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Die vorliegende Erfindung betrifft Luftfahrzeuge mit Auftrieb durch Hubschrauben und
feststehendem Hilfsleitwerk, besonders Tragschrauber.
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Trotz der Vorteile des Hubschraubers bezüglich seiner einfachen Herstellung und somit des
Selbstkostenpreises und der Funktionssicherheit stellt der Tragschrauber den Nachteil dar,
daß er eine Startbahn benötigt, so kurz sie auch immer sein mag, wogegen der
Hubschrauber senkrecht startet.
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Um diesem Nachteil entgegenzustehen hat man vorgeschlagen, den Rotor des
Tragschraubers als vertikale Zugdrehflügel einzusetzen. Zu diesem Zweck wird der Rotor
an einen Motor angekuppelt, der der gleiche sein kann wie bei einer Schubschraube und
der mit einer Blattsteigung, die fast Null ist, mit großer Geschwindigkeit gestartet werden
kann. Wenn der Rotor die gewünschte Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Steigung der
Blätter vergrößert und der Tragschrauber startet.
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Leider neigt der Tragschrauber beim Starten zum Hochziehen und setzt das Gleichgewicht
des Flugapparates aufs Spiel, das sogar bis zum Umstürzen führen kann. Praktisch
gesehen ist jeder "Sprung" über 5 Meter Höhe des Tragschraubers beim Starten gefährlich
und unter diesen Bedingungen kann ein solches Starten nicht als wirkliches
Senkrechtstarten betrachtet werden, weil es nur in einem entsprechenden Luftraum korrekt
ausgeführt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung hat aus diesem Grund das Ziel, den Tragschraubern über 5
Metern ein wirkliches Senkrechtstarten zu ermöglichen, deren Auftrieb durch eine
Hubschraube und ein beim Fliegen zu befestigendes Hilfsleitwerk geschieht.
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Entsprechend der Erfindung ist das Luftfahrzeug mit Mitteln ausgestattet die es erlauben,
daß ein Teil des Leitwerkes, das auf eine Achse montiert ist, sich frei um diese dreht, sodaß
die Flügelhinterkante des Leitwerkes eine nach unten geneigte Position einnehmen kann in
Bezug auf die Normalposition beim Fliegen.
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Es ist richtig, daß das Patent USA 2 067 634 vorsieht, daß unter bestimmten
außerordentlichen Umständen eine augenblickliche starke Krafterscheinung einen leichten
Kreiseleffekt bei einem um eine Achse gelenktes Leitwerk hervorrufen kann. Es handelt
sich darum, die Flugstabilisierung im Laufe eines schnellen Abwärtsfluges zu erleichtern.
Wenn der Pilot den Anstellwinkel ändert und wieder Gas gibt, erzeugt die Luftschraube
einen plötzlichen und starken Luftstrom, das Leitwerk neigt zu einer Kreiselbewegung mit
einem schwachen Ausschlag um die Horizontale. Es ist aber mehrmals präzisiert worden
daß außer diesem leichten Kreiseleffekt mit schwacher Ausschlagweite das Leitwerk sich
nur unter der positiven Einwirkung des Piloten bewegen kann. Es ist somit keinesfalls
vorgesehen, daß das Leitwerk unter welchen Umständen auch immer sich frei um seine
Achse drehen kann.
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Entsprechend der besagten Erfindung ist ein Teil des Leitwerkes, daß in Bezug auf seine
Normalposition geneigt werden kann, auf eine Achse montiert, die fast parallel zur
Rotationsebene der Hubschrauben steht.
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Die Mittel, die die Realisation der Erfindung gestatten können vorteilhaft mit einem
Gestänge und Verstellvorrichtungen hergestellt werden, bei der wenigstens eine mit einer
Verriegelvorrichtung des Leitwerkes für die Flugposition ausgerüstet ist.
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Man kann für diese Vorrichtung sogar eine automatische Verriegelvorrichtung des
Leitwerkes vorsehen, die sich beim Erreichen der normalen Flugposition auslöst.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung erscheinen im Laufe der nachstehenden
Beschreibung in Verbindung mit entsprechenden Zeichnungen, die die Realisierung der
gegebenen Erfindung zur besseren Darstellung illustrieren, sich aber nicht auf diese
beschränken.
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Die Abbildung 1 zeigt die Obenansicht eines Tragschraubers.
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Die Abbildung 2 zeigt eine Seitenansicht der Abbildung 1.
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Die Abbildung 3 zeigt einen Teilschnitt mit großem Maßstab entsprechend der Pfeile III-III
der Abbildung 1.
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Die Abbildung 4 zeigt eine Ansicht entsprechend der Pfeile IV-IV der Abbildung 3 mit
verkleinertem Maßstab.
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Die Abbildung 5 zeigt ein Schema der Bauteile der Leitwerksteuerung.
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Die Abbildung 6 zeigt im großem Maßstab einen Ausschnitt der Abbildung 5.
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Die Abbildungen 7 und 8 zeigen im großen Maßstab eine weitere Einzelheit der Abbildung
5, die Abbildung 7 stellt einen Schnitt entsprechend VII-VII der Abbildung 8 dar und die
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Abbildung 8 einen Schnitt entsprechend VIII-VIII der Abbildung 7.
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In den Abbildungen 1 und 2 besteht der Tragschrauber aus einem Körper 1 mit einer
Schubschraube 4, einem auf den Halter 3 befestigten Rotor 2 und zwei Träger 5 und 6, die
ein aus drei Teilen bestehendes Leitwerk tragen: ein Innenteil 7 und zwei Außenteile 8 und
9.
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Die Befestigung dieses Leitwerkes an den Trägern wird in den Abbildungen 3 und 4
dargestellt.
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Das Innenteil 7 besteht in seiner gesamten Länge aus einer Rohrstrebe 10, die an beiden
Enden von einem Lagerhals 11, auf dem zwei Kugellager 12 und 13 montiert sind,
zwischen denen sich jeweils eine Hülse 14 befindet. Diese Kugellager und die
Abstandshülse werden vom Lagerhals 11 aufgenommen und einerseits von einer Scheibe
15, die von einer auf dem mit einem Gewinde versehenen Lagerhalsende aufgeschraubten
Mutter gehalten wird, und andererseits von einem Ring 17, der auf den Lagerhals 11
geschweißt und auf den Träger 5 geschraubt ist.
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Die Strebe 10 endet mit einem Blindstück 28, in das ein Gewindestopfen 27 geschraubt ist.
Ein Teil 29 im Blindstück 28 und der Gewindestopfen trägt einen Hebel 30, versehen mit
einem Zapfen 35.
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Die Befestigung der Außenteile 8 des Leitwerkes ist identisch und enthält eine Rohrstrebe
18, die von einem Lagerhals 19 mit zwei Kugellagern 20 und 21 getragen werden und
zwischen denen sich jeweils eine Hülse 22 befindet. Die Kugellager werden von einer
Scheibe 23, einer Mutter 24 und einem Ring gehalten, der auf den Lagerhals 19
geschweißt ist und an den Träger 5 geschraubt ist. Das Ganze wird von einem mit einem
Gewinde versehenem Blindstopfen verschlossen, der gegen das Endstück 32 ein Teil 33
hält, das mit dem Teil 29 identisch ist und mit einem Hebel 34, der mit einem Zapfen 35
versehen ist.
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Der Lagerhals 19, dessen Achse leicht geneigt ist verglichen mit der Achse 11 ist auf die
letztere aufgeschweißt. Die beiden Lagerhälse führen durch den Träger 5 mittels einer dazu
vorgesehenen Öffnung 26.
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Die Befestigung der Außenteile 9 stellt sich symmetrisch zu der Befestigung 8 vor und weist
dazu ein Teil 33 mit einem Hebel 34, versehen mit einem Zapfen 36 auf.
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Jedes Teil, 7, 8 oder 9 ist auf diese Weise drehbar montiert in Bezug auf die Träger 5 und 6
und somit in Bezug auf den Körper des Tragschraubers, seine Drehachse wurde nicht nur
vor seinem Schwerpunkt liegend gewählt, sondern vor seiner Schubmitte.
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Die Manövervorrichtung der Teile 7 8 und 9 weist ein Verriegelsystem, ein
Übertragungssystem und ein Steuersystem auf.
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Das Steuersystem weist eine steife Steuerstange 94 auf, die mit einem Gelenk am Hebel
74 befestigt ist. Der Hebel selbst ist an 75 mit einem Festpunkt angelenkt in Bezug auf den
Tragschrauber und mit einem Griff 76 versehen.
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Das Ende der Steuerstange 94 beteiligt sich ebenfalls an der Verriegelvorrichtung, das eine
um die Achse 77 drehbare Verstellvorrichtung in Scheibenform aufweist und am
Tragschrauber befestigt ist. Diese Verstellvorrichtung weist eine Vertiefung 40 auf, einen
Zapfen 41 und zwei entgegengesetzte positionierte Arme 38 und 39, von denen jeder eine
Lochung 95 und 96 aufweist. Eine Reibscheibe 46 ist auf die Achse 77 gegen die
Verstellvorrichtung 37 montiert.
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Eine steife Stange 42, die in einer Lagerhülse 43 gleitet, ist mit einer Ausbuchtung 44
vergehen und endet mit einer Rundkappe 45.
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Die Steuerstange 94 gleitet in einem Lager 47 und weist an ihrem Ende einen Finger 50 am
Winkel der Stange 94 mit einer fast halbkreisförmigen Vertiefung und einer Aushöhlung 48
auf, die eine Feder 49 aufnimmt, die sich einerseits am Boden der Aushöhlung anpreßt
und andererseits an der Rundkappe 42 der Stange 42.
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Das Übertragungssystem, das zum Teil am Körper des Tragschraubers und zum Teil an
den beiden Trägern 5 und 6 halt findet nimmt zwei Verstellvorrichtungen 60 und 80 auf, die
in den Abbildungen 7 und 8 dargestellt werden sowie vier Kabel 52, 53, 54 und 55 und vier
Anlenkstangen 56, 57, 58 und 59.
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Die Verstellvorrichtungen 60 und 80 sind identisch und befinden sich in den dazu
vorgesehenen Halterungen in den Trägern 5 und 6, die für den einfachen Zugang mit einer
Wartungsklappe versehen sind.
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Die Verstellvorrichtung 60 besteht aus einem Rohr 61, das vier Hebel 63, 64, 65 und 66
aufnimmt und sich um eine Festachse 71 dreht.
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Die Verstellvorrichtung 80 besteht aus einem Rohr 81, das vier Hebel 83, 84, 85 und 86
aufnimmt und sich um eine Festachse 91 dreht.
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Die Hebel 65 und 66 bilden eine Einheit 62 und weisen zwei Rundlochungen 69 und 70 auf,
die sich in gleichem Abstand zu der Drehachse der Verstellvorrichtung 60 befinden.
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Die Hebel 85 und 86 bilden ebenfalls eine Einheit 82 und weisen auch zwei Rundlochungen
89 und 90 auf, die sich in gleichem Abstand zu der Drehachse der Verstellvorrichtung 80
befinden.
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Die Hebel 63 und 64 sind über dem Hebel 66 mit gleichem Abstand zu der Drehachse der
Verstellvorrichtung 60 gelocht. Die Lochung 67 des Hebels 63 ist rund, während die
Lochung 68 des Hebels 64 sich in Form eines länglichen Spalts vorstellt.
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Weiterhin weist der erste Hebel 83 eine Rundlochung 87 und der zweite 84 einen
länglichen Spalt auf.
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Letzendlich werden die Achsen 71 und 91, auf denen sich die Verstellvorrichtungen 60 und
80 drehen, von den Platten 72-73 und 92-93 gehalten und an den Enden der Träger 5 und
6 befestigt.
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Das Gestänge wird schematisch in der Abbildung 5 dargestellt.
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Ein Ende der Kabel 52 und 55 mit Kabelhülle wird an der Lochung 95 des Armes 38 der
Verstellvorrichtung 37 befestigt, das Kabel 52 wird mit dem anderen Ende an der Lochung
70 des Hebels 66 der Verstellvorrichtung 60 befestigt, während das Kabel 55 mit seinem
anderen Ende an der Lochung 89 des Hebel 85 der Verstellvorrichtung 80 befestigt wird.
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Die Kabel 53 und 54 sind an der Lochung 96 des Armes 39 der Verstellvorrichtung 37
befestigt, das Kabel 53 wird mit dem anderen Ende an der Lochung 69 des Hebels 65 der
Verstellvorrichtung 60 befestigt, während das Kabel 54 mit seinem anderen Ende an der
Lochung 90 des Hebel 86 der Verstellvorrichtung 80 befestigt wird.
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Die Anlenkstangestange 56 weist an einem Ende einen Zapfen auf, der in die Lochung 87
des Hebels 83 der Verstellvorrichtung 80 eingeführt wird und an seinem anderen Ende eine
Lochung, in die der Zapfen 36 des Hebels 34 des Teils 33 eingeführt wird, das vom
äußeren Teil 8 des Leitwerk getragen wird.
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Die Anlenkstangestange 58 weist an einem Ende einen Zapfen auf, der in die Lochung 67
des Hebels 63 der Verstellvorrichtung 60 und an ihrem anderen Ende eine Lochung, in die
der Zapfen 34 des Hebels 34 des Teils 33 eingeführt wird, das vom äußeren Teil 9 des
Leitwerks getragen wird.
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Die Anlenkstangestange 57 weist an einem Ende einen Zapfen auf, der in den Spalt 88 des
Hebels 84 der Verstellvorrichtung 80 und an ihrem anderen Ende eine Lochung, in die der
Zapfen 35 des Hebels 30 des Teils 29 eingeführt wird, das vom inneren Teil des Leitwerkes
an der äußeren Seite 8 getragen wird.
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Die Anlenkstangestange 59 weist an einem Ende einen Zapfen auf, der in den Spalt 68 des
Hebels 64 der Verstellvorrichtung 60 und an ihrem anderen Ende eine Lochung, in die der
Zapfen 35 des Hebels 30 des Teils 29 eingeführt wird, das vom inneren Teil des Leitwerkes
an der äußeren Seite 9 getragen wird.
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Die Anlenkstangestangen ragen an der äußeren Seite der Träger 5 und 6 schräg heraus,
die erste in Richtung des Zapfens 36 des äußeren Leitwerkteils und die zweite in Richtung
der Zapfen 36 und 9. Die Anlenkstangestangen 59 und 57 ragen an der Innenseite der
Träger in Richtung des Zapfens 35 der Leitwerkinnenseite 7 heraus.
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Unter diesen Bedingungen funktioniert die Vorrichtung wie nachstehend beschrieben.
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Der Tragschrauber befindet sich im Stillstand und der Steuerhebel 74 ist in der in Abbildung
5 dargestellten Position blockiert, das heißt, daß die Steuerstange 94 sich in
Verriegelposition der Verstellvorrichtung 37 befindet.
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Einerseits blockiert die Vertiefung 51 des Fingers 50 den Zapfen 41 und andererseits wird
die Ausbuchtung 44 der Stange 42 in die Vertiefung 40 unter Einwirkung der Feder 49
geführt, die die Rundkappe 45 der besagten Stange auf den Boden der Ausbuchtung 48
drückt.
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Die Reibscheibe 46 dient dazu, die durch das Leitwerk möglicherweise erzeugten
Vibrationen, die zum Beispiel bei Turbulenzen auftreten können zu absorbieren. Indem der
Druck dieser Scheibe über die Verstellvorrichtung mehr oder weniger geregelt wird, können
die Vibrationseinflüsse beeinflußt werden.
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In dieser Stellung hält das Kabel 52 den oberen Teil der Verstellvorrichtung 60 nach vorne
geneigt, und das Kabel 54 hält den oberen Teil der Verstellvorrichtung 80 nach vorne
geneigt, das Unterteil dieser Verstellvorrichtungen wird durch die Kabel 53 und 55 mehr
oder weniger nach hinten geneigt.
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Dank dieser Aktionen hält der Hebel 83 der Verstellvorrichtung 80 den äußeren Teil 8 des
Leitwerkes in der Flugstellung, und die Anlenkstange 56 und des Hebels 63 der
Verstellvorrichtung 60 hält den äußeren Teil 9 des Leitwerkes dank der Anlenkstange 58 in
Flugstellung.
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Gleichzeitig halten die Hebel 84 und 64 das Innenteil 7 des Leitwerkes dank der
Anlenkstangen 57 und 59 in Flugstellung.
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Beim Starten kuppelt der Pilot auf herkömmliche Weise den Rotor 1 über den Steuermotor
ein, die Steigung der Rotorflügel befindet sich in der Nullstellung. Parallel oder im gleichen
Augenblick wurde der Motor der Drehflügel angelassen.
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Wenn der Motor mit einer genügenden Drehzahl läuft, um das Starten des Tragschraubers
zu gewährleisten, erhöht der Pilot gleichzeitig die Steigung der Rotorblätter und betätigt den
Steuerhebel 74 in Richtung des Pfeiles 78.
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Dieses Manöver mit dem Hebel 74 wirkt auf die Steuerstange 94, löst den Zapfen 41 aus
der Vertiefung 51 des Fingers 50 und beim Austreten aus der Vertiefung 40 die
Ausbuchtung der Stange 42.
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Die Kabel 52, 53, 54 und 55 und die Anlenkstangen 56, 57, 58 und 59 sind nun entriegelt.
Unter diesen Bedingungen werden die Teile 7, 8 und 9 des Leitwerkes nicht mehr in der in
Abbildung 1, 2 und 5 dargestellten Position gehalten und können sich nun frei um die
Lagerhälse 10 und 18 drehen.
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Bedingt durch die Tatsache, daß deren Schwerpunkt sich nach hinten zu den Achsen
drehend versetzt befindet, neigen die drei Leitwerkteile zunächst dazu sich senkrecht und
nicht waagerecht zu stellen.
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Die beiden äußeren Leitwerkteile 8 und 9 erhalten weiterhin einen leicht senkrechten
Luftstrom von den Rotorblättern, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen, weil es sich um
die Startgeschwindigkeit handelt; dieser Luftstrom wird somit noch größer sein, weil diese
sich fast am Ende der Rotorblätter befinden. Da ihr Druckzentrum sich ebenfalls hinter den
Achsen der Lagerhälse, auf die sie montiert sind befinden, neigen die beiden Leitwerkteile
dazu, die gleiche Senkrechtposition einzunehmen unter bei einfachen
Schwerkraftsbedingungen.
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Das Innenteil 7 des Leitwerkes hingegen erhält einerseits einen vom Rotor kommenden
senkrechten Luftstrom, und andererseits einen von der Schubschraube kommenden
Horizontalluftstrom; seine Position ist somit mehr oder weniger geneigt in Abhängigkeit der
Luftstromeigenschaften, die es erhält.
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Unter diesen Bedingungen und dank ihres aerodynamischen Profils, weil es sich um ein
Auftriebselement handelt, stellt das Leitwerk beim Senkrechtstarten des Tragschraubers
dem vom Rotor kommenden Luftstrom nur einen schwachen Widerstand entgegen und
kann somit den Tragschrauber nicht zum Hochziehen bringen.
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Wenn der Tragschrauber startet, kuppelt der Pilot den Rotor 1 aus, der sich nun
selbständig dreht und schickt somit zum Leitwerk nur einen abnehmenden Luftstrom,
während der horizontale Luftstrom der Schubschraube zum Innenteil des Leitwerkes
konstant bleibt.
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Bedingt durch die Tatsache, daß die Zapfen der Anlenkstangen 57 und 59 sich in den
länglichen Öffnungen 68 und 88 befinden, kann das Innenteil 7 des Leitwerkes eine
Zwischenposition zwischen der beim Starten und der Flugstellung einnehmen, eine
Zwischenposition, die sich übrigens ändern kann, weil sie sich genau in Abhängigkeit der
beiden erhaltenen Luftströme ergibt.
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Im gleichen Augenblick wenn der Pilot den Rotor 1 auskuppelt, steuert er mit dem Hebel 74
in die entgegengesetzte Richtung des Pfeiles 78. Bei dieser Bewegung dreht die
Steuerstange 94 die Verstellvorrichtung 37 in die in der Abbildung 5 dargestellte Position.
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Der Rotor dreht sich nun wesentlich langsamer als beim Starten, und wenn er seine
normale Flugdrehgeschwindigkeit erreicht hat strömt die Luft nicht mehr von oben nach
unten durch den Rotor, sondern von unten nach oben. Die Aktion des Rotors auf das
Leitwerk nimmt somit langsam ab, bis sie total eingestellt ist und somit von der Aktion der
Luftschraube 4 und dem relativen Wind übernommen wird.
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Das Leitwerk hat nun seine Flugstellung eingenommen und die Anlenkstangen 56, 57, 58
und 59 haben die Verstellvorrichtungen 80 und 60 geschwenkt; die Verstellvorrichtung 37
nimmt die in Abbildung 5 und 6 dargestellte Position ein, in dieser Position unter Einwirkung
der Feder 49 klinkt die Ausbuchtung 44 in die Vertiefung 41 und verriegelt die
Winkelposition der Verstellvorrichtung 37. Das gesamte Leitwerk ist nun in der Flugstellung
verriegelt.
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Es versteht sich von selbst daß man, ohne den im Patentanspruch vorgestellte
Erfindungsbereich zu verlassen, dieses oder jenes Detail ändern kann oder eine andere
Konstruktion übernehmen kann, um das gleiche Ergebnis zu erhalten.
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Die Übertragungskabelzüge zum Beispiel können durch steife Stangen ersetzt werden, die
an 90º Winkelverstellvorrichtungen zum Flugkörperrumpf in die Träger montiert werden
können, die das Leitwerk tragen.
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Weiterhin kann die Verriegelungsbedienung des Leitwerkes mit der Steuerung für die
Steigungsänderung der Rotorblätter synchronisiert werden, die Steuerstange 94 kann unter
Umständen mit einem elektrischen System oder ähnlichem bedient werden.
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Das beschriebene mechanische Verriegelungssystem des Leitwerkes könnte durch ein
elektro-magnetisches System ersetzt werden, zum Beispiel in Form von Fingern, die an den
Trägern 5 und 6 angebracht werden und in der Flugstellung wie eine Schnappfalle unter
Einwirkung der Federn in die zu diesem Zweck in den verschiedenen Teilen des Leitwerkes
vorgesehene Öffnungen einrasten, um sie zu blockieren. Diese Finger könnten von
Elektromagneten beim Starten aktiviert und dann gelöst werden, ein Hackenprofil der
Finger würde das Leitwerk automatisch beim Aufsteigen in Horizontalstellung unter
Einwirkung des relativen Windes und eventuell des Luftstromes der Schubschraube
verriegeln.