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Die Erfindung betrifft eine Rotorsteuervorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Rotorsteuervorrichtung für einen Hubschrauber umfassend einen Rotorkopf und eine Taumelscheibenanordung, wobei ein Mitnehmer (Taumelscheibeninnenringmitnehmer) über ein elastisches Verbindungsmittel mittels einer Steuerstange mit dem Rotorkopf mechanisch gekoppelt ist.
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Im Stand der Technik sind Rotorsteuereinrichtung für Hubschrauber mit einem Rotorkopf mit einer Mehrzahl von Rotorblattaufnahmen an dem Umfang des Rotorkopfes bekannt, wobei die Rotorblattaufnahmen zur Aufnahme von Rotorblättern ausgebildet sind und diese um ihre Längsachse drehbar sind.
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Die beweglichen Tragflächen eines Hubschraubers erzeugen auch ohne Vorwärtsbewegung des Hubschraubers bei Rotation einen Auftrieb, so dass dieser sehr langsam fliegen, in der Luft stehen bleiben oder sich seitlich und sogar rückwärts bewegen kann. Diese an einem Rotorkopf angelenkten Rotorblätter weisen in der Regel ein gewölbtes Profil auf. Sie werden mit einem Triebwerk über eine Rotorwelle in Drehung versetzt, so dass durch die Luftströmung um die Rotorblätter eine Auftriebskraft entsteht, die den Hubschrauber senkrecht nach oben steigen lässt. Die Größe des Auftriebs wird durch die Profilform der Rotorblätter, die Rotordrehzahl und durch den Anstellwinkel der Rotorblätter gegen die umgebende Luft bestimmt. Der Anstellwinkel der Rotorblätter kann mit Hilfe einer Taumelscheibe verändert werden. Durch eine Vergrößerung des Anstellwinkels gegenüber der umgebenden Luft werden der Auftrieb und die Steiggeschwindigkeit des Hubschraubers erhöht.
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Im Stand der Technik sind Rotorsteuereinrichtungen für Hubschrauber mit einem Rotorkopf mit einer Mehrzahl von Rotorblattaufnahmen an dem Umfang des Rotorkopfes bekannt, wobei die Rotorblattaufnahmen zur Aufnahme von Rotorblättern ausgebildet sind und diese um ihre Längsachse drehbar sind. Ein drehend antreibbares Triebwerk ist mit dem Rotorkopf verbundenen über eine Rotorwelle sowie einer ersten, die Rotorwelle umgreifenden Taumelscheibe, die einen nicht drehenden und zur Achse der Rotorwelle mittels Stellgliedern axial verschiebbaren und kippbar gelagerten stationären Teil aufweist, sowie über einen gegenüber dem stationären Teil drehbar gelagerten und drehfest zur Rotorwelle angeordneten drehbaren Teil verfügt. Mittels Steuerstangen zur Verdrehung der Rotorblätter sind diese mit der Taumelscheibe verbunden.
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Im Stand der Technik sind ferner Ausbildungen bekannt, bei denen neben der ersten Taumelscheibe mindestens eine weitere Taumelscheibe vorgesehen ist, die mit ihrem drehbaren Teil ebenfalls drehfest mit dem Rotorkopf verbunden ist, wobei die mindestens eine Taumelscheibe mit ihrem drehbaren Teil jeweils über Steuerstangen gelenkig mit einem der jeweiligen Taumelscheiben zugeordneten Rotorblatt verbunden ist.
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Eine Bewegung des Hubschraubers nach Vorwärts wird dadurch ermöglicht, dass die Rotorblattebenen und damit teilweise auch der Hubschrauber geneigt wird. Dadurch wird neben der Auftriebskraft auch eine Vortriebskraft erzeugt. Die Neigung der Rotorblätter erfolgt mit Hilfe der Taumelscheibe. Hierzu werden die Anstellwinkel der Rotorblätter während der Umdrehung entsprechend ständig, das heißt zyklisch, geändert.
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Typischerweise wird eine zweiteilige Taumelscheibe verwendet. Diese hat einen stationären Teil und einen mit dem Rotorkopf drehbaren Teil. Letzterer ist in Bezug auf den stationären Teil gleitend, vorzugsweise in diesem gelagert gelagert. So kann der drehbare Teil der Taumelscheibe beispielsweise ein drehbar gelagerter Innenring und der stationäre Teil der Scheibe ein am Umfang des drehenden Innenrings angeordneter feststehender Außenring sein, der über Steuerstangen gekippt und axial gegenüber der Rotorwelle bewegt werden kann. Über Steuerstangen wird eine Schrägstellung der Taumelscheibe an die Rotorblätter weitergegeben. Durch das axiale Verschieben der Taumelscheibe auf der Rotorwelle, ändert sich der Anstellwinkel aller an dem drehbaren Teil der Taumelscheibe gekoppelten Rotorblätter gemeinsam, so dass der Auftrieb des Hubschraubers beeinflusst werden kann. Durch eine relative Neigung der Taumelscheibe wird eine zyklische Rotorblattverstellung bewirkt, bei der die Rotorblätter jeweils an der gleichen Umlaufsposition mehr angestellt sind, als an der diametral gegenüberliegenden Stelle des Umlaufs. Diese zyklische Anstellwinkelveränderung bewirkt wiederum, dass die Blattspitzenebene ebenfalls geneigt wird und damit der Hubschrauber eine Vortriebs- oder Seitenkraft erhält.
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Hubschrauberrotoren erzeugen systembedingt insbesondere im Transitionsbereich vom Schwebe- zum Vorwärtsflug und im langsamen und teilweise im schnellen Vorwärtsflug sowie dem Manöverflug störende Vibrationen.
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Der Rotorblatt-Spurlauf ist in der Regel flugzustandsabhängig. Ein schlechter Spurlauf erzeugt Unwuchten, die zu Materialermüdung und Schäden führen.
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Der Ausbildung der Rotorblattsteuerung kommt für das Flugverhalten demnach besondere Bedeutung zu.
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So ist eine IBC-Rotorblattansteuerung mit Stellgliedern unterhalb der Taumelscheibe bekannt, also im nicht drehenden System, wobei diese typischerweise nur bei Rotoren mit bis zu drei Rotorblättern eingesetzt wird. Bekannt ist auch eine höherharmonische Blattsteuerung (HHC) mit Aktuatoren unterhalb der Taumelscheibe.
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In der
DE 698 14 972 T2 ist zum Beispiel eine individuelle Blattsteuerung für Drehflügelflugzeuge mit mehreren entlang eines Rotormastes übereinander angeordneten Taumelscheiben beschrieben. Die Länge des Rotormastes wird hierdurch nachteilig jedoch vergrößert. Dies hat auch einen nachteiligen Einfluss auf die aerodynamischen Eigenschaften. Zudem ist die Momentenbelastung erhöht, so dass hohe mechanische Kräfte wirken.
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Die
DE 195 46 929 A1 beschreibt ein System zur Steuerung eines Vierblattrotors, bei dem zur herkömmlichen Taumelscheibe oberhalb der ersten Taumelscheibe noch eine zweite Taumelscheibe angeordnet ist, die über Verbindungsglieder und Hebel im drehenden System an die erste Taumelscheibe gekoppelt ist. Hierdurch wird der normalen Rotorsteuerfunktion der Rotorblätter eine feste Steuerfrequenz überlagert. Damit sind positive Beeinflussungen zur Verringerung von Vibrationen verbunden.
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Im Stand der Technik ist ferner ein kniehebelförmiger Taumelscheibeninnenringmitnehmer in unterschiedlichen Varianten bekannt. Diese Ausführungsvarianten haben aber den Nachteil, dass sich im Betrieb eine Phasenverschiebung in der Blattansteuerung ergibt, außerdem besteht dieser Aufbau aus relativ vielen Einzelteilen was zu einem höheren Ausfallrisiko und einem hohen Montageaufwand führt.
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Aus der
US 6 371 681 B1 ist ein Antirotations-Clip für eine Steuerstange bekannt.
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Bei Hubschraubern tritt ein weiteres Problem auf, dass durch Strömungsablösungen bei hohen Lastvielfachen, an den Flugbereichsgrenzen, oder im schnellen Vorwärtsflug Blattschwingungen erzeugt werden, die auch instabil sein können. Im schnellen Vorwärtsflug ist die Auftriebsverteilung in der Rotorebene sehr inhomogen und nicht optimal ausgeschöpft. Dies erfordert eine große Antriebsleistung und schränkt den Flugbereich ein bzw. beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit. Am gegen die Flugrichtung vorlaufenden Rotorblatt treten bei großen Fluggeschwindigkeiten Stoßwellen auf.
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Es ist ferner bekannt den Taumelscheibeninnenringmitnehmer in speziellen Ausführungsvarianten mit der Steuerstange starr zu koppeln. Mit einer solchen starren Kopplung werden die Steuerbefehle direkt an den Blatthalter weitergegeben und gleichzeitig wird der Taumelscheibeninnenring mitgenommen, was sich in einem unmittelbaren Steuerverhalten auswirkt und eine Phasenverschiebung der Rotorblattansteuerung weitgehend vermeidet. Für eine solche Ausführung ist es jedoch zwingend erforderlich, dass die Lagerung der Rotorblatthalter möglichst steif, sozusagen starr ausgeführt ist, da durch, Schlag und Schwenkbewegung des Rotorblatthalters die Anlenkung sonst verformt werden würde.
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Diese Verformungen führen in Kombination mit der hohen dynamsichen Belastung zu Materialermüdung und Schäden in der Anlenkung. In der weiteren Folge sogar zum vollständigen Versagen der Anlenkung, was unweigerlich zum Absturz und Totalschaden führen kann.
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Wünschenswert wäre eine weiche Lagerung der Blatthalter für die Schwingungsentkoppelung, so dass die Schlag- und Schwenkbewegung des Blatthalters nicht zu Verformungen in der Anlenkung führen.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Rotorsteuereinrichtung für Hubschrauber zu schaffen, die kompakt gebaut ist, insbesondere Schlag- und Schwenkbewegung mechanisch abfangen kann und mit einer möglichst geringen Anzahl an Bauteilen realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einer Rotorsteuervorrichtung für einen Hubschrauber- mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Grundgedanke der Erfindung ist es dabei die Rotorblattaufnahme mit den Rotorblättern nicht starr mit der Taumelscheibe zu koppeln, sondern eine schwingungsentkoppelte Verbindungsanordnung zu schaffen. Dies wird durch ein elastisches Verbindungsmittel erreicht, welches einen mit der Taumelscheibe gelenkig verbundenen Mitnehmer über ein elastisches Verbindungsmittel mit einer Steuerstange mechanisch gekoppelt ist.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Rotorsteuervorrichtung für einen Hubschrauber vorgesehen, der Folgendes aufweist:
- – einen Rotorkopf mit zwei diametral gegenüberliegenden, um eine Rotationsachse A drehbar gelagerten Rotorblattaufnahmen zur Aufnahme von Rotorblättern,
- – eine mit dem Rotorkopf verbundene Rotorwelle,
- – eine Taumelscheibenanordung mit einem ersten axial verschiebbaren und kippbar gelagerten Taumelscheibensteuerring und einem drehfest mit der Rotorwelle verbundenen Taumelscheibeninnenring, wobei
- – jede Rotorblattaufnahme über je einen Mitnehmer und je eine Steuerstange mit dem Taubelscheibeninnenring verbunden ist und wobei jeder Mitnehmer über ein elastisches Verbindungsmittel mit der Steuerstange mechanisch gekoppelt ist.
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Die elastische Verbindung zwischen den Mitnehmer und den Steuerstangen ist so ausgeführt, dass Schlag- und Schwenkbewegungen des Blatthalters ausgeglichen werden, ohne die Anlenkung zu verformen. Jeder Mitnehmer mit seinem elastischen Element ist so ausgeführt, dass der Taumelscheibeninnenring über die Steuerstange synchron zur Drehbewegung der Hauptrotorwelle mitgenommen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Hubschrauber-Rotorsteuer-vorrichtung so ausgebildet, dass das elastische Verbindungsmittel als ein hülsenförmiges elastisches Verbindungsmittel um einen Zentralbschnitt der Steuerstange herum angeordnet ist. Alternativ dazu, kann das elastische Verbindungsmittel auch als ein oder mehrere ringförmige elastisches Verbindungsmittel um einen Zentralbschnitt der Steuerstange herum angeordnet sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn jeder Mitnehmer mit einem seitlich an der jeweiligen Rotorblattaufnahme angeordneten Anlenkarm drehbar verbunden ist. Auf diese Weise kann der Mitnehmer eine Schwenkbewegung um seine Befestigungsachse ausführen.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerstange an ihrem oberen und unteren Ende mit jeweils einem Kugelkopf ausgebildet, wobei jeweils eine Lagerachse durch den am oberen Ende angeordneten Kugelkopf drehbar hindurchragt oder drehbar verbunden ist, wobei die Lagerachse mit dem entsprechenden Anlenkarm verbunden ist.
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In einer weiter bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Hubschrauber-Rotorsteuervorrichtung ist am Taumelscheibeninnenring jeweils eine Lagerachse vorgesehen, die durch den jeweils am unteren Ende angeordnete Kugelkopf der Steuerstange hindurchragt, derart dass die Steuerstange drehbar an der Lagerachse mit dem Taumelscheibeninnenring verbunden ist.
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Weiter bevorzugt ist es, wenn der Mitnehmer an seinem oberen Befestigungsende eine gabelförmige Halterung, bestehend aus zwei Befestigungsarmen mit je einem Gelenk aufweist, an dem diese drehbar an der entsprechenden Lagerachse gelagert sind.
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Die erfindungsgemäße Hubschrauber-Rotorsteuervorrichtung kann ferner so ausgebildet werden, dass der Mitnehmer an seinem unteren Ende eine Öffnung aufweist, durch die jeweils der Zentralabschnitt der korrespondierenden Steuerstange hindurchragt.
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Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Mitnehmer benachbart zur genannten Öffnung einen Hülsenabschnitt aufweist, in dem das elastische Verbindungsmittel angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Hülsenabschnitt gleichzeitig mechanische Haltefunktion und Führungsfunktion übernehmen, sowie Lagerungsfunktion für das elastische Verbindungsmittel. Erfindungsgemäß wird demnach jedes elastische Verbindungsmittel so zwischen dem Mitnehmer und der Steuerstange angeordnet, dass sowohl Schlag- als auch Schwenkbewegungen von dem elastischen Verbindungsmittel elastisch abgefedert werden, so dass eine elastische und/oder plastische Verformung der Anlenkung verhindert wird.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Rotorsteuervorrichtung für einen Hubschrauber,
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2 ein Teil einer Schnittansicht durch das Ausführungsbeispiel gemäß 1.
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Mit Bezug auf die Darstellungen der 1 und 2 ist eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Rotorsteuervorrichtung für einen Hubschrauber gezeigt.
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Die Rotorsteuervorrichtung (1) für einen Hubschrauber weist einen Rotorkopf (2) mit zwei diametral gegenüberliegenden, um eine Rotationsachse (A) drehbar gelagerten Rotorblattaufnahmen (3a, 3b) zur Aufnahme von Rotorblättern auf. Die Rotorblätter selbst sind nicht dargestellt.
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Ferner weist die Rotorsteuervorrichtung (1) eine mit dem Rotorkopf (2) verbundene Rotorwelle (3), eine Taumelscheibenanordung (4) mit einem ersten axial verschiebbaren und kippbar gelagerten Taumelscheibensteuerring (5) und einem drehfest mit der Rotorwelle (3) verbundenen Taumelscheibeninnenring (6) auf.
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Jede der beiden Rotorblattaufnahmen (3a, 3b) ist über je einen Mitnehmer (10) und je eine Steuerstange (20) mit dem Taubelscheibeninnenring (6) verbunden, wobei jeder Mitnehmer (10) über ein elastisches Verbindungsmittel (30) mit der Steuerstange (20) mechanisch gekoppelt ist.
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Die Anordnung und Form des elastischen Verbindungsmittel (30) ist gut in der 2 ersichtlich. Das elastische Verbindungsmittel (30) ist als ein hülsenförmiges elastisches Verbindungsmittel um einen Zentralbschnitt (21) der Steuerstange (20) herum angeordnet ist. Jeder Mitnehmer (10) besitzt einen zylinderförmigen Hülsenabschnitt (16) für das Verbindungsmittel (30) und weist an seinem unteren Ende (14) eine Öffnung (15) auf, durch die der Zentralabschnitt (21) der Steuerstange (20) hindurchragt.
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Ferner weist jeder Mitnehmer (10) an seinem oberen Befestigungsende (13) eine gabelförmige Halterung (11) bestehend aus zwei Befestigungsarmen (11a, 11b) mit je einem Gelenk (12a, 12b) auf, an dem diese drehbar an der Lagerachse (23) gelagert sind. Alternativ könnte auch eine einseitige Lagerung des Mitnehmers (10) erfolgen.
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Der Mitnehmer (10) weist ferner benachbart zur Öffnung (15) den besagten Hülsenabschnitt (16) auf, in dem das elastische Verbindungsmittel (30) auf dem Boden des Hülsenabschnitts (16) angeordnet ist. Das elastische Verbindungsmittel (30) ist so zwischen dem Mitnehmer (10) und der Steuerstange (20) angeordnet, dass sowohl Schlag- als auch Schwenkbewegungen von dem elastischen Verbindungsmittel (30) elastisch in der Hülse abgefedert werden, so dass eine elastische und/oder plastische Verformung der gesamten Anlenkung verhindert wird.
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Jeder Mitnehmer (10) ist über einen seitlich an der jeweiligen Rotorblattaufnahme (3a, 3b) angeordneten Anlenkarm (7a, 7b) drehbar mit dieser verbunden. Die Steuerstangen (20) sind an ihrem oberen und unteren Ende mit jeweils einem Kugelkopf (22a, 22b) ausgebildet, wobei jeweils eine Lagerachse (23) durch den am oberen Ende angeordneten Kugelkopf (22a) drehbar hindurchragt. Ferner ist ersichtlich, dass die Lagerachse (23) mit dem entsprechenden Anlenkarm (7a, 7b) verbunden ist. Am Taumelscheibeninnenring (6) ist jeweils eine Lagerachse (24) vorgesehen, die durch den jeweils am unteren Ende angeordnete Kugelkopf (22b) der Steuerstange (20) hindurchragt, derart dass die Steuerstange (20) drehbar an der Lagerachse (24) mit dem Taumelscheibeninnenring verbunden ist.
