DE102015110181A1

DE102015110181A1 - Koaxiales Rotorsystem

Info

Publication number: DE102015110181A1
Application number: DE102015110181.5A
Authority: DE
Inventors: Andrej Alexandrowitsch Wlasow; Wladimir Jurjewitsch Ivanow; Vitali Brandt
Original assignee: Rotorschmiede GmbH
Current assignee: Rs Helikopter De GmbH
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: CN105346711B; DE102015110181B4; CN105346711A; US10005549B2; US20150375859A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Flugtechnik, und zwar insbesondere Rotorsysteme für Fluggeräte, und kann im Hubschrauberbau eingesetzt werden. Die Aufgabe, die Funktionssicherheit eines koaxialen Rotorsystems zu erhöhen und sein Gewicht zu verringern, wird durch ein koaxiales Rotorsystem gelöst, das aus einem Getriebe 1 mit zwei Antriebswellen 2, 3 mit Gegenrotation besteht, auf die Rotorköpfe 4 und 5 und zwei miteinander verbundene, axial bewegliche Taumelscheiben 9 und 10 montiert sind, welche kinematisch mit den Blatthaltern 11 und 17 verbunden sind, wobei die Blatthalter des oberen Rotorkopfes 11 mit der oberen Taumelscheibe 9 über Winkelhebel 14 verbunden, die an der Schiebehülse 15 befestigt sind, welche sich über dem oberen Rotorkopf 5 befindet, und wobei die Blatthalter 17 des unteren Rotorkopfes 4 über die Steuerstangen 23 direkt mit der unteren Taumelscheibe 10 verbunden sind, die Radien der Blatthalter 11 des oberen Rotorkopfes kleiner ausfallen als an dem unteren Rotorkopf, die untere Taumelscheibe 10 mit dem Steuerungssystem für die kollektive und die zyklische Blattverstellung mit Hilfe von drei Steuerstangen verbunden ist und die Schiebehülse 15 mit dem Differentialhebel des oberen Rotorkopfes 22 über eine innerhalb der Antriebswelle 3 des oberen Rotorkopfes befindlichen Steuerstange 21 verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Flugtechnik, und zwar insbesondere Rotorsysteme für Fluggeräte, und kann im Hubschrauberbau eingesetzt werden.
Ein bekanntes koaxiales Rotorsystem, das aus einem Getriebe mit zwei Antriebswellen mit Gegenrotation besteht, auf dem die Rotoren und zwei über Steuerstangen miteinander verbundene, axial bewegliche Taumelscheiben befestigt sind, welche kinematisch mit den Blatthaltern und einem umfänglichen Hebelsystem für die Kollektiv- und Differentialsteuerung verbunden sind, wobei die Hebel des Steuerungssystems entsprechend mit der unteren Taumelscheibe und der inneren Steuerstange verbunden sind. Dabei erfolgt die Ansteuerung des oberen Rotors mit Hilfe der Schiebehülse, die an der Antriebswelle des oberen Rotors längs entlang dessen Achse beweglich montiert ist und kinematisch mit der inneren Steuerstange, der oberen Taumelscheibe und den Blatthaltern verbunden ist. Die innere Steuerstange verfügt über eine verlängerte Ausführung und ist mit einem Kipphebel ausgestattet, der sich an ihrem freien Ende befindet und kinematisch mit der als gleitende Hülse konzipierten, mit der Antriebswelle des oberen Rotorkopfes verbundenen Schiebehülse verbunden ist, an deren Achse ein schwenkbarer Rahmen angebracht ist, der einen in Bezug auf den Rahmen schwenkbaren Hebel trägt, wobei die Achsenrichtung beim Schwenken des Rahmens und der Hebel perpendikulär ist (Patent der Russischen Föderation Nr. 120627 , veröffentlicht am 27.09.2012).
Der Nachteil der bekannten Lösung besteht in der Komplexität der Konstruktion aufgrund der hohen Anzahl an Gelenkverbindungen, die die unter dem oberen Rotor befindliche Schiebehülse mit der oberen Taumelscheibe und den Blatthaltern des oberen Rotors verbinden, sowie aufgrund des komplizierten umfänglichen Mechanismus für die Kollektiv- und Differentialsteuerung, der zahlreiche Hebel umfasst. Das Vorhandensein dieser Vielzahl kinematisch gekoppelter Elemente verringert die Funktionssicherheit des Systems und erhöht dessen Gewicht.
Näher an der angemeldeten technischen Lösung ist im Hinblick auf den technischen Grundgehalt und das zu erzielende Ergebnis ein koaxiales Rotorsystem, das aus einem Getriebe mit zwei Antriebswellen mit Gegenrotation besteht, auf die Rotorköpfe und zwei miteinander verbundene, axial bewegliche Taumelscheiben montiert sind, die kinematisch mit den Blatthaltern und dem summierenden Hebelsystem für die Kollektiv- und Differentialsteuerung verbunden sind. Die Rotorköpfe sind zweiblättrig mit gemeinsamen horizontalen Gelenken konzipiert, die Blatthalter des unteren Rotorkopfes sind mit der unteren Taumelscheibe über Winkelhebel verbunden, die an der unter dem unteren Rotorkopf befindlichen Schiebehülse befestigt sind, die Blatthalter des oberen Rotorkopfes sind durch Steuerstangen direkt mit der oberen Taumelscheibe verbunden, wobei die Radien der Blatthalter am oberen Rotorkopf größer sind als an dem unteren Rotorkopf, die untere Taumelscheibe und die Schiebehülse sind kinematisch über ein umfängliches Hebelsystem für die Kollektiv- und Differentialsteuerung miteinander verbunden, in dem der eine Hebel über einen Hebelarm mit der Differentialsteuerung verbunden ist und über einen anderen mit der Schiebehülse, und der zweite, an den ersten angelenkte Hebel über seine Hebelarme mit der Kollektivsteuerung und dem Gleitstück der unteren Taumelscheibe verbunden ist (Patent der Russischen Föderation Nr. 2307766 , veröffentlicht am 10.10.2007).
Der Nachteil dieses Systems besteht, bedingt durch die Komplexität der Konstruktion, in seiner geringen Funktionssicherheit, da das umfängliche Hebelsystem, das mit der Schiebehülse und der unteren Taumelscheibe verbunden ist, von Knickgelenkelementen mit Lagereinheiten durchsetzt ist, die in einem begrenzten kinematischen Raum an gegeneinander verschiebbaren Gleitstücken befestigt sind. Weiterhin erhöht die hohe Anzahl kinematisch miteinander agierender Elemente dieses Musters sein Gewicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionssicherheit des koaxialen Rotorsystems zu erhöhen und sein Gewicht zu verringern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das koaxiale Rotorsystem ein Getriebe mit zwei Antriebswellen mit Gegenrotation enthält, auf dem die Rotorköpfe und zwei miteinander verbundene, axial bewegliche Taumelscheiben montiert sind, die kinematisch mit den Blatthaltern verbunden sind, wobei die Blatthalter des oberen Rotorkopfes mit der oberen Taumelscheibe über Winkelhebel verbunden sind, die an der über dem oberen Rotorkopf befindlichen Schiebehülse befestigt sind, und wohin die Blatthalter des unteren Rotorkopfes mit Steuerstangen direkt mit der unteren Taumelscheibe verbunden ist, wobei die Radien der Blatthalter am oberen Rotorkopf kleiner sind als an dem unteren Rotorkopf, und die untere Taumelscheibe mit den Steuerungssystemen für die kollektive und die zyklische Blattverstellung über drei Steuerstangen verbunden ist, und wobei die Schiebehülse mit der Differentialsteuerung des oberen Rotorkopfes über eine Steuerstange verbunden ist, die sich innerhalb der Antriebswelle des oberen Rotorkopfes befindet.
Die Differentialsteuerung allein des oberen Rotorkopfes und die Steuerung für die kollektive und die zyklische Blattverstellung mit Hilfe von drei Steuerstangen ermöglicht ein Auskommen ohne einen umfänglichen Hebelmechanismus für die zyklische und kollektive Blattverstellung, eine Verringerung der Anzahl von Hebeln und dementsprechend von Gelenkstücken, die für die Ansteuerung der koaxialen Rotoren erforderlich sind, und somit eine Vereinfachung der Konstruktion des Rotorsystems und im Zuge dessen auch seiner Funktionssicherheit, sowie eine Verringerung seines Gewichts.
Die Erfindung wird in einer Zeichnung erläutert, in der das benannte koaxiale Rotorsystem schematisch dargestellt ist.
Das koaxiale Rotorsystem besteht aus einem Getriebe 1 mit zwei Antriebswellen 2 und 3 mit Gegenrotation, an denen die Rotorköpfe des unteren 4 und oberen Rotors 5 befestigt sind, auf denen die Rotorblätter angebracht werden.
Die Rotorköpfe 4 und 5 sind zweiblättrig mit Schlaggelenken 6 und 7 konzipiert, die nicht vom Kreiseleffekt beansprucht werden.
Das Steuerungssystem für die Rotorköpfe 4 und 5 beinhaltet zwei über Steuerstangen 8 miteinander verbundene, in Achsrichtung bewegliche Taumelscheiben: eine obere 9 und eine untere 10.
Die Bezeichnungen „obere“ und „untere“ in der vorliegenden Erfindung bezieht sich selbstverständlich auf ein Rotorsystem in bestimmungsgerechter Einbaulage oberhalb eines Fluggerätes.
Die Blatthalter 11 des oberen Rotorkopfes 5 sind mit der oberen Taumelscheibe 9 über die Steuerstangen 12, 13 und die Steuerstangen 14 über Winkelhebel 15 verbunden, die an der Schiebehülse 16 über dem oberen Rotorkopf 5 befestigt sind.
Die Blatthalter 17 des unteren Rotorkopfes 4 sind über die Steuerstangen 18 direkt mit der unteren Taumelscheibe 10 verbunden.
Gleichgroße Übertragungsverhältnisse zwischen den Verstellgelenken 19 und 20 der Rotorköpfe 4 und 5 und den Taumelscheiben 9 und 10 werden dadurch gewährleistet, dass die Radien der Blatthalter 11 an dem oberen Rotorkopf 5 kleiner sind als die der Blatthalter 17 an dem unteren Rotorkopf 4. Dies bedeutet, dass die Kinematik des Steuerungssystems so angepasst wird, dass bei Betätigung der kollektiven und der zyklischen Blattverstellung die Änderung der Einstellwinkel am oberen 5 und unteren 4 Rotorkopf mit gleicher Größe abläuft.
Die Schiebehülse 16 ist über eine innerhalb der Antriebswelle 3 des oberen Rotorkopfes 5 befindliche Steuerstange 21 mit dem Steuerungssystem für die Kollektiv- und Differentialsteuerung des oberen Rotorkopfes 22 verbunden und die untere Taumelscheibe 10 ist über drei Steuerstangen 23 mit dem Steuerungssystem für die kollektive 24 und die zyklische Blattverstellung 25 verbunden.
Das benannte koaxiale Rotorsystem funktioniert wie nachfolgend beschrieben.
Beim Betrieb drehen sich die Antriebswellen 2 und 3 des Getriebes 1 mit den an ihnen befestigten Rotorköpfen, dem unteren 4 und dem oberen 5, in unterschiedliche Richtungen.
Dabei drehen sich die Blatthalter 11 des mit einem Schlaggelenk 6 ausgestatteten oberen Rotorkopfes 5, welche mit der oberen Taumelscheibe 9 durch Steuerstangen 12, 13 über an der Schiebehülse 16 befestigte Winkelhebel 15 verbunden sind, mit dem oberen Rotorkopf 5 in die eine Richtung, z.B. gegen den Uhrzeigersinn, während die Blatthalter 17 des mit einem Schlaggelenk 7 ausgestatteten unteren Rotorkopfes 4, welche durch Steuerstangen 18 direkt mit der unteren Taumelscheibe 10 verbunden sind, sich mit dem unteren Rotorkopf 4 in die entgegengesetzte Richtung drehen, d.h. im Uhrzeigersinn.
Die zyklische Blattverstellung erfolgt von dem Steuerungssystem für die zyklische Blattverstellung 25 aus über eine Neigung der Taumelscheiben durch drei Steuerstangen 23, wobei die zyklische Änderung der Einstellwinkel der Blätter des oberen Rotors 5 durch die Steuerstangen 12, 13 und die Steuerstangen 14 über Winkelhebel 15 von der Taumelscheibe 9 aus realisiert wird, und die Änderung der Einstellwinkel für den unteren Rotor 4 von der Taumelscheibe 10 aus direkt durch die Steuerstangen 18 erfolgt. Da die Größen der Übertragungsverhältnisse zwischen den Verstellgelenken 19 und 20 der Rotoren und den Taumelscheiben 9 und 10 gleich sind, sind auch die zyklischen Einstellwinkel bei gleichen Horizontalwinkeln der beiden Rotoren gleich.
Die kollektive Blattverstellung erfolgt durch das Einwirken dreier Steuerstangen 23 von dem Steuerungssystem für die kollektive Blattverstellung 24 aus auf die untere Taumelscheibe 10, und die beiden, miteinander über die Verbindungssteuerstangen 8 verbundenen Taumelscheiben 9 und 10 bewegen sich gleichzeitig auf ein und dieselbe Höhe. Da die Übertragungsverhältnisse zwischen den Taumelscheiben und den Verstellgelenken gleich sind, kommt es bei axialer Bewegung der Taumelscheiben zu einer gleichzeitigen Vergrößerung oder Verkleinerung der Einstellwinkel für die Blätter des oberen und des unteren Rotorkopfes um die gleiche Größe.
Die Differentialsteuerung erfolgt wie nachfolgend beschrieben über die Änderung der Einstellwinkel der Blätter (Blattsteigung) allein des oberen Rotors 5.
Durch die Bewegung der Steuerstange 21 von dem Steuerungssystem für die Differentialsteuerung des oberen Rotorkopfes 22 aus bewegt sich die Schiebehülse 16 mit den Winkelhebeln 15, was zur Änderung des Einstellwinkels des oberen Rotorkopfes 5 führt.
Auf diese Weise bewirkt das benannte koaxiale Rotorsystem durch eine Verringerung der Anzahl kinematischer Elemente eine Erhöhung der Funktionssicherheit und eine Verringerung des Gewichtes.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

RU 120627 [0002]
RU 2307766 [0004]

Claims

Koaxiales Rotorsystem, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein Getriebe (1) mit zwei Antriebswellen (2, 3) mit Gegenrotation aufweist, auf die Rotoren und zwei miteinander verbundene, axial bewegliche Taumelscheiben (9, 10) montiert sind, welche kinematisch mit Blatthaltern (11, 17) verbunden sind, wobei Blatthalter (11) eines oberen Rotorkopfes (5) mit der oberen Taumelscheibe (9) über Winkelhebel (15) verbunden sind, die an einer über dem oberen Rotorkopf (5) befindlichen Schiebehülse (16) befestigt sind, und wobei die Blatthalter (17) des unteren Rotorkopfes (4) über Steuerstangen (18) direkt mit einer der unteren Taumelscheiben (10) verbunden sind, wobei die Radien der Blatthalter (11) am oberen Rotorkopf (5) kleiner sind als an dem unteren Rotorkopf (4), und wobei die untere Taumelscheibe (10) mit Steuerungssystemen für eine kollektive und eine zyklische Blattverstellung (24, 25) über drei Steuerstangen (23) verbunden ist, und wobei die Schiebehülse (16) mit der Differentialsteuerung (22) des oberen Rotorkopfes (5) über eine Steuerstange (21) verbunden ist, die sich innerhalb der Antriebswelle (3) des oberen Rotorkopfes (5) befindet.
Koaxiales Rotorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorköpfe (4, 5) zweiblättrig mit Schlaggelenken (6, 7) konzipiert sind, die nicht vom Kreiseleffekt beansprucht werden.
Koaxiales Rotorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blatthalter (11) des mit einem Schlaggelenk (6) ausgestatteten oberen Rotorkopfes (5), welche mit der oberen Taumelscheibe (9) durch Steuerstangen (12, 13) über an der Schiebehülse (16) befestigte Winkelhebel (15) verbunden sind, mit dem oberen Rotorkopf (5) in die eine Richtung, z.B. gegen den Uhrzeigersinn, drehen, während die Blatthalter (17) des mit einem Schlaggelenk (7) ausgestatteten unteren Rotorkopfes (4), welche durch Steuerstangen (18) direkt mit der unteren Taumelscheibe (10) verbunden sind, sich mit dem unteren Rotorkopf (4) in die entgegengesetzte Richtung drehen, d.h. im Uhrzeigersinn.
Koaxiales Rotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklische Blattverstellung von dem Steuerungssystem für die zyklische Blattverstellung (25) aus erfolgt über eine Neigung der Taumelscheiben durch drei Steuerstangen 23, wobei die zyklische Änderung der Einstellwinkel der Blätter des oberen Rotors (5) durch die Steuerstangen (12, 13) und eine Steuerstangen (14) über Winkelhebel (15) von der Taumelscheibe (9) aus realisiert wird, und die Änderung der Einstellwinkel für den unteren Rotor (4) von der Taumelscheibe (10) aus direkt durch die Steuerstangen (18) erfolgt, die direkt mit der unteren Taumelscheibe (10) verbunden sind.
Koaxiales Rotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen der Übertragungsverhältnisse zwischen Verstellgelenken (19, 20) der Rotoren und den Taumelscheiben (9, 10) gleich sind, so dass auch die zyklischen Einstellwinkel bei gleichen Horizontalwinkeln der beiden Rotoren gleich sind.
Koaxiales Rotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kollektive Blattverstellung durch das Einwirken der drei Steuerstangen (23) von dem Steuerungssystem für die kollektive Blattverstellung (24) aus auf die untere Taumelscheibe (10) erfolgt, und dass die beiden, miteinander über die Verbindungssteuerstangen (8) verbundenen Taumelscheiben (9, 10) sich gleichzeitig auf ein- und derselben Höhe bewegen.
Koaxiales Rotorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsverhältnisse zwischen den Taumelscheiben (9, 10) und den Verstellgelenken (19, 20) gleich sind und dass es bei axialer Bewegung der Taumelscheiben (9, 10) zu einer gleichzeitigen Vergrößerung oder Verkleinerung der Einstellwinkel für Blätter des oberen und des unteren Rotorkopfes (4, 5) um die gleiche Größe kommt.