-
Hubschrauber mit Schraubenblättern, deren Steigung zyklisch und kollektiv
verstellbar ist Bei Hubschraubern mit Luftschrauben, deren Blätter gelenkig mit
der Nabe verbunden sind und sowohl zyklisch als auch kollektiv verstellt werden
können, werden beim Rotieren der Luftschrauben in einem Luftstrom, also bei relativer
Geschwindigkeit zwischen Flugzeug und umgebender Luft, die Schraubenblätter auf
der Vorlaufsseite nach oben und auf der Rücklaufseite nach unten verschwenkt. Dies
ist mit einer Schrägstellung der Achse der von den Blättern beschriebenen Kegelmantelfläche
und folglich auch mit einer Schrägstellung der Richtung der resultierenden Hubkraft
der Schraube oder Schrauben verbunden.
-
Liegt der Schwerpunkt des Flugzeuges unterhalb der Spitze dieser Kegelmantelfläche
in der Verlängerung deren Achse, so ergibt diese Schrägstellung der resultierenden
Hubkraft eine große statische Stabilität des Flugzeuges, die so groß sein kann,
daß die bei einer Störung des Gleichgewichtszustandes des Flugzeuges auftretende
Dämpfung
nicht genügt, die dynamische Stabilität wiederzugewinnen.
-
Die Erfindung befaßt sich mit der Schaffung zweckmäßiger Mittel zur
Unterdrückung der auf diese Weise entstehenden dynamischenUnstabilität.
-
Sie geht dabei von der an sich bekannten Ausführung eines Hubschraubers
aus, wie er in der USA.-Patentschrift 2439o89 beschrieben wird, bei der den Schraubenblättern
sowohl eine zyklische als auch eine kollektive Steigungsverstellung erteilt werden
kann. Dies geschieht mittels eines um eine Mittelachse kippbaren Ringes, der auch
als Ganzes auf- und abbeweglich ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die Änderung
der Winkellage dieses Ringes um die erwähnte Mittelachse in Abhängigkeit zu der
Schlagbewegung der Luftschraubenblätter, die durch den Anblaseluftstrom bewirkt
wird, und da-. mit zu der Richtung der resultierenden Hubkraft zu erreichen. Dadurch
wird eine zyklische Steigungsverstellung im Sinne einer Korrektur der durch den
Luftstrom bewirkten Schlagbewegung der Luftschraubenblätter erreicht. Die auf diese
Weise erzielte dynamische Stabilität ist jedoch noch nicht vollkommen, da zwar die
Richtung, jedoch nicht die Größe der resultierenden Hubkraft von der zwischen Flugzeug
und Luft herrschenden relativen Geschwindigkeit abhängig ist. Die Korrektur soll
jedoch dadurch verbessert werden, daß erfindungsgemäß auch die Größe der resultierenden
Hubkraft in Abhängigkeit von der zwischen Flugzeug und Luft herrschenden relativen
Geschwindigkeit gebracht wird.
-
Dies kann dadurch erfolgen, daß zu gleicher Zeit eine Änderung der
Höhenlage des um eine Mittelachse kippbaren Ringes, also eine kollektive Steigungsverstellung
der Schraubenblätter mittels eines die relative Geschwindigkeit messenden Organs
herbeigeführt wird. Ein Hubschrauber, bei dem die Schraubenblattsteigung zyklisch
und kollektiv verstellt werden kann und bei dem Mittel zum Stabilisieren des Flugzeuges
durch Änderung der kollektiven Steigungsverstellung in Abhängigkeit von der waagerechten
Geschwindigkeit - des Flugzeuges gegenüber der umgebenden Luft vorgesehen sind,
wobei diese Geschwindigkeit durch ein besonderes Meßorgan ermittelt wird, ist an
sich, wie an dieser Stelle bemerkt sei, durch die deutsche Patentschrift 726 978
bekanntgeworden.
-
Die Erfindung ,tützt sich nun auf die Erkenntnis, daß mit genügend
guter Annäherung der Betrag der Änderung der Gesamtsteigung, der für das Konstanthalten
der Größe der Hubkraft bei wechselnder Geschwindigkeit notwendig is L, der zum Konstanthalten
der Richtung der Hubkraft nötigen Verstellung des kippbaren Ringes proportional
gesetzt werden kann.
-
Daraus folgt die Möglichkeit, die Konstruktion des Hubschraubers wesentlich
zu vereinfachen, und zwar dadurch, daß der Ring um eine exzentrische Achse kippbar
ausgeführt wird, wobei die Winkellage des Ringes um diese exzentrische Achse in
Abhängigkeit von der waagerechten Geschwindigkeit des Flugzeuges gegenüber der umgebenden
Luft einstellbar gemacht wird. Die Exzentrizität stellt den Proportionalitätsfaktor
zwischen der entsprechend der Stabilitätstheorie erforderlichen Änderung der Gesamtsteigung
und der zyklischen Steigungsverstellung dar.
-
Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselben
erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. Zur besseren
Erläuterung des Erfindungsgedankens werden zuerst nochmals die beiden bereits bekannten
Möglichkeiten, die dynamischeUnstabilität zu korrigieren, gezeigt.
-
Fig. i zeigt den Fall, bei den! die Stabilitätskorrektur allein durch
zyklische Steigungsverstellung der Luftschraubenblätter in Abhängigkeit von den
Richtungsänderungen der resultierenden Hubkraft infolge der Schlagbewegung der Schraubenblätter
herbeigeführt wird, während in Fig. 2 der Fall dargestellt ist, bei dem die Korrektur
durch zyklische und kollektive Steigungsverstellung zu gleicher Zeit in Abhängigkeit
von einem die relative Geschwindigkeit des Flugzeuges gegenüber der umgebenden Luft
messenden Organ erzielt wird; Fig. 3 zeigt die Ausführungsform gemäß der Erfindung.
-
Fig. i zeigt schematisch die Seitenansicht eines Rotorkopfes eines
Hubschraubers, bei dem die Schraubenblätter i in üblicher Weise gelenkig mit einer
Nabe 2 einer Schraubenwelle 3 verbunden sind. Die Schraubenblätter i werden für
die zyklische Steigungsverstellung durch einen Ring 4 gesteuert, der um eine in
seiner Ebene liegende Mittelachse ¢' kippbar ist.
-
An der Nabe 2 ist zentral und nach allen Seiten schwenkbar an der
Stelle 5 ein Stab 6 angebracht, der über seinen Gelenkpunkt hinaus nach unten verlängert
ist und auf dem oberhalb seines Gelenkpunktes eine Büchse 7 verschiebbar angeordnet
ist, die mit gleichlangen Gelenkstangen 8 mit den verschiedenen Schraubenblättern
i verbunden ist. Der Stab 6 entspricht also nach Richtung und Lage der jeweiligen
Achse der von den Schraubenblättern bei ihrerRotation beschriebenen Kegelmantelfläche
und gibt so die Richtung der resultierenden Hubkraft der Schraube an. Eine solche
Konstruktion ist aus der deutschen Patentschrift 695 916 bekanntgeworden.
-
Das verlängerte untere Ende des Stabes 6 ist mit einem Steuerschieber
9 eines fest angeordneten, mit Öldruck arbeitenden Servozylinders io verbunden,
dessen Kolben i i durch eine Kupplungsstange 12 mit dem Ring 4 in Verbindung steht.
Die Winkellage des Ringes 4 um seine Mittelachse 4' kann also durch Schwenkbewegungen
des unteren Stabendes um den Gelenkpunkt 5 in der senkrechten Längsmittelebene des
Flugzeuges bzw. parallel zu dieser Ebene, wenn zwei Hubschrauben neberieinanderliegen,
geändert werden. Diese Änderung der Winkellage des Rirges hat sodann eine zyklische
Steigungsverstellung der Schraubenblätter im
Sinne einer Korrektur
der Bahnbewegung der Schraubenblätter, die durch den Anblaseluftstrom gestört wurde,
zur Folge.
-
Fig. 2 zeigt den Fall, bei dem außer der Richtung auch die Größe der
resultierenden Hubkraft in Abhängigkeit von der relativen Geschwindigkeit zwischen
Flugzeug und Luft und der dabei auftretenden Kräfte korrigiert werden kann, um einer
zu großen statischen Stabilität vorzubeugen.
-
Der um die Achse .4.' drehbare Ring 4 ist zu gleicher Zeit als Ganzes
auf und ab beweglich und bewirkt dabei eine kollektive Steigungsverstellung der
Schraubenblätter. Der Ring 4 ist zu diesem Zweck mit seiner Achse 4' auf einem Hubstab
13 gelagert.
-
Das Kippen des Ringes 4 um die Achse 4' in Abhängigkeit vorm den Richtungsänderungen
der resultierenden Hubkraft erfolgt in gleicher Weise, wie sie in Fig. i dargestellt
wurde, jedoch mit der Einschränkung, daß der Servozylinder io nicht feststeht, sondern
mit dem genannten Hubstab 13 und durch biegsame Leitungen mit dem Steuerschieber
9 verbunden ist, damit er sich mit dem Hubstab 13 und dem Ring 4 auf und
ab bewegen kann.
-
Der Hubstab 13 ist an seinem unteren Ende mit einer Rolle 14 versehen,
die in einer Führungsnut eines gebogenen Armes 15 läuft, der fest mit dem
einen Arm eines um einen festen Punkt 17 schwenkbaren Hebels 16 verbunden
ist. Der andere Arm des Hebels 16 ist gelenkig mit der Kolbenstange 18 eines Kolbens
ig verbunden, der in einem mit seinem offenen Ende in den Luftstrom gestellten Zylinder
2o verschiebbar angeordnet ist. Verschiebt sich der Kolben i9 in dem Zylinder 2o
unter dem Einfluß eines durch das offene Ende des Zylinders eintretenden Luftstromes,
so hat dies eine senkrechte Auf- bzw. Abbewegung des Ringes 4 zur Folge, die ihrerseits
eine kollektive Steigungsverstellung der Schraubenblätter im Sinne eines Konstanthaltens
der Größe der resultierenden Hubkraft verursacht.
-
In Abweichung von den oben beschriebenen Verfahren wird nach der Erfindung
ein Ring .4 benutzt, der nicht als Ganzes auf- und abwärtsbeweglich ist, sondern,
wie in Fig. 3 dargestellt, um eine exzentrisch liegende, feste Achse 2i gekippt
werden kann. Er ist gelenkig mit dem Hubstab 13 verbunden, der senkrechte Auf- und
Abwärtsbewegungen ausführt und in derselben Weise, wie bereits in Fig. 2 dargestellt,
in Abhängigkeit von den Bewegungen des Kolbens i9 im Zylinder 2o steht und bei seinen
Auf- und Abwärtsbewegungen den Ring 4 um die Achse 2i kippt. Dabei erfolgt sowohl
eine zyklische als auch eine kollektive Steigungsverstellung der Schraubenblätter
in einem Verhältnis, das von der Größe der Exzentrizität der Achse 21 abhängt.
-
Auf diese Weise wird eine annähernd vollkommene Korrektur der Stabilität
des Flugzeuges erzielt, allein mit Hilfe eines einzigen, die relative Geschwindigkeit
zwischen Flugzeug und umgebender Luft messenden Organs, was eine wesentliche Vereinfachung
der Konstruktion mit sich bringt.