DE2837304C2

DE2837304C2 - Drehmomentausgleichsvorrichtung für einen funk-fernsteuerbaren Modellhubschrauber

Info

Publication number: DE2837304C2
Application number: DE2837304A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Matsudo Chiba Katsunuma; Kenichi Mabuchi
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1978-08-26
Publication date: 1984-01-05
Also published as: JPS582706B2; JPS5440746A; US4272041A; DE2837304A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentausgleichsvorrichtung für einen funk-fernsteuerbaren Modellhubschrauber, bei dem ein Antriebsmotor eine HauptrotorweUe antreibt, auf der ein Hauptrotor und ein erstes Zahnrad befestigt sind, das über eine Getriebestufe mit einem Heckrotor in Verbindung steht, wobei der Neigungswinkel der Heckrotorblätter durch eine Einstellvorrichtung veränderbar ist, die über eine Verbindungsstange mit einem Servomotor verbunden ist. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Drehmomentausgleichsvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß die Drehbeschleunigung des Hauptrotors festgestellt wird und der Neigungswinkel der Heckrotorblätter in Abhängigkeit von der festgestellten Beschleunigung verstellt wird, um ein Gegendrehmoment, das auf den Hubschrauberkörper durch Änderungen der Drehzahl des Hauptrotors ausgeübt wird, auszugleichen.

Bei bekannten Modellhubschrauber?! wird ein Heckrotor entsprechend der Drehzahl des Hauptrotors angetrieben. Wenn jedoch die Drehzahl des Hauptrotors sich plötzlich ändert, wirkt vorübergehend ein Gegendrehmoment auf den Hubschrauberkörper ein. Um ein solches Gegendrehmoment zu verhindern, hat man folgende Maßnahmen vorgeschlagen:

I. Eine Bedienungsperson steuert die Neigung der Heckrotorblätter zusammen mit der Steuerung der Drehzahl des Hauptrotors über eine drahtlose Steuervorrichtung.

2. Ein Kreisel ist in den Modellhubschrauber eingebaut, um den Heckrotor zu steuern, indem der relative Winkel zwischen der Kreiselachse und der Achse des Hubschrauberkörpers gemessen wird.

3. Der Heckrotor wird dadurch gesteuert, daß auf elektrischem Wege die Drehzahländerung bzw.

in Drehzahldifferenz des Hauptrotors festgestellt

wird.

Alle diese Einrichtungen sind aber mit Nachteilen verbunden, da bei dem ersten Vorschlag große

j-, Geschicklichkeit zur Bedienung der drahtlosen Lenkvorrichtung erforderlich ist und der Betrieb daher schwierig ist. Der zweite Vorschlag ist nur brauchbar, wenn eine Relatiwerschiebung bewirkt wird, und bringt deswegen Schwierigkeiten mit sich, weil die Empfinden liebkeit der Einrichtung für die Steuerung im allgemeinen nicht ausreicht Der Vorschlag drei kann nur durch komplizierte und teure Steuerschaltungen verwirklicht werden.
Aus der Zeitschrift »Popular Mechanics« 1973, April,

>■» Seiten 69 bis 73, ist bereits ein Modellhubschrauber mit einer Drehmomemausgleichsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dabei wird der Neigungswinkel der Heckrotorblätter zum Drehmomentausgleich durch einen ferngesteuerten Servomotor

jo verstellt. Dies erfordert von der Bedienungsperson viel Geschick und Erfahrung, so daß eine ungeübte Bedienungsperson schnell überfordert ist, und es beansprucht darüber hinaus ständig die Aufmerksamkeit der Bedienungsperson.

j > Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentausgleichsvorrichtung für einen funk-fernsteuerbaren Modellhubschrauber anzugeben, durch die bei einem Lastwechsel ein Aysgleicii der Drehmomentänderungen selbsttätig erfolgt.

4(i Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß das Gegendrehmoment des Hubschrauberkörpers, das bei einer Änderung der Drehzahl des Hauptrotors entsteht,

4> dadurch ausgeglichen wird, daß die Größe der Beschleunigung der Drehzahl des Hauptrotors festgestellt wird, wenn die Drehzahl des Hauptrotors sich ändert, und daß automatisch der Neigungswinkel der Heckrotorblätter in Abhängigkeit von der festgestellten

"hi Größe der Beschleunigung eingestellt wird. Durch den selbsttätigen Ausgleich der jeweils auftretenden Drehmomentänderung ist es nicht mehr erforderlich, bei jeder Änderung der Hauptrotorgeschwindigkeit einer Drehung des Hubschraubers um seine Vertikalachse

•5 über entsprechende Fernsteuersignale entgegenzusteuern. Damit ist die Flugbewegung des Modellhubschraubers stabilisiert und seine gesamte Handhabung wesentlich vereinfacht.
Zwar ist aus der US-PS 24 91 191 bereits eine

mi Drehmomentausgleichsvorrichtung bekannt, bei der das an der HauptrotorweUe befestigte Zahnrad als Stirnrad ausgebildet ist und zwischen Antriebsmotor und HauptrotorweUe eine koaxial zur HauptrotorweUe verlaufende, ein Stirnrad aufweisende zweite Hauptwel-

""> Ie vorgesehen ist. wobei eine Drehwinkelübertragungsvorrichtung angeordnet ist. die einen Doppelarmhcbel aufweist, der um die Achse der HauptrotorweUe schwenkbar gelagert ist und an seinem einen FmIr mit

zwei Ritzeln versehene Ritzelwelle aufweist, wobei die Ritzel mit den Stirnrädern der Hauptrotorwelle und der zweiten Hauptwelle in Eingriff stehen. Aber dort handelt es sich um eine Drehmomentausgleichsvorrichtung für einen Hubschrauber der Großtechnik, bei dem das durch die Erfindung gelöste Problem der Vereinfachung der Fernsteuerung nicht besteht. Dieser Druckschrift ist daher räch keine Anregung zu entnehmen, wie diese Drehmomentausgleichsvorrichtung auszubilden ist, damit sie für einen funk-fernsteuerbaren Modellhubschrauber geeignet ist

Eine weitere Ausführung der Erfindung geht aus dem Kennzeichen des Anspruchs 2 hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Drehzahl des Hauptrotors und dem Gegendrehmoment;

Fig.2 ist eine schaubikä'iche Ansicht, die eins Ausführungsform der Erfindung darstellt;

F i g. 3 ist eine Seitenansicht, weiche die gegenseitige Lage der Zahnräder nach F i g. 2 erkennen läßt;

Fig.4 ist auf eine Draufsicht auf einen Teil der Zihnradanordnung entsprechend der Linie X-X' der rig.3.

Fig. IA zeigt graphisch die Änderung der Drehzahl des Hauptrotors. Fig. IB ist eine Darstellung die ein Gegendrehmoment zeigt, das entsprechend der Drehzahl des Hauptrotors erzeugt wird.

Fig. IC zeigt das Gegendrehmoment, welches bei Änderungen der Drehzahl des Hauptrotors auftritt und Fig. ID ist ein Diagramm, welches das Gesamtgegendrehmoment zeigt, das sich aus den Gegendrehmomenten der F i g. 1B und 1C zusammensetzt
Wie aus den Figuren hervorgeht wird bei einer Drehung des Hauptrotors ein Gegendrehmoment auf den Hubschrauberkörper ausgeübt, das wie F i g. 1D zeigt, eine resultierende Kraft entsprechend der Drehzahl des Hauptrotors nach Fig. IB und einem Gegendrehmoment darstellt, das bei einer Änderung der Drehzahl des Hauptrotors nach F i g. 1C auftritt.

Ein Heckrotor, der proportional zur Drehzahl des Hauptrotors umläuft, ist in dem Heckabschnitt des Hubschraubers vorgesehen, um das Gegendrehmoment auszugleichen, das durch die Umdrehung des Hauptrotors nach F i g. 1B auftritt. Wenn jedoch der Neigungswinkel der Heckrotorblätter festgelegt ist, kann das Gegendrehmoment des Hubschrauberkörpers und das Drehmoment des Heckrotors nur bei einer bestimmten Drehzahl ausgeglichen werden, kann jedoch nicht über einen ganzen Bereich der Drehzahlen angepaßt werden. Um dem entgegen zu wirken, wird die Differenz zwischen dem Gegendrehmoment und dem Drehmoment des Heckrotors kompensiert und das Gegendrehmoment nach Fig. IB wird dadurch ausgeglichen, daß die Drehzahl des Heckrotors in Abhängigkeit von der Drehzahl des Hauptrotors in der später beschriebenen Weise vergrößert, bzw, vermindert wird, In der Praxis wird auch der Neigungswinkel der Heckrotorblätter verändert. Ferner wird das Gegendrehmoment, das durch eine vorübergehende Beschleunigung der Drehzahl des Hauptrotors auftritt» nach Fig. IC dadurch ausgeglichen, daß die beschleunigung des Hauptrotors festgestellt oder gemessen wird, und daß der Neigungswinkel der Heckrotor'oiiUter, wie weiter unten näher beschrieben, verstellt w'iN.

Das gesamte Gegen'trRhmoment nach Fig. ID kann

dadurch ausgeglichen werden, daß die Drehzahl und der Neigungswinkel des Heckrotors verändert werden, so daß das Gegendrehmoment des Hubschrauberkörpers, das von dem Umlauf des Hauptrotors herrührt, kompensiert werden kann.

Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel näher beschrieben, das in den F i g. 2 bis 4 dargestellt ist

Wie aus Fig.2 hervorgeht wird das Drehmoment des Antriebsmotors 1 auf das erste Stirnrad 11 über den Riementrieb 2, die Zentrifugalkupplung 3, die Antriebswelle 4, die mit der Zentrifugalkupplung 3 verbunden ist sowie über das dritte Ritzel 5, das auf der Antriebswelle 4 befestigt ist, sowie über das zweite Stirnrad 7, das an der zweiten Hauptwelle 6 befestigt ist, über das zweite Ritzel 8, die Ritzelwelle 9, auf der das zweite Ritzel 8 befestigt ist, und das erste Ritzel 10 übertragen, das auf der Ritzelwelle 9 befestigt ist Die auf das erste Stirnrad 11 übertragene Antriebskraft wird dann auf die Hauptrotorwelle 12 übertragen, auf der das erste Stirnrad 11 befestigt ist so daß das Drehmoment auf den Hauptrotor 13 übertragen wird, aer mit der Hauptrotorwelle 12 fest verbunden ist so daß der Hauptrotor 13 mit einer Drehzahl umläuft, die durch das Übersetzungsverhältnis der obengenannten Getriebestufe bedingt ist, um den Flug des Hubschraubers zu bewirken.

Andererseits wird die Antriebskraft des Antriebsmotors 1 von dem ersten Stirnrad 11 auf das vierte Ritze! 14 übertragen, das mit dem ersten Stirnrad 11 in Eingriff steht, so daß die Kegelradwelle 15, auf der das vierte Ritzel 14 befestigt ist umläuft und dann von dem ersten Kegelrad 16, das an dem anderen Ende der Kegelradwelle 15 befestigt ist, auf das zweite Kegelrad 17 über die Verbindungswelle 18 übertragen wird. Die Antriebskraft des Antriebsmotors 1, die auf diese Weise auf das zweite Kegelrad 17 übertragen wird, wird dann auf die Heckrotorwelle 19 übertragen, auf der das zweite Kegelrad 17 befestigt ist, so daß auf den Heckrotor 20, der mit der Heckrotorwelle 19 verbunden ist, ein Drehmoment ausgeübt wird und der Heckrotor 20 mit einer Drehzahl umläuft die durch das Übersetzungsverhältnis der genannten Getriebestufe bedingt Ist.

Wie aus F i g. 2 und 3 hervorgeht, sind das erste Ritzel 10 und das zweite Ritzel 8 beide auf der Hitzelwelle 9 befestigt, haben die gleiche Form und Größe und das erste Stirnrad 11, das mit dem Ritzel 10 in Eingriff steht sowie das zweite Stirnrad 7, das mit dem zweiten Ritzel 8 in Eingriff steht, haben ebenfalls die gleiche Form und Größe und sind auf der Hauptrotorwelle 12 bzw. der zweiten Hauptwelle 6 befestigt, wobei die Wellen 12 und 6 gleichachsig angeordnet sind. Der drehbare DoppeMrmhebel 21, welcher die Ritzelwelle 9 trägt, wird von der Hauptrotorwelle 12 drehbar getragen. Infolgedessen wird die Antriebskraft des Ar.triebsniotors 1 auf das erste Ritzel 10 über den Riementrieb 2, die Zentrifugalkupplung 3, das dritte Ritzel 5, das zweite Stirnrad 7 und das zweite Ritzel 8 übertragen. Das erste Ritzel 10 treibt d^s Stirnrad 11 an, so daß der Hauptrotor 13 von der Hauptrotorwelle 12 angetrieben wird, an der das erste Stirnrad 11 befestigt ist. Wenn das zweite Stirnrad 7 die Antriebskraft auf das;. weite Ritzel 8 überträgt, übt das zweite Ritzel 8 eine Gegenkraft auf das zweite Stirnrad 7 aus. Durch die Wirkung dieser Gegenkraft wird der ü/ehbaie Doppelarmhebel 21, der von der Hauptrotorwelle 12 getragen wird, in der Pfeilrichtung nach Fig.4 geschwenkt. Der Drehwinkel ö des drehbaren Doppelarmhebels 21 entspricht der Größe der Gegenkraft. Der Doppelarmhebel 21 ist mit

einer Feder 22 verbunden, und die Federkraft der Feder 22 ist so gewählt, daß der Doppelarmhebel 21 in die Stellung A in Fig.4 gebracht wird, wenn der Hauptrotor 13 angehalten wird und in die Stellung B, wenn die Gegenkraft ihr Maximum hat. Der Winkel Θ, der durch die Gegenkraft beeinflußt wird, nimmt daher zu. sobald aie Drehzahl des Hauptrotors 13 sich zu ändern beginnt und wenn die Beschleunigung des Hauptrotors 13 allmählich abnimmt und sich dem stetigen Zustand nähert, nimmt der Winkel θ ab. auf einen schwingenden Überschußwert. Wenn die Drehzahl des Hauptrotors 13 einen Wert N erreicht, d. h. die Beschleunigung aufhört, wird der Doppelarmhebel 21 in eine Winkellage gebracht, die der Drehzahl N entspricht. Anders ausgedrückt wird die Gegenkraft in einen Schwenkwinkel θ des Doppelarmhebels 21 iimgewandelt, der der Größe der Gegenkraft entspricht und wird auf das erste Zwischenzahnrad 24 über das Zahnsegment Xi übertragen, das sich am anderen Armende des Doppelarmhebels 21 befindet. Die der Gegenkraft entsprechende Drehung wird auf die Zwischenwelle 25 und das zweite Zwischenzahnrad 26 übertragen, die zusammen aus einem Stück bestehen und zusammen mit dem ersten Zwischenzahnrad 24. der Nockenscheibe 27, dem Nockenhebel 28, der Verbindungsstange 29 und dem Verbindungshebel 30 geschwenkt werden, der mit der Verbindungsstange 29 verbunden ist. und die Neigung der Heckrotorblätter 20 einstellt. Auf diese Weise wird die Neigung der Heckrotorblätter 20 automatisch entsprechend der Verschwenkung des Doppelarmhebels 21 eingestellt.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, ist die Gegenkraft, die in Fig. IB dargestellt ist, d.h. das Gegendrehmoment, welches bei stetiger Drehung des Hauptrotors 13 erzeugt wird, dadurch ausgleichbar, daß die Neigung der Heckrotorblätter 20 entsprechend dem

Schwenkwinkel des Doppelarmhebels 21 eingestellt wird, die in Übereinstimmung mit der Drehzahl N des Hauptrotors 13 gedreht wird und bewiikt, daß der Heckrotor 20 mit einer Drehzahl umläuft, die proportional zur Drehzahl Λ/des Hauptrotors 13 ist. Andererseits kann das Gegendrehmoment der Fig. IC, d.h. das Gegendrehmoment, welches durch die Beschleunigung des Hauptrotors 13 erzeugt wird, die sich bei einer Drehzahländerung ergibt, die notwendig ist, um den Modellhubschrauber aufsteigen oder absteigen zu lassen, dadurch ausgeglichen werden, daß die Neigung der Heckrotorblätter 20 entsprechend dem Schwenkwinkel des Doppelarmhebels 21 eingestellt wird, der in Übereinstimmung mit der Größe der Beschleunigung des Hauptrotors 13 geschwenkt wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann die Neigung der Heckrotorblätter 20 bei Betrieb durch die Betätigung des Verbindungshebels 30 fein eingestellt werden, und zwar über den Nockenhebel 28 und die Verbindungssiange 29 mit Hilfe eines Servomotors 31, der in dem Modellhubschrauber eingebaut ist und über eine Funkverbindung ferngesteuert wird.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, ermöglicht es die Erfindung sowohl das Gegendrehmoment, welches sich bei einem stetigen Umlauf des Hauptrotors 13 des Hubschraubers ergibt, als auch das Gegendrehmoment auszugleichen, welches durch eine Änderung der Drehz&»f) des Hauptrotors 13 erzeugt wird, so daß eine Drehung des Hubschrauberkörpers infolge einer Drehung des Hauptrotors 13 verbindert wird und sich eine stabile Fluglage des Modellhubschraubers ergibt. Da die Vorrichtung zur Erreichung dieses Ziels nur relativ gegeneinander drehbare Antriebsräder und Zahnräder enthält, ergibt sich insgesamt eine einfache Ausführung und hohe Empfindlichkeit der Drehmomentausgleichsvorrichtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehmomentausgleichsvorrichtung für einen funkfernsteuerbaren Modellhubschrauber, bei dem ein Antriebsmotor eine Hauptrotorwelle antreibt, auf der ein Hauptrotor und ein erstes Zahnrad befestigt sind, das über eine Getriebestufe mit einem Heckrotor in Verbindung steht, wobei der Neigungswinkel der Heckrotorblätter durch eine Einstellvorrichtung veränderbar ist, die über eine Verbindungsstange mit einem Servomotor verbunden ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnrad als Stirnrad (11) ausgebildet ist und zwischen Antriebsmotor (1) und Hauptrotorwelle (12) eine koaxial zur HauptrotorweUe (12) verlaufende, ein zweites Stirnrad (7) aufweisende zweite Hauptwelle (6) vorgesehen ist, daß eine Drehwinkel-Übertragungsvorrichtung angeordnet ist, die einen durch eine Feder (22) vorgespannten Doppelarmhebel (21) aufweist, der um die Achse der Hauptrotorwelle (12) schwenkbar gelagert ist und an seinem einen Armende eine mit zwei Ritzeln (8, 10) versehene Ritzelwelle (9) und an seinem anderen Armende ein Zahnsegment (23) aufweist, daß die beiden Ritzel (8, 10) gleich groß sind und das erste Ritzel (10) mit dem ersten Stirnrad (11) und das zweite Ritzel (8) mit dem zweiten Stirnrad (7) in Eingriff stehen, und daß das Zahnsegment (23) eine Nockenscheibe (27) verstellt, die auf einen schwenkbar gelagerten Nockenhebel (28) einwirkt, der zwischen Sei/omotor (31) und Verbindungsstange (29) angeordnet ist.

2. Drehmomentausgbichsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic.v et, daß das erste Stirnrad (11) mit einem vierten Ritze! (14) in Eingriff steht, das auf einer Kegelradwelle (15) angeordnet ist, die die Getriebestufe (16,17,18) zum Heckrotor (20) antreibt.