DE1299535B - Steuereinrichtung fuer Kippfluegelflugzeuge - Google Patents

Steuereinrichtung fuer Kippfluegelflugzeuge

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DE1299535B
DE1299535B DEH40476A DEH0040476A DE1299535B DE 1299535 B DE1299535 B DE 1299535B DE H40476 A DEH40476 A DE H40476A DE H0040476 A DEH0040476 A DE H0040476A DE 1299535 B DE1299535 B DE 1299535B
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Germany
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arm
thrust
flight
wing
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Nelson Stanley Oscar
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HILLER AIRCRAFT CORP
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0091Accessories not provided for elsewhere
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
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    • B64C29/0008Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B64C29/0016Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0033Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being tiltable relative to the fuselage

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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  • Mechanical Control Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für Kippflügelflugzeuge zur Durchführung des Übergangs vom Vertikal- zum Horizontalflug und umgekehrt, wobei sich die Wirkung der Steuerorgane beim Wechsel der Flugart ändert.
  • Ein wesentliches Problem beim Flugbetrieb von Kippflügelflugzeugen liegt darin, daß die Durchführung der Steuerbewegung sich bei der Umstellung vom Vertikalflug auf den Horizontalflug oder umgekehrt ändert und damit an den Flugzeugführer außerordentlich hohe Anforderungen in bezug auf die Aufmerksamkeit und Beobachtung der augenblicklichen Flugeigenschaften der Maschine während des Übergangs gestellt werden.
  • Durch diese Schwierigkeiten war die Verwendung von Kippflügelflugzeugen weitgehend problematisch. Um diese Probleme zu vermeiden, ist es bekannt, die Tragflächen des Flugzeugs starr auszubilden und nur die Triebwerke selbst kippbar auszubilden. Abgesehen davon, daß dieses Lösungsprinzip zu einer erheblichen Komplizierung in der Lagerung der Triebwerke und damit zu einer wesentlichen Gewichtserhöhung führt, sind die Flugeigenschaften relativ ungünstig, insbesondere da für den Vertikalflug die normalerweise vorhandenen Steuerflächen keine oder nur eine sehr ungenügende Steuerwirkung haben.
  • Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, beim Vertikalflug die bei Hubschraubern verwendeten Steuermethoden, nämlich Verstellung des Anstellwinkels der Luftschrauben oder zusätzliche Steuertriebwerke zu verwenden.
  • Die Erfindung will eine Steuereinrichtung schaffen, bei der für den Vertikalflug die konventionellen Steuerungsmittel für den Horizontalflug angewendet werden.
  • Bekannte Grundsätze der Automatisierung der Steuerbewegung führen zu außerordentlich komplizierten Einrichtungen, die nicht nur teuer sind, sondern auch infolge der Störungsanfälligkeit die Flugsicherheit wesentlich beeinträchtigen.
  • Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine derartige Steuereinrichtung für Kippflügelflugzeuge zu schaffen, bei der mit konstruktiv einfachen Mitteln die Steuerwirkung von Steuerpedalen und Steuerknüppel unabhängig von der Kipplage der Flügel, d. h. unabhängig von der augenblicklichen Fluglage gleichbleibt.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Integrationsgetriebe, das zur Giersteuerung im Horizontalflug die Steuerbewegung von den Steuerpedalen auf das Seitenruder und im Vertikalflug auf die Querruder überträgt und zur Rollsteuerung im Horizontalflug die Steuerbewegung vom Steuerknüppel auf die Querruder und im Vertikalflug auf eine die Schubkraft der Triebwerke ändernde Anordnung überträgt, wobei der Übergang von einem Steuerorgan auf das andere proportional zur Drehung des Kippflügels erfolgt.
  • Durch diese erfindungsgemäße Anordnung bleibt also die Reaktion des Flugzeugs auf bestimmte Steuerbewegungen in jeder Fluglage praktisch gleich, so daß die Aufmerksamkeit des Flugzeugführers weitgehend für den übrigen Flugbetrieb freigehalten ist.
  • Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, daß die Übertragung der Wirkung der Steuerbewegung der Steuerpedale vom Seitenruder auf die Querruder bzw. des Steuerknüppels von den Querrudern auf die die Schubkraft ändernde Anordnung bzw. umgekehrt graduell erfolgt. Dabei kann die Änderung der Steuerwirkung der Steuerpedale bzw. des Steuerknüppels eine Funktion, des Kippwinkels der Kippflügel sein.
  • Um eine außerordentlich einfache und vor allem betriebssichere Steuereinrichtung zu erreichen; weist das Integrationsgetriebe vorzugsweise einen ersten Hebelarm auf, der mit der Seitenruderbetätigung verbunden ist und einen zweiten Hebelarm aufweist, der mit der Querruderbetätigung verbunden ist, wobei die die Schubkraft der Triebwerke ändernde Anordnung mit beiden Hebelarmen in einer solchen Betriebsverbindung steht, daß die wirksame Länge der Hebelarme bei deren Schwenkbewegung sich entsprechend dem proportionalen Übergang ändert.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein mit der Steuereinrichtung ausgestattetes Kippflügelflugzeug; F i g. 2 ist eine Vorderansicht auf ein Kippflügelflugzeug; F i g. 3 ist eine Seitenansicht eines Kippflügellugzeugs; F i g. 4 und 5 sind teilweise schematische Schnitte, die eine Flügelkippvorrichtung zeigen; F i g. 6 ist eine graphische Erläuterung der an den Flügeln angreifenden Kräfte; F i g. 7 eine schematische Erläuterung der Steuerungseinrichtung; F i g. 8 ist ein teilweiser Schnitt eines waagerecht angeordneten Flügels, wobei eine Steuereinrichtung gezeigt ist; F i g. 9 ist ein teilweiser Schnitt des senkrecht angeordneten Flügels mit der Steuereinrichtung; F i g. 10 ist eine schematische Erläuterung der Steuereinrichtung.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird lediglich zum Zwecke der Erläuterung ein möglicher Entwurf für ein Kippflügelflugzeug 1 gezeigt, das einen Rumpf 2, eine Tragfläche 3 und ein Heck 4 aufweist. Der Rumpf 2 besitzt eine Pilotenkabine 5 und Räder 6 und 7 zum Landen und Bewegung auf dem Erdboden.
  • Die Tragfläche 3 besteht aus einem rechten und linken Flügel 9 und 10, und weist Querruder 11 und 12 auf. Die Flügel 9 und 10 bilden eine Baueinheit, die um eine Achse 13 geschwenkt werden kann, die sich parallel zu den Flügeln erstreckt. Das Schwenken der Flügel kann durch eine Anzahl von Bauanordnungen erzielt werden. Zum Zwecke der Erläuterung ist (F i g. 4, 5, 8 und 9) eine Vielzahl an Halterungen 14 gezeigt, die starr an der Tragfläche 3 befestigt sind. Die Halterungen 14 sind drehbar auf Zapfen 15 gelagert, die starr an dem Rumpfrahmen 2a längs der Achse 13 befestigt sind. Mit wenigstens einem Halterungsarm 14a (F i g. 4 und 5) ist drehbar die Stange 16 eines hydraulischen Zylinders 17 verbunden, der drehbar an dem Rumpfrahmen 2a bei 18 angelenkt ist. Die mechanische Anordnung ist dergestalt getroffen, daß ein Hub der Stange 16 die Tragfläche zwischen der in der F i g. 3 in ausgezogenen Linien gezeigten waagerechten Lage und der gestrichelt gezeigten senkrechten Lage bewegt.
  • Die Motorenumkleidungen 20 sind direkt an der Tragfläche angebracht, und die Achse 21 jeder derselben ist praktisch seitlich längs der Länge des zugehörigen Flügels 9 oder 10 zentriert. Die Propeller 22 weisen einen ausreichend großen Durchmesser auf und befinden sich in unmittelbarer Nähe der Vorderkante der Tragfläche 3, so daß praktisch die gesamte Tragfläche 3 sich im Propellerstrahl befindet, wie es durch die Linie 22a angezeigt ist. Da die Flügel und Propeller zusammengeschwenkt werden, tauchen die Querruder 11 und 12 kontinuierlich in den Propellerstrahl unabhängig von dem Kippwinkel ein. Somit sprechen die Querruder kontinuierlich auf die Pilotensteuerung an. In diesem Zusammenhang ist der Propellerdurchmesser bei der Bestimmung der Flügelspannweite zu beachten, um so das Auftreten einer übermäßig großen Flügelfläche jenseits des Propellerstrahles zu verhindern, der während des Übergangsfluges zu einem Überziehen der Flügelspitze führen könnte. Auf Grund des erhöhten Auftriebes mit Richtungsschub können die Flügelspitzen verkürzt werden, wie es gestrichelt in der F i g. 1 gezeigt ist.
  • Für den Normalflug weist das Heck 4 ein Seitenruder 24 und Höhenruder 25 (F i g. 3) auf. Während des senkrechten und Übergangsfluges steuern andere Steuerelemente die Gierbewegung, wie es weiter unten erläutert ist, es sind jedoch ebenfalls Hilfsvorrichtungen vorgesehen, die speziell während der Flugbedingungen die Längsneigung steuern, wenn eine geringe nach vorn gerichtete Geschwindigkeit die Höhenruder 25 praktisch unwirksam macht. Derartige Vorrichtungen können ein kleines Strahltriebwerk 26 aufweisen, das ein Düsenrohr 27 aufweist, das geteilt ist, um so selektiv entweder nach oben oder nach unten am Heck einen Schub abzugeben. Natürlich braucht dieses zusätzliche Strahltriebwerk 26 zur Nicksteuerung nur während des senkrechten Fluges angewandt zu werden, wenn die Höhenruder unwirksam sind.
  • Unter Bezugnahme auf die F i g. 6 sind schematisch und graphisch die Kräfte gezeigt, die an einem Kippflügel und Propeller angreifen. Aus der Vektoranalyse ergibt sich, daß ein positives Rollen durch einen positiven (Auftrieb) Querruderausschlag A+ und einen positiven (Vorwärts-) Schub T+ erzielt wird. In ähnlicher Weise wird eine positive Gierbewegung, die den Flügel nach vorn um die senkrechte Rumpfachse zu dreht, durch eine zusammengesetzte Kraft aus einem positiven Schub T+ und einer negativen (nach unten) Querruderkraft A- erreicht. Bei waagerechter Anordnung der Tragfläche fällt der Schubwinkel a mit dem Giervektor zusammen, und in diesem Zustand bewirkt der Schub nur eine Gierung. Bei senkrechter Anordnung der Tragfläche fällt die Schubrichtung mit dem Rollvektor zusammen, und somit führt eine Betätigung einer Schub-Differentialvorrichtung nur zu einer Steuerung der Rollbewegung. Man sieht ebenfalls, daß die auf den Schub zurückzuführende Gierungskraft in jedem Winkel in Beziehung zu dem Kosinus des Kippwinkels a steht, der von der Waagerechten gemessen ist, und daß das auf den Schub zurückzuführende Rollen in Beziehung zu dem Sinus des Kippwinkels steht. Weiterhin führt die Bewegung eines Querruders nur dann zu einem Rollen, wenn sich die Tragfläche in der waagerechten Lage befindet, und führt nur dann zum Gieren, wenn sich die Tragfläche in der senkrechten Lage befindet. Bei der Steuerung des Querruders verändert sich die Gierbewegung mit dem Sinus des Kippwinkels und das Rollen verändert sich mit dem Kosinus des Schwenkwinkels. Somit wird in allen Übergangsstufen zwischen der waagerechten und senkrechten Richtung durch die waagerechte Komponente des Vorwärtsschubes verringert um die waagerechte Komponente des Querruderauftriebes, die in Richtung nach hinten des Flugzeugs wirkt, das Gieren herbeigeführt, und das Rollen ist die Summe der senkrechten Komponenten der Schub- und Querruderkräfte. Alge-, braisch dargestellt, ergibt sich das folgende: Gieren = T cos a - A sin a, Rollen = T sin a -E- A cos a.
  • Da sich diese Flugeigenschaften aus einer Kombination von Schub- und Auftrieb in sich verändernden Verhältnissen ergibt, ist es praktisch ohne spezielle Steuerungen für einen Piloten unmöglich, bei einem beliebigen Flügelwinkel zu wissen, wie die Steuerungen betätigt werden müssen, um den Differentialschub und/ oder Auftrieb zu verändern, um so die gewünschten Flugeigenschaften zu erzielen.
  • Ein Integrationsgetriebe verteilt die Steuerbefehle des Piloten in einem geeigneten Verhältnis auf die Querruder und Schubsteuervorrichtung, so daß die gewünschte Größe des Rollens oder Gierens herbeigeführt wird. Unter Bezugnahme auf die F i g. 7 bis 10 weist das Steuerungssystem des Piloten übliche Fußpedale 30 auf, die wahlweise heruntergedrückt werden können, um das Pedalkabel 31, das über Seilscheiben32 geführt ist, in der entsprechenden Richtung zu ziehen. In ähnlicher Weise kann das herkömmliche Steuerrad 33 gedreht werden, um so eine Kraft längs eines über Scheiben 35 geführten Kabels 34 weiterezuleiten. Die durch die Kabel 31 und 34 übertragen Bewegung wird durch ein Integrationsgetriebe auf die Steuerorgane verteilt. Das Pedalkabel 31 ist z.tB. an entgegengesetzten Enden mit der Segmenroberfläche eines Pedalsektors 36 verbunden, der an eine Welle 37 befestigt ist, die drehbar in Lagerungen 38 gelagert ist, die durch Halterungen 39 starr mit dem Rumpfrahmen 2a verbunden sind. Die Welle wird über einen Bogen gedreht, der durch die längsseitige Bewegung des Pedalkabels 31 bestimmt wird. Wenn die Welle 37 gedreht wird, wirkt dieselbe über ein Gierintegrationsgetriebe 42 (im folgenden beschrieben), um so einen Arm 43 desselben um einen Bogen zu drehen und hierdurch dem drehbar mit dem Arm verbundenen Giersteuerglied 44 eine längsseitige Bewegung zu vermitteln. Ein Glied 43a verbindet die Welle 37 und den Arm 43, um so die Bewegung des Armes 43 in einer einzigen Ebene zu beschränken. Neben der Abgabe einer Bewegung an das Gierintegrationsgetriebe sind auf den Sektor ebenfalls Kabel 40 aufgewickelt, die schematisch gezeigt sind, um so das herkömmliche Seitenruder zur Giersteuerung bei normalen Flug zu betätigen.
  • Das Integrationsgetriebe weist ebenfalls einen Steuerradsektor 45 auf, der an einer Welle befestigt ist, die drehbar in einer Lagerung 46 angeordnet ist, die an dem Rumpfrahmen 2a befestigt ist, um so eine gegabelte Verlängerung 47 der Welle auf Grund der Bewegung des Steuerradkabels 34 zu drehen. Die Wellenverlängerung 47 ist an einem gekrümmten Arm 48 drehbar angelenkt, dessen gegenüberliegendes Ende sich innerhalb eines Bogens mit entsprechender Bewegung des Steuerrades oder des Sektors 45 bewegt.
  • Die durch das Giersteuerglied 44 und den Rollarm 48 übertragene Gier- und Rollbewegung wird an dem Roll-Gier-Integratorhebe150 miteinander vermischt. Das Giersteuerglied 44 ist drehbar an einem Schenkel 51 befestigt, der an dem Ende des normalerweise waagerechten Armes 52 des zweiarmigen Integratorhebels 50 getragen wird. Der Rollarm 48 ist drehbar mit dem Ende des normalerweise senkrechten Armes 53 verbunden, wobei die Drehverbindung 54 eine weitere Schwenkverbindung darstellt. Wenn - somit entweder das Giersteuerglied oder der Rollarm bewegt werden, wird hierdurch der Integratorhebelarm 52 oder 53, mit dem derselbe verbunden ist, um die Schwenkverbindung in dem anderen Arm gedreht. Somit wird die durch den Piloten über das Pedal abgegebene Bewegung in eine Drehbewegung des waagerechten Armes 52 um die Achse 55 des anderen Armes 53 übersetzt, der normalerweise mit der senkrechten Achse 55 zusammenfällt, und durch das Steuerrad wird der senkrechte Arm 53 um die Achse 56 des anderen Armes gedreht, der normalerweise längs der waagerechten Achse 56 liegt. Für den Fall, daß beide Steuerungen gleichzeitig bewegt werden, werden natürliche beide Arme und somit beide Schenkel gleichzeitig bewegt. Somit wird sodann jeder Arm um eine Achse gedreht, die sich selbst verschoben hat, so daß von dem Integrationsgetriebe eine zusammengesetzte Wirkung abgegeben wird, wie es schematisch . in der F i g. 9 erläutert ist. Aus dieser Figur ergibt sich, daß die Arme 53 und 52 beide die Drehhebel und veränderlichen Achsen bilden.
  • An dem Integratorhebel 50 wird drehbar um einen - Drehzapfen 58, der normalerweise konzentrisch zu der Flügeldrehachse 13 liegt, ein Steuerarm 59 für das Querruder getragen, der selbst drehbar um einen querseitigen Drehstift 60 mit einem Steuerarm 61 für den Schub verbunden ist. Die drehbar angelenkten Verbindungsstücke 58 und 60 stellen mit dem Integratorhebel50 eine Kardangelenkverbindung dar, die die weiter oben beschriebene zusammengesetzte Bewegung ermöglicht. Wenn der Steuerarm 61 für den Schub gedreht wird, schwenkt derselbe den Steuerarm 62 für den Schubsektor um einen Drehstift 63. Der Drehstift 63 ist auf einer Halterung 64 angeordnet, die an der Verstärkung 3a der Tragfläche 3 befestigt ist. Wenn der Arm 61 den Arm 62 über das Verbindungsstück 61a dreht, wird ein kreisbogenförmiger Sektor 56 gedreht, und das Kabel 66 betätigt über Scheiben 67 eine Blattverstellvorrichtung 66 (F i g. 1), , um einen Schubunterschied zwischen den Propellern 22 durch Blattverstellung zu bewirken.
  • Wenn der Steuerarm 59 der Quersteuerung gedreht wird, dreht derselbe über das Glied 71 einen Sektor-- arm 70, um so die Steuerkabel 72 über den Sektor 73 , zu wickeln. Die Kabel werden über Scheiben 74 geführt, um so den Querrudern 11 und 12 eine Differentialbewegung zu vermitteln.
  • Die Halterung 64, auf der der Schubdifferentialsektor gedreht wird, ist an einer längsseitigen Verstrebung 3a der Tragfläche befestigt, und die Halterung 73a der Steuerung für das Querruder ist an der Flügeloberfläche befestigt, so daß sich beide Halterungen mit den Flügeln 9, 10 um die Flügelverstellachse 13 drehen, die die entsprechenden Steuerarme 59 und 61 trägt. Wenn sich somit die Flügel in der waagerechten Lage befinden, wie in der F i g. 8 gezeigt, dreht sich der Schubdifferentialsektor um die senkrechte Achse 55, und der Steuersektor 73 der Quersteuerung dreht sich mit der Drehbewegung des Steuerarmes 59 der Quersteuerung um die waagerechte Achse 56 (F i g. 9). In diesem Zustand wickelt die Drehbewegung des normalerweise waagerecht angeordneten Integratorarmes 52, die durch das Giersteuerglied 44 entsteht, das Kabel 66 auf dem Schubdifferentialsektor 65 auf, jedoch läuft die Schwenkverbindung 59a in dem Arm 59 zur Rollsteuerung leer, so daß keine Bewegung des Sektors 73 zur .Steuerung der Querruder erfolgt. Wenn sich somit die Tragfläche 3 in der waagerechten Lage befindet, führt die Pedalsteuerung lediglich zu einem Schub, d. h. nur einem Gieren. In ähnlicher Weise bedingt die Drehbewegung des senkrechten Armes 53 auf Grund der Rollsteuerung, daß der Arm 59 entsprechend bewegt wird, um so die Querruder zu steuern, während die Schwenkverbindung bei 60 den Schubsektor unbeeinflußt läßt. Wenn sich die Trägfläche 3 in der waagerechten Lage befindet, bewirkt somit eine Betätigung des Steuerrades nur eine Beeinflussung der Querruder, d. h. nur eine Steuerung der Rollbewegung.
  • Wenn sich die Tragfläche in der senkrechten Lage befindet, wie in der F i g. 9 gezeigt, wird der Steuersektor 65 des Schubstellers nur durch den Rollsteuerarm 48 gedreht, und der Quersteuersektor 73 wird nur durch den Giersteuerarm 44 gedreht. Somit steuern unter dieser Bedingung die Pedale immer nur noch die Gierbewegung, obgleich die Gierbewegung nunmehr durch die Querruder gesteuert wird. In ähnlicher Weise steuert das Steuerrad nur die Rollbewegung, das durch den Schubunterschied in einer senkrechten Richtung bedingt wird. Somit führt die Betätigung einer gegebenen Steuervorrichtung, gleichgültig ob Steuerrad oder Pedal, entweder in der waagerechten oder senkrechten Lage der Tragfläche zu der gleichen Wirkung, entweder Rollen oder Gieren des Flugzeugs. Das Integrationsgetriebe ist dazu vorgesehen, daß eine gegebene Wirkung sowohl der Quersteuerung als auch des Schubdifferentialsteuerung auf die Bewegung jeder der Pedale oder des Steuerrades bei irgendeinem Übergangszustand der Flügel zwischen ihren waagerechten und senkrechten Anordnungen erfolgt. Das Verhältnis, in dem die jeder Steuervorrichtung vermittelte Bewegung unterteilt wird, hängt von dem Kippwinkel der Tragfläche ab. Der Steuerarm 59 der Quersteuerung dreht sich mit dem Kippen der Tragfläche 3 aus seiner Lage senkrecht zu der Drehachse, die normalerweise längs der Rollachse 56 liegt. Somit wird der wirksame Bogenradius, der durch den Steuerarm 59 an den Sektorarm 70 übertragenen Bewegung bei der Drehbewegung um die waagerechte Integratorachse 56 allmählich als eine Funktion des Kosinus des Flügelkippwinkels bei der Messung von der Waagerechten aus verkürzt. Gleichzeitig wird dessen wirksame Länge um die normale senkrechte Achse 55 als eine Funktion des Sinus des Flügelkippwinkels allmählich vergrößert. In ähnlicher Weise nimmt der wirksame Radius des Schubdifferentialsektors 62 um die senkrechte Achse 55 als eine Kosinusfunktion ab, und dessen wirksame Länge um die waagerechte Achse 56 nimmt als eine Sinusfunktion beim Kippen des Flügels von der Waagerechten zu.
  • Somit dreht bei jedem gegebenen Kippwinkel eine Drehung des senkrechten Integratorarmes 53 unter dem Einfluß des Steuerradsektors 45 den Steuerarm 59 der Quersteuerung um die waagerechte Achse 56. Da der wirksame Radius des hierdurch gezogenen Bogens in Beziehung zu dem Kosinus des Flügelkippwinkels steht, wird eine maximale Quersteuerwirkung nicht erzielt. Da sich die Drehachse 63 der Schubsteuerung in Richtung auf die Waagerechte verschoben hat, weist der Schubsektorarm 62 nunmehr eine senkrechte Radiuskomponente auf, die in Beziehung zu dem Sinus des Flügelkippwinkels steht. Somit wird die durch das Steuerrad ausgeübte Wirkung in zwei Komponenten unterteilt, und zwar eine Komponente, die durch den Kosinus des Flügelkippwinkels modifiziert ist und die Querruder steuert, und die zweite Komponente ist durch den Sinus des Flügelkippwinkels modifiziert und steuert den Schub. Dies entspricht dem folgenden Formelbild: Rollen = T sin a + A cos a, somit W - T' sin a + A' cos a, wobei W = Steuerradeingabe, A' = Steuerarmbewegung des Querruders, T' = Steuerarmbewegung des Schubsektors ist. In ähnlicher Weise führt die Pedalbetätigung, d. h. die Drehbewegung des waagerechten Integratorarmes 52 zu einer Drehbewegung eines allmählich in seiner Wirksamkeit zunehmenden Steuerarmes 59 für das waagerechte Querruder sowie einem allmählich in seinem Wirkungsgrad abnehmenden Sektorarm 62 für den senkrechten Schub. Es ergibt sich somit nach der Formel: Gierung = T cos a - A sin a. Die Pedaleingabe (P) ergiebt sich wie folgt: P-T'cosa-A'sina.
  • Es ist zu beachten, daß, falls sich die Tragfläche 3 in einem Übergangszustand befindet, die Pedaleingabe in Richtung des Pfeiles Y zur Erzielung der Gierbewegung den Schubdifferentialsektor 65 nach links schwenkt, jedoch den Steuerarm 70 des Rollintegrators nach rechts bewegt, und die in Richtung des Pfeiles R ausgeführte Steuerradeingabe schwenkt den Schubdifferentialsektor 65 nach links und zieht ebenfalls den Sektorarm der Querrudersteurung nach links. Somit drehen sich der Schubsteuersektor 65 und der Steuersektor 73 der Quersteuerung in der gleichen Richtung, um das Rollen zu steuern, sie bewegen sich jedoch in der entgegengesetzten Richtung, um das Gieren zu steuern. Dies steht in Übereinstimmung mit den oben abgeleiteten Formeln, die zeigen, daß das Gieren durch positive Schubkraft und negative Querruderkraft gesteuert wird, während das Rollen eine aus positiver Schubkraft und positiver Querruderkraft zusammengesetzte Kraft ist.
  • Aus Gründen der Einfachheit ist weiter oben die Pedaleingabe so beschrieben worden, als ob dieselbe vollständig und direkt von dem Sektor 36 auf den Steuerintegratorarm 52 übertragen wird, um so eine Gierkomponente durch den Schubunterschied innerhalb aller Stufen der Flügelneigung zu ergeben. Bei Kippen der Flügel in ihre waagerechte Lage und bei Annäherung des Flugzeugs an den Horizontalflug wird das Seitenruder 24 des Flugzeugs jedoch zur Giersteuerung immer wirksamer. Da das Ruder für den Zweck wirksamer als die Propeller ist und hierbei die Motoren weniger beansprucht werden, ist es zweckmäßig, die Motoren für die Giersteuerung bei dem waagerechten Flug nicht in Anwendung zu bringen. Zu diesem Zweck ist ein Gierintegrator 42 einschließlich eines Bügels 80 für die Giersteuerwelle (F i g. 10) vorgesehen, der auf der Pedalwelle 37 getragen wird. Zwischen den Armen des Bügels 80 ist drehbar auf Drehzapfen 81 ein allgemein rechtwinkliger Rahmen 82 abgestützt, der drehbar in seiner Mitte einen Drehzapfen 83 trägt. Mit dem mittleren Drehzapfen sind starr zwei weitere Drehzapfen 84 und 85 verbunden, die zueinander senkrecht angeordnet sind. Der Drehzapfen 84 ist ein Steuerzapfen und zwischen den Armen eines Steuerbügels 86 angeordnet, der vorläufig als mit der Tragfläche 3 befestigt betrachtet werden kann, so daß der Drehzapfen 84 parallel zu der Tragfläche liegt und sich mit derselben von der senkrechten in die waagerechte Lage bewegt.
  • Der Drehzapfen 85 wird drehbar zwischen den Armen eines Bügels 87 für die Pedalbewegung getragen, wobei dieser Bügel auf dem Arm 43 des Gierintegrators getragen wird. Die Zeichnungen zeigen, daß bei waagerechter Lage der Tragfläche 3 der Steuerzapfen 84 des feststehenden Bügels 86 sich senkrecht zu der Pedalwelle 37 befindet, und da er sich als ein feststehendes Bauteil nicht dreht, hält er den Arm 43 gegen eine Drehbewegung, so daß die Welle 37 sich um den Drehzapfen 83 drehen kann. Bei senkrechter Anordnung der Tragfläche liegt jedoch der feststehende Steuerzapfen 84 konzentrisch zu der Pedalwelle 37, so daß die Drehung des Bügels 80 den Drehzapfen 85 um den Steuerzapfen 84 dreht, um so den Bügel 87 ebenfalls zu schwenken, wodurch die volle Bewegung des Armes 43 des Gierungsintegrators erzielt wird. Es wird somit eine zusammengesetzte Giersteuerung erhalten. Ist die Tragfläche in der senkrechten Lage hat der Schub keine Einwirkung auf die Gierbewegung, jedoch bei Verringerung der Flügelneigung in Richtung auf die Waagerechte führt der Steuerungsintegrator 50 für das Gieren und Rollen allmählich eine Schubkomponente ein, die mit den Querrudern zur Steuerung der Gierbewegung kombiniert wird. Gleichzeitig wird diese Wirkung in einem gewissen Ausmaß durch den Gierintegrator 42 kompensiert, der auf Grund der Wirkung der doppelten Kardanverbindungen 81, 84, 85 weniger und weniger Bewegung auf Grund der Pedalbetätigung an den Integrator abgibt. Sobald der Schub *als das zum Gieren führende Mittel wird, wird weniger und weniger Pedaleingabe gegeben, bis dem Integrationsgetriebe in der waagerechten Lageanordnung der Flügel keine Pedaleingabe mehr vermittelt wird. Es versteht sich jedoch, daß während dieser Zeit die das Seitenruder betätigenden Kabel 40 (F i g. 7) die normale Pedaleingabe übertragen, so daß bei Vorliegen der Flügel in der waagerechten Fluglage, in der das Ruder wirksam wird, ein Wegfall der Schubsteuerung zweckmäßig ist. Als Sicherheitsmaßnahme ist eine Überlastungssperre vorgesehen, die das Gierintegrationsgetriebe auslöst und eine mechanische Zerstörung irgendwelcher Bauelemente für den Fall verhindert, daß eine übermäßige Pedal betätigung unter Verklemmen der Steuerungseinrichtungen erfolgt. Zu diesem Zweck wird der feststehende Steuerbügel 86 auf einem Arm 90 getragen, der sich von einem Nockenbauteil 91 aus erstreckt, das drehbar auf einer Halterung 92 angelenkt ist, wobei diese Halterung an der Flügelverstärkung 3a befestigt ist. Der Nocken 91 wird durch den Eingriff eines Nockenstößels 93 in einer Vertiefung 91a in der Nockenoberfläche an einer Drehbewegung gehindert. Der Stößel 93 wird drehbar auf einem Arm 94 getragen, der drehbar bei 95 an dem Flügel angelenkt und gegen die Nockenvertiefung 91 a unter der Krafteinwirkung einer starken Feder 96 gedrückt wird. Wenn jedoch die Steuereinrichtung verklemmt ist und gegen den Arm 90 des Steuerbügels eine übermäßige Verdrehungskraft ausgeübt wird, kann der Stößel aus der Vertiefung in der Nockenoberfiäche herausgebracht und der Arm 90 gelöst werden. Das Flugzeug wird gestartet, indem die Flügel 9, 10 und die Propellerwellen 21 durch Betätigung des hydraulischen Zylinders 17 senkrecht nach oben gestellt werden. Durch die Propeller 22 wird ein Schub zum Anheben des Flugzeugs von dem Erdboden geliefert, wobei die Nicksteuerung 27 unter Anwendung des Strahltriebwerks vorgenommen wird, um so das Flugzeug waagerecht zu halten. Zur Giersteuerung betätigt der Pilot die üblichen Pedale. Unter koaxialer Drehung des Steuerungsbügels 86 zu der Welle 37, ist diese Welle frei drehbar, und der Giersteuerarm 43 dreht sich um einen vollen Hub, um so den waagerechten Arm 52 des Roll-Gier-Integrators um den normalerweise senkrechten Arm 53 zu schwenken. Bei senkrechter Anordnung der Flügel bewegt sich der Steuerarm 59 der Quersteuerung mit dem waagerechten Integratorarm 52, und die Querruder erzeugen ein Giermoment. Die Anwendung der Querruder zum Gieren ist während des senkrechten Fluges möglich, da die Abmessungen der Propeller und Flügel dergestalt sind, daß praktisch die gesamte Fläche der Querruder sich immer innerhalb des Propellerstrahles 22a befindet. Für das Rollen wird das Steuerrad so betätigt, daß der gekrümmte Arm 48 geschwenkt und der senkrechte Integratorarm 53 sowie der Schubdifferentialarm 62 gedreht werden.
  • Sobald das Flugzeug Höhe erreicht, beginnt der Übergang in den waagerechten Flug, indem der hydraulische Zylinder 17 betätigt wird, um so die Flügel 9, 10 wieder in ihre waagerechte Lage zurückzubringen. In diesem Zustand sind die Quersteuer- und Schubdifferentialsteuerarme 59 und 62 zwischen den Achsen der waagerechten und senkrechten Integratorarme 52 und 53 angeordnet. Somit stellt der wirksame um eine gegebene Achse abgegebene Bewegungsradius eine Funktion des Flügelkippwinkels dar. Die wirksame Länge eines Steuerarmes 59 der Quersteuerung um die senkrechte Achse 55 nimmt z. B. bei Rückkehr der Flügel in die waagerechte Lage zu, und somit wird die Steuergröße des Querruders auf Grund der Pedal-Betätigung. durch den Sinus des Flügelwinkels von der Waagerechten modifiziert. Gleichzeitig gibt die Pedalbetätigung eine Schubkomponente ab auf Grund eines zunehmenden wirksamen Radius des Schubsteuerungsarmes 62 um die senkrechte Achse. Dies ist eine , Funktion des Kosinus des Flügelkippwinkels. Somit mischt das Integrationsgetriebe 50 eine zunehmende Komponente des Schubes und eine abnehmende Komponente der Querruderkraft auf Grund der durch den Piloten betätigten Pedale, und es wird eine zu- ; nehmende Komponente der Querruderkraft (Auftrieb) und eine abnehmende Komponente des Schubes auf Grund des durch den Piloten betätigten Steuerrades bewegt. Während des Überganges von der senkrechten in die waagerechte Lage wird jedoch durch die doppelten Kardanverbindungen 81, 83, 84, 85 das Gierintegrationsgetriebe die Größe der an den Giersteuerarm 43 abgegebenen Drehbewegung auf Grund einer gegebenen Pedalbetätigung allmählich verringert. Bei Annäherung des Flugzeugs an den waagerechten Flug t wird der Schubunterschied bezüglich der Giersteuerung ein sich verringernder Faktor, und das übliche Seitenruder 24 übernimmt seine normale Funktion. Sobald der horizontale Flug unter waagerechter Anordnung der Flügel erreicht ist, wie in der F i g. 7 gezeigt, wird der Steuerarm 59 der Quersteuerung mit der senkrechten Achse ausgerichtet und wird somit lediglich durch die Steuerradeingabe über den gekrümmten Arm 48 betätigt. In ähnlicher Weise wird der Schubsteuerungsarm 62 für eine vollständige Drehbewegung auf Grund der durch das Glied 44 an den waagerechten Arm 52 des Integrationsgetriebes 50 übertragenen Bewegung angeordnet. Der Steuerbügel 86 ist jedoch nunmehr mit den Flügeln in seine Verschlußlage senkrecht zu der Welle 37 zusammen mit seinem drehbaren Zapfen 84 in die Drehebene des Armes 43 gedreht worden, so daß die Steuereinrichtung verriegelt ist. Die durch das Pedal betätigte Welle 37 ist jedoch frei, um eine Drehung um den Drehzapfen 83 auszuführen.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Steuereinrichtung für Kippflügelflugzeuge zur Durchführung des Übergangs vom Vertikal- zum Horizontalflug und umgekehrt, wobei sich die Wirkung der Steuerorgane beim Wechsel der Flugart ändert, gekennzeichnet durch ein Integrationsgetriebe (42, 50), das zur Giersteuerung im Horizontalflug die Steuerbewegung von den Steuerpedalen (30) auf das Seitenruder (24) und im Vertikalflug auf die Querruder überträgt und zur Rollsteuerung im Horizontalflug die Steuerbewegung vom Steuerknüppel (33) auf die Querruder (11, 12) und im Vertikalflug auf eine die Schubkraft der Triebwerke ändernde Anordnung (65, 66, 67) überträgt, wobei der Übergang von einem Steuerorgan auf das andere proportional zur Drehung des Kippflügels erfolgt.
  2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Wirkung der Steuerbewegung der Steuerpedale (30) vom Seitenruder (24) auf die Querruder (11, 12) bzw. des Steuerknüppels (33) von den Querrudern (11, 12) auf die die Schubkraft ändernde Anordnung (65, 66, 67) bzw. umgekehrt graduell erfolgt.
  3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Steuerwirkung der Steuerpedale (30) bzw. des Steuerknüppels (33) eine Funktion des Kippwinkels der Kippflügel ist.
  4. 4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrationsgetriebe (42, 50) einen ersten Hebelarm (36) aufweist, der mit der Seitenruderbetätigung (30) verbunden ist, und einen zweiten Hebelarm (45) aufweist, der mit der Querruderbetätigung (43) verbunden ist, wobei die die Schubkraft der Triebwerke ändernde Anordnung (65, 66, 67) mit beiden Hebelarmen (36, 45) in einer solchen Betriebsverbindung steht, daß die wirksame Länge der Hebelarme bei deren Schwenkbewegung sich entsprechend dem proportionalen Übergang ändert.
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