-
Die Erfindung betrifft einen Hubschrauber mit einem um eine senkrechte
Achse schwenkbaren Heckrotor und einem Seitenleitwerk.
-
Hubschrauber der vorgenannten Art werden im Schwebe- und Langsamflug
zum Ausgleich des Drehmomentes mit einer Heckrotorstellung geflogen, bei der die
Heekrotorwelle quer zur Flugzeuglängsachse gerichtet ist.
-
Bei zunehmender Fluggeschwindigkeit beginnt dagegen die Steuerwirksamkeit
des Seitenleitwerkes. Der hierbei erzielte Wirkungsgrad des Seitenruders reicht
aus, um sowohl das vom Hauptrotor ausgeübte Drehmoment auszugleichen, als auch durch
entsprechende Ruderverstellung Flugbewegungen um die Hochachse zu ermöglichen. Der
bisher hierfür quer zur Flugrichtung ausgeübte Schub des Heckrotors wird daher bei
höheren Fluggeschwindigkeiten zur zusätzlichen Schuberzeugung in Flugrichtung herangezogen
und der Heckrotor in eine Stellung verschwenkt, in der seine Drehachse eine koaxiale
Lage zur Flugzeuglängsachse einnimmt.
-
Ist die Geschwindigkeit des Hubschraubers, beispielsweise durch Vorwärtsneigen
des Hauptrotors, ausreichend groß geworden, so wird das Ruder der Seitenflosse durch
die Trimmeinrichtung stetig stark angestellt und der Einstellwinkel des Heckrotors
stetig verringert, bis die Seitenkraft nur noch von der Seitenflosse erzeugt wird
und der seitlich gerichtete Heckrotorschub nahezu verschwindet.
-
So wird z. B. bei mittlerer Einstellung der Blattwinkel der Rotorblätter
der Heckrotorschub von seinem anfänglichen Wert bei einer Schwenkung von nur 10
Winkelgraden bereits den Wert 0 erreichen, und beim Weiterverschwenken bis etwa
20° den umgekehrten Wert zu seiner Ausgangsposition angenommen haben. Bei Erreichen
der Propellerstellung, d. h. dann, wenn die Rotordrehachse parallel zur Flugzeuglängsachse
liegt, beträgt der negative Schub des Heckrotors das Vielfache des anfänglichen
positiven Wertes.
-
Zu Beginn der Schwenkung würde ein solches Verhalten eine Umkehr des
Drehmomentes und am Ende der Schwenkbewegung einen sehr starken Luftwiderstand auf
den Hubschrauber hervorrufen. Aus dem vorher Gesagten ergibt sich, daß es notwendig
ist, während der Dauer der Schwenkbewegung den Blatteinstellwinkel fortlaufend zu
ändern, wenn die Schubkraft 0 bis zur Beendigung des Schwenkvorganges beibehalten
werden soll. Die bekannten schwenkbaren Heckrotoren haben den Nachteil, daß sie
während des Schwenkvorganges, der im Vorwärtsflug erfolgt, entsprechend der starken
Änderung ihres axialen Durchflußgrades, keinen genauen Ablauf des mittleren Einstellwinkels
der Rotorblätter in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des Rotors und von der
Fluggeschwindigkeit aufweisen, um zu erreichen, daß einerseits das von dem Rotor
erzeugte Drehmoment um die Hochachse des Drehflüglers die richtige Größe aufweist
und daß andererseits der Heckrotorschub nicht zeitweise entgegen der Flugrichtung
wirkt, so daß an Stelle eines Antriebes ein zusätzlicher Widerstand durch den Heckrotor
entsteht. Dadurch, daß außer der normalen Steuerung des Momentes um die Hochachse
noch der Schub des schrägstehenden Heckrotors zu regeln ist, stellt der Vorgang
des Schwenkens für den Flugzeugführer eine beträchtliche zusätzliche Belastung dar;
es ist daher unbefriedigend, die fortlaufende Regelung der zu jedem Schwenkwinkel
des. Heckrotors zugehörigen optimalen Blattwinkeleinstellung dem Piloten zu überlassen.
-
Durch die Erfindung wird ein neuer Weg aufgezeigt, auf welche Weise
die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden und die Schwenkbewegung des
Heckrotors ohne Beeinträchtigung der Flugbewegung, d. h. ohne unerwünschte Schubkräfte,
ermöglicht wird.
-
Die Erfindung besteht darin, daß der Heckrotor, mit oder ohne Getriebe,
in geringem Maße in Richtung seiner Drehachse gegen die Wirkung einer Schubmeßeinrichtung
verschiebbar ist, die den Schub des Heckrotors während dessen Schwenkung mittels
einer auf dessen Blattwinkeleinstellvorrichtung wirkenden Regeleinrichtung auf einen
konstanten, nahe bei Null liegenden Wert steuert. Eine vorteilhafte Ausgestaltung
des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß die Schubmeßeinrichtung an der Vorderseite
des Rotorgetriebes angeordnet und mit diesem windschlüpfig verkleidet ist.
-
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen vor allem darin,
daß während der Schwenkbewegung des Heckrotors keine Änderung des Drehmoments des
auf die Längsachse des Flugzeuges durch den Hauptrotor ausgeübten Drehmomentes und
auch keine Änderung des Antriebsschubes in Flugrichtung erfolgt. Ebenso wird eine
schädliche Änderung des Luftwiderstandes durch die Heckrotorblätter vermieden. Schließlich
ist der Heckrotor weitgehend vor größeren Schlagbewegungen und vor überlastung geschützt.
-
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erklärt und die Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden
Problems in vier Phasen erläutert. Die Zeichnung zeigt in F i g. 1 den Seitenschnitt
eines verschwenkbaren Heckrotorgetriebes eines Hubschraubers, F i g. 2 das Heck
eines Hubschraubers mit einem als Ausleger auf der Seitenflosse montierten Heckrotor
gemäß F i g. 1 in Draufsicht, F i g. 3 den Beginn des Schwenkmanövers des Heckrotors
gemäß F i g. 2, F i g. 4 den Schwenkvorgang etwa in Mittelstellung des Rotors gemäß
F i g. 3, F i g. 5 die Endstellung, in der die Rotorblätter Propellerwirkung haben.
-
Der Heckrotor 1 ist durch das Kardangelenk 4 auf der
Heckrotorwelle 6 befestigt. Die Rotorwelle 6 ist mittels der Lager 7 und 8 in dem
Getriebegehäuse 9 mit dem Kegelgetriebe 10 und 11 gelagert. Das Getriebegehäuse
weist die Gleitbüchsen 12 und 13 auf, mit denen es axial in Richtung
der Rotorwelle verschieblich in den Augen 14 und 15 des Verdrehgestells
16 gelagert ist. Das Getriebe ist außerdem über die elektrische Kraftmeßdose
17 gehalten, und diese stellt die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem
Getriebegehäuse 9 und dem Ausleger 18 des Verdrehgestells dar. Der Drehkranz 19
lagert das Verdrehgestell auf einem Holm 24 der Seitenflosse 21
des
Leitwerks. Die Verbindung des Heckrotorgetriebes mit dem Umlenkgetriebe 22 erfolgt
über eine Welle 23, die mit Kardangelenken 20 und 25 an ihren Enden an den Kegelradgetrieben
10, 11 bzw. 22 angeschlossen ist, so daß eine kleine Verschiebung des Heckrotorgetriebes
9 gegenüber dem Zwischengetriebe 22 ohne Beeinträchtigung der Wellenbewegung
möglich
ist. Der Einstellwinkel der Rotorblätter 2 und 3 wird über die Hebel 26 und 27 und
die Stoßstangen 28 und 29 mit dem Einstellager 30 gesteuert, dessen nicht drehendes
Teil 31 über einen hydraulischen Kraftverstärker 32 geregelt wird.
-
Die Steuerung mit dem Pedal 43 des Piloten erfolgt über ein mechanisches
Gestänge 33, einen elektrohydraulischen Weggeber 34, über den Umlenkhebel 35, ein
Verdrehlager 36 und Stoßstangen und Winkelhebel 37 und 38. Außerdem ist eine
Verbindung von der Pedalsteuerung 43 des Piloten zu dem Seitenruder 39 über das
in seiner Länge veränderliche Trimmgestänge 40 vorgesehen. Im Rumpf des Hubschraubers
ist eine elektronische Regelanlage 41 zur Verstärkung der Signale der Kraftmessung
mit der Meßdose 17 und deren Verarbeitung in einen Impuls für den elektrohydraulischen
Weggeber 34 angeordnet. Diese Regelanlage 41 kann auf vom Piloten gewünschte Werte
des Heckrotorschubes am Schalter 42 im Pilotenraum eingeregelt werden.
-
Die Funktion der schwenkbaren Rotorlagerung ist folgende: Die durch
die Rotorblätter 2, 3 eingeführten Schubkräfte bewirken eine Längsverschiebung des
die Antriebswelle 6 in den Lagern 7, 8 drehbar führenden Getriebegehäuses 9 gegenüber
dem Verdrehgestell 16. Hierbei gleitet das Getriebegehäuse 9 mittels der Gleitbüchsen
12, 13 in den Augen 14, 15 des Verdrehgestells 16, und die zwischen dem axial beweglichen
Gehäuse 9 und dem in axialer Richtung unverschieblich mit dem Flugzeugheck verbundenen
Ausleger 18 eingeschaltete elektrische Kraftmeßdose 17 wird betätigt. Diese gibt
die jeweiligen Änderungen der Schubwerte auf elektrischem Wege an die elektronische
Regelanlage 41 weiter, welche ihrerseits durch entsprechende Signale über den elektrohydraulischen
Weggeber 34 den Blatteinstellwinkel verändert und zwar unabhängig von den mittels
des Pedals 43 vom Piloten eingegebenen Steuerbewegungen. Zur Beeinflussung der elektronischen
Regelanlage 41, d. h. zur Einstellung eines bestimmten Schubwertes, z. B. des Schubes
0, dient das Schaltorgan 42. Die Blattwinkeleinstellung wird stets automatisch so
einreguliert, daß* sie dem am Schaltorgan 42 eingestellten Schubwert entspricht.
-
In den nachfolgend beschriebenen F i g. 2 bis 5 ist die Schwenkbewegung
des Heckrotors dargestellt. F i g. 2 zeigt das Heck a eines Hubschraubers mit dem
oberhalb der Flosse b schwenkbar angeordneten Heckrotor c in Stellung beim Schwebe-
oder Langsamflug, bei der die Heckrotorwelle quer zur Fluzeuglängsachse gerichtet
ist. Durch den hierbei erzeugten Schub S wird das vom Hauptrotor erzeugte Drehmoment
allein durch die Kraft des Heckrotors aufgenommen.
-
Bei dem in F i g. 3 dargestellten Beginn des Schwenkmanövers des Heckrotors
c ist die Flugeschwindigkeit durch Vorwärtsneigung des Hauptrotors auf beispielsweise
200 km/h gesteigert. Beim Erreichen dieser -Geschwindigkeit wird der Anstellwinkel
des Seitenruders d der Flosse b durch die Trimmeinrichtung stetig
vergrößert und der Blatteinstellwinkel des Heckrotors stetig verkleinert, so lange,
bis die seitlich wirkende Schubkraft S bei steigender Fluggeschwindigkeit nur noch
vom Ruder herrührt.
-
Die folgende Phase des Schwenkvorganges ist in F i g. 4 gezeigt. Der
Schwenkrotor c hat etwa seine Mittellage erreicht. In dieser Stellung ist die Regeleinrichtung
eingeschaltet, die die Schubwirkung des Heckrotors durch Blattwinkeleinstellung
konstant auf dem Wert 0 hält.
-
F i g. 5 zeigt die Beendigung des Schwenkvorganges, nach welcher durch
die Blätter des nunmehr als Propeller wirkenden Rotors b eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit
bewirkt wird.