DE10061636B4

DE10061636B4 - Rotorblatt mit Klappe und Klappenantrieb

Info

Publication number: DE10061636B4
Application number: DE10061636A
Authority: DE
Inventors: Markus Bauer; Ulrich Denecke; Gerald Kuntze-Fechner; Christine MÜLLER; Hermann Sahlstorfer; Alois Dipl.-Ing. Wagner
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: JP4017384B2; GB0129483D0; US20020071767A1; FR2817826A1; GB2373232B; DE10061636A1; ITMI20012519A1; JP2002234499A; GB2373232A; FR2817826B1; US6644919B2

Abstract

Rotorblatt, umfassend
– einen auftriebserzeugenden Rotorblattbereich (1) mit einem einen Nasenbereich, einem Hinterkantenbereich und eine Außenhaut (6) aufweisenden, aerodynamischen wirksamen Rotorblattprofil;
– eine als Hohlraum in der Struktur des auftriebserzeugenden Rotorblattbereichs (1) ausgebildete Blattkammer (10, 1000), die eine in Richtung Hinterkantenbereich gerichtete Gehäuse-Einschuböffnung (100, 1001) aufweist;
– mindestens ein Klappenmodul mit einem Gehäuse (16), einem vollständig innerhalb des Gehäuses (16) angeordneten Klappenantrieb (180, 181) und einer am Gehäuse (16) beweglich gelagerten Klappe (17), die über innerhalb des Gehäuses (16) angeordneten Kraftübertragungsmittel (186, 187) mit dem Klappenantrieb (180, 141) in Wirkverbindung steht, wobei das Klappenmodul durch die Gehäuse Einschuböffnung (100, 1001) in die Blattkammer (10, 1000) einsetzbar und lösbar befestigbar ist und nach Einsetzen des Klappenmoduls in die Blattkammer (10, 1000) die Klappe (17) aus der Gehäuse-Einschuböffnung (100, 1001) hinausragt,
wobei zur Begrenzung der Gehäuse-Einschuböffnung (100, 1001) der Blattkammer (10, 1000) ein Bereich der Außenhaut (6,...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt mit einer Blattkammer und einem darin einsetzbaren Klappenmodul.
STAND DER TECHNIK
Das Rotorsystem eines Hubschraubers ist die Ursache für den Lärm und die Vibrationen in der Kabine. Gleichzeitig erzeugt das Rotorsystem auch einen hohen Außenlärmpegel, insbesondere im Landeanflug. Diese Lärmemissionen und Vibrationen bedeuten eine starke Komfortminderung für Hubschrauberpassagiere und erweisen sich als ungünstig für die Umwelt. In der weiteren Entwicklung des Hubschrauberbaues gilt es, diese Lärmemissionen und Vibrationen deutlich zu reduzieren.
Bei den auf dem Markt angebotenen Hubschraubern mit bekanntem Rotorsystem werden die Rotorblätter kollektiv und zyklisch über die Taumelscheibe und ein mechanisches Gestänge angesteuert. Es hat sich der Gedanke durchgesetzt, diese Primär-Rotorblattsteuerung zur Reduzierung von Lärmemissionen und Vibrationen durch die Verwendung einer im Bereich der Blattspitze des einzelnen Rotorblattes angebrachten Klappe zu erweitern. Diese Klappe soll eine individuelle Ansteuerung des Rotorblattes ermöglichen. Mittels des Einsatzes der steuerbaren Klappe im auftrieberzeugenden Rotorblattbereich, vorzugsweise in Nähe der Blattspitze und an der Profil-Hinterkante des Rotorblattes, besteht die Möglichkeit für das Rotorblatt, sich den variierenden Anströmbedingungen während eines Rotorblattumlaufs kontinuierlicher anzupassen. Dadurch ist eine Reduzierung von Lärmemissionen und Vibrationen durch das Rotorsystem möglich.
Aus der GB 2 299 562 A ist ein Rotorblatt bekannt, umfassend: einen auftriebserzeugenden Rotorblattbereich, der ein aerodynamisch wirksames Profil mit einem vorbestimmten Profilquerschnitt besitzt; eine bewegliche Klappe und mindestens einen Klappenantrieb; eine Blattkammer, die in der Struktur des auftriebserzeugenden Rotorblattbereichs ausgebildet ist und eine in Richtung zu einem Profilhinterkantenbereich oder Profilnasenbereich des aerodynamisch wirksamen Profils weisende Öffnung besitzt; mindestens ein Gehäuse, das durch die Öffnung hindurch in die Blattkammer einsetzbar und in der Blattkammer durch Befestigungsmittel fixierbar ist, wobei das Gehäuse den Klappenantrieb und die Klappe derart aufnimmt, dass die Klappe aus der Öffnung der Blattkammer herausragt.
Die DE 198 08 196 A1 offenbart ein Hubschrauber-Rotorblatt mit einer beweglichen Klappe bzw. Hinterkantenklappe, die über ein biegeweiches Verbindungselement mit dem Rotorblatt verbunden ist. Das biegeweiche Verbindungselement wird durch einen biegeelastischen Bereich der Außenhaut des Rotorblatts gebildet. Die Klappe ist über eine im Inneren des Rotorblattes angeordnete Ansteuereinheit mit einer Kraftübertragungsstange zu betätigen.
Aus der DE 482 607 A ist ein Rotorblatt eines Hubschraubers bekannt, das sowohl über eine Nasenklappe als auch eine Hinterkantenklappe verfügt.
Die EP 1 035 015 A2 beschreibt einen Klappenantrieb mit einer Klappe, die in ein Rotorblatt eingebaut sind. Der Klappenantrieb besteht aus einem Aktor und einem mit dem Aktor gekoppelten beweglichen Gelenkrahmen. Der Aktor ist mittels Kraftübertragungsmitteln mit einer schwenkbar gelagerten Klappe verbunden. Der Aktor ist an der inneren Struktur des Rotorblattes befestigt, und die Klappe ist in der Struktur des Rotorblattes schwenkbar gelagert. Mit der Herstellung des Rotorblattes muss zugleich auch der Klappenantrieb mit Klappe in das Rotorblatt eingebaut werden.
Um eine Sichtinspektion des Klappenantriebes und Wartungsarbeiten zu ermöglichen, wird in der Außenhaut des Rotorblattes eine Öffnung gelassen, die mit einem Deckel verschließbar ist. Die zu schaffende Öffnung im Rotorblatt beeinflusst nachteilig die tragende Struktur des Rotorblattes. Es werden mit diesem durch die Außenhaut verlaufenden Durchbruch Struktureigenschaften des Rotorblattes, wie Biegesteifigkeit und Festigkeit, nachteilig beeinflusst. Der Deckel zum Verschließen der Öffnung in der Außenhaut muss als Bestandteil der tragenden Struktur ausgebildet werden. Das hat in der Regel eine nachteilige Veränderung aerodynamischer Rotorblatteigenschaften bei vorhandener Rotorblattgeometrie zur Folge. Ist letztlich der Klappenantrieb verschlossen, muss im Falle eines erforderlichen Austauschs des Klappenantriebs das gesamte Rotorblatt ausgewechselt werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotorblattkonstruktion zu schaffen, die es gestattet, ein Rotorblatt mit einer Blattkammer und einem Klappenmodul zu versehen, ohne dass dadurch die mechanischen, dynamischen, aerodynamischen und aeroelastischen Eigenschaften des Rotorblattes nachteilig verändert werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Rotorblatt mit den Merkmalen des Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Rotorblatts sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der auftrieberzeugende Rotorblattbereich hat in seiner Struktur eine Blattkammer ausgebildet mit einer in Richtung zum Profilhinterkantenbereich (Fahnenbereich) des Rotorblatts gerichteten Öffnung (Gehäuse-Einschuböffnung). Bei ruhendem Rotorblatt ist durch diese Öffnung in die Blattkammer mindestens ein Gehäuse einsetzbar und fixierbar. Das Gehäuse kann dabei mindestens einen Klappenantrieb und die Klappe aufnehmen.
Im Bereich der Außenhaut zur Begrenzung der Blattkammer ist ein biegeelastischer Biegedeckel ausgebildet, dessen Biegegelenkachse im Wesentlichen längs zur Blattlängsachse geführt ist. Der Biegedeckel ist aus einer Ruheposition in eine Endposition und zurück schwenkbar. Damit kann die Öffnung zum Einführen oder Ausführen des Gehäuses vergrößert werden.
Beim Einführen oder Ausführen des Gehäuses in die Blattkammer dienen die Wandungen der Blattkammer als Führung für das Gehäuse. Das Gehäuse trägt im Weiteren Vorspannmittel zum Vorspannen eines Piezoaktors des Klappenanatriebes.
Das Gehäuse ist in der Blattkammer positionierbar und durch Befestigungsmittel fixierbar.
Des Weiteren besitzt das Gehäuse Anschlußmittel für im Rotorblatt geführte Energie- und Informationsleitungen.
Das Gehäuse ist in der Blattkammer so positioniert, dass der Schwerpunkt des Profilquerschnitts eines solchen Rotorblatts gegenüber einem ursprünglichen Profilquerschnitt ohne Blattkammer kaum verändert ist. Der Schwerpunkt des Gehäuses ist in der Nähe eines Nasenholms des Gehäuses im Inneren des Gehäuses angeordnet.
Das in der Blattkammer aufgenommene Gehäuse trägt Dichtmittel, die ein Abdichten gegenüber der Öffnung der Blattkammer ermöglichen. Damit wird ein Eindringen von Staubpartikeln und Feuchtigkeit vermieden.
In eine entsprechend groß dimensionierte Blattkammer können auch einzelne Gehäuse in Blattlängsrichtung in einer Ebene nebeneinander liegend angeordnet werden. Damit kann die wirksame Breite der Klappe erhöht werden.
Durch die Erfindung wird die Struktur des Rotorblattes kaum beeinflußt. Der Einsatz eines Klappenmoduls (d. h. Gehäuse einschließlich Klappenantrieb und Klappe, s. u.) ermöglicht dessen schnelle Überprüfung vor Ort und ermöglicht eine rasche Wartung und Justierung des Klappenantriebes und der Klappe. Dazu muss das Rotorblatt nicht aus der Rotornabe entfernt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt
1 einen Querschnitt eines typischen Profils eines auftrieberzeugenden Rotorblattbereiches eines Rotorblatts gemäß dem Stand der Technik,
2 einen Ausschnitt aus dem auftrieberzeugenden Rotorblattbereich eines erfindungsgemäßen Rotorblatts,
3 eine Schnittansicht des mit einem Biegedeckel versehenen erfindungsgemäßen Rotorblatts entlang der Linie C-C in 2,
4 ein in eine Blattkammer des erfindungsgemäßen Rotorblatts einführbares Gehäuse,
4a das in die Blattkammer des erfindungsgemäßen Rotorblatts bis auf Anschlag eingeführte Gehäuse von 4,
5 Bestandteile des Gehäuses,
6 eine räumliche Ansicht des Gehäuses ohne Klappenantrieb und ohne Klappe,
7 das Gehäuse mit Klappenantrieben und Klappe zum Einschieben in die Blattkammer des erfindungsgemäßen Rotorblatts, und
8 mehrere in einer Ebene nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Klappenmodule zum Einführen in die Blattkammer des erfindungsgemäßen Rotorblatts.
DARSTELLUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Gegenwärtige gelenklose oder lagerlose Rotorsysteme besitzen Rotorblätter, die in der Regel aus Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Die Rotorblätter werden bei Rotation in verschiedene Richtungen ausgelenkt und insbesondere durch die Fliehkraft stark belastet. Die Struktur eines solchen Rotorblattes ist durch die eingesetzten Faserverbundwerkstoffe geprägt.
Der auftrieberzeugende Rotorbllattbereich ist jener Abschnitt des Rotorblattes, in dem die Klappe mit dem Klappenantrieb zur Anordnung kommt. Bevorzugt befindet sich hierbei der Bereich in der Nähe der Blattspitze. Die Anordnung der Klappe erfolgt in Richtung der Rotorblatthinterkante, so dass das spitze Ende der Klappe als Stirnkante im Wesentlichen in Flucht mit der Hinterkante des Rotorblattes liegt.
1 zeigt einen Querschnitt eines typischen Profils eines auftrieberzeugenden Rotorblattbereiches 1 eines Rotorblatts. Anhand dieses Profilquerschnitts ist der Blattaufbau erkennbar, der im Allgemeinen ein Roving-Holm 2 mit einem Balancegewicht 3 in Nähe einer Profilnase 7 und nach dem Roving-Holm 2 einen Hartschaum-Kern 5 umfasst.
Ein Roving besteht aus Fasersträngen, die aus künstlichen Endlosfasern gebildet werden. Beide, Roving-Holm 2 und Hartschaum-Kern 5, sind gemeinsam von einer Aussenhaut 6 aus faserverstärktem Kunststoff umfasst. Die Aussenhaut 6 bildet die Kontur des Querschnitts. Sie muss deshalb in Bezug auf Profiltreue, Oberflächengüte, Schutz gegen Beschädigungen sowie Einbeulen hohen Anforderungen genügen. Im Bereich der Profilnase 7 ist die Aussenhaut 6 mit einer Nasenschale 4 als Erosionsschutz verkleidet. Diametral zur Profilnase 7 liegt der Fahnenbereich mit der Profilhinterkante 9.
Mit dem Blattaufbau wird die Struktur des Blattes gebildet. Aufgrund aeroelastischer Forderungen muss der Schwerpunkt 8 eines Profilquerschnittes bei ca. 25% der Profilsehne S_P, gemessen von der Profilnase 7, angeordnet sein.
Wenn im Blatt 1 quer zu seiner Blattlängsachse 13 zwei beabstandete Schnitte A-A, B-B geführt werden, entsteht ein Blattausschnitt 11.
2 zeigt einen solchen Blattausschnitt 11 aus dem auftrieberzeugenden Blatt 1 eines erfindungsgemäßen Rotorblatts. Nachfolgend wird zum Verständnis der Erfindung dieser Blattausschnitt 11 beschrieben. Dort ist ein Hohlraum zu erkennen. Die beiden Schnitte A-A, B-B wurden so geführt, dass sie genau in der seitlichen Begrenzung des Hohlraumes liegen. Somit wird der Hohlraum zugleich in seiner gesamten Länge L darstellbar. Der Hohlraum kann in seiner Tiefe im Blattinneren bis an den Roving-Holm 2 geführt werden.
Vorzugsweise in Nähe der Blattspitze B_S (in der 2 ist die Richtung zur Blattspitze durch einen Pfeil angedeutet) ist in dem Inneren der Struktur des Blattes der Hohlraum angeordnet. Aufgrund der fehlenden Profilhinterkante besitzt dieser Hohlraum in Richtung der fehlenden Profilhinterkante (d. h. im Fahnenbereich) eine Gehäuse-Einschuböffnung 100, nachfolgend kurz Öffnung 100 genannt. Dieser Hohlraum mit Öffnung 100 wird nachfolgend als Blattkammer 10 bezeichnet. Die Blattkammer 10 ist im Wesentlichen in jenem Strukturbereich des Blattes 1 ausgebildet, der ursprünglich vom Hartschaum-Kern 5 (vgl. 1) gebildet war. Die Aussenhaut 60 im Bereich der Öffnung 100 ist in Richtung Profilinneres deutlich verstärkt. Die oberseitige Aussenhaut im Bereich der Öffnung 100 hat ein Biegegelenk 12 ausgebildet. Dieses Biegegelenk 12 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Blattlängsachse 13. Das Biegegelenk ist durch die Struktur aus Faserverbundwerkstoff gebildet. Damit ist dieser Abschnitt der oberseitigen Aussenhaut 60 als Biegedeckel 14 ausgebildet.
Die Blattkammer 10 dient der nachträglichen Aufnahme eines Gehäuses.
3 zeigt anhand des Schnittes C-C aus 2 die Funktion des Biegedeckels 14. Der Biegedeckel 14 ist somit Teil der Aussenhaut 60 und der tragenden Struktur und ist aus einer Ruheposition 140 um das Biegegelenk 12 in eine Endposition 141 schwenkbar und selbst rückstellbar in die Ruheposition 140. Mit dem manuellen Schwenken des Biegedeckels 14 kann unter Aufwendung von Kraft die Öffnung 100 vergrößert werden, beispielsweise bis auf die lichte Höhe der Blattkammer. Erst wenn der Biegedeckel 14 durch manuelle Biegung in seiner Endposition 141 die maximale Öffnung der Blattkammer 10 freigibt, kann ein Gehäuse in die Blattkammer 10 ein- oder ausgeführt werden. In Ruheposition 140 des Biegedeckels 14 verkürzt dieser deutlich die Öffnung 100, so dass in diesem Zustand kein Ein- oder Ausführen eines Gehäuses möglich wäre. Im Zustand der Ruheposition 140 des Biegedeckels 14 ist es jedoch möglich, die Aussenhaut 60 des Blattes lokal auf das Niveau der Soll-Kontur herunterzudrücken, um so einen harmonischen Profilverlauf zu gewährleisten. Die Soll-Kontur im Profil ist erreicht, wenn der Biegedeckel 14 in Ruheposition 140 auf dem Niveau einer Lagerleiste für die Klappe anliegt.
Bei der Fertigung des Rotorblattes wird zugleich auch der Hohlraum für die Blattkammer 10 berücksichtigt. Die Blattkammer 10 wird begrenzt durch Abschnitte der Aussenhaut, Abschnitte vom Hartschaum-Kern und dem Roving-Holm.
Die 4 und 4a zeigen das Einführen eines Gehäuses 16 in die Blattkammer 10. Der Biegedeckel 14 befindet sich unter Vorspannung in Endposition 141 und die Öffnung 100 ist vergrössert. Somit kann ein Gehäuse 16 in die Blattkammer 10 eingeführt werden.
Die Blattkammer 10 ist in ihrer Geometrie so ausgebildet, dass sie ein aufzunehmendes Gehäuse 16 dort positionieren kann. Die Blattkammer 10 bildet in Höhenrichtung eine definierte Führung für das Gehäuse 16. In Einschubrichtung wird eine Positionierung durch Befestigungsmittel, z. B. Passschrauben, erreicht, welche durch die Außenhaut und durch das Gehäuse 16 führbar sind.
Das Gehäuse 16 kann (wie dargestellt) in Anschlag mit der Blattkammer 10 positioniert sein. Das ist aber keine zwingende Bedingung, sondern es kann auch ein Spalt zwischen einer Stirnwand 160 des Gehäuses 16 und einer Anschlagwand 15 der Blattkammer 10 existieren. Die Wandung der Blattkammer 10 kann beispielsweise als steifer kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) ausgeführt sein.
Das Gehäuse 16 kann so ausgebildet sein, wie 4 und 4a es zeigen, nämlich derart, dass sich seine Kontur im Wesentlichen formschlüssig der Wandung der Blattkammer 10 anpasst. Das Gehäuse 16 ist vollständig eingeschoben (4a), wenn beispielsweise die Stirnwandung 160 des Gehäuses 16 formschlüssig in Anschlag mit der Anschlagwand 15 der Blattkammer 10 ist. Der Biegedeckel 14 stellt sich selbst zurück in die Ruheposition 140 und liegt formschlüssig am Gehäuse an. Er hält das Gehäuse 16 beim ruhenden Rotorblatt.
Ist das Gehäuse 16 von der Blattkammer 10 aufgenommen, so ragt die Klappe 17 aus der Blattkammer 10. Dabei dichtet das Gehäuse 16 mittels eines Dichtmittels 142 (z. B. einer Dichtmasse) die Öffnung 100 der Blattkammer 10 vollständig ab (siehe 4a). Die Klappe 17 ist frei beweglich am Gehäuse 16 angeordnet und die Kontur des Klappenquerschnitts entspricht einer Fortsetzung der unterbrochenen Profilkontur des Rotorblattes. Es wird somit ein vollständiges aerodynamisches Blattprofil gewährleistet. Vorteilhafterweise bildet die Klappenhinterkante im Wesentlichen einen Abschnitt der Profilhinterkante des auftrieberzeugenden Rotorblattbereichs 1.
Das Gehäuse 16 ist somit quer zur Blattlängsachse 13 aus der Position der ursprünglichen Blatthinterkante in die Struktur des auftrieberzeugenden Rotorblattbereichs 1 ein- und ausführbar, wenn seine Befestigungsmittel gelöst sind. Das Gehäuse 16 kann wegen der Forderung nach hoher Steifigkeit bei geringem Gewicht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff aufgebaut sein. Diese Forderung ist notwendig, um auch der starken Belastung durch die Fliehkraft zu widerstehen.
Das Gehäuse 16 erfüllt mehrere Funktionen.
Das Gehäuse 16 nimmt grundsätzlich einen Klappenantrieb und die Klappe 17 auf. Der Klappenantrieb besteht dabei mindestens aus einem Aktor mit beweglichem Gelenkrahmen und entsprechenden Kraftübertragungsmitteln zur Klappe.
Das Gehäuse 16 ist letztlich Träger und Lagerung für die Baugruppen des Klappenantriebs und der Klappe 17 mittels einer Lagerleiste. Das Gehäuse 16 einschließlich Klappenantrieb und Klappe 17 kann als „Klappenmodul” bezeichnet werden.
Das Gehäuse 16 ist weiterhin Vorspannmittel für einen piezoelektrischen Aktor des Klappenantriebes.
Das Gehäuse 16 ist im Wesentlichen so ausgebildet, dass es die in der Blattkammer 10 fehlende Materialsubstanz (im wesentlichen Hartschaum) ersetzt. Der entscheidende Vorteil besteht jedoch darin, daß die tragende Struktur des Blattes nicht gestört wird. Damit bleibt die Torsionssteifigkeit und Torsionsfestigkeit des Blattes in seiner ursprünglichen Dimensionierung erhalten. Das ist ein großer Vorteil gegenüber dem bekannten Stand der Technik.
Mit dem gezielten Verstellen der Klappe 17 kann der Schwenkbewegung des Rotorblattes entgegengearbeitet werden. Auf die konventionellen Dämpfer im Rotorblatt ist zwar nicht vollständig verzichtbar, aber sie können kleiner, leichter und kostengünstiger gestaltet werden.
Die Höhe des Gehäuses 16 ist geringer gehalten als seine Länge oder Breite. Es ist somit eine geringe Einbauhöhe gewährleistet.
5 zeigt die Bestandteile des Gehäuses 16.
Das Gehäuse 16 wird gebildet von einer Grundwandung 161 und einer Deckwandung 162. Sie bilden die Grundfläche bzw. Deckfläche des Gehäuses 16. In der Darstellung fehlen noch die Bohrungen und Ausschnitte. Grundwandung 161 und Deckwandung 162 sind an nur zwei von jeweils zwei gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden. Die Verbindungen der beiden Wandungen liegen sich gegenüber. Die Verbindung zwischen Grundwandung 161 und Deckwandung 162 bildet beispielsweise eine Profilwölbung. Diese Profilwölbung begünstigt das Einführen des Gehäuses 16 in die Blattkammer 10.
Jene Wandungsverbindung zwischen Grundwandung 161 und Deckwandung 162, die beispielsweise als Profilwölbung ausgebildet sein kann und zuerst in die Blattkammer einzuschieben ist, wird als Stirnwandung 160 bezeichnet. Die der Stirnwandung 160 gegenüberliegende Wandung, die Rückwandung 164, dient der Aufnahme einer Lagerleiste für die Klappe 17.
Wenn das Gehäuse 16 von der Blattkammer 10 aufgenommen ist, darf die Schwerpunktlage des Gehäuses 16 die ursprüngliche Lage des Schwerpunktes 8 des Blattes 1 nicht nachteilig beeinflussen. Der Schwerpunkt des Profilquerschnitts vom Blatt muss bei ca. 25% der Profilsehne, gemessen von der Profilnase, angeordnet bleiben. Unter diesem Aspekt sollte die Stirnwandung 160 des Gehäuses 16 bei dessen Endlage möglichst nahe an dem Roving-Holm 2 positioniert werden. Die weiteren Einbauten im Gehäuse 16 müssen dieser Forderung zum Schwerpunkt gerecht werden. Das erfindungsgemäße Gehäuse 16 unterstützt somit vorteilhaft die Schwerpunktlage des Blattes 1.
Das im vorderen Drittel des Gehäuses 16 von der Grundwandung 161, Deckwandung 162 und Stirnwandung 160 umschlossene Volumen wird im Bereich der gewölbten Stirnwandung 160 von einem Nasenholm 165 ausgebildet. Dieser Nasenholm 165 besteht aus einem Kohlefaserlaminat mit unidirektional geführten Fasern. Dieser Nasenholm 165 muss auf Biegung beanspruchbar sein. Das in Richtung Gehäuselängsachse 166 folgende Gehäusevolumen bildet einen Freiraum 167. Das sich an den Freiraum 167 anschließende Volumen des Gehäuses 16, beispielsweise 2/3 des Gesamtvolumens vom Gehäuse, wird durch Hartschaum 50 ausgefüllt. Der Hartschaum 50 wird gehalten von zwei Kappen 168, 169. Der Hartschaum 50 bildet ebenso wie der Nasenholm 165 eine seitliche Begrenzung bzw. eine seitliche Wandung zwischen Grundwandung 161 und Deckwandung 162. Diese durch den Nasenholm 165 und den Hartschaum 50 ausgebildeten seitlichen Wandungen dienen vorzugsweise der seitlichen Führung des Gehäuses 16. Die den Hartschaum 50 begrenzenden Wandungen, auch Stege 51 genannt, bestehen aus Kohlefaser-Laminat. Diese Stege 51 aus CFK-Laminat versteifen das Gehäuse 16 in Richtung der Achse 166 und bilden einen Abschluß zum Hartschaum 50.
6 zeigt eine räumliche Ansicht des Gehäuses ohne Klappenantrieb und ohne Klappe. Grundwandung 161 und Deckwandung 160 haben im Bereich des Freiraumes 167 je zwei Öffnungen. Das sind die Ausschnitte 170, 171. An der Rückwandung 164 sind zwei Schlitze 172, 173 vorbereitet, die den Durchlass für Kraftübertragungsmittel vom Klappenantrieb zur Klappe gewähren. Die Stirnwandung 160 besitzt zwei Bohrungen 174, 175. Sie dienen der Aufnahme von Vorspannmitteln für den Klappenantrieb. Die Wandungen 161, 162 haben ebenfalls Bohrungen 176, 176', 177, 177'. Sie dienen sowohl der Befestigung des Klappenantriebs am Gehäuse als auch der Befestigung des Gehäuses an der Blattstruktur. Die Bohrungen 178, 178', 179, 179' dienen der Befestigung einer Lagerleiste mit Klappe sowie der Befestigung des Gehäuses am Blatt.
Die 7 zeigt ein Gehäuse 16 mit Klappenantrieben 180, 181 und Klappe 17 zum Einschieben in die Blattkammer 10 des auftrieberzeugenden Rotorblattbereichs 1. Über die Ausschnitte 170, 171 ist je ein Klappenantrieb 180, 181 einführbar und an den Wandungen des Gehäuses 16 fixierbar. Der Klappenantrieb 180, 181 kann beispielsweise aus einem piezoelektrischen Aktor 182, 183 bestehen, der mit einer Gelenkmechanik, beispielsweise einem Gelenkrahmen 184, 185, in Verbindung steht, die Kraftübertragungsmittel 186, 187 ausgebildet hat, die mit der Klappe 17 verbindbar sind. Zu diesem Zweck hat das Gehäuse 16 an seiner gewölbten Rückwandung zwei Schlitze 172, 173 (siehe 6), die eine Durchführung für die Kraftübertragungsmittel 186, 187 (z. B. Gestänge) zur Klappe 17 ermöglichen und die zueinander in Bezug auf die Klappenachse 188 versetzt sind.
Zwei Zugstangen als Teil der Kraftübertragungsmittel 186, 187 greifen in einem Lagergehäuse 189, 190 exzentrisch zur Klappenachse 188 an der Klappe 17 an und werden von jeweils einer im Lagergehäuse gelagerten Zugachse gehalten. Die beiden Lagergehäuse 189, 190 enthalten jeweils Zugachsen, Lager, Dichtringe und Anlaufscheiben für eine Fliehkraftabstützung der Zugachsen (nicht dargestellt).
Die beiden Lagergehäuse 189, 190 sind beispielsweise auf der Klappe 17 aufgeklebt. Die Klappe 17 ist wegen der Forderung nach hoher Steifigkeit bei geringem Gewicht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Die Klappenachse 188 wird von der Lagerleiste 191 aufgenommen. Somit hat die Lagerleiste 191 die Funktion eines Gelenks. Im Freiraum 167 sind beispielsweise die zwei Klappenantriebe 180, 181 installierbar. Sie sind bei Montage durch die Ausschnitte 170, 171 der Wandung hindurch ins Gehäuse 16 einführbar. Sie sind im Gehäuse 16 positionierbar und fixierbar und bei Bedarf auch wieder lösbar und entnehmbar. Die vom Klappenantrieb 180, 181 entwickelte Kraft wird mittels der Kraftübertragungsmittel 186, 187 (die in im Hartschaum 50 vorhandenen Kanälen frei beweglich führbar sind) übertragen und an den Schlitzen 172, 173 (6) durch die Lagerleiste 191 hindurchtreten und mit dem Lagergehäuse 189, 190 der Klappe 17 verbunden sind.
Das Gehäuse 16 hat Befestigungsmittel zum Befestigen der Klappenantriebe. Zu diesem Zweck hat der Gelenkrahmen des Aktors zwei Laschen zur Befestigung. Die Befestigung eines Gelenkrahmens mit Aktor kann beispielsweise durch zwei Schrauben 193, 193' mit Gewindehülse 192, 192' erfolgen, wobei Schrauben 193, 193' und Gewindehülsen 192, 192' sich an der Aussenhaut 60, der tragenden Struktur, abstützen. Analoges gilt für den benachbarten Gelenkrahmen.
In der gewölbten Stirnwandung 160 des Gehäuses 16 sind Bohrungen 174, 175 durch den Nasenholm 165 hindurch geführt. Das betrifft eine Bohrung je Klappenantrieb. Durch solch eine Bohrung 174, 175 wird eine Vorspannschraube geführt, die sich an der Aussenhaut 60 abstützt und von dem Gelenkrahmen des Aktors aufgenommen wird und ein Vorspannen des Aktors ermöglicht. Mittels dieser sogenannten Vorspannschraube kann der Aktor gegen den Widerstand des Gehäuses vorgespannt werden. Diese Vorspannung der beiden Piezoaktoren wird realisiert, bevor das Blatt 1 das Gehäuse 16 aufnimmt. Die Vorspannschraube ermöglicht eine gewünschte Justierung des Aktors.
Quer zur Blattlängsachse 13 wird das Gehäuse 16 beginnend mit seiner Stirnwandung 160 in die Blattkammer 10 eingeführt. Die Wandungen des Gehäuses 16 wirken dabei als Führungsmittel. Die Stirnwandung 160 des Gehäuses 16 wird bis in Anschlag zur Rückwandung 15 der Blattkammer 10 geführt. Dann erfolgt das Befestigen des Gehäuses 16 in der Blattkammer 10, wie beschrieben.
Über die Verschraubung (in den Bohrungen 176, 176', 176'', 176''' und 177, 177', 177'', 177''') der Aktoren wird auch das Gehäuse 16 mit der Blattkammer 10 verspannt (7), so dass das Gehäuse 16, das sogenannte Klappenmodul, fest mit dem auftrieberzeugenden Rotorblattbereich 1 verbunden ist. Des Weiteren wird das Klappenmodul im Bereich des Biegedeckels 14 mit der Lagerleiste 191 verschraubt (siehe 7). Je Gehäuse 16 können beispielsweise vier Schrauben an der Oberseite und vier an der Unterseite in den Bohrungen 178'', 178''', 179'', 179''' des auftrieberzeugenden Rotorblattbereichs 1 mit den Bohrungen 178, 178', 179, 179' der Lagerleiste 191 verschraubt sein.
Da der Aktor elektrisch steuerbar ist, müssen über dessen elektrischen Anschluss am Gehäuse auch elektrische Versorgungs- und Informationsleitungen mitgeführt werden. Diese werden über das Rotorblatt und die Hohlwelle des Rotors zu einem Steuergerät geführt.
Das Klappenmodul ist in jedes bekannte Rotorblatt integrierbar. Das Klappenmodul ermöglicht vorteilhafterweise bereits eine Austauschbarkeit beim Kunden und macht eine Austauschbarkeit beim Hersteller entbehrlich. Ein weiterer Vorteil des Klappenmoduls besteht darin, dass es ein geringes Gewicht besitzt und die Schwerpunktlage des Blattes nicht nachteilig beeinflusst. Eine Abdichtung der Blattkammer gegenüber dem Blatt ist möglich, so dass keine Fremdpartikel oder Feuchtigkeit in die Blattkammer eindringen können.
Die Erfindung macht es auch möglich, zur Erhöhung der aerodynamischen Klappenwirksamkeit mehrere Klappenmodule 1600 in einer Ebene nebeneinander einzuführen (siehe 8). Voraussetzung ist, dass die Blattkammer 1000 ausreichend dimensioniert ist. Beispielsweise sind drei geometrisch gleiche Klappenmodule 1600 einführbar. Damit erhöht sich die wirksame Länge der gesamten Klappe. Die Klappenstellung der drei Einzelklappen 1700 zum Gehäuse ist dabei gleich. Über alle Klappenmodule ist der Biegedeckel 1400 im Blatt integriert, um die einzelnen Klappenmodule zu montieren oder zu demontieren. Die Einführung in die Öffnung 1001 beginnt vorteilhafterweise mit einem der äußeren Module, wobei das mittlere Modul die Seitenflächen des nachbarlichen Moduls als Führungsfläche nutzen kann. Die Lagerleiste und die Klappe jedes der drei einzelnen Klappenmodule übernimmt im Fahnenbereich, d. h im Profilhinterkantenbereich, die Fortsetzung der Blattkontur.

1: Auftriebserzeugender Rotorblattbereich
2: Roving-Holm
3: Balancegewicht
4: Nasenschale
5: Hartschaum-Kern
6: Außenhaut
7: Profilnase
8: Schwerpunkt
9: Profilhinterkante
10: Blattkammer
11: Blattausschnitt
12: Biegegelenk
13: Blattlängsachse
14: Biegedeckel
15: Anschlagwand/Rückwandung von 10
16: Gehäuse
17: Klappe
50: Hartschaum
51: Stege
60: Außenhaut
100: Öffnung
140: Ruheposition
141: Endposition
142: Dichtmittel
160: Stirnwand
161: Grundwandung
162: Deckwandung
163
164: Rückwandung
165: Nasenholm
166: Achse/Gehäuselängsachse
167: Freiraum
168: Kappe
169: Kappe
170: Ausschnitt
171: Ausschnitt
172: Schlitz
173: Schlitz
174: Bohrung
175: Bohrung
176, 176', 176'', 176''': Bohrung
177, 177', 177'', 177''': Bohrung
178, 178', 178'', 178''': Bohrung
179, 179', 179'', 179''': Bohrung
180: Klappenantrieb
181: Klappenantrieb
182: Piezoelektrischer Aktor
183: Piezoelektrischer Aktor
184: Gelenkrahmen
185: Gelenkrahmen
186: Kraftübertragungsmittel
187: Kraftübertragungsmittel
188: Klappenachse
189: Lagerghäuse
190: Lagergehäuse
191: Lagerleiste
192, 192': Gewindehülsen
193, 193': Schrauben
1000: Blattkammer
1001: Öffnung
1400: Biegedeckel
1600: Klappenmodule
1700: Einzelklappen
B_S: Blattspitze
L: Länge
S_P: Profilsehne

Claims

Rotorblatt, umfassend – einen auftriebserzeugenden Rotorblattbereich (1) mit einem einen Nasenbereich, einem Hinterkantenbereich und eine Außenhaut (6) aufweisenden, aerodynamischen wirksamen Rotorblattprofil; – eine als Hohlraum in der Struktur des auftriebserzeugenden Rotorblattbereichs (1) ausgebildete Blattkammer (10, 1000), die eine in Richtung Hinterkantenbereich gerichtete Gehäuse-Einschuböffnung (100, 1001) aufweist; – mindestens ein Klappenmodul mit einem Gehäuse (16), einem vollständig innerhalb des Gehäuses (16) angeordneten Klappenantrieb (180, 181) und einer am Gehäuse (16) beweglich gelagerten Klappe (17), die über innerhalb des Gehäuses (16) angeordneten Kraftübertragungsmittel (186, 187) mit dem Klappenantrieb (180, 141) in Wirkverbindung steht, wobei das Klappenmodul durch die Gehäuse Einschuböffnung (100, 1001) in die Blattkammer (10, 1000) einsetzbar und lösbar befestigbar ist und nach Einsetzen des Klappenmoduls in die Blattkammer (10, 1000) die Klappe (17) aus der Gehäuse-Einschuböffnung (100, 1001) hinausragt, wobei zur Begrenzung der Gehäuse-Einschuböffnung (100, 1001) der Blattkammer (10, 1000) ein Bereich der Außenhaut (6, 60) als ein biegeelastischer Biegedeckel (14) ausgebildet ist, dessen Biegegelenksachse (12) längs zur Blattlängsachse (13) geführt ist.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegedeckel (14) aus einer Ruheposition (140) in eine Endposition (141) und zurück schwenkbar ist.
Rotorblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegedeckel (14) in einem in die Endposition (141) geschwenkten Zustand die Gehäuse-Einschuböffnung (100) zum Ein- oder Ausführen des Gehäuses (16) bis mindestens auf die lichte Höhe der Blattkammer (10) vergrößert; und der Biegedeckel (14) in der Ruheposition (140) die Gehäuse-Einschuböffnung (100) soweit verkleinert, dass kein Ein- oder Ausführen des Gehäuses (16) mehr möglich ist und der Biegedeckel (14) formschlüssig an das Gehäuse (16) sowie die Soll-Kontur des Profilquerschnitts anlegbar ist.
Rotorblatt nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegedeckel (14) in dem in die Endposition (141) geschwenkten Zustand biegeelastisch vorgespannt ist und sich durch diese Vorspannung selbstständig wieder in die Ruheposition (140) zurückstellt.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen der Blattkammer (10) eine Führung für das einzusetzende Gehäuse (16) bilden.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des einzusetzenden Gehäuses (16) der Wandung der Blattkammer (10) formschlüssig angepasst ist.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Gehäuses (16) geringer als seine Länge oder Breite ist.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) Vorspannmittel aufnimmt zum Vorspannen eines Piezoaktors (182, 183) des Klappenantriebs (180, 181).
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) als ein Vorspannmittel zum Vorspannen eines Piezoaktors (182, 183) des Klappenantriebs (180, 181) ausgebildet ist.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) Anschlussmittel für im Rotorblatt geführte Energie- und Informationsleitungen besitzt.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blattkammer (10) und das in die Blattkammer (10; 1000) einsetzbare Gehäuse (16, 160) ausgehend von der Gehäuse-Einschuböffnung (100) über im Wesentlichen die gesamte Profiltiefe bis zu einem im Bereich der Profilnase (7) angeordneten Roving-Holm (2) des Profilquerschnitts erstreckt
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) in der Blattkammer (10, 1000) so positioniert ist, dass der Schwerpunkt (8) des Profilquerschnitts eines solchen Rotorblatts bei 25% der Profilsehne, gemessen von der Profilnase, angeordnet ist.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) bei Betrachtung im Profilquerschnitt ein Hohlprofil bildet und an seiner der Klappe (17) zugeordneten Rückwandung (164) Schlitze (172, 173) vorgesehen sind, durch die hindurch Kraftübertragungsmittel (186, 187) vom Klappenantrieb zur Klappe (17) hindurch führbar sind.
Rotorblatt nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (17) eine Klappenachse (188) besitzt, die in einer Lagerleiste (191) aufgenommen ist, und die Lagerleiste (191) ein Gelenk der Klappe (17) bildet.
Rotorblatt nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsmittel (186, 187) an den Schlitzen (172, 173) durch die Lagerleiste (191) hindurchtreten und mit einem Lagergehäuse (189, 190) der Klappe (17) verbunden sind.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) eine Stirnwandung (160) besitzt, die Bohrungen (174, 175) zur Aufnahme von Vorspannmitteln für den Klappenantrieb aufweist.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Blattkammer (10) einsetzbare Gehäuse (16) Dichtmittel (142) zum Abdichten gegenüber der Gehäuse-Einschuböffnung (100) aufweist.
Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Blattkammer (1000) einzelne Gehäuse (1600) in Blattlängsrichtung (13) in einer Ebene nebeneinander liegend anzuordnen sind.
Rotorblatt nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenfläche eines Gehäuses (1600) eine Führungsfläche für das in der Ebene daneben liegende Gehäuse (1600) bildet.