DE4422987A1 - Kipprotorhubschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung ist ein Kipprotorhubschrauber, der senkrecht starten und landen kann, schwebt, wenn es erforderlich ist, und im Flugzeugflug (Schnellflug), wenn die Rotoren umgeklappt sind, höhere Geschwindigkeiten erreicht als ein gewöhnlicher Hubschrauber.

Es wurden schon Kipprotorhubschrauber entwickelt, die sich aber von diesem Kipprotorhubschrauber wesentlich unterscheiden.

Konstrukturelle Besonderheiten:

• - Die Anordnung der beiden Rotoren ist längs zum Flugzeugrumpf. Ein Rotor befindet sich vorne über dem Rumpf und der zweite Rotor befindet sich hinten "unter" dem Rumpf.
• - Die Steuerung der Rotoren, neben der kollektiven auch die zyklische Rotorsteuerung, ist in allen Flugzuständen gewährleistet: im Hubschrauberflug, im Flugzeugflug, wie auch im Übergang dieser beiden Flugzuständen. Die Steuerung ist also immer dieselbe, auch im Flugzeugflug wird die Hubschraubersteuerung beibehalten. Es entfällt also das Wechseln des Steuerungsprinzips während des Kippvorgangs.
• - Der Kipprotorhubschrauber besitzt einen Flügel unter dem Rumpf, der für den Auftrieb im Flugzeugflug sorgt.
• - Ein Leitwerk ist hinten über dem Rumpf angeordnet, bestehend aus Seitenruder und Höhenruder, um die Lenkvorgänge im Flugzeugflug zu unterstützten.

Der Kipprotorhubschrauber hat im Vergleich zu bisherigen Kipprotorhubschraubern folgende Vorteile:

• - Die Steuerbarkeit der Motoren, sowohl kollektive als auch zyklische Blattverstellung, ist jederzeit vorhanden, so daß ein stabiler Flug im Übergang vom Hubschrauberflug zum Flugzeugflug, wie auch im Flugzeugflug besteht.
• - Die Anordnung der Rotoren bewirkt eine gute Steuerbarkeit der Nick-Funktion und eine hohe Nickstabilität (vgl. Tandem = Hubschrauber), so daß der Schwerpunkt weit nach vorne und nach hinten verschoben werden kann, und die Fluglage beim Kippen der Rotoren, die in Nick-Richtung kippen, durch die gute Steuerbarkeit dieser Nick-Funktion stets stabil bleibt.
• - Der relativ elastische Flügel ist nicht Träger der Rotoren, sondern der Rumpf bzw. eine Trägereinheit im Rumpf. Der Antrieb wird dadurch erleichtert, weil die Antriebsachse ihre Lage zum Antrieb nicht ändert.

Rumpf (1)

Der Rumpf (1) besteht aus der Kabine, einer Flügelhalterung unterm Rumpf, einem Träger für die Rotorhalterungs- und Antriebskonstruktion, welcher auch der Rumpf selber sein kann und einem extrem hoch angeordneten Heckausleger, in dem das Triebwerk/die Triebwerke (5) eingebaut sind, um Schwerpunkt und Geräuschkulisse in der Kabine zu optimieren. Tankbehälter können an vielen Stellen des Kipprotorhubschraubers eingebaut werden: Überm Träger und seitlich des Trägers, im hinteren Teil der Kabine, im Flügeln und im Leitwerk.

Flügel (2)

Der Flügel (2) ist unterm Rumpf angeordnet, besitzt Querruder und kann mit Klappen ausgestattet werden, die im Hubschrauberflug den Luftwiderstand verkleinern.

Antriebseinheit

Die Antriebseinheit besteht aus dem Triebwerk/den Triebwerken (5), einem Getriebe (6), eine mechanische Verbindung der Rotoren (7, 8) durch eine Achse (36) und zwei Kegelgetriebe (11, 12), ein Kegelgetriebe für den vorderen, ein Kegelgetriebe für den hinteren Rotor. Diese Kegelgetriebe gewährleisten, daß die Rotoren ständig in entgegengesetzte Richtungen in jeder Rotorkippstellung gleich schnell angetrieben werden. Ein Rotor dreht sich im Uhrzeigersinn, der zweite gegen den Uhrzeigersinn, damit sich die Kräfte kompensieren.

Die Rotorachsen (19, 20) sind durch gabelförmige Rotorhalter (9, 10) mit den Kegelgetrieben (11, 12) verbunden, so daß ein Kippen der Rotoren um die Achsen (17, 18) möglich ist.

Kippmechanismus

Der Kippmechanismus wird über ein oder mehrere Elektromotoren (28) und einem Getriebe (28) angetrieben. An jedem Rotor sind Gewindestangen (13, 14) über Kegelgetriebe (23, 24) mit der Antriebsachse (27) des Kippmechanismus verbunden - für jede Gewindestange ein Kegelgetriebe - und dazu passende Gewindebuchsen (15, 16) bzw. Muttern so angeordnet, daß die Rotoren synchron hoch und runter geschraubt werden können und damit kippen können. Hierzu muß die Vorrichtung um die Achsen (37, 38) und (25, 26) schwenkbar gelagert sein. Wenn der Kippantrieb über den Elektromotor/die Elektromotoren eingeschaltet wird, so kann gleichzeitig eine Rotorsteuerung erfolgen, die das Kippen der Rotoren erleichtert (vgl. Sonderfunktion unter "Steuerung"):
Wenn vom Hubschrauberflug in den Flugzeugflug übergegangen wird, der vordere Rotor (7) also nach vorne unten geklappt und der hintere Rotor (8) nach hinten oben kippt, so wird die Taumelscheibe vom vorderen Rotor und die vom hinteren Rotor so bewegt (Nick = Bewegung, Rotorsteuerungsfunktion 6), daß die Rotoren von sich aus auf Grund der Auftriebsverteilung der Rotoren wegen der zyklischen Blattverstellung in die entsprechende Kipprichtung der Rotoren kippen.

Steuerung

Der Kipprotorhubschrauber wird über die Rotoren durch zyklische und kollektiver Blattverstellung und über Ruder gesteuert. Im Hubschrauberflug ist die Ruderwirkung gering, unterstützt aber im Flugzeugflug die Steuerbefehle. Die Rotorsteuerung ist für die einzelnen Steuerfunktionen des Kipprotorhubschraubers, bis auf die Nick-Steuer­ funktion, deren Besonderheiten später noch erläutert wird, immer dieselbe, ob im Hubschrauberflug, Flugzeugflug oder im Übergang dieser beiden Flugzuständen.

Die Anlenkung der Taumelscheiben erfolgt über die Kippachsen (17, 18) der Rotoren (vgl. Skizze 6), damit die Rotorlenkung beim Kippen der Rotoren nicht beeinflußt oder blockiert wird. Jede Taumelscheibe wird über die Vorrichtung (29, 30/vgl. Skizze 8) angelenkt, so daß für die drei Steuermöglichkeiten jedes Rotors (Pitch, Nick, Roll) nur drei Anlenkhebel benötigt werden.

Durch 6 möglichst lange Hebel (vgl. Skizze 6) werden diese drei Steuerungsfunktionen eines jeden Rotors über die Kippachsen (17, 18) der Rotoren angesteuert. Hierdurch ist die Steuerung - unbeeinflußt von der Kipposition - jederzeit gewährleistet.

Die Steuerungseinrichtungen 33, 34, 35 sind jeweils gleich. Sie verbinden die Steuerungsfunktionen der beiden Rotoren über die Hebelanordnung - wie in Skizze 4 gezeigt:
Es werden die Nick-Funktion des vorderen Rotors mit der Nick-Funktion des hinteren Rotors, die Roll-Funktion des vorderen Rotors mit der Roll-Funktion des hinteren Rotors und die Pitch-Funktion des vorderen Rotors mit der Pitch-Funktion des hinteren Rotors über diese Hebelanordnung kombiniert.

Hieraus ergeben sich 6 Funktionen der Rotorsteuerung:

• 1: Pitch vorderer Rotor entgegengesetzt dem Pitch hinterer Rotor.
• 2: Pitch vorderer Rotor gleichsinnig dem Pitch hinterer Rotor.
• 3: Roll-Bewegung vorderer Rotor entgegengesetzt der Roll-Bewegung hinterer Rotor.
• 4: Roll-Bewegung vorderer Rotor gleichsinnig der Roll-Bewegung hinterer Rotor.
• 5: Nick-Bewegung vorderer Rotor entgegengesetzt der Nick-Bewegung hinterer Rotor.
• 6: Nick-Bewegung vorderer Rotor gleichsinnig der Nick-Bewegung hinterer Rotor.

Diese Funktionen der Rotorsteuerung werden wie folgt auf die Steuerungsfunktionen des Kipprotorhubschraubers übertragen:

Die Nick-Funktion des Kipprotorhubschraubers erfordert eine Mischung der Funktion 1 der Rotorsteuerung mit der Funktion 5 der Rotorsteuerung.

Dieses wird über einen mechanischen Mischer (31), der in Skizze 3 gezeigt ist, erreicht.

Um die Rotorsteuerungsfunktion 1, die im Flugzeugflug durch den Mischer ausgeschaltet ist, im Flugzeugflug separat steuern zu können, gibt es eine separate Trimmung (32) zwischen dem Mischer (31) und der Steuereinrichtung (33, 34 oder 35), mit der es im Flugzeugflug und falls erforderlich auch im Hubschrauberflug, möglich ist diese Rotorsteuerung zu Trimmen.

Der Mischer wird über eine mechanische Verbindung, wie Zugstangen und Hebel oder Bowdenzug, von einem der beiden Rotorhalter angelenkt, so daß beim Kippvorgang der Mischer bedient wird.

Die Ruder werden über mechanische Verbindungen (Zugstangen und Hebel oder Bowdenzug) mit der Steuerung verbunden: Höhenruder mit der Nick-Funktion, Seitenruder mit der Gier-Funktion, Querruder mit der Roll-Funktion des Kipprotorhubschraubers.

Die Steuerungsfunktionen des Kipprotorhubschraubers können z. B. im hinteren Teil der Kabine hydraulisch verstärkt werden.

Claims (8)

1. Kipprotorhubschrauber mit schwenkbaren Rotoren (7, 8), dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren in einer Längsrichtung relativ zum Rumpf angeordnet sind.

2. Kipprotorhubschrauber unter Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorsteuerung mechanisch ist und die Rotorsteuerung im Übergang zum Flugzeugflug und im Flugzeugflug beibehalten wird.

3. Kipprotorhubschrauber unter Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Rotor zu jeder Taumelscheibe drei Anlenkungen vorhanden sind, die über die Schwenkachsen (17, 18) der Rotoren erfolgen, um in jeder Rotorkippstellung eine durch das Kippen unbeeinflußte Lenkung zu gewährleisten.

4. Kipprotorhubschrauber unter Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren über Kegelgetriebe (11, 12) miteinander verbunden sind, so daß die Rotoren in jeder Kippstellung angetrieben werden und mit gleicher Geschwindigkeit entgegengesetzt drehen.

5. Kipprotorhubschrauber unter Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß jeweils eine Anlenkung eines jeden Rotors über eine Hebelanordnung (Skizze 4) so miteinander verbunden sind, daß die jeweiligen Anlenkungen gleichsinnig und gegensinnig bedient werden können.

6. Kipprotorhubschrauber unter Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung über ein oder mehrere Mischer (31), die abhängig von der Rotorkippstellung die Lenkfunktionen mischen, durch mehrere Lenkfunktionen der Rotoren erfolgt.

7. Kipprotorhubschrauber unter Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkfunktionen, die über Mischer gesteuert werden, durch Trimmungen separat in jeder Kippstellung der Rotoren gesteuert werden können.

8. Kipprotorhubschrauber unter Patentanspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippen elektrisch, mechanisch oder hydraulisch erfolgt, so daß die Rotoren synchron kippen.