Вспомогательное рулевое устройство для воздушных и водных судов Советский патент 1932 года по МПК B63H25/38 B64C9/12 

В случае применения в воздушных или водяных судах компенсированных рулевых поверхностей существует то затруднен е, что центр давления блуждает при перемещении рулевой поверхности, тогда как при нормальном положении компенсация путем соответствия поворотной оси с центром давления исключает возможность появления крутящего момента cBepf преодолевающего полезное сопротивление, при чем такой крутящий момент сразу появляется при блуждании центра вращения. Он обусловливает более сильное напряжение передвигающих приспособлений; увеличение же усилия, необходимого для их обслуживания, имеет следствием целый ряд недостатков. Эти недостатки, соответственно предлагаемому изобретению, можно преодолеть уменьшением величины изменения крутящих моментов, являющимся следствием блуждания центра давления, достигаемым путем соединения с главной поверхностью небольших, расположенных на рычаге, вспомогательных поверхностей.

Поворотная ось главной поверхности располагается вне центра давления и создается небольшой вспомогательной поверхностью на длинном плече рычага обратный крутящий момент, который компенсирует начальный момент. Преимущества применения малых вспомогательных поверхностей заключаются в том, что блуждание центра давления малой вспомогательной поверхности при ее перемещении по сравнению с блужданием центра давления большой поверхности очень незначительно, так что результирующий центр давления очень мало удаляется от точки вращения.

На чертеже фиг. 1-4 изображают различные формы выполнения вспомогательного рулевого устройства. На фиг. 1 изображено обычным до настоящего времени способом уравновешенное в горизонтальном положении рулевое устройство 11 или какой-либо другой компенсационный руль. С рулем неподвижно связаны два рычага /2 и 13, которые на своем переднем конце несут неподвижно укрепленный вспомогательный руль 14. При этой рулевой системе, уравновешиваемой в горизонтальном положении при увеличивающемся угле устанорки руля, за осью будет происходить повышение давления, так как центр давления переместится назад.

Примем максимальный угол поворота руля в 20°. Соответственно явлению Аванцини положение центра давления, примерно, определяется по формуле X - (0,2-Ь 0,3 sin а) 1, если х -расстояние центра давления от переднего края, 1- боковая длина и «- угол наклона поверхности. При горизонтальном положении ось руля должна была бы лежать на расстоянии (0,2-;-0,3 sin 0°) 1 от переднего края руля, т.-е. на расстоянии двух десятых боковой длины рулевой поверхности. При угле установки в 20° это расстояние составило бы (0,2-j-0,3 sin 20°) 1, т.-е. .приблизительно три десятых боковой длины. Ось руля должна была бы переместиться назад на одну десятую боковой длины или надо было бы искусственно повысить переднее давление. Последнее производится в вышеупомянутом устройстве таким образом, что с увеличением угла установки руля // и вспомогательная рулевая поверхность 14 получает больший угол установки. Так как между рулями 14 VL 11 образуется свободное от рулевых поверхностей пространство, то блуждание центра давления на вспомогательной поверхности едва ли должно приниматься во внимание, так как более длинный рычаг передает непосредственно рулю только маленькую часть упомянутогЪ сдвига давления. Вместо, например, действия рычага в 25 D, появляется сила в 24 , если D обозначает давление вспомогательной поверхности 14, тогда как D-, вследствие большего угла установки, достигла многократного значения D.

Это компенсирующее устройство может быть использовано одно или в соединении с какой-нибудь комбинацией автоматически регулируемого вспомогательного руля.

При расположении по фиг. 1 главная поверхность до известной степени компенсируется, когда часть ее поверхно 7и находится перед ее поворотной осью. Мбжно отказаться от этой части поверхности, употребив для компенсации лишь малые поверхности давления, укрепленные на конце длинных рычагов.

Пример такого выполнения изображен на фиг. 2. Здесь имеются опорная поверхность 15 и перекашиваюш,ие плоскости 16 w. 17, которые могут вращаться вокруг оси 18 или 19. На рычагах 20, 21 или 22, 23 укреплены вспомогательные поверхности 25, 26. Целесообразно так установить вспомогательную поверхность, чтобы она с увеличением угла установки главного руля сама достигала большего угла установки, так как этим путем можно добиться более совершенного прекращения блуждания центра давления и, по крайней мере, уменьшить величину вспомогательной поверхности.

Дальнейшая возможность высокой степени компенсации рулевых поверхностей достигается тем, что ось руля несет подставку, направляющую или т. п., по которой может автоматически двигаться компенсирующая поверхность так, что центр давления системы приблизительно лежит на оси, над или под ней.

Движение главного руля может быть использовано для того, чтобы посредством канатной передачи, рычага, зубчатых сегментов или т. п. получить сос тветствующее перемещение вспомогательных поверхностей, или же подвижная вспомогательная поверхность может быть щарнирно укреплена к неподвижной точке летательного аппарата. Особенно целесообразно выполнение предлагаемого изобретения, при котором, с увеличением угла установки главного руля, вспомогательная рулевая поверхность достигает большего угла установки и состоит в том, что рычаг вспомогательного руля связан с главным рулем таким образом, что он вместе с вспомогательным рулем при перемещении главного руля достигает большого наклона (до 90°) к нормальному положению.

Пример выполнения представлен на фиг. 3, на которой изображены опорная поверхность 30, главный руль 31 и вспомогательный руль 32. Вспомогательный руль, в зависимости от данных обстоятельств, укреплен неподвижно на рычаге 33, но он может и вращаться относительно рычага. Рычаг посредством канатных блоков 34, 35 и ,тяг 36, 37, место которых может также занять подходящая система тяг, связан с главным рулем 31.

Если главный руль перемещается по обычному способу, то при соответствующем-передаточном числе между канатными блоками, рычагД передвигается с вспомогательным рулем на больший угол, который может доходить до 90° относительно направления движения. Этим достигается то, что одновременно вспомогательная поверхность 32 может быть приведена в такое положение, при котором на нее действует полное давление ветра, тогда как сила, действующая от давления ветра на вспомогательную поверхность 32, действует и на перпендикулярный по отношению к ней рычаг, так что момент давления ветра может бъпъ полностью использован для главной поверхности. Следовательно, лобовое сопротивление мржет быть в полной мере использовано для управления рулем или, при наличии компенсирующих поверхностей, для компенсации давления главного руля.

Это расположение применимо также .для устройств, при которых органы управления соединяются с вспомогательным рулем, передвигающим главный руль. Так как при этом расположении, согласно предлагаемому изобретению, между рычагом вспомогательного руля и главным рулем включается передача, то возможно расположить вспомогательный руль в любом подходящем месте аэроплана.

Устройством, соответствующим предлагаемому изобретению, при наличии перекашивающих плоскостей, снабженных вспомогательными поверхностями, при движении по кривым, достигается то, , что вспомогательная поверхность, расположенная на внутренней стороне, криволинейной троектории и направленная книзу, представляет воздуху большее сопротивление, тогда как лежащая на внешней стороне кривой вспомогательная поверхность помогает движению руля. Благодаря этому достигается возможность брать кривые с значительно меньшим радиусом кривизны, чем обычно.

Расположением несущего вспомогательную поверхность рычага наклона® на главной рулевой поверхности выявляется соответствующее предлагаемому изобретению целесообразное выполнение вспомогательного рулевого устройства, при котором наклон рычага вспомогательного руля и расположение системы тяг выбирается так, что пря наибольшем передвижении рычага вспомогательного руля в направлении наружу, рычаг вспомогательного руля и вспомогательный руль принимают прямой угол или близкий к прямому по отношению к направлению движения судна.

Посредством этого устройства достигается возможность, с одной стороны,- использовать полное давление ветра на вспомогательную поверхность,с другой,- при данной величине давления ветра достигнуть наибольшего значения момента, действующего на главную поверхность.

Устройство согласно этому изобретению представляет фиг. 4, где изображены опорная поверхность J6, главный руль 31 и вспомогательный руль 32, который укреплен шарнирно к оси 4$ наклонного к главной рулевой поверхности рычага .

В дальнейшем видоизменении предлагаемого изобретения вспомогательная рулевая поверхность, укрепленная шарнирно к рычагу вспомогательного руля посредством тяги 43. прикрепляется шарнирно же к какой-либо неподвижной точке аэроплана. Нормальное положение обозначено через /, тогда как //-указывает положение вспомогательной поверхности при движении наружу, ///-положение при движении внутрь.

В положении // вспомогательной поверхности, которое соответствует максимальному углу поворота, вспомогательная поверхность так же, как и несущий ее рычаг, расположены под прямым углом или близким к прямому по отношению к направлению движения. Угол выбран так, что происходящее от движения судна полное давление ветра действует на вспомогательную поверхность приблизительно в направлении стрелки и чтэ момент давления ветра, действующий от, вспомогательной поверхности на главную рулевую поверхность, используется полностью.

При выбранном положении рычагов и вспомогательных поверхностей это достигается тем, что наибольшее давление ветра направлено перпендикулярно к рычагу. Угол максимального поворота вспомогательных рулей и рычагов вспомогательных рулей относительно направления движения различен, в зависимости от формы и величины поверхностей вспомогательных рулей. Наиболее благоприятные условия, определяемые на основании известных сопротивлений, получаются при величине угла в 35-55. Максимальный угол поворота вспомогательного руля внутрь изображает положение /// (фиг. 4). При этом угол установки вспомогательной поверхности относительно направления движения судна меньше, чем угол установки, достигаемый вспомогательной поверхностью при наибольшем угле поворота по направлению наружу, хотя главная рулевая поверхность поворачивается на одинаковый угол при наибольшем перемещении вспомогательного руля в обе стороны.

Разница в углах поворота вспомогательного руля при повороте главного руля в разные стороны может быть достигнута соответственным выбором неподвижной точки 44 аэроплана, к которой вспомогательная поверхность укреплена шарнирно посредством тяги 43.

Предмет патента.

I. Вспомогательное рулевое устройство для воздушных и водных судов, отличающееся тем, что компенсирующей поверхностью руля 7/ (фиг. 1) или 16-17 (фиг. 2), ось которого может проходить внутри поверхности (фиг. 1) или у одного из ее краев (фиг. 2), является вспомогательная поверхность М или 25, 26, прикрепленная к главной поверхности, на некотором расстоянии от нее при помощи плеч 12, 13 (фиг. 1) или 20, 23 (фиг. 2), каковая поверхность 14, с целью получения должного от нее эффекта, может устанавливаться под соответствующим углом к главной поверхности 11 или 16-17.

2.Видоизменение oxapaKTepHSOBaHHora в п. 1 устройства, отличающееся тем, что, с целью использования движения главного руля 31 (фиг. 3) для перемещения вспомогательной поверхности 32, последняя укрепляется поворотно, например, посредством скрепленного с нею жестко рычага 33, к какой-либо неподвижной части судна и соединяется с главным рулем посредством или канатной передали 34-37, или зубчатой или т. п., каковой передачей предусматривается возможность, путем поворота главной поверхности на некоторый угол относительно данного положения ее, устанавливать вспомогательную поверхность на больший угол.

3.Форма выполнения устройства по п. 2, отличающаяся тем, что рычаг 55(фиг. 3), несущий вспомогательную поверхность, таким образом связан с главной рулевой поверхностью 36, что при изменении положения поверхности руля, он вместе со вспомогательной поверхностью достигает соответствующего угла в пределах от 0° до 90° по отношению к своему нормальному положению, при чем этот угол увеличивается быстрее угла уклона главной поверхности.

4.Видоизменение охарактеризованного в п. 2 устройства, отличающееся тем, что вспомогательная поверхность 32 (фиг. 4), соединенная шарнирно со своим рычагом 41, связанйым жестко с главным рулем 31, прикреплена шарнирно же к какой-либо неподвижной части судна посредством жесткой тяги 43.

5.Форма выполнения, охарактеризованного в п. 4 устройства, отличающаяся тем, что угол наклона рычага 41 к плоскости руля 31 (фиг. 4) и расположения системы тяг 43 выбран таким образом, что при наибольшем продвижении вспомогательного рулевого рычага 41 наружу (положение II), этот рычаг 41 и вспомогательная рулевая поверхность 32 составляют одинаковый или почти одинаковый угол к направлению движения.