DE2622403A1

DE2622403A1 - Variable energieabsorptionsvorrichtung zum anhalten von flugzeugen

Info

Publication number: DE2622403A1
Application number: DE19762622403
Authority: DE
Inventors: Harry W Deshay; Donald B Doolittle
Original assignee: All American Industries Inc
Current assignee: All American Industries Inc
Priority date: 1975-05-30
Filing date: 1976-05-19
Publication date: 1976-12-16
Also published as: US4042079A; GB1554187A

Description

MÜLLER-BORE · GROKNiNG - DEUS¹EI · SC.«JÖN · HERTEL

PATEXXA Λ' WÄ LT JE

S/A 18-11

DR. WOLFGANG MÜUUER-BORE (PATENTANWAUTVON 1927-1975) HANS W. GROENING. DIPU₁-ING. DR. PAUU DEUFEU. DIPU.-CHEM. DR. AUFRED SCHÖN, DIPU.-CHEM. WERNER HERTEU. DIPU.-PHYS.

AMERICAN INDUSTRIES, INC. Thomaston, Conn., USA

Variable Energieabsorptionsvorrichtung zum Anhalten von Flugzeugen

Die Erfindung betrifft eine variable Energieabsorptionsvorrichtung für ein System zum Anhalten von Flugzeugen.

Es ist bereits ein sehr wirksamer Energieabsorber für ein Flugzeuganhaltesystem bekannt (US-PS 3 172 625). Dieses System hat einen mit Schaufeln besetzten Rotor, der zwischen einem Paar von mit Schaufeln besetzten Statoren in einem mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuse angeordnet ist. Die Haltereaktion ist dadurch festgelegt , daß der Drehmomentenarm eines bandförmigen Ablaufelementes verringert wird, welches auf eine Trommel gewickelt ist, die an der Eingangsantriebswelle des Rotors befestigt ist. Dadurch wird ein freier Ablauf nach dem ersten Kontakt mit dem Flugzeug, eine im wesentlichen konstante Energieabsorption, wenn der Drehmomentenarmradius und der mechanische Nutzeffekt geringer werden,und schließlich ein weicher Abschluß gewährleistet, wenn das Flugzeug und der Energieabsorber zur Ruhe kommen. Eine solche Änderung ist jedoch nicht

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MtTST C H E IT 80 · SIEBERTSTR. 4 · POSTFACH 860720 · KABEL: JICEBOPAT · TEL. (089) 471079 · TJEI₁EX 3-23 659

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so empfindlich wie es in manchen Fällen erwünscht wäre, auch fehlt dadurch die Möglichkeit, den Energieabsorber wirksam in Verbindung mit einer breiten Vielfalt von
Flugzeugen einzusetzen. Es wurden bereits verschiedene Vorrichtungen zum Ändern des Drehmomentes bei Energieabsorbern vorgeschlagen, die den Winkel der rotierenden Schaufelblätter ändern (US-PS 3 168 939, I-PS 527 o87). Diese Vorrichtungen arbeiten jedoch insgesamt nicht wirtschaftlich, sind nicht robust genug, fest genug und unzuverlässig .

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine einfache robuste, feste und zuverlässige Energieabsorptionsvorrichtung zu schaffen, bai der der
Winkel der absorbierenden Schaufeln und das entwickelte Drehmoment variabel sind.

Diese Aufgabe wird durch eine fluidbetätigte Energieabsorptionsvorrichtung gelöst, die eine ringförmige Achswellen— und Lageranordnung ciufweist, die mit der Rotorwelle angrenzend an eine hohle Kammer in der Basis der
Rotorwelle verbunden ist. Die Ringanordnung ist durch
Segmentplatten miteinander verbunden. Auf den verschiedenen Seiten der Segmentplatten sind gegenüberliegende
Rotorblätter an jeder Achse angeordnet. Ein Paar von
Nockenplatten in der Hohlwellenkammer greift an Kurbeln an den Innenenden der Achswellen zum Ändern des Winkels der Schaufeln an. Die Nockenplatten werden durch eine
Steuerstange betätigt, die sich durch die hohle Mitte
der Rotorwelle nach außen erstreckt und durch eine
Spindel am Außenende der Rotorwelle zur Änderung des
Winkels der Schaufeln geschoben oder gezogen wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine drehbare Eingangsantriebseinrichtung mit dem Außenende der Rotorwelle eines drehbaren fluidbetätigten Energieabsorbers

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verbunden. Eine ringförmige Achsen- und Lageranordnung ist rechtwinklig mit einem inneren Abschnitt der Rotorwelle verbunden. An den Achsen sind Schaufeln befestigt. Der Abschnitt der Rotorwelle, der angrenzend an die ringförmige Anordnung vorgesehen ist, ist hohl und bildet so eine Kammer, in welcher Bewegungsübertragungseinricäitungen aufgenommen sind, die mit den Achsen für deren Drehung verbunden sind, um den Winkel der Schaufeln zu ändern. Die Rotorwelle hat auch eine hohle Mitte, welche die Kammer in der Welle mit dem Außenende der Welle verbindet. In der hohlen Mitte der Rotorwelle ist eine Steuerstange angeordnet, die die bewegungsubertragenden Einrichtungen in der Kammer mit dem Außenende der Rotorwelle verbindet. Die Einrichtung zum Steuern der Eingabebewegung ist lait dem Außenende der Steuerstange verbunden, um die die Bewegung übertragende Einrichtung so zu betätigen, daß der Winkel der Schaufeln auf ihrer Bewegungsbahn und dementsprechend die absorbierte Energie variierbar sind.

Die ringförmige Achsen- und Lageranordnung kann durch Segmentplatten verbunden sein. Die Rotorschaufein können an gegenüberliegenden Seiten der Achsen befestigt und parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der Segmentplatten angeordnet sein. An einem Bund um die Innenenden der Achse herum können ortsfeste Schaufeln angeordnet werden. Die inneren Enden sind an dem Bund um die Rotorwelle für das Zirkulieren von Fluid in der Nähe der Rotorwelle installiert. Die äußeren Enden der Schaufeln können für die Aufnahme der äußeren Achslager ausgespart sein. Die die Bewegung übertragende Anordnung kann Kurbeln an den Innenenden der Achswelle aufweisen. Die die Bewegung eingebende Einrichtung kann eine Gleitspindel mit Mutter sein.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Ausführungsform, einer Energie absorbierenden Vorrichtung.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 2A ist eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf den Mittelabschnitt der Ausführungsform von Fig. 2.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linei 3-3 von Fig. 1.

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3, wobei die Schaufeln in der das volle Drehmoment entwickelnden Stellung gezeigt sind.

Fig. 5 zeigt in einer Ansicht wie Fig. 4 die Schaufeln in einer Zwischenstellung.

Fig. 6 zeigt eine Schaufel, ihre Achswelle und die Betätigungsnockenanordnung in der Stellung mit minimalem Drehmoment.

Fig. 7 zeigt in einem Längsschnitt die mittleren Hauptabschnitte der Ausführungsform der Figuren 1 bis 6.

In Fig.1 ist ein Energieabsorber oder eine Bremse 1o zum Abbremsen oder Anhalten eines landenden Flugzeuges mittels des bremsenden Ablaufs eines linearen Elementes 12, beispielsweise eines Nylonbandes, gezeigt, das auf einer Spule 12 angeordnet ist, die mit der Hauptrotorwelle 16 verbunden ist, was insbesondere aus Fig. 7 zu ersehen ist. Die Drehung der Welle 16 wird in einem Fluidenergieabsorber 18 durch Drehung der Rotorschaufelanordnung 2o in einer Flüssigkeit 22, beispielweise Wasser, in einem Gehäuse 24 zwischen oberen und unteren ortsfesten Statorschaufein 26 abgebremst oder verzögert. Der Rotor 16 ist drehbar in einem unteren

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Axiallager 28 und in einem Radiallager 3o in der Mitte der Gehäuseabdeckung 32 abgestützt, wobei eine Zahnanordnung 34 für das Wiederexnbringen in der Nähe des oberen Endes der Rotorwelle 16 angeschlossen ist. Die Bremse 1o ist an sich bekannt (US-PS 3 172 5o4). Sie wird in einem nicht gezeigten Schacht auf der Seite der Flugzeuglandebahn angeordnet. Auf der Oberseite der Bremse 1o ist eine Huböse 36 vorgesehen.

Die in den Figuren 1,3 und 7 gezeigte ringförmige Achs- und Lageranordnung 2o hat eine radiale Anordnung von Rotorwellen 4o, die über einen durchbohrten Bund 42 und äußere Lager 44 gehalten sind. Die äußeren Lager 44 sind mit den äußeren Ecken 48 von Segmentplatten 46 verbunden und werden davon gehalten, während innere Enden in eine Nut 52 um den Mittelumfang des Bundes 42 eingesetzt sind. Die inneren Achslager 45 werden von der durchbrochenen Nabe 53 der Rotorwelle 16 angrenzend an die Hohlkammer 47 in der Welle 16 gebildet. Die Spule 14 ist bei 15 auf den oberen Teil des Rotors 16 aufgekeilt. Der durchbohrte mittige Bund 42 ist bei 55 auf die Nabe 53 am unteren Teil des Rotors 16 aufgekeilt, um eine Relativbewegung zwischen diesen Elementen zu verhindern. In der Kammer 47 ist eine Einrichtung 49 zum übertragen der Bewegung mittels Nocken und Nockenfolger angeordnet. Wie aus den Figuren 3 bis 7 zu ersehen ist, sind an den inneren Enden der Welle 4o Glockenkurbeln bzw. Winkelhebel 54 befestigt, deren innere Enden 56 drehbar in Nockenfolgerblöcken 5 8 sitzen, die zwischen parallelen Nockenplatten 59 angeordnet sind, welche mit der Nockenbetätigungswelle 6o verbunden und durch ein inneres Distanzstück 62 weggehalten sind. Die Welle 4o ist auf einen quadratischen Querschnitt 41 reduziert, wenn sie in die Kurbelnabe 43 eintritt, um eine drehungsfreie Kupplung zwischen der Welle 4o und der Kurbel 54 zu gewährleisten.

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Die ringförmige Achs- und Lageranordnung 2o hat ein Paar von oberen und unteren parallelen Rotorschaufeln 64 und 66, die beispielsweise durch Schweißen an der Oberseite und Unterseite der Achswellen 4o angebracht sind. Dies ermöglicht die Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Betätigungswelle 60, wie dies in Fig. 4, 5 und 6 gezeigt ist, so daß die Rotorschaufeln 64 und 66 aus der völlig geöffneten oder der Stellung mit vollem Drehmoment, die in Fig. 4 gezeigt ist, in die vollständig abgesenkte oder eingefahrene Stellung, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, über die in Fig. 5 gezeigte Zwischenstellung drehbar sind. Dementsprechend kann das Drehmoment von dem vollen Betrag auf ein Minimum über eine Anzahl von Zwischenstellungen variiert werden.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, sind ortsfeste Schaufeln 68 an dem Bund 42, die sich abwechselnd nach oben und nach unten um den mittleren Bund 42 erstrecken, in dem Raum 51 zwischen den inneren Enden der ringförmigen Anordnung 2o und dem Bund 42 angeordnet, um so ein volles Drehmoment zu erzeugen, wenn die Schaufeln 64 und 66 sich in dem Ring 22 von Flüssigkeit mit dem Rotor drehen, wobei die Turbulenz und die Kavitation in der senkrechten Stellung mit vollem Drehmoment auf ein Minimum reduziert sind, überhängende Enden 7o der Schaufeln 64 und 66 überlappen die äußeren Lager 44, wofür Ausnehmungen 71 vorgesehen sind, und erstrecken sich in die Nähe der Seitenwände 72 des Gehäuses 24. Der Bund 42 hält die Innenenden der Schaufeln 64 und 66 radial nach außen in einem Abstand, der ausreicht, um zu verhindern, daß sie einander in der flachen, völlig eingefahrenen Stellung stören.

Von einer langen vertikalen, zentralen Welle 74, die für eine gleitende Aufwärts- und Abwärtsverschiebung in der mittleren Bohrung 76 in der Rotorwelle 16 installiert ist, werden parallele Nockenplatten 59 nach oben und

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unten bewegt. Die Welle 74 ist dementsprechend fest abgestützt sowohl hinsichtlich Zug als auch Druck.

Das obere Ende 78 der Welle 74 ist über einen Hals 8o mit einer Anordnung 82 zum Erteilen einer zentralen Bewegung verbunden, die eine Leitspindel 84 aufweist, welche innerhalb einer Betätigungsmutter 86 durch ein streng gehendes Gewinde umfaßt ist, beispielsweise durch sich leicht verjüngende Gewindegänge. Die Mutter 86 wird durch radiale Halter 88 und Knöpfe 9o gedreht. Die Stellung der Halter 88 ist durch eine Sperrklinke 92 arretiert, die zwischen der oberen Nabenabdeckung 94 und der unteren Wabenplatte 96 wirkt. Die Sperrklinke wird durch Lösen der Arretiermutter 91 freigegeben, die die Sperrschraube zwangsweise in dem Sperrsockel 93 arretiert hält, wodurch die Steuerstange 74 genau positioniert gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtungarbeitet folgendermaßen: Die Stellung der oberen und unteren Rotorschaufein 64 und wird durch die Stellung der Leitspindel 84 in der Mutter gesteuert. Ein zwischen dem Gewindeabschnitt 84 der Welle 74 und der Betätigungsmutter 86 eingreifender Keil 95 führt die Vertikalbewegung der Welle 84, wodurch die Nockenplatten 59 angehoben und abgesenkt werden, wenn die Betätigungsmutter 86 durch die Halter 88 gedreht wird, wobei der Sperrzapfen 92 freigegeben wird. Dadurch wird die Lage der Schaufeln 64 und 66 von der in Fig. 4 gezeigten Stellung für volles Drehmoment in die eingefahrene Stellung gemäß Fig. 7 eingestellt, wobei ein weiter Bereich von Zwischenstellungen vorliegt. Dadurch kann der Absorber 1o mittels eines äußerst stabilen, dauerhaften und zuverlässigen Aufbaus eine breite Vielfalt von Drehmomentzuständen hervorbringen.

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Claims

ANSPRÜCHE

.j Drehbare f luidbetätigte Energie absorbierende Vorrichtung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (18) für die Aufnahme eines Fluids, eine Rotorwelle (16) mit einem Außenende, das außerhalb des Gehäuses (18) angeordnet ist, und einem Innenabschnitt, der innerhalb des Gehäuses sitzt, durch Lagereinrichtungen (28, 3o), die den inneren Abshhnitt der Rotorwelle (16) innerhalb des Gehäuses (18) mit dem äußeren, außerhalb des Gehäuses angeordneten Ende drehbar halten, durch eine drehbare Eingangs-Antriebseinrichtung (88, 9o) , die mit dem Außenende der Rotorwelle (16) verbunden ist, durch eine ringförmige Achs- und Lageranordnung (2o), die rechtwinklig mit der Rotorwelle (16) innerhalb des Gehäuses (18) verbunden ist, durch an den Achsen (4o) befestigte Rotorschaufein (64, 66), wobei der Teil der Rotorwelle (53) , der angrenzend an die ringförmige Anordnung (2o) angeordnet ist, hohl ist und eine Kammer (47) bildet, durch in der Kammer (47) angeordnete Einrichtungen (49) zum Übertragen einer Bewegung, die mit den Achsen (4o) für deren Drehung zur Änderung des Winkels der Schaufeln (64, 66) verbunden sind, wobei die Rotorwelle (16) eine hohle Mitte (76) hat, welche die Kammer (47) in der Welle (16) mit dem äußeren Ende der Welle verbindet, durch eine Steuerstange (74), die in der hohlen Mitte (76) der Rotorwelle (16) angeordnet ist und die die Bewegung übertragende Einrichtung (49) in der Kammer (47) mit dem äußeren Ende der Rotorwelle (16) verbindet, und durch eine Einrichtung (82) zur Eingabe der Steuerbewegung, die mit dem Außenende (78) der Steuerstange (74) verbunden ist, wodurch der die Bewegung übertragenden Einrichtung zum Ändern des Winkels der

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Schaufeln (64, 66) zu ihrer Bewegungsbahn und dementsprechend zum Ändern der absorbierten Energie eine Steuerbewegung erteilt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Achs- und Lageranordnung (2o) eine radiale Anordnung von Achsen (4o) aufweist, die drehbar in einer radialen Reihe von inneren und äußeren Lagern (44, 45) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (16) an der Kammer (47) eine durchbrochene Wand aufweist, wobei die inneren Achslager

(45) in der durchbrochenen Wand (53) installiert sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bewegung übertragende Einrichtung Kurbeln

(54) aufweist, die in der Kammer (47) angeordnet und mit den inneren Enden der Achsen (4o) verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Achsund Lageranordnung (2o) durch Segmentplatten (46) aneinander befestigt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenüberliegendes Paar von Schaufeln (64, 66) an jeder der Achsen (4o) befestigt ist und daß die Schaufeln (64, 66) einer jeden solchen Achse auf gegenüberliegenden Seiten der Segmentplatten (46) angeordnet sind.

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7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (64, 66) innere und äußere Enden haben, wobei die inneren Enden der Schaufeln (64, 66) in einem geringeren Abstand von der Rotorwelle (16) angeordnet sind, um so einen Ringraum dazwischen zu schaffen, und die ortsfesten Schaufeln an der Rotorwelle in dem Ringraum befestigt sind, um die an die Rotorwelle angrenzende Flüssigkeit umzuwälzen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rotorwelle (16) ein Bund (42) angrenzend an den Raum befestigt ist, wobei ortsfeste Schaufeln (68) an dem Bund (42) befestigt sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bewegung übertragende Einrichtung (49) eine Nocken und Nockenfolger aufweisende Einrichtung ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken und Nockenfolger aufweisende Einrichtung ein Paar von im Abstand angeordneten Platten (59) aufweist, die mit der Steuerstange (74) und den Kurbeln (54) verbunden ist, die mit den inneren Enden der Achsen (4o) verbunden sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerblöcke (58) zwischen den Nockenplatten (59) angeordnet sind und daß die inneren Enden der Kurbeln (54) drehbar in den Blöcken aufgenommen sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung

(82) für die Steuerbewegung eine Leitspindel (84) und eine Mutter (86) auf v/eist.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiereinrichtung zwischen der Leitspindel

(84) und der Mutter (86) wirkt, um diese in der eingestellten Lage zu halten.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden der Schaufeln (64, 66) angrenzend an das Gehäuse (24) angeordnet sind, wobei die äußeren Enden axiale Ausnehmungen (71) aufweisen, in denen die äußeren Achslager (44) aufgenommen sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Achs- und Lageranordnung (2o) eine radiale Anordnung von drehbaren Achsen (4o) aufweist, die in einer radialen Reihe von inneren und äußeren Lagern (44, 45) angeordnet sind, wobei die inneren Achslager (45) in einer durchbrochenen Wand (53) in der Rotorwelle (16) , an der Stelle der in der Welle befindlichen Kammer (47) angeordnet sind, daß die ringförmige Achs- und Lageranordnung (2o) aneinander durch Segmentplatten (46) befestigt ist und daß ein gegenüberliegendes Paar von Schaufeln (64, 66) an jeder der Achsen (4o) befestigt ist, wobei die Schaufeln (64, 66) einer jeden der Achsen (4o) auf gegenüberliegenden Seiten der Segmentplatten (46) angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (64, 66) innere und äußere Enden haben, wobei die inneren Enden der Schaufeln (64, 66) in einem kurzen Abstand von der Rotorwelle (16) unter Bildung eines Ringraums (51) dazwischen angeordnet sind, und daß ortsfeste Schaufeln (68) an der Rotorwelle (16) in den Ringräumen befestigt sind, so daß die Flüssigkeit angrenzend an die Rotorwelle (16) zirkuliert.

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17. Vorrichtung'nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rotorwelle (16) angrenzend an den Raum ein durchbrochener Bund (42) angeordnet ist, wobei ortsfeste Schaufeln (68) in abwechselnden Richtungen angeordnet und die inneren Enden (5o) der Segmentplatten (46) an dem Bund (42) befestigt sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Schaufeln (64, 66) auf gegenüberliegenden Seiten der Achsen (4o) und parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der Segirtentplatten (46) angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Statorschaufelanordnung (26) in jedem Gehäuse (24) axial angrenzend an die Rotorschaufeln (64, 66) angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar der Statorschaufelanordnungen auf beiden Seiten der Rotorschaufeln (64, 66) angeordnet ist.

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