AT396454B - Rotoranordnung für hubschrauber - Google Patents

Description

AT 396 454 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotoranordnung für Hubschrauber, mit einem mittels einer Nabe drehbar gelagerten Hauptrotor und mit wenigstens einem Zusatzrotor, der zum Ausgleich des vom Hauptrotor ausgeübten Drehmomentes in zur Drehrichtung desselben entgegengesetzter Richtung angetrieben ist

Hubschrauber sind bekanntlich in der Luft verhältnismäßig instabil und im Vergleich mit Tragflächenflugzeugen schwierig zu steuern. Dies ist durch die Rotoranordnung bedingt die nicht nur den erforderlichen Auftrieb erzeugen, sondern auch eine horizontale Fortbewegung ermöglichen muß. Die Rotoranordnung ist deshalb mit verschiedenen Steuerungs- und Verstelleinrichtungen versehen, die schwierig zu bedienen sind. Um die Kabine während des Fliegens einigermaßen ruhig zu halten, ist es außerdem erforderlich, das vom Hauptrotor auf die Kabine übertragene Drehmoment durch ein Gegendrehmoment auszugleichen. Hiezu werden Zusatzrotoren verwendet

Die gebräuchlichste Vorrichtung zum Drehmomentausgleich ist ein kleiner Heckrotor, der am Ende eines schmalen Rumpffortsatzes mit etwa horizontaler Drehachse angeordnet ist und dadurch das entsprechende Gegendrehmoment liefert Dieser Heckrotor dient auch zur Richtungsänderung des Hubschraubers während des Fluges. Für seinen Antrieb sind jedoch zusätzliche, verhältnismäßig lange Übertragungswellen oder ein eigenes Triebwerk erforderlich. Um ein ausreichend großes Gegendrehmoment liefern zu können, muß der Heckrotor entsprechend groß sein, was auch eine entsprechend massive Ausbildung der Übertragungswellen und des Rumpffortsatzes selbst notwendig macht

Bei größeren Hubschraubern ist es bekannt zum Drehmomentausgleich zwei Hauptrotoren vorzusehen, die gegenläufig angetrieben sind. Diese beiden Hauptrotoien können neben- oder hintereinander angeordnet sein, wobei sie so weit voneinander entfernt sein oder eigene Vorkehrungen getroffen werden müssen, damit sich ihre Rotorblätter nicht berühren können. Dadurch ergibt sich neben dem großen Aufwand ein verhältnismäßig großer horizontaler Raumbedarf. Bei einer weiteren bekannten Anordnung sind die beiden Hauptrotoren koaxial zueinander gelagert Der horizontale Raumbedarf ist dabei zwar kleiner, dafür ist die Bauhöhe groß, weil die Rotoren in Achsrichtung genügend weit voneinander entfernt sein müssen, um zu verhindern, daß die axial schwenkbaren Rotorblätter einander zu nahe kommen oder einander berühren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bisher bekannten Rotoranordnungen zu vereinfachen und so zu verbessern, daß die damit ausgestatteten Hubschrauber richtungsstabiler und leichter steuerbar sind, ohne daß zwei Hauptrotoren mit dem dafür erforderlichen Aufwand notwendig sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Zusatzrotoren je auf einem radialen Tragarm, der an der Rotomabe des Hauptrotors mitdrehbar befestigt ist, angeordnet und um zur Rotationsachse des Hauptrotors parallele Achsen drehbar sind. Die Zusatzrotoren laufen bei dies«* Anordnung mit dem Hauptrotor um dessen Drehachse um, drehen sich aber gleichzeitig in der zur Drehrichtung des Hauptrotors entgegengesetzten Richtung um ihre eigene Achse, so daß sie ein Gegendrehmoment zum Hauptiotor erzeugen. Durch Wahl der Anzahl, der Größe, der Umlaufgeschwindigkeit und des Anstellwinkels der Blätter der Zusatzrotoren kann dieses Drehmoment nach Bedarf bemessen werden. Vorteilhaft wird mindestens die Hälfte des vom Hauptrotor hervorgerufenen Drehmomentes durch die Zusatzrotoren ausgeglichen. Gegenüber den herkömmlichen Rotoranordnungen bei Hubschraubern mit Heckrotor wird dadurch eine wesentlich leichtere Steuerbarkeit erzielt Außerdem kann der Heckrotor bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der er in erster Linie für die Richtungsänderungen erforderlich ist, entsprechend klein und schwach sein. Gegenüber den bekannten Hubschraubern mit zwei Hauptrotoren zeichnet sich die erfindungsgemäße Rotoranordnung durch größere Einfachheit, durch kleineren Raumbedarf und durch niedrige Bauhöhe aus.

Ein weiterer Vorteil, der durch die erfindungsgemäße Anordnung erzielt wird, ergibt sich aus der wesentlich besseren Ausnutzung des zentralen Flächenbereiches des vom Hauptrotor überstrichenen Drehkreises für den Auftrieb. Bekanntlich hängt der erzielte Auftrieb außer vom Anstellwinkel der Rotoiblätter von der Geschwindigkeit der Rotorblätter relativ zur Umgebungsluft ab. Diese Luftgeschwindigkeit ist im Bereich der äußeren, von der Nabe entfernten Enden der Rotorblätter verhältnismäßig hoch, in der Nähe der Nabe aber entsprechend kleiner. Bei einem herkömmlichen Hauptrotor mit Rotorblättem ist deshalb der innere Bereich des Hauptrotors nur wenig ausgenützt. Erfindungsgemäß sind dagegen in diesem inneren Bereich Zusatzrotoren vorgesehen, die mit dem Hauptrotor mitrotieren und zusätzlich dazu noch selbst in Drehbewegung versetzt werden. De Rotorblätter der Zusatzrotoren besitzen daher immer eine ausreichend große relative Geschwindigkeit gegenüber der Umgebungsluft, um einen erheblichen Auftrieb sicherzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Rotoranordnung sind die Tragarme mit den Zusatzrotoren an Stelle von wenigstens einem Teil der Rotorblätter des Hauptrotors vorgesehen. Es kann also ein einziger Tragarm mit einem Zusatzrotor an der Nabe des Hauptrotors befestigt sein und ein Rotorblatt des Hauptrotors ersetzen, es können aber auch an Stelle sämtlicher Rotorblätter des Hauptrotors Tragarme mit Zusatzrotoren vorgesehen sein. Der gesamte Auftrieb wird dann von den Zusatzrotoren geliefert, die entsprechend groß sein können. Zum Ausgleich der Dehmomente ist auch hiebei wesentlich, daß alle Zusatzrotoren mit der Nabe des Hauptrotors umlaufen und die Zusatzrotoren in der entgegengesetzten Richtung angetrieben sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Hauptrotor mit herkömmlichen Rotorblättem zu verwenden und ein oder mehrere Tragarme mit Zusatzrotoien zusätzlich zu den Rotorblättem vorzusehen.

Die Zusatzrotoren müssen bei der erfindungsgemäßen Rotaanordnung angetrieben sein. Hiezu können eigene Triebwerke für jeden Zusatzrotor verwendet werden, es kann aber auch ein einziges Triebwerk alle Zusatzrotoren -2-

AT396454B und allenfalls auch den Hauptrotor antreiben. Erfindungsgemäß kann auf einen Antrieb des Hauptrotors auch ganz verzichtet werden, wobei der Hauptrotor frei drehbar gelagert ist und nur die Zusatzrotoren angetrieben sind. Der Hauptrotor wird bei dies» Anordnung durch das von den Zusatzrotoren ausgeübte Drehmoment in Drehbewegung versetzt

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Zusatzrotoren über eine koaxial in der hohlen Rotorwelle des Hauptrotors angeordnete Antriebswelle angetrieben sein. Die Kraftübertragung zwischen der Antriebswelle und den Zusatzrotoren erfolgt dabei vorteilhaft mit Hilfe von über Riemenscheiben laufenden Zahnriemen, Ketten od. dgl. Diese Kraftübertragung ist nicht nur besonders einfach, sondern sie ist auch ausreichend elastisch, um dämpfend zu wirken.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das in den Zeichnungen dargestellt ist In diesen zeigt Fig. 1 einen Hubschraub» mit der erfindungsgemäßen Rotoranordnung in Seitenansicht, Fig. 2 dazu einen axialen Mittelschnitt durch die Rotoranordnung in schematischer Darstellung und Fig. 3 eine gleichfalls schematische Draufsicht auf die Rotoranordnung. D» in Fig. 1 dargestellte Hubschrauber besitzt eine Kabine (1), auf deren Dach ein Triebwerk (2) und eine Rotoranordnung (3) vorgesehen sind. Am Ende eines Rumpffortsatzes (4) befindet sich ein klein» Steuerrotor (5). Das Triebwerk (2) besteht aus einem Motor, einer Kupplung und einem Getriebe, die hintereinander angeordnet sind. Die Rotoranordnung (3) ist auf das Getriebe aufgesetzt. Die Kabine (1) besitzt Kufen (6), an denen auch Räder angebracht werden können, und sie ist mit einer Schiebetür (7) sowie mit Fenstern (8) versehen.

Die in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellte Rotoranordnung (3) besteht aus einem Hauptrotor (9) mit einer Nabe (10), an der radial nach außen ragende, nur teilweise dargestellte Rotorblätter (11) befestigt sind. Außerdem weist die Rotomabe (10) einen sich in radialer Richtung auswärts erstreckenden Tragarm (12) auf, an dessen Ende ein Zusatzrotor (13) drehbar gelagert ist. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Rotorblätter (11) an d» Nabe (10) mit Hilfe von Bolzen (14) in vertikaler Richtung schwenkbar angeordnet.

Der Hauptrotor (9) dreht sich in Richtung des Pfeiles (15) in Fig. 3 und der Zusatzrotor (13) ist in Richtung des Pfeiles (16) angetrieben. Zu diesem Zweck sitzt auf der Achse des Zusatzrotors (13) eine Riemenscheibe (17), die über einen Zahnriemen (18) mit einer weiteren Ri»nenscheibe (19) antriebsv»bunden ist, die auf einer Antriebswelle (20) sitzt. Die Antriebswelle (20) ist koaxial im Inn»en der hohl ausgebildeten Rotorwelle (21) gegen diese frei drehbar gelagert. Die Nabe (10) bildet das außenliegende Ende d» hohlen Rotorwelle (21). Das and»e Ende der hohlen Rotorwelle (21) ist in einem Getriebegehäuse (22) gelagert und trägt ein Tellerrad (23), das durch ein auf d» Motorwelle (24) sitzendes Ritzel (25) angetrieben ist Das Ritzel (25) kämmt mit einem weiteren Tellerrad (26), das auf der Antriebswelle (20) des Zusatzrotors (13) befestigt ist. Wie aus Fig. 2 weiterhin zu erkennen ist, wird über die beiden Tellerräd» (23) und (26) und ein der Motorwelle (24) gegenüberliegend angeordnetes Ritzel (27) auch eine Welle (28) angetrieben, die ihrerseits über ein Ritzel (29) und ein Tellerrad (30) den Steuerrotor (5) antreibt.

Aus den Fig. 2 und 3 ist zu entnehmen, daß der Tragarm (12) mit dem Zusatzrotor (13) zusammen mit dem Hauptrotor (9) in Richtung des Pfeiles (15) umläuft, und daß d» Zusatzrotor (13) selbst über den Zahnriemen (18) in entgegengesetzter Drehrichtung, in Richtung des Pfeiles (16), angetrieben wird. Dadurch kommt es zu einem wenigstens teilweisen Ausgleich der Drehmomente, die vom Hauptrotor (9) und vom Zusatzrotor (13) ausgeübt werden. Der zusätzlich vorgesehene Steuerrotor (5) hat deshalb nur noch die Aufgabe, den verbleibenden Rest des Drehmomentes des Hauptrotors (9) auszugleichen und Richtungsänderungen während des Fliegens zu bewirken. Aufgrund des so erzielten, weitgehenden Drehmomentausgleichs besitzt d» Hubschrauber stabile Flugeigenschaften und ist verhältnismäßig leicht steuerbar, wodurch auch die Ausbildung der Piloten wesentlich erleichtert wird.

Im Ausführungsbeispiel besitzt der Hauptrotor (9) drei Rotorblätter (11). An Stelle eines vierten Rotorblattes ist d» Tragarm (12) mit dem Zusatzrotor (13) an der Nabe (10) befestigt. Im Rahmen d» Erfindung ist es auch möglich, weitere Rotorblätter (11), allenfalls auch alle Rotorblätter, durch einen Tragarm (12) mit einem darauf angeordneten Zusatzrotor (13) zu ersetzen. Der Tragarm (12) mit dem Zusatzrotor (13) kann aber auch zusätzlich am Hauptrotor (9) vorgesehen sein, wobei alle vier Rotorblätter (11) erhalten bleiben. Außerdem ist eine Anordnung möglich, bei der keine Rotorblätter (11) vorgesehen sind. Der Hauptrotor (9) besteht dann lediglich aus einem oder mehreren Tragarmen (12) mit an den Enden derselben angeordneten Zusatzrotoren (13).

Statt des in Fig. 2 gezeigten Antriebes, bei dem sowohl der Hauptrotor (9) als auch der Zusatzrotor (13) durch das Triebwerk des Hubschraubers angetrieben sind, kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß lediglich der Zusatzrotor (13) zwangsweise angetrieben wird. Insbesondere wenn zwei oder mehrere solcher Zusatzrotoren (13) an d» Nabe (10) des Hauptrotors (9) vorgesehen sind, wobei alle Zusatzrotoren (13) in der gleichen Richtung umlaufen, ergibt sich auf Grund des dadurch auf den Hauptrotor (9) ausgeübten Drehmomentes auch eine Drehbewegung des Hauptrotors (9) im gegenläufigen Sinn zur Drehrichtung der Zusatzrotoren (13). Es ist also ein zwangsweiser Antrieb des Hauptrotors (9) bei der erfindungsgemäßen Rotoranordnung nicht unbedingt erforderlich. -3-

Claims (4)

1. 5 AT 396 454 B PATENTANSPRÜCHE 1. Rotoranordnung für Hubschrauber, mit einem mittels einer Nabe drehbar gelagerten Hauptrotor und mit 10 wenigstens einem Zusatzrotor, der zum Ausgleich des vom Hauptrotor ausgeübten Drehmomentes in zur Drehrichtung desselben entgegengesetzter Richtung angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Zusatzrotoren (13) je auf einem radialen Tragarm (12), der an der Rotomabe (10) des Hauptrotors (9) mitdrehbar befestigt ist, angeordnet und um zur Rotationsachse des Hauptrotors (9) parallele Achsen drehbar sind. 15
2. 2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (12) mit den Zusatzrotoren (13) an Stelle von wenigstens einem Teil der Rotorblätter (11) des Hauptrotors (9) vorgesehen sind.
3. 3. Rotexanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzrotoren (13) über eine 20 koaxial in der hohlen Rotorwelle (21) des Hauptrotors (9) angeordnete Antriebswelle (20) angetrieben sind.
4. 4. Rotoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (20) und den Zusatzrotoren über Riemenscheiben (17,19) laufende Zahnriemen (18), Ketten od. dgl. vorgesehen sind. 25 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-