DE10022728A1

DE10022728A1 - Individuelle Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10022728A1
Application number: DE10022728A
Authority: DE
Inventors: Willy Gerd Fischer; Oliver Kunze
Original assignee: ZF Luftfahrttechnik GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Technik GmbH
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: DE10022728B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine individuelle Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauber-Hauptrotor mit einem von einem Hauptgetriebe drehantreibbaren Rotormast (2), mit mehreren gleichmäßig am Umfang einer Rotornabe (4) angeordneten Rotorblättern (6), mit Primär-Steuermitteln (18) zur kollektiven und zyklischen Rotorblatt-Verstellung, welche ein Übertragungsmittel für Steuerbewegungen von einem nichtdrehenden System in ein drehendes System aufweisen, und mit Sekundär-Steuermitteln für jedes Rotorblatt (6), deren Steuerbewegung der Steuerbewegung der Primär-Steuermittel durch einen Überlagerungshebel (28) überlagert ist. Jedem Rotorblatt (6) ist ein im drehenden System angeordnetes Abtastelement (24) zugeordnet, welches bei einer Drehung des Rotors eine Kontur einer im nichtdrehenden System um die Rotorachse verlaufenden, geschlossenen Kurvenbahn (26) abtastet und dabei eine Hubbewegung ausführt, welche durch den Überlagerungshebel (28) in eine Einstellwinkel-Bewegung des Rotorblatts (6) umgeformt wird. Es wird vorgeschlagen, dass ein Kurventräger (42) dem nichtdrehenden Teil (16) der Taumelscheibe zugeordnet ist, der mehrere Kurvenbahnen (42A, 42B, 42C) unterschiedlicher, doch jeweils fester Kontur in axial beabstandeten Bereichen an der Außenmantelfläche aufweist, und dass mindestens ein Auswahlmittel (44, 46) vorhanden ist zur wahlweisen Zuordnung von jeweils einer Kurvenbahn zu den Abtastelementen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorblatt-Steuerungsvor richtung für einen Hubschrauber-Hauptrotor mit einem von einem Hauptgetriebe drehantreibbaren Rotormast und mit meh reren gleichmäßig am Umfang einer Rotornabe angeordneten Rotorblättern und Steuermitteln für jedes Rotorblatt, wobei den Rotorblättern zusätzlich zu einer kollektiven und einer sinusförmigen, monozyklischen Einstellwinkel-Bewegung wei tere Einstellwinkel-Bewegungen überlagert werden.

Übliche Steuerungsvorrichtungen für Hubschrauber- Hauptrotoren weisen eine Taumelscheibe zur Übertragung von Steuerbewegungen des Piloten vom nichtdrehenden System der Hubschrauber-Zelle in das während des Betriebs drehende System des Hauptrotors auf. Die Taumelscheibe ist gegenüber dem Rotormast zur sinusförmigen, monozyklischen Rotorblatt- Verstellung nach allen Seiten kippbar und zur kollektiven Rotorblatt-Verstellung axial verschiebbar gelagert. Die Taumelscheibe wird von mehreren, unterhalb der Taumelschei be angeordneten Stellgliedern bzw. Steuerstangen betätigt.

Ein niedrigeres Vibrationsniveau, bessere Flugleistun gen und eine geringere Geräuschemission können erzielt wer den, indem der kollektiven und sinusförmigen, monozykli schen Einstellwinkel-Verstellung weitere Einstellwinkel- Änderungen überlagert werden, um beispielsweise rotorblatt induzierten Schwingungen entgegenzuwirken.

Aus der DE 196 27 869 A1 ist eine Steuerungsvorrich tung bekannt, die neben den unterhalb der Taumelscheibe angeordneten Stellgliedern, welche dem nichtdrehenden System zugeordnet sind, weitere hydraulische Stellglieder im drehenden System zur Überlagerung von individuellen Ein stellwinkel-Änderungen umfaßt. Die Energieversorgung der im drehenden System angeordneten Aktuatoren ist sehr aufwen dig. Bei der Versorgung der hydraulischen Stellglieder, deren Versorgungseinrichtung im nichtdrehenden System der Hubschrauberzelle angeordnet ist, treten erhebliche Lei stungsverluste allein an den notwendigen Leitungen und Drehdurchführungen auf. Sollen hochfrequente Stellbewegun gen von der Versorgungseinrichtung über die hydraulischen Leitungen und Drehdurchführungen auf die Rotorblätter über tragen werden, so wird eine schwere und große Versorgungs einrichtung mit einer sehr hohen installierten, hydrauli schen Leistung benötigt, obwohl die Leistung, die eigent lich zur Verstellung der Rotorblätter benötigt wird, sehr viel kleiner ist.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 89 09 165.5 ist eine Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung mit individuell auf die Rotorblätter wirkenden, hydraulischen Stellgliedern bekannt, bei der eine Vielzahl von Steuerkurven, welche im drehenden System des Hauptrotors angeordnet sind, von einer verkoppelten Verdrängungskörperanordnung gleichzeitig abge tastet wird. Diese bekannte hydraulische Rotorblatt-Steue rungsvorrichtung ist jedoch relativ aufwendig und weist eine Vielzahl von Komponenten auf.

Die US 3,031,017 zeigt eine gattungsgemäße Rotorblatt- Steuerungsvorrichtung, mit der der kollektiven und sinus förmigen, zyklischen Rotorblatt-Verstellung eine weitere zyklische Einstellwinkel-Bewegung überlagert wird. Hierzu ist jedem Rotorblatt ein mit dem drehenden Teil der Taumelscheibe umlaufendes Abtastelement zugeordnet, welches bei einer Drehung des Rotors eine Kontur einer Kurvenbahn abtastet, die im nichtdrehenden Teil der Taumelscheibe ein gearbeitet ist. Die Hubbewegung des Abtastelements wird der Steuerbewegung der Taumelscheibe durch einen Mischhebel überlagert. Es wird bei jedem Umlauf dieselbe Kontur abge tastet.

Im Gegensatz zu Rotorblatt-Steuerungsvorrichtungen, deren Aktuatoren im drehenden System angeordnet sind und während eines Umlaufs relativ hochfrequente Steuerbewegun gen ausführen, sind bei dieser Rotorblatt-Steuerungsvor richtung keine Aktuatoren im drehenden System notwendig, da die Hubbewegung durch einfaches Abtasten der Kontur der Kurvenbahn erzeugt wird. Es werden keine aufwendigen Dreh durchführungen für die Leistungsversorgung und Ansteuerung der Aktuatoren im drehenden System benötigt. Der Leistungs bedarf der Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung ist wesentlich geringer. Die Überlagerung der Bewegungen der Taumelschei be, die als Primär-Steuermittel dient, und der Abtastele mente mittels eines Überlagerungshebels bietet einige Vor teile. So kann über ein entsprechend gewähltes Hebelver hältnis eine Übersetzung des Stellwegs bzw. der Stellkraft erzielt werden.

Bei dieser Steuerungsvorrichtung ist jedoch nachtei lig, dass nur ein bestimmter Flugzustand optimiert werden kann, da die überlagerte Einstellwinkel-Bewegung unabhängig vom Flugzustand immer dieselbe ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung so weiter zubilden, dass die Einstellwinkel-Bewegung für verschiedene Flugzustände mit geringem Aufwand und geringem Leistungsbe darf optimierbar ist. Sie soll ferner einen geringen Bau raum einnehmen und ein geringes Gewicht aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche gegeben.

Erfindungsgemäß ist also ein den Rotormast umschlie ßender, hohlzylinderartiger Kurventräger dem nichtdrehenden Teil der Taumelscheibe zugeordnet. Dieser weist mehrere Kurvenbahnen unterschiedlicher Kontur in axial beabstande ten Bereichen an der Außenmantelfläche auf. Auswahlmittel ermöglichen eine wahlweise Zuordnung von jeweils einer Kur venbahn zu dem Abtastelement, so dass der primären Steuer bewegung - also der kollektiven und der sinusförmigen zy klischen Steuerbewegung - für verschiedene Flugzustände verschiedene sekundäre Steuerbewegungen überlagert werden können. Je nach Anzahl der auswählbaren Kurvenbahnen sind dadurch mit einfachen Mitteln einige der häufigst gefloge nen Flugzustände optimierbar. Dabei werden nicht für jedes Rotorblatt individuelle Stellglieder benötigt, sondern lediglich ein einfach aufgebautes, individuelles Abtastele ment. Daraus ergibt sich ein geringer Leistungsbedarf und eine einfache Ansteuerung. Es besteht die Möglichkeit, die Auswahlmittel im nichtdrehenden System anzuordnen, so dass zur Ansteuerung keine Drehdurchführungen benötigt werden. Die Auswahlmittel selbst brauchen dabei keinen sehr hohen Anforderungen an die Dynamik zu genügen, auch wenn am Ro torblatt hochfrequente Einstellwinkel-Bewegungen eingesteu ert werden.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 schematisch einen Längs-Schnitt durch eine erfindungsgemäße Rotorblatt-Steuerungsvor richtung,

Fig. 2 einen Längs-Schnitt durch einen Kurventräger und

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Kurventräger zeigen.

In Fig. 1 ist mit 2 ein von einem nicht dargestellten Hauptgetriebe drehantreibbarer Rotormast bezeichnet, der eine Rotornabe 4 aufweist, an deren Umfang mehrere Rotor blätter 6, von denen eines gezeigt ist, gleichmäßig ange ordnet sind. Der Einstellwinkel jedes Rotorblatts um seine Längsachse ist mittels einer Steuerstange 8, die auf einen Hebel 10 des gelenkig an der Rotornabe befestigten Rotor blatts 6 wirkt, verstellbar. Zur Übertragung von Steuerbewegungen aus dem nichtdrehenden System der Hubschrauber- Zelle ins drehende System des Hubschrauber-Rotors ist eine Taumelscheibe vorgesehen, die mittels eines Lagers 14 axial verschiebbar und kippbar am Rotormast 2 gelagert ist. Sie besteht aus einem nichtdrehenden Teil 16, an dem mehrere Steuerstangen 18, von denen eine gezeigt ist, angelenkt sind und einem mit dem Rotormast 2 drehbaren Teil 20. Zwi schen dem drehenden Teil der Taumelscheibe 20 und dem nichtdrehenden Teil der Taumelscheibe 16 sind Lager 22 vor gesehen. Zur kollektiven und monozyklischen Rotorblatt- Verstellung wird die Taumelscheibe durch die angelenkten Steuerstangen 18 axial entlang dem Rotormast nach oben oder unten bewegt oder gekippt. Jedem Rotorblatt 6 ist ein im drehenden System angeordnetes Abtastelement 24 zugeordnet, welches bei einer Drehung des Rotormasts 2 eine Kontur ei ner im nichtdrehenden System um die Rotorachse verlaufenden geschlossenen Kurvenbahn 42A, 42B, 42C abtastet. Das Abta stelement 24 führt dabei eine Hubbewegung aus, welche durch einen Überlagerungshebel 28 auf die Steuerstange 8 übertra gen und in eine Einstellwinkelbewegung des Rotorblatts 6 umgeformt wird.

Das Abtastelement 24 besteht aus einer Stange, die an einem Ende einen Abtastkopf aufweist und die mit dem ande ren Ende an den Umlenkhebel 28 angelenkt ist. Der Umlenkhe bel 28 ist um eine in tangentialer Richtung zur Taumel scheibe ausgerichtete Drehachse 30 schwenkbar am drehenden Teil 20 der Taumelscheibe 12 angelenkt. Die Steuerstange 8, die an einem dritten Anlenkpunkt 32 an dem Umlenkhebel 28 angelenkt ist, erfährt eine Steuerbewegung, welche durch Überlagerung der primären Steuerbewegung der Taumelschei be mit der sekundären Steuerbewegung jedes Abtastelements 24 entsteht. Das Abtastelement 24 ist durch eine Fe der 34 gegen die Kontur der Kurvenbahn 42A, 42B, 42C vorge spannt, so dass es in ständigem, gleitenden Kontakt mit der Kurvenbahn 26 ist. Die Oberfläche der Kurvenbahn 26 weist radial nach außen, so dass die Hubbewegung des Abtastele ments 24 in radialer Richtung erfolgt. Hierdurch wird eine bauraumgünstige Gesamtanordnung erzielt.

Erfindungsgemäß ist dem nichtdrehenden Teil 16 der Taumelscheibe ein hohlzylinderartiger Kurventräger 42, der den Rotormast umschließt, zugeordnet. An seiner Außenman telfläche weist der Kurventräger 42 in axial beabstandeten Bereichen mehrere Kurvenbahnen 42A, 42B, 42C unterschiedli cher, jedoch jeweils fester Kontur auf. Der Kurventräger 42 ist axial entlang seiner Zylinderachse verschiebbar, so dass dem Abtastelement 24, je nach Flugzustand, eine der Kurvenbahnen 42A, 42B, 42C zugeordnet werden kann. Die ver schiedenen Konturen der Kurvenbahnen 42A, 42B, 42C sind in Fig. 3 beispielhaft und stark überhöht dargestellt. Als Verstellmittel für die axiale Verschiebung des Kurventrä gers 42 ist ein durch einen Aktuator drehbarer Verstell ring 44 mit einem Stift 46 vorgesehen. Der Stift 46 greift dabei sowohl in eine zylindrische Nut 48 im nichtdrehenden Teil 16 der Taumelscheibe als auch in eine spiralförmig ansteigende Nut 50 im Kurventräger ein.

Ein weiterer Freiheitsgrad wird dadurch eröffnet, dass Verstellmittel 52, 54 für die Verdrehung des Kurventrä gers 42 relativ zum nichtdrehenden Teil 16 der Taumelschei be um seine Zylinderachse vorhanden sind. Hierdurch können die Hubbewegungen der Abtastelemente den Steuerbewegungen der Taumelscheibe in unterschiedlichen Phasen überlagert werden. Die Verstellmittel für die Verdrehung des Kurven trägers 42 können ein drehantreibbares Schneckenrad 52 um fassen, welches am nichtdrehenden Teil 16 der Taumelscheibe gelagert ist und das in eine Innenverzahnung 54 des Kurven trägers 42 eingreift. Die gezeigten Ausgestaltungen der Verstellmittel sind beispielhaft. In Kenntnis der Erfindung wird der Fachmann auch andere Verstellmittel, z. B. elek trischer oder hydraulischer Art, vorsehen.

Für einen bestimmten Hubschraubertyp werden durch den Kurventräger 42 eine begrenzte Anzahl von Steuermustern vorgegeben, die für die häufigst geflogenen Flugzustände optimierbar sind. Der Wechsel zwischen zwei benachbarten Kurvenbahnen wird erleichtert, wenn die Konturen der Kur venbahnen 42A, 42B, 42C an der Außenmantelfläche des Kur venträgers 42 fließend ineinander übergehen. Wenn im Über gangsbereich zwischen zwei benachbarten Kurvenbahnen eine kreisringförmige Kurvenbahn angeordnet ist, so ist es mög lich, aus jedem Zustand heraus schnell wieder in eine neu trale Position zu kommen, in der lediglich kollektive und sinusförmige, zyklische Einstellwinkel-Bewegungen einge steuert werden.

Anstelle des gezeigten Abtastelements 24, das einen auf der Kurvenbahn gleitenden Abtastkopf aufweist, kann auch ein Abtastelement mit einem auf der Kurvenbahn wälzen den, drehbaren Wälzkörper vorgesehen sein. Ein solcher, beispielsweise als Rolle ausgebildeter Wälzkörper verrin gert die Reibung zwischen Kurventräger und Abstastelement und dient damit zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgra des.

Bezugszeichenliste

2

Rotormast

4

Rotornabe

6

Rotorblatt

8

Steuerstange

10

Hebel

14

Lager

16

nichtdrehender Teil der Taumelscheibe

18

Steuerstange

20

drehender Teil der Taumelscheibe

22

Lager

24

Abtastelement

28

Hebel

30

Achse

32

Anlenkpunkt

34

Feder

42

Kurventräger

42

A,

42

B,

42

C Kurvenbahnen

44

Verstellring

46

Stift

48

Nut

50

Nut

52

Schneckenrad

54

Innenverzahnung

Claims

1. Individuelle Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberhauptrotor mit einem von einem Hauptge triebe drehantreibbaren Rotormast (2), mit mehreren gleich mäßig am Umfang einer Rotornabe (4) angeordneten Rotorblät tern (6), mit einer aus einem nichtdrehenden Teil (16) und einem bei Betrieb drehenden Teil (20) bestehenden Taumel scheibe zur kollektiven und sinusförmigen, zyklischen Ro torblattverstellung, die gegenüber dem Rotormast (2) kipp bar und axial verschiebbar gelagert ist, und die von am nichtdrehenden Teil (16) angelenkten Steuerstangen (18) betätigbar ist, und mit einem dem drehenden Teil (20) der Taumelscheibe zugeordneten Abtastelement (24) für jedes Rotorblatt, welches bei einer Drehung des Rotors eine Kon tur einer dem nichtdrehenden Teil (16) der Taumelscheibe zugeordneten, um die Rotorachse verlaufenden geschlossenen Kurvenbahn abtastet und dabei eine Hubbewegung ausführt, welche durch einen am drehenden Teil der Taumelscheibe an gelenkten Überlagerungshebel (28) einer Steuerbewegung der Taumelscheibe überlagert wird und in eine Einstellwinkelbe wegung des Rotorblatts (6) umgeformt wird, dadurch ge kennzeichnet, dass ein den Rotormast um schließender, hohlzylinderartiger Kurventräger (42) dem nichtdrehenden Teil (16) der Taumelscheibe zugeordnet ist, der mehrere Kurvenbahnen (42A, 42B, 42C) unterschiedlicher, jedoch jeweils fester Kontur in axial beabstandeten Berei chen an der Außenmantelfläche aufweist, und dass ein Aus wahlmittel (44, 46, 50) vorhanden ist zur wahlweisen Zuord nung von jeweils einer Kurvenbahn (42A, 42B, 42C) zu dem Abtastelement (24).

2. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurven träger (42) zur Auswahl verschiedener Kurvenbahnen durch Verstellmittel (44, 46, 50) relativ zu dem Abtastele ment (24) entlang seiner Zylinderachse axial verschiebbar ist.

3. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver stellmittel für die axiale Verschiebung des Kurventrägers einen durch einen Aktuator drehbaren Verstellring (44) mit einem Stift (46) aufweisen, der sowohl in eine zylindrische Nut (48) im nichtdrehenden Teil (16) der Taumelscheibe als auch in eine spiralförmig ansteigende Nut (50) im Kurven träger (42) eingreift.

4. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verstellmittel (52, 54) für die Verdrehung des Kurven trägers (42) relativ zum nichtdrehenden Teil (16) der Tau melscheibe um seine Zylinderachse vorhanden sind, um die Hubbewegung der Abtastelemente der Steuerbewegungen der Taumelscheibe in unterschiedlichen Phasen zu überlagern.

5. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver stellmittel für die Verdrehung des Kurventrägers (42) ein drehantreibbares Schneckenrad (52) aufweisen, welches am nichtdrehenden Teil (16) der Taumelscheibe gelagert ist, und das in eine Innenverzahnung (54) des Kurventrägers (42) eingreift.

6. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Kurvenbahnen (42A, 42B, 42C) an der Außenmantelfläche des Kurventrägers (42) fließend ineinan der übergehen.

7. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen zwei Kurvenbahnen (42A, 42B, 42C) eine kreisringförmige Kurven bahn angeordnet ist.

8. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach einem der vo hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Abtastelement (24) einen auf der Kurven bahn gleitenden Abtastkopf aufweist.

9. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastelement (24) mindestens einen auf der Kur venbahn wälzenden, drehbaren Wälzkörper aufweist.

10. Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Abtastelement (24) mit einem elastischen Mittel (34) an die Kurvenbahn angefedert ist, so dass es eine Rückstellbewegung selbsttätig ausführt.