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Hubschrauber mit Landegestell Die Erfindung bezieht sich auf die Aufnahme
der bei der Landung von Hubschraubern auftretenden Kräfte durch ein Landegestell
mit zwei seitlichen Landekufen, die sich vor und hinter den Schwerpunkt des Flugzeugkörpers
erstrecken.
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Es ist bereits bekannt, zur Aufnahme dieser Kräfte Öldruckabfederungen
oder stoßaufnehmende Bänder oder Reibungsstoßdämpfer zu verwenden, die jedoch durchweg
teure, schwere und Platz beanspruchende Vorrichtungen darstellen. Außerdem haben
diese Vorrichtungen den Mangel, daß sie beim Aufsetzen des Hubschraubers einen unerwünschten
Rückprall verursachen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß das Untergestell von
Hubschraubern bei normalen Landungen keine oder nur eine geringe Elastizität aufzuweisen
braucht, daß jedoch Vorkehrungen getroffen werden müssen, um bei harten oder Bruchlandungen
die erhebliche kinetische Energie ohne Beschädigung des Hubschraubers zu vernichten.
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Erfindungsgemäß wird dies durch einen oder mehrere über das Verbindungsgestell
zum Flugzeugrumpf nach außen vorstehende Querbalken erreicht, an deren äußeren Enden
mit Hilfe von Stelzen die Kufen befestigt und die so ausgebildet sind, daß sie die
bei der Landung auftretenden Kräfte, soweit sie sich in normalen Grenzen halten,
unter elastischer Verformung aufnehmen, während sie sich bei harten oder Bruchlandungen
ohne Knickung plastisch verbiegen und so den genannten Kräften über die Elastizitätsgrenze
hinaus weiteren Widerstand entgegensetzen. Auf diese Weise erhält man
ohne
besondere kostspielige und platzraubende Vorrichtungen einen langen Verformungsweg,
der zur Vernichtung der kinetischen Energie ausreicht.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, bei Wasserflugzeugen die Schwimmer
mit Hilfe von Streben zu verbinden, die eine Sollverformungsstelle mit geschwächtem
Querschnitt haben, welche bei einer Überbeanspruchung durch Faltenbildung eine Stauchung
erfährt. Der Ersatz solcher gestauchter Streben ist jedoch schwierig und ohne Inanspruchnahme
einer Werkstatt nicht durchführbar. Im Gegensatz dazu sind die über das Verbindungsgestell
zum Flugzeugrumpf nach außen vorstehenden Querbalken gemäß der Erfindung, welche
bei Überbeanspruchungen keine Stauchung erfahren, sondern sich ohne Knickung plastisch
verbiegen, vom Bordpersonal ohne Schwierigkeit gegen einen neuen Balken auszutauschen,
den der Hubschrauber mit sich führen kann.
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Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigt
die Zeichnung, und zwar ist Fig. I eine teilweise abgebrochene Seitenansicht eines
Hubschraubers mit einem Fahr- und Landegestell gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine
abgebrochene Vorderansicht, in welcher die Wirkungsweise der Erfindung schematisch
dargestellt ist, Fig. 3 ein Schnitt nach Linie III-III in größerem Maßstab, woraus
die Betätigung der Steuervorrichtung für die einziehbare Radanordnung ersichtlich
ist, Fig. 4 ein Schnitt durch eine Ausführungsform eines Fahr- und Landegestellteiles
gemäß der Erfindung, Fig. 5 ein gleicher Schnitt wie Fig. 4 durch eine andere Ausführungsform
eines Teiles gemäß der Erfindung, Fig.6 ein ähnlicher Schnitt wie Fig.4 und 5 durch
ein Strebenmaterial, wie es für gewöhnlich für Fahr- und Landegestelle von Flugzeugen
Verwendung findet, Fig.7 und 8 Schnitte entsprechend denjenigen nach Fig. 4 und
5 durch andere Ausführungsformen von Streben oder Trägern, wie sie gemäß der Erfindung
Verwendung finden können, und Fig. 9, Io und II schematische Seitenansichten eines
Hubschraubers gemäß der Erfindung in verschiedenen Stellungen bei der Durchführung
eines Landeverfahrens, das durch die Erfindung erleichtert wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Hubschrauber dargestellt,
der aus dem eigentlichen Flugzeugkörper I, aus dem Gestell 2 (Fig. I und 2), dem
Motor 4, der Hubschraubenwelle 5, der Hubschraube 6 und einem Brennstofftank 8 besteht.
Der Flugzeugkörper besitzt einen Schwanzteil 9 mit einem die Steuerung des Flugzeuges
in der gewünschten Richtung ermöglichenden Schwanzrotor Io und einer Kufe II zum
Schutz des Schwanzrotors.
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Das in der Zeichnung dargestellte Beispiel eines Fahr- und Landegestelles
gemäß der Erfindung besitzt ein Paar Querbalken I4, I4, die mit dem Rahmen des Flugzeugkörpers
durch Schlitzhülsen I6, I6 verbunden sind. Die Balken I4 bestehen aus verhältnismäßig
dickwandigen Rohren von verhältnismäßig großem Durchmesser aus einem geeigneten
Leichtwerkstoff, so daß die Rohre I4 eine gewisse Belastung in der nachfolgend beschriebenen
Weise aufnehmen können.
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Die Rohre I4, I4 sind so lang, daß sie auf beiden Seiten des Flugzeuges
eine wesentliche Strecke über die Lagerhülsen I6, I6 herausragen. Sie tragen an
ihren äußeren Enden nach unten gerichtete Stelzen I8, die aus Metallrohren bestehen
können, welche mit dem Balken I4 verschweißt oder z. B. durch Muffen I9 verbunden
sein können (Fig.2). Wie beispielsweise in der Zeichnung dargestellt ist, stehen
die Stelzen I8 an ihren unteren Enden über Muffen 2o mit Kufen 22 in Verbindung,
die ebenfalls aus Rohren aus Leichtwerkstoff gefertigt sein können und parallel
in der Längsrichtung des Flugzeugkörpers unterhalb desselben verlaufen. Zweckmäßig
sind die vorderen Enden der Kufen bei 24 hochgebogen, so daß sich diese Enden beim
Landen des Flugzeuges nicht in den Boden eingraben können, wenn das Flugzeug vorn
übergeneigt landet.
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Um die Bewegung des Flugzeuges auf dem Boden zu erleichtern, ist jede
Kufe 22 mit einem Rad 25 versehen, das auf einer winkelig gebogenen Achse 26 mit
einem Ansatz 28 gelagert ist, der auf einem Lagerbock 30 (Fig. I) angelenkt ist,
welcher sich auf der entsprechenden Kufe befindet und mit dieser in starrer Verbindung
steht. Die Achse 26 besitzt außerdem einen Hebelarm 32, in den ein Hebel 33 (Fig.
3) oder ein anderes geeignetes Gerät eingesteckt werden kann, so daß die Bedienungsperson
mit einem genügend langen Hebelarm das Rad 25 um den Ansatz 28 nach unten gegen
den Erdboden schwenken kann, wodurch es dann das Gewicht des Flugzeuges trägt, wenn
dieses in die Flugzeughalle hinein- oder aus dieser wieder herausgerollt werden
soll.
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Wie man sieht, ist der Hebel 32 bei 34 mit einer Öffnung versehen,
während der Lagerbock 3o bei 35 ebenfalls eine Öffnung besitzt. Auf diese Weise
kann das Rad 25 in seiner unteren Stellung mit Hilfe eines Bolzens od. dgl. festgestellt
werden. Wie aus Fig. i ersichtlich, sind die Räder 25, 25 auf den Kufen zweckmäßig
derart angeordnet, daß sie sich in der Längsrichtung des Flugzeuges im Bereich des
Schwerpunktes desselben befinden, so daß das Flugzeug, wenn es mittels der Räder
25, 25 auf dem Erdboden ruht, auf diesen im wesentlichen ausbalanciert ist.
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Wie bereits oben erläutert wurde. besteht ein besonderes Merkmal der
Erfindung darin, daß die Balken 14, 14 des Fahr- und Landegestelles die Form von
Rohren aus einem leichten, jedoch anfänglich federndem Metall haben und daß die
Wandstärke der Rohre 14, verglichen mit dem übrigen Rohrmaterial, verhältnismäßig
dick ist. So kann beispielsweise bei einem Hubschrauber, der etwa 2ooo Pfund wiegt,
ein sehr geeignetes Fahr- und Landegestell der beschriebenen Art mit einem Paar
Querbalken hergestellt werden, die etwa 71L2 Fuß
lang sind und aus
einem Rohr aus einer Aluminiumlegierung etwa der Handelsbezeichnung 24 ST mit einem
Durchmesser von 2,75 Zoll und einer Wandstärke von etwa o,I56 Zoll bestehen. Das
zur Herstellung von Flugzeugen sonst verwendete Rohrmaterial aus Aluminiumlegierungen
hat demgegenüber bei dem gleichen Durchmesser eine Wandstärke von nur
0,083 Zoll. In dem beschriebenen Beispiel bestehen die Balken I4, I4 also
aus einem Rohr aus einer Aluminiumlegierung, bei dem das Verhältnis von Durchmesser
zu Wandstärke etwa I8 : I ausmacht, dessen Verhältnisfaktor also nahe bei I8 liegt.
Bei dem normalen Landevorgang tritt bei einer solchen Ausbildung des Gestelles ein
leichtes Durchfedern der Balken I4, I4 innerhalb der Elastizitätsgrenze ein, wie
dies mit der strichpunktierten Linie 36 in Fig. 2 dargestellt ist. Bei einer Bruchlandung
od. dgl. unterliegen die Balken dagegen einer plastischen Verformung, die bei 38
angedeutet ist, wobei die dicke Wandstärke der Rohre diesen die Fähigkeit verleiht,
einem Ein-oder Ausknicken erfolgreich Widerstand zu leisten. Bekanntlich hat ein
Ein- oder Ausknicken eines Balkens zur unmittelbaren Folge, daß der Belastung kein
wesentlicher Widerstand mehr entgegengesetzt wird. Ein Fahr- und Landegestell mit
Teilen, die unter den bei einer Bruchlandung auftretenden Kräften ein- oder ausknicken,
wird also stets zusammenbrechen, so daß eine Beschädigung des Flugzeuges unausbleiblich
ist. Durch die Erfindung wird dies jedoch durch die verhältnismäßig einfache und
billige Fahr- und Landegestellkonstruktion, wie sie vorstehend beschrieben und in
der Zeichnung dargestellt ist, vermieden. Hier absorbiert das die Kräfte aufnehmende
Element oder deren Mehrzah1 übermäßige, bei der Landung auftretende Kräfte durch
eine plastische Verformung. Dadurch wird diesen Kräften selbst nach einer Durchbiegung,
wie sie bei 38 dargestellt ist, immer noch annähernd der gleiche Widerstand entgegengesetzt.
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Anders ausgedrückt, die Erfindung schafft ein Fahr- und Landegestell
für Hubschrauber od. dgl. mit einem Bauteil oder einer Mehrzahl von Bauteilen, die
genügend nachgiebig sind, um die bei einer harten Landung auftretenden übermäßigen
Kräfte zu absorbieren, bevor die Endbelastungsfähigkeit erreicht ist. Diese Bauteile
bestehen aus ungewöhnlich dickwandigen Rohren, deren Wandstärke ausreicht, um ein
vorzeitiges Einknicken des Rohrmaterials bei der Durchbiegung auszuschließen, deren
Wände jedoch dünn genug sind, damit bei einer Bruchlandungsbelastung eine Verformung
eines möglichst großen Anteiles des Rohrmaterials eintritt.
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Der Ausdruck vorzeitig soll bedeuten, daß kein Einknicken der Rohre
stattfindet, bevor an diesen eine weitgehende Verformungsarbeit vorgenommen wurde
und bevor das Material bis an seinen Zug-bzw. Druckfestigkeitswert belastet worden
ist. Damit das Rohrmaterial in kontinuierlichem Maße nachgibt, indem es eine Verbiegung,
nicht aber eine Einknickung erfährt, muß die Rohrwand dicker sein, als sie es bei
Streben oder Balken des Fahr-und Landegestelles von Flugzeugen normalerweise ist.
Ist nämlich die Rohrwand zu dünn, so knickt sie einfach örtlich ein, bevor das Rohr
eine wesentliche Biegung erreicht hat. Dadurch wird nur eine geringe Energiemenge
absorbiert. Wenn dagegen die Rohrwand zu dick ist, wie z. B. bei massiven oder nahezu
massiven Stangen, so nimmt der innere Materialanteil des betreffenden Elementes
an dem Widerstand gegenüber den verformenden Kräften und an der Energievernichtung
nicht in nutzbringendem Maße teil. Dadurch sind solche Bauteile zu schwer und für
den vorliegenden Zweck nicht brauchbar.
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Die Bauteile gemäß der Erfindung können aus irgendeinem geeigneten
Material hergestellt werden, dessen Fließgrenze im Hinblick auf die Endfestigkeit
des Materials hoch ist, so daß sich das Material bei normalen Landebedingungen nicht
bleibend verformt. Ein geeignetes Material kann beispielsweise aus Aluminiumlegierungen
ausgewählt werden, die im Handel unter der Bezeichnung 24 ST klassifiziert sind.
Auch ein Nickelstahl ist geeignet, wie z. B. der Stahl SAE 23-30. Überhaupt ist
jedes Hochleistungsmetall mit einer langen Dehnung und hoher Festigkeit brauchbar.
Derartige Metalle finden sich in der Gruppe der Chrom-Molybdän- oder Vanadium-Stahl-Legierungen
oder in der Gruppe der sogenannten rostfreien Stähle. Obwohl die augenblicklich
vorhandenen Magnesiumlegierungen im allgemeinen nicht eine genügende Dehnung zusammen
mit einer ausreichenden Zugfestigkeit besitzen, so besteht doch die Möglichkeit,
daß derartige Legierungen entwickelt werden, die dann ebenfalls für den vorliegenden
Zweck brauchbar wären. In allen Fällen sollte das Material eine Dehnung von wenigstens
I2% haben.
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Durch Versuche konnte festgestellt werden, daß ein Rohrmaterial mit
verschiedenen Querschnittsformen für die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann.
Die praktischen Bereiche für das Verhältnis zwischen Rohrdurchmesser und Wandstärke
ergeben sich aus den nachfolgenden Angaben. Beispielsweise ist ein Rohrmaterial
mit rundem Querschnitt und Verhältniszahlen für Durchmesser zu Wandstärke zwischen
25 und 4 brauchbar. Fig.4 zeigt beispielsweise einen Rohrquerschnitt, bei dem das
Verhältnis zwischen Außendurchmesser und Wandstärke etwa 4:1 beträgt, so daß die
Ver-D - Durchmesser hältniszahl T-== Wandstärke etwa 4 ist. Fig.
5
Wandstärke einen Rohrquerschnitt, der sich am anderen Ende des Bereiches
der verwendbaren Querschnitte befindet. Der Querschnitt nach Fig. 5 hat eine Verhältniszahl
von etwa 25. Fig. 6 zeigt ein übliches Rohrmaterial im Querschnitt mit einer Verhältniszahl
von etwa 33. Ein solches Material wurde bisher für die Herstellung der Fahr- und
Landegestelle verwendet, und es hab seich, gezeigt, daß dieses Material sich nicht
in dem durch die Erfindung vorgesehenen Maße verformt, ohne einzuknicken. Es können
auch Rohre mit ovalem Querschnitt benutzt werden, wenn das Rohr einen Verhältniswert
zwischen Wandstärke und Radius der
langen Krümmung des Querschnittes
zwischen o,o7 und o,5o hat. Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines Rohres mit ovalem Querschnitt
und einem solchen Wert von, o,o7. Auch ein Rohr mit rechteckigem Querschnitt ist
brauchbar, wenn das Verhältnis zwischen Wandstärke und belasteter Breite innerhalb
des Bereiches von o,o4 und o,25 liegt. Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines rechteckigen
Rohres, bei dem dieser Wert etwa o,o8 beträgt.
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Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das mit Kufen
versehene Fahr- und Landegestell von der Seite gesehen im Verhältnis zu dem Flugzeugkörper
derart angeordnet ist, daß sich die mit dem Boden in Berührung kommenden Teile der
Kufen 22, von der Stellung des Flugzeugschwerpunktes an gerechnet, über eine wesentliche
Strecke nach vorn, jedoch nur eine verhältnismäßig kurze Strecke nach hinten erstrecken.
In den Fig. I, 9, Io und II möge sich der Längsschwerpunkt des Flugzeuges und seiner
Last unveränderlich beispielsweise etwa bei 4o befinden. Der Schwerpunkt liegt dann
etwa unterhalb der Nabe der Hubschraube, wodurch die Maschine in geeigneter Weise
ausbalanciert ist. Wie aus Fig.9 bis II ersichtlich ist, bestehen dann die mit dem
Boden in Berührung kommenden Teile der Kufen 22 je aus einem von dem Flugzeugschwerpunkt
an in der Längsrichtung nach vorn erstreckenden Teilstück A und einem verhältnismäßig
kurzen, sich nach hinten erstreckenden Teilstück B. Eine derartige Kufenanordnung
bietet die Möglichkeit eines leicht auszuführenden bevorzugten Lande-und Startverfahrens.
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Der Hubschrauber gemäß der Erfindung kann hierbei z. B. so geführt
werden, daß er in der üblichen Stellung mit nach unten gerichtetem Bug und nach
vorn geneigter Hubschraube den gewünschten Landeplatz ansteuert, bis dieser nahezu
erreicht ist (Fig. 9). Die Hubschraube wird alsdann nach hinten geschwenkt, wie
dies bei C in Fig.9 dargestellt ist. Dadurch entsteht eine nach hinten gerichtete
Kraftkomponente der Hubschraube, so daß die Vorwärtsbewegung des Flugzeuges abgebremst
wird. Das Flugzeug nimmt dadurch kurzzeitig die in Fig. Io gezeigte Stellung mit
nach aufwärts gerichtetem Bug ein. Schließlich kippt das Flugzeug sanft in die waagerechte
Stellung nach Fig. II, in welcher es auf dem Boden ruht.
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Wie man sieht, senkt sich während der in Fig. Io dargestellten Phase
des Landevorganges der Schwanz des Flugzeuges auf die Landefläche, und das Fahr-
und Landegestell muß notwendigerweise so konstruiert sein, daß es in diesem Zeitpunkt
eine Berührung mit der Landefläche ermöglicht, ohne daß ein übermäßiges Kippmoment
entsteht. Durch den kurzen Verlauf der Wandkufenteile B hinter dem Schwerpunkt des
Flugzeuges wird nun das oben beschriebene Landeverfahren möglich gemacht, während
die verhältnismäßig langen, vom Flugzeugschwerpunkt sich nach vorn hin erstreckenden
Kufenteile A den Flugzeugkörper schützen, wenn die Landung mit nach unten gesenktem
Bug stattfindet. Die Schwanzkufe II schützt in jedem Fall den Schwanzrotor Io gegen
eine Berührung mit der Landefläche. Durch die gespreizte Anordnung der Teile A,
B und die Stellung des Längsschwerpunktes des Flugzeuges wird eine günstige Bodenstabilität
des Flugzeuges auf der Landefläche gesichert. Die Fahr- und Landegestellanordnung
gemäß der Erfindung erleichtert auch das Starten, da die Möglichkeit geschaffen
ist, das Flugzeug beim Starten und Landen zu kippen oder zu wenden, ohne daß die
Gefahr eines überkippens besteht. Die Zeichnung erläutert die Erfindung mit einem
verhältnismäßig langen und gespreizten Kufenfahr-und -landegestell, das gegen ein
Überschlagen auf dem Boden besonderen Schutz bietet. Das horizontale Balkenpaar
des Gestelles ist dabei so konstruiert, daß es bei harten Landungen auftretende
Kräfte durch plastische Verformung aufnehmen kann. Die Erfindung kann jedoch auch
bei anderen Bauarten von Untergestellen Verwendung finden, und das oder die verformbaren
Elemente können in ihrer Form von derjenigen der Balken I4,I4 abweichen. Das verformbare
Element kann beispielsweise statt waagerecht senkrecht angeordnet sein. Die plastische
Verformung kann auch in einer Torsion bestehen, durch die dann die bei einer Bruchlandung
auftretenden Kräfte absorbiert werden. In jedem Fall sind das oder die verformbaren
Elemente jedoch so ausgebildet bzw. angeordnet, daß sie auf billige Weise hergestellt
und leicht ersetzt werden können, so daß das Flugzeug nach einer Bruchlandung schnell
und ohne große Kosten repariert werden kann. Ein weiteres Merkmal des Fahr- und
Landegestelles gemäß der Erfindung besteht darin, däß die Stelzen I8 von ihren Verbindungsstellen
mit den Balken I4 ab ein wenig nach vorwärts gerichtet verlaufen. Dadurch werden
die Kufen 22 zur Aufnahme nach rückwärts gerichteter Kräfte befähigt, wenn das Flugzeug
mit einer gewissen Vorwärtsbewegung landet.
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Die Erfindung schafft also ein billiges Fahr- und Landegestell, das
die bei einer Bruchlandung auftretenden Kräfte absorbieren kann, wodurch bei den
Bau- und Betriebskosten des Flugzeuges erhebliche Ersparnisse erzielt werden.