DE102019114677B4 - Drehflügler mit einem Hauptrotor und Verfahren hierzu - Google Patents

Drehflügler mit einem Hauptrotor und Verfahren hierzu Download PDF

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Abstract

Drehflügler mit einem Hauptrotor (1) mit(1) einem Rotorkopf (3),(2) einer Rotorblattverstelleinrichtung (5) und(3) einer Mehrzahl an dem Rotorkopf (3) angeordneter Rotorblätter (7), die(3.1) sich jeweils radial entlang einer Blattlängsachse (9) von einer Blattwurzel (11) bis zu einer Blattspitze (13) erstrecken und(3.2) unter kontinuierlicher Veränderung eines Umlaufwinkels (ψ) in einer Rotorebene (15) rotieren können,(3.3) wobei der Umlaufwinkel (ψ) ein vorlaufendes Umlaufwinkelintervall (31) umfasst, in welchem das jeweilige Rotorblatt (7) vorläuft, und ein rücklaufendes Umlaufwinkelintervall (33) umfasst, in welchem das jeweilige Rotorblatt (7) zurückläuft, wobei(4) jedes Rotorblatt (7) entlang seiner Blattlängsachse (9) in eine Mehrzahl radial hintereinander angeordneter Blattsegmente (17, 19) unterteilt ist, die in einem primären Einstellwinkel (Θp) zur Rotorebene (15) ausgerichtet werden können, und(5) mindestens ein Blattsegment jedes Rotorblatts (7) ausgebildet ist als individuell verstellbares Blattsegment (17), das unabhängig von mindestens einem anderen Blattsegment (19) desselben Rotorblatts (7) um die Blattlängsachse (9) drehbar und/oder verwindbar ist, und(6) die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Umlaufwinkels (ψ)(6.1) durch ein von dem anderen Blattsegment (19) unabhängiges Drehen und/oder Verwinden des individuell verstellbaren Blattsegments (17) um die Blattlängsachse (9) relativ zu dem primären Einstellwinkel (Θp) einen sekundären Einstellwinkel Θs) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) einzustellen und dadurch(6.2) einen aus dem primären Einstellwinkel (Θp) und dem sekundären Einstellwinkel Θs) zusammengesetzten resultierenden Einstellwinkel (Θr), in welchem das individuell verstellbare Blattsegment (17) zur Rotorebene (15) ausgerichtet ist, gegenüber dem primären Einstellwinkel (Θp) zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, dass(7) die Rotorblattverstelleinrichtung (5) eine Steuereinheit (22) und Aktuatoren (21) hat, wobei die Steuereinheit (22) für eine automatische und von der Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers abhängige Ansteuerung der Aktuatoren (21) eingerichtet ist, sodass der sekundäre Einstellwinkel Θs) jedes individuell verstellbaren Blattsegments (17) automatisch in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers derart eingestellt wird,(8) dass in einem ersten Umlaufwinkelintervall (25), welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall (33) oder einem Teil hiervon entspricht, der sekundäre Einstellwinkel Θs) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) so eingestellt wird, dass der resultierende Einstellwinkel (Θr) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) zwischen +90° und +180° beträgt und somit bei rückwärtiger Anströmung des individuell verstellbaren Blattsegments (17) dessen Vorderkante von unten angeströmt wird oder zwischen 0° und -90° beträgt und somit bei rückwärtiger Anströmung des individuell verstellbaren Blattsegments (17) dessen Hinterkante von unten angeströmt wird, sodass bei rückwärtiger Anströmung das mindestens eine individuell verstellbare Blattsegment (17) so verstellt wird, dass es trotz rückwärtiger Anströmung einen für die Auftriebserzeugung erforderlichen positiven Anstellwinkel aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Drehflügler mit einem Hauptrotor mit einem Rotorkopf, einer Rotorblattverstelleinrichtung und einer Mehrzahl an dem Rotorkopf angeordneter Rotorblätter, die sich jeweils radial entlang einer Blattlängsachse von einer Blattwurzel bis zu einer Blattspitze erstrecken und unter kontinuierlicher Veränderung eines Umlaufwinkels in einer Rotorebene rotieren können gemäß den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Steuern eines solchen Hauptrotors eines Drehflüglers.
  • Unter einem Hauptrotor wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Rotor eines Drehflüglers verstanden, der für die Auftriebserzeugung bestimmt ist. Der Begriff Rotor wird im weiteren Verlauf der Anmeldung synonym zu dem Begriff Hauptrotor verwendet, sofern dies nicht anders gekennzeichnet ist.
  • Unter einer Rotorebene wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung in Übereinstimmung mit der Fachliteratur eine Ebene verstanden, in der die Rotorblätter während des Betriebs des Hauptrotors rotieren können. Eine solche Rotorebene wird auch als Drehebene, Rotordrehebene oder Rotationsebene bezeichnet. Unter einer Unterseite der Rotorebene wird eine nach unten (d.h. in Richtung der Gewichtskraft) weisende Seite der Rotorebene verstanden und unter einer Oberseite der Rotorebene wird eine nach oben (d.h. entgegen der Gewichtskraft) weisende Seite der Rotorebene verstanden.
  • Unter einem Umlaufwinkel (in der Literatur auch als Azimut bezeichnet) wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung in Übereinstimmung mit der Fachliteratur ein von dem Rotorblatt in der Rotorebene gebildeter Winkel verstanden, der sich während des Betriebs des Hauptrotors mit der Rotation des Rotorblatts kontinuierlich verändert und die Blattstellung des Rotorblatts in der Rotorebene zu einem gegebenen Zeitpunkt beschreibt. Der Umlaufwinkel kann demnach Werte zwischen 0° und 360° einnehmen, wobei ein Umlaufwinkel von 360° gleichbedeutend mit einem Umlaufwinkel von 0° ist. Der Umlaufwinkel kann in Übereinstimmung mit einer üblichen Definition insbesondere ein Winkel in der Rotorebene zwischen dem Rotorblatt und dem Heck des Drehflüglers sein, d. h. so definiert sein, dass er in der Blattstellung über dem Heck des Drehflüglers seinen Ursprung hat.
  • Unter einem Umlaufwinkelintervall wird ein Intervall des Umlaufwinkels verstanden.
  • Der Umlaufwinkel umfasst ein vorlaufendes Umlaufwinkelintervall und ein rücklaufendes Umlaufwinkelintervall. Unter einem vorlaufenden Umlaufwinkelintervall wird dabei ein Intervall des Umlaufwinkels verstanden, in welchem das Rotorblatt vorläuft, d. h. ein Intervall des Umlaufwinkels, in welchem sich das Rotorblatt von hinten nach vorn (vom Heck zum Bug des Drehflüglers) bewegt. Unter einem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall wird dementsprechend ein Intervall des Umlaufwinkels verstanden, in welchem das Rotorblatt zurückläuft, d. h. ein Intervall des Umlaufwinkels, in welchem sich das Rotorblatt von vorn nach hinten (vom Bug zum Heck des Drehflüglers) bewegt. Ist der Umlaufwinkel in der zuvor genannten Art definiert, d.h. als Winkel zwischen dem Rotorblatt und dem Heck des Drehflüglers so definiert, dass der Umlaufwinkel in der Blattstellung über dem Heck des Drehflüglers seinen Ursprung hat, entspricht ein Umlaufwinkelintervall von 180° bis 360° dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall und ein Umlaufwinkelintervallintervall von 0° bis 180° dem vorlaufenden Umlaufwinkelintervall.
  • Jedes Rotorblatt des Hauptrotors weist eine Vorderkante (in der Literatur auch als Blattvorderkante oder Nasenkante bezeichnet) und eine Hinterkante (in der Literatur auch als Blatthinterkante bezeichnet) auf. Die Vorderkante des Rotorblatts ist dabei die Kante des Rotorblatts, welche beim herkömmlichen bestimmungsgemäßen Gebrauch des Rotorblatts in Drehrichtung betrachtet vorne angeordnet ist und die Hinterkante ist die Kante des Rotorblatts, die beim herkömmlichen bestimmungsgemäßen Gebrauch des Rotorblatts in Drehrichtung betrachtet hinten angeordnet ist. Jedes Rotorblatt weist außerdem eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Oberseite und die Unterseite des Rotorblatts sind dabei die Seiten des Rotorblatts, welche beim herkömmlichen bestimmungsgemäßen Gebrauch des Rotorblatts nach oben (d.h. entgegen der Gewichtskraft) bzw. unten (d.h. in Richtung der Gewichtskraft) zeigen.
  • Als Profilsehne des Rotorblatts wird in Übereinstimmung mit der aktuellen Definition in der Fachliteratur eine gedachte Verbindungslinie zwischen der Vorderkante und der Hinterkante des Rotorblattprofils bezeichnet.
  • Die Begriffe Einstellwinkel (englisch: Angle of Incidence) und Anstellwinkel (englisch: Angle of Attack) werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung in Übereinstimmung mit ihrer Bedeutung in der Fachliteratur verwendet. Als Einstellwinkel wird dementsprechend ein Winkel zwischen einer lokalen Profilsehne des Rotorblatts und der Rotorebene bezeichnet, der in einer senkrecht auf der Blattlängsachse stehenden Ebene gemessen wird. Unter einem Anstellwinkel (englisch: Angle of Attack) wird ein sogenannter effektiver Anstellwinkel verstanden, d. h. als Anstellwinkel wird ein Winkel zwischen der lokalen Profilsehne und der resultierenden (d. h. effektiven) Anströmrichtung bezeichnet, der ebenfalls in der senkrecht auf der Blattlängsachse stehenden Ebene gemessen wird. Der Winkel zwischen der resultierenden Anströmrichtung und der Rotorebene wird im Rahmen dieser Anmeldung als Einströmwinkel bezeichnet.
  • Bei einem Einstellwinkel von 0° entspricht die Ausrichtung der lokalen Profilsehne der Ausrichtung der Rotorebene, wobei die Vorderkante des Rotorblatts in Drehrichtung zeigt. Der Einstellwinkel kann grundsätzlich positive Werte zwischen 0° und 180° sowie negative Werte zwischen 0° und -180° annehmen. Bei einem positiven Einstellwinkel zeigt die Vorderkante des Rotorblatts im Verhältnis zur Rotorebene nach oben, d.h. die lokale Profilsehne des Rotorblatts verläuft in einer von der Hinterkante zur Vorderkante des Rotorblatts betrachteten Richtung von unten nach oben durch die Rotorebene. Bei einem negativen Einstellwinkel zeigt die Vorderkante des Rotorblatts im Verhältnis zur Rotorebene nach unten, d.h. die lokale Profilsehne des Rotorblatts verläuft in einer von der Hinterkante zur Vorderkante des Rotorblatts betrachteten Richtung von oben nach unten durch die Rotorebene. Bei einem Einstellwinkel von 90° oder -90° ist die lokale Profilsehne demnach senkrecht zur Rotorebene ausgerichtet, wobei die Vorderkante des Rotorblatts bei einem Einstellwinkel von 90° nach oben zeigt und bei einem Einstellwinkel von -90° nach unten zeigt. Bei einem Einstellwinkel von 180°, der gleichbedeutend mit einem Einstellwinkel von -180° ist, entspricht die Ausrichtung der lokalen Profilsehne der Ausrichtung der Rotorebene, wobei die Vorderkante des Rotorblatts entgegen der Drehrichtung zeigt.
  • Der Einstellwinkel kann in vier Quadranten unterteilt werden, wobei der Einstellwinkel im ersten Quadranten zwischen 0° und 90° beträgt, im zweiten Quadranten zwischen 90° und 180° beträgt, im dritten Quadranten zwischen -180° und -90° beträgt und im vierten Quadranten zwischen -90° und 0° beträgt.
  • In entsprechender Weise ist bei einem Anstellwinkel von 0° die lokale Profilsehne parallel zur resultierenden Anströmrichtung ausgerichtet, wobei die Vorderkante des Rotorblatts entgegen der Anströmrichtung zeigt, d. h. die Anströmung verläuft im Bereich der lokalen Profilsehne von der Vorderkante zur Hinterkante des Rotorblatts. Der Anstellwinkel kann ebenfalls grundsätzlich positive Werte zwischen 0° und 180° sowie negative Werte zwischen 0° und -180° annehmen. Bei einem positiven Anstellwinkel zeigt die Vorderkante des Rotorblatts im Verhältnis zur resultierenden Anströmrichtung nach oben, d.h. im Bereich der lokalen Profilsehne wird das Rotorblatt von seiner Unterseite angeströmt. Bei einem negativen Anstellwinkel zeigt die Vorderkante des Rotorblatts im Verhältnis zur resultierenden Anströmrichtung nach unten, d.h. im Bereich der lokalen Profilsehne wird das Rotorblatt von seiner Oberseite angeströmt. Bei einem Anstellwinkel von 90° oder -90° ist die lokale Profilsehne demnach senkrecht zur resultierenden Anströmrichtung ausgerichtet. Bei einem Anstellwinkel von 180°, der einem Anstellwinkel von -180° entspricht, ist die lokale Profilsehne parallel zur resultierenden Anströmrichtung ausgerichtet, wobei die Vorderkante des Rotorblatts in Anströmrichtung zeigt, d. h. die Anströmung verläuft im Bereich der lokalen Profilsehne von der Hinterkante zur Vorderkante des Rotorblatts.
  • Die Begriffe „Verwindung“ und „Torsion“ sowie „verwinden“ und „tordieren“ werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet.
  • Die im Rahmen dieser Anmeldung erläuterten Zusammenhänge werden überwiegend exemplarisch am Beispiel eines Hubschraubers dargestellt. Sie gelten aber analog hierzu - sofern dies nicht anderweitig gekennzeichnet ist - ebenso für andere Drehflügler, z. B. für Verbundhubschrauber, Flugschrauber oder Kombinationsflugschrauber.
  • Die Höchstgeschwindigkeit von Hubschraubern wird durch die Aerodynamik der Rotorblätter begrenzt. Während im Schwebeflug und im senkrechten Steig- oder Sinkflug die Anströmverhältnisse in der Rotorebene an jeder Position im Umlauf eines Rotorblatts, d.h. für jeden Umlaufwinkel, grundsätzlich gleich sind, treten im Vorwärtsflug von Hubschraubern und anderen Drehflüglern über den Umlauf des Rotorblatts betrachtet Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse auf, die mit der Fluggeschwindigkeit proportional zunehmen. Dies liegt darin begründet, dass sich die Fluggeschwindigkeit und die Rotationsgeschwindigkeit am Rotorblatt überlagern, wobei das Ergebnis dieser Überlagerung maßgeblich vom Umlaufwinkel abhängt. Das umlaufende Rotorblatt ist daher periodischen Änderungen von Anströmgeschwindigkeit und Anströmrichtung ausgesetzt.
  • Zum einen kann die maximale Fluggeschwindigkeit durch das vorlaufende Rotorblatt begrenzt werden. Am vorlaufenden Rotorblatt addieren sich die Rotationsgeschwindigkeit und die Fluggeschwindigkeit, so dass sich insbesondere an der Blattspitze sehr hohe resultierende Anströmgeschwindigkeiten ergeben. In der Praxis kann bei hohen Fluggeschwindigkeiten die resultierende Anströmgeschwindigkeit an der Blattspitze Machzahlen M von bis zu 0,9 erreichen und sich damit der Schallgeschwindigkeit (M = 1) annähern. Damit gehen jedoch Kompressibilitätseffekte und transsonische Phänomene wie Stoßwellenbildung und Buffeting einher, die zu einem starken Abfall des Auftriebs, einer starken Erhöhung des Widerstands, großen aerodynamischen Momenten sowie starken Schwingungen der Rotorblätter in Verbindung mit einer kritischen Beanspruchung des Materials führen können. Des Weiteren bewirken derart hohe Machzahlen außerordentlich starke Lärmemissionen. Die maximale Machzahl der jeweils vorlaufenden Seite des Rotors muss daher in der Praxis kleiner als 0,9 gehalten werden, wodurch die maximale Fluggeschwindigkeit bei gegebener Drehzahl und gegebenem Durchmesser des Rotors begrenzt wird.
  • Des Weiteren kann die maximale Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers durch das rücklaufende Rotorblatt begrenzt werden. Auf der rücklaufenden Seite des Rotors subtrahieren sich die Rotationsgeschwindigkeit und die Fluggeschwindigkeit, so dass hier bei hohen Fluggeschwindigkeiten nahezu inkompressible Strömungszustände mit Machzahlen M < 0,4 an der Blattspitze vorherrschen. Die Kombination aus großen Anstellwinkeln und geringen Strömungsgeschwindigkeiten (geringer Staudruck) kann am rücklaufenden Rotorblatt allerdings zu Strömungsabrissen und damit zum Auftriebsverlust führen.
  • Im Innenbereich des Rotors, d.h. im näher an der Blattwurzel angeordneten Bereich des Rotorblatts, der eine vergleichsweise geringe Rotationsgeschwindigkeit (Bahngeschwindigkeit) aufweist, wird das rücklaufende Rotorblatt sogar von hinten angeströmt, d.h. die resultierende Anströmrichtung verläuft hier bei einem herkömmlichen Rotor nicht wie vorgesehen von der Vorderkante zur Hinterkante des Rotorblatts, sondern von der Hinterkante zur Vorderkante (sogenannte rückwärtige Anströmung). Ein Bereich des Rotorblatts, der von einer solchen rückwärtigen Anströmung betroffen ist, wird als Bereich rückwärtiger Anströmung bezeichnet. Solche Bereiche rückwärtiger Anströmung erzeugen bei herkömmlichen Rotoren in unerwünschter Weise Abtrieb statt Auftrieb. Bei herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Hubschraubern sind bei hohen Fluggeschwindigkeiten ausgehend von der Blattwurzel knapp 40 % des Rotorblatts von rückwärtiger Anströmung betroffen.
  • Ein Umlaufwinkelintervall, in welchem das Rotorblatt einen Bereich rückwärtiger Anströmung aufweist, wird im Rahmen dieser Anmeldung als Umlaufwinkelintervall rückwärtiger Anströmung bezeichnet.
  • Da aus den genannten Gründen die Auftriebserzeugung des rücklaufenden Rotorblatts bei hohen Fluggeschwindigkeiten sehr begrenzt ist, kann das große Potential der vorlaufenden Seite zur Auftriebserzeugung nicht zufriedenstellend genutzt werden. Um dieser Problematik entgegenzuwirken, könnte grundsätzlich z.B. die Drehzahl des Hauptrotors erhöht werden. Eine solche Erhöhung der Drehzahl ist wegen des zuvor erläuterten Erreichens hoher Machzahlen an der Blattspitze des vorlaufenden Rotorblatts allerdings nur begrenzt oder gar nicht möglich.
  • Hinzu kommt, dass die Problematik der rückwärtigen Anströmung des rücklaufenden Rotorblatts durch aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahmen, die eine Begrenzung der Machzahl des vorlaufenden Rotorblatts bezwecken, sogar verschärft wird. Zu diesem Zweck wird nämlich üblicherweise die Drehzahl des Rotors verringert, um die maximale Machzahl M auf der vorlaufenden Seite des Rotors kleiner oder gleich 0,9 zu halten. Dies bedingt zwangsläufig eine Vergrößerung der Bereiche rückwärtiger Anströmung des rücklaufenden Rotorblatts, die dann ausgehend von der Blattwurzel bis zu ca. 80 % des Rotorblattradius ausmachen können, d. h. bei maximaler Fluggeschwindigkeit können bis zu ca. 80 % des Rotorblatts Abtrieb statt Auftrieb erzeugen.
  • Drehflügler wie Hubschrauber, Verbundhubschrauber, Flugschrauber oder Kombinationsflugschrauber verfügen üblicherweise über eine kollektive Blattverstellung und eine zyklische Blattverstellung, mit denen der Einstellwinkel der Rotorblätter und damit auch ihr Anstellwinkel verstellt werden können. Zur Übertragung von Steuerbefehlen der kollektiven und zyklischen Blattsteuerung vom nicht-drehenden System in das drehende System des Hauptrotors dient dabei üblicherweise eine Taumelscheibe, die zur zyklischen Blattverstellung nach allen Seiten kippbar und zur kollektiven Blattverstellung axial verschiebbar gelagert ist.
  • Aus den oben erläuterten Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse, die mit der Fluggeschwindigkeit zunehmen, resultieren neben einem Auftriebsverlust auch andere unerwünschte Effekte wie verstärkte Vibrationen und Geräuschemissionen. Um dieser Problematik zu begegnen, sind aus dem Stand der Technik Konzepte der aktiven Rotorsteuerung bekannt. Im Rahmen einer solchen aktiven Rotorsteuerung, die der kollektiven und zyklischen Blattverstellung überlagert wird, werden der Einstellwinkel des gesamten Rotorblatts oder die Ausrichtung einer an einer Vorderkante oder Hinterkante des Rotorblatts angeordneten Klappe mehrfach pro Umdrehung periodisch variiert. Solche Ansätze sind beispielsweise als höherharmonische Steuerung (englisch: Higher Harmonic Control, HHC) oder individuelle Blattsteuerung (englisch: Individual Blade Control, IBC) bekannt.
  • Beispielsweise ist aus der DE 101 25 178 A1 eine individuelle Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauber-Hauptrotor bekannt. Die Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung weist eine Taumelscheibe auf, die zur kollektiven und monozyklischen Blattverstellung dient. Der Einstellwinkel jedes Rotorblatts ist dabei steuerbar durch Einsteuerung einer Vertikalbewegung an dem Blatthorn des Rotorblatts, welches mit einem zugeordneten Anlenkpunkt an der Taumelscheibe verbunden ist. Zwischen den Blatthörnern der Rotorblätter und den zugeordneten Anlenkpunkten an der Taumelscheibe ist jeweils ein Linear-Aktuator vorgesehen, welcher die konventionelle Steuerstange ersetzt, die bei Rotoren ohne individuelle Blattsteuerung an dieser Stelle angeordnet ist. Die Linear-Aktuatoren sind in ihrer Länge veränderbar, so dass zusätzlich zu der kollektiven und monozyklischen Blattsteuerung individuelle höherharmonische Steuerbewegungen der Rotorblätter erzeugt werden können.
  • Mit derartigen Systemen zur aktiven Rotorsteuerung konnten in der Vergangenheit beachtliche Verbesserungen der aerodynamischen Eigenschaften von Hubschraubern-Hauptrotoren erzielt werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte weisen allerdings auch Nachteile auf. Zum einen sehen die bekannten Konzepte aktiver Rotorsteuerung lediglich kleine Änderungen des Einstellwinkels im Bereich weniger Grad vor, während die Anströmrichtung innerhalb der Rotorebene gerade bei hohen Fluggeschwindigkeiten deutlicher größere Variationen aufweist. Zum anderen können die aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte nur einen geringen Beitrag zur Überwindung der Probleme leisten, die sich aus den Variationen der resultierenden Anströmrichtung über den Rotorradius (d. h. von der Blattwurzel bis zur Blattspitze) ergeben. Dies liegt darin begründet, dass zur Veränderung des Einstellwinkels stets eine Drehung oder Verwindung des gesamten Rotorblatts vorsehen. Dadurch eignen sich die bekannten Konzepte bereits prinzipbedingt nicht zur Überwindung der oben beschriebenen Problematik rückwärtiger Anströmung des Rotorblatts.
  • Aus der DE 101 25 178 A1 ist eine individuelle Rotorblatt-Steuerungsvorrichtung bekannt. Aus der US 2 693 241 A ist ein segmentweise verstellbares Rotorblatt für Helikopter bekannt. Aus der US 5 263 846 A ist ein segmentweise selbstverstellbares Rotorsystem bekannt. Aus der US 2 978 039 A ist ein Luftfahrzeugpropeller für kombinierte Flugzeug-Helikopter-Flugmaschinen bekannt. Aus der US 2015 / 0 104 314 A1 ist ein adaptiv-verbindbares Rotorblatt sowie ein damit ausgestattetes Luftfahrzeug bekannt. Aus der GB 606 784 A gehen Vorschläge für die Verbesserung von Drehflügel-Systemen für Luftfahrzeuge hervor. Aus der gattungsgemäßen US 3 148 733 A geht ein segmentweise verstellbares Rotorblatt für Drehflügler hervor. Aus der US 3 227 221 A geht eine Rotorblattkonstruktion für Helikopter hervor. Aus der US 3 213 944 A gehen Stabilisierungsvorrichtungen für Helikopter hervor. Aus der FR 851 766 A gehen Verbesserungen an Rotoren für Luftfahrzeuge hervor.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zur Verbesserung der aerodynamischen Leitungsfähigkeit von Hauptrotoren für Hubschrauber und andere Drehflügler bereitzustellen, mit der die genannten Nachteile vorbekannter Lösungen ganz oder teilweise überwunden werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Drehflügler mit einem Hauptrotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Es wird somit vorgeschlagen, dass bei einem Hauptrotor für einen Drehflügler der eingangs genannten Art
    • - jedes Rotorblatt entlang seiner Blattlängsachse in eine Mehrzahl radial hintereinander angeordneter Blattsegmente unterteilt ist, die in einem primären Einstellwinkel zur Rotorebene ausgerichtet werden können, und
    • - mindestens ein Blattsegment jedes Rotorblatts ausgebildet ist als individuell verstellbares Blattsegment, das unabhängig von mindestens einem anderen Blattsegment desselben Rotorblatts um die Blattlängsachse drehbar und/oder verwindbar ist, und
    • - die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Umlaufwinkels durch ein von dem anderen Blattsegment unabhängiges Drehen und/oder Verwinden des individuell verstellbaren Blattsegments um die Blattlängsachse relativ zu dem primären Einstellwinkel einen sekundären Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments einzustellen und dadurch einen aus dem primären Einstellwinkel und dem sekundären Einstellwinkel zusammengesetzten resultierenden Einstellwinkel, in welchem das individuell verstellbare Blattsegment zur Rotorebene ausgerichtet ist, gegenüber dem primären Einstellwinkel zu verstellen.
  • Es wird somit vorgeschlagen, jedes Rotorblatt in radialer Richtung in eine Mehrzahl von Blattsegmenten zu unterteilen. Eines dieser Blattsegmente, mehrere Blattsegmente oder alle Blattsegmente können dabei jeweils als individuell verstellbares Blattsegment der oben beschriebenen Art ausgebildet sein, dessen resultierender Einstellwinkel, der sich aus dem primären Einstellwinkel und dem sekundären Einstellwinkel zusammensetzt, unabhängig von mindestens einem anderen Blattsegment desselben Rotorblatts verstellt werden kann. Jedes Rotorblatt kann somit neben einem individuell verstellbaren Blattsegment weitere individuell verstellbare Blattsegmente und/oder nicht individuell verstellbare Blattsegmente aufweisen.
  • Das mindestens eine individuell verstellbare Blattsegment jedes Rotorblatts erstreckt sich über die gesamte Tiefe des Profils des Rotorblatts.
  • Das mindestens eine individuell verstellbare Blattsegment ist unabhängig von mindestens einem anderen Blattsegment desselben Rotorblatts um die Blattlängsachse drehbar und/oder verwindbar. Das mindestens eine andere Blattsegment kann dabei ebenfalls ein individuell verstellbares Blattsegment oder ein nicht individuell verstellbares Blattsegment sein. Ebenso kann das individuell verstellbare Blattsegment natürlich unabhängig von einer Mehrzahl anderer Blattsegmente desselben Rotorblatts um die Blattlängsachse drehbar und/oder verwindbar sein. In diesem Fall kann die Mehrzahl anderer Blattsegmente desselben Rotorblatts individuell verstellbare und/oder nicht individuell verstellbare Blattsegmente umfassen. Das mindestens eine individuell verstellbare Blattsegment kann insbesondere unabhängig von dem mindestens einen anderen Blattsegment desselben Rotorblatts um einen Hauptholm des Rotorblatts drehbar und/oder verwindbar sein.
  • Die Blattsegmente jedes Rotorblatts können in einem primären Einstellwinkel zur Rotorebene ausgerichtet werden. Dieser primäre Einstellwinkel kann sich insbesondere aus einem durch eine kollektive Blattverstellung und/oder eine zyklische Blattverstellung vorgegebenen Steuerwinkel in Verbindung mit einer eingebauten Blattverwindung des Rotorblatts, d.h. in Verbindung mit der Blattgeometrie, ergeben. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Hauptrotor dabei insbesondere so ausgebildet sein, dass mittels einer kollektiven Blattverstellung und/oder einer zyklischen Blattverstellung der primäre Einstellwinkel sämtlicher Blattsegmente jedes Rotorblatts verstellt werden kann, insbesondere im gleichen Maße verstellt werden kann. Zu diesem Zweck kann z.B. in an sich bekannter Weise das gesamte Rotorblatt um seine Längsachse gedreht und/oder verwunden werden. Denkbar ist es aber auch, dass der erfindungsgemäße Hauptrotor nicht über eine kollektive oder zyklische Blattverstellung verfügt. In diesem Fall kann der primäre Einstellwinkel ausschließlich durch die Blattgeometrie in Form der eingebauten Blattverwindung vorgegeben sein. Denkbar ist grundsätzlich auch, dass der erfindungsgemäße Hauptrotor nur über eine kollektive Blattverstellung oder nur über eine zyklische Blattverstellung verfügt, so dass der primäre Einstellwinkel sich aus der Blattgeometrie in Verbindung mit der zyklischen bzw. kollektiven Blattverstellung ergibt.
  • Denkbar ist es grundsätzlich auch, dass der erfindungsgemäße Hauptrotor für eine aktive Rotorsteuerung der zuvor erläuterten Art eingerichtet ist, wobei die aktive Rotorsteuerung der kollektiven und der zyklischen Blattverstellung überlagert wird. Der primäre Einstellwinkel ergibt sich in diesem Fall aus der Überlagerung der kollektiven und zyklischen Blattverstellung mit der aktiven Rotorsteuerung in Verbindung mit der Blattgeometrie.
  • Die Rotorblattverstelleinrichtung des erfindungsgemäßen Hauptrotors ist für eine individuelle Blattsegmentverstellung eingerichtet. Im Rahmen dieser individuellen Blattsegmentverstellung wird durch ein von dem mindestens einen anderen Blattsegment unabhängiges Drehen und/oder Verwinden des individuell verstellbaren Blattsegments um die Blattlängsachse, z.B. um den Hauptholm des Rotorblatts, ein sekundärer Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments relativ zu den primären Einstellwinkel eingestellt. Der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments wird demnach dem zuvor erläuterten primären Einstellwinkel überlagert. Bei einem positiven sekundären Einstellwinkel wird durch die individuelle Blattsegmentverstellung der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel vergrößert. Bei einem negativen sekundären Einstellwinkel wird durch die individuelle Blattsegmentverstellung der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel verringert. Wenn der sekundäre Einstellwinkel einen Wert von Null aufweist, so entspricht der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments dem primären Einstellwinkel.
  • Durch die individuelle Blattsegmentverstellung kann das individuell verstellbare Blattsegment daher in einem resultierenden Einstellwinkel zur Rotorebene ausgerichtet werden, der sich aus der Überlagerung des primären Einstellwinkels und des sekundären Einstellwinkels ergibt. Der sekundäre Einstellwinkel kann dabei unabhängig von dem mindestens einen anderen Blattsegment eingestellt werden, indem das individuell verstellbare Blattsegment gegenüber dem anderen Blattsegment gedreht und/oder verwunden wird.
  • In einer von mehreren möglichen Ausführungsformen kann jedes Rotorblatt beispielsweise genau ein individuell verstellbares Blattsegment aufweisen und der verbleibende Teil des Rotorblatts von herkömmlicher Bauart sein, sodass jedes Rotorblatt zwei Blattsegmente umfasst, nämlich genau ein individuell verstellbares Blattsegment und genau ein anderes Blattsegment, das ein nicht individuell verstellbares Blattsegment ist. In anderen Ausführungsformen kann jedes Rotorblatt aber auch mehrere individuell verstellbare Blattsegmente aufweisen.
  • Das Einstellen des sekundären Einstellwinkels und das damit einhergehende Verstellen des resultierenden Einstellwinkels des individuell verstellbaren Blattsegments erfolgen in Abhängigkeit des Umlaufwinkels. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments an die mit dem Umlaufwinkel variierenden Anströmverhältnisse anzupassen. Hierzu ist es beispielsweise denkbar, dass der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments nur innerhalb eines bestimmten Umlaufwinkelintervalls gegenüber dem primären Einstellwinkel verstellt wird und im verbleibenden Bereich des Umlaufwinkels, d. h. für außerhalb dieses Umlaufwinkelintervalls liegende Werte des Umlaufwinkels, dem primären Einstellwinkel entspricht. Das Einstellen des sekundären Einstellwinkels und das damit einhergehende Verstellen des resultierenden Einstellwinkels können insbesondere periodisch mit dem Umlauf des Rotorblatts erfolgen.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil, dass sie es grundsätzlich erlaubt, trotz der erheblichen Ungleichförmlichkeiten der Anströmverhältnisse, die insbesondere bei hoher Fluggeschwindigkeit auftreten, im gesamten Bereich der Rotorkreisfläche, d.h. sowohl über den gesamten Radius als auch über den gesamten Umlauf des Rotorblatts, Auftrieb zu erzeugen. Dies wird zum einen durch die Unterteilung des Rotorblatts in mehrere radial hintereinander angeordnete Blattsegmente erreicht, wobei mindestens ein Blattsegment individuell verstellbar ist. Dadurch ist es grundsätzlich möglich, trotz der über den Rotorradius variierenden Anströmrichtung über den gesamten Rotorradius Auftrieb zu erzeugen, in dem für jedes der radial hintereinander angeordneten Blattsegmente ein für die Auftriebserzeugung erforderlicher Anstellwinkel eingestellt wird. Zum anderen wird dies dadurch erreicht, dass die individuelle Blattsegmentverstellung in Abhängigkeit des Umlaufwinkels erfolgt. Trotz erheblicher Änderungen der Anströmverhältnisse über den Umlauf des Rotorblatts ist es auf diese Weise möglich, über den gesamten Umlauf Auftrieb zu erzeugen, indem mittels der individuellen Blattsegmentverstellung ein für die Auftriebserzeugung erforderlicher Anstellwinkel eingestellt wird.
  • Insbesondere bietet die Erfindung den Vorteil, dass auch die Bereiche rückwärtiger Anströmung, die aufgrund der oben erläuterten Zusammenhänge bei konventionellen Rotoren unvermeidbaren Abtrieb erzeugen, für die Auftriebserzeugung genutzt werden können. Dies gelingt, indem bei rückwärtiger Anströmung das mindestens eine individuell verstellbare Blattsegment so verstellt wird, dass es trotz rückwärtiger Anströmung einen für die Auftriebserzeugung erforderlichen positiven Anstellwinkel aufweist. Auf die Möglichkeiten zur Erzeugung von Auftrieb in Bereichen rückwärtiger Anströmung wird später noch näher eingegangen.
  • Im Ergebnis erlaubt der Einsatz der Erfindung eine erhebliche Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften des Hauptrotors und eine verbesserte Auftriebserzeugung insbesondere des rücklaufenden Rotorblatts. Dadurch können durch das rücklaufende Rotorblatt verursachte Begrenzungen der maximalen Fluggeschwindigkeit überwunden und somit deutlich höhere Fluggeschwindigkeiten von Hubschraubern und anderen Drehflüglern realisiert werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, den sekundären Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments automatisch in Abhängigkeit einer Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers einzustellen.
  • Denkbar ist es insbesondere, dass mit zunehmender Fluggeschwindigkeit ein betragsmäßig größerer sekundärer Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments eingestellt wird. Ein solches von der Fluggeschwindigkeit abhängiges Einstellen des sekundären Einstellwinkels ist zweckmäßig, da die Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse des Rotorblatts proportional mit der Fluggeschwindigkeit zunehmen. So treten beispielsweise Bereiche rückwärtiger Anströmung des Rotorblatts in nennenswertem Umfang erst bei höherer Fluggeschwindigkeit auf, sodass erst bei höherer Fluggeschwindigkeit eine für rückwärtige Anströmung geeignete Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments erforderlich ist.
  • Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass der sekundäre Einstellwinkel in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers eingestellt wird, was den Vorteil bietet, dass auf diese Weise die individuelle Blattsegmentverstellung an die von der Fluggeschwindigkeit abhängigen Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse angepasst werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das individuell verstellbare Blattsegment näher an der Blattwurzel des Rotorblatts angeordnet ist als das andere Blattsegment desselben Rotorblatts.
  • Dabei kann insbesondere das mindestens eine individuell verstellbare Blattsegment näher an der Blattwurzel des Rotorblatts angeordnet sein als mindestens ein anderes nicht individuell verstellbares Blattsegment. Vorgeschlagen wird somit, dass zumindest ein im Verhältnis zu einem anderen Blattsegment näher an der Blattwurzel angeordnetes Blattsegment individuell verstellbar ausgebildet ist.
  • Eine solche Weiterbildung der Erfindung, bei der das individuell verstellbare Blattsegment näher an der Blattwurzel angeordnet ist als das andere Blattsegment, bietet den Vorteil, dass dadurch besonders effektiv auf die veränderlichen Anströmverhältnisse am rücklaufenden Rotorblatt reagiert werden kann. Dies liegt darin begründet, dass die Rotationsgeschwindigkeit (Bahngeschwindigkeit) im inneren, d.h. näher an der Blattwurzel angeordneten Bereich des Rotorblatts geringer ist als im äußeren, d.h. weiter entfernt von der Blattwurzel angeordneten Bereich des Rotorblatts. Die näher an der Blattwurzel angeordneten Bereiche des Rotorblatts erfahren daher bei höherer Fluggeschwindigkeiten besonders starke Änderungen der aus der Überlagerung von Rotationsgeschwindigkeit (Bahngeschwindigkeit) und Fluggeschwindigkeit resultierenden Anströmgeschwindigkeit und -richtung. Insbesondere bietet eine solche Weiterbildung der Erfindung den Vorteil, dass der Bereich rückwärtiger Anströmung des rücklaufenden Rotorblatts, der sich grundsätzlich ausgehend von der Blattwurzel radial nach außen erstreckt, für eine Auftriebserzeugung nutzbar gemacht werden kann, indem der resultierende Einstellwinkel des näher an der Blattwurzel angeordneten individuell verstellbaren Blattsegments entsprechend gegenüber dem primären Einstellwinkel verstellt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, den primären Einstellwinkel der Mehrzahl von Blattsegmenten durch eine kollektive Blattverstellung und/oder durch eine zyklische Blattverstellung zu verstellen.
  • Wie oben bereits erläutert wurde, wird in diesem Fall der sekundäre Einstellwinkel dem durch die kollektive und/oder zyklische Blattverstellung eingestellten primären Einstellwinkel überlagert. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die individuelle Blattsegmentverstellung der kollektiven Blattverstellung und/oder der zyklischen Blattverstellung überlagert wird.
  • Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass die bewährten Steuerungsmechanismen der kollektiven und/oder zyklischen Blattverstellung genutzt werden können und zugleich die Leistungsfähigkeit des Hauptrotors durch die individuelle Blattsegmentverstellung verbessert werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet sein, den primären Einstellwinkel der Mehrzahl von Blattsegmenten durch eine aktive Rotorsteuerung zu verstellen, insbesondere durch eine höherharmonische Steuerung und/oder eine individuelle Blattsteuerung und/oder eine aktive Verwindung und/oder eine lokale Blattsteuerung zu verstellen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Blattsegmente jedes Rotorblatt als individuell verstellbare Blattsegmente ausgebildet sind. Beispielsweise können mindestens zwei Blattsegmente oder mindestens drei Blattsegmente oder mindestens vier Blattsegmente oder mindestens fünf Blattsegmente oder mindestens zehn Blattsegmente jedes Rotorblatts als individuell verstellbare Blattsegmente ausgebildet sein.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, unterschiedliche sekundäre Einstellwinkel für die verschiedenen individuell verstellbaren Blattsegmente jedes Rotorblatts einzustellen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein erstes individuell verstellbares Blattsegment näher an der Blattwurzel des Rotorblatts angeordnet ist als mindestens ein zweites individuell verstellbares Blattsegment desselben Rotorblatts und die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, den sekundären Einstellwinkel der individuell verstellbaren Blattsegmente so einzustellen, dass der sekundäre Einstellwinkel des ersten individuell verstellbaren Blattsegments größer ist als der sekundäre Einstellwinkel des zweiten individuell verstellbaren Blattsegments.
  • Die Rotorblattverstelleinrichtung kann bei einer solchen Weiterbildung der Erfindung mit mehreren individuell verstellbaren Blattsegmenten pro Rotorblatt demnach insbesondere dazu ausgebildet sein, den sekundären Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in Abhängigkeit einer Entfernung des individuell verstellbaren Blattsegments zur Blattwurzel einzustellen. Denkbar ist es dabei insbesondere, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, für ein näher an der Blattwurzel angeordnetes individuell verstellbares Blattsegment einen größeren sekundären Einstellwinkel einzustellen als für ein im Vergleich hierzu weiter entfernt von der Blattwurzel angeordnetes individuell verstellbares Blattsegment.
  • Die Mehrzahl individuell verstellbarer Blattsegmente kann insbesondere in der zuvor beschriebenen Art und Weise näher an der Blattwurzel des Rotorblatts angeordnet sein als mindestens ein anderes nicht individuell verstellbares Blattsegment.
  • Solche Weiterbildungen der Erfindung der zuvor erläuterten Art mit mehreren individuell verstellbaren Blattsegmenten pro Rotorblatt bieten den Vorteil, dass durch unterschiedliche Einstellungen des sekundären Einstellwinkels für die verschiedenen individuell verstellbaren Blattsegmente des jeweiligen Rotorblatts der resultierende Einstellwinkel über den Rotorradius betrachtet besonders gut an die über den Rotorradius variierenden Anströmverhältnisse angepasst werden kann.
  • Beispielsweise ist es denkbar, dass ohne individuelle Blattsegmentverstellung sowohl das erste individuell verstellbare Blattsegment, das näher an der Blattwurzel angeordnet ist, als auch das zweite individuell verstellbare Blattsegment desselben Rotorblatts, das weiter von der Blattwurzel entfernt angeordnet ist, bei hoher Fluggeschwindigkeit in einem Intervall des Umlaufwinkels einer rückwärtigen Anströmung ausgesetzt sind. In diesem Fall könnten in dem betroffenen Intervall des Umlaufwinkels beispielsweise die resultierenden Einstellwinkel der beiden individuell verstellbaren Blattsegmente vom ersten Quadranten in den zweiten Quadranten verstellt werden, um trotz rückwärtiger Anströmung Auftrieb zu erzeugen. Zu diesem Zweck könnte beispielsweise in dem betroffenen Intervall des Umlaufwinkels für das erste individuell verstellbare Blattsegment ein sekundärer Einstellwinkel von +120° und für das zweite individuell verstellbare Blattsegment ein sekundärer Einstellwinkel von +90° eingestellt werden. Alternativ hierzu könnten in dem betroffenen Intervall des Umlaufwinkels beispielsweise die resultierenden Einstellwinkel der beiden individuell verstellbaren Blattsegmente von dem ersten Quadranten in den vierten Quadranten verstellt werden, um trotz rückwärtiger Anströmung Auftrieb zu erzeugen. Hierzu könnte beispielsweise für das erste individuell verstellbare Blattsegment ein sekundärer Einstellwinkel von -30° und für das zweite individuell verstellbare Blattsegment ein sekundärer Einstellwinkel von -60° eingestellt werden. Durch eine solche Verstellung des resultierenden Einstellwinkel in den vierten Quadranten wird bei rückwärtiger Anströmung des Rotorblatts zwar die Hinterkante des Rotorblatts angeströmt, die Anströmung erfolgt dabei allerdings von unten, sodass trotzdem Auftrieb erzeugt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist,
    • - automatisch eine von der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers abhängige Anzahl der individuell verstellbaren Blattsegmente jedes Rotorblatts gegenüber dem primären Einstellwinkel zu verstellen und/oder
    • - automatisch unterschiedliche und von der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers abhängige sekundäre Einstellwinkel für die verschiedenen individuell verstellbaren Blattsegmente jedes Rotorblatts einzustellen.
  • Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass auf diese Weise die individuelle Blattsegmentverstellung unter Verwendung einer Mehrzahl individuell verstellbarer Blattsegmente pro Rotorblatt besonders effektiv an die mit der Fluggeschwindigkeit proportional zunehmenden Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse angepasst werden kann.
  • Beispielweise ist es denkbar, dass bei einer mittleren Fluggeschwindigkeit nur ein näher an der Blattwurzel angeordnetes individuell verstellbares Blattsegment mittels der individuellen Blattsegmentverstellung gegenüber dem primären Einstellwinkel verstellt wird, während ein oder mehrere weiter entfernt von der Blattwurzel angeordnete individuell verstellbare Blattsegmente desselben Rotorblatts nicht verstellt werden. Bei hoher Fluggeschwindigkeit können dann sämtliche individuell verstellbaren Blattsegmente jedes Rotorblatts mittels der individuellen Blattsegmentverstellung verstellt werden.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist es beispielsweise denkbar, das automatisch unterschiedliche sekundäre Einstellwinkel für die verschiedenen individuell verstellbaren Blattsegmente jedes Rotorblatts eingestellt werden, wobei die jeweiligen Werte dieser sekundären Einstellwinkel von der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers abhängig sind. Beispielsweise könnte bei mittlerer Fluggeschwindigkeit ein sekundärer Einstellwinkel des ersten individuell verstellbaren Blattsegments, das näher an der Blattwurzel angeordnet ist als das zweite individuell verstellbare Blattsegment desselben Rotorblatts, einen Wert von +60° aufweisen und der sekundäre Einstellwinkel des zweiten individuell verstellbaren Blattsegments einen Wert von +30° aufweisen. Bei hoher Fluggeschwindigkeit könnten die sekundären Einstellwinkel dann beispielsweise +120° für das erste individuell verstellbare Blattsegment und +90° für das zweite individuell verstellbare Blattsegment betragen.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem ersten Umlaufwinkelintervall, welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel zu verstellen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, in dem ersten Umlaufwinkelintervall, welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel zu verstellen und in einem vom ersten Umlaufwinkelintervall verschiedenen anderen Umlaufwinkelintervall, das sich insbesondere über den verbleibenden Bereich des Umlaufwinkels erstrecken kann, den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments nicht gegenüber dem primären Einstellwinkel zu verstellen. In diesem Fall entspricht der resultierende Einstellwinkel innerhalb des anderen Umlaufwinkelintervalls dem primären Einstellwinkel.
  • Das erste Umlaufwinkelintervall kann vorteilhaft insbesondere von einer Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers abhängig sein. Vorteilhaft kann die Rotorblattverstelleinrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein, das erste Umlaufwinkelintervall automatisch in Abhängigkeit einer Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers zu bestimmen.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, in dem ersten Umlaufwinkelintervall, welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, den sekundären Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments so einzustellen, dass der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments
    • - zwischen +90° und +180° beträgt, oder
    • - zwischen 0° und -90° beträgt.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Umlaufwinkelintervall ein Umlaufwinkelintervall rückwärtiger Anströmung, in welchem ein das individuell verstellbare Blattsegment umfassender Bereich des Rotorblatts einer rückwärtigen Anströmung ausgesetzt ist, ganz oder teilweise umfasst.
  • Unter einem Bereich des Rotorblatts, der einer rückwärtigen Anströmung ausgesetzt ist (Bereich rückwärtiger Anströmung), wird ein Bereich des Rotorblatts verstanden, der bei einer herkömmlichen Einstellung des Rotorblatts (resultierender Einstellwinkel im ersten Quadranten) eine rückwärtige Anströmung erfährt.
  • Es wird somit vorgeschlagen, in dem ersten Umlaufwinkelintervall, welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in den zweiten Quadranten zu verstellen. Dadurch ist es möglich, dass trotz rückwärtiger Anströmung das individuell verstellbare Blattsegment Auftrieb erzeugt, da trotz rückwärtiger Anströmung im Bereich des individuell verstellbaren Blattsegments die Vorderkante des Rotorblatts von unten angeströmt werden kann. Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, in dem ersten Umlaufwinkelintervall den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in den vierten Quadranten zu verstellen. Dadurch ist es möglich, dass trotz rückwärtiger Anströmung das individuell verstellbare Blattsegment Auftrieb erzeugt, da trotz rückwärtiger Anströmung im Bereich des individuell verstellbaren Blattsegments die Hinterkante des Rotorblatts von unten angeströmt werden kann.
  • Solche Merkmale der Erfindung, bei denen der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in dem ersten Umlaufwinkelintervall, welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, verstellt wird, bieten den Vorteil, dass die Aerodynamik des Rotorblatts sehr effektiv an die am rücklaufenden Rotorblatt besonders ausgeprägten Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse angepasst werden kann. Insbesondere ist es auf diese Weise möglich, die Aerodynamik des Rotorblatts gezielt an die in den Bereichen rückwärtiger Anströmung vorherrschenden Anströmverhältnisse anzupassen, indem der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments so verstellt wird, dass das individuell verstellbare Blattsegment trotz rückwärtiger Anströmung Auftrieb statt Abtrieb erzeugt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem ersten Umlaufwinkelintervall, welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, das andere Blattsegment in dem primären Einstellwinkel zur Rotorebene ausgerichtet ist und der primäre Einstellwinkel zwischen 0° und +90° beträgt. Vorteilhaft kann der primäre Einstellwinkel dabei insbesondere zwischen 0° und +60° betragen oder zwischen 0° und +45° betragen oder zwischen 0° und +30° betragen oder zwischen 0° und +15° betragen. Das andere Blattsegment kann insbesondere ein nicht individuell verstellbares Blattsegment sein.
  • Es wird somit vorgeschlagen, dass das andere Blattsegment in dem primären Einstellwinkel zur Rotorebene ausgerichtet ist und dieser primäre Einstellwinkel im ersten Quadranten liegt. Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass im Bereich des anderen Blattsegments Auftrieb erzeugt werden kann, wenn das andere Blattsegment nicht von rückwärtiger Anströmung betroffen ist. Durch eine solche Einstellung des anderen Blattsegments gelingt es in Verbindung mit der zuvor erläuterten Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments, auch bei hohen Fluggeschwindigkeiten über weite Teile des Rotorblatts oder sogar über das gesamte Rotorblatt Auftrieb zu erzeugen, obwohl Teile des Rotorblatts von rückwärtiger Anströmung betroffen sind und andere Teile nicht von rückwärtiger Anströmung betroffen sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem ersten Umlaufwinkelintervall, welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments größer als 0° und nicht größer als 180° ist. Es wird somit vorgeschlagen, in dem ersten Umlaufwinkelintervall einen positiven sekundären Einstellwinkel einzustellen, sodass der resultierende Einstellwinkel gegenüber dem primären Einstellwinkel vergrößert wird. Vorteilhaft kann der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in dem ersten Umlaufwinkelintervall insbesondere zwischen +20° und +160° betragen oder zwischen +50° und + 160° betragen oder zwischen +80° und +160° betragen. Vorteilhaft kann der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in dem ersten Umlaufwinkelintervall insbesondere auch zwischen +80° und +130° betragen oder zwischen +90° und +115° betragen. Vorteilhaft kann der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in dem ersten Umlaufwinkelintervall insbesondere auch zwischen +140° und +160° betragen, insbesondere zwischen +145° und +155° betragen, insbesondere näherungsweise +150° betragen.
  • Alternativ hierzu ist in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass in dem ersten Umlaufwinkelintervall, welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments kleiner als 0° und nicht kleiner als -180° ist. Es wird somit vorgeschlagen, einen negativen sekundären Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments einzustellen, sodass der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel verringert wird. Vorteilhaft kann der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in dem ersten Umlaufwinkelintervall insbesondere zwischen -20° und -160° betragen oder zwischen -20° und -130° betragen. Vorteilhaft kann der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in dem ersten Umlaufwinkelintervall auch insbesondere zwischen -50° und -100° betragen oder zwischen -65° und -90° betragen. Vorteilhaft kann der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in dem ersten Umlaufwinkelintervall auch insbesondere zwischen -20° und -40° betragen, insbesondere zwischen -25° und -35° betragen, insbesondere näherungsweise -30° betragen.
  • Derartige Weiterbildungen der Erfindung, bei denen der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in dem ersten Umlaufwinkelintervall Werte in den genannten Bereichen aufweist, bieten den Vorteil, dass auf diese Weise ein resultierender Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments eingestellt werden kann, der trotz der erheblichen Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse am rücklaufenden Rotorblatt bei hohen Fluggeschwindigkeiten eine Auftriebserzeugung erlaubt. Hierzu kann erfindungsgemäß der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel verstellt werden, um trotz der Vergrößerung des Einströmwinkels am rücklaufenden Rotorblatt einen positiven Anstellwinkel zu erzeugen, der eine Auftriebserzeugung ermöglicht. Alternativ hierzu kann aber auch der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments in der genannten Art und Weise gegenüber dem primären Einstellwinkel verringert werden. Dadurch ist es möglich, bei rückwärtiger Anströmung das individuell verstellbare Blattsegment so gegenüber der resultierenden Anströmrichtung einzustellen, dass in diesem Bereich zwar die Hinterkante des Rotorblatts angeströmt wird, die Anströmung allerdings von unten erfolgt, sodass trotzdem Auftrieb erzeugt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, innerhalb des Umlaufwinkelintervalls rückwärtiger Anströmung, in welchem ein das individuell verstellbare Blattsegment umfassender Bereich des Rotorblatts einer rückwärtigen Anströmung ausgesetzt ist, durch Einstellen des sekundären Einstellwinkels den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments so zu verstellen, dass ein effektiver Anstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments nicht kleiner als 0° ist. Vorteilhaft kann der effektive Anstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments dabei insbesondere zwischen 0° und +20° betragen oder zwischen +10° und +15° betragen oder zwischen +12° und +15° betragen.
  • Derartige Weiterbildungen der Erfindung bieten den Vorteil, dass sie trotz rückwärtiger Anströmung eine besonders effektive Auftriebserzeugung im Bereich des individuell verstellbaren Blattsegments erlauben. Dies liegt darin begründet, dass aus den genannten Werten des effektiven Anstellwinkels des individuell verstellbaren Blattsegments erfahrungsgemäß ein besonders hoher Auftriebsbeiwert resultiert. Die Auftriebserzeugung im Bereich des individuell verstellbaren Blattsegments kann auf diese Art und Weise optimiert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorblattverstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem zweiten Umlaufwinkelintervall, welches dem vorlaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel zu verstellen.
  • Vorgeschlagen wird somit, durch die individuelle Blattsegmentverstellung den resultierenden Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments auch innerhalb des Intervalls des Umlaufwinkels, das dem vorlaufenden Rotorblatt entspricht (vorlaufendes Umlaufwinkelintervall), gegenüber dem primären Einstellwinkel zu verstellen. Dies bietet den Vorteil, dass die individuelle Blattsegmentverstellung auch dazu genutzt werden kann, den resultierenden Einstellwinkel an die Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse am vorlaufenden Rotorblatt anzupassen.
  • Vorteilhaft kann das zweite Umlaufwinkelintervall, welches dem vorlaufenden Umlaufwinkelintervall oder einem Teil hiervon entspricht, insbesondere von der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers abhängig sein. Vorteilhaft kann die Rotorblattverstelleinrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein, das zweite Umlaufwinkelintervall automatisch in Abhängigkeit einer Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers zu bestimmen. Derartige Weiterbildungen bieten den Vorteil, dass die individuelle Blattsegmentverstellung an die mit der Fluggeschwindigkeit zunehmenden Ungleichförmigkeiten der Anströmverhältnisse am vorlaufenden Rotorblatt angepasst werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehflügler ein Hubschrauber oder ein Verbundhubschrauber oder ein Flugschrauber oder ein Kombinationsflugschrauber ist.
  • Derartige Weiterbildungen der Erfindung bieten den Vorteil, dass die Erfindung für diejenigen Arten von Drehflüglern nutzbar gemacht wird, die in besonderem Maße von der eingangs erläuterten Problematik durch die Aerodynamik der Rotorblätter begrenzter Fluggeschwindigkeiten betroffen sind.
  • Der Drehflügler kann insbesondere ein Hubschrauber, Verbundhubschrauber oder ein Flugschrauber oder ein Kombinationsflugschrauber sein.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14 zum Steuern des Hauptrotors eines Drehflüglers der zuvor erläuterten Art. Dabei wird mittels der Rotorblattverstelleinrichtung in Abhängigkeit des Umlaufwinkels der sekundäre Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments eingestellt und dadurch der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel verstellt.
  • Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern des Hauptrotors kann ebenfalls auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Drehflügler verwiesen werden.
  • Die Erfindung soll im Folgenden anhand der in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
    • 1 - eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hauptrotors;
    • 2a - eine perspektivische Ansicht eines Rotorblatts mit einer ersten Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments;
    • 2b - eine Schnittdarstellung des in 2a gezeigten Rotorblatts;
    • 3a - eine perspektivische Ansicht eines Rotorblatts mit einer zweiten Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments;
    • 3b - eine Schnittdarstellung des in 3a gezeigten Rotorblatts;
    • 4a - eine perspektivische Ansicht eines Rotorblatts mit einer dritten Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments;
    • 4b - eine Schnittdarstellung des in 4a gezeigten Rotorblatts;
    • 5 - einen beispielhaften Verlauf des sekundären Einstellwinkels in Abhängigkeit des Umlaufwinkels.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hauptrotors 1 für einen Drehflügler, in diesem Ausführungsbeispiel für einen Hubschrauber. Erkennbar ist, dass der Hauptrotor 1 einen Rotorkopf 3 aufweist, an dem insgesamt vier Rotorblätter 7 angeordnet sind, wobei aus Darstellungsgründen in der 1 nur drei der vier Rotorblätter 7 erkennbar sind. Die Rotorblätter 7 erstrecken sich jeweils radial entlang einer Blattlängsachse 9 von einer Blattwurzel 11 bis zu einer Blattspitze 13. Die Rotorblätter 7 des Hauptrotors 1 können unter kontinuierlicher Veränderung eines Umlaufwinkels ψ (in 1 nicht dargestellt) in einer Rotorebene 15 rotieren. Zu diesem Zweck wird der Rotorkopf 3 über eine Rotorwelle 24 von einer Antriebseinheit 34 angetrieben.
  • In der 1 ist des Weiteren erkennbar, dass die Rotorblätter 7 jeweils einen Hauptholm 28 aufweisen, der sich entlang der Längsachse 9 des jeweiligen Rotorblatts 7 erstreckt.
  • Jedes Rotorblatt 7 ist entlang seiner Blattlängsachse 9 in zwei radial hintereinander angeordnete Blattsegmente 17, 19 unterteilt, die in einem primären Einstellwinkel Θp zur Rotorebene 15 ausgerichtet werden können. In der in 1 gezeigten Ausführungsform des Hauptrotors 1 ist genau ein Blattsegment jedes Rotorblatts 7 als individuell verstellbares Blattsegment 17 ausgebildet. In anderen Ausführungsformen kann jedes Rotorblatt 7 eine Mehrzahl individuell verstellbarer Blattsegmente 17 aufweisen. Des Weiteren weist jedes Rotorblatt 7 in der in 1 gezeigten Ausführungsform genau ein anderes Blattsegment 19 auf, das ein nicht individuell verstellbares Blattsegment ist. Das individuell verstellbare Blattsegment 17 ist dabei jeweils näher an der Blattwurzel 11 des Rotorblatts 7 angeordnet als das andere, nicht individuell verstellbare Blattsegment 19 desselben Rotorblatts.
  • Die individuell verstellbaren Blattsegmente 17 sind jeweils unabhängig von dem anderen Blattsegment 19 desselben Rotorblatts um die Blattlängsachse 9 drehbar. Zu diesem Zweck sind die individuell verstellbaren Blattsegmente 17 jeweils um den Hauptholm 28 drehbar gelagert, während die nicht individuell verstellbaren anderen Blattsegmente 19 jeweils fest mit dem Hauptholm 28 verbunden und nicht um den Hauptholm 28 drehbar sind.
  • Darüber hinaus weist der in 1 gezeigte Hauptrotor 1 eine Rotorblattverstelleinrichtung 5 auf. Die Rotorblattverstelleinrichtung 5 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des Umlaufwinkels ψ (in 1 nicht gezeigt) einen sekundären Einstellwinkel Θs (in 1 nicht gezeigt) des individuell verstellbaren Blattsegments 17 einzustellen und dadurch einen aus dem primären Einstellwinkel Θp und dem sekundären Einstellwinkel Θs zusammengesetzten resultierenden Einstellwinkel Θr (in 1 nicht gezeigt), in welchem das individuell verstellbare Blattsegment 17 zur Rotorebene 15 ausgerichtet ist, gegenüber dem primären Einstellwinkel Θp zu verstellen. Das Einstellen des sekundären Einstellwinkels Θs des individuell verstellbaren Blattsegments erfolgt dabei dadurch, dass das individuell verstellbare Blattsegment 17 relativ zu dem primären Einstellwinkel Θp unabhängig von dem anderen Blattsegment 19 um die Blattlängsachse 9 gedreht wird.
  • In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Rotorblattverstelleinrichtung 5 zu diesem Zweck im nicht-drehenden System des Hauptrotors 1 eine Steuereinheit 22 und im drehenden System des Hauptrotors 1 insgesamt vier elektrische Rotationsaktuatoren 21 auf, die mit der Steuereinheit 22 verbunden sind. Die Verbindung zwischen der im nicht-drehenden System angeordneten Steuereinheit 22 und den im drehenden System angeordneten Rotationsaktuatoren 21 erfolgt dabei in diesem Ausführungsbeispiel über Schleifringe, die in der 1 nicht gezeigt sind. Über die Verbindung zwischen der Steuereinheit 22 und den Rotationsaktuatoren 21 können die Rotationsaktuatoren 21 von der Steuereinheit 22 gesteuert und mit Spannung versorgt werden. Jedem individuell verstellbaren Blattsegment 17 des Hauptrotors 1 ist jeweils ein an dem individuell verstellbaren Blattsegment 17 angeordneter Rotationsaktuator 21 zugeordnet, der dazu eingerichtet ist, das individuell verstellbare Blattsegment 17 um den Hauptholm 28 zu drehen. Das hierzu erforderliche Drehmoment wird in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils durch einen im Rotationsaktuator 21 integrierten Elektromotor aufgebracht. Vorteilhaft können die vier Rotationsaktuatoren 21 dabei jeweils im Bereich der Blattwurzel 11 des jeweiligen Rotorblatts 7 angeordnet sein. Vorteilhaft können die vier Rotationsaktuatoren 21 jeweils am Hauptholm 28 des jeweiligen Rotorblatts 7 angeordnet sein.
  • Auf diese Weise ist die Rotorblattverstelleinrichtung 5 dazu eingerichtet, eine individuelle Blattsegmentverstellung durchzuführen, mittels derer die individuell verstellbaren Blattsegmente 17 in Abhängigkeit des Umlaufwinkels ψ um die Blattlängsachse 9 gedreht und dadurch die resultierenden Einstellwinkel Θr der individuell verstellbaren Blattsegmente 17 gegenüber dem jeweiligen primären Einstellwinkel Θp verstellt werden können.
  • In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rotorblattverstelleinrichtung 5 des Weiteren dazu eingerichtet, den primären Einstellwinkel Θp der Blattsegmente 17, 19 jedes Rotorblatts 7 durch eine kollektive Blattverstellung und durch eine zyklische Blattverstellung zu verstellen. Zu diesem Zweck weist die Rotorblattverstelleinrichtung 5 des Hauptrotors 1 eine Taumelscheibe 23 auf, die in an sich bekannter Weise nach allen Seiten kippbar und axial verschiebbar gelagert und über Steuerstangen 32 mit jedem Rotorblatt 7 verbunden ist, um den primären Einstellwinkel der Blattsegmente 17, 19 des jeweiligen Rotorblatts 7 einzustellen. Durch die Steuerstangen 32 wird dabei jeweils das gesamte Rotorblatt 7 um die Blattlängsachse 9 gedreht. Durch die kollektive Blattverstellung und die zyklische Blattverstellung können daher die primären Einstellwinkel Θp sämtlicher Blattsegmente 17, 19 jedes Rotorblatts 7, d.h. sowohl der individuell verstellbaren Blattsegmente 17 als auch der nicht individuell verstellbaren anderen Blattsegmente 19, gleichzeitig verstellt werden.
  • Die durch die Rotationsaktuatoren 21 bewirkte individuelle Blattsegmentverstellung wird somit in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der kollektiven Blattverstellung und der zyklischen Blattverstellung überlagert. Die nicht individuell verstellbaren Blattsegmente 19 können lediglich durch die kollektive und die zyklische Blattverstellung in ihrem Einstellwinkel verstellt werden, sodass der resultierende Einstellwinkel der nicht individuell verstellbaren anderen Blattsegmente 19 stets dem primären Einstellwinkel Θp entspricht. Im Gegensatz hierzu können durch die individuelle Blattsegmentverstellung die individuell verstellbaren Blattsegmente 17 in ihrem Einstellwinkel gegenüber dem primären Einstellwinkel Θp verstellt werden, indem sie um einen sekundären Einstellwinkel Θs relativ zu dem primären Einstellwinkel Θp um die Blattlängsachse gedreht werden. Die Steuereinheit 22 der Rotorblattverstelleinrichtung 5 ist dabei in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel für eine automatische und von der Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers abhängige Ansteuerung der Aktuatoren 21 eingerichtet, sodass der sekundäre Einstellwinkel jedes individuell verstellbaren Blattsegments 7 automatisch in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers eingestellt werden kann.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hauptrotors 1 ist die individuelle Blattsegmentverstellung mit Hilfe von Rotationsaktuatoren 21 im drehenden System des Hauptrotors 1 realisiert. In anderen Ausführungsformen ist es auch denkbar, dass alternativ oder ergänzend zu den Rotationsaktuatoren 21 Linearaktuatoren im drehenden System eingesetzt werden, um die individuell verstellbaren Blattsegmente 17 um die Blattlängsachse 9 zu drehen und/oder zu verwinden. Um sekundäre Einstellwinkel realisieren zu können, die größer als 90° sind, können dabei bspw. Linearaktuatoren mit gekrümmter Bewegungsbahn zum Einsatz kommen.
  • Grundsätzlich ist es auch denkbar, die individuelle Blattsegmentverstellung durch Bewegungen im nicht-drehenden System zu steuern, z.B. durch eine zweite Taumelscheibe. Denkbar ist es auch, für die Primärsteuerung, d.h. für die kollektive und zyklische Blattverstellung, eine Taumelscheibe einzusetzen und für die individuelle Blattsegmentverstellung eine sogenannte Spinne einzusetzen, welche die Steuerbefehle vom nicht-drehenden System ins drehende System überträgt.
  • Die 2a und 2b zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnittdarstellung eines Rotorblatts 7. Erkennbar ist, dass das Rotorblatt 7 sich radial entlang einer Blattlängsachse von einer Blattwurzel 11 bis zu einer Blattspitze 13 erstreckt und in einer Drehrichtung 49 in der Rotorebene 15 rotieren kann. Erkennbar ist außerdem, dass das Rotorblatt 7 entlang seiner Blattlängsachse in zwei radial hintereinander angeordnete Blattsegmente 17, 19 unterteilt ist. Das Blattsegment 17 des Rotorblatts 7 ist dabei näher an der Blattwurzel 11 des Rotorblatts 7 angeordnet als das andere Blattsegment 19 desselben Rotorblatts 7. Das Blattsegment 17 ist als individuell verstellbares Blattsegment ausgebildet und unabhängig von dem anderen Blattsegment 19 um den Hauptholm 28, der entlang der Blattlängsachse verläuft, drehbar. Das andere Blattsegment 19 ist hingegen als nicht individuell verstellbares Blattsegment ausgebildet und nicht um den Hauptholm 28 drehbar, sondern fest mit dem Hauptholm 28 verbunden.
  • In der 2b ist außerdem dargestellt, dass der Einstellwinkel in vier Quadranten Q1 bis Q4 unterteilt werden kann. Der Einstellwinkel beträgt im ersten Quadranten Q1 zwischen 0° und 90°, im zweiten Quadranten Q2 zwischen 90° und 180°, im dritten Quadranten Q3 zwischen -180° und -90° und im vierten Quadranten Q4 zwischen -90° und 0°.
  • In den 2a und 2b ist gezeigt, dass das individuell verstellbare Blattsegment 17 des Rotorblatts 7 eine erste beispielhafte Einstellung aufweist. Die 2b lässt erkennen, dass in der hier gezeigten ersten Einstellung das individuell verstellbare Blattsegment 17 ebenso wie das andere, nicht individuell verstellbare Blattsegment 19 in dem primären Einstellwinkel Θp zur Rotorebene 15 ausgerichtet ist. Dieser primäre Einstellwinkel Θp kann mittels einer kollektiven Blattverstellung und einer zyklischen Blattverstellung für sämtliche Blattsegmente 17, 19 des Rotorblatts einheitlich in gleichem Maße verstellt werden. Zu diesem Zweck können der Hauptholm 28 und damit das gesamte Rotorblatt 7 um die Längsachse des Rotorblatts 7 gedreht werden. Der primäre Einstellwinkel Θρ ergibt sich dabei grundsätzlich aus einem durch die kollektive Blattverstellung und die zyklische Blattverstellung vorgegebenen Steuerwinkel in Verbindung mit einer ggf. vorhandenen eingebauten Blattverwindung, d.h. in Verbindung mit der Blattgeometrie. Eine solche eingebaute Blattverwindung des Rotorblatts 7 ist allerdings zur Vereinfachung der Darstellung in den Figuren nicht gezeigt.
  • In der in den 2a und 2b gezeigten ersten Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments 17 ist die individuelle Blattsegmentverstellung des erfindungsgemäßen Hauptrotors demnach nicht aktiv, d.h. der resultierende Einstellwinkel Θr zwischen der lokalen Profilsehne 47 des Rotorblatts 7 und der Rotorebene 15, in welchem das individuell verstellbare Blattsegment 17 zur Rotorebene 15 ausgerichtet ist, ist nicht gegenüber dem primären Einstellwinkel Θp verstellt. Der resultierende Einstellwinkel Θr des individuell verstellbaren Blattsegments 17 entspricht in der in den 2a und 2b gezeigten Einstellung daher dem primären Einstellwinkel Θp.
  • Das daraus resultierende aerodynamische Verhalten des Rotorblatts 7, welches in dieser ersten Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments 17 dem Verhalten eines Rotorblatts eines herkömmlichen Hauptrotors entspricht, ist in der 2a schematisch für das rücklaufende Rotorblatt bei hoher Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers gezeigt. Dargestellt ist eine (resultierende, d. h. effektive) Anströmung 45, deren Richtung und Betrag über den Rotorblattradius variieren, d.h. zwischen der Blattwurzel 11 und der Blattspitze 13 variieren. Im Bereich des anderen, nicht individuell verstellbaren Blattsegments 19, das näher an der Blattspitze 13 angeordnet ist, verläuft die Anströmung 45 von der Vorderkante des Rotorblatts zur Hinterkante des Rotorblatts, d.h. das außen angeordnete andere Blattsegment 19 wird von vorn angeströmt. Der primäre Einstellwinkel Θp ist dabei so gewählt, dass sich im Bereich des außen angeordneten anderen Blattsegments 19 ein positiver Anstellwinkel α > 0 ergibt, d.h. das außen angeordnete Blattsegment 19 wird von seiner Unterseite angeströmt und erzeugt somit einen Auftrieb 41.
  • Die Bahngeschwindigkeit (Rotationsgeschwindigkeit) nimmt naturgemäß von der Blattspitze 13 zu der Blattwurzel 11 ab, wenn das Rotorblatt 7 in der Drehrichtung 49 rotiert. In dem in 2a dargestellten Fall eines rücklaufenden Rotorblatts bei hoher Fluggeschwindigkeit nimmt von der Blattspitze 13 aus betrachtet der Betrag der resultierenden Anströmung 45 näherungsweise bis zur Grenze zwischen dem anderen Blattsegment 19 und dem individuell verstellbaren Blattsegment 17 ab. Im Bereich des näher an der Blattwurzel 11 angeordneten individuell verstellbaren Blattsegments 17 sind die Bahngeschwindigkeiten (Rotationsgeschwindigkeiten) naturgemäß geringer als im Bereich des anderen Blattsegments 19 und nehmen ausgehend von der Grenze zwischen dem anderen Blattsegment 19 und dem individuell verstellbaren Blattsegment 17 zur Blattwurzel 11 hin weiter ab. Da sich die Rotationsgeschwindigkeit des Rotorblatts 7 und die Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers am rücklaufenden Rotorblatt 7 subtraktiv überlagern, ist in dem hier gezeigten Fall hoher Fluggeschwindigkeit eine rückwärtige Anströmung des innen angeordneten individuell verstellbaren Blattsegments 17 zu beobachten, d.h. die resultierende Anströmung 45 verläuft im Bereich des individuell verstellbaren Blattsegments 17 von der Hinterkante zu der Vorderkante des Rotorblatts 7. Das weiter innen angeordnete Blattsegment 17 wird dabei von oben angeströmt, d.h. es ergibt sich ein negativer Anstellwinkel α < 0 und das Rotorblatt 7 erzeugt im Bereich des individuell verstellbaren Blattsegments 17 einen unerwünschten Abtrieb 43. Der Bereich rückwärtiger Anströmung erstreckt sich in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel über den gesamten Bereich des Rotorblatts 7, in dem das individuell verstellbare Blattsegment 17 angeordnet ist.
  • Die in den 2a und 2b dargestellten Anströmverhältnisse des rücklaufenden Rotorblatts bei hoher Fluggeschwindigkeit entsprechen, wie zuvor bereits erläutert wurde, den Verhältnissen an rücklaufenden Rotorblättern herkömmlicher Hubschrauber-Hauptrotoren. Mit Hilfe der individuellen Blattsegmentverstellung des erfindungsgemäßen Hauptrotors ist es möglich, die unerwünschte Erzeugung von Abtrieb in Bereichen rückwärtiger Anströmung des Rotorblatts zu verhindern und stattdessen Auftrieb statt Abtrieb zu erzeugen, wie im Folgenden erläutert wird.
  • Die 3a und 3b zeigen zu diesem Zweck das Rotorblatt 7 mit einer zweiten Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments 17. Die Darstellung entspricht dabei weitgehend jener der 2a und 2b, sodass im Umfang der Übereinstimmungen auf die vorherigen Erläuterungen verwiesen werden kann. Die 3a und 3b lassen jedoch erkennen, dass hier die individuelle Blattsegmentverstellung im Gegensatz zu den zuvor erläuterten 2a und 2b aktiv ist. Im Gegensatz zu der zuvor erläuterten ersten Einstellung wurde das individuell verstellbare Blattsegment 17 in der in den 3a und 3b gezeigten zweiten Einstellung unabhängig von dem anderen Blattsegment 19 um die Blattlängsachse gedreht und auf diese Weise relativ zu dem primären Einstellwinkel Θp ein sekundärer Einstellwinkel Θs des individuell verstellbaren Blattsegments 17 eingestellt. Dadurch wurde der aus dem primären Einstellwinkel Θp und dem sekundären Einstellwinkel Θs zusammengesetzte resultierende Einstellwinkel Θr zwischen der lokalen Profilsehne 47b des individuell verstellbaren Blattsegments und der Rotorebene 15, in welchem das individuell verstellbare Blattsegment 17 zur Rotorebene 15 ausgerichtet ist, gegenüber dem primären Einstellwinkel Θp verstellt.
  • Die 3b lässt des Weiteren erkennen, dass das andere Blattsegment 19 in dem primären Einstellwinkel Θp, welcher dem Winkel zwischen der lokalen Profilsehne 47a des anderen Blattsegments 19 und der Rotorebene 15 entspricht, zur Rotorebene 15 ausgerichtet ist. In dem Ausführungsbeispiel der 3a und 3b weisen sowohl das individuell verstellbare Blattsegment 17 als auch das andere Blattsegment 19 jeweils einen primären Einstellwinkel Θp im ersten Quadranten zwischen 0° und +90° auf, der hier näherungsweise 17° beträgt. Durch die individuelle Blattsegmentverstellung wurde in diesem Ausführungsbeispiel der resultierende Einstellwinkel Θr des individuell verstellbaren Blattsegments 17 vom ersten Quadranten in den zweiten Quadranten verstellt. Der zu diesem Zweck eingestellte sekundäre Einstellwinkel Θs beträgt hier näherungsweise 140°, sodass sich ein resultierender Einstellwinkel Θr = Θp + Θs von näherungsweise 157° ergibt.
  • Die 3a veranschaulicht in einer der 2a entsprechenden Art und Weise die daraus resultierenden Anströmverhältnisse am rücklaufenden Rotorblatt 7 bei hoher Geschwindigkeit des Hubschraubers. Erkennbar wird, dass durch die individuelle Blattsegmentverstellung erreicht werden konnte, dass das Rotorblatt 7 im Bereich des individuell verstellbaren Blattsegments 17 trotz rückwärtiger Anströmung einen positiven effektiven Anstellwinkel α > 0 aufweist. Durch diesen positiven Anstellwinkel α des individuell verstellbaren Blattsegments 17 erzeugt das Rotorblatt 7 daher auch im Bereich rückwärtiger Anströmung, der sich über das gesamte individuell verstellbare Blattsegment 17 erstreckt, einen Auftrieb 41.
  • Die 4a und 4b zeigen in einer den 2a und 2b bzw. 3a und 3b entsprechenden Darstellung das Rotorblatt 7 mit einer dritten Einstellung des individuell verstellbaren Blattsegments 17. Im Umfang der diesbezüglichen Übereinstimmungen kann wiederum auf die vorherigen Erläuterungen verwiesen werden.
  • Die 4a und 4b zeigen ebenfalls das Rotorblatt 7 in einem Zustand, in welchem die individuelle Blattsegmentverstellung aktiv ist. Im Gegensatz zur zuvor erläuterten zweiten Einstellung wurde der resultierende Einstellwinkel Θr des individuell verstellbaren Blattsegments 17 in der hier gezeigten dritten Einstellung allerdings vom ersten Quadranten in den vierten Quadranten verstellt. Der zu diesem Zweck eingestellte sekundäre Einstellwinkel Θs des individuell verstellbaren Blattsegments 17 beträgt in dem Ausführungsbeispiel der 4a und 4b näherungsweise -40°. In Verbindung mit einem unveränderten primären Einstellwinkel Θρ von näherungsweise 17° ergibt sich somit ein resultierender Einstellwinkel Θr = Θp + Θs des individuell verstellbaren Blattsegments 17, der näherungsweise -23° beträgt.
  • Die 4a veranschaulicht, dass durch eine solche Verstellung des resultierenden Einstellwinkels Θr in den vierten Quadranten bei rückwärtiger Anströmung des Rotorblatts 7 zwar die Hinterkante des Rotorblatts 7 angeströmt wird, die Anströmung dabei allerdings von unten erfolgt, sodass trotzdem ein Auftrieb 41 erzeugt werden kann.
  • Die 5 zeigt einen beispielhaften Verlauf 27 des sekundären Einstellwinkels Θs in Abhängigkeit des Umlaufwinkels ψ. Der Umlaufwinkel ψ umfasst dabei ein vorlaufendes Umlaufwinkelintervall 31, in welchem das Rotorblatt vorläuft, und ein rücklaufendes Umlaufwinkelintervall 33, in welchem das Rotorblatt zurückläuft. Erkennbar ist, dass in einem ersten Umlaufwinkelintervall 25 ein sekundärer Einstellwinkel Θs von ca. +150° eingestellt wird und auf diese Weise der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel verstellt wird. Der resultierende Einstellwinkel beträgt in diesem Ausführungsbeispiel innerhalb des ersten Umlaufwinkelintervalls 25 näherungsweise +165°.
  • Alternativ hierzu könnte in dem ersten Umlaufwinkelintervall 25 beispielsweise ein sekundärer Einstellwinkel Θs von ca. -30° eingestellt werden und auf diese Weise der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments gegenüber dem primären Einstellwinkel so verstellt werden, dass der resultierende Einstellwinkel innerhalb des ersten Umlaufwinkelintervalls 25 näherungsweise -15° beträgt.
  • Das erste Umlaufwinkelintervall 25, in welchem der sekundäre Einstellwinkel Θs so eingestellt wird, dass der resultierende Einstellwinkel näherungsweise +165° (bzw. alternativ -15°) beträgt, entspricht dabei einem Teil des rücklaufenden Umlaufwinkelintervalls 33. Das erste Umlaufwinkelintervall 25 umfasst einen Teil eines Umlaufwinkelintervalls rückwärtiger Anströmung 35, in welchem ein das individuell verstellbare Blattsegment umfassender Bereich des Rotorblatts einer rückwärtigen Anströmung ausgesetzt ist. Das erste Umlaufwinkelintervall 25 umfasst das Umlaufwinkelintervall rückwärtiger Anströmung 35 somit teilweise.
  • Die 5 lässt des Weiteren erkennen, dass in einem vom ersten Umlaufwinkelintervall 25 verschiedenen anderen Umlaufwinkelintervall 26 der sekundäre Einstellwinkel Θs einen Wert von 0° aufweist, d.h. der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments wird in diesem anderen Umlaufwinkelintervall 26 nicht gegenüber dem primären Einstellwinkel verstellt, sodass der resultierende Einstellwinkel des individuell verstellbaren Blattsegments dem primären Einstellwinkel entspricht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hauptrotor
    3
    Rotorkopf
    5
    Rotorblattverstelleinrichtung
    7
    Rotorblatt
    9
    Blattlängsachse
    11
    Blattwurzel
    13
    Blattspitze
    15
    Rotorebene
    17
    individuell verstellbares Blattsegment
    19
    anderes Blattsegment
    21
    Rotationsaktuator
    22
    Steuereinheit
    23
    Taumelscheibe
    24
    Rotorwelle
    25
    erstes Umlaufwinkelintervall
    26
    anderes Umlaufwinkelintervall
    27
    Verlauf des sekundären Einstellwinkels
    28
    Hauptholm
    31
    vorlaufendes Umlaufwinkelintervall
    32
    Steuerstange
    33
    rücklaufendes Umlaufwinkelintervall
    34
    Antriebseinheit
    35
    Umlaufwinkelintervall rückwärtiger Anströmung
    41
    Auftrieb
    43
    Abtrieb
    45
    Anströmung
    47, 47a, 47b
    lokale Profilsehne
    49
    Drehrichtung
    Q1
    erster Quadrant
    Q2
    zweiter Quadrant
    Q3
    dritter Quadrant
    Q4
    vierter Quadrant
    α
    effektiver Anstellwinkel
    Θρ
    primärer Einstellwinkel
    Θs
    sekundärer Einstellwinkel
    Θr
    resultierender Einstellwinkel
    ψ
    Umlaufwinkel

Claims (14)

  1. Drehflügler mit einem Hauptrotor (1) mit (1) einem Rotorkopf (3), (2) einer Rotorblattverstelleinrichtung (5) und (3) einer Mehrzahl an dem Rotorkopf (3) angeordneter Rotorblätter (7), die (3.1) sich jeweils radial entlang einer Blattlängsachse (9) von einer Blattwurzel (11) bis zu einer Blattspitze (13) erstrecken und (3.2) unter kontinuierlicher Veränderung eines Umlaufwinkels (ψ) in einer Rotorebene (15) rotieren können, (3.3) wobei der Umlaufwinkel (ψ) ein vorlaufendes Umlaufwinkelintervall (31) umfasst, in welchem das jeweilige Rotorblatt (7) vorläuft, und ein rücklaufendes Umlaufwinkelintervall (33) umfasst, in welchem das jeweilige Rotorblatt (7) zurückläuft, wobei (4) jedes Rotorblatt (7) entlang seiner Blattlängsachse (9) in eine Mehrzahl radial hintereinander angeordneter Blattsegmente (17, 19) unterteilt ist, die in einem primären Einstellwinkel (Θp) zur Rotorebene (15) ausgerichtet werden können, und (5) mindestens ein Blattsegment jedes Rotorblatts (7) ausgebildet ist als individuell verstellbares Blattsegment (17), das unabhängig von mindestens einem anderen Blattsegment (19) desselben Rotorblatts (7) um die Blattlängsachse (9) drehbar und/oder verwindbar ist, und (6) die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Umlaufwinkels (ψ) (6.1) durch ein von dem anderen Blattsegment (19) unabhängiges Drehen und/oder Verwinden des individuell verstellbaren Blattsegments (17) um die Blattlängsachse (9) relativ zu dem primären Einstellwinkel (Θp) einen sekundären Einstellwinkel Θs) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) einzustellen und dadurch (6.2) einen aus dem primären Einstellwinkel (Θp) und dem sekundären Einstellwinkel Θs) zusammengesetzten resultierenden Einstellwinkel (Θr), in welchem das individuell verstellbare Blattsegment (17) zur Rotorebene (15) ausgerichtet ist, gegenüber dem primären Einstellwinkel (Θp) zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, dass (7) die Rotorblattverstelleinrichtung (5) eine Steuereinheit (22) und Aktuatoren (21) hat, wobei die Steuereinheit (22) für eine automatische und von der Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers abhängige Ansteuerung der Aktuatoren (21) eingerichtet ist, sodass der sekundäre Einstellwinkel Θs) jedes individuell verstellbaren Blattsegments (17) automatisch in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers derart eingestellt wird, (8) dass in einem ersten Umlaufwinkelintervall (25), welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall (33) oder einem Teil hiervon entspricht, der sekundäre Einstellwinkel Θs) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) so eingestellt wird, dass der resultierende Einstellwinkel (Θr) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) zwischen +90° und +180° beträgt und somit bei rückwärtiger Anströmung des individuell verstellbaren Blattsegments (17) dessen Vorderkante von unten angeströmt wird oder zwischen 0° und -90° beträgt und somit bei rückwärtiger Anströmung des individuell verstellbaren Blattsegments (17) dessen Hinterkante von unten angeströmt wird, sodass bei rückwärtiger Anströmung das mindestens eine individuell verstellbare Blattsegment (17) so verstellt wird, dass es trotz rückwärtiger Anströmung einen für die Auftriebserzeugung erforderlichen positiven Anstellwinkel aufweist.
  2. Drehflügler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das individuell verstellbare Blattsegment (17) näher an der Blattwurzel (11) des Rotorblatts (7) angeordnet ist als das andere Blattsegment (19) desselben Rotorblatts (7).
  3. Drehflügler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, den primären Einstellwinkel (Θp) der Mehrzahl von Blattsegmenten (17, 19) durch eine kollektive Blattverstellung und/oder durch eine zyklische Blattverstellung zu verstellen.
  4. Drehflügler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Blattsegmente (17, 19) jedes Rotorblatts (7) als individuell verstellbare Blattsegmente (17) ausgebildet sind.
  5. Drehflügler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, unterschiedliche sekundäre Einstellwinkel Θs) für die verschiedenen individuell verstellbaren Blattsegmente (17) jedes Rotorblatts (7) einzustellen.
  6. Drehflügler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes individuell verstellbares Blattsegment (17) näher an der Blattwurzel (11) des Rotorblatts (7) angeordnet ist als mindestens ein zweites individuell verstellbares Blattsegment (17) desselben Rotorblatts (7) und die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, den sekundären Einstellwinkel Θs) der individuell verstellbaren Blattsegmente (17) so einzustellen, dass der sekundäre Einstellwinkel Θs) des ersten individuell verstellbaren Blattsegments (17) größer ist als der sekundäre Einstellwinkel Θs) des zweiten individuell verstellbaren Blattsegments (17).
  7. Drehflügler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, - automatisch eine von der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers abhängige Anzahl der individuell verstellbaren Blattsegmente (17) jedes Rotorblatts (7) gegenüber dem primären Einstellwinkel (Θp) zu verstellen und/oder - automatisch unterschiedliche und von der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers abhängige sekundäre Einstellwinkel Θs) für die verschiedenen individuell verstellbaren Blattsegmente (17) jedes Rotorblatts (7) einzustellen.
  8. Drehflügler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, in dem ersten Umlaufwinkelintervall (25), welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall (33) oder einem Teil hiervon entspricht, den sekundären Einstellwinkel Θs) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) so einzustellen, dass der resultierende Einstellwinkel (Θr) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) - zwischen +120° und +180° beträgt, insbesondere zwischen +135° und +180° beträgt, insbesondere zwischen +150° und +180° beträgt, insbesondere zwischen +165° und +180° beträgt, oder - zwischen 0° und -60° beträgt, insbesondere zwischen 0° und -45° beträgt, insbesondere zwischen 0° und -30° beträgt, insbesondere zwischen 0° und -15° beträgt.
  9. Drehflügler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Umlaufwinkelintervall (25) das andere Blattsegment (19) in dem primären Einstellwinkel (Θp) zur Rotorebene (15) ausgerichtet ist und der primäre Einstellwinkel (Θp) zwischen 0° und +90° beträgt, insbesondere zwischen 0° und +60° beträgt, insbesondere zwischen 0° und +45° beträgt, insbesondere zwischen 0° und +30° beträgt, insbesondere zwischen 0° und +15° beträgt.
  10. Drehflügler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Umlaufwinkelintervall (25), welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall (33) oder einem Teil hiervon entspricht, der sekundäre Einstellwinkel Θs) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) - größer als 0° und nicht größer als 180° ist, insbesondere zwischen +20° und +160° beträgt, insbesondere zwischen +50° und +160° beträgt, insbesondere zwischen +80° und +160° beträgt, insbesondere zwischen +80° und +130° beträgt, insbesondere zwischen +90° und +115° beträgt, oder - kleiner als 0° und nicht kleiner als -180° ist, insbesondere zwischen -20° und -160° beträgt, insbesondere zwischen -20° und -130° beträgt, insbesondere zwischen -50° und -100° beträgt, insbesondere zwischen -65° und -90° beträgt.
  11. Drehflügler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, innerhalb des Umlaufwinkelintervalls (35) rückwärtiger Anströmung (45), in welchem ein das individuell verstellbare Blattsegment (17) umfassender Bereich des Rotorblatts (7) einer rückwärtigen Anströmung (45) ausgesetzt ist, durch Einstellen des sekundären Einstellwinkels Θs) den resultierenden Einstellwinkel (Θr) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) so zu verstellen, dass ein effektiver Anstellwinkel (α) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) nicht kleiner als 0° ist, insbesondere zwischen 0° und +20° beträgt, insbesondere zwischen +10° und +15° beträgt, insbesondere zwischen +12° und +15° beträgt.
  12. Drehflügler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattverstelleinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, in einem zweiten Umlaufwinkelintervall (26), welches dem vorlaufenden Umlaufwinkelintervall (31) oder einem Teil hiervon entspricht, den resultierenden Einstellwinkel (Θr) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) gegenüber dem primären Einstellwinkel (Θp) zu verstellen.
  13. Drehflügler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehflügler ein Hubschrauber oder ein Verbundhubschrauber oder ein Flugschrauber oder ein Kombinationsflugschrauber ist.
  14. Verfahren zum Steuern des Hauptrotors eines Drehflüglers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rotorblattverstelleinrichtung (5) in Abhängigkeit des Umlaufwinkels (ψ) der sekundäre Einstellwinkel Θs) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) eingestellt und dadurch der resultierende Einstellwinkel (Θr) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) gegenüber dem primären Einstellwinkel (Θp) verstellt wird, wobei die Steuereinheit (22) für eine automatische und von der Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers abhängige Ansteuerung der Aktuatoren (21) eingerichtet, sodass der sekundäre Einstellwinkel Θs) jedes individuell verstellbaren Blattsegments (17) automatisch in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit des Drehflüglers derart eingestellt wird, dass in einem ersten Umlaufwinkelintervall (25), welches dem rücklaufenden Umlaufwinkelintervall (33) oder einem Teil hiervon entspricht, der sekundäre Einstellwinkel Θs) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) so eingestellt wird, dass der resultierende Einstellwinkel (Θr) des individuell verstellbaren Blattsegments (17) zwischen +90° und +180° beträgt und somit bei rückwärtiger Anströmung des individuell verstellbaren Blattsegments (17) dessen Vorderkante von unten angeströmt wird oder zwischen 0° und -90° beträgt und somit bei rückwärtiger Anströmung des individuell verstellbaren Blattsegments (17) dessen Hinterkante von unten angeströmt wird, sodass bei rückwärtiger Anströmung das mindestens eine individuell verstellbare Blattsegment (17) so verstellt wird, dass es trotz rückwärtiger Anströmung einen für die Auftriebserzeugung erforderlichen positiven Anstellwinkel aufweist.
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Citations (10)

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