SE465871B - Anordning foer att aendra stigningsvinkeln hos propellerblad saa att skada ej uppstaar - Google Patents

Description

465 871 och 39 är representativa för en oändlig familj av dylika parallella plan, som beskrivs av cirklarna 42, 45. Ett tredje plan 48 är vinkelrätt mot planen 36 och 39 och innehåller axeln 30. Planet 48 innehåller även hanteln 19, såsom likaledes visas i fig. 3, och hanteln 19 i fig. 3 och 4 motsvarar hanteln 19 i fig. 1.

Ett fjärde plan 51 innehåller hanteln 19A, när den befinner sig i det vridna läget i fig. 3 och 4. En betydelsefull punkt är här att i allmänhet en godtycklig centrifugalkraftvektor verkar utefter radien hos den cirkel (t.ex. cirkeln 42), som beskrivs av den roterande vikten 15. Två sådana vektorer visas av pilarna 54 och 57. Den centrifugalvektor, som verkar på vikten 15, när den är i planet 51, visas genom vektorn 54. Vektorn 54 ingår i rotationsplanet 39, vilket bestäms av cirkeln 45. Centrifugalkraftvektorn 54 visas även i fig. 5, men uppdelad i två komponenter 60 och 63. Det roterade planet 51 visas även i fig. 5, liksom rotationsplanet 39.

Komponenten 60 är parallell med axeln 30, som även visas i fig. 3 och 4 och inför därför ej någon rotation av hanteln i pilens 33 riktning i fig. 3.

Komponenten 60 bidrar således ej till stigningsändring. Komponenten 63 är emel- lertid vinkelrät mot planet 48 i fig. 3 och 4 och inför därför den genom pilen 33 i fig. 3 angivna rotationen. Denna senare komponent inför därför rotation av hanteln från det streckade läget 19 i fig. 6 till det i fig. 19A visade läget.

Detta senare läge är inlagt i planet 66, vilket utgör ett i den familj av plan som representeras av planen 36 och 39 i fig. 4.

När hanteln 19 i fig. 1 är rätt länkad till propellerbladet 6, kommer den just beskrivna rotationen, som induceras av centrifugalkraften, att bringa bladet att röra sig från läget 9 till läget 12 i fig. 2. Man inser naturligtvis att i praktiken hanteln 19 ej kommer att starta exakt i planet 48 i fig. 3 och 4. Skälet är att när vektoruppdelningen enligt fig. 5 tillämpas på ett sådant fall försvinner den rotationsinducerande komponenten 63. I teorin införs sålunda ej någon rotation 33 i fig. 3, när hanteln 19 är placerad exakt i planet 48. I praktiken är det därför förmodligen önskvärt att starta hanteln 19 i ett läge närmre det som visas av hanteln 19A i fig. 3, dvs. utanför planet 48.

Ett problem med den just beskrivna tidigare tekniken är att det arbete, som utförs av vikten 15 i fig. 3 och 4 under rotation från det teoretiska inled- ningsläget 19 visat i fig. 6 till slutläget 19A ges av uttrycket w = //F.a1, där W är arbete, F är centrifugalkraft och dl är differentialen utefter den av vikten 15 följda banan. Med andra ord är arbetet N en funktion av skillnaden mellan radien 67 och radien 72 i fig. 6. Skillnaden i radie är i allmänhet liten. a 465 871 Uppfinningens syften Ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en ny och förbättrad propellerstigningsbegränsare.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att åstadkomma en propeller- stigningsbegränsare, som mottager arbete från den av centrifugalkraften indice- rade rörelsen av en vikt, men mottar större arbete från samma viktstorlek, (el- ler omvänt samma arbete från en lättare vikt) jämfört med den just beskrivna tidigare tekniken.

Sammanfattning av uppfinningen Ovanstående syften har uppnåtts genom att anordningen enligt uppfinningen erhållit de i krav 1 angivna kännetecknen.

Vid en form av föreliggande uppfinning är en vikt länkad till ett eller flera blad hos en flygplanspropeller. Bladen är av typen med variabel stigning.

Vikten är begränsad till (1) att rotera endast i ett radialplan, dvs. i ett plan vinkelrätt mot propellerns rotationsaxel, och (2) omkring en led eller axel, som även roterar omkring propelleraxeln. Den roterbara vikten och dess axel kan exempelvis vara belägna nära propellerns rot. Länkanordningen bringar bladet eller bladen att ändra stigning när vikten roterar omkring axeln.

Beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar schematiskt en stigningsbegränsare enligt tidigare teknik.

Fig. 2 åskådliggör vad som menas med bladstigningsvinkel.

Fig. 3 - 6 i större detalj åskådliggör verkningssättet hos den tidigare begränsaren enligt fig. 1.

Fig. 7 visar en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 8 visar en andra utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 9 åskådliggör centrifugalkraftvektorn V63 hos den tidigare tekniken enligt fig. 5.

Fig. 10 åskådliggör momentet som erhålls vid den tidigare tekniken.

Fig. ll åskådliggör momentet som erhålls genom den föreliggande uppfin- ningen.

Fig. 12 och 12A är vektordiagram åskådliggörande på annat sätt momentet hos den tidigare tekniken.

Fig. 13 och 13A är vektordiagram åskådliggörande på annat sätt momentet som erhålls med den föreliggande uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Fig. 7 åskådliggör schematiskt en form av uppfinningen, där en vikt 80 kopplad till en kugghjulssats 83 roterar ett propellerblad 6 till ett flöjlat läge visat av det med streckade linjer ritade bladet 84. Rotation av vikten 80 till det streckade läget 80A induceras av centrifugalkraften på grund av att bladet 6, kugghjulssatsen 83 och vikten 80 alla roterar omkring axeln 24 som 465 871 visas av pilar 87. Vikten 80 roterar i ett, och endast ett, av planen 36 eller 39 i fig. 4. Vikten 80 i fig. 7 beskriver ej successiva cirklar såsom cirklarna 42 och 45 i fig. 4, vilka bildas av vikten 15 enligt tidigare teknik. En mera komplex form av uppfinningen visas i fig. 8.

I denna figur stöds vikten 80 (till höger i fig.) av en vev 89, som är ledad omkring en axel 92. Ett nav 94 motsvarar i stora drag navet 21 i fig. 1. * Delen 6 av ett blad visas och bladet roterar omkring en axel 30, såsom visas genom en pil 87. Denna rotation ändrar bladets 6 stigning. En hävarm 95 är an- sluten till bladet 6 och även till en kulled 97, vilken genom en länk 100 är ansluten till ett utsprång 102 på en gemensam ring 103. Den gemensamma ringen 103 är kopplad genom en annan länk 106 till veven 89. Den genom en pil 104 visade centrifugalkraften strävar att rotera vikten 80 till det med streckade linjer visade läget 80A. Rotationen till läget 80A drar utsprånget 102 på den gemensamma ringen 103 till läget 102A, varigenom hävarmen 95 på propellern dras till läget 95A. Härigenom har sålunda en stigningsändring åstadkommits.

Denna stigningsändring är önskvärd om en felfunktion uppträder hos ett stigningsändringsorgan 107, som utgörs av en hydraulisk eller pneumatisk kolv, vilken styr propellerstigningen genom att ändra läget hos den gemensamma ringen 103 såsom visas genom lägen 109 och 109A. Vid felfunktion tar vikten 80 över och driver propellerbladet 6 till det i samband med fig. 2 diskuterade flöjlade läget.

När kolven 107 driver propellerbladet 6 till omkastat läge, såsom vid landning av ett flygplan, drivs vikten 80 till läget 80B av kolven 107 mot centrifugalkraftvektorn 104. å Uppfinningen kan ställas i kontrast till den ovan beskrivna tidigare tekniken på följande sätt. Fig. 9 är ett diagram över storleken på vektorn 63 i fig. 5 som en funktion av vinkeln 0. I fig. 9 har vektorn 63 givits ett godtyck- ligt maximum 100 enheter. Uttrycket V63 = V54 sin 0 i figuren stämmer på grund av att trianglarna A, B, C i fig. 4 och B, D, E i fig. 5 är liknande trianglar. Avståndet 111 i fig. 4 utgör del av triangeln ABC.Det är benet BC. I fig. 5 utgöres distansen 111 av distansen 112 (D112) x sin 8. D112 antas ha enhetslängd. Sålunda gäller att BD/DE = Dllg/V54, och V53 = V54 S1" 9- Det moment T, som vektorn 63 utövar omkring axeln 30 i fig. 5 är kryss- produkten meiian V53 och den genom vektorn 112 i fig. 5 indikerade momentarmen. Momentvektorn visas som en vektor 113. Den är vinkelrät mot planet 51 och naturligtvis mot vektorn 112. Inom den i fig. 5 visade geometrin, och under antagande av att längden 112 är enhet, visar sig momentet T bli lika med V53 cos 9 såsom åskådliggörs i fig. 10. Ekvivalenta uttryck för moment visas 465 871 även i figuren. Momentet antar sitt toppvärde, när 9 är 45°, och toppmomentet är hälften av den maximala storleken av vektorn 63 i fig. 9. Detta inses lätt genom betraktande av uttrycket 1/2 K sin 2 6 i fig. 10. Därför uppvisar den tidigare kända konstruktionen en moment/vinkelkarakteristika av det slag som framgår av fig. 10, när hanteln förs genom en bana som ger vikternas längsta färdväg. Momentet befinner sig vid eller nära noll när hanteln 11 befinner sig vid eller nära läget 19 i fig. 6, momentet har sitt toppvärde, när vinkeln 6 i fig. 4 är 450, och momentet avtar till eller nära 0 när hanteln når läget 19A i fig. 6.

I kontrast därtill uppvisar den föreliggande uppfinningen en momentkarak- teristika enligt fig. 11. Vinkeln 0 definieras såsom i fig. 7 och, analogt med vad som var fallet med 0 i fig. 4, definieras G så att vikten 80 i fig. 7, för att följa den bana som ger maximalt arbete, startar vid 6 = 0 och rör sig till 0 = 180° (den streckade vikten 80A befinner sig vid 9 = 1800.) En momentkurva med ett motsvarande algebraiskt uttryck visas i fig. 11. V113 äVSêr Vêktflrfl 113 i fig. 7. Vektorn 113 i fig. 7 är analog med vektorn 63 i fig. 5 i den meningen att båda vektorerna representerar centrifugalkraftvektorn som för vikten 15 eller 80. Vid uppfinningen reduceras emellertid ej momentet genom någon cos 0-faktor, såsom visas i fig. 10. Genom föreliggande uppfinning utnyttjas sålunda i större utsträckning den i vektorn 113 i fig. 7 till förfogande stående kraften.

Vid den i fig. 4 åskådliggjorda tidigare tekniken förekommer en vinkel 9, som sträcker sig endast från 0 till 90°, såsom visas i fig. 10. I motsats här- till sträcker sig enligt föreliggande uppfinning vinkeln från 0 - 1800, såsom visas 1 fig. 11. * Den föregående diskussionen beräknade momentet såsom en funktion av centrifugalkraftvektorerna V63 i fig. 10 och V113 i fig. 11. Eftersom dessa vektorer emellertid ej förblir konstanta, utan ändras med viktens läge, kommer momenten nu att beräknas som funktion av olika variabler, nämligen fysikaliska parametrar.

Det vid den tidigare tekniken enligt fig. 1 - 6 uppträdande momentet be- räknas genom följande följd av ekvationer, där CF är centrifugalkraft, m är viktens massa, R är avståndet från vikten till rotationsaxeln, y-axeln i fig. 12, r är avståndet från vikten 18 till z-axeln i fig. 12, som är axeln 30 i fig. 3, flfär en vinkel, som beroende på det valda koordinatsystemet, kan vara 465 871 lika med 6 i fig. 5. Oíanses vara bladstigningsvinkeln i fig. 2.a;'a'r antingen den verkliga stigningsvinkeln, eller den verkliga stigningsvinkeln + eller - ett konstant tal beroende på orienteringen av vikten 15 i förhållande till bladet 6.

I endera fallet kan 01' betraktas såsom delning. /iär en vinkel, likaledes visad i fig. 4, 00 är propellerns vinkelrotationshastighet, i radianer per sekund, Mz är momentet av vikten hos massan m omkring z-axeln. (1) cF = nnw2 eniigi definition (2) M2 = (CF sinß)(r sincr) från fig. 12, såsom visas i fig. 12A _ (3) r cos (4) R = ILEEÉHÄ ordna om (3) slnß, (5) n, = (Mm-å sinßHr sina) inför (1) i (z) (s) MZ = (nr gg: w? sinfim sine) inför (4) i (s) (7) MZ = Mrzcosæu/z sin oc" ordna om (8) MZ = Mrz äi-Iååæ wz inför trigonometrisk identitet i (7) (9) Mz = Mrz/Z sin Zeta/Z ordna om Fig. 12A visar de relevanta vektorerna med ändrade lägen, samt visar momentet Mz.

Momentet enligt föreliggande uppfinning beräknas genom följande följd av ekvationer, vilka hänför sig till fig. lä och 13A, och i vilka R1 är det verkliga avståndet från vikten till rotationsaxeln, R är avståndet från centrum 150, omkring vilket vikten roterar, till rotationsaxeln och är konstant - (centrum 150 befinner sig på axeln 92 i fig. 7), 3' är vinkeln mellan vevlängden r och en reference, nämligen Z-axeln, och de andra symbolerna talar för sig själva. Liksom fig. 12A visar fig. 13A de två relevanta vektorerna med ändrade lägen. 465 871 7 (10) T = LF definition av momentet i fig. 13 (11) F = mR1a/2 definitionsmässigt (12) R1 = R-r cos K' från fig. 13 (13) F = min-r cas¿r)4v2 inför (12) 1 (11) (14) a = r sin 2” från fig. 13 (15) Rsin/Z = L r sina! från fig. 13 (16) sin = a/Rl= ï;;;;;;7 från fig. 13 och ersätt från (12) _ och (14) (17) L = â_šrcâ:n K) kombinera ekvationerna 15 och 16 nå) i = ä: :å:;)m(R'r “sdâøzinför (17) och (13) i (10) (19) i mRrsinöÛx/2 förenkla (18) Såsom nämnts ovan är vinkeln aíi ekvation 2 bladstigningsvinkeln. Denna vinkel kan sättas i relation till vinkeln3”i ekvation 19 genom att anta ett särskilt förhållande i anordningen 83 i fig. 7. Under antagande av ett förhållande 2:1 (dvs. kugghjulet 83B har dubbelt så många tänder som hos kugg- hjulet 83A) gäller (20) 5' = 2 of Om detta införs i ekvation 19 och ekvation 19 divideras med ekvation 9, blir resultatet (211 iJ-r-Kï MZ Enligt föreliggande uppfinning äršsålunda momentet T större än hos den tidigare kända anordningen genom en faktor 2R/r.

I de ovan angivna ekvationerna antas veven 89 i fig. 8 (vilken beskrivs såsom uppvisande längden r i fig. 13) sakna massa. I verkligheten har emellertid veven en ändlig massa och till följd därav kommer det verkliga momentet att vara större än det i t.ex. ekvation 19 beräknade. Inte desto mindre beräknar ekvationen 19 på ett giltigt sätt komponenterna av de totala momentet som kan hänföras till vikten 80 i fig. 7 och 8.

Ovan har en uppfinning beskrivits, vid vilken en vikt rör sig under rotationen av ett flygplanspropellerblad 6, men även kan rotera omkring en axel 92 vid fel hos en stigningsändringskolv 107. Under rotationen omkring axeln 92 förblir vikten 80 inom ett plan parallellt med propellerns rotationsplan. Rota- tionsplanet definieras av cirkeln 87 i fig. 7 och är parallellt med planen 36 och 39 i fig. 4. Denna rotation driver vikten till det med streckade linjer visade läget 80A i fig. 8, varvid propellerns 6 stigning ändras genom rotation 465 871 av armen 95 till det med streckade linjer visade läget 95A. Rotationen till det med streckade linjer visade läget 95A induceras av centrifugalkraften. Det av vikten 80 under rotationen utförda arbetet, och som är tillgängligt för att tvinga propellerbladet 6 till flöjlat läge, är integralen av punktprodukten av centrifugalkraften F och sträckan dl, eller i 4% Den integrerade sträckan är ändringen i radien <1R i fig. 8. Den inte- grerade sträckan kommer i allmänhet att vara större än den analoga sträckan för den ovan diskuterade anordningen enligt teknikens ståndpunkt, vilket är skillna- den mellan sträckorna 67 och 71 i fig. 6. I ett avseende är den genom pilen 33 i fig. 3 visade rotationen hos den tidigare anordningen och rotationen vid den föreliggande uppfinningen till positionen 80A i fig. 7 lika: vektorerna 63 i fig. 5 och 113 i fig. 7 är analoga. Den föreliggande uppfinningen tillåter emel- lertid erhållande av ett större arbete för sama längder hos armen 112 i fig. 7 jämfört med armen 112 i fig. 5. Ü

Claims (4)

465 871 Patentkrav

1. Anordning vid fiygpianspropeiier, innefattande organ (107,109) för styrning av stigningen hos ett eiier fiera av propeiierbiaden, k ä n n e - t e c k n a d av organ (80,89) för att driva ett eiier fiera av propeiier- biaden tiii ett sådant iäge att ett eiier fiera biad uppvisar en stigning, som undertrycker skenande acceieration av propeiiern efter fei hos nämndra organ för styrning av stigningen, innefattande en vikt (80), som är roterbar i förhâiiande tiii fiygpianspropeiiern i ett rotationspian, som är vinkelrätt mot fiygpians- propeiierns rotationsaxei.

2. Anordning eniigt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för drivning är anordnade att driva biadet eiier biaden tiii ett heit fiöjiat iäge.

3. Anordning eniigt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för styrning av stigningen är anordnade att anbringa ett första moment på nämnda ett eiier fiera biad, och nämnda organ för drivning är anordnade att anbringa ett andra moment på nämnda ett eiier fiera biad.

4. Anordning eniigt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att det andra momentet är väsentiigen iika med mRra?sir|å', där m är viktens massa och R är avståndet från vikten tiii propeiierns rotationsaxei, r är avståndet från vikten tiii viktens rotationsaxei,¿o är varvtaiet hos vikten omkring propeiierns rotationsaxei, och 5” är viktens vinkeiiäge i förhåiiande tiii en referens.