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Die
Erfindung betrifft ein System zur Steuerung der Fluglage bei einem
VSTOL-Flugzeug, bei dem von dem Haupttriebwerk oder den Haupttriebwerken
des Flugzeuges Primärluft
abgezweigt und durch wenigstens eine an wenigstens einer Flugzeugextremität angebrachte
steuerbare Düse
ausgestoßen
wird, wobei die Düse
in einer Vermehrungsanordnung so angebracht ist, daß durch
das Ausstoßen
der primären
Luft ein Strom von Sekundärluft durch
einen Durchlaß der
Vermehrungsanordnung mitgerissen und dadurch der Strom der ausgestoßenen Luft
insgesamt vergrößert wird.
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Unter
einem VSTOL-Flugzeug wird dabei ein Flugzeug verstanden, das feste
Tragflächen
besitzt und entweder vertikal starten und landen kann oder das mit
sehr kurzen Start- bzw. Landebahnen auskommt. Bei derartigen Flugzeugen
sind die normalen aerodynamischen Steuerflächen unwirksam oder nicht genügend wirksam,
solange nicht eine ausreichende Vorwärtsgeschwindigkeit erreicht
wird.
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Bei
einem bekannten Flugzeugtyp dieser Art sind für das senkrechte Starten und
Landen Hubdüsen
vorgesehen, die aus einer vertikalen oder nahezu vertikalen Lage
in eine etwa horizontale Lage für den
Vorwärtsflug
geschwenkt werden können.
Dabei wird zur Steuerung der Fluglage Luft vom Kompressor des Haupttriebwerkes
abgezweigt und steuerbaren Ventilen an den Extremitäten des
Flugzeuges zugeführt.
Nach unten blasende Ventile an der Nase und am Schwanz des Flugzeuges
bewirken die Pitch-Steuerung, zu den Seiten gerichtete Ventile am Schwanz
bewirken die Yaw-Steuerung, und nach oben und nach unten blasende
Ventile an den beiden Tragflächenspitzen
besorgen die Roll-Steuerung.
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Jedes
der Ventile wird durch Mittel angesteuert, die mit der Steuerung
des Flugzeuges und/oder benachbarten Steuerflächen verbunden sind. Beispielsweise
werden die Yaw-Ventile vom Seitenruder gesteuert. Die Zuführung von
abgezweigter Luft zu den Ventilen wird durch ein Hauptventil gesteuert, das
in Abhängigkeit
vom Winkel der Hauptdüse
betätigt
wird. Das Hauptventil wird automatisch geöffnet, wenn die Hub- und Antriebsdüsen in eine
vorgegebene Winkellage in bezug auf die Horizontale bewegt werden,
während
das Ventil umgekehrt automatisch geschlossen wird, wenn diese Düsen in eine
Lage bewegt worden sind, bei der die Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeuges
höher ist
als die kritische Geschwindigkeit oder die Mindestauftriebsgeschwindigkeit.
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Hierbei
sind die aerodynamischen Steuerflächen und die Steuerdüsen in einer
solchen Beziehung zueinander, daß sie ihre Funktion unter den
Betriebsbedingungen ausüben,
für die
sie ausgelegt sind, während
eine gegenseitige Beeinflussung im Sinne einer Verstärkung des
Steuereffektes nicht vorhanden ist.
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Die
Zuführung
von abgezweigter Luft bewirkt natürlich in einem gewissen Maß einen
Verlust an Triebwerkschub, und es wäre daher von Vorteil, wenn
man den Bedarf von dieser Quelle reduzieren könnte, insbesondere da Weiterentwicklungen
dieser Flugzeuge beispielsweise zu einem erhöhten Gewicht führen können, ohne
daß gleichzeitig
der verfügbare
Triebwerkschub erhöht
wird.
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Aus
der
DE-AS 11 30 296 ist
ein System bekannt, bei dem eine Vermehrungsanordnung vorgesehen
ist, bei der die primäre
Luft einen Strom von Sekundärluft
zwecks Strahlverstärkung
mitreißt. Hierdurch
bietet sich die Möglichkeit,
bei einem VSTOL-Flugzeug
während
des Schwebefluges und des Überganges
zur vollen Vorwärts-Fluggeschwindigkeit
eine erhöhte
Luftmenge für
die Fluglagen-Steuerung zur Verfügung
zu stellen, ohne daß hierdurch
dem Triebwerk zusätzliche
Leistung entzogen wird.
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Bei
dem bekannten System ist die Vermehrungsanordnung allerdings starr
ausgebildet, so daß eine
Steuerung nur über
die Änderung
von Menge und Geschwindigkeit der Primärluft möglich ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten
Art zu schaffen, das sich gegenüber
dem bekannten System durch eine größere Vielseitigkeit auszeichnet.
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Die
gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
daß für Steuerzwecke
sowohl die Düse
für die
Primärluft
als auch die Vermehrungsanordnung um eine Achse schwenkbar gelagert
sind, die senkrecht zur Richtung der ausgestoßenen Luft verläuft, und
daß ein
Drehventil vorgesehen ist, das automatisch beim Schwenken der Vermehrungsanordnung
den Primärluftstrom
durch die Vermehrungsanordnung ändert.
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Die
Vermehrung kann durch die Verwendung von speziellen Düsen begünstigt werden,
die eine Verwirbelung in dem Durchlaß erzeugen und damit eine raschere
Mischung der primären
Luft mit sekundärer
Luft bewirken.
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Durch
die Erfindung kann der vermehrte Luftstrom wahlweise zur einen oder
anderen Seite einer die Schwenkachse enthaltenden Ebene je nach
Bedarf ausgestoßen
werden, indem die Vermehrungsanordnung durch Betätigung eines vom Piloten bedienbaren
Steuergliedes gedreht wird, um ein Moment zu erzeugen, durch das
das Flugzeug um die Pitch-, Yaw- oder Rollachse gedreht wird, wenn
die normalen Steuerflächen
wegen zu geringer Vorwärtsgeschwindigkeit
des Flugzeuges unwirksam sind, wobei trotzdem die normale Steuerfläche ihre
Bewegung im Rahmen des ihr zugeordneten Steuersystems fortsetzen
kann. Im Bedarfsfall kann die Vermehrungsanordnung aber auch so
ausgelegt sein, daß Luft
nur in einer Richtung ausgestoßen
wird.
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Wenn
sich die Hubdüsen
des Flugzeuges in einer etwa horizontalen Lage für den Vorwärtsflug befinden, schließt das Hauptventil,
das im Zuführungsweg
der Primärluft
liegt, und das Fluglagesteuersystem wird von der Zufuhr der abgezweigten
Luft abgeschnitten, wobei zugleich die Vermehrungsanordnung in ihrer
neutralen Lage arretiert wird, sobald die Bewegung der normalen
aerodynamischen Steuerfläche
erneut wirksam wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert. In
der Zeichnung bedeuten:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines VSTOL-Flugzeuges mit dem erfindungsgemäßen Fluglagesteuersystem,
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2 eine
Seitenansicht der Schwanzflosse und des Seitenruders des Flugzeuges,
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3 einen
Schnitt durch die Schwanzflosse und das Seitenruder entlang der
Linie 3-3 ind 2,
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4 einen
Schnitt durch die Vermehrungsanordnung entlang der Linie 4-4 in 3,
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5 eine
Schnittansicht der Vermehrungsanordnung entlang der Linie 5-5 in 4,
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6 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems,
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7 eine ähnliche
Schnittdarstellung wie in 3, jedoch
befinden sich hier die Vermehrungsanordnung und das Seitenruder
in einer Arbeitsstellung,
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8 eine
schematische Darstellung einer Düsenanordnung,
bei der die ausgestoßene
Luft verwirbelt wird, und
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9 in
vergrößertem Maßstab eine
Querschnittsdarstellung eines Teils des unteren Anschlußendes der
Vermehrungsanordnung.
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1 zeigt
die Anordnung eines Reaktionssteuersystems in einem VSTOL-Flugzeug 1,
wobei Luft von dem nicht dargestellten Gasturbinen-Düsentriebwerk
abgezweigt und über
Leitungen 2 Reaktionssteuerdüsen P an den Extremitäten des
Flugzeuges zugeführt
wird, und die Zuführung
der Luft durch ein Hauptventil 3 gesteuert wird, das als
Funktion der Bewegung der Hubdüsen 4 arbeitet.
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Die
Erfindung wird hier in ihrer Anwendung als Schwanzflossen-Installation
zur Steuerung des Flugzeuges um die Yaw-achse beschrieben, jedoch kann die Erfindung
ebenso, wie in 1 dargestellt, zur Steuerung
des Flugzeuges um die übrigen
Achsen verwendet werden.
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2,
in der die Schwanzflossenanordnung 5 des Flugzeuges in
einer Seitenansicht dargestellt ist, zeigt eine Flosse 6 und
ein Ruder 7, wobei die Flosse unmittelbar vor der auflaufenden
Kante des Ruders eine Vermehrungsanordnung 8 enthält, die an
die entsprechende Leitung 2 angeschlossen ist, durch die
die abgezweigte Luft zugeführt
wird. Diese Anordnung ist in 3, 4, 5 und 9 deutlicher
dargestellt. Die Vermehrungsanordnung 8 enthält zwei
im Querschnitt tragflächenförmige Seitenwände 9,
deren Außenprofile 10 an
den Querschnitt von Flosse und Ruder angepaßt sind. Die Vermehrungsanordnung
enthält
ferner an Boden und Decke Verschlußplatten 11 und 12,
die eine drehbare Aufhängung
für die
Vermehrungsanordnung an der Flosse 6 um eine Scharnierlinie 13 aufweisen,
die etwa parallel zur Scharnierlinie 14 (2)
des Ruders liegt. Die drehbare Aufhängung enthält ein oberes Lager 15 und
ein unteres Lager 16, wobei das untere Lager zwischen der
Bodenplatte 12 und einem Lagerring 17, der an
der Flosse 6 unterhalb der Platte 12 befestigt
ist, angeordnet ist.
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Die
der Vermehrungsanordnung 8 die Luft zuführende Leitung 2 weist
an ihrem Ende einen aufwärtsgerichteten
Teil auf, der durch den Lagerring 17 verläuft und
in das untere Ende einer Leitung 20 innerhalb der Vermehrungsanordnung
mündet
(9). An der Außenseite
der Leitung 20 ist das Bodenende der Vermehrungsanordnung 8 durch
die Bodenplatte 12 verschlossen, und diese Platte weist
eine Ausnehmung 39 auf, in der das bodenseitige Ende der
Leitung 20 gasdicht befestigt ist. Innerhalb des Bodenendes
der Leitung 20 befindet sich eine mit Löchern versehene Ventilplatte 40.
Eine zweite mit Löchern versehene
Ventilplatte 38, die sich am Ende der Zuführungsleitung 2 befindet,
liegt an der Unterseite der Ventilplatte 40 an, so daß ein Drehventil 19 gebildet wird.
Unmittelbar unterhalb des Drehventils 19 ist zwischen der äußeren Wandfläche der
Leitung 2 und der inneren Wandfläche der Leitung 20 eine
Labyrinthdichtung 18 vorgesehen.
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Oberhalb
ihres unteren Endes gabelt sich die Leitung 20 innerhalb
der Vermehrungsanordnung 8, wobei sich jeweils ein Zweig 41 nach
oben in die Seitenwände 9 erstreckt.
In vertikalen Abständen
erstrecken sich Düsen 21 horizontal über den
zwischen den Seitenwänden 9 befindlichen
Raum 22 und bilden eine leiterartige Anordnung. Die Enden
der Düsen 21 verlaufen
in die Seitenwände 9 hinein
und stehen mit dem Inneren der beiden Arme der gegabelten Leitung 20 in
Verbindung. Die Düsen
weisen jeweils eine nach hinten gerichtete, schlitzförmige Düsenöffnung 42 auf.
Der Zwischenraum 22 ist nach vorn und nach hinten offen.
Wenn sich jedoch die Vermehrungsanordnung in ihrer geraden, d. h.
nicht ausgelenkten Lage befindet, die in 3 dargestellt
ist, dann sind diese Öffnungen
jeweils durch das Ruder 7 bzw. die Flosse 6 blockiert.
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Die
Funktion der Vermehrungsanordnung ist aus 6 und 7 in
Verbindung mit 4 und 5 ersichtlich.
Wie bereits oben erwähnt
wurde, erfolgt die Zuführung
von Primärluft
in Abhängigkeit vom
Winkel der Hubdüse,
und die Wahl des geeigneten Winkels der Hubdüse durch den Piloten mittels
eines Steuergliedes 23 bewirkt eine Öffnung des Hauptventils 3,
so daß Primärluft über die
Leitung 2 zur Vermehrungsanordnung 8 strömen kann.
Die in die Leitung 20 eintretende Luft wird durch das Drehventil 19 reguliert,
das im Bedarfsfall durch den Piloten durch Schwenken der Vermehrungsanordnung geöffnet wird.
Eine Bewegung aus der neutralen oder geraden Lage bewirkt eine Erhöhung des
primären Luftstromes
durch die gegabelte Leitung 20, und die Luft wird nach
hinten in den Raum 22 durch die quer verlaufenden Düsen 21 ausgestoßen. Die
ausgestoßene
Primärluft
bewirkt, daß Sekundärluft von
vorn in die Vermehrungsanordnung gesogen wird, wodurch sich eine
Vermehrung des Reaktionsschubes am hinteren Ende der Vermehrungsanordnung
ergibt.
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Die
Bewegung des Gliedes 23 für die Lage der Triebwerkdüse auf die
Stellung ”abwärts” betätigt ein
Dreiwegeventil 34, so daß Hydraulikflüssigkeit vom
Hydrauliksystem 28 des Flugzeuges zu einer Kolben/Zylindereinheit 27 gelangen
kann. Die Bewegung der Vermehrungsanordnung nach Backbord oder Steuerbord
wird mittels eines mechanischen Abzweigs 29 vom Ruder 7 gesteuert,
der mit einem Steuerventil 37 in der Zuführungsleitung
vom Ventil 34 zur Kolben/Zylindereinheit 27 verbunden
ist. Durch die Kolben/Zylindereinheit 27 wird ein übersetzter
Kettenmechanismus 31 angetrieben, der die Winkelbewegung
so verstärkt,
daß die
Vermehrungsanordnung über
ihren vollen Bereich geschwenkt wird.
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Wird
durch den Steuerhebel 23 für die Düsen der Zustand ”aufwärts” gewählt, so
wird das Dreiwegeventil 34 umgeschaltet, und anstelle der
Kolben/Zylindereinheit 27 werden jetzt Kolben/Zylindereinheiten 32, 33 mit
Hydraulikflüssigkeit
beaufschlagt, so daß diese
den Mechanismus, der die Vermehrungsanordnung schwenkt, zentralisieren
und die Vermehrungsanordnung in der neutralen geraden Lage während des
mit hoher Geschwindigkeit ablaufenden Vorwärtsfluges halten.
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Druckminderventile 35 und
ein Rückschlagventil 36 mit
Begrenzer sind vorgesehen, um einen toten Gang zu verhindern.
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Die
Vermehrung kann weiterhin dadurch begünstigt werden, daß anstelle
normaler Düsen
sogenannte ”Hypermixing”-Düsen verwendet
werden. Dies ist in 8 dargestellt, bei der eine
querverlaufende Düse 21 eine
Reihe von gleichgroßen
Düsenöffnungen 24 enthält, wobei
die von den einzelnen Düsen
ausgestoßene
Primärluft 25 jeweils
in einer unterschiedlichen Richtung strömt wie bei der benachbarten
Düse. Die
daraus resultierende Zusammenwirkung der benachbarten Ströme führt zu verwirbelten
Strömen 26 in
dem Zwischenraum 22, so daß als Folge der schnelleren
Mischung von Primär- und
Sekundärluftstrom
eine erhöhte
Menge an Sekundärluft
mitgerissen wird.
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Wenn
die Triebwerke auf Hubbetrieb eingestellt sind, d. h. wenn das Flugzeug
im VSTOL-Betrieb fliegt, kann die Winkelbewegung der Vermehrungsanordnung
eine Funktion der Steuerbewegung sein, die der Pilot manuell eingibt,
z. B. durch die Ruderpedale, obwohl das Ruder selbst beim VSTOL-Betrieb
unwirksam ist. Beispielsweise beträgt bei der maximalen Auslenkung
des Ruders die entsprechende Bewegung der Vermehrungsanordnung 90° aus der
neutralen Lage, so daß die
Wirkung der Vermehrungsanordnung einem voll wirksamen Ruder entspricht.
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Das
Hauptventil 3 bleibt in seiner vollständig geöffneten Stellung, bis die Hubdüsen in eine
Lage zurückgekehrt
sind, in der sie dem Flugzeug einen ausreichenden Schub in Vorwärtsrichtung
erteilen und die Vorwärtsgeschwindigkeit
des Flugzeuges so groß ist,
daß die übliche Steuerfläche, d.
h. das Ruder, voll wirksam ist, und erst dann wird das Hauptventil
geschlossen. Die Vermehrungsanordnung verbleibt unabhängig von
einer nachfolgenden Ruderauslenkung in einer neutralen geschlossenen
Stellung, bis das System erneut bei Einschaltung des VSTOL-Betriebes
zur Wirkung gebracht wird.
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In
der vorangehenden Beschreibung ist in Einzelheiten lediglich die
Steuerung für
die Yaw-bewegung erläutert
worden, jedoch kann natürlich
das erfindungsgemäße Prinzip
auch zur Steuerung um die anderen Achsen des Flugzeuges eingesetzt
werden.