Rotorblattsteuerung bei Hubschraubern durch Wirbelstrombremsen Bei
Hubschraubern macht besonders die Steuerung im Schwebeflug große Schwierigkeiten,
weil die für Festflügler zur Anwendung kommenden Klappen für Seiten-, Höhen- und
Querruder in diesem Falle wegen des Fehlens der Luftströmung keinen Steuerdruck
ergeben. Man hat dafür verschiedene andere Lösungen gefunden: Bei kleinen Hubschraubern
kann durch Verlagerung des Körpergewichtes des Piloten der Schwerpunkt verlagert
werden. Oder man kippt den Rotor um seine Drehachse oder verschiebt ihn in seiner
Ebene. Wegen der großen Kreiselkräfte ist diese Steuerung aber ebenfalls nur bei
kleineren Hubschraubern möglich. Eine andere Lösung, die heute bei fast allen größeren
Hubschraubern zur Anwendung kommt, ist die zyklische Blattverstellung, d. h. man
ändert den Anstellwinkel der Blätter bei einem Umlauf. Dadurch bekommt der Hubschrauber
einen unsymmetrischen Auftrieb und erhält ein Moment um seine Quer- oder Längsachse,
das für die Steuerung benötigt wird. Ebenfalls kann der Anstellwinkel der Blätter
während des gesamten Umlaufs verstellt werden und damit ein Steigen oder Sinken
des Hubschraubers geregelt werden. Die verschiedenen Blattverstellungen erreichte
man bisher durch Taumelscheiben oder Exzenter. Da die Rotorblätter aber durch Schlag-
und Schwenkgelenke mit der Welle verbunden sind, ist diese Anordnung äußerst kompliziert
und kostspielig und außerdem einem großen Verschleiß unterworfen.Rotor blade control in helicopters using eddy current brakes
Helicopters are particularly difficult to control when hovering,
because the flaps used for fixed wing aircraft for side, elevation and
Aileron in this case no control pressure due to the lack of air flow
result. Various other solutions have been found for this: With small helicopters
the center of gravity can be shifted by shifting the pilot's body weight
will. Or you tilt the rotor around its axis of rotation or move it in its
Level. Because of the large gyroscopic forces, this control is also only available at
smaller helicopters possible. Another solution that is used today with almost all major ones
Helicopters is used, is the cyclic blade adjustment, i. H. man
changes the angle of attack of the blades during one revolution. This gets the helicopter
an asymmetrical lift and receives a moment about its transverse or longitudinal axis,
that is required for the control. The angle of attack of the blades can also be changed
can be adjusted during the entire cycle and thus a rise or fall
of the helicopter can be regulated. The various blade adjustments achieved
so far by swash plates or eccentrics. However, since the rotor blades
and pivot joints are connected to the shaft, this arrangement is extremely complicated
and costly and also subject to great wear and tear.
Das Ziel der Erfindung ist, die Blattverstellung auf elektromechanischem
Wege zu erreichen. Dabei entfällt die mechanische Zwangsführung durch Taumelscheiben
od. dgl.The aim of the invention is the blade adjustment on electromechanical
Ways to achieve. The mechanical forced guidance by swash plates is no longer necessary
or the like
Das Hauptmerkmal der Erfindung liegt darin, daß das Schlaggelenk,
dessen Achse mit der Blattlängsachse einen spitzen Winkel 9p bildet, zwischen zwei
Schwenkgelenken
angeordnet ist. Dadurch kann der Winkel q verändert werden, ohne daß die Längsachse
des Blattes wesentlich verschoben wird. Weil aber das Blatt auf einen Kegelmantel
läuft, dessen Winkel γ zur Rotorebene durch die Zentrifugal- und die Auftriebskräfte
des Blattes bestimmt wird, ändert sich bei Veränderung von 9 auch der Anstellwinkel
5 des Blattes. Die Verstellung erfolgt durch einen Steuerarm, der am Schlaggelenk
befestigt ist und auf der dem Blatt gegenüberliegenden Seite der Rotorachse beim
Umlauf durch Wirbelstrom verzögert werden kann. Durch Änderung der Magnetfeldstärke,
welches auf das Wirbelstrombremsblech zur Einwirkung kommt, kann der Anstellwinkel
0 in einem bestimmten Bereich beliebig verändert werden. Für die zyklische Verstellung
wird der Arm nur an einer Stelle verzögert und für die gleichmäßige Verstellung
während des gesamten Umlaufs.The main feature of the invention is that the flapping hinge,
whose axis forms an acute angle 9p with the longitudinal axis of the blade, between two
Swivel joints
is arranged. This allows the angle q to be changed without affecting the longitudinal axis
of the sheet is shifted significantly. But because the leaf is on a cone shell
runs, whose angle γ to the rotor plane by the centrifugal and the lift forces
of the blade is determined, changing 9 also changes the angle of attack
5 of the sheet. The adjustment is made by a control arm on the flap joint
is attached and on the side of the rotor axis opposite the blade
Circulation can be delayed by eddy currents. By changing the magnetic field strength,
which comes into effect on the eddy current brake plate can be the angle of attack
0 can be changed at will in a certain range. For cyclical adjustment
the arm is only decelerated at one point and for even adjustment
during the entire cycle.
In der Abb. I (Draufsicht) und Abb. 2 (Seitenansicht) ist ein 2-blättriger
Rotor dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber nur ein Blatt mit seiner Aufhängung
herausgezeichnet ist. Mit der Wellennabe I ist der Blattarm 2 fest verbunden. Das
Blatt 3 ist über die beiden Schwenkgelenke 4, 5 und das Schlaggelenk 6 mit dem Arm
2 verbunden. Die Achse des Schlaggelenkes 6 steht zur Blattlängsachse in einem Winkel
P (p < 9o°). Da das Schlaggelenk 6 zwischen den beiden Schwenkgelenken 4, 5 angeordnet
ist, läßt sich der Winkel q und damit Ü verändern (9 = 65°./. 35°; ü = I3° ./. 6°).
An dem Schlaggelenk 6 ist ein Steuerarm 7 befestigt, der, durch einen Knick um die
Welle herumgeführt, an seinem freien Ende ein Wirbelstromblech 8 trägt. Das Wirbelstromblech
8 läuft durch vier Magnete g, Io, II, 12, die, gleichmäßig auf dem Umlaufkreis verteilt,
fest am Hubschrauber angebracht sind. Wird ein Magnet von Strom durchflossen (in
Abb. I ist es Magnet Io), so muß das Wirbelstromblech 8 durch ein Magnetfeld hindurch,
und es entsteht ein Wirbelstrom, der das Blech 8 bremst. Der Steuerarm 7 wird dadurch
verzögert, und der Winkel 9 und damit Winkel 0 werden verkleinert. Die Größe der
Winkeländerung ist abhängig von der Stärke des Magnetfeldes und damit vom Strom.
Hat das Blech 8 den Magneten Io passiert, zieht die Zentrifugalkraft Z des Blattes
3 den Steuerarm 7 wieder in die Normallage zurück, und das Blatt erhält wieder seinen
größten Anstellwinkel. In Abb. I ist die Verzögerung durch gestrichelte Linien dargestellt.
Werden alle Magnete gleichzeitig vom gleichen Strom durchflossen, ergibt sich eine
gleichmäßige Blattverstellung während des gesamten Umlaufs. Der Strom, der einem
Dynamo oder einem Akku entnommen wird, kann durch Widerstände od. dgl. leicht den
Steuerwünschen angepaßt werden.In Fig. I (top view) and Fig. 2 (side view) is a 2-leaf
Rotor shown, for the sake of clarity, only one blade with its suspension
is drawn out. The blade arm 2 is firmly connected to the shaft hub I. That
Sheet 3 is via the two swivel joints 4, 5 and the flapping joint 6 with the arm
2 connected. The axis of the flapping hinge 6 is at an angle to the longitudinal axis of the blade
P (p <90 °). Since the flapping joint 6 is arranged between the two pivot joints 4, 5
the angle q and thus Ü can be changed (9 = 65 °. /. 35 °; ü = I3 ° ./. 6 °).
On the flapping hinge 6, a control arm 7 is attached which, by a bend around the
Shaft passed around, an eddy current plate 8 carries at its free end. The eddy current sheet
8 runs through four magnets g, Io, II, 12, which, evenly distributed on the circuit,
are firmly attached to the helicopter. If current flows through a magnet (in
Fig. I it is magnet Io), the eddy current plate 8 must pass through a magnetic field,
and an eddy current is created which brakes the sheet metal 8. The control arm 7 is thereby
delayed, and the angle 9 and thus angle 0 are reduced. The size of the
The change in angle depends on the strength of the magnetic field and thus on the current.
If the sheet 8 has passed the magnet Io, the centrifugal force Z pulls the sheet
3 the control arm 7 back to the normal position, and the sheet gets its back
largest angle of attack. In Fig. I the delay is shown by dashed lines.
If the same current flows through all magnets at the same time, the result is one
even blade adjustment during the entire revolution. The current that one
Dynamo or a battery is removed, can od through resistors. The like. Easily the
Tax wishes can be adjusted.
Da der Abstand der beiden Schwenkgelenke 4, 5 klein gehalten ist,
ist auch das erforderliche Steuermoment gering, und die Gewichte der Magnete und
des Dynamos gehen wegen des geringen Strombedarfs nicht über ein zu verantwortendes
Maß hinaus. Die für den Steuervorgang aufzuwendende Elektroenergie ist am kleinsten,
wenn die Blätter den größten Anstellwinkel haben und damit der Antriebsmaschine
die größte Leistung entnehmen. Sie wird erst größer, wenn die Anstellwinkel verkleinert
werden und daher an der Maschine sowieso ein Leistungsüberschuß vorhanden ist. Die
vorgesehene Maschinenleistung braucht für diese Steuerung daher nicht vergrößert
zu werden.Since the distance between the two swivel joints 4, 5 is kept small,
the required control torque is also low, and the weights of the magnets and
of the dynamo do not go over a responsible one because of the low power requirement
Measure beyond. The electrical energy used for the control process is the smallest,
when the blades have the greatest angle of attack and thus the prime mover
take the greatest power. It only increases when the angle of attack is reduced
and therefore there is an excess of power on the machine anyway. the
The intended machine power therefore does not need to be increased for this control
to become.