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Die
Erfindung betrifft ein Rotorblatt für einen lagerlosen
Rotor eines Drehflügelflugzeugs oder einen Verstellpropeller
gemäß dem Patentanspruch 1.
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Bekanntlich
werden Rotorblätter für Drehflügelflugzeuge überwiegend
aus Faserverbund-Werkstoff hergestellt, die bei Betrieb des Drehflügelflugzeuges
in verschiedenen Richtungen ausgelenkt und dadurch stark belastet
werden. Hierzu umfasst das Rotorblatt eines lagerlosen Rotors an
seinem inneren Ende zum Rotorkopf hin ein biege- und torsionsweich ausgebildetes
Strukturelement, genannt Flexbeam, das die Bewegungen in Schlag-
oder Schwenkrichtung und die Winkelauslenkung um die Torsionsachse
zulässt. Außerdem überträgt
der Flexbeam die Fliehkräfte des Blattes auf den Rotorkopf.
Der torsionsweich ausgebildete Bereich des Flexbeams befindet sich
innerhalb einer torsionssteif ausgebildeten Steuertüte, über
die die Steuerbewegungen in den auftriebserzeugenden Blattbereich
des Rotorblattes eingeleitet werden. Ein derartiges Rotorblatt für
einen lagerlosen Rotor ist beispielsweise in der
DE 199 15 085 A1 offenbart.
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Als
nachteilig erweist sich dabei der Umstand, dass die den Flexbeam
umschließende Steuertüte zu einer Verdickung des
Rotorblattes in diesem Bereich führt, was einen erhöhten
aerodynamischen Widerstand bedingt. Weiterhin ist der Flexbeam aufgrund
der umhüllenden Steuertüte schwer inspizierbar.
Zudem ergeben sich Nachteile hinsichtlich der Fertigung, da der
innen-liegende Flexbeam und die Steuertüte schwierig gleichzeitig
zu fertigen sind. Ein ungewolltes Eindringen von Wasser in die Steuertüte und
von dort in den Stützschaum des aerodynamisch profilierten
Blattbereich muss durch zusätzlichen Aufwand verhindert
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotorblatt für
einen lagerlosen Rotor eines Drehflügelflugzeugs zur Verfügung
zu stellen, das über günstigere aerodynamische
Eigenschaften verfügt, eine einfache Wartung ermöglicht
und einen geringeren Fertigungsaufwand erfordert.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die
Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung.
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Nach
der Erfindung umfasst das Rotorblatt für einen lagerlosen
Rotor eines Drehflügelflugzeugs einen in Blattradiusrichtung
betrachtet inneren Rotorblatt-Abschnitt mit einem schlag- und schwenkweich ausgebildeten
Rotorblatt-Anschlussbereich, einen in Blattradiusrichtung verlaufenden
Holm und ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil mit einem
in Blatttiefenrichtung betrachtet, den Holm bildenden vorderen Profilbereich
und einem hinteren Profilbereich, wobei im Bereich des inneren Rotorblatt-Abschnitts
der Holm und der vordere Profilbereich jeweils torsionsweich und
der hintere Profilbereich torsionssteif ausgebildet sind und die
torsionsweiche Ausbildung des Holms und des vorderen Profilbereichs
mit zunehmendem Blattradius abnimmt und außerhalb des inneren
Rotorblatt-Abschnitts der Holm zusammen mit dem vorderen und hinteren
Profilbereich jeweils torsionssteif ausgebildet sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotorblatts
geht nunmehr in vorteilhafter Weise der aerodynamisch profilierte
Blattbereich direkt in einen torsionsweich ausgebildeten, die Funktion
des Flexbeams übernehmenden, Blattbereich und in einen
torsionssteif ausgebildeten, die Funktion der Steuertüte überneh menden,
Blattbereich über. D. h., der die drillelastische Eigenschaften
des bisherigen Flexbeams übernehmende vordere Profilbereich
sowie der die Funktion der Steuertüte übernehmende hintere
Profilbereich sind jeweils ein Teil des aerodynamisch wirksamen
Rotorblattprofils. Das Vorsehen und die Ausbildung einer separaten
Steuertüte ist nicht mehr erforderlich. Als Folge daraus
weist das erfindungsgemäße Rotorblatt verbesserte
aerodynamische Eigenschaften auf. Weitere Vorteile ergeben sich
hinsichtlich der Fertigung, da nunmehr das Profil in einem Arbeitsgang
aus einer Form mit einem geringeren Fertigungsaufwand herstellbar
ist. Zudem ist eine vereinfachte Wartung gewährleistet,
da der die drillelastischen Eigenschaften des Flexbeams übernehmende
vordere Profilbereich und der die Funktion des Steuerelements übernehmende
hintere Profilbereich als Teil des aerodynamischen Rotorblattprofils
einfacher zugänglich und inspizierbar sind. Weiterhin ist
es durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotorblattes
und des dadurch bedingten Wegfalls der Steuertüte nunmehr
möglich, den torsionsweichen Bereich in Blattradiusrichtung betrachtet
länger auszubilden, ohne aerodynamische Nachteile in Kauf
nehmen zu müssen.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung weist der innere Rotorblatt-Abschnitt
einen ersten und einen in Blattradiusrichtung betrachtet sich daran
anschließenden zweiten Teilbereich auf. Im ersten Teilbereich
ist der hintere Profilbereich als ein geschlossenes Profil mit einem
in Profiltiefenrichtung betrachtet vorderen Trennhautstreifen ausgebildet und
durch einen zwischen dem Trennhautstreifen und dem Holm angeordneten
Schlitz vollständig von dem vorderen Profilbereich getrennt.
Zu Beginn des zweiten Teilbereichs sind der hintere und der vordere Profilbereich
mittels eines Deckhautstreifens in ihrer Profiloberseite miteinander
verbunden. Mit zunehmendem Blattradius nimmt der Trennhautstreifen eine
bogenförmige Ausgestaltung mit einem Scheitel und einem
dem hinteren und dem vorderen Profilbereich zugeordneten Schenkel
ein, wobei die Scheitelhöhe des bogenförmig ausgebildeten
Trennhautstreifen mit zunehmendem Blattradius ab nimmt. Die bogenförmige,
einen dem hinteren und dem vorderen Profilbereich zugeordneten Schenkel
aufweisende Ausgestaltung des Trennhautstreifens bedeutet, dass
der Trennhautstreifen in dem zweiten Teilbereich in die untere Profildeckhaut übergeht
bzw. ein Teil der Profildeckhaut bildet. D. h., die bogenförmige Ausgestaltung
ist als eine "Einbuchtung" der unteren Deckhaut aufzufassen, die
mit zunehmendem Blattradius ständig abnimmt und außerhalb
des inneren Rotorblatt-Abschnitts vollständig zurückgeführt
ist.
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Um
in dem Übergangsbereich, bei dem der vordere und hintere
Profilbereich mittels des Deckhautstreifens miteinander verbunden
sind, eine variable Verwindung des Profils zu ermöglichen,
ist der Deckhautstreifen biegeweich ausgebildet. Der biegeweich
ausgebildete Deckhautstreifen ersetzt ein diskretes Scharnier und
ist als eine Art "elastische" Klappe aufzufassen. Der Übergangsbereich
mit biegeweich ausgebildeten Deckhautstreifen ist eine Möglichkeit.
Das Konzept funktioniert auch ohne diesen elastischen Deckhautstreifen.
Dann ist der hinter Profilbereich mit einer Rippe mit dem C-profilartigen torsionsweichen
vorderen Bereich verbunden.
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Vorzugsweise
weist in Blattradiusrichtung betrachtet zu Beginn des ersten Teilbereichs
des inneren Rotorblatt-Abschnitts der hintere Profilbereich eine
in Bezug zum Rotorblattprofil vergrößerte Querschnittsfläche
auf. Dies hat den Effekt, dass sich die Torsionssteifigkeit in diesem,
den Anschlussbereich bildenden Abschnitt deutlich erhöht.
Zudem ist durch die vergrößerte Querschnittsfläche
ausreichend Bauraum für die Anlenkung einer Steuerstange
zur Verfügung gestellt.
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Vorzugsweise
ist der hintere Profilbereich als ein Sandwich ausgebildet. D. h.,
der hintere Profilbereich unterscheidet sich prinzipiell nicht vom
Aufbau des aerodynamisch profilierten Blattes. Da der hintere Profilbereich
nicht hohl ist, entfallen dadurch Maßnahmen zum Querschnittserhalt
unter Last. Eine Querschnittsverformung unter Last würde
die Torsionssteifigkeit herabsetzen.
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In
vorteilhafter Weise ist auf den Schlitz und/oder auf den durch den
bogenförmig ausgebildeten Trennhautstreifen in der unteren
Deckhaut ausgebildeten Spalt eine Abdeckung aufgebracht. Das Aufbringen
einer Abdeckung auf den Schlitz und/oder auf den in der unteren
Deckhaut ausgebildeten Spalt hat den Effekt, dass hierdurch eine
verbesserte Aerodynamik gewährleistet ist.
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Vorzugsweise
ist der Holm und der schlag- und schwenkweich ausgebildete Rotorblatt-Anschlussbereich
einteilig ausgebildet. Die einteilige Ausführung erweist
sich als vorteilhaft, da dadurch eine vereinfachte Fertigung ermöglicht
ist.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
im Bereich des inneren Rotorblatt-Abschnitts der Holm C-förmig,
einen Nasenbereich und einen oberen und unteren Flansch aufweisend
ausgebildet, wobei dieser Flansch für eine größere
Torsionsweichheit geschlitzt sein kann.
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Vorzugsweise
weist der C-förmige Holm mindestens einen am Nasenbereich
angeformten und zwischen dem oberen und unteren Flansch angeordneten
weiteren Flansch auf, dessen in Blatttiefenrichtung betrachtete
Länge mit zunehmendem Blattradius stetig abnimmt. Hierdurch
ist auf eine einfache Art und Weise eine in Blattradiusrichtung
betrachtet zunehmend torsionssteife Ausbildung des Holms gewährleistet.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung ist in einem Blattwurzelbereich
der C-förmige Holm ohne den Nasenbereich ausgebildet. Die Ausbildung
des C-förmigen Holms ohne den Nasenbereich hat den Effekt,
dass aus dem torsionsweichen Querschnitt ein torsionsweicher wölbtorsionsfreier
Querschnitt wird.
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Die
etwas schlechteren aerodynamischen Eigenschaften stören
in diesem Bereich durch die kleinere Strömungsgeschwindigkeit
am Blatt weniger.
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Vorzugsweise
ist dabei der Blattwurzelbereich mit einer kurzen Röhre
mit C-Querschnitt verkleidet. Die kurze Röhre mit C-Querschnitt
dient zum einen als aerodynamische Verkleidung des innersten, wölbtorsionsfreien
Abschnitts des Holms sowie als eine Verstärkung der Torsionssteifigkeit
im Anschlussbereich und ermöglicht in vorteilhafter Weise die
Aufnahme von Schwenkdämpfern und eines Drehgelenks für
den hinteren Profilbereich.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
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In
der Beschreibung, in den Patentansprüchen, in der Zusammenfassung
und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten
Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen
verwendet.
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In
der Zeichnung bedeuten:
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1 Eine
Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Rotorblatts für einen lagerlosen Rotor eines Hubschraubers;
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2 verschiedene
Profilschnitte des inneren Rotorblatt Abschnitts des Rotorblatts
aus 1;
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3 weitere
Profilschnitte des zweiten Teilbereichs des inneren Rotorblatt-Abschnitts
des Rotorblatts aus 1;
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4 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Rotorblatts;
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5 verschiedene
Profilschnitte des inneren Rotorblatt-Abschnitts des Rotorblatts
aus 4, und
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6 weitere
Profilschnitte des zweiten Teilbereichs des inneren Rotorblatt-Abschnitts
des Rotorblatts aus 4.
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In
der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung
von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung
erforderlich oder sinnvoll ist.
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1 zeigt
mehr oder minder schematisch eine Draufsicht auf ein insgesamt mit
der Bezugsziffer 10 bezeichnetes Rotorblatt für
einen lagerlosen Rotor eines Hubschraubers.
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Von
dem Rotorblatt 10 ist im Wesentlichen ein in Blattradiusrichtung
L betrachtet innerer Rotorblatt-Abschnitt 12 mit einem
schlag- und schwenkweich ausgebildeten Rotorblatt-Anschlussbereich 14 dargestellt.
Der innere Rotorblatt-Abschnitt 12 weist seinerseits einen
ersten Teilbereich 16 und einen, in Blattradiusrichtung
L betrachtet daran anschließenden zweiten Teilbereich 18 auf.
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In
bekannter Art und Weise weist das Rotorblatt 10 einen in
Blattradiusrichtung L verlaufenden Holm 20 und ein aerodynamisch
wirksames Profil 22 auf. Der Holm 20 und der Rotorblatt-Anschlussbereich 14 sind
dabei einteilig ausgebildet, d. h. in Blattradiusrichtung L betrachtet
geht der Rotorblatt-Anschlussbereich 14 in den Holm 20 geht.
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Im
Bereich des inneren Rotorblatt-Abschnitts 12 weist das
aerodynamisch wirksame Profil 22 einen in Blatttiefenrichtung
T betrachtet, den Holm 20 bildenden, als Hohlkörper
ausgebildeten vorderen Profilbereich 24 und einen, als
Schaumsandwich ausgebildeten hinteren Profilbereich 26 auf,
vgl. 2 und 3. Hierbei sind im Bereich des
inneren Rotorblatt-Abschnitts 12 der Holm 20 und
der den Holm 20 bildende vordere Profilbereich 24 torsionsweich
ausgebildet, während der hintere Profilbereich 26 torsionssteif
ausgebildet ist. Die torsionsweiche Ausbildung des Holms 20 und
des den Holm 20 bildenden vorderen Profilbereichs 24 nimmt
mit zunehmendem Blattradius L ab. Außerhalb des inneren
Rotorblatt-Abschnitts 12 sind der Holm 20, der
den Holm 20 bildende vordere Profilbereich 24 und
der hintere Profilbereich 26 jeweils torsionssteif ausgebildet
und bilden einen aerodynamisch profilierten Blattbereich, vgl. Profilschnitt
E-E.
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Wie
insbesondere 2, vgl. Profilschnitt C-C, zu
entnehmen ist, ist in dem ersten Teilbereich 16 des inneren
Rotorblatt-Abschnitts 12 der torsionssteif ausgebildete
hintere Profilbereich 26 als ein geschlossenes Profil mit
einem in Profiltiefenrichtung T betrachtet vorderen Trennhautstreifen 28 ausgebildet.
Durch einen Schlitz 30 ist der hintere Profilbereich 26 vollständig
von dem torsionsweich ausgebildeten vorderen Profilbereich 24 getrennt.
D. h. im ersten Teilbereich 16 laufen ausgehend von dem
in Blattradiusrichtung L betrachtet äußeren Beginn
des ersten Teilbereichs 16 zwei getrennte Profile, nämlich der
vordere Profilbereich 24 und der hintere Profilbereich 26,
nach innen.
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Im
zweiten Teilbereich 18 des inneren Rotorblatt-Abschnitts 12,
vgl. Schnitt D-D, ist der vordere und hintere Profilbereich 24, 26 zunächst
nur mittels eines elasti schen Deckhautstreifens 32 in ihrer
Profiloberseite miteinander verbunden. Zudem nimmt, wie insbesondere
aus 3 ersichtlich ist, im zweiten Teilbereich 18 mit
zunehmendem Blattradius L der vordere Trennhautstreifen 28 eine
bogenförmige Ausgestaltung mit einem Scheitel 34 und
einem dem vorderen Profilbereich 24 sowie einem dem hinteren Profilbereich 26 zugeordneten
Schenkel 36, 38 ein, vgl. Profilschnitt E3-E3.
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Wie
dem Profilschnitt E3-E3 weiter
zu entnehmen ist, bildet der nunmehr bogenförmige Trennhautstreifen 28 ein
Teil der unteren Profildeckhaut, d. h. die bogenförmige
Ausgestaltung ist als eine "Einbuchtung" der unteren Deckhaut aufzufassen.
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Wie
aus den weiteren Profilschnitten E2-E2, E1-E1 ersichtlich
ist, nimmt die Scheitelhöhe, bzw. Tiefe der Einbuchtung,
mit zunehmender Blatttiefenrichtung L kontinuierlich ab, sodass
außerhalb des inneren Profilabschnitts, Profilschnitt E-E,
ein homogenes Profil vorliegt.
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Um
die durch die Einbuchtung in der unteren Deckhaut auftretenden aerodynamischen
Nachteile zu verringern, ist auf die Einbuchtung bzw. auf den entsprechenden
Bereich des bogenförmig ausgebildeten Trennhautstreifens 28 eine
Abdeckung 40 aufgebracht.
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Im
inneren Rotorblatt-Abschnitt 12 ist der torsions-weiche
Holm 20 im Wesentlichen C-förmig, einen Nasenbereich 42,
einen oberen und unteren Flansch 44, 46, sowie
einen zwischen dem oberen und unteren Flansch 44, 46 angeordneten
weiteren Flansch 48 aufweisend, ausgebildet. Die in Blatttiefenrichtung
T betrachtete Länge des weiteren Flansches 48 nimmt
mit zunehmendem Blattradius L stetig ab. Außerhalb des
inneren Rotorblatt-Abschnitts 12 ist die Länge
des weiteren Flansches 48 vollständig zurückgeführt,
d. h. es liegt ein Holm mit C-förmigen Querschnitt vor,
dessen Wandstärke in Blattradiusrichtung L betrachtet nunmehr
konstant bleibt, vgl. Schnitt E-E.
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Um
im Bereich des Rotorblatt-Anschlussbereiches 14 den bisherigen
nicht wölbtorsionsfreien, einen C-förmigen Querschnitt
aufweisenden Holm 20 auch wölbtorsionsfrei zu
gestalten, ist in einem Blattwurzelbereich 50 der C-förmige
Holm 20 ohne den Nasenbereich 42 ausgebildet.
Aus aerodynamischen Gründen ist dieser Blattwurzelbereich 50 mittels
einer, einen C-Querschnitt aufweisenden kurzen Röhre 52 verkleidet.
Der Röhrenquerschnitt ist dabei zweckmäßiger
Weise so gewählt, dass ausreichend Bauraum für
die Anordnung eines Drehgelenks sowie die Aufnahme von Schwenkdämpfern
zur Verfügung steht.
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Zudem
weist, wie Profilschnitt A-A zu entnehmen ist, in Blattradiusrichtung
L betrachtet zu Beginn des Blattwurzelbereiches 50 bzw.
zu Beginn des ersten Teilbereichs 16 der hintere Profilbereich 26 eine
in Bezug zum Rotorblattprofil vergrößerte Querschnittsfläche
auf. Hierdurch ist in diesem, den Anschlussbereich bildenden Abschnitt,
die Torsionssteifigkeit deutlich erhöht und ein ausreichender
Bauraum für die Anlenkung einer Steuerstange ist zur Verfügung
gestellt.
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Durch
die beschriebene erfindungsgemäße Ausbildung des
Rotorblatts 10 übernimmt der den Holm 20 umfassende
torsionsweich ausgebildete vordere Profilbereich 24 die
drillelastischen Eigenschaften eines Flexbeams, während
der torsionssteif ausgebildete hintere Profilbereich 26 die
Funktion einer separaten Steuertüte übernimmt.
Da nunmehr die Ausbildung einer separaten, den Profilquerschnitt verdickenden
Steuertüte nicht mehr erforderlich ist, weist das erfindungsgemäße
Rotorblatt verbesserte aerodynamische Eigenschaften auf.
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Eine
zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Rotorblatts 10 mit den dazugehörigen Profilschnitten
ist in 4 bis 6 dargestellt. Das in 4 dar gestellte
Rotorblatt 10 entspricht dabei im Wesentlichen der bereits
beschriebenen Ausführungsform. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird
daher auf das bereits oben dargelegte verwiesen.
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Der
Unterschied besteht lediglich darin, dass auf die einen C-Querschnitt
aufweisende kurze Röhre 52 verzichtet wird.
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- 10
- Rotorblatt
- 12
- innerer
Rotorblatt-Abschnitt
- 14
- Rotorblatt-Anschlussbereich
- 16
- erster
Teilbereich des inneren Rotorblatt-Abschnitts
- 18
- zweiter
Teilbereich des inneren Rotorblatt-Abschnitts
- 20
- Holm
- 22
- Profil
- 24
- vorderer
Profilbereich
- 26
- hinterer
Profilbereich
- 28
- Trennhautstreifen
- 30
- Schlitz
- 32
- Deckhautstreifen
- 34
- Scheitel
- 36
- Schenkel
- 38
- Schenkel
- 40
- Abdeckung
- 42
- Nasenbereich
- 44
- oberer
Flansch
- 46
- unterer
Flansch
- 48
- weiterer
Flansch
- 50
- Blattwurzelbereich
- 52
- Röhre
mit C-Querschnitt
- T
- Blatttiefenrichtung/Profiltiefenrichtung
- L
- Blattradius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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