DE10037537A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen einer Vorlast in einem Schwenkrotor Abwärts-Stop - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen einer Vorlast in einem Schwenkrotor Abwärts-StopInfo
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Abstract
Ein verbessertes Schwenkrotor-Luftfahrzeug weist einen Rumpf, mindestens ein mit dem Rumpf verbundenes Tragflächenelement und mindestens eine von dem mindestens einen Tragflächenelement getragene Schwenkrotor-Anordnung auf. Die Schwenkrotor-Anordnung wird von einem Konversionsaktuator betrieben. Das verbesserte Schwenkrotor-Luftfahrzeug weist eine abstimmbare Abwärts-Stop-Anordnung von geringer Bauhöhe zum Absorbieren oszillierender Vibrationslasten, wie z. B. Schräglasten und Gierlasten, auf. Die abstimmbare Abwärts-Stop-Anordnung mit geringer Bauhöhe weist eine schwenkbare Anschlaganordnung mit einer einstellbaren Steifigkeit sowie eine Schlittenanordnung, die dazu angepaßt ist, die Anschlaganordnung lösbar aufzunehmen, auf. Die Anschlaganordnung ist an der Schwenkrotor-Anordnung befestigt, und die Schlittenanordnung ist an dem Tragflächenelement befestigt. Eine Vielzahl von Sensormodulen ist an der Schlittenanordnung fest angebracht. Die Sensormodule weisen eine Vielzahl von Meßaufnehmern zum Wahrnehmen mechanischer Spannungen auf, die so angeordnet sind, daß sie Scherspannungen in der Schlittenanordnung wahrnehmen. Die Sensormodule sind elektrisch an Sensorschaltkreise und Flugsteuerrechner angeschlossen. Wenn der Konversionsaktuator die Schwenkrotor-Anordnung in den Fugzeug-Modus verschwenkt, zwingt der Konversionsaktuator die Anschlaganordnung unter einer ausgesuchten Vorlast in Kontakt mit der Schlittenanordnung. Die Sensormodule nehmen eine durch die Vorlast ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Konversions-Anordungen zur
Verwendung in Schwenkrotor-Luftfahrzeugen, zum Umstellen eines Luftfahrzeuges
von einem Helikopter-Modus in einen Flugzeug-Modus und umgekehrt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Feststellen der Vorlast zwischen einer Schwenkrotor-Anordnung und einer
Tragfläche, wenn das Schwenkrotor-Luftfahrzeug sich im Flugzeug-Modus
befindet.
Schwenkrotor-Luftfahrzeuge stellen Mischformen zwischen traditionellen
Helikoptern und hergebrachten, propellerangetriebenen Flugzeugen dar. Typische
Schwenkrotor-Luftfahrzeuge verfügen über feste Tragflächen, die in verstellbaren
Schwenkrotor-Anordnungen enden, die die Motoren und die Kraftübertragungen,
die die Rotoren antreiben, beinhalten. Schwenkrotor-Luftfahrzeuge können aus
einem Helikopter-Modus, in dem das Schwenkrotor-Luftfahrzeug wie ein Helikopter
abheben, schweben und landen kann, in einen Flugzeug-Modus überführt werden,
in dem das Schwenkrotor-Luftfahrzeug wie ein Starrflügler vorwärts fliegen kann.
Wie man absehen kann, wirft die Konstruktion von Schwenkrotor-Luftfahrzeugen
neben den normalen Problemen, denen man sich zuwenden muß, wenn man
entweder Helikopter oder propellergetriebene Flugzeuge konstruiert, einzigartige
Probleme auf, die weder im Zusammenhang mit Helikoptern noch mit
propellerangetriebenen Flugzeugen auftreten. Insbesondere sind, da die
Tragflächen von Schwenkrotor-Luftfahrzeugen so konstruiert werden müssen, daß
sie sowohl im Helikopter-Modus als auch im Flugzeug-Modus funktionieren,
herkömmliche, bei Helikoptern bzw. bei propellerangetriebenen Flugzeugen
verwendete Konstruktionskriterien allein nicht ausreichend. Bspw. nehmen die
Tragflächen von Schwenkrotor-Luftfahrzeugen oftmals Kraftstofftanks, zwei
Motoren verbindende Antriebswellen, zwei Konversionsaktuatoren verbindende
Antriebswellen, redundante Antriebswellen und Achszapfen, um die sich die
Schwenkrotor-Anordnungen und Konversionsaktuatoren drehen, auf und tragen
diese. Aus diesen Gründen ist der Raum innerhalb der Tragflächen stark
eingeschränkt, was dazu führt, daß nur wenig oder gar kein Raum für in die
Tragflächen hineinragende Vorrichtungen, Meßgeräte, Sensor-Geräte oder
zusätzliche strukturelle Stützelemente gegeben ist. Ungeachtet dieser Tatsache
müssen aber bestimmte Lasten, sowohl statischer als auch dynamischer Art, von
den Tragflächen von Schwenkrotor-Luftfahrzeugen getragen werden, die weder bei
Helikoptern noch bei Starrflüglern auftreten.
Bei einem typischen Schwenkrotor-Luftfahrzeug sind die einen Motor mit dem
anderen verbindenden Antriebswellen nahe den hinteren Kanten der Tragflächen
angeordnet, ebenso wie die Haupt-Achszapfen, um die die Schwenkrotor-
Anordnungen drehen. Hydraulische Konversionsaktuatoren zum Betätigen der
Schwenkrotor-Anordnungen werden an den Tragflächenspitzen schwenkbar
getragen, und sie sind in einigen Fällen durch entlang der Vorderkanten der
Tragflächen verlaufende Wellen miteinander verbunden. Diese Anordnung
verursacht keine Probleme, wenn das Schwenkrotor-Luftfahrzeug im Helikopter-
Modus betrieben wird; jedoch werden durch die Rotoren bestimmte oszillierende
Vibrationslasten, wie z. B. longitudinale Neigungslasten (pitch loads) und laterale
Gierlasten, erzeugt, wenn das Schwenkrotor-Luftfahrzeug in den Flugzeug-Modus
umschaltet. Wegen dieser einzigartigen Lasten im Flugzeug-Modus wird das
Luftfahrzeug unstabil werden, wenn eine strukturelle Mindeststeifigkeit zwischen
der Schwenkrotor-Anordnung und der Tragfläche nicht eingehalten wird. Diese
strukturelle Mindeststeifigkeit basiert auf der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges
im Flugzeug-Modus und damit zusammenhängenden Last-Faktoren. Die innere
Vorlast des Konversionsaktuators erhöht die effektive Neigungssteifigkeit der
Schwenkrotor-Anordnung, hat jedoch nur eine geringe oder gar keine Auswirkung
auf die Giersteifigkeit der Schwenkrotor-Anordnung. Um die Giersteifigkeit zu
verbessern, werden Abwärts-Stop Anordnungen mit miteinander verbundenen
Gierdämpfeinrichtungen verwendet. Die miteinander verbundenen
Gierdämpfeinrichtungen sind jedoch nur dann sicher und effektiv, wenn die
Schwenkrotor-Anordnung gegen die Tragfläche gezwungen wird, um so eine
Vorlast zu erzeugen, die ausreicht, um die Anforderungen hinsichtlich statischer
und dynamischer Lasten zu erfüllen.
Es wurden verschiedene Versuche unternommen, eine bestimmt Vorlast zwischen
der Schwenkrotor-Anordnung und der Tragfläche zu messen und beizubehalten,
während das Schwenkrotor-Luftfahrzeug sich im Flugzeug-Modus befindet, jedoch
hat keiner der Versuche das Problem auf adäquate Weise gelöst. Bspw. wird bei
einigen Schwenkrotor-Luftfahrzeugen die Vorlast zwischen der Schwenkrotor-
Anordnung und der Tragfläche gemessen, indem ein komplexer Algorithmus mit
geschlossenem Regelkreis verwendet wird, der den Motordruck der
Konversionsaktuatoren verwendet, um die Vorlast zwischen der Schwenkrotor-
Anordnung und der Tragfläche zu bestimmen. Bei diesen Anwendungen kann die
Vorlast zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und der Tragfläche eingestellt
werden, allerdings nur mit einer begrenzten Genauigkeit. Bei anderen
Schwenkrotor-Anordnungen wird ein System mit offenem Regelkreis eingesetzt,
bei dem die Konversionsaktuatoren die Schwenkrotor-Anordnung einfach so weit
in Kontakt mit der Tragfläche zwingen, bis der Konversionsaktuator blockiert.
Derartige Systeme sind für einige Anwendungen nicht wünschenswert, da es
zusätzliche strukturelle Stützmaßnahmen und damit ein erhöhtes Gewicht und
höhere Kosten erfordert, wenn es der Vorlast möglich ist, zu hoch eingestellt zu
werden. Zudem kompensieren diese aus dem Stand der Technik bekannten
Systeme die dynamischen Lasten nicht in adäquater Weise, die dann erzeugt
werden, wenn das Schwenkrotor-Luftfahrzeug zum Steigen hochgezogen wird,
oder in einen Sinkflug übergeht.
Obwohl große Anstrengungen bei der Konstruktion von Schwenkrotor-
Luftfahrzeugen unternommen worden sind, ist das Problem des Wahrnehmens und
Messens der Vorlast zwischen einer Schwenkrotor-Anordnung und einer
Tragfläche bis jetzt nicht auf adäquate Weise gelöst.
Es existiert ein Bedarf nach einem Schwenkrotor-Luftfahrzeug mit einer Abwärts-
Stop Anordnung, für die die Vorlast zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und
der Tragfläche direkt gemessen und geregelt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schwenkrotor-Abwärts-Stop
Anordnung anzugeben, für die die Vorlast zwischen der Schwenkrotor-Anordnung
und der Tragfläche direkt gemessen und geregelt wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schwenkrotor-Abwärts-
Stop Anordnung anzugeben, für die die Vorlast zwischen der Schwenkrotor-
Anordnung und der Tragfläche unter Verwendung von einer Vielzahl von
Meßfühlern für mechanische Spannungen aufweisenden Sensor-Modulen direkt
gemessen wird.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Schwenkrotor-Abwärts-Stop
Anordnung anzugeben, für die die Vorlast zwischen der Schwenkrotor-Anordnung
und der Tragfläche durch Messen sowohl statischer als auch dynamischer Lasten
während des Fluges bestimmt und geregelt wird.
Die oben genannten Ziele werden durch Verwendung einer Schwenkrotor-
Abwärts-Stop Anordnung mit einer mit der Schwenkrotor-Anordnung verbundenen
Anschlaganordnung und einer mit der Tragfläche verbundenen Schlittenanordnung
erreicht. Weiterhin durch eine Vielzahl von Sensormodulen, die eine Anordnung
von mit der Schlittenanordnung verbundenen Meßfühlern zum Messen
mechanischer Spannungen aufweisen, um so die Vorlast zwischen der
Schwenkrotor-Anordnung und der Tragfläche durch Messen der durch die Vorlast
hervorgerufenen Spannungen der Schlittenanordnung zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung verfügt über viele Vorteile gegenüber dem Stand der
Technik. Die vorliegende Erfindung ist kosteneffizient, da die Größe und die
Kapazität des Konversionsaktuators besser an den Anwendungsfall angepaßt wird.
Strukturgewicht wird eingespart, indem es dem Konversionsaktuator nicht erlaubt
wird, eine unnötig hohe Vorlast zu erzeugen. Zudem stellen die Sensormodule
einen einzigartigen und effizienten Weg dar, eine auf einem Luftfahrzeug lastende
Last direkt zu messen.
Das oben gesagte ebenso wie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung
deutlich werden, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
gelesen wird.
Fig. 1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schwenkrotor-Luftfahrzeuges in
einem Flugzeug-Modus.
Fig. 1B zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schwenkrotor-Luftfahrzeuges in
einem Helikopter-Modus.
Fig. 2A zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer
Anschlaganordnung einer Schwenkrotor-Abwärts-Stop-Anordnung gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2B zeigt eine perspektivische Ansicht der Anschlaganordnung aus Fig. 2A in
zusammengesetztem Zustand.
Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht des Anschlagarms der in den Fig. 2A und 2B
gezeigten Anschlaganordnung.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung, die die Befestigung der
in den Fig. 2A und 2B gezeigten Anschlaganordnung an einer Kipprotor
Getriebeanordnung verdeutlicht.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer
Schlittenanordnung (cradle assembly) der Schwenkrotor-Abwärts-Stop-
Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht, die die Befestigung der
Schlittenanordnung aus Fig. 5 an einer Außenbordtragflächenrippe und
einem vorderen Tragflächenholm verdeutlicht.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zusammengefügten
Schwenkrotor-Abwärts-Stop-Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche die in den Fig. 2A und 2B gezeigte
Anschlaganordnung sowie die Schlittenanordnung der Fig. 5 und 6
enthält.
Fig. 8A zeigt eine Endansicht der Schwenkrotor-Tragflächenspitze aus Fig. 6
inklusive eines Konversionsaktuators im Flugzeug-Modus.
Fig. 8B zeigt eine Endansicht der Schwenkrotor-Tragflächenspitze aus Fig. 6
inklusive eines Konversionsaktuators im Helikopter-Modus.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Schwenkrotor-Abwärts-Stop-
Anordnung der vorliegenden Erfindung inklusive Sensormodulen.
Fig. 10A zeigt ein, Schema eines Sensormoduls aus Fig. 9.
Fig. 10B zeigt einen Konditionierungsschaltkreis zum Konditionieren eines Signals
des Meßfühlers zum Messen von mechanischen Spannungen gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf die Fig. 1A und 1B der Zeichnungen ist dort ein typisches
Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11 dargestellt. Das Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11 weist
einen Rumpf 13 und an den Rumpf 13 angeschlossene Tragflächen 15a und 15b
auf. Wie es üblich ist, enden die Tragflächen 15a und 15b in
Schwenkrotoranordnungen 17a bzw. 17b. Verkleidungen 18a und 18b sind zum
Reduzieren des Stirnwiderstandes zwischen den Schwenkrotoranordnungen 17a
und 17b und den Tragflächen 15a und 15b angeordnet. Die
Schwenkrotoranordnungen 17a und 17b weisen jeweils allgemein einen Motor,
eine Kraftübertragung und ein Getriebe (siehe Fig. 5) zum Antreiben der Kipprotoren
19a und 19b und einen Umschaltaktuator (siehe Fig. 8A und 8B) zum Betätigen der
Schwenkrotor-Anordnungen 17a und 17b zwischen einem Flugzeug-Modus, wie er
in Fig. 1A dargestellt ist, und einem Helikopter-Modus, wie er in Fig. 1B dargestellt
ist, auf. Im Flugzeug-Modus kann das Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11 wie ein
gewöhnliches propellerangetriebenes Starrflügler-Flugzeug geflogen und betrieben
werden. Im Helikopter-Modus kann das Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11 wie ein
herkömmlicher Drehflügler bzw. Helikopter abheben, schweben, landen und
betrieben werden.
Es wird nun auf die Fig. 2A und 2B der Zeichnungen Bezug genommen. Darin
ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer abstimmbaren Schwenkrotor-
Abwärts-Stop-Anordnung mit niedriger Höhe gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Eine Anschlaganordnung 31 weist ein Basiselement 33 auf, das zum
drehbar gelagerten und geleitenden Aufnehmen eines abgewinkelten, einstellbaren
Anschlagarms 35 ausgebildet ist. Das Basiselement 33 ist vorzugsweise aus
Aluminium hergestellt, kann aber aus einem beliebigen anderen Material mit
ausreichender Steifigkeit gefertigt sein. Das Basiselement 33 weist eine Vielzahl
von Befestigungsöffnungen 36 auf. Der Anschlagarm 35 ist allgemein L-förmig mit
einem Tragpfostenabschnitt 37 und einem Schenkelabschnitt 39. Der Anschlagarm
35 ist vorzugsweise aus Titan gefertigt, kann aber auch aus irgendeinem anderen
Material gefertigt sein, für das die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die
Biegesteifigkeit, durch Ändern der geometrischen Abmessungen des
Anschlagarms 35 eingestellt bzw. "abgestimmt" werden können. Diese
Abstimmeigenschaft des Anschlagarms 35 wird im folgenden genauer beschrieben
werden.
Der Tragpfostenabschnitt 37 und der Schenkelabschnitt 39 des Anschlagarms 35
treffen sich in einem allgemein zylindrisch geformten Eckabschnitt 41. Der
Eckabschnitt 41 weist einen zylindrischen Kanal 43 auf, der den Eckabschnitt 41
entlang einer Achse 45 durchquert. Buchsen 47 sind an jedem Ende des Kanals
43 in das Innere des Kanals 43 eingesetzt. Die Buchsen 47 sind vorzugsweise
Anti-Reibungsbuchsen, wie z. B. Buchsen mit einem Teflonfutter. Die Buchsen 47
haben in dem Kanal 43 vorzugsweise einen Preßsitz; sie können aber mittels
anderer wohl bekannter Mittel in dem Kanal festgelegt werden. Der
Schenkelabschnitt 39 weist eine Weite w in Querrichtung auf, die allgemein über
die Länge des Schenkelabschnitts 39 konstant ist. Der Tragpfostenabschnitt 37
verjüngt sich vorzugsweise ausgehend von dem Eckabschnitt 41 in Richtung eines
Spitzenabschnitts 49 nach innen. Der Spitzenabschnitt 49 weist vorzugsweise ein
leicht vergrößertes gerundetes Profil auf. Somit ist der Spitzenabschnitt 49 entlang
einer Achse 51 von allgemein zylindrischer Form. Der Schenkelabschnitt 39
erstreckt sich weg von dem Eckabschnitt 41 und endet in einem gegabelten Ende
53 mit einem oberen Gabelteil 53a und einer allgemein parallel zu diesem
angeordneten unteren Gabelteil 53b. Der Anschlagarm 35 wird unten unter
Bezugnahme auf Fig. 3 genauer beschrieben werden.
Das Basiselement 33 weist Zungen 55a und 55b auf. Die Zungen 55a und 55b
liegen allgemein parallel und erstrecken sich ausgehend von dem Basiselement 33
senkrecht zu diesem nach außen. Die Zungen 55a und 55b weisen Öffnungen 57a
bzw. 57b auf, welche erstere queren. Die Öffnungen 57a und 57b sind entlang
einer Achse 59 ausgerichtet. Die Öffnungen 57a und 57b sind mit Buchsen 61a
bzw. 61b ausgekleidet. Die Buchsen 61a und 61b ähneln hinsichtlich ihrer
Konstruktion den Buchsen 47. Die Buchsen 61a und 61b sind vorzugsweise Anti-
Reibungsbuchsen, wie z. B. Buchsen mit einem Teflonfutter. Die Buchsen 61a und
61b sind vorzugsweise in einem Preßsitz in die Öffnungen 57a und 57b eingesetzt;
sie können aber mittels anderer wohl bekannter Mittel an den Zungen 55a und 55b
befestigt werden.
Eine Gleitbuchse 63 wird von den Buchsen 61a und 61b aufgenommen. Die
Gleitbuchse 63 ist vorzugsweise eine Anti-Reibungsbuchse mit einer
Teflonauflage. Die Gleitbuchse 63 wird zwischen den Zungen 55a und 55b
vorzugsweise durch Rückhalte-Unterlegscheiben 65a und 65b in Position
zurückgehalten. Ein Drehlager-Bolzen 67 erstreckt sich entlang der Achse 59
durch die Rückhalte-Unterlegscheibe 65b, die Öffnung 57b, die Buchse 61b, den
Kanal 43, die Buchsen 47, die Buchse 61a, die Öffnung 57a und die Rückhalte-
Unterlegscheibe 65a und ist lösbar durch ein einen Befestigungsstift 71
aufweisendes Befestigungselement 69 verschlossen. Auf diese Weise wird ein Anti-
Reibungs-Drehgelenk A (siehe Fig. 2B) geschaffen, um das der Tragpfostenabschnitt
37 und der Schenkelabschnitt 39 schwenkbar sind.
Weiter unter Bezugnahme auf Fig. 2A und 2B der Zeichnungen weist das
Basiselement 33 zweite Zungen 73a und 73b auf. Die Zungen 73a und 73b liegen
allgemein parallel zueinander und erstrecken sich ausgehend von dem
Basiselement 33 senkrecht zu diesem nach außen. Die Zungen 73a und 73b
weisen Öffnungen 75a bzw. 75b auf, die erstere queren. Die Öffnungen 75a und
75b sind entlang einer Achse 77 ausgerichtet. Die Öffnungen 75a und 75b sind mit
Buchsen 79a bzw. 79b ausgekleidet. Die Buchsen 79a und 79b ähneln hinsichtlich
ihrer Konstruktion den Buchsen 47. Die Buchsen 79a und 79b sind vorzugsweise
Anti-Reibungsbuchsen, wie z. B. Buchsen mit einem Teflonfutter. Die Buchsen 79a
und 79b sind vorzugsweise in einem Preßsitz in die Öffnungen 75a und 75b
eingesetzt; sie können aber mittels anderer wohl bekannter Mittel an den Zungen
73a und 73b befestigt werden.
Ein Rückhaltestift 81 wird durch die Buchsen 79a und 79b hindurch aufgenommen.
Der Rückhaltestift 81 weist ein Paar vertiefter, abgeflachter Abschnitte 83a und 83b
auf, die sich in axialer Richtung auf einander gegenüberliegenden Seiten des
Rückhaltestiftes 81 erstrecken. Es wird bevorzugt, daß zumindest die vertieften
Abschnitte 83a und 83b des Rückhaltestiftes 81 mit einem Anti-Reibungsmaterial,
wie z. B. Teflon, beschichtet sind. Der Rückhaltestift 81 kann sich in den Zungen
73a und 73b um die Achse 77 frei drehen. Die vertieften, abgeflachten Abschnitte
83a und 83b sind so ausgelegt, daß sie die Gabelteile 53a und 53b gleitend
aufnehmen, womit sie eine Gleit- und Drehgelenkverbindung B (siehe Fig. 2B) bilden.
Da die Gabelteile 53a und 53b relativ zu dem Rückhaltestift 81 gleitend
verschoben werden können, erlauben es die vertieften Abschnitte 83a und 83b
dem Schenkelabschnitt 39 des Anschlagarms 35, sich um die Achse 59 zu drehen.
Der Schenkelabschnitt 39 verfügt jedoch über eine ausreichende Steifigkeit, um
die Gabelteile 53a und 53b davor zu bewahren, sich in einer
Translationsbewegung so weit relativ zu den Zungen 73a und 73b zu verschieben,
daß die Gabelteile 53a und 53b sich von dem Rückhaltestift 81 lösen. In anderen
Worten: Die Gleitverbindung der Gabelteile 53a und 53b mit dem Rückhaltestift 81
ermöglicht es dem Anschlagarm 35, sich um die Achse 59 und den Drehlager-
Bolzen 67, d. h. um das Gelenk A, zu drehen.
Wie in Fig. 2B gezeigt verläuft der Anschlagarm 35 von dem Gelenk A zu dem
Gelenk B entlang eines in dem Basiselement 33 ausgebildeten Schlitzes 90. Der
Schlitz 90 ermöglicht es dem Schenkelabschnitt 39 des Anschlagarms 35, in einer
allgemein horizontalen Position zu bleiben und sich uneingeschränkt in einer
vertikalen Ebene zu verformen bzw. zu verbiegen. Der Schlitz 90 ist so ausgelegt,
daß er Variationen in der vertikalen Dicke des Schenkelabschnittes 39 aufnehmen
kann, wie unten genauer ausgeführt werden wird. Zudem ermöglicht es der Schlitz
90 der Anschlaganordnung 31, eine insgesamt niedrige vertikale Höhe bzw. ein
solches Profil beizubehalten. Obwohl die Begriffe "vertikal" und "horizontal" hierin
verwendet werden, soll verstanden werden, daß diese Begriffe lediglich aus
Gründen der einfacheren Beschreibung verwendet werden und nicht als
einschränkend bezüglich der Richtungen, in der die vorliegende Erfindung
funktioniert, gemeint sind.
Mit einer auf diese Art und Weise aufgebauten und zusammengefügten
Anschlaganordnung 31 werden oszillierende Vibrationslasten, wie z. B.
Neigungslasten und Gierlasten, veranschaulicht durch die durch die Pfeile in Fig.
2B gezeigten, durch die Schwenkrotoranordnungen 17a und 17b im Flugzeug-
Modus erzeugten lateralen und vertikalen Lasten von dem Spitzenabschnitt 49 des
Tragpfostenabschnitts 37 auf den Schenkelabschnitt 39 und die Gabelteile 53a
und 53b übertragen. Es soll verstanden werden, daß die lateralen und die
vertikalen Lasten, wie sie durch die Pfeile in Fig. 2B dargestellt sind, dynamische
Lasten mit einschließen, die während des Fluges erzeugt werden, so z. B. wenn
das Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11 in einen Sinkflug übergeht oder abrupt nach
oben zieht. Da der Tragpfostenabschnitt 37 kurz ist, wodurch er zu dem Merkmal
der geringen Bauhöhe der vorliegenden Erfindung beiträgt, wird der
Tragpfostenabschnitt 37 nicht signifikant verbogen, um die vertikalen und lateralen
Lasten zu absorbieren bzw. zu isolieren. Somit werden die lateralen Lasten durch
den Tragpfostenabschnitt 37 an den Schenkelabschnitt 39 übertragen. Wenn sich
der Schenkelabschnitt 39 verbiegt, werden die von den Schwenkrotoranordnungen
17a und 17b erzeugten lateralen Lasten isoliert und absorbiert, wodurch ein
Übertragen der vertikalen und lateralen Lasten auf die Tragflächen 15a und 15b
verhindert wird. Aus diesem Grund sind für die Tragflächen 15a und 15b keine
zusätzlichen strukturellen Stützmaßnahmen erforderlich, um die oszillierenden
Vibrationslasten zu absorbieren oder zu dämpfen. Dies führt zu überragenden
Einsparungen in Bezug auf Gewicht und Kosten.
Nun wird auf Fig. 3 der Zeichnungen Bezug genommen. Dort ist der Anschlagarm
35 in einer Ansicht von vorn dargestellt. Wie dargestellt ist, bilden das
Tragpfostenelement 37 und das Schenkelelement 39 einen Winkel α um die Achse
45. Der Winkel α beträgt wegen des zwischen den Tragflächen 15a bzw. 15b und
den Schwenkrotor-Anordnungen 17a bzw. 17b jeweils vorliegenden
Betriebswinkels vorzugsweise etwa 115°. Der Tragpfostenabschnitt 37 weist,
gemessen von dem untersten Punkt des Spitzenabschnitts 49 bis zur Achse 45,
eine vertikale Höhe h auf; und der Schenkelabschnitt 39 weist, gemessen von den
Enden der Gabelteile 53a und 53b bis zu der Achse 45, eine Länge l auf. Wegen
der Eigenschaft der niedrigen Bauhöhe der vorliegenden Erfindung ist die Höhe h
vorzugsweise von der Größenordnung her kleiner als die Länge l. Es sollte
angemerkt werden, daß die Achse 45, zu der der Eckabschnitt 41 konzentrisch ist,
und die Achse 51, zu der der Spitzenabschnitt 49 konzentrisch ist, nicht parallel
sind. Dies liegt an dem Betriebswinkel zwischen den Tragflächen 15a bzw. 15b
und den Schwenkrotor-Anordnungen 17a bzw. 17b. Es soll verstanden werden,
daß für bestimmte Schwenkrotor-Luftfahrzeuge, die Achsen 45 und 51 parallel
zueinander liegen können, ohne die Funktionalität des Anschlagarms 35 merklich
zu beeinträchtigen.
Der Schenkelabschnitt 39 weist, gemessen von einer unteren Oberfläche 91 zu
einer oberen Oberfläche 93, eine ausgesuchte vertikale Höhe bzw. Dicke t auf. Es
wird bevorzugt, daß die Dicke t des Schenkelabschnitts 39 sich ausgehend von
dem Eckabschnitt 41 hin zu den Gabelteilen 53a und 53b nach innen verjüngt, so
daß der Schenkelabschnitt 39 ein ausgesuchtes vertikales Querschnitts- bzw.
Dickenprofil aufweist. Obwohl die Dicke t als linear verjüngend dargestellt ist, soll
verstanden werden, daß die Dicke t in einer nicht linearen Weise, bspw. elliptisch,
variieren kann, wodurch ein nicht lineares Dickenprofil geschaffen wird.
Es wird bevorzugt, daß der Anschlagarm 35 aus einem steifen Material gefertigt ist,
für das die Biegesteifigkeit des Schenkelabschnitts 39 in einer vertikalen Ebene
des Schenkelabschnitts 39 anhand der Dicke t, des zugehörigen Dickenprofils und
der Länge l selektiv variiert werden kann. Es wird bevorzugt, daß die Weite w des
Schenkelabschnitts 39 keinen signifikanten Einfluß auf die vertikale Biegesteifigkeit
des Schenkelabschnitts 39 hat. Wenn der Anschlagarm 35 bspw. aus Titan
gefertigt ist, eine Länge l von etwa 7,0 Zoll, eine Höhe h von etwa 2,5 Zoll und eine
von etwa 0,66 Zoll nahe des Eckabschnitts 41 bis etwa 0,38 Zoll nahe der
Gabelteile 53a und 53b variierende Dicke t aufweist, verfügt der Schenkelabschnitt
39 über eine vertikale Biegesteifigkeit von etwa 50 000 pounds per square inch bis
etwa 150 000 pounds per square inch.
Da die Weite w des Schenkelabschnitts 39 keinen signifikanten Einfluß auf die
vertikale Biegesteifigkeit des Schenkelabschnitts 39 hat, kann die vertikale
Biegesteifigkeit des Schenkelabschnitts 39 durch Ändern der Länge l und der
Dicke t des Schenkelabschnitts 39 selektiv bestimmt werden. In anderen Worten:
Der Anschlagarm 35 kann durch Verändern des Dickenprofils des
Schenkelabschnitts 39 auf eine ausgesuchte vertikale Biegesteifigkeit hin
abgestimmt werden. Es leuchtet ein, daß die vertikale Biegesteifigkeit des
Schenkelabschnitts 39 zunehmen wird, wenn die Dicke t ansteigt. Folglich ist für
ähnliche Materialien die vertikale Biegesteifigkeit des Schenkelabschnitts 39
größer für ein Dickenprofil mit einer variablen Dicke t1 als für ein Dickenprofil mit
einer variablen Dicke t; und die vertikale Biegesteifigkeit des Schenkelabschnitts
39 ist geringer für ein Dickenprofil mit einer variablen Dicke t2 als für ein
Dickenprofil mit einer variablen Dicke t.
Es wird nun auf Fig. 4 der Zeichnungen Bezug genommen. Dort ist die
zusammengefügte Anschlaganordnung 31 aus Fig. 2B gezeigt, wie sie an eine
Kipprotor-Getriebeanordnung 101 angeschlossen ist. Eine Kipprotor-
Getriebeanordnung 101 ist in jeder der Schwenkrotor-Anordnungen 17a und 17b
(siehe Fig. 1A und 1B) angeordnet. Die Kipprotor-Getriebeanordnungen 101 treiben
Rotornaben 19a und 19b an. Die Kipprotor-Getriebeanordnung 101 ist dazu
ausgebildet, an die Anschlaganordnung 31 angekoppelt zu werden, vorzugsweise
über die Einbeziehung von in einem Kuppelabschnitt 104 angeordneten
Ansatzbolzen 103. Die Ansatzbolzen 103 sind entsprechend an dem Basiselement
33 angeordneter Befestigungsmittel 36 ausgerichtet und werden von diesen lösbar
aufgenommen. Eine Scherbosse 105 ist an das Basiselement 33 angekoppelt, um
zusätzlichen Halt gegenüber zwischen der Anschlaganordnung 31 und der
Kipprotor-Getriebeanordnung 101 wirkenden Scherkräften zu bieten. Ein Scrim
107, vorzugsweise ein Epoxy-Scrim, ist an dem Basiselement 33 befestigt, um
einen Schutz gegen Reibungsverschleiß zu bieten. Ein vorzugsweise aus einem
Metall gefertigtes, festes Abstandsblech 109 ist zwischen dem Scrim 107 des
Basiselements 33 und dem Kuppelabschnitt 104 der Kipprotor-Getriebeanordnung
101 angeordnet, um eine Möglichkeit zum Einstellen zu bieten.
Es wird nun auf Fig. 5 der Zeichnungen Bezug genommen. Dort ist eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer Schlittenanordnung 111 der
abstimmbaren Abwärts-Stop-Anordnung mit geringer Höhe gemäß der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schlittenanordnung 111 weist einen
Befestigungsabschnitt 113 und einen Giereindämm-Abschnitt bzw. V-Block 115
auf. Der Befestigungsabschnitt 113 ist vorzugsweise aus einem steifen Metall, wie
z. B. Aluminium, gefertigt. Der V-Block 115 wird in einem Trogabschnitt 117 des
Befestigungsabschnitts 113 getragen. Der V-Block 115 ist durch
Befestigungselemente, vorzugsweise Bolzen 119, einstellbar an den
Befestigungsabschnitt 113 gekoppelt. Der Trogabschnitt 117 ist vorzugsweise mit
zumindest einem Abstandstück 121 unterlegt. Die Abstandstücke 121 sind
vorzugsweise Aluminium-Schäl-Abstandstücke, die eine vertikale bzw. laterale
Justage der Plazierung des V-Blocks 115 ermöglichen. Eine Abstandsplatte 123 ist
an einer vorderen Innenfläche 125 des Trogabschnittes 117 angeordnet, um eine
vorn - hinten-Justage der Plazierung des V-Blocks 115 zu ermöglichen. Die
Abstandsplatte 123 wird an der vorderen Innenfläche 125 nur benötigt, da die
Schwenkrotor-Anordnungen 17a und 17b Kräfte in Vorwärtsrichtung auf den V-
Block 115 ausüben. Die Abstandsplatte 123 weist vorzugsweise eine Epoxy-
Beschichtung auf. Die Abstandsplatte 123 ist an den Trogabschnitt 117 mittels
herkömmlicher Befestigungsmittel 127, wie z. B. Bolzen oder Nieten angekoppelt.
Der V-Block 115 ist aus einem steifen Metall, wie z. B. Aluminium, gefertigt. Der V-
Block 115 weist einen abgerundeten, V-förmigen Anschlag-Adapterabschnitt 129
auf, der so ausgebildet ist, daß er den Spitzenabschnitt 49 des
Tragpfostenabschnitts 37 lösbar aufnimmt, wenn der Spitzenabschnitt 49 sich mit
jeder der Schwenkrotor-Anordnungen 17a bzw. 17b abwärts dreht. Der Anschlag-
Adapterabschnitt 129 weist geneigte Flächen 130a und 130b auf, die
zusammenlaufen, um einen allgemein longitudinalen Trog 130c zu formen. Der
Trog 130c liegt allgemein quer zu den in Fig. 2B gezeigten, lateralen Lasten bzw.
Gierlasten. Da der Anschlag-Adapterabschnitt 129 oszillierenden Vibrationslasten
von dem Spitzenabschnitt 49 unterworfen ist, ist es wünschenswert, daß der
Anschlag-Adapterabschnitt 129 eine sehr harte Oberfläche aufweist, um einem
Ermüdungsausfall zu widerstehen. Folglich ist es zu bevorzugen, daß der V-Block
115 aus einem harten Metall gefertigt ist und daß zumindest der Anschlag-
Adapterabschnitt 129 mit einem sehr harten Material, wie z. B. Wolframcarbid,
beschichtet ist. Um sicher zu stellen, daß der V-Block 115 sich nicht relativ zu dem
Befestigungsabschnitt bewegt, wird bevorzugt, daß der V-Block 115 an allen
Oberflächen, die mit den Abstandstücken 121 in Berührung stehen, mit einem
klebenden Material, wie z. B. Epoxy, beschichtet ist. Der Befestigungsabschnitt
113 weist Befestigungsöffnungen 131 auf.
Es wird bevorzugt, daß der Spitzenabschnitt 49 unter einer ausgesuchten Vorlast
gegen den Gier-Eindämmungs-V-Block 115 gezwungen wird, auch in Gegenwart
von dynamischen Lasten, während das Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11 im
Flugzeug-Modus ist. Auf diese Weise wird die ausgesuchte Vorlast von der
Schlittenanordnung 111 an die Tragfläche 15a übertragen. Solange die
ausgesuchte Vorlast beibehalten wird, wird das Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11
stabil in dem Flugzeug-Modus bleiben. Wenn die ausgesuchte Vorlast nicht
beibehalten wird, wird das Schwenkrotor-Luftfahrzeug wegen der oszillierenden
Lasten unstabil werden. Die vorliegende Erfindung bietet eine Einrichtung zum
Bestimmen, Regeln und beibehalten der ausgesuchten Vorlast zwischen den
Schwenkrotor-Anordnungen 17a bzw. 17b und den Tragflächen 15a bzw. 15b,
auch bei Anwesenheit dynamischer Fluglasten.
Es wird nun auf Fig. 6 der Zeichnungen Bezug genommen. Dort ist die
Schlittenanordnung 111 gezeigt, wie sie an die Tragfläche 15b angeschlossen ist.
Der Befestigungsabschnitt 113 der Schlittenanordnung 111 ist dazu angepaßt, an
zumindest einen Tragflächenholm und zumindest eine Tragflächenrippe
angeschlossen zu werden. Die Schlittenanordnung 111 ragt nicht in das Innere der
Tragfläche 15b hinein. Vorzugsweise wird der Befestigungsabschnitt 113 an einen
vorderen Tragflächenholm 135 und an eine außenbords gelegene
Tragflächenrippe 137 mittels herkömmlicher, durch die Befestigungsöffnungen 131
geführter Befestigungsmittel 133, wie z. B. Bolzen oder Nieten, angeschlossen.
Wie dargestellt ist, kann sich der Trogabschnitt 117 in der Art eines Auslegers über
eine außenbords gelegene Tragflächenrippe 137 hinaus nach Außenbords
erstrecken, um sicherzustellen, daß das Merkmal der niedrigen Bauhöhe der
vorliegenden Erfindung eingehalten wird, und zum Ermöglichen einer
ausgesuchten, durch die Vorlast ausgelösten mechanischen Spannung, wie es
unten genauer beschrieben wird. Der Befestigungsabschnitt 113 ist so ausgebildet,
daß er die Befestigung der Schlittenanordnung 111 an den Tragflächen 15a und
15b ermöglicht, während eine Wechselwirkung mit anderen Bestandteilen der
Tragfläche 15b, wie z. B. einer Öffnung 139, durch die eine Welle 143 des
Konversionsaktuators (siehe Fig. 7) hindurchgeführt ist, ausgeschlossen ist.
Beim Betrieb werden die Schwenkrotor-Anordnungen 17a und 17b aus dem
Helikopter-Modus (siehe Fig. 1 B) nach unten in den Flugzeug-Modus (siehe Fig. 1 A)
gedreht. Wenn die Anschlaganordnung 31 über den Befestigungsabschnitt 104 mit
der Kipprotor-Getriebeanordnung 101 in Verbindung steht, wenn die
Schwenkrotor-Anordnungen 17a und 17b den Flugzeug-Modus erreichen, werden
die Spitzenabschnitte 49 des Tragpfostenabschnitts 37 des Anschlagarms 35 in
Kontakt mit den V-Blöcken 115 gezwungen. Es ist wünschenswert, daß die
Schwenkrotor-Anordnungen 17a und 17b eine ausgesuchte, abwärtsgerichtete
Vorlast von dem Konversionsaktuator 141 (siehe Fig. 7) aufnehmen, so daß die
Spitzenabschnitte 49 in Kontakt mit dem V-Block 115 bleiben. So lange die
ausgesuchte Vorlast beibehalten wird, wird sich der Spitzenabschnitt 49 nicht
relativ zu dem V-Block 115 bewegen, und die Gierlasten bzw. lateralen Lasten
werden effektiv zurückgehalten werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verrastet oder verriegelt der V-Block 115 nicht mit dem
Spitzenabschnitt 49. Es soll verstanden werden, daß Verrastungs- oder
Verriegelungsmechanismen in bestimmten Situationen bzw. bei bestimmten
Installationen wünschenswert sein können. Wie gezeigt ist, umgreift die
Schlittenanordnung 111 den vorderen Tragflächenholm 135 und die außenbords
gelegene Tragflächenrippe 137. Dies ermöglicht es, eine geringe Bauhöhe für die
Schlittenanordnung 111 einzuhalten.
Es wird nun auf Fig. 7 der Zeichnungen Bezug genommen. Dort sind die in den
Fig. 2A bis 6 gezeigten Bestandteile in zusammengefügter Form gezeigt.
Herkömmliche hydraulische Konversionsaktuatoren 141 werden verwendet, um die
Schwenkrotor-Anordnungen 17a und 17b zwischen dem Flugzeug-Modus und dem
Helikopter-Modus umzuschalten. Die Konversionsaktuatoren 141 schwenken um
Wellen 143, wenn die Konversionsaktuatoren 141 die Schwenkrotor-Anordnungen
17a und 17b durch Ausüben von Kräften auf Tragrohre 145 betätigen. Die
Schwenkrotor-Anordnungen 17a und 17b drehen sich um Wellen 147, die durch
rückwärtig gelegene Abschnitte 149 der Tragflächen 15a und 15b geführt sind. Es
sollte offensichtlich sein, daß die Schlittenanordnung 111 an den
Befestigungsabschnitt 104 der Kipprotor-Getriebeanordnung 101 angeschlossen
werden kann und daß die Anschlaganordnung 31 an die Tragflächen 15a und 15b
angeschlossen werden kann, ohne die Funktionalität, die Abstimmbarkeit oder das
Merkmal der geringen Bauhöhe der vorliegenden Erfindung zu beeinflussen.
Es wird nun auf die Fig. 8A und 8B der Zeichnungen Bezug genommen. Dort ist
ein Konversionsaktuator 141 sowohl im Flugzeug-Modus (Fig. 8A) als auch im
Helikopter-Modus (Fig. 8B) gezeigt. Der Konversionsaktuator 141 ist vorzugsweise
ein Konversionsaktuator nach Art einer Kugelumlaufspindel mit einem
einziehbaren Zylinder 151 und einem ausfahrbaren Schaft 153, der einen
Verbindungsansatz 155 zum Verbinden mit den Tragrohren 145 trägt. Der
Konversionsaktuator 141 zwingt die Schwenkrotor-Anordnung 17a gegen die
Tragfläche 15a und sorgt für die ausgesuchte Vorlast zwischen der Schwenkrotor-
Anordnung 17a und der Tragfläche 15a. Die Größe der Kraft und der Vorlast
variiert entsprechend der Anwendung. Für das Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11
hängen die bevorzugten Werte der Kraft und der ausgesuchten Vorlast ebenso wie
die bevorzugten Toleranzen ab von verschiedenen Faktoren, wie z. B. Kosten,
Gewicht und Komplexität. In jedem Fall stellen die durch den Konversionsaktuator
141 erreichten Toleranzen eine beachtliche Verbesserung gegenüber den aus dem
Stand der Technik bekannten Verfahren zum Erzeugen einer Vorlast dar. Dies liegt
daran, daß es der Vorlast nicht ermöglicht wird, unnötig hoch zu werden, was
zusätzliche strukturelle Stützmaßnahmen und in der Konsequenz zusätzliches
Gewicht und höhere Kosten erfordert.
Es wird nun auf die Fig. 9 der Zeichnungen Bezug genommen. Dort sind die
Anschlaganordnung 31 und die Schlittenanordnung 111 gezeigt, wie sie
zusammengezwungen, d. h. im Flugzeug-Modus, sind. Der Konversionsaktuator
141 liefert eine abwärts gerichtete Vorlast auf die Schlittenanordnung 111. Wegen
der Abwärts-Stop-Last, wird der vorstehende Trogabschnitt 117 der
Schlittenanordnung 111 in allgemein abwärts gerichteter Richtung verbogen, was
zum Vorhandensein von Biegemomenten und Scherkräften in der
Schlittenanordnung 111 führt. Als ein Ergebnis werden in der Schlittenanordnung
111 biege- und scherinduzierte, mechanische Spannungen, proportional zu der
Abwärts-Stop-Last, ausgelöst. Diese mechanischen Spannungen, vorzugsweise
die scherinduzierten Spannungen, werden direkt durch eine Vielzahl von,
vorzugsweise drei, Sensormodulen 161 erfaßt, die an der Schlittenanordnung 111
befestigt sind. Die Sensormodule 161 sind in einer allgemein parallelen Weise
ausgerichtet, um ein redundantes Auslesen der Abwärts-Stop-Lasten zu
ermöglichen. Jedes Sensormodul 161 ist mit einer Indizierungs- und
Lokalisierungsklammer 163 installiert und bleibt an dieser befestigt. Die
Induzierungs- und Lokalisierungsklammer 163 stellt sicher, daß die Sensormodule
161 korrekt ausgerichtet und installiert sind. Jedes Sensormodul 161 ist elektrisch
an einen eigenen herkömmlichen Flugsteuerrechner (nicht gezeigt)
angeschlossen.
Es wird nun auf Fig. 10A der Zeichnungen Bezug genommen. Dort ist schematisch
ein Sensormodul 161 gezeigt. Jedes Sensormodul 161 umfaßt eine Vielzahl von
Meßaufnehmern zum Wahrnehmen mechanischer Spannungen, vorzugsweise
vier, SG1, SG2, SG3 und SG4 und damit verbundene Meßaufnehmer-
Signalkonditionierungsschaltkreise 170, die vorzugsweise innerhalb desselben
Gehäuses angeordnet sind. Wie dargestellt ist, sind vier Meßaufnehmer zum
Wahrnehmen mechanischer Spannungen SG1, SG2, SG3 und SG4 in einer
Brückenschaltung verbunden. Wenn es notwendig ist, können herkömmliche
Widerstände (siehe Fig. 10B) erforderlich sein, um die Brücke zu vervollständigen und
hinsichtlich einer Fehlanpassung und der Empfindlichkeit abzustimmen. Die
Meßaufnehmer zum Wahrnehmen mechanischer Spannungen SG1, SG2, SG3
und SG4 sind physikalisch so angeordnet und elektrisch so verbunden, daß sie auf
durch Abwärts-Stop-Lasten ausgelöste mechanische Spannungen, vorzugsweise
Scherspannungen, in der Schlittenanordnung 111 reagieren. Die physikalische und
elektrische Anordnung ist dabei auch so ausgelegt, daß alle mechanischen
Spannungen in der Schlittenanordnung 111 aufgehoben werden, mit Ausnahme
der durch die Abwärts-Stop-Last ausgelösten.
Es wird nun auf Fig. 10B der Zeichnungen Bezug genommen. Dort ist ein
elektrischer Konditionierungsschaltkreis 200 zum Konditionieren eines Signals des
Meßfühlers zum Messen mechanischer Spannungen gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Die Meßaufnehmerbrücke in jedem Sensormodul 161 ist
elektrisch mit einem elektrischen Konditionierungsschaltkreis 200 verbunden, der
dann wiederum an einen Flugsteuerrechner angeschlossen ist. Der
Konditionierungsschaltkreis 200 empfängt ein elektrisches Eingangssignal,
vorzugsweise eine Differenz-Wechselspannung, von der angeschlossenen
Meßaufnehmerbrücke innerhalb des Sensormoduls 161. Das Eingangssignal wird
von dem Konditionierungsschaltkreis 200 konditioniert, verarbeitet und verstärkt.
Ein elektrisches Ausgabesignal, vorzugsweise eine Wechselspannung, wird an
einen angeschlossenen Flugsteuerrechner gesendet.
Beim Betrieb wird, wenn der Trogabschnitt 117 verbogen wird, die durch die
Abwärts-Stop-Last ausgelöste mechanische Spannung direkt durch die
Sensormodule 161 wahrgenommen. Die durch die Vorlast ausgelöste
mechanische Spannung bringt jedes Sensormodul 161 dazu, zu der Abwärts-Stop-
Vorlast proportionale Signale zu erzeugen. Die Signale von den Sensormodulen
161 werden an den angeschlossenen Flugsteuerrechner gesendet, wo sie
verarbeitet und verglichen werden. Aus der Vielzahl von Vorlast-Messungen, wird
ein einziger Wert für die Vorlast, vorzugsweise ein Mittelwert, erhalten. Diese
gemittelte Vorlastmessung wird dann verarbeitet und mit einer zuvor bestimmten
akzeptierbaren Spanne verglichen. Die zuvor bestimmte akzeptierbare Spanne
wird so ausgewählt, daß eine angemessene Vorlast zwischen der Schwenkrotor-
Anordnung 17a und der Tragfläche 15a sichergestellt ist, um die Stabilität des
Luftfahrzeuges beizubehalten, zugleich aber ein Überbelasten irgendwelcher Teile
der Struktur zu vermeiden. Auf diese Weise werden die Sensormodule 161 und die
Meßaufnehmer verwendet, um direkt eine kombinierte statische und dynamische,
bei dem Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11 variable Last zu messen.
Die Flugsteuerrechner sind so programmiert, ein Signal der Sensormodule 161 zu
ignorieren, wenn das Sensormodul 161 ein fehlerhaftes Signal sendet. Wenn z. B.
ein Sensormodul 161 eine signifikante mechanische Spannung in der
Schlittenanordnung 111 anzeigt, während sich das Schwenkrotor-Luftfahrzeug 11
im Helikopter-Modus befindet, werden die Signale von diesem Sensormodul 161
ignoriert und nicht berücksichtigt werden. Wenn die Signale von einem
Sensormodul 161 anzeigen, daß die Last zwischen der Anschlaganordnung 31
und der Schlittenanordnung 111 unterhalb eines vorbestimmten Wertes, der
erforderlich ist, um die Stabilität des Luftfahrzeuges beizubehalten, liegt, senden
die Flugsteuerrechner ein Warnsignal an den Piloten und ein geeignetes Signal
zum Erhöhen der von der Anschlaganordnung 31 auf die Schlittenanordnung 111
ausgeübten Kraft an den Konversionsaktuator 141. Gleichermaßen senden die
Flugsteuerrechner, wenn die Signale von den Sensormodulen 161 anzeigen, daß
die Vorlast zwischen der Anschlaganordnung 31 und der Schlittenanordnung 111
oberhalb eines vorbestimmten, zum Erhalten der Stabilität des Luftfahrzeuges
notwendigen Wertes liegt, ein Warnsignal an den Piloten und ein geeignetes
Signal zum Verringern der durch die Anschlaganordnung 31 auf die
Schlittenanordnung 111 ausgeübten Kraft an den Konversionsaktuator 141. Somit
gibt die vorliegende Erfindung ein Regelsystem mit geschlossenem Regelkreis
zum Wahrnehmen, Aufrechterhalten und Regeln der Vorlast zwischen der
Schwenkrotor-Anordnung 17a und der Tragfläche 15a unter Verwendung einer
Vielzahl redundanter, an Flugsteuerrechner angeschlossener Sensormodule 161
an.
Aus dem Voranstehenden sollte klar geworden sein, daß eine Erfindung mit
merklichen Vorteilen angegeben wird. Die Anordnung einer L-förmigen
Anschlaganordnung mit einem kurzen, allgemein vertikalen Tragpfostenabschnitt
und einem längeren, allgemein horizontalen Schenkelabschnitt, der durch
einfaches Ändern der Dicke selektiv abgestimmt werden kann, erlaubt es der
vorliegenden Erfindung, oszillierende Vibrationslasten zu absorbieren bzw. zu
dämpfen, ohne daß die Anordnung in die Tragflächen eindringt, während eine
geringe Bauhöhe beibehalten wird. Die Verwendung von Meßaufnehmern zum
Wahrnehmen mechanischer Spannungen für das direkte Messen der durch die
Vorlast induzierten mechanischen Spannung einer Abwärts-Stop-Anordnung bietet
ein Mittel zum Wahrnehmen, Beibehalten und Regeln der Vorlast zwischen einer
Schwenkrotor-Anordnung und einer Tragfläche im Flugzeug-Modus, wodurch
sichergestellt wird, daß die Stabilität des Luftfahrzeuges beibehalten wird.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf das Wahrnehmen der Vorlast
zwischen einer Schwenkrotor-Anordnung und einer Tragfläche beschrieben wurde,
soll verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung bei jedweder Anwendung
verwendet werden kann, die ein Wahrnehmen, Beibehalten und Regeln einer
ausgesuchten Vorlast zwischen zwei massiven, relativ zueinander bewegbaren
Komponenten beinhaltet. Beispiele anderer Anwendungen beinhalten:
Luftfahrzeuge mit einziehbaren Tragflächenelementen, Luftfahrzeuge mit anderen
einziehbaren Komponenten, wie z. B. Radaranordnungen, Wasserfahrzeuge mit
ähnlichen einziehbaren Komponenten sowie große Teleskope. Während die
Erfindung in einer begrenzten Anzahl von Ausgestaltungen dargestellt ist, ist sie
nicht auf lediglich diese Formen beschränkt, sondern kann verschiedenen
Veränderungen und Modifikationen unterworfen werden, ohne von dem Geist der
Erfindung abzuweichen.
Claims (19)
1. Vorrichtung zum Beibehalten einer ausgesuchten Vorlast zwischen relativ
zueinander bewegbaren Elementen mit:
mindestens einem Aktuator zum Erzeugen einer Kraft zwischen den Elementen, so daß zumindest eines der Elemente unter Spannung gesetzt wird, wobei die Kraft die ausgesuchte Vorlast zwischen den Elementen erzeugt;
mindestens einem mit mindestens einem der Elemente verbundenen Sensormodul, um die mechanische Spannung in dem Element wahrzunehmen und ein korrespondierendes Signal zu erzeugen, und
mindestens einem an den mindestens einen Meßaufnehmer für die mechanische Spannung angeschlossenen Mikroprozessor zum Interpretieren des Signals,
wobei der Mikroprozessor das Signal prozessiert und ein Steuersignal an den mindestens einen Aktuator sendet, wodurch bewirkt wird, daß der mindestens eine Aktuator die Kraft erhöht, wenn die Kraft kleiner als die ausgesuchte Vorlast ist, bzw. die Kraft verringert, wenn die Kraft größer als die ausgesuchte Vorlast ist.
mindestens einem Aktuator zum Erzeugen einer Kraft zwischen den Elementen, so daß zumindest eines der Elemente unter Spannung gesetzt wird, wobei die Kraft die ausgesuchte Vorlast zwischen den Elementen erzeugt;
mindestens einem mit mindestens einem der Elemente verbundenen Sensormodul, um die mechanische Spannung in dem Element wahrzunehmen und ein korrespondierendes Signal zu erzeugen, und
mindestens einem an den mindestens einen Meßaufnehmer für die mechanische Spannung angeschlossenen Mikroprozessor zum Interpretieren des Signals,
wobei der Mikroprozessor das Signal prozessiert und ein Steuersignal an den mindestens einen Aktuator sendet, wodurch bewirkt wird, daß der mindestens eine Aktuator die Kraft erhöht, wenn die Kraft kleiner als die ausgesuchte Vorlast ist, bzw. die Kraft verringert, wenn die Kraft größer als die ausgesuchte Vorlast ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens
eine Sensormodul eine Vielzahl von Sensormodulen umfaßt, die in einer
parallelen Anordnung ausgerichtet sind, wobei jedes Sensormodul eine
Vielzahl von Spannungs-Meßaufnehmern zum Wahrnehmen mechanischer
Spannungen aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ
zueinander bewegbaren Elemente folgende Elemente enthalten:
einen Rumpf eines Luftfahrzeuges und
ein Tragflächenelement.
einen Rumpf eines Luftfahrzeuges und
ein Tragflächenelement.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ
zueinander bewegbaren Elemente folgende Elemente enthalten:
einen Rumpf eines Luftfahrzeuges und
eine Radaranordnung.
einen Rumpf eines Luftfahrzeuges und
eine Radaranordnung.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ
zueinander bewegbaren Elemente folgende Elemente enthalten:
einen Wasserfahrzeug und
eine Sensoranordnung.
einen Wasserfahrzeug und
eine Sensoranordnung.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ
zueinander bewegbaren Elemente folgende Elemente enthalten:
einen Rumpf eines Schwenkrotor-Luftfahrzeuges und
eine Schwenkrotor-Anordnung.
einen Rumpf eines Schwenkrotor-Luftfahrzeuges und
eine Schwenkrotor-Anordnung.
7. Verbessertes Schwenkrotor-Luftfahrzeug mit:
einem Rumpf,
mindestens einem mit dem Rumpf verbundenen Tragflächenelement,
einer mit dem mindestens einen Tragflächenelement schwenkbar verbundenen Schwenkrotor-Anordnung,
einer zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement angeordneten Abwärts-Stop Anordnung,
mindestens einem Aktuator zum Verschwenken der Schwenkrotor- Anordnung relativ zu dem mindestens einen Tragflächenelement und zum Erzeugen einer Kraft zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement, so daß die Abwärts-Stop Anordnung unter Spannung gesetzt wird und eine ausgesuchte Vorlast zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement induziert wird,
mindestens einem mit der Abwärts-Stop Anordnung verbundenen Sensormodul zum Wahrnehmen der mechanischen Spannung in letzterem und zum Erzeugen eines korrespondierenden Signals und
mindestens einem an das mindestens eine Sensormodul zum Interpretieren des Signals angeschlossenen Mikroprozessor,
wobei der Mikroprozessor das Signal prozessiert und ein Steuersignal an den mindestens einen Aktuator sendet, wodurch bewirkt wird, daß der mindestens eine Aktuator die Kraft erhöht, wenn die Kraft kleiner als die ausgesuchte Vorlast ist, bzw. die Kraft verringert, wenn die Kraft größer als die ausgesuchte Vorlast ist.
einem Rumpf,
mindestens einem mit dem Rumpf verbundenen Tragflächenelement,
einer mit dem mindestens einen Tragflächenelement schwenkbar verbundenen Schwenkrotor-Anordnung,
einer zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement angeordneten Abwärts-Stop Anordnung,
mindestens einem Aktuator zum Verschwenken der Schwenkrotor- Anordnung relativ zu dem mindestens einen Tragflächenelement und zum Erzeugen einer Kraft zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement, so daß die Abwärts-Stop Anordnung unter Spannung gesetzt wird und eine ausgesuchte Vorlast zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement induziert wird,
mindestens einem mit der Abwärts-Stop Anordnung verbundenen Sensormodul zum Wahrnehmen der mechanischen Spannung in letzterem und zum Erzeugen eines korrespondierenden Signals und
mindestens einem an das mindestens eine Sensormodul zum Interpretieren des Signals angeschlossenen Mikroprozessor,
wobei der Mikroprozessor das Signal prozessiert und ein Steuersignal an den mindestens einen Aktuator sendet, wodurch bewirkt wird, daß der mindestens eine Aktuator die Kraft erhöht, wenn die Kraft kleiner als die ausgesuchte Vorlast ist, bzw. die Kraft verringert, wenn die Kraft größer als die ausgesuchte Vorlast ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft durch
während des Fluges erzeugte dynamische Lasten erhöht und verringert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens
eine Sensormodul eine Vielzahl von redundanten Sensormodulen umfaßt, die
in einer parallelen Anordnung ausgerichtet sind, wobei jedes Sensormodul
eine Vielzahl von Spannungs-Meßaufnehmern zum Wahrnehmen
mechanischer Spannungen aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärts-
Stop Anordnung eine Abwärts-Stop Anordnung folgendes aufweist:
einen mit der Schwenkrotor-Anordnung verbundenen ersten Abschnitt und
einen mit dem mindestens einen Tragflächenelement verbundenen zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt zum lösbaren Aufnehmen des ersten Abschnitts ausgebildet ist.
einen mit der Schwenkrotor-Anordnung verbundenen ersten Abschnitt und
einen mit dem mindestens einen Tragflächenelement verbundenen zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt zum lösbaren Aufnehmen des ersten Abschnitts ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens
eine Sensormodul an den zweiten Abschnitt angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Abschnitt folgendes aufweist:
einen ausladenden Abschnitt, der angepaßt ist, das mindestens eine Sensormodul aufzunehmen und
einen V-förmigen, von dem ausladenden Abschnitt getragenen Block,
wobei der V-förmige Block dazu angepaßt ist, den ersten Abschnitt lösbar aufzunehmen,
wobei der ausladende Abschnitt durch die Kraft unter Spannung gesetzt wird.
einen ausladenden Abschnitt, der angepaßt ist, das mindestens eine Sensormodul aufzunehmen und
einen V-förmigen, von dem ausladenden Abschnitt getragenen Block,
wobei der V-förmige Block dazu angepaßt ist, den ersten Abschnitt lösbar aufzunehmen,
wobei der ausladende Abschnitt durch die Kraft unter Spannung gesetzt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärts-
Stop Anordnung von der Schwenkrotor-Anordnung erzeugte oszillierende
Lasten isoliert und absorbiert.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
oszillierenden Lasten Schräglasten (pitch loads) und Gierlasten sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräglasten
durch den ersten Abschnitt isoliert und absorbiert werden und daß die
Gierlasten durch den V-Block isoliert und absorbiert werden.
16. Bei einem Schwenkrotor-Luftfahrzeug mit einem Rumpf, mindestens einem
mit dem Rumpf verbundenen Tragflächenelement und einer schwenkbar mit
dem mindestens einen Tragflächenelement verbundenen Schwenkrotor-
Anordnung ein Verfahren zum Beibehalten einer ausgesuchten Vorlast
zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen
Tragflächenelement mit folgenden Schritten:
Bereitstellen mindestens eines Aktuators zum Verschwenken der Schwenkrotor-Anordnung relativ zu dem mindestens einen Tragflächenelement,
Anordnen einer Abwärts-Stop Anordnung zwischen der Schwenkrotor- Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement,
Verbinden von mindestens einem Sensormodul mit der Abwärts-Stop Anordnung,
elektrisches Anschließen von mindestens einem Mikroprozessor an das mindestens eine Sensormodul,
Verschwenken der Schwenkrotor-Anordnung relativ zu dem mindestens einen Tragflächenelement mittels des Aktuators,
Erzeugen einer Kraft zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement,
Unter-Spannung-Setzen der Abwärts-Stop-Anordnung mit der Kraft, Wahrnehmen der Kraft in der Abwärts-Stop-Anordnung mit dem mindestens einen Sensormodul und Erzeugen eines korrespondierenden Signals,
Interpretieren des Signals mit dem Mikroprozessor,
Senden eines Steuersignals von dem Mikroprozessor an den mindestens einen Aktuator als Antwort auf das Signal,
Erhöhen der Kraft mittels des Aktuators, wenn die Kraft unterhalb der ausgesuchten Vorlast liegt, und
Verringern der Kraft mittels des Aktuators, wenn die Kraft oberhalb der ausgesuchten Vorlast liegt.
Bereitstellen mindestens eines Aktuators zum Verschwenken der Schwenkrotor-Anordnung relativ zu dem mindestens einen Tragflächenelement,
Anordnen einer Abwärts-Stop Anordnung zwischen der Schwenkrotor- Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement,
Verbinden von mindestens einem Sensormodul mit der Abwärts-Stop Anordnung,
elektrisches Anschließen von mindestens einem Mikroprozessor an das mindestens eine Sensormodul,
Verschwenken der Schwenkrotor-Anordnung relativ zu dem mindestens einen Tragflächenelement mittels des Aktuators,
Erzeugen einer Kraft zwischen der Schwenkrotor-Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement,
Unter-Spannung-Setzen der Abwärts-Stop-Anordnung mit der Kraft, Wahrnehmen der Kraft in der Abwärts-Stop-Anordnung mit dem mindestens einen Sensormodul und Erzeugen eines korrespondierenden Signals,
Interpretieren des Signals mit dem Mikroprozessor,
Senden eines Steuersignals von dem Mikroprozessor an den mindestens einen Aktuator als Antwort auf das Signal,
Erhöhen der Kraft mittels des Aktuators, wenn die Kraft unterhalb der ausgesuchten Vorlast liegt, und
Verringern der Kraft mittels des Aktuators, wenn die Kraft oberhalb der ausgesuchten Vorlast liegt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft durch
während des Fluges erzeugte dynamische Lasten erhöht und verringert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des
Verbindens mindestens eines Sensormoduls mit der Abwärts-Stop-
Anordnung durch Verbinden einer Vielzahl redundanter Sensormodule in
einer parallelen Anordnung an die Abwärts-Stop-Anordnung erreicht wird,
wobei jedes Sensormodul eine Vielzahl von Meßaufnehmern zum
Wahrnehmen mechanischer Spannungen aufweist.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des
Anordnens einer Abwärts-Stop-Anordnung zwischen der Schwenkrotor-
Anordnung und dem mindestens einen Tragflächenelement durch Anordnen
eines ersten Abschnitts an der Schwenkrotor-Anordnung und Anordnen eines
zweiten Abschnitts an dem mindestens einen Tragflächenelement erreicht
wird.
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