. Die Klauen 66 der Gabel
64 fassen mit Zwischenraum in Ausnehmungen 87' in diametral gegenüberliegende Seiten
der Nabe 76 ein, um Grenzanschläge für das Flattern der Hubflügel zu bilden. Die
unabhängigen Drehlagerungen der Hubflügel 2 auf den Zapfen 81 der Nabe 76 ermöglichen
eine einfache gemeinschaftliche Anstellwinkelregelung der Hubflügel mittels eines
axial verschiebbaren Gestänges 88, das sich durch die Rotorwelle 4 hindurch erstreckt.
Dieses Gestänge 88 enthält zwei
Teile, die durch ein Kreuzgelenk
89 in der Mitte des Hauptlagers des Rotorkopfes verbunden sind. Die bereits erwähnten
Öffnungen 73 und 74 ermöglichen den Durchtritt des Gestänges 88 durch den Rotorkopf.
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Während das untere Ende des Gestänges 88 in einem Lager 9i geführt
ist, gleitet der obere Abschnitt des Gestänges in einer Hülse 92 einer Konsole 93,
die fest auf der Nabe 76 sitzt. Am oberen Ende des Gestänges 88 sitzen schwenkbar
zwei Stoßstangen 94, deren untere Enden mittels eines Kugelgelenkes allseitig schwenkbar
mit je einer Stützplatte 96 der Hülse 82 verbunden sind.
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Eine solche gemeinschaftliche Anstellwinkelregelung ist üblicherweise
vorgesehen, kann aber auch weggelassen werden. Die Verbindungen der Stoßstangen
94 erfolgen an gegenüberliegenden Seiten der Hülsen 82, so daß die Hubflügel bei
einer Axialbewegung des Gestänges 88 durch eine vom Flugzeugführer betätigte Antriebsvorrichtung
(nicht dargestellt) gleichzeitig um gleiche Winkel in entgegengesetzten Richtungen
eingestellt werden, um eine gleiche Anstellwinkelverstellung der Hubflügel zwecks
gemeinschaftlicher Anstellwinkelregelung zu erzielen. Eine mit dem Flatterring 58
verbundene Einrichtung ist vorgesehen, um den Steuerflügeln 3 eine zyklische Anstellwinkelregelung
zu geben. Diese Einrichtung besitzt diametral gegenüberstehende Umkehrgestänge 97.
Jedes Gestänge 97 besteht aus zwei sogenannten Scherenlenkern, von denen je ein
unterer Lenker 98 mit dem umlaufenden Flatterring 58 mittels eines Drehzapfens 99
in lotrechten Augen ioi schwenkbar verbunden ist, die fest am Ring 58 sitzen. An
seinem Außenende ist jeder Lenker 98 durch einen Drehzapfen 102 mit einem zweiten
Lenker 103 verbunden.
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Dieser Lenker 103 könnte mit dem Gestänge 72 der Steuerflügel unmittelbar
schwenkbar verbunden sein, um zyklische Anstellwinkeländerungen auf die Flügel zu
übertragen, wie sie durch die Neigungsebene der Flattervorrichtung bestimmt werden.
Erfindungsgemäß sind jedoch die Lenker 103 mittelbar mit den Steuerflügeln mittels
eines Rückschubgestänges verbunden, das zwischen jedem Steuerflügel und einer Seite
der Nabe 76 des Hauptlagers beweglich verbunden liegt, um die erwähnten Wirkungen
hervorzurufen.
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Das obere Ende jedes Lenkers 103 ist bei io4 allseitig schwenkbar
mit einem Rückschubhebel io6 verbunden, der unterhalb des Gestänges 72 und im wesentlichen
parallel zu diesem Gestänge liegt.
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Das Innenende jedes Hebels io6 ist mit einer Seite der Nabe 76 durch
ein Gelenk 107 verbunden, das eine allseitige Schwenkbarkeit zuläßt und von einer
Tragplatte io8 getragen wird, deren Befestigung an der Nabe mittels Schraubenbolzen
io9 erfolgt. Am Außenende besitzt jeder Hebel io6 ein Gelenk i i i für allseitige
Schwenkbarkeit mit einem lotrechten Arm 112, dessen oberes Ende gegabelt und schwenkbar
mit dem Gestänge 72 durch einen Zapfen I13 in Verbindung steht, der sich quer zur
Achse dieses Gestänges erstreckt. Die Gelenkverbindungen 107 und i i i haben
vorzugsweise den gleichen Abstand von der Achse des Gestänges 72.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung, die am besten aus der schematisch
dargestellten Fig. 6 ersichtlich ist, wird unter Annahme bestimmter typischer Betriebszustände
der Steuerung nachstehend beschrieben. Wenn beispielsweise der Flugzeugführer die
Flattervorrichtung verschwenkt, um den Anstellwinkel der Steuerflügel zu regeln,
so daß die Hubflügel schließlich in der durch den Pfeil A dargestellten Richtung
flattern, wird die zwischen dem Rückschubhebel io6 und der Nabe 76 liegende Gelenkverbindung
107 nach vorwärts in der Richtung des Pfeiles B bewegt. Da der Hebel io6 dreh-und
schwenkbar an dem oberen Ende des Hebels 103 gelagert ist, bewegt sich das gegenüberliegende
Ende des Hebels io6 nach rückwärts in einer entgegengesetzten Richtung, wie durch
den Pfeil C dargestellt, so daß die Anstellwinkelverstellung der `Felle 72 in der
Richtung des Pfeiles C erfolgt, um den zyklischen Anstellwinkel rückgängig
zu machen oder zurückzustellen, der anfänglich auf die Steuerflügel durch die vom
Führer betätigte Flattervorrichtung übertragen worden war.
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Das Verhältnis des zwischen der Mitte des Gelenkes 107 und
der Mitte des Gelenkes io4 vorhandenen Abstandes D zum Abstand zwischen der Mitte
des Gelenkes 104 und der Mitte des Gelenkes i i i ist das Rückschubverhältnis. Vorzugsweise
ist dieses Verhältnis gleich Eins und damit der Abstand D gleich dem Abstand
L. Dieses Verhältnis kann jedoch geändert werden.
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Das Antriebsverhältnis, d. h. das Verhältnis des Abstandes
X zu dem Abstand Y (Fig. 6), das durch die Hebelarme und die Längen
der Lenker 98 und 103, in der Neutralstellung der Flattervorrichtung mit
Bezug auf die Länge des Lenkers I12 bestimmt wird, ist vorzugsweise größer als Eins
und beträgt etwa Zweieinhalb bis Eins, so daß eine mechanische Erleichterung dadurch
erhalten wird, daß für jeden bestimmten Verschwenkungswinkel, auf den die Flattervorrichtung
von einer bestimmten Stellung aus mittels des Steuerknüppels 54 eingestellt wird,
die Anstellwinkelverstellung der Steuerflügel entsprechend diesem Verhältnis vervielfacht
wird. Wie bereits erwähnt, wird dabei ein Teil dieser Verstellung durch die Wirkung
des beschriebenen Rückschubgestänges rückgängig gemacht oder gelöscht.