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Vorrichtung zur Verringerung der Startstrecke von Flugzeugen Die Erfindung
bezieht sich auf Vorrichtungen, die beim Flugzeugstart zur Verminderung der Startstrecke
und zur Verminderung der Anhaltestrecke des Flugzeuges im Falle eines zurückgenommenen
Startes nützlich sind, und zwar durch Benutzung von automatischen Steuerungen für
die Betätigung von Einrichtungen zur Auftriebserhöhung.
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In der Vergangenheit ist beträchtliche Arbeit geleistet worden und
wird bezüglich der Flugzeuglandeoperationen laufend geleistet, um die Landesstreckengesamtheit
eines Flugzeuges zu verringern. Viel von dieser Arbeit betrifft die Bremswirkung
auf das Flugzeug und die Verhinderung des Rutschens beim Landen. Dagegen sind bisher
die Möglichkeiten nicht ausgeschöpft worden, um die Startstrecke für Flugzeuge zu
verringern.
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Flugzeuge, wie sie heute üblicherweise hergestellt werden, besitzen
Tragflächen oder Flügel mit Klappen, um den Auftrieb der Flügel bei Start und Landung
zu verstärken, um die Start- und Landegeschwindigkeiten des Flugzeuges zu vermindern.
Angestellte Klappen vergrößern aber den Luftwiderstand des Flugzeuges, so daß das
Heraufbringen des Flugzeuges auf die Startgeschwindigkeit mehr Energie, Zeit und
Weg erfordert, als wenn der Lauf mit zurückgezogenen Klappen vollführt würde. Die
Klappen müssen jedoch beim Abheben wirksam eingestellt sein, um die erforderliche
Hubwirkung
zu schaffen. Im Reiseflug sind die Klappen zurückgezogen. Normalerweise bringt der
Flugzeugführer beim Starten zuerst die Klappen in Startstellung und beginnt dann
seinen Startlauf. Nachdem das Flugzeug abgehoben und genügend Fahrt und Höhe hat,
werden die Klappen durch dafür vorgesehene Steuermittel in eine unwirksame Stellung
zurückgezogen. In gleicher Weise senkt der Flugzeugführer beim Landen eines Flugzeuges
die Luftklappen kurz vor dem Landen und hält die Klappen in ausgezogener wirksamer
Stellung, bis das Flugzeug zum Halt gebracht worden ist.
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Es ist das Hauptziel der Erfindung, Apparate vorzusehen, um den Start
eines Flugzeuges auf einer verminderten Strecke dadurch zu bewirken, daß das Flugzeug
mit eingefahrenen Flügelklappen längs des Bodens läuft und die Klappen automatisch
erst in wirksame Stellung bewegt werden, wenn die Abhebegeschwindigkeit erreicht
ist.
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Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Apparaten
im Flugzeug zur automatischen Steuerung der Stellung der Flügelklappen des Flugzeuges
sowohl für die Verminderung der Länge der für das Flugzeug erforderlichen Startstrecke
als auch um die Länge der Bremsstrecke für das Flugzeug bei unterbrochenem Start
durch eine richtige Steuerung der Flügelklappen in Abhängigkeit von den dynamischen
Drücken zu verringern, die durch die Luftdichte und Flugzeuggeschwindigkeit erzeugt
werden.
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Weiter bezweckt die Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche
automatisch, ohne Aufmerksamkeit des Flugzeugführers, durch den dynamischen Druck
während der wenigen Sekunden, unmittelbar bevor sich das Flugzeug erhebt, funktioniert,
um die gewünschten Wirkungsbedingungen für das Flugzeug zum Abheben am Ende eines
erfolgreichen Startlaufes herzustellen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, Mittel in einem Flugzeug zum
Zurückhalten der maximalen Last auf den Tragstreben und Rädern vorzusehen, bis die
Abhebegeschwindigkeit erreicht ist, so daß, wenn der Start abgebrochen wird, das
Flugzeug die maximale auf die Räder ausgeübte Bremswirkung erhalten kann.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung von Steuermitteln
in einem Flugzeug, um die Flügelklappensteuermittel des Flugzeuges automatisch in
Abhängigkeit von der gewünschten oder erforderlichen Startgeschwindigkeit für das
besondere Flugzeug, die existierende Luftdichte und das Bruttogewicht des Flugzeuges
zu betätigen.
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Diese und andere Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit den Zeichnungen hervor, die beispielsweise Ausführungsformen zeigen
und in welchen sind Fig. i eine Seitenansicht eines Flugzeuges mit schematischer
Darstellung des damit verbundenen Apparates gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine schematische
Ansicht, welche einen der Steuerapparate der Erfindung für Flugzeugflügelklappen
zeigt, Fig.3 eine Ansicht eines elektrischen Steuerstromkreises der Erfindung in
Kombination mit schematischen Mitteln zur Steuerung von Flugzeugklappen, Fig. 4
eine Schnittansicht durch das Spür- und Steuermittel der Erfindung sowie zugeordnete
elektrische Mittel, Fig. 5 eine Vorderansicht der Spür- und Steuereinheit nach Fig.
4, um die dafür vorgesehene Handsteuereinstellung zu zeigen, Fig. 6 eine Teilansicht
eines hydraulischen Betätigungsgliedes zur Benutzung bei vorhandenen klappenbetätigenden
Stangenorganen, Fig.7 eine Bruchteilansicht von Mitteln zum schnellen Ändern der
Länge eines Steuerkabels, um die Klappen in einem Flugzeugflügel gemäß der Erfindung
schnell zu betätigen und Fig. 8 eine Teilansicht einer noch weiteren Abwandlung
von Änderungsmitteln zum Steuern von Flugzeugklappen nach der Erfindung.
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Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf ein Luftfahrzeug mit
Tragflächen oder Flügeln und beweglichen Hilfsklappen, um den Auftrieb der Tragflächen
zu verstärken, Mittel, um die Klappen in Wirklage zu bewegen und besteht in automatischen,
durch den dynamischen Druck gesteuerte Mittel zwecks Betätigung der Klappenbewegungsmittel.
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Unter Bezugnahme auf die Einzelheiten der in den Zeichnungen gezeigten
Ausbildung ist ein Flugzeug als Ganzes durch das Bezugszeichen I bezeichnet. Dieses
Flugzeug I ist von üblicher Konstruktion und besitzt ein dafür vorgesehenes Dreiradlandegestell
mit einer Mehrzahl von Ölstreben 2, durch welche der Rumpf des Flugzeuges auf Rädern
3 ruht. Das Flugzeug I besitzt Flügel 4 mit Klappen.
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Als einwichtiges Merkmal der Erfindung ist an dem Flugzeug ein Pitotkopf
6 vorgesehen, der beispielsweise an der Vorderkante des Flügels 4 befestigt und
durch ein Paar Rohre 7 und 8 mit einer Steuereinheit 9 verbunden sein kann. Diese
Steuereinheit wird durch den dynamischen Druck betätigt.
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Es ist ein Klappenbetätigungsmechanismus Io dargestellt, der nachträglich
im einzelnen beschrieben ist.
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Fig. 2 zeigt im einzelnen die Steuereinheit 9 sowie die zugeordneten
Mittel und läßt erkennen, daß das Rohr 7, welches sich von dort aus erstreckt, eine
Vielzahl von Löchern II besitzt, wodurch statischer Druck durch das Rohr 7 an die
Steuereinheit 9 übertragen wird. Im Gegensatz dazu ist das Rohr 8 vorn bei I2 offen
und überträgt den statischen und dynamischen Druck an die Steuereinheit 9. Die klappenantriebseinheit
Io wird in herkömmlicher Weise betätigt und ist mit der Klappe 5 durch einen Lenker
I3 verbunden. Um den Betätigungsstromkreis für den Klappenantrieb Io zu schließen,
besitzt die Steuereinheit 9 einen Schalter zwecks Schließung eines Stromkreises
von einem Spannungsquellengenerator, z. B. einer Batterie I4. Der Leiter I5 verbindet
die Steuereinheit 9 mit der Steuereinheit io, während die Leiter 16 die
Spannungsquelle
14 mit den beiden Steuereinheiten verbindet.
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Es können auch andere Kraftquellen für den Klappenantrieb Io vorgesehen
sein und ein Antriebsglied, wie ein Motor oder ein Steuerventil in einem hydraulischen
System.
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Der in Fig. 3 gezeigte Apparat ist nur eine Erläuterung zu Apparaten,
die geeignet sind, um eine schnelle Bewegung der Flügelklappen unter erwünschten
Wirkungsbedingungen für die Apparate gemäß der Erfindung vorzusehen. Es ist ein
Klappenantrieb 17 gezeigt, der einen elektrischen Motor enthalten kann, welcher
mit einem Lenker 18 durch übliche, nicht gezeigte Antriebsmittel gekuppelt ist.
Dieser Klappenantrieb 17 ist mit einer Batterie I9 verbunden, wenn ein Steuerschalter
2o betätigt wird. Dies würde die normale Handsteuerung sein. Eine Steuereinheit
21 in Fig. 3 gleicht der Einheit 9. Sie besitzt einen Steuerschalter und ist mit
einem Hochspannungsgenerator 22 durch einen Leiter 23 verbunden. Ein zweiter Leiter
24 vom Generator 22 führt zu einer Klemme des Klappenuntriebes 17. Die Steuereinheit
21 ist mit dem Antrieb an einer Klemme desselben durch einen weiteren Leiter 25
direkt verbunden. Eine zwei- oder dreifach höhere Spannung als normal treibt den
Klappenantriebsmotor mit zwei- oder dreifacher Geschwindigkeit zur Normalgeschwindigkeit
an, um eine viel schnellere Bewegung als gewöhnlich für die Klappen zu liefern.
Dies bringt diese Klappen sehr schnell in wirksame Stellung. Die Überlastung des
Klappenantriebsmotors in den kurzen Wirkungsperioden ist wegen der Seltenheit und
kurzen Dauer des Motorantriebes nicht schädlich.
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Eine Kontrollampe 25a kann zwischen die Leiter 23 und 24 geschaltet
sein, um anzuzeigen, daß der Generator 22 arbeitet, und über die Steuereinheit 21
kann ein Schalter 25b nebengeschlossen sein, um durch den Führer von Hand geschlossen
zu werden, wenn er die V2-Geschwindigkeit erreicht hat und wenn aus irgendeinem
Grunde die Einheit 21 in ihrer Wirkung versagt.
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Die Einzelheiten der Steuereinheit 9 sind am besten in Fig. 4 dargestellt.
Es ist ein geeignetes luftdichtes Gehäuse 26 vorgesehen und mit dem Innern des Gehäuses
eine Leitung 7 verbunden, welche im Innern des Gehäuses statischen Druck erzeugt.
Das Gehäuse enthält einen Balg 27, der an einem Ende z. B. durch das Pitotdruckspeiserohr
8 in seiner Lage gehalten wird, welches mit dem Innern des Balges verbunden ist.
Das andere und bewegliche Ende 28 des Balges 27 bewegt sich mit den Änderungen des
Differenzdruckes, dem der Balg ausgesetzt ist. Der in das Gehäuse 26 eingeführte
statische Druck ist in der Wirkung von dem Pitotdruck in dem Balg abgezogen, so
daß der Differenzdruck der dynamische Druck ist, der durch die Vorwärtsbewegung
des Flugzeuges erzeugt wird. Das Balgende 28, wenn dasselbe durch Balgausdehnung
bewegt wird, berührt einen Kontaktarm 29, der schwenkbar in dem Gehäuse durch den
Stift 3o befestigt ist. An dem Balgende 28 ist ein Kontaktknopf 31 befestigt. Der
Bewegung dieses Kontaktarmes 29 wird durch ein nachgiebiges Glied, z. B. einer Steuerfeder
32, Widerstand geleistet, deren eines Ende gegen den Kontaktarm 29 liegt, während
das andere Ende in einer Vertiefung 33 sitzt, die in einer Steuerschraube 34 vorgesehen
ist. Die Steuerschraube 34 befindet sich mit dem Gehäuse 23 in Eingriff und erstreckt
sich um eine einstellbare Strecke in dasselbe.
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Ein freies Ende des Kontaktarmes 29 ist dafür eingerichtet, unmittelbar
angrenzend an ein Paar nachgiebige Kontakte 35 und 36 eingestellt zu werden,
die durch einen Gleitblock 37 wirksam eingestellt und darauf montiert sind. Der
Gleitblock 37 ist mit einer Gewindewelle 38 verbunden, die in dem Gehäuse 26 gelagert
ist und einen Handsteuerknopf 39 besitzt, der an dem Außenende der Welle befestigt
ist. Der Gleitblock 37 ist gegen Drehung gehalten und wird durch Drehung der Welle
38 axial zu ihr bewegt, um die Kontaktarme 35 und 36 in einen veränderten Abstand
von dem Kontaktarm 29 zu bringen, um auf diese Weise die Steuereinheit zu dem vorhandenen
Bruttogewicht des Flugzeuges einzustellen. Auf- diese Weise wird bei passender Ausdehnungsbewegung
des Balges 27 der Kontaktarm 29 genügend bewegt, um dadurch die benachbarten Kontakte
35 und 36 zum Schließen eines elektrischen Stromkreises in Verbindung zu bringen.
Es ist zu bemerken, daß die Einstellung der Schraube 34 die Stellung der Feder 32
einstellt, um auf diese Weise die Empfindlichkeit oder ursprüngliche Einstellung
des Apparates zu verändern, sowie die durch den Balg 27 erforderliche Wirkung, um
eine Schließwirkung des Stromkreises durch den Kontaktarm 29 zu bewirken.
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Der Steuerknopf 39, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, kann eine bruttogewichtsanzeigende
Skala 40 haben. So kann der Knopf eingestellt werden, um die Steuereinheit 9 für
verschiedene Bruttogewichte des Flugzeuges 1 einzustellen.
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Die, elektrischen Kontakte 35 und 36 der Steuereinheit 9 schließen,
wenn der dynamische Druck der Abhebegeschwindigkeit entspricht. Das Schließen der
Kontakte 35 und 36 senkt schnell die Flugzeugklappen, um das Flugzeug in die Luft
zu heben.
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Es kann wünschenswert sein, besondere Mittel vorzusehen, den automatischen
Klappenbetätigungsmechanismus abzustellen. In dem Apparat nach Fig. 3 z. B. kann
ein Handschalter 25c zu diesem Zweck geöffnet werden, und die Klappen können dann
in herkömmlicher Weise durch den Standardbetätigungsschalter 2o betätigt werden.
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Der Klappensteuermechanismus gemäß der Erfindung- kann irgendeinen
der in Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Apparat benutzen, um zu schneller Klappeneinstellung
zu verhelfen, ohne die normale Betätigung der Klappeneinstellung und der Steuermittel
des Flugzeuges zu stören. In Fig. 6 ist ein hydraulisches System gezeigt, in welchem
ein Lenker 4, der passend mit den Flugzeugklappen gekuppelt ist, durch einen hydraulischen
Zylinder 42 betätigt wird. Die Stange 41 wird durch den hydraulischen Zylinder 42
gesteuert, und normalerweise ist in diesem Zylinder ein Kalben 43 eingesetzt
und
mit der Stange 41 zur Hin- und Herbewegung derselben verbunden. Um die gewünschte
Steuerwirkung der Erfindung zu sichern, ist die Stange 41 durchschnitten und ein
zusätzlicher hydraulischer Zylinder 44 in die Stange eingefügt. Ein Ende der getrennten
Stange 41 ist mit dem Zylinder 44 'verbunden, wogegen das entgegengesetzte Ende
der Stange mit einem Kolben 45 verbunden ist, der sich in dem Zylinder befindet.
Hydraulische Druckversorgungsleitungen 46 und 47 sind mit den entgegengesetzten
Enden des Zylinders 44 verbunden und sind imstande, die Hin- und Herbewegung des
Klappenverbindungsteiles der Stange 41 mit Bezug auf den anderen Teil derselben
zu bewirken, wenn die Steuereinheit 9 betätigt wird. So könnte die Leitung 46 durch
ein nicht gezeigtes Solenoidventil mit einer nicht gezeigten Drucklieferpumpe verbunden
sein. Das Öffnen des Solenoidventils durch die Steuereinheit 9 würde bewirken, daß
die Stange 41 schnell bewegt und die Klappen angestellt werden.
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In Fig. 7 ist eine andere Steuertype für die Flugzeugklappen gezeigt,
worin ein Kabel zur Steuerung der Klappenstellungen vorgesehen ist. Die Klappenkönnen
durch die aerodynamischen Kräfte, die auf sie wirken, und/oder durch Rückziehfedern
eingefahren werden. In dieser Apparattype ist die benutzte Steuereinheit dafür geeignet,
mittels eines nicht gezeigten Solenoidventils den Fluß eines hydraulischen Fluidums
durch Leitungen 49 und 5o an einen hydraulischen Zylinder 5I zu liefern, in welchem
ein Kolben 52 zur hin- und hergehenden Bewegung eingesetzt ist. Der Kolben 52 bildet
mit einem Ende der sich von ihm erstreckenden Kolbenstange ein Lager für eine Rolle
53, um welche das Kabel 48 herumläuft, so daß, wenn die Steuereinheit erregt wird,
dieselbe eine Bewegung des Kolbens 52 in jeder gewünschten Richtung verursachen
kann, um entweder das Kabel 48 zu kürzen oder zu verlängern. Dieses Kabel 48 läuft
um Führungsscheiben 54 in der Nähe der Scheibe 53, um die erforderliche Kabelsteuerwirkung
zu schaffen.
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In dem in Fig. 8 gezeigten Apparat ist eine herkömmliche Type einer
Klappenantriebseinheit 55 gezeigt, um eine Steuerstange 56 hin- und herzu- i bewegen,
welche mit den Klappen verbunden ist.
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Diese Stange 56 ist mit der Antriebseinheit 55 durch Kniehebellenker
57 verbunden, die mit einem Arm 58 gekuppelt sind, der sich von der Antriebseinheit
55 aus erstreckt. Der Kolben 63 eines hydraulischen Steuerzylinders 59, gleich dem
in Fig. 7 gezeigten Zylinder, ist mit dem Drehpunkt zwischen den Kniehebellenkern
57 befestigt, so daß der Fluß eines hydraulischen Fluidums zu dem Zylinder 59 durch
Speiseleitungen 6o und 61 die Bewegung der Kniehebellenker bewirkt. Die Stange 56
und der Arm 58 werden durch Führungen 62 in ihrer Lage gehalten, so daß die Stange
56 durch die Bewegung des Kolbens 63 in dem Zylinder 59 hin-und herbewegt wird,
wodurch die gewünschte Einstellung der Klappen am Flugzeug geschaffen werden kann.
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Besser als die Klappen können andere huberzeugende Mittel betätigt
werden. Es können eine Grenzschichtsteuerung oder andere bekannte Mittel durch den
Apparat gemäß der Erfindung in Gang gesetzt werden, um den gewünschten zusätzlichen
Hub auf die Flugzeugflügel zu schaffen, wenn die Abhebegeschwindigkeit erreicht
ist. Sollte der Startlauf aus irgendeinem Grunde unterbrochen werden, ist es wichtig,
daß die Klappen in ihren unwirksamen Stellungen zurückgehalten werden, damit die
maximale Last durch die Flugzeugstreben getragen wird und eine große Bremswirkung
gesichert ist. Gewöhnlich werden sich die Klappen bei der Einrichtung nach der Erfindung
auch in der zurückgezogenen Stellung befinden.