DE10162706C1

DE10162706C1 - Antennendrehkreuz eines Hubschraubers

Info

Publication number: DE10162706C1
Application number: DE10162706A
Authority: DE
Inventors: Markus Bauer; Gerald Kuntze-Fechner; Christine Mueller
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2021-12-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antennendrehkreuz eines Hubschraubers, der ein Radarsystem mit synthetischer Apertur besitzt. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, eine hohe Steifigkeit der Anbindung des Tragarms eines Antennendrehkreuzes zu gewährleisten und dennoch zusätzlichen Stauraum für elektronische Baugruppen zu gewinnen, ohne dabei den aerodynamischen Widerstand des Antennendrehkreuzes zu erhöhen. DOLLAR A Die Aufgabe wird gelöst, indem der Tragarm (31, 32, 33, 34) eines Antennendrehkreuzes (1) mit seinen Anschlusselementen (311, 312) im Anschlussbereich (310) einen Anschlussarm (14, 15, 16, 17) eines am Rotorkopf montierten Zentralbeschlags (10), der zwischen seiner Deck- und Bodenplatte (11, 12) eine Hohlkammer (50) ausgebildet hat, umfasst, dabei weitere Hohlkammern (41, 42, 43, 44) im Anschlussbereich (310) bildet und mittels Befestigungsmittel am Anschlussarm (14, 15, 16, 17) fixierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antennendrehkreuz eines Hubschraubers, bestehend aus einzelnen Tragarmen mit am Kopf der Tragarme ausgebildeter Hohlkam mer eines Antennengehäuses zur Aufnahme von Antennen und elektronischen Baugruppen eines Radarsystems mit synthetischer Apertur, wobei die Tragar me im wesentlichen parallel zur Rotorblattebene liegend in ihrem Anschlussbe reich mit dem Rotorkopf verbunden sind.

Ein Einsatz eines Rettungshubschraubers bei extremen Wetterbedingungen und in der Nacht ist gegenwärtig nur in begrenzte Maße möglich, da eine zu verlässige Hinderniserkennung mit optischen oder infrarot arbeitenden Geräten nicht gewährleistet werden kann. Für ein allwettertaugliches Sichtsystem kann nur ein Radar verwendet werden, welches aber mit der heutigen Technik für einen sicheren Hubschrauberbetrieb im Serienbetrieb noch nicht zur Verfügung steht. Um diese Situation zu verbessern, wurde die ROSAR-Technologie (Ro tating Synthetic Aperture Radar) für eine zukunftsweisende Hubschrauberan wendung vorgeschlagen. Diese basiert auf einem neuartigen Radarsystem mit synthetischer Apertur und rotierenden Antennen, welches dem Piloten ein Ra darbild mit großem Sichtbereich zur Verfügung stellt. Dieses Radarsystem be steht aus einem rotierenden Antennendrehkreuz im Bereich der Hauptrotorebe ne, das die Trägerstruktur für Antennen, Sende-/Empfängereinheit sowie Ener gie- und Signalübertragung bildet.

Die DE 43 28 573 A1 beschreibt ein solches Radarsystem nach der ROSAR- Technologie. Dort sind die Tragarme des Antennendrehkreuzes eines Radar systems auf dem Rotorkopf so angeordnet, daß sie je nach Anzahl der Rotor blätter in der entsprechenden Winkelhalbierenden zwischen den Rotorblättern liegen. Hierbei können diese Tragarme in einer oder paarweise in mehreren übereinanderliegenden Ebenen positioniert sein. Die Tragarme des Antennen drehkreuzes enthalten an ihren Enden je eine oder mehrere radial ausgerich tete Radarantennen, die aerodynamisch geformt oder mit einem zusätzlichen aerodynamischen Verkleidungskörper versehen sind. Dieser Stauraum für die Unterbringung der Antennen am Tragarm bietet nicht die Möglichkeit dort weite re elektronische Baugruppen des Radarsystem unterzubringen. Das Anten nendrehkreuz mit seinen Tragarmen, auch "Drehkreuz" genannt, bildet dort nur die Trägerstruktur für die Antennen.

Die Tragarme liefern kaum einen Beitrag zur Erhöhung des aerodynamischen Auftriebs.

Die Länge eines Tragarmes ist zwischen zwei diametralen Forderungen zu gestalten. Einerseits wird mit zunehmender Länge des Tragarmes die Auflö sung des Radarbildes besser, andererseits wachsen bei zunehmender Länge des Tragarmes die mit Steifigkeit und Vibration verbundenen technischen Probleme.

Keine Hinweise liefert die bekannte Schrift zu einer Anbindung der Tragarme an der rotierenden Rotorwelle.

Eine Erhöhung der Steifigkeit eines Tragarmes in Schlagrichtung ist in der Re gel mit einer Vergrößerung der Bauhöhe (Querschnitt) des Tragarmes verbun den. Die zwangsläufige Vergrößerung der Bauhöhe vergrößert aber anderer seits auch den aerodynamischen Widerstand des Tragarmes.

Um eine ausreichende Steifigkeit in Schlagrichtung eines Tragarmes zu ge währleisten, wird nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand eine doppelte Bau höhe eines Tragarmes in Kauf genommen. Das ist nachteilig.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Steifigkeit der Anbindung des Tragarms eines Antennendrehkreuzes am Rotorkopf eines Hubschraubers zu gewährleisten und dennoch zusätzlichen Stauraum zur Unterbringung von elektronischen Baugruppen im Antennendrehkreuz zu erschließen ohne dabei den aerodyna mischen Widerstand des Antennendrehkreuzes zu erhöhen.

Die Aufgabe wird für ein gattungsgemäßes Antennendrehkreuz gelöst nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Der Tragarm besitzt in seinem Anschlussbereich eine ins Tragarminnere ge richtete Einstülpung, die zwei Anschlusselemente ausgebildet hat. Die An schlusselemente sind in einer horizontalen Ebene angeordnet, die im wesentli chen parallel zur Rotorblattebene liegt.

Dieser Tragarm ist mit dieser Einstülpung formschlüssig auf einen Anschluss arm des Zentralbeschlages aufsteckbar und fixierbar. Die Zahl der Anschluss arme des Zentralbeschlages entspricht der Zahl der Tragarme. Die Fixierung zwischen Tragarm und Anschlussarm erfolgt durch Befestigungsmittel wie eine Doppelbolzenanbindung sowie eine Bolzenanbindung zur Momentenabstüt zung.

Der Zentralbeschlag besteht im wesentlichen aus einer Deck- und Bodenplatte mit Kreisloch, die durch Querstege im Anschlussarm beabstandet sind. Damit ist jeder Anschlussarm entsprechend einem Doppel-T-Profil ausgebildet.

Der Zentralbeschlag hat zwischen Deck- und Bodenplatte eine zentrale Hohl kammer, bestehend aus einzelnen Teilkammern ausgebildet. Die Teilkammern sind durch die Querstege getrennt.

Bei der Verbindung jedes Tragarms mit einem Anschlussarm, wird im An schlussbereich zwischen beiden je eine weitere Hohlkammer gebildet.

Die zentrale Hohlkammer sowie die Hohlkammern im Anschlussbereich sind als Stauraum zur Unterbringung von Baugruppen des Radarsystems mit syntheti scher Apertur nutzbar. Die Tragstruktur des Tragarms wird dadurch nicht be einträchtigt.

Der Erfindung gelingt es zusätzliche Hohlräume als nutzbaren Stauraum zu gewinnen, dennoch eine äusserst steife Anbindung der Tragarme am Rotorkopf zu gewährleisten ohne dass der Strömungswiderstand der Tragarme erhöht werden muss.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 Seitenansicht und Draufsicht eines Hubschraubers mit An tennendrehkreuz

Fig. 2 Antennendrehkreuz dargestellt mit Zentralbeschlag und ei nem dort befestigten Tragarm,

Fig. 3 Zentralbeschlag,

Fig. 4 Zentralbeschlag mit markierten Hohlkammern

Fig. 4a Schematisierte Hohlkammer im Zentralbeschlag und An schlussbereich

Die Seitenansicht des Hubschraubers gemäß Fig. 1 läßt erkennen, daß das Antennendrehkreuz 1 oberhalb des Rotorkopfes 2 mit den Rotorblättern ange ordnet ist. Wie in der Draufsicht von Fig. 1 im weiteren zu erkennen ist, sind die Tragarme 31, 32, 33, 34 so angeordnet, daß sie in der Winkelhalbierenden zweier benachbarten Rotorblätter angeordnet sind. Der Tragarm 34 befindet sich somit in der Winkelhalbbierenen zwischen den Rotorblättern R₁ und R₂. Das Antennendrehkreuz 1 dreht sich gleichsinnig mit den Rotorblättern R₁, R₂, R₃, R₄. Es hat die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle.

Das Antennendrehkreuz 1 wird gebildet von den Tragarmen 31, 32, 33, 34 und einem Zentralbeschlag, der von einer Rotorkappe 100 abgedeckt ist.

Das Antennendrehkreuz 1 ist im Zusammenhang mit der ROSAR-Technologie notwendig. Das Antennendrehkreuz 1 bildet die Trägerstruktur für Antennen, die Sende-/Empfängereinheiten sowie Energie- und Signalübertragung des Ra darsystems der genannten Technologie.

In der stromlinienförmigen Verdickung an den Enden eines Tragarmes 31, 32, 33, 34 sind beispielsweise je 4 Sendeantennen und je 4 Empfangsantennen integriert.

Der Steuersender befindet sich zentral in einem Zentralbeschlag an der Rotor drehachse und liefert die zur Ansteuerung der Treiber- und Leistungsstufen des Antennensenders notwendigen Signale (Frequenzaufbereitung). Am Steuer sender sitzt auch das Spannungsversorgungsgerät. Die empfangenen, analo gen Signale auf je 4 gleichzeitig aktiven Elevationsebenen werden in einem A nalog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert. Über einen Multiplexer (MUX) werden die digitalen Informationen einem Modulator der Signalübertragung zugeführt. Analog-Digital-Wandler und Multiplexer befinden sich ebenfalls in einer Hohl kammer des Zentralbeschlags bzw. in einer Hohlkammer dessen Anschlußbe reichs.

Die Signalübertragung der digitalen Steuer- und Meßsignale von dem rotieren den Rotorsystem in die Hubschrauberzelle und umgekehrt erfolgt berührungs los mittels kapazitiver Kopplung. Die Leistungsübertragung erfolgt mittels Schleifringen an der Rotorwelle. Im Cockpit sind elektronische Baugruppen mit Signalprozessoren angeordnet.

Diese elektronische Anlage des Radarsystems stellt aus den empfangenen Ra darsignale ein Bild des vor dem Hubschrauber befindlichen Geländes zur Ver fügung.

Fig. 2 zeigt schematisch den Zentralbeschlag 10 mit einem am Zentralbeschlag angeordneten Tragarm 31. Andere Tragarme 32, 33, 34 sind ausschnittsweise angedeutet. Der Zentralbeschlag 10 ist mittels eines nicht dargestellten Monta geflansches oberhalb am Rotorkopf befestigt. Je Tragarm hat der Zentralbe schlag einen zungeförmigen Anschlußarm 101, 102, 103, 104 ausgebildet. Bei der Montage eines Tragarms 31, 32, 33, 34 am Zentralbeschlag 10 wird der Anschlußbereich 310 eines Tragarms 31, 32, 33, 34 auf den zungenförmigen Anschlußarm 101, 102, 103, 104 des Zentralbeschlags 10 aufgesteckt.

Weiteres wird nachfolgend an einem einzelnen Tragarm 31 erläutert, stellver tretend für die anderen Tragarme. Der Tragarm 31 umfasst im Anschlußbereich 310 den Anschlußarm 101 vollständig. Der Anschlußbereich 310 des Tragarms 31 wird dabei bis auf Anschlag auf den Anschlußarm 101 aufgesetzt. Wie Fig. 2 weiterhin zeigt, ist der Anschlußbereich 310 des Tragarms 31 sack artig eingestülpt und umschließt den Anschlußarm 101 seitlich mit den beiden Anschlußelementen 311, 312. Die Befestigung zwischen Anschlußarm 101 und Tragarm 31 im Anschlußbereich 310 erfolgt mittels der Befestigungsmittel 60, 61, einer sogenannten Doppelbolzenanbindung zur Fliehkraftübertragung.

In radialer Richtung am Ende des Anschlußarmes 101 erfolgt eine weitere Be festigung im Anschlußbereich 310 des Tragarms 31. Hier wirken die Anschlu ßelemente 311, 312 des Tragarms 31 als Momentenabstützung gegen Schla gen und Schwenken des Tragarms 31. Das dortige Befestigungsmittel 62 ist ebenfalls einen Bolzenanbindung. Die Anschlusselemente 311, 312 liegen in einer horizontalen Ebene, die im wesentlichen parallel zur Rotorblattebene liegt.

Die Kontur eines Tragarms 31 ändert sich über dem Anschlußbereich vom ab geflachten Oval hin zu einer um 8° zur Rotorblattebene gedrehten Ellipsenform. Die von innen nach radial außen konisch abnehmende Querschnittshöhe der Struktur eines Tragarms 31 ist dem Biegemomentverlauf angepaßt. Die Ver luste durch Strömungswiderstand bleiben gering, weil der große Armquerschnitt unter der Rotorkopfkappe 100 verborgen bleibt und die Spitze des Tragarms mit dem Antennengehäuse aerodynamisch optimiert ist.

Der Tragarm wird aus einem Torsionsrohr gebildet, welches im Mittelabschnitt mit Schaum ausgefüllt ist, in dem elektrische Leitungen führbar sind.

Die Wandung der Anschlusselemente 311, 312 des Tragarms 31 bildet im Anschlußbereich 310 gemeinsam mit dem Anschlussarm 101 die Wandung für eine Hohlkammer im Anschlussbereich 310.

Fig. 3 zeigt die mögliche Gestaltung eines Zentralbeschlags 10. Der Zentralbe schlag 10 bildet die Schnittstelle zwischen dem Antennendrehkreuz und dem Rotorsystem des Hubschraubers. Ein Montageflasch (nicht gezeigt) am Rotor kopf stellt den strukturellen Übergang zur Aufnahme des Zentralbeschlags auf dem Rotorkopf dar.

Der Zentralbeschlag 10 wird im wesentlichen von einer Bodenplatte 11 und ei ner Deckplatte 12 mit einem Lochkreis 13 zur Anbindung am Rotorkopf gebil det. Entsprechend der Anzahl der Tragarme sind an den beiden Platten zun genförmigen Anschlußarme 14, 15, 16, 17 angeformt. Im Bereich der Anschlu ßarme sind die Boden- und Deckplatte 11, 12 durch radial ausgerichtete Quer stege 18, 19, 20, 21 beabstandet. Die zungenförmigen Anschlußarme 14, 15, 16, 17 bilden jeweils Anschlußbereiche 310 des Zentralbeschlages 10 gegen über den Tragarmen 30, 31, 32, 33. Fig. 3 zeigt beispielsweise den Anschluß bereich 310 beim Anschlußarm 14. Die Anschlußarme tragen Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln. Bezeichnet sind die Bohrungen 600, 610, 620 am Anschlußarm 14. Analoges gilt für die restlichen Anschlußarme. Jeder zungenförmige Anschlußarm 14, 15, 16, 17 mit einem Quersteg 18, 19, 20, 21 bildet ein sogenanntes Doppel-T-Profil.

Fig. 4 zeigt den Zentralbeschlag 10 (bestehend aus Boden- und Deckplatte 11, 12) mit Rotorkopfkappe 100 und im Anschlußbereich der Anschlußarme 14, 15, 16, 17 schematisiert die Hohlkammer 41, 42, 43, 44 des jeweiliegen Anschluß bereiches. Zwischen zwei Anschlußarmen 14, 15, 16, 17 ist teilweise die zent rale Hohlkammer 50 zu erkennen. Die Hohlkammer 41 wird beispielsweise be grenzt durch die Boden- und Deckplatte des Anschlussarmes 14 und die Wan dung eines Tragarmes mit Anschlusselementen.

Fig. 4a zeigt bei Entfernung des Zentralbeschlages 10 die ausbildbaren Hohl kammern 41, 42, 43, 44, weiterhin die zentrale Hohlkammer 50, geviertelt in die Teilkammern 51, 52, 53, 54.

Mit der zentralen Hohlkammer 50 sind die vier Hohlkammern 41, 42, 43, 44 aus dem Anschlußbereich 310 verbunden. Die Hohlkammer 41, 42, 43, 44 im Anschlußbereich 310 ist U-förmig gestaltet. Die U-förmige Gestalt der Hohl kammer 41, 42, 43, 44 im Anschlußbereich 310 resultiert aus der dortigen Form gebung der Anschlussarme des Zentralbeschlags 10.

In der zentralen Hohlkammer 50 sind somit der Steuersender einschließlich dem Multiplexer als ganze Einheit installierbar.

Der Spannungswandler der Spannungsversorgung wird geviertelt und füllt in der zentralen Hohlkammer 50 den Randbereich von Quersteg zu Quersteg der Anschlussarme 14, 15, 16, 17 aus.

In den Hohlkammern 41, 42, 43, 44 ist jeweils ¼ des Analog-Digital-Wandlers angeordnet.

Die elektronischen Baugruppen sind über Anschlußmittel 60, 61, 62 (Bolzen verbindung) im Anschlußbereich 310 gesichert.

Der Zentralbeschlag 10 kann aus einem metallischen Werkstoff oder aus Fa serverbundwerkstoff gefertigt werden. Der Tragarm als Torsionsrohr wird vor teilhafterweise nach einer Faserverbundbauweise gefertigt. Das betrifft auch das am Ende des Torsionsrohres angeordnete Antennengehäuse.

Der Erfindung gelingt es, ausreichend Hohlkammern zur Verfügung zu stellen, um notwendige elektronische Baugruppen für ein Radarsystem mit syntheti scher Apertur im Antennendrehkreuz unterzubringen. Dabei gelingt es, trotz relativ großer Hohlräume eine äußerst steife Anbindung der Tragarme zu ge währleisten, ohne daß der Strömungswiderstand der Tragarme erhöht wird.

Claims

1. Antennendrehkreuz eines Hubschraubers, bestehend aus einzelnen Trag armen mit am Kopf der Tragarme ausgebildeter Hohlkammer eines Anten nengehäuses zur Aufnahme von Antennen und elektronischen Baugruppen eines Radarsystems mit synthetischer Apertur, wobei die Tragarme im we sentlichen parallel zur Rotorblattebene liegend in ihrem Anschlußbereich mit dem Rotorkopf verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Trag arm (31, 32, 33, 34) eines Antennendrehkreuzes (1) mit seinen Anschluße lementen (311, 312) im Anschlußbereich (310) einen Anschlußarm (14, 15, 16, 17) eines am Rotorkopf montierten Zentralbeschlages (10), der zwi schen seiner Deck- und Bodenplatte (11, 12) eine Hohlkammer (50) ausge bildet hat, umfaßt, dabei weitere Hohlkammern (41, 42, 43, 44) im Anschlußbereich (310) bildet und mittels Befestigungsmittel am Anschlu ßarm (14, 15, 16, 17) fixierbar ist.

2. Antennendrehkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anschlußarm (14, 15, 16, 17) des Zentralbeschlages (10) entsprechend ei nem Doppel-T-Profil ausgebildet ist.

3. Antennendrehkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ent sprechend der Länge des Anschlussbereiches (310) des Tragarms (31, 32, 33, 34) eine Einstülpung radial in Richtung Tragarminneres ausgebil det ist und der Tragarm mit der Einstülpung auf den Anschlußarm (14, 15, 16, 17) formschlüssig aufsteckbar und fixierbar ist.

4. Antennendrehkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußbereich des Tragarms (31, 32, 33, 34) Bohrungen angeordnet sind, die mit Bohrungen des Anschlußarmes (14, 15, 16, 17) deckungsgleich sind, wobei als Befestigungsmittel (60, 61) eine Doppelbolzenanbindung und als Befestigungsmittel (62) radial abgewandt eine einzelne Bolzenanbindung zur Momentenabstützung vorgesehen ist.

5. Antennendrehkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (31, 32, 33, 34) im Anschlußbereich jeweils zwei in einer horizon talen Ebene liegenden Anschlußelemente (311, 312) ausgebildet hat.