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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Blatthebelarm für einen Hubschrauber der um einen ersten Drehpunkt einer Rotorblattlängsachse an einem Rotorblatt drehbar anordenbar ist und einen Kraft-punkt zum Einleiten einer translatorischen Kraft aufweist und ausgebildet ist, diese translatorische Kraft in eine rotatorische Bewegung des Rotorblatts umzusetzen, wobei der Blatthebelarm derart verstellbar ist, dass ein Abstand zwischen dem ersten Drehpunkt und dem Kraftpunkt veränderbar ist. Ein solcher Blatthebelarm ist aus der
DE 11 63 156A bekannt.
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Es ist bekannt, dass zum Beispiel bei Hubschraubern systembedingt ein hohes Vibrationsniveau auftritt, welches durch die Ungleichheit der Rotorblätter verursacht wird. Aus Festigkeitsgründen und zur Minderung der Pilotenbelastung werden für den Flugbetrieb bestimmte Grenzwerte für die Vibrationen bzw. für die Unwucht vorgeschrieben. Mithilfe eines Messsystems werden sogenannte Trackingflüge durchgeführt, um den Ist-Zustand des Hubschraubers zu ermitteln. Aus den gesammelten Messwerten wird die erforderliche Verstellung der Steuerstange errechnet, um die Unwucht bzw. die Vibrationen an dem Hubschrauber zu minimieren. Bei konventionellen Hubschraubern wird hierbei eine mechanisch-statische Einstellung der Steuerstangen ermittelt, bei welcher die geforderten Grenzwerte in allen relevanten Flugzuständen eingehalten werden.
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Aus der
DE 10 2009 001 393 A1 ist eine Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers bekannt, bei der jede Steuerstange in Längsrichtung innerhalb vorgegebenen Anschläge zum Reduzieren von Vibrationen verstellbar ist, wobei die Anschläge der Steuerstange zum Verändern des Stellbereichs in Längsrichtung der Steuerstange gemeinsam verstellbar sind.
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Aus der
DE 10 2012 206 755 A1 ist eine Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers mit einer Steuerstange bekannt, die an ihrem einen Ende mit einem taumelscheibenseitigen Lagerauge versehen ist, das von einem Achskörper durchsetzt ist, der in einem taumelscheibenseitigen Lagerbock gelagert ist. Die Steuerstangenanordnung weist einen in dem Lagerbock schwenkbar gelagerten und zwischen dem Lagerbock und dem taumelscheibenseitigen Lagerauge vorgesehenen Exzenter auf.
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Modernere Systeme, wie sie beispielsweise in der
DE 10 2009 001 393 A1 und in der
DE 10 2012 206 755 A1 offenbart sind, können die Einstellungen der Steuerstangen den Flug elektrisch-dynamisch verändern und erreichen somit ein niedrigeres Vibrationsniveau als die konventionellen statischen Einstellungen.
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Sowohl die mechanisch-statischen Einstellungen der Steuerstangen als auch die beispielhaft genannten elektrisch-dynamischen Stellsysteme, erzeugen blattindividuelle Kollektivoffsets, mit dem Ziel die Vibrationen des Hubschraubers zu reduzieren.
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Beiden Systemen ist gleich, dass die Steuerstange nicht direkt am Rotorblatt angreift, sondern ihre translatorische Bewegung über einen Blattarm an das Rotorblatt weiterleitet. Der im Wesentlichen quer zur Rotorblattachse verlaufende Blattarm wirkt dabei wie ein Hebel, der die erforderliche Kraft zur Rotorblattverstellung reduziert.
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Aufgrund der Konstruktion, des Aufbaus oder der Aerodynamik des Hubschraubers, des Rotorkopfs und/oder der Rotorblätter kann es erforderlich sein, die blattindividuelle Beeinflussung der Kollektivsteuerung zu erhöhen oder anders zu gestalten, um das Vibrationsniveau noch weiter zu verringern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Blatthebelarm bereitzustellen, mit welchem das Vibrationsniveau noch weiter reduziert werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung die blattindividuelle Beeinflussung der Kollektivsteuerung zu erhöhen. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur blattindividuellen Veränderung einer Amplitude einer zyklischen Rotorblattverstellung eines Hubschraubers bereitzustellen, welches das Vibrationsniveau von Hubschraubern mittels blattindividueller Beeinflussung der Kollektivsteuerung zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird mit einem Blatthebelarm mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.
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Ausgehend von dem gattungsgemäßen Blatthebelarm ist eine antreibbare Verstelleinrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, den Blatthebelarm derart zu verstellen, dass ein Abstand zwischen dem ersten Drehpunkt und dem Kraftpunkt veränderbar ist.
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Der Blatthebelarm koppelt das Rotorblatt bzw. die Rotorblattwurzel mit der Steuerstange. Der Blatthebelarm, auch als pitch horn bekannt, ist mit einem Ende am Rotorblatt, insbesondere an einer Rotorblattwurzel des Rotorblatts um einen Punkt, den sogenannten Drehpunkt, drehbar angeordnet. An seinem anderen Ende ist der Blatthebelarm mit einem rotorblattseitigen Ende der Steuerstange, mit dem der Rotorblattseite abgewandten Ende der Steuerstange ist diese mit der Taumelscheibe verbunden. Der insbesondere auf der Rotorblattachse oder Rotorblattwurzelachse liegende Drehpunkt ist auch als Bewegungspunkt oder Ruhepunkt bekannt.
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Um das Rotorblatt um seine Längsachse zu verdrehen, wird die aus der translatorischen Bewegung der Steuerstange und/oder der Taumelscheibe resultierende Kraft in den Kraftpunkt, insbesondere die Verbindung zwischen Steuerstangen und Blatthebelarm eingeleitet, und über einen Hebelarm des Blatthebelarms in eine rotatorische Bewegung des Rotorblatts umgesetzt.
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Ausmaß und Umfang der Verdrehung des Rotorblatts ist unter anderem abhängig von der Länge des Hebelarms des Blatthebelarms, der an dem Rotorblatt bzw. der Rotorblattwurzel angreift.
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Unter einem Hebelarm des Blatthebelarms ist dabei der Abstand, das heißt, die senkrechte Verbindungslinie zwischen Drehpunkt und Kraftpunkt, auch Kraftangriffspunkt genannt, zu verstehen. Mittels der Verstelleinrichtung kann der Blatthebelarm beispielsweise bezüglich seiner Lage oder Positionierung zum Rotorblatt bzw. zur Rotorblattachse bewegt und/oder hinsichtlich seiner Länge verändert werden, das heißt, der Abstand zwischen Drehpunkt und Kraftpunkt kann verringert oder vergrößert werden.
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Als Verstelleinrichtung kommen insbesondere Zykloidgetriebe, Spannungswellengetriebe (Harmonic Drive), Schneckengetriebe, etc. in Betracht. Auch wäre ein Linearantrieb, Spindeltrieb oder ähnliches denkbar.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Blatthebelarm mit der Verstelleinrichtung eine zusätzliche Steuerungskomponente für einen Hubschrauber darstellt, die die Vibrationen des Hubschraubers durch Verringerung oder Vergrößerung des Hebelarms des Blatthebelarms in vorteilhafter Weise beeinflussen, das heißt, das Vibrationsniveau noch weiter verringern kann. Die Erfindung bewirkt zudem einen Gain, während die nach dem Stand der Technik bekannten Stellsysteme einen Offset bewirken.
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Bevorzugt ist es, wenn die Verstelleinrichtung ein rotatorisch antreibbares Verstellelement aufweist, das von einer ersten Winkelposition in eine zumindest zweite Winkelposition drehbar ist und das ausgebildet ist, die rotatorische Bewegung in eine lineare Bewegung des Blatthebelarms umzusetzen, wobei die erste Winkelposition einem ersten Hebelarm und die zumindest zweite Winkelposition einem zweiten Hebelarm des Blatthebelarms entspricht.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die Verstelleinrichtung einen Selbsthemmungsmechanismus oder eine stromlos blockierende Bremse aufweist. Mittels der stromlos blockierenden Bremse kann in vorteilhafter Weise die zyklische Steueramplitude blattindividuell angepasst werden, ohne dass der Verstelleinrichtung kontinuierlich Energie zugeführt werden muss. Dieser Vorteil wird auch mit entsprechend großer Selbsthemmung erreicht.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das Verstellelement exzenterförmig ausgebildet ist. Das exzenterförmige Verstellelement bietet eine kostengünstig und konstruktiv leicht umsetzbare Möglichkeit, eine rotatorische Bewegung in eine Linearbewegung umzusetzen.
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Ebenso ist es bevorzugt, wenn die translatorische Kraft der Steuerstangen über einen mit dem Blatthebelarm verbundenen und in einem Drehpunkt gelagerten zweiten Hebelarm an den Blatthebelarm übertragbar ist.
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Der zweite Hebelarm ist insbesondere dann von Vorteil, wenn aufgrund kinematischer Randbedingungen, wie beispielsweise Freigängigkeit der Steuerstange, keine unmittelbare Vergrößerung oder Verringerung des Hebelarms des Blatthebelarms möglich ist. Hierbei wird die Bewegung der Steuerstange und / oder der Taumelscheibe nicht direkt auf den Blatthebelarm, sondern zuerst über den zweiten in einem zweiten Drehpunkt gelagerten Hebel umgelenkt.
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Ein weitere Aspekt der Erfindung ist es Verfahren bereitzustellen, und zwar ein Verfahren zur blattindividuellen Veränderung bzw. Manipulation einer Amplitude einer zyklischen Rotorblattverstellung eines Hubschraubers, wobei eine Verstelleinrichtung einen Blatthebelarm antreibt, der um einen ersten Drehpunkt einer Rotorblattlängsachse an einem Rotorblatt drehbar angeordnet ist und einen Kraftpunkt zum Einleiten einer translatorischen Kraft aufweist und ausgebildet ist, diese translatorische Kraft in eine rotatorische Bewegung des Rotorblatts umzusetzen, wobei der Blatthebelarm zur Veränderung der Amplitude mittels der Verstelleinrichtung verstellt wird, sodass ein Abstand zwischen dem ersten Drehpunkt und dem Kraftpunkt verändert wird.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: einen Blatthebelarm nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht;
- 2: eine prinzipielle Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Blatthebelarms in einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
- 3: die prinzipielle Funktionsweise des Blatthebelarms gemäß 2 in einer weiteren Darstellung;
- 4: den Blatthebelarm der 3 in einer weiteren Ansicht;
- 5: mehrere Positionen des Exzenters des Blatthebelarms in einer Querschnittsansicht;
- 6: einen Rotorkopf mit zwei Rotorblättern und zwei Blatthebelarmen und einem Referenzsystem für den Rotorkopf;
- 7: einen beispielhaften Schwingungsamplitudenverlauf des erfindungsgemäßen Blatthebelarms in gleicher und unterschiedlicher Winkelstellung der Verstelleinrichtungen;
- 8: beispielhafte Anordnung eines Elektromotors des erfindungsgemäßen Blatthebelarms; und
- 9: einen erfindungsgemäßen Blatthebelarm in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Hubschraubers umfassend eine Taumelscheibe 1, eine Steuerstange 2, einen Blatthebelarm 3 und ein Rotorblatt 4 nach dem Stand der Technik. Die Steuerstange 2 ist mit ihrem unteren Ende mit der Taumelscheibe 1 und mit ihrem oberen Ende mit dem Blatthebelarm 3 verbunden. Der Blatthebelarm 3 wiederum verbindet die Steuerstange 2 zur Umwandlung einer translatorischen Bewegung 19 der Steuerstange 2 und / oder der Taumelscheibe 1 in eine rotatorische Bewegung des Rotorblatts 4 mit dem Rotorblatt 4. Der Blatthebelarm 3 ist dazu um einen auf der Längsachse 5 des Rotorblatts 4 liegenden Drehpunkt P1 drehbar an der Rotorblattwurzel 6 angeordnet. Das Rotorblatt 4 geht von einem Tragflächenabschnitt 7 in einen Rotorblattwurzelabschnitt 8 über. Der Rotorblattwurzelabschnitt umfasst einen als einen Befestigungsflansch ausgebildeten Blattanschlussbereich 9, mit dem der Rotorblattwurzelabschnitt an einer Rotornabe befestigt ist.
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Eine Amplitude oder Schwingamplitude λ einer zyklischen Blattverstellung wird im Allgemeinen durch die Schrägstellung oder Neigung der Taumelscheibe 1 eingestellt. Die Hebelübersetzungen sind durch die Mechanik fest vorgegeben und stets für alle Rotorblätter 4 eines Hubschraubers gleich. Daher ergeben sich für alle Rotorblätter 4 stets gleiche Amplituden über einen Rotorumlauf.
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Das Übersetzungsverhältnis der Schwingamplitude der zyklischen Blattverstellung lässt sich nach dem Stand der Technik gemäß
1 grob genähert wie folgt darstellen:
wobei
α dem Neigungswinkel der Taumelscheibe, und
λ der Amplitude der zyklischen Blattverstellung entspricht.
ψ repräsentiert stark verallgemeinert das nichtlineare Übersetzungsverhältnis zwischen Taumelscheibe und Blatt, wobei auch die Koordinatentransformation bereits in
ψ enthalten ist.
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2 zeigt eine schematische Ansicht des Wirkprinzips des erfindungsgemäßen Blatthebelarms in einer bevorzugten Ausführungsform. Symbolisch dargestellt sind die Taumelscheibe 1 mit einem Radius L1, die um eine Rotationsachse 10 drehbar, zyklisch und kollektiv verstellbar ist, der Blatthebelarm 3 mit einer Länge L3, der um den Drehpunkt P1 drehbar ist, und die Steuerstange 2 mit einer Länge L2 die Taumelscheibe 1 mit dem Blatthebel 2 verbindet. Die Neigung der Taumelscheibe ist mit dem Winkel α gekennzeichnet. Der Winkel β bezeichnet den durch die kinematische Kopplung resultierenden Winkel des Rotorblatts 4.
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Mit Δx ist eine veränderbare Länge des Hebelarms des Blatthebelarms 3 dargestellt. Durch eine nicht dargestellte Verstelleinrichtung kann der Abstand des Drehpunkts P1 zum Kraftpunkt K1 blattindividuell vergrößert oder verringert werden. Diese Längenänderung führt zu einer Änderung der Amplitude des betroffenen Rotorblatts, da sich mit Verstellung der Länge des Blatthebelarms 3 das Übersetzungsverhältnis zwischen Taumelscheibe 1 und Rotorblatt 4 ändert.
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Die erfindungsgemäße Längenverstellung führt zu einer Änderung der Amplitude λ des betroffenen Rotorblattes, da sich mit Änderung der Länge des Blatthebelarms das Übersetzungsverhältnis zwischen Taumelscheibe und Rotorblatt ändert.
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Das Übersetzungsverhältnis der Schwingamplitude der zyklischen Blattverstellung lässt sich erfindungsgemäß grob genähert wie folgt darstellen:
wobei
k einem Faktor aus dem geänderten Hebelarm entspricht.
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Die realen Übersetzungsverhältnisse sind nichtlinear, so dass obige Gleichungen nur grobe Näherungen darstellen, um die Wirkung der „blattindividuellen Manipulation“ der zyklischen Steueramplitude zu beschreiben.
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Das Übersetzungsverhältnis der Schwingamplitude λ ist durch den Radius bzw. die Längen L1, L2 und L3 vereinfacht dargestellt. Grob genähert verhält sich α zu β, wie L3 zu L1, also α/β=L3/L1. Oder anders ausgedrückt: Wird die Länge des Hebelarms des Blatthebelarms 3 verändert, so ändert sich das Übersetzungsverhältnis von Neigungswinkel der Taumelscheibe zu Amplitude der zyklischen Blattverstellung.
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3 zeigt beispielhaft schematisch diese Längenänderung. Im oberen Bild, das identisch mit 1 ist, weist die nicht dargestellte Verstelleinrichtung eine erste Endlage auf. In dieser ist ein Hebelarm 31 am längsten. Im unteren Bild weist die nicht dargestellte Verstelleinrichtung eine zweite Endlage auf. In dieser ist ein Hebelarm 33 am kürzesten. Zwischen diesen beiden Endlagen sind weitere Hebelarme möglich. Der Winkel β ist gleich dem Winkel β(L31).
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Bei Veränderung der Lage bzw. Position des Blatthebelarms 3, sodass ein kleinerer Hebelarm L33 entsteht, bewirkt dieselbe Verstellung α der Taumelscheibe 1 eine Verkleinerung der Verdrehung des Blatthebelarms 3 um den Drehpunkt P1, welche in 3 mit dem Winkel β(L33) gekennzeichnet ist.
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So kann die Übersetzung der Schwingamplitude, die sich vorliegend primär aus dem Verhältnis der Länge L31, ..., L33 des Hebelarms des Blatthebelarms 3 zum Radius L1 der Taumelscheibe 1 ergibt, in vorteilhafter Weise verändert werden, um so Einfluss auf die Vibrationen zu nehmen.
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In 4 ist ein erfindungsgemäßer Blatthebelarm 3 in einer ersten Ausführungsform mit einer elektrisch-dynamischen Verstelleinrichtung 11 dargestellt, welche flugzustandsabhängig die zyklischen Steueramplituden blattindividuell anpassen kann. Die elektrisch-dynamische Verstelleinrichtung 11 umfasst ein als Exzenter ausgebildetes Verstell-element 12. Bei dem Exzenter 12 handelt es sich um eine an der Rotorblattwurzel 6 angeordnete Steuerungsscheibe, die radial zwischen der Rotorblattwurzel 6 und dem rotorblattseitigen Ende des Blatthebelarms 3 angeordnet ist. Charakteristisch für den Exzenter 12 ist, dass sein Mittelpunkt außerhalb der Rotorblattachse 5 bzw. der Rotorblattwurzelachse 5 liegt.
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Über einen nicht dargestellten Elektromotor und eine nicht dargestellte integrierte Elektronik ist die Steuerungsscheibe 12 rotatorisch verstellbar, das heißt, in Umfangsrichtung der Blattwurzelachse 5 von einer zumindest ersten Winkelposition in eine zumindest zweite Winkelposition ε, θ, φ überführbar. Die rotatorische Bewegung des Exzenters 12 bewirkt eine lineare Bewegung 13 des Blatthebelarms 3 in der Art, dass der Abstand zwischen Drehpunkt P1 und Kraftpunkt K1 vergrößert oder verringert wird.
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Die erste Winkelposition entspricht einer Ausgangsposition. Wird der Exzenter 12 in eine zweite Winkelposition ε verdreht, so bewirkt dies den Hebelarm L31. Wird er in eine vierte Winkelposition φ verdreht, so entsteht der Hebelarm L33.
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Da sich die Flugzustände mit verhältnismäßig geringer Dynamik ändern, kann die Verstelleinrichtung mit geringer Dynamik ausgelegt werden. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, dass die Verstelleinrichtung einen relativ niedrigen Leistungsbedarf aufweist.
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Die Verstelleinrichtung 11 wird mittels nicht dargestellter stromlos blockierender Bremsen, Rasten oder Getriebe mit ausreichend großer Selbsthemmung gebremst. Dadurch können in vorteilhafter Weise die zyklischen Steueramplituden blattindividuell angepasst werden, ohne dass der Verstelleinrichtung 11 kontinuierlich Energie zugeführt werden muss.
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5 zeigt drei Lagen bzw. Positionen des Exzenters 12 in einer Querschnittsansicht. Diese drei Positionen entsprechen den zumindest zweiten Winkelpositionen ε, θ und φ, d.h. ε entspricht der bereits genannten zweiten, θ entspricht einer dritten und α entspricht der bereits genannten vierten Winkelposition. Bei Winkelposition ε des Exzenters weist der Hebelarm die Länge L31, bei Winkelposition θ eine Länge L32 und bei Winkelposition α die Länge L33, wobei L31>L32>L33 ist. Klargestellt ist zudem, dass die Länge L3 des Blatthebelarms 3 gleich groß bleibt. Es ist aber auch denkbar, dass die Länge des Blatthebelarms 3 verändert wird. Dies ließe sich beispielsweise mittels eines Linearmotors realisieren.
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Die 7 zeigt beispielhaft das Verhalten der Schwingungsamplitude für einen Hubschrauber mit 2 Rotorblattern 4a und 4b. Eine solche Rotorblatt-Konfiguration ist in 6 dargestellt, welche identisch mit der Konfiguration in 4 ist, wobei 6 zusätzlich ein Referenzsystem aufweist, das den Umlauf des Rotorblatts 4a bei 0°, 90°, 180° und 270° um die Rotationsachse 10 repräsentiert. Der Umlauf des zweiten Rotorblatts 4b ist entsprechend um 180° phasenverschoben.
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Das Rotorblatt 4a weist bei Stellungen 45°, 90° und 135° und das Rotorblatt 4b bei Stellungen 225°, 270° und 315° jeweils einen positive Anstellwinkel auf, welcher jeweils einen entsprechend großen Auftriebsbeiwert bereitstellt.
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Das Rotorblatt 4a weist bei Stellungen 225°, 270° und 315° und das Rotorblatt 4b bei Stellungen 45°, 90° und 135° jeweils einen negativen Anstellwinkel auf, welcher jeweils einen entsprechend großen Abtriebsbeiwert bereitstellt.
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Bei Stellungen 0° und 180° sind die Anstellwinkel der Rotorblätter 4a, 4b neutral.
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Im oberen Teil der Figur weist der nicht dargestellte Exzenter 12 bei beiden Rotorblättern 4a, 4b die gleiche Winkelposition auf, sodass
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 0° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 180°,
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 45° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 225°,
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 90° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 270°, und
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 135° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 315° entsprechen und die gleichen Auftriebsbeiwerte liefern; und sodass
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 180° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 0°,
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 225° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 45°,
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 270° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 90°, und
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 315° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 135° entsprechen und die gleichen Abtriebsbeiwerte liefern.
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Die gleiche Winkelposition des Exzenters 12 bezieht sich also immer auf die entsprechende Position der Rotorblätter 4a, 4b bezogen auf deren Umlauf um die Rotationsachse 10.
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Die jeweilige Winkelposition des Exzenters 12 indiziert beim ersten Rotorblatt 4a erste Schwingungsamplituden λ(4a) und beim zweiten Rotorblatt 4b korrespondierende zweite Schwingungsamplituden λ(4b). Die Schwingungsamplituden λ(4a) und λ(4b) sind vom Betrage her bezogen auf die jeweilige Umlaufposition gleich, d.h., bei 0° ist die Schwingungsamplitude λ(4a) des ersten Rotorblatts 4a vom Betrage her gleich der Schwingungsamplitude λ(4b) des zweiten Rotorblatts 4b, usw., wobei bei 90° und bei 270° die Amplituden maximal und bei 0° und 180° minimal sind.
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Im unteren Teil der Figur weist der nicht dargestellte Exzenter 12 bei beiden Rotorblättern 4a, 4b unterschiedlich große Winkelpositionen auf, sodass
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 0° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 180° entspricht und den gleichen Auftriebsbeiwert liefert;
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 45° größer als der Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 225° ist,
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 90° größer als der Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 270° ist, und
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 135° größer als der Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 315° ist und somit unterschiedlich große Auftriebsbeiwerte liefern; und sodass
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 180° dem Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 0° entspricht und den gleichen Abtriebsbeiwert liefert;
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 225° kleiner als der Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 45° ist,
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 270° kleiner als der Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 90° ist, und
- - ein Anstellwinkel des ersten Rotorblatts 4a bei 315° kleiner als der Anstellwinkel des zweiten Rotorblatts 4b bei 135° ist und somit unterschiedlich große Abtriebsbeiwerte liefern.
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Wenn ein erster negativer Anstellwinkel kleiner ist als ein zweiter negativer Anstellwinkel, dann bedeutet dies, dass der erste negative Anstellwinkel vom Betrage her größer ist als der zweite negative Anstellwinkel.
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Im Unterschied zum oberen Teil der 7 ist die Schwingungsamplitude λ(4a) des ersten Rotorblatts 4a bei den Winkelpositionen 45°, 90°, 135°, 225°, 270° und 315° vom Betrage her jeweils größer als die Schwingungsamplitude λ(4b) des zweiten Rotorblatts 4b bei den entsprechenden jeweiligen Winkelpositionen.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Anstellwinkel der Rotorblätter 4a, 4b stark übertrieben dargestellt sind, um die Effekte des verstellbaren Blatthebelarms 3 deutlicher darstellen zu können.
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8 zeigt eine beispielhafte Integration der Antriebskomponenten und Elektronik in einen Bereich des Blatthebelarms 3, der die Rotorblattwurzel 6 umgreift. Die Verstelleinrichtung 11 mit einem als Exzenter ausgebildeten Verstellelement 12 umfasst ein als ein Exzentergetriebe ausgebildetes Getriebe 14, einen Elektromotor 15 und eine Steuerelektronik 16, welche über einen Datenlink 17 mit einer Anschlussdose 18 verbunden ist.
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Grundsätzlich ist anzumerken, dass die Lage- bzw. Positionsveränderung des Blatthebelarms 3 durch die Gelenklager der Steuerstange aufgenommen werden können, da Verstellungen in der Regel höchstens eine Autorität im einstelligen Millimeterbereich aufweisen.
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Abhängig von den tatsächlichen Geometrien ist es aber denkbar, dass ggf. Anpassungen vorgenommen werden müssen. Sollte aufgrund kinematischer Randbedingungen, wie beispielsweise eingeschränkte Freigängigkeit der Steuerstange, etc., keine unmittelbare Veränderung des Abstands zwischen Drehpunkt und Kraftpunkt möglich sein, so kann, wie in 9 dargestellt, der Blatthebelarm um ein weiteres mechanisches Glied ergänzt werden.
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Gemäß der Anordnung in 9 wird die Bewegung der Taumelscheibe 1 durch die Steuerstange 2 nicht direkt auf den Blatthebelarm 3 übertragen, sondern zuerst über einen weiteren in einem zweiten Drehpunkt P2 gelagerten Hebel umgelenkt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind. Dies gilt insbesondere für die Verstelleinrichtung. Die Verstelleinrichtung 11 gem. den 4 bis 8 ist als ein Exzenter 12 ausgebildet, der die Position des Blatthebelarms 3 relativ zur Blattwurzelachse 5 verändert. D.h., der Blatthebelarm bleibt in seiner Länge gleich. Es ist jedoch auch denkbar beispielsweise einen Linearantrieb zu verwenden, der dann den Blatthebelarm 3 von einer zumindest ersten Länge in eine zumindest zweite Länge überführt, und umgekehrt.
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Der erfindungsgemäße Blatthebelarm kann selbstverständlich mit anderen Verstellsystemen, wie zum Beispiel in
DE 10 2009 001 393 A1 offenbart, kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Taumelscheibe
- 2
- Steuerstange
- 3
- Blatthebelarm
- 4
- Rotorblatt
- 4a
- erstes Rotorblatt
- 4b
- zweites Rotorblatt
- 5
- Rotorblattlängsachse, Längsachse Rotorblatt, Längsachse Rotorblattwurzel
- 6
- Rotorblattwurzel
- 7
- Tragflächenabschnitt
- 8
- Rotorblattwurzelabschnitt
- 9
- Blattanschlussbereich, Befestigungsflansch
- 10
- Rotationsachse
- 11
- Verstelleinrichtung
- 12
- Verstellelement, Exzenter
- 13
- lineare Bewegung
- 14
- Exzentergetriebe
- 15
- Motor, Elektromotor
- 16
- Steuerelektronik
- 17
- Datenlink
- 18
- Anschlussdose
- 19
- translatorische Bewegung
- L1
- Radius der Taumelscheibe
- L2
- Länge der Steuerstange
- L3
- Länge des Blatthebelarms
- L31, 32, 33
- Länge des Hebelarmes
- α
- Neigungswinkel der Taumelscheibe
- β
- Winkel der Rotorblatts
- ψ
- nichtlineares Übersetzungsverhältnis zwischen Taumelscheibe und Blatt
- λ
- Schwingungsamplituden der zyklischen Rotorblattverstellung
- ε, θ, α
- zumindest zweite Winkelposition
- λ(4a/b)
- Schwingungsamplitude(n) des Rotorblatt 4a/b
