DE711264C - Device for increasing the reduced longitudinal stability of an aircraft when the control column is released - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Erhöhen der verringerten Längsstabilität eines Flugzeugs bei losgelassener Steuersäule Höhenruder von Flugzeugen müssen häufig mit Rücksicht auf die Schwingungssicherheit mit einem Massenausgleich versehen sein. Beim Fliegen mit losgelassener Steuersäule stellt sich das Höhenruder unter dem Einfluß der Luftströmung unter einem bestimmten Winkel relativ zur Leitwerksflosse ein, bei dem gerade Gleichgewicht zwischen dem Massenmoment des Ruders und dem Moment der Luftkräfte herrscht. Befindet sich ein Flugzeug mit losem Steuer in einem gleichförmigen Bewegungszustand, z. B. im Horizontalgeradeausflug, und wird es durch irgendeinen Einfluß gestört, dann erhöht oder vermindert es zunächst seine Geschwindigkeit, je nachdem, in welchem Sinne die Störung gewirkt hat. Mit dieser Geschwindigkeitsänderung ist auch eine Änderung der Größe des Luftkraftmomentes des Höhenruders verbunden. Hat das Höhenruder keinen Massenausgleich, dann wird bei abnehmender Fluggeschwindigkeit das Höhenruder seinen durch das Massenmoment erzeugten Ausschlag nach unten vergrößern. Die Folge davon ist, daß das Flugzeug kopflastig wird und seine Geschwindigkeit wieder zunimmt. Die damit verbundene Erhöhung des Luftkraftmamentes bewirkt ein Zurückbewegen des Höhenruders in die Ausgangslage. Bei diesem Vorgang bewirkt also die Eigenbewegung des Ruders ein Zurückkehren des Flugzeugs in seinen Ausgangsflugzustand. Bei einem Höhenruder mit Massenausgleich nimmt hingegen der Ruderausschlag bei abnehmender Fluggeschwindigkeit nicht nach unten zu, sondern unter alleiniger Wirkung der Luftkräfte sogar im allgemeinen nach oben, so. daß das Flugzeug schwanzlastig#er wird und seine Geschwindigkeit dadurch noch mehr abnimmt. In diesem. Falle bewirkt also die Eigenbewegung des Ruders eine Verstärkung der durch die Störung aufgezwungenen Zustandsänderung.Device for increasing the reduced longitudinal stability of an aircraft When the control column is released, aircraft elevators often have to be considered with care be provided with a mass balance on the vibration safety. When flying With the control column released, the elevator moves under the influence of the air flow at a certain angle relative to the tail fin, at which straight equilibrium between the moment of inertia of the rudder and the moment of the air forces prevails. Located an aircraft with slack rudder is in a steady state of motion, e.g. B. in horizontal straight flight, and it is disturbed by some influence, then it first increases or decreases its speed, depending on which one Sense the disturbance has worked. With this change in speed there is also one Change in the size of the air force moment of the elevator connected. Has the elevator no mass balancing, then the elevator will be with decreasing airspeed increase its downward deflection generated by the moment of inertia. The consequence one of which is that the aircraft becomes top-heavy and its speed increases again. The associated increase in the air force causes the Elevator to the starting position. In this process, it causes its own movement the rudder a return of the aircraft to its initial flight condition. At a Elevator with mass balance, on the other hand, increases the rudder deflection as it decreases Airspeed does not decrease, but under the sole effect of the air forces even up in general, like that. that the plane is tail-heavy # he and his Speed decreases even more. In this. So the trap causes its own movement of the rudder an amplification of the change of state imposed by the disturbance.

Es ist bekannt, diese unerwünschte Erscheinung dadurch zu beheben, daß man in das Steuergestänge ein dem Massenausgleich entsprechendes Gegengewicht einbaut, und zwar nicht bei der Ruderlagerung, sondern in einiger Entfernung davon. Hierdurch bleibt, die Schwingungssicherheit des ausgeglichenen Ruders unbeeinflußt, die Wirkung des Massenausgleiches auf die Längsstabilität wird aber statisch ganz oder teilweise aufgehoben. Derartige Gegengewichte erhöhen aber die gesamte -Masse der Steuerung und bewirken, daß das Ruder und die Steuersäule im böigen Wetter infolge der auftretenden Massenbeschleunigungskräfte sehr unruhig werden, was fliegerisch als unangenehm empfunden wird. Außerdem hängt die Wirkung des Gegengewichtes sehr stark von der Lage des Flugzeugs relativ zur Schwerkraftrichtung ab, so daß die beabsichtigte Wirkung nur in bestimmten Fluglagen vorhanden ist. Diese Nachteile können dadurch umgangen werden, daß in das Rudergestänge an Stelle der Gegengewichte eine Zugfeder eingebaut wird, welche eine entsprechend große Kraft in das Gestänge einleitet. Eine solche Feder ergibt, da sie nur eine geringe Masse hat, bei Böenbeschlennigungen keine störenden Kräfte in die Steuerung und ist in ihrer Wirkung von der Lage des Flugzeugs unabhängig. Einer solchen Feder haftet jedoch ein anderer Nach -teil an, nämlich die von ihr ausgeübte Kraft ist abhängig von ihrer Dehnung, d. h. die Kraft ändert sich mit dein Ruderausschlag. Dies kann unter gewissen Verhältnissen die Gefahr angefachter Längsschwingungen des Systems Flugzeughöhenruder erzeugen, die sehr gefährlich sein können.It is known to remedy this undesirable phenomenon in that a counterweight corresponding to the mass balance is built into the control linkage, and not at the rudder bearing, but at some distance therefrom. As a result, the vibration safety of the balanced rudder remains unaffected, but the effect of the mass balance on the longitudinal stability is statically wholly or partially canceled. Such counterweights increase the total mass of the control and have the effect that the rudder and the steering column become very restless in gusty weather due to the mass acceleration forces that occur, which is perceived as uncomfortable in flight. In addition, the effect of the counterweight depends very much on the position of the aircraft relative to the direction of gravity, so that the intended effect is only present in certain flight positions. These disadvantages can be avoided by installing a tension spring in the rudder linkage instead of the counterweights, which introduces a correspondingly large force into the linkage. Since it has only a small mass, such a spring does not result in any disruptive forces in the control during gusts and its effect is independent of the position of the aircraft. However, such a spring has another disadvantage, namely the force exerted by it depends on its elongation, i. H. the power changes with your rudder deflection. Under certain conditions, this can create the risk of fanned longitudinal oscillations of the aircraft elevator system, which can be very dangerous.

Die Erfindung vermeidet nun diese Nachteile der Feder dadurch, daß durch Zwischenschalten von Hebeln oder Kurvenscheiben das .Moment, das in das Steuergestänge eingeleitet wird, unabhängig von der Ruderstellung immer gleich groß ist. Der Kraftzunahme der Feder mit wachsender Dehnung wird durch eine entsprechende Änderung des wirksamen Hebelarmes begegnet.The invention now avoids these disadvantages of the spring in that by interposing levers or cams, the moment that is transferred to the control linkage is initiated, regardless of the rudder position is always the same. The increase in strength the spring with increasing elongation is changed by a corresponding change in the effective Encountered lever arm.

Auch ein unter Gasdruck stehender Kolben kann eine von seiner Stellung praktisch unabhängige Kraft erzeugen, wenn der Zylinder, in dem er gleitet, mit einem hinreichend großen Vorratsbehälter verbunden ist, so daß die Volumenänderung bei der Kolbenverschiebung nur unbedeutende Druchänderungen des, Gases erzeugt.A piston under gas pressure can also change its position produce practically independent force when the cylinder in which it slides with a sufficiently large reservoir is connected, so that the volume change only insignificant changes in pressure of the gas are generated when the piston is displaced.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Feder linearer Charakteristik als Kraftquelle. Von der Steuersäule i, welche das Handrad 2 trägt und bei 3 gelagert ist, führt ein Gestätige, welches aus den Stangen 4 und den Winkelhebeln 5 und 6 besteht, zu dein mit Massenausgleich versehenen Höhenruder 7, welches sich an die Leitwerksflosse 8 anschließt. Der Hebel 6 ist um die Achse 9 drehbar. Mit dem Hebel 6 oder mit seiner Drehachse, 9 ist ein Exzenter 20 starr verbunden, dessen geringste Entfernung von der ,Drehachse 9 bei 21, die größte Entfernung bei 22 liegt. Die Feder 23 ist bei 24 am Flugzeug befestigt. Ihr freies Ende geht über in ein Zuggorgan 25, welches auf dem Exzenter 2o aufliegt und bei 22 an diesem befestigt ist. Die Wirkung der Vorrichtung besteht in dem Drehmoment M = P - h, wenn h der wirksame Hebelarm der Kraft P um die Achse 9 ist. Bei einer Spiralfeder verläuft die Kraft P in Abhängigkeit von der Längenänderung linear. Soll die Bedingung erfüllt sein, daß die Wirkung der Feder unabhängig von der Stellung des Hebels 6 ist, so muß das Exzenter 2o so geformt sein, daß in jeder Stellung M = P - h konstant ist.Several exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Fig. I shows an embodiment with a spring with linear characteristics as a power source. From the control column i, which carries the handwheel 2 and is mounted at 3 , a control rod, which consists of the rods 4 and the angle levers 5 and 6, leads to your elevator 7, which is provided with mass balancing and connects to the tail fin 8. The lever 6 can be rotated about the axis 9. An eccentric 20 is rigidly connected to the lever 6 or to its axis of rotation 9, the smallest distance of which from the axis of rotation 9 is at 21 and the greatest distance is at 22. The spring 23 is attached to the aircraft at 24. Its free end merges into a pulling element 25 which rests on the eccentric 2o and is attached to it at 22. The effect of the device consists in the torque M = P - h, if h is the effective lever arm of the force P around the axis 9 . In the case of a spiral spring, the force P is linear as a function of the change in length. If the condition is to be fulfilled that the action of the spring is independent of the position of the lever 6, the eccentric 2o must be shaped so that M = P - h is constant in every position.

Da, wie schon gesagt. die in Frage kommenden Winkelausschläge des Ruders 7 und damit auch des Hebels 6 sehr klein sind, empfiehlt es sich, zwischen dem Hebel 6 und dem Exzenter 20 ein Getriebe anzubringen, durch welches die Ausschläge des Exzenters 2o vergrößert werden. Abb.2 zeigt ein Beispiel hierfür. Mit der Achse 9 oder dem Hebel 6 fest verbunden ist ein Stirnrad 26, in welches ein kleines Stirnrad 27 eingreift. Mit diesem oder mit seiner Drehachse 28 fest verbunden ist das Exzenter 29, auf welchem das Zugorganl 30, welches zu der bei 32 befestigten Feder 3I -führt, aufliegt und befestigt ist.There, as I said. the possible angular deflections of the rudder 7 and thus also of the lever 6 are very small, it is advisable to mount a gear between the lever 6 and the eccentric 20, through which the deflections of the eccentric 2o are increased. Figure 2 shows an example of this. A spur gear 26, in which a small spur gear 27 engages, is firmly connected to the axle 9 or the lever 6. The eccentric 29, on which the pulling element 30, which leads to the spring 3I attached at 32, rests and is attached, is firmly connected to this or to its axis of rotation 28.

Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem als Kraftquelle ebenfalls eine Feder mit linearer Charakteristik dient. 'Mit dein Hebel 6 oder mit seiner Drehachse 9 ist starr eine Scheibe 33 verbunden, welche einen besonders geformten Schlitz 34 hat. In diesem Schlitz 34 kann sich eine seitlich geführte Rollt- 35 bewegen, die über ein Zugorgan 36 mit der Feder 37 verbunden ist, deren ' anderes Ende bei 38 am Flugzeug befestigt ist. Unter Wirkung der Federkraft wird die Rolle 35 stets von selbst an die Stelle des Schlitzes gezogen, die von 38 den geringsten Abstand hat. Die Form des Schlitzes 34 ist so gewählt, daß das Moment M = P ₧ h der Federkraft stets einen konstanten Wert ergibt.Fig. 3 shows an embodiment in which a spring with linear characteristics is also used as the power source. A disk 33, which has a specially shaped slot 34, is rigidly connected to your lever 6 or to its axis of rotation 9. In this slit 34, a laterally guided Rollt- 35 can move, which is connected via a pulling member 36 with the spring 37, the 'other end is fixed at 38 to the aircraft. Under the action of the spring force, the roller 35 is always pulled by itself to the point of the slot that is closest to 38. The shape of the slot 34 is chosen so that the moment M = P ₧ h of the spring force always gives a constant value.

Claims (4)

PATENT ANS PIZ ÜCTIL: i. Vorrichtung zurn Erhöhen der Längsstabilität eines Flugzeugs bei losgelassener Steuersäule, die das mit vollem oder teilweisem Massenausgleich versehene Höhenruder bei Fahrtzunahine auf Aufstieig, bei Fahrtverringerung auf Abstieg verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beseitigen der Auswirkungen des Gewichtsausgleichs im Ruder mit dem Rudergestänge über einen Hebelarm mit veränderlicher Länge eine Feder verbunden ist, die auf das Ruder ein vorzugsweise gleichbleibendes Moment ausübt. :PATENT ANS PIZ ÜCTIL: i. Device for increasing the longitudinal stability of an aircraft when the control column is released, which adjusts the elevator, which is provided with full or partial mass balancing, to ascend when accelerating, and to descend when decreasing, characterized in that to eliminate the effects of the counterbalance in the rudder with the rudder linkage via a lever arm variable length a spring is connected, which exerts a preferably constant moment on the rudder. : 2. Vorrichtung zum Erhöhen der Längsstabilität nach Anspruch i mit einer Zugfeder mit linearem Kraftverlauf, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Feder (23) an einem Band (25) angreift, das auf dem Umfang einer auf einer Drehachse (9) an der Steuerleitung befestigten, spiralförmig ausgebildeten Kurvenscheibe (20) aufliegt und an der Stelle der größten Exzentrizität (22) befestigt ist. 2. Device for increasing the longitudinal stability according to claim i with a tension spring with a linear force curve, characterized in that the free end of the spring (23 ) engages a band (25) on the circumference of one on an axis of rotation (9) on the Control line attached, spirally formed cam (20) rests and is attached to the point of greatest eccentricity (22). 3 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Drehachse (28) der Kurvenscheibe (29) und der von der Scheibe beeinflußten Drehachse (9) des Ruderantriebes ein Übersetzungsgetriebe (--6, 2,7) eingebaut ist. 3 Device according to claim 2, characterized in that a transmission gear (--6, 2,7) is installed between the axis of rotation (28) of the cam disk (29) and the axis of rotation (9) of the rudder drive influenced by the disk. 4. Vorrichtung nach Anspruch i mit einer Zugfeder mit linearem Kraftverlauf, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (36) der Zugfeder (37) an einer Rolle «35) oder einem Gleitschuh befestigt ist, der sich in einem spiralförmig ausgebildeten Schlitz (34) einer auf einer Drehachse (9) im Ruderantrieb befestigten Scheibe (33) bewegt. 5. #'orrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Rudergestänge eingeleitete Kraft von einem als Luftfeder wirkenden, unter Gasdruck stehenden und in einem Zylinder beweglichen Kolben ausgeübt wird.4. Apparatus according to claim i with a tension spring with a linear force curve, characterized in that the free end (36) of the tension spring (37) is attached to a roller «35) or a sliding shoe which is located in a spiral-shaped slot (34) a disc (33) attached to a rotation axis (9) in the rudder drive. 5. # 'device according to claim i, characterized in that the force introduced into the rudder linkage is exerted by a piston acting as an air spring, under gas pressure and movable in a cylinder.