DE1506567A1

DE1506567A1 - Steuereinrichtung fuer pendelruder

Info

Publication number: DE1506567A1
Application number: DE19671506567
Authority: DE
Inventors: Walter Kranz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1967-04-27
Filing date: 1967-04-27
Publication date: 1973-08-23
Also published as: GB1280992A; FR1605011A

Description

BÖLKOW Gesellschaft mit beschränkter Haftung Ottobrunn bei München

Ottobrunn, SX 2 En/an BP 627

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Steuereinrichtung für Pendelruder

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Verstellen eines frei drehbaren Pendelruders.

Unter einem frei drehbaren Pendelruder sollen im folgenden alle Ruderflächen verstanden werden, auf die keine durch mechanische Steuerelemente aufgebrachten äußeren Steuerkräfte wirken. In diesem Sinne kann also auch beispielsweise der

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beweglich mit einer Ruderflosse verbundene Teil von Flugzeugsteuerrudern dazu gezählt werden, solange vom Piloten keine Steuerkräfte aufgebracht werden.

Ein frei drehbares Pendelruder stellt sich in der umgebenden Strömung stets in eine Gleichgewichtslage ein, bei der alle durch Massen- und Strömungskräfte erzeugten Momente um die Drehachse gegeneinander ausgeglichen sind. Mit Hilfe von Klappen oder Spoilern ist es möglich, die Verteilung der durch die Strömung hervorgerufenen Druckkräfte auf der Oberfläche des Ruders in der Weise zu verändern, daß sich das Ruder in eine neue Gleichgewichtslage, entsprechend einem veränderten Anstellwinkel und einer veränderten Auftriebskraft, einstellt. Statt des Ruders selbst werden beispielsweise vom Piloten bzw. einer Rudermaschine lediglich die Klappen oder Spoiler betätigt, worauf sich das Ruder in die der Klappen- bzw. Spoilerstellung entsprechende Lage einstellt.

Auf diese Weise können mit verhältnismäßig geringen Stellkräften große Ruderflächen betätigt werden.

Derartige Einrichtungen sind z.B. bereits als aerodynamische Trimmklappen oder Trimmspoiler für Flugzeugsteuerruder bekannt.

Das US-Patent 2 852 209 zeigt ein Flugzeughöhenruder, welches in einem bestimmten Teilbereich seines möglichen Anstellwinkels durch die aerodynamische Wirkung eines kombinierten Spoiler-Klappen-Systems gesteuert wird. Dieses System selbst wird

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mechanisch über Zugseile vom Piloten betätigt.

Die bisher bekannten Einrichtungen benötigen zu ihrer Betätigung verhältnismäßig aufwendige Steuermittel. Diese können entweder rein mechanisch aus Schubstangen oder Steuerseilen, welche an den Klappen oder Spoilern angreifen, aufgebaut sein, oder aus elektrischen, elektromagnetischen, hydraulischen o.a. Stellmotoren bestehen, welche direkt mit den Klappen oder Spoilern verbunden sind. Neben dem konstruktiven und gewichtsmäßigen Aufwand weisen derartige Einrichtungen vor allem den Nachteil auf, daß sie ständigem Verschleiß unterworfen sind und daß ihre Genauigkeit und Funktionssicherheit durch schwankende Außentemperaturen und durch lange Lagerungszeiten beeinträchtigt wird. Außerdem hat es sich gezeigt, daß vor allem an Rudern mit flachem Hochgeschwindigkeitsprofil, wie sie beispielsweise bei Flugkörpern Verwendung finden, häufig aus Platzgründen weder Klappen noch Spoiler mit ihren Betätigungseinrichtungen untergebracht werden können.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, ein frei drehbares Pendelruder durch außerhalb des Ruders jeweils in der Nähe der Ruderoberseite und -Unterseite angeordnete verstellbare Spoiler zu betätigen a 8 8 . Durch eine Kopplung der beiden auf ein Ruder wirkenden Spoiler wird erreicht, daß jeweils ein Teil der Verstellarbeit des einen Spoilers vom anderen Spoiler aufgebracht wird. Die Stellmotoren sowie die Kopplungseinrichtungen können dadurch entsprechend klein gehalten werden.

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Der vorliegenden Erfindung liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Stellmotoren, Kopplungsgetriebe oder sonstige mechanische Betätigungsmittel vollständig entfallen können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen wahlweise in die auf der Oberseite oder Unterseite des Pendelruders verlaufende Strömung ausblasbaren, etwa quer zur Strömung stehenden Schleier eines flüssigen, gas- oder pulverförmigen Steuermediums gelöst.

Es ist bereits bekannt, bei Flugzeugtragflügeln energiereiche Luft in die Grenzschicht einzublasen, um auf diese Weise eine Ablösung der Grenzschicht zu verhindern. Andererseits ist es auch bekannt, den Impuls eines mit hoher Geschwindigkeit austretenden Mediums als Steuerkraft zu verwenden, wie beispielsweise bei den Steuerdüsen eines VTOL-Flugzeuges.

Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch das ausgeblasene Medium dazu verwendet, die freie Strömung um ein Steuerruder zu beeinflussen und auf diese Weise die Verstellkräfte für das Ruder zu erzeugen.

Das erforderliche Steuermedium wird entweder in Behältern gespeichert und über geeignete Fördereinrichtungen den Ausblaseöffnungen zugeführt, oder es wird beispielsweise in einem Gasgenerator erzeugt.

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Das Pendelruder befindet sich im stationären Plug in einer Gleichgewichtslage. Die Wirkungslinie der Resultierenden aller am Ruder angreifenden Luft- und Massenkräfte verläuft durch die Drehachse. Wird beispielsweise in die freie Oberoder Unterseitenströmung des Pendelruders ein quer zur Strömung stehender Schleier eines Steuermediums ausgeblasen, so wirkt dieser wie ein Spoiler. Vor dem Schleier bildet sich eine Zone höheren, hinter ihm eine Zone niedrigeren Druckes gegenüber dem ungestörten Strömungszustand aus. Die damit verbundene Verschiebung der Luftkraftresultierenden bewirkt, daß sich das Ruder in eine neue Lage einstellt, in der die nun nach Lage und Betrag veränderte Resultierende aller angreifenden Kräfte wiederum durch die Drehachse verläuft, so daß die Momente um die Drehachse ausgeglichen sind. Der Ausschlagwinkel des Pendelruders läßt sich durch Variierung der Intensität, d.h. der Menge oder der Geschwindigkeit des Mediums, oder durch Variierung des Ortes bzw. der Richtung des Schleiers steuern. Es besteht auch die Möglichkeit, den Schleier unverändert zu lassen und den Ausschlagwinkel des Ruders mechanisch durch Anschläge zu begrenzen. Besonders große Verstellmomente erzielt man bei einer Anordnung des Schleiers im Bereich der Hinterkante des Ruders, da der wirksame Hebelarm zwischen der Lage des Schleiers und der Drehachse des Ruders dann am größten ist.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steuermedium aus in der Rumpfwand angeordneten Ausblaseöffnungen in Spannweitenrichtung austritt. Eine derartige Anordnung

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eignet sich besonders für die Steuerung von Pendelrudern geringer Spannweite, da der Strahl nur eine begrenzte Eindringtiefe in die Strömung besitzt. Es ist vorgesehen, mehrere in Profiltiefenrichtung hintereinander angeordnete Qruppen von Austrittsöffnungen anzubringen, so daß die Lage des Schleiers veränderbar ist. Der konstruktive Aufwand einer derartigen Einrichtung ist sehr gering, da das drehbare Pendelruder mit keinerlei Komponenten der Einrichtung verbunden ist.

Für Pendelruder größerer Spannweite ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Steuermedium aus in der Ober- bzw. Unterseite des Pendelruders angeordneten Austrittsöffnungen etwa senkrecht zur Ruderoberfläche ausgeblasen wird.

Die Austrittsöffnungen können über die ganze Spannweite verteilt sein, so daß ein über das ganze Ruder gleichmäßig ausgebildeter Schleier erzielbar ist.

Das Steuermedium wird nach einer Weiterbildung der Erfindung über einen das Pendelruder tragenden hohlen Holm den Austrittsöffnungen zugeleitet.

Die Erfindung umfaßt.dabei die Möglichkeiten, daß entweder der hohle Holm drehbar in der Rumpfwand gelagert und der Pendelruderkörper fest mit diesem verbunden ist, oder daß der hohle Holm fest mit der Rumpfwand verbunden ist und der Pendelruderkörper drehbar auf diesem gelagert ist.

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Im Pall eines drehbaren Holmes müssen die Zuführungsleitungen für das Steuermedium zum Holm elastisch ausgeführt oder mit schleifenden Dichtungen versehen sein, während im Falle des feststehenden Holmes Abdichtungen zwischen Holm und Pendelruderkörper vorgesehen sein müssen.

Im Vorstehenden ist stets von einer Oberseite und einer Unterseite des Pendelruders die Rede. Die Erfindung kann jedoch in gleich vorteilhafter Weise auch für senkrecht stehende Ruder verwendet werden, wobei sinngemäß zwischen einer rechten und linken Seite zu unterscheiden wäre.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Flugkörper mit einem zweiteiligen Pendelruder, wobei die Ausblaseöffnungen in der Flugkörperwand angeordnet sind;

Fig. 2 einen Flugkörper gemäß Fig. 1, wobei jedoch die Ausblaseöffnungen im Ruder selbst angeordnet sind;

Figuren einen Schnitt in Profilrichtung sowie eine 3 und 4

Draufsicht auf ein Pendelruder gemäß Fig. 2. Das Steuermedium wird den Ausblaseöffnungen durch einen mit dem Ruder drehbaren Holm zugeleitet; 309834/0002

Figuren einen Schnitt in Profilrichtung sowie eine 5 und 6

Draufsicht auf ein Pendelruder gemäß Fig. 3 und k, wobei jedoch der Holm fest im Rumpf gelagert ist;

Figuren schematische Darstellungen eines erfindungs-7 und 8

geraäßen Pendelruders in zwei verschiedenen Betriebsstellungen.

Der in Flg. 1 dargestellte Flugkörper 1 ist mit zwei seitlich vom Flugkörper abstehenden, sich gegenüberliegenden Pendelrudern 2 und 3 ausgestattet. In dem oberhalb und unterhalb jedes Pendelruders befindlichen Teil der Flugkörperwand sind je drei Reihen 4, 5> 6 von Ausblaseöffnungen angeordnet. Die jeweils aus einer Reihe ausgeblasene Menge eines Mediums ergibt einen als Spoiler wirkenden Schleier. Durch die Anordnung mehrerer Öffnungsreihen in Profiltiefenrichtung hintereinander läßt sieh die Lage des Schleiers in einem Bereich verändern.

Der Anschluß der öffnungen an einen Speicherbehälter oder einen Gaserzeuger kann in bekannter Weise z.B. mittels Rohren oder Schläuchen hergestellt sein und ist deshalb nicht näher dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Ausblaseöffnungen 7 in der Oberfläche der Pendelruder 8, 9 selbst angeordnet sind. Die Reihe der Öffnungen kann sich, wie dargestellt, von der

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Ruderwurzel bis zur Ruderspitze erstrecken, so dafl diese Anordnung für Ruder beliebiger Spannweite geeignet 1st.

Hehrere Beispiele für die Ausbildung der Zuführung des Steuermediums sind In den Figuren 3 bis 6 dargestellt.

Das In Figur 3 In einem Profilschnitt gezeigte Ruder 10 1st mit dem Holm 11 fest verbunden. Ruder und Holm führen gemeinsam Ihre Drehbewegung aus. Die Drehbewegung wird durch Anschläge 12 begrenzt, um ein eventuelles Abreißen der Strömung bei zu hohem Anstellwinkel zu verhindern.

Der Holm 11 ist in zwei Kanäle 13, 14 geteilt, die über Verbindungsbohrungen mit den jeweils auf der Oberseite bzw. Unterseite des Ruders angeordneten Ausblaseöffnungen 15 bzw. verbunden sind.

Das Ruder 10 ist an seiner Wurzel als Achsenstummel 17 ausgebildet, wie Flg. 4 zeigt. Der Achsenstummel ist über Lager Id in der Flugkörperwand frei drehbar gelagert. An das In das Flugkörperinnere ragende Ende 19 des Holms 11 sind zwei getrennte Zuftlhrungsleitungen 20, 21 angeschlossen, die jeweils die Kanäle 13, 14 mit dem Steuermedium versorgen. Die ZufUhrungsleitungen sind biegsam ausgeführt, damit sie der Drehbewegung des Ruderholms 11 folgen können.

Eine Reihe von Ausblaseöffnungen kann auch jeweils zu einem durchgehenden Schlitz zusammengefaßt werden, wie Im AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 gezeigt ist.

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Der Holm 22 ist wiederum In zwei Kanäle 23, 24 unterteilt. Jeder der Kanäle weist einen Schlitz 25 bzw. 26 auf, der sich mit einem entsprechenden Ausblaseschlitz 27 bzw. 28 im Körper des Fendelruders 29 in der Normallage des Ruders genau überdeckt.

Der Holm ist mit dem Flugkörpergehäuse fest verbunden. Das Huder 29 ist über Wälzlager 30 auf dem flugkörpereeitigen Abschnitt 31 des Holms gelagert. Der Anschluß der ZufUhrungsleitungen 33* 34 für das Steuermedium an die Kanäle 23, 24 kann wegen der Unbeweglichkeit des Holms ebenfalls starr sein. Es ist jedoch erforderlich, zwischen dem Holm und dem Pendelruder Dichtungen 35 vorzusehen, damit kein Druckausgleich zwischen der Oberseite und Unterseite des Ruders stattfinden kann.

In den nächsten Figuren 7 und 8 ist die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen spoilerartigen Steuereinrichtung nochmals schematisch gezeigt.

Der auf der Oberseite des in Fig. 7 im Gleichgewicht befindlichen Huders 36 plötzlich austretende Schleier 37 des Steuermediums bewirkt einen Überdruck auf dem Teil der Ruderoberfläche, der sich in der durch den Pfeil 40 gekennzeichneten Strömungsrichtung vor dem Schleier befindet, und einen Unterdruck auf der dahinterliegenden Fläche. Das daraus resultierende Moment M wirkt um die Drehachse des Pendelruders ent gegen den Uhrzeigersinn und verstellt das Ruder.

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Dieses stellt sich in eine gegenüber der Ausgangslage neue, um den Winkel cC verdrehte Lage ein, wie Fig. 8 zeigt. Dadurch wird eine dem Winkel aC entsprechende Auftriebskraft erzeugt, die als Steuerkraft für den Flugkörper ausgenützt wird.

Bei einer optimalen Auslegung läßt sich bei den Anordnungen gemäß den Figuren 2 bis 8 erreichen, daß die durch den Impuls der austretenden Masse des Steuermediums erzeugte Schubkraft sowohl das Stellmoment M als auch die Auftriebskraft 38 unterstützt. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, mehrere in Profilrichtung hintereinander angeordnete Öffnungsreihen bzw. Ausblaseschlitze anzubringen, um über große Bereiche der Anströmgeschwindigkeit eine Druckpunktwanderung ausgleichen zu können.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Steuereinrichtung zum Verstellen eines frei drehbaren Pendelruders, insbesondere für Plugkörper, gekennzeichnet durch einen wahlweise in die auf der Oberseite oder Unterseite des Pendelruders (2, 3* 8, 9, 10, 29, 36) verlaufende Strömung ausblasbaren, etwa quer zur Strömung stehenden Schleier (37) eines flüssigen, pulverförmigen oder gasförmigen Steuermediums,

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuermedium aus der Zellenwand in Spannweitenrichtung ausgeblasen wird.

3· Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuermedium aus der Ober- oder Unterseite des Pendelruders (8, 9, 10, 29, 36) etwa senkrecht zur Pendelruderoberfläche ausgeblasen wird.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermedium über einen das Pendelruder tragenden hohlen Holm (11, 22) zu in der Oberfläche des Pendelruders angeordneten Ausblaseöffnungen (7, 15, 27) geleitet wird.

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5. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Holm (ll) frei drehbar In der Flugkörperzellenwand gelagert und das Pendelruderprofil (10) fest mit diesem verbunden ist.

6. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß der hohle Holm (22) fest mit der Zelle verbunden und das Pendelruderprofil (29) frei drehbar auf diesem gelagert ist.

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