DE10334267A1 - Rotor blade for especially helicopter has aerodynamically acting blade profile, movable bearing-less, joint-less rotor blade flap, and upper and lower thin, inherently stable, elastically flexible and/or bendable blade skin - Google Patents

Rotor blade for especially helicopter has aerodynamically acting blade profile, movable bearing-less, joint-less rotor blade flap, and upper and lower thin, inherently stable, elastically flexible and/or bendable blade skin Download PDF

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Abstract

The rotor blade (2) has an aerodynamically acting blade profile, a movable bearing-less, joint-less rotor blade flap (4), and at least one upper and at least one lower thin inherently stable, elastically flexible and/or bendable blade skin (4a,4b). The blade skins in the profile depth direction are interconnected by their respective one side and form a rotor blade profile end section (6). By their respective other side in the profile thickness direction are spaced apart and fastened on a torsional and bend resistant profile component (8) and together with this form the rotor blade profile. A flat, length-adjustable actuator (10a,10b) is connected to one of the blade skins and can elastically extend it in the profile depth direction, and interacting with the other blade skin induces a deflection of the rotor blade flap. An independent claim is included for a rotary wing aircraft, and especially a helicopter, including at least one rotor with at least one modified rotor blade.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL TERRITORY

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt mit einer beweglichen Rotorblatt-Klappe, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, sowie ein Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, mit einem solchen Rotorblatt.The The present invention relates to a rotor blade having a movable one Rotor blade flap, especially for a rotary wing aircraft, as well as a rotary wing aircraft, in particular a helicopter, with such a rotor blade.

An Rotorblättern eines Drehflügelflugzeugs entstehen im laufenden Rotorbetrieb Luftwirbel. Diese erzeugen Lärm und Vibrationen, die insbesondere in einer Kabine des Drehflügelflugzeuges spürbar sind, den Komfort der Passagiere beeinträchtigen und die Lebensdauer wesentlicher Bauteile des Drehflügelflugzeugs nachteilig beeinflussen. Dadurch wiederum wird das Einsatzspektrum des Drehflügelflugzeugs eingeschränkt. Zur Vermeidung derartiger Luftwirbel werden Rotorblätter verwendet, die mit beweglichen, mit Hilfe von Aktuatoren ansteuerbaren Rotorblatt-Klappen ausgestattet sind. Diese Rotorblatt-Klappen sind üblicher Weise mit Hilfe eines Gelenklagers, welches z.B. einen in einem Nadellager oder dergleichen geführten Klappenlagerbolzen aufweist, beweglich an einem Rotorblatt-Profilkörper befestigt.At rotor blades of a rotary wing aircraft in the current rotor operation air vortex. These generate noise and vibrations, which are particularly noticeable in a cabin of the rotary-wing aircraft, affect the comfort of passengers and the life essential components of the rotary wing aircraft adversely affect. This in turn becomes the range of use of the rotary-wing aircraft limited. To avoid such air turbulence rotor blades are used, with movable, with the help of actuators controllable rotor blade flaps are equipped. These rotor blade flaps are more common Way with the help of a hinge bearing, which e.g. one in one Needle bearing or the like Flap bearing pin has, movably attached to a rotor blade profile body.

Aus der DE 10116479 A1 ist ein Rotorblatt bekannt, welches ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil sowie eine Rotorblatt-Klappe umfasst, die mittels eines Gelenklagers beweglich an einem Rotorblatt-Profilkörper befestigt ist. Die Rotorblatt-Klappe ist über einen Piezoaktuator ansteuerbar, der in einer Profiltiefenrichtung von der Klappe beabstandet in einem vorderen Profilbereich des Rotorblatt-Profilkörpers angeordnet ist. Der Piezoaktuator überträgt seine Stellkräfte über streifen- oder stangenförmige Zugelemente auf die Rotorblatt-Klappe.From the DE 10116479 A1 a rotor blade is known, which comprises an aerodynamically effective rotor blade profile and a rotor blade flap, which is fixed by means of a spherical bearing movable on a rotor blade profile body. The rotor blade flap can be controlled via a piezoactuator, which is arranged in a profile depth direction away from the flap in a front profile region of the rotor blade profile body. The piezo actuator transmits its actuating forces via strip or rod-shaped tension elements to the rotor blade flap.

Bei bekannten Rotorblättem der zuvor genannten Art lässt bereits nach relativ kurzer Betriebdauer die Wirksamkeit Rotorblatt-Klappe nach, und sie verliert schnell ihre Leistungsfähigkeit, weil durch Verschleiß der hochbelasteten Klappenlagerung rasch ein Spiel entsteht. Dadurch wird der verfügbare Klappenausschlagsbereich verringert, die aerodynamische und mechanische Klappenwirkung lässt nach, und die Reibung in der Klappenlagerung wird stark erhöht. Dies wiederum beeinträchtigt auch die Leistungsfähigkeit des Aktuators, welcher die Klappe ansteuert. Es sind deshalb in relativ kurzen Zeitintervallen aufwendige Wartungs- oder Austauscharbeiten erforderlich. Infolge konventioneller, gelenkiger Klappenlagerung entsteht bei einem Klappenausschlag auch ein ungünstiger Knick bzw. eine Unstetigkeitsstelle im Rotorblattprofil, was sich nachteilig auf die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes und der Rotorblatt-Klappe auswirkt. Darüber hinaus erfordern die beschriebenen konventionellen Rotorblätter einen hohen konstruktiven Aufwand zur Erzielung der kinematischen Klappenbewegung und eine große Anzahl von Einzelteilen.at known rotor blades of the aforementioned type After only a relatively short period of operation, the effectiveness of the rotor blade flap after, and it quickly loses its efficiency because of wear of the highly loaded Flap bearing quickly creates a game. This will change the available flap deflection range reduces the aerodynamic and mechanical valve action, and the friction in the flap bearing is greatly increased. This again impaired also the efficiency of the actuator, which controls the flap. It is therefore in relatively short time intervals consuming maintenance or replacement work required. As a result of conventional, hinged flap bearing In the case of a flap rash, an unfavorable kink or discontinuity also occurs in the rotor blade profile, which adversely affects the aerodynamic Properties of the rotor blade and the rotor blade flap effects. Furthermore require the described conventional rotor blades one high design effort to achieve the kinematic flap movement and a big one Number of items.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, ein gattungsgemäßes Rotorblatt zu schaffen, dessen Rotorblatt-Klappe und Klappenlagerung über verbesserte aerodynamische, mechanische und kinematische Eigenschaften verfügt, und das mit einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand herstellbar ist. Ferner soll ein Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, mit mindestens einem solchen Rotorblatt bereit gestellt werden.Of the Invention is the task or the technical problem underlying, a generic rotor blade whose rotor blade flap and flap bearing have improved aerodynamic, has mechanical and kinematic properties, and that comparatively low design effort can be produced. Furthermore, a Rotorcraft, in particular a helicopter, with at least one such rotor blade to be provided.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is done according to a first aspect solved by an inventive rotor blade with the features of claim 1.

Dieses Rotorblatt, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, umfasst: ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil; eine bewegliche, lager- und gelenklose Rotorblatt-Klappe, die in einen Rotorblattprofilbereich des Rotorblattes integriert ist und mindestens eine obere und mindestens eine untere dünne, eigenstabile, elastisch dehnbare und/oder biegbare Klappen-Blatthaut besitzt, wobei die Blatthäute in Profiltiefenrichtung mit ihrer jeweils einen Seite miteinander verbunden sind und einen Rotorblattprofil-Endbereich ausbilden und mit ihrer jeweils anderen Seite in Profildickenrichtung voneinander beabstandet an einem torsions- und biegesteifen Rotorblatt-Profilkörper befestigt sind und zusammen mit diesem das Rotorblattprofil ausbilden; und mindestens einen flachen, plattenförmigen und in Richtung der Plattenebene längenveränderbaren Aktuator, der mit mindestens einer der beiden Blatthäute flächig verbunden ist und bei einer Aktuator-Stellbewegung die betreffende Blatthaut in ihrer Blatthautebene und im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung elastisch dehnt und in Zusammenwirkung mit der jeweils anderen Blatthaut eine Auslenkung der Rotorblatt-Klappe induziert.This Rotor blade, in particular for a rotary wing aircraft, comprises: an aerodynamically effective rotor blade profile; a mobile, Bearing and jointless rotor blade flap, which in a rotor blade profile area of the rotor blade is integrated and at least one upper and at least a lower thin, intrinsically stable, elastically extensible and / or bendable flap leaf skin owns, with the leaf skins in profile depth direction with their one side each other are connected and form a rotor blade profile end portion and spaced apart with their respective other side in the profile thickness direction attached to a torsion and bending resistant rotor blade profile body are and together with this form the rotor blade profile; and at least one flat, plate-shaped and in the direction of Plate level length-adjustable Actuator, which is connected flat to at least one of the two leaf skins is and in an actuator-actuating movement of the relevant leaf skin in its leaf level and essentially in profile depth direction Elastic stretches and in cooperation with each other's leaf skin induced a deflection of the rotor blade flap.

„Lager- und gelenklose" Rotorblatt-Klappe bedeutet, dass diese über kein konventionelles Gelenklager verfügt. Vielmehr übernehmen bei dem erfindungsgemäßen Rotorblatt die dünnen Klappen-Blatthäute die Funktion eines sog. virtuellen oder fiktiven Klappenlagers. Die Lager- bzw. Gelenkfunktion wird hierbei mittels der elastischen bzw. reversiblen Verformbarkeit der jeweiligen Klappen-Blatthäute erreicht, wobei die betreffende Blatthaut bei einem Ausschlag der Klappe gedehnt, d.h. verlängert oder verkürzt und gebogen wird. Unter einer „dünnen" Klappen-Blatthaut soll eine Blatthaut verstanden werden, deren Dicke im Vergleich zu der Außenhautdicke des torsions- und biegesteifen Rotorblatt-Profilkörper gering ist und beispielsweise 1 – 30 % der Dicke dieser Außenhaut beträgt.In the case of the rotor blade according to the invention, the thin flap leaf skins function as a so-called virtual or fictitious flap bearing elastic or reversible deformability of the respective flap leaf skins reached, the leaf skin concerned in a Rash of the flap stretched, ie extended or shortened and bent. A "thin" flap leaf skin is to be understood as meaning a leaflet whose thickness is small in comparison to the outer skin thickness of the torsion-resistant and rigid rotor blade profile body and, for example, amounts to 1 to 30% of the thickness of this outer skin.

„Eigenstabile" Klappen-Blatthaut bedeutet, dass diese zwar für die erforderliche Beweglichkeit der Klappe geringfügig elastisch dehnbar und/oder biegbar, gleichzeitig aber hinreichend steif und formstabil ausgebildet ist, um die im Rotorbetrieb auftretenden hohen Fliehkräfte, aerodynamische Kräfte und auch die Stellkräfte des Aktuators aufnehmen zu können, hierbei jedoch sowohl in einer Neutralstellung als auch in einem ausgeschlagenen Zustand stets in Verbindung mit der durch den Rotorblatt-Profilkörper definierten Profilkontur ein glattes und aerodynamisch günstiges Rotorblattprofil bildet. Diese Eigenstabilität einer jeweiligen Klappen-Blatthaut kann entweder durch die Blatthautstruktur selbst oder auch in Zusammenwirkung mit dem an der Blatthaut direkt oder indirekt befestigten Aktuator erzielt werden. Die Blatthäute können lösbar oder unlösbar an dem Rotorblatt-Profilkörper fixiert sein."Self-stable" flap leaf skin means that while this is for the required mobility of the flap slightly elastic stretchable and / or bendable, but at the same time sufficiently stiff and is formed dimensionally stable to those occurring in rotor operation high centrifugal forces, aerodynamic forces and also the restoring forces of the actuator, but here in a neutral position as well as in a worn state always in conjunction with the defined by the rotor blade profile body Profile contour forms a smooth and aerodynamically favorable rotor blade profile. This inherent stability a respective flap leaf skin may either be due to the leaf skin structure itself or in conjunction with the on the leaf skin directly or indirectly mounted actuator can be achieved. The leaf skins can be detachable or unsolvable on the rotor blade profile body be fixed.

Der Aktuator kann zur Vergrößerung seiner auf die Blatthaut zu übertragenden Stellbewegung über eine Übersetzungseinrichtung verfügen. Um die betreffende Blatthaut ausgehend von einer Neutralstellung der Rotorblatt-Klappe im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung bzw. in einem geringen schrägen Winkel dazu und in der Blatthautebene zu dehnen, wird der Aktuator zweckmäßigerweise so an der Blatthaut befestigt, dass bei einer Stellbewegung die Richtung der Längenänderung des Aktuator in Richtung der gewünschten Dehnung der Blatthaut erfolgt. Falls pro Blatthaut mehr als ein Aktuator verwendet wird, können diese Aktuatoren jedoch auch in schrägen Winkel relativ zueinander angeordnet an der Blatthaut befestigt werden, so dass sich bei einer Aktuator-Stellbewegung die Kraftvektoren der einzelnen Aktuatoren überkreuzen. Der aus einer Längenänderung der mehreren Aktuatoren resultierende Gesamtkraftvektor sollte dann jedoch im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung bzw. einem geringen Winkel dazu und in der Blatthautebene verlaufen.Of the Actuator can increase its on to transfer the leaf skin Actuation movement over a translation device feature. To the relevant leaf skin starting from a neutral position the rotor blade flap substantially in profile depth direction or at a slight oblique angle to stretch to and in the leaf level, the actuator is expediently so fastened to the leaf skin, that during an adjusting movement the direction the change in length of the actuator in the direction of the desired Elongation of the leaf skin occurs. If more than one per leaf skin Actuator can be used however, these actuators also at an oblique angle relative to each other arranged to be attached to the leaf skin, so that at one Actuator actuating movement crossing the force vectors of the individual actuators. The one from a change in length the total force vector resulting from multiple actuators should then However, essentially in profile depth direction or a small Angle to and run in the leaf level.

Zur Erzielung einer Auslenkung der Rotorblatt-Klappe bzw. eines Klappenausschlags ist, wie bereits erwähnt, eine Zusammenwirkung des Aktuators bzw. der von diesem längenveränderten Blatthaut mit der jeweils anderen Blatthaut erforderlich. Da die Blatthäute an einer Seite miteinander verbunden und mit ihrer anderen Seite an dem torsions- und biegesteifen Rotorblatt-Profilkörper befestigt sind, wird eine elastische Verformung und Formänderung der einen Blatthaut jeweils auch eine elastische Verformung und Formänderung der anderen Blatthaut bewirken, was zusammen zu einem Klappenausschlag um das virtuelle oder fiktive Klappengelenk führt. Der torsions- und biegesteife Rotorblatt-Profilkörper stellt hierbei sicher, dass bei einer Klappenauslenkung nicht auch angrenzende Profilbereiche des Rotorblattes unkontrolliert verformt werden, sondern formstabil bleiben.to Achieving a deflection of the rotor blade flap or a flap deflection is, as already mentioned, a cooperation of the actuator or the length-changed from this Leaf skin with the other leaf skin required. Because the leaf skins connected on one side and on the other side attached to the torsion and bending resistant rotor blade profile body are, elastic deformation and shape change of a leaf skin each also cause an elastic deformation and deformation of the other leaf skin, resulting in a flap around the virtual or fictitious Valve joint leads. The torsion and bending stiff blade profile body ensures this, that in a Klappenauslenkung not adjacent profile areas of Rotor blade uncontrolled deformed, but dimensionally stable stay.

In der einfachsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblattes kann ein Aktuator an nur einer der beiden Blatthäute vorgesehen sein. Der erreichbare Klappenausschlag ist dann jedoch vergleichsweise gering. Vorzugsweise ist deshalb jede Klappen-Blatthaut mit einem Aktuator ausgerüstet, der gegenläufig zu dem jeweils anderen Aktuator betätigt wird, was bei Bedarf einen großen Klappenausschlag gewährleistet. Je nach verwendetem Aktuatortyp kann dieser ausgehend von einer Neutralstellung zur Induzierung eines Klappenausschlags entweder nur verlängert, nur verkürzt oder sowohl verlängert als auch verkürzt werden.In the simplest embodiment the rotor blade according to the invention An actuator may be provided on only one of the two blade skins. The achievable But flap rash is then comparatively low. Preferably Therefore, every flap leaf skin is equipped with an actuator that opposite is actuated to the respective other actuator, which if necessary a huge Valve rash guaranteed. Depending on the type of actuator used, this can be based on a Neutral position for inducing a flap deflection either only extended, only shortened or both extended as well as shortened become.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt und dessen Rotorblatt-Klappe einschließlich der gelenk- und lagerlosen Klappenlagerung verfügt über verbesserte aerodynamische, mechanische und kinematische Eigenschaften und ist mit einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand herstellbar.The Rotor blade according to the invention and its rotor blade flap including the articulated and bearingless Valve storage has improved aerodynamic, mechanical and kinematic properties and is produced with a comparatively low design effort.

Die Klappen-Blatthäute besitzen eine vorteilhafte Mehrfachfunktion, da sie nicht nur eine mit dem übrigen Rotorblatt-Profilkörper integrale Einheit bilden können, sondern auch den virtuellen Klappengelenkbereich aerodynamisch günstig verkleiden und hierbei eine harmonische Fortsetzung der verbleibenden Rotorblatt-Außenkontur bilden. Auch bei einem Klappenausschlag (nach oben oder unten) stellen die Blatthäute eine aerodynamisch günstige Rotorblattprofilform sicher, da sich die Blatthäute in einem weichen, stetigen Kurvenverlauf biegen, so dass anders als bei konventionellen, gelenkigen Klappenlagerungen kein ungünstiger Knick bzw. keine Unstetigkeitsstelle im Rotorblattprofil entsteht. Die im Wesentlichen durch die Klappen-Blatthäute gebildete lager- und gelenklose Rotorblatt-Klappe arbeitet darüber hinaus spielfrei und nahezu verschließfrei. Diese positiven Eigenschaften können über eine im Vergleich zu konventionellen Klappenlagerungen sehr hohe Zeitdauer aufrecht erhalten werden. Der verfügbare Klappenausschlagsbereich bleibt stets konstant und verringert sich nicht im Laufe der Betriebszeit. Es ist deshalb stets eine zuverlässige aerodynamische und mechanische Klappenwirkung erzielbar, und auch die Leistungsfähigkeit des zugeordneten Aktuators wird nicht beeinträchtigt. Aufwendige Wartungs- oder Austauscharbeiten sind in der Regel nicht erforderlich.The Flap leaf skins have a beneficial multiple function, as they are not just one with the rest Rotor blade profile body can form an integral unit, but also disguise the virtual flap joint area aerodynamically favorable and here a harmonic continuation of the remaining rotor blade outer contour form. Even with a flap rash (up or down) ask the leaf skins an aerodynamically favorable Rotor blade profile shape safe, as the leaf skins in a soft, steady Curve curve, so that unlike conventional, hinged flap bearings no unfavorable Kink or no discontinuity in the rotor blade profile arises. The stock and hingeless formed essentially by the flap leaf skins Rotor blade flap works over it In addition, backlash-free and almost seal-free. These positive qualities can over a very long time compared to conventional flap bearings be maintained. The available flap range always stays constant and does not diminish during operation time. It is therefore always a reliable one aerodynamic and mechanical valve action achievable, and also the efficiency the associated actuator is not affected. Elaborate maintenance or replacement work is usually not required.

Bei dem erfindungsgemäßen Rotorblatt bietet die durch die Klappen-Blatthäute und die besondere Aktuatoranordnung gekennzeichnete Klappenkonstruktion auch eine hohe Ausfallsicherheit bzw. Eigensicherheit, da sich die Rotorblatt-Klappe bei einem Versagen der Aktuatorik infolge der elastisch dehn- und/oder biegbaren Blatthäute, die infolge ihres Zusammenwirkens und aufgrund ihrer inhärenten Eigenschaften eine Rückstellwirkung erzielen, automatisch in eine Neutralstellung zurückstellt. Bei einem Ausfall der Aktuatoren bzw. deren Ansteuerung ist die Flugfähigkeit eines mit dem erfindungsgemäßen Rotorblattes ausgestalten Drehflügelflugzeugs also nicht gefährdet.In the rotor blade according to the invention provides the through the flap leaf skins and the FITS characterized in that the rotor blade flap in a failure of the actuator due to the elastically stretchable and / or bendable blade skins, which achieve a restoring effect due to their interaction and due to their inherent properties, automatically in a Reset neutral position. In the event of failure of the actuators or their actuation, the flying capability of a rotary-wing aircraft embodied with the rotor blade according to the invention is therefore not endangered.

Als Aktuatoren können Standardbauteile, wie z.B. dünne plattenförmige Piezoaktuatoren, verwendet werden, die beispielsweise mit Hilfe von Haft- oder Klebemitteln leicht an den Klappen-Blatthäuten zu befestigen sind, was besonders bei einer Faserverbundbauweise von Vorteil ist. Das erfindungsgemäße Rotorblatt und insbesondere dessen Rotorblatt-Klappe benötigt nur eine geringe Anzahl von Teilen und besitzt einen einfachen, effektiven Aufbau, der nur einen geringen Materialaufwand erfordert. Dies ist auch einem niedrigen Gewicht des Rotorblattes zuträglich. Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Rotorblattes ist folglich nur ein vergleichsweise geringer Konstruktions- und Fertigungsaufwand notwendig, und das Rotorblatt ist mit niedrigen Konstruktions- und Fertigungskosten herstellbar.When Actuators can Standard components, such as thin disc-shaped Piezoactuators, used for example with the help of adhesives or adhesives readily to the valve leaf skins which are especially in a fiber composite construction of Advantage is. The rotor blade according to the invention and in particular its rotor blade flap requires only a small number of parts and possesses a simple, effective construction that only requires a low cost of materials. This is also a low one Weight of the rotor blade conducive. For the realization of the rotor blade according to the invention is consequently only a comparatively low design and manufacturing costs necessary, and the rotor blade is low in construction and Production costs can be produced.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Rotorblattes sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.Further preferred and advantageous design features of the rotor blade according to the invention are the subject of the dependent claims 2 to 8.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Drehflügelflugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The The object underlying the invention is achieved according to a second aspect by a Rotary aircraft according to the invention with the features of claim 9.

Mit dem erfindungsgemäßen Drehflügelflugzeug sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile erzielbar, wie sie bereits oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotorblatt erläutert wurden.With the rotary wing aircraft according to the invention Essentially, the same benefits are achievable as they already are have been explained above in connection with the rotor blade according to the invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.One preferred embodiment the invention with additional Design details and other advantages is below Reference to the attached Drawings closer described and explained.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Querschnittsansicht durch einen wesentlichen Bereich eines erfindungsgemäßen, mit einer Rotorblatt-Klappe ausgestatteten Rotorblattes; und 1 a schematic cross-sectional view through a substantial portion of an inventive, equipped with a rotor blade flap rotor blade; and

2 ein schematisches, kinematisches Modell der Rotorblatt-Klappe des erfindungsgemäßen Rotorblattes von 1. 2 a schematic, kinematic model of the rotor blade flap of the rotor blade of the invention 1 ,

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELENPRESENTATION OF PREFERRED EMBODIMENTS

In der 1 ist eine schematische Querschnittsansicht durch einen wesentlichen Bereich eines erfindungsgemäßen Rotorblattes 2 für einen Hubschrauber gezeigt. Das Rotorblatt 2 umfasst ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil und eine bewegliche, lager- und gelenklose Rotorblatt-Klappe 4, nachfolgend kurz Klappe 4 genannt. Die Klappe 4 ist in einen Rotorblattprofilbereich des Rotorblattes 2 integriert und in diesem Beispiel an einem Profilhinterkantenbereich angeordnet. Die Klappe 4 besitzt eine obere und eine untere dünne, eigenstabile, elastisch dehnbare und biegbare Klappen-Blatthaut 4a, 4b. Die beiden aus Faserverbundwerkstoff hergestellten Blatthäute 4a, 4b sind in Profiltiefenrichtung des Rotorblattes 2 mit ihrer jeweils einen Seite miteinander verbunden und bilden dort eine Rotorblattprofil-Hinterkante aus. Dieser Verbindungsbereich ist mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet. Mit ihrer jeweils anderen Seite sind sie in Profildickenrichtung voneinander beabstandet lösbar an einem torsions- und biegesteifen Rotorblatt-Profilkörper 8 befestigt. Anstelle einer lösbaren Anbringung können die obere und die untere Klappen-Blatthaut 4a, 4b natürlich auch integral mit dem Rotorblatt- Profilkörper 8 ausgebildet sein. Zusammen mit diesem Rotorblatt-Profilkörper 8 bilden die Blatthäute 4a, 4b das Rotorblattprofil aus.In the 1 is a schematic cross-sectional view through a substantial portion of a rotor blade according to the invention 2 shown for a helicopter. The rotor blade 2 includes an aerodynamically effective rotor blade profile and a movable, bearing and jointless rotor blade flap 4 , hereafter short flap 4 called. The flap 4 is in a rotor blade profile area of the rotor blade 2 integrated and arranged in this example at a profile trailing edge region. The flap 4 has an upper and a lower thin, intrinsically stable, elastically extensible and bendable flap leaf skin 4a . 4b , The two fiber skins made of fiber composite material 4a . 4b are in profile depth direction of the rotor blade 2 with their one side connected to each other and form there a rotor blade profile trailing edge. This connection region is denoted by the reference numeral 6 characterized. With their respective other side they are spaced from each other in the profile thickness direction detachable on a torsion and rigid rotor blade profile body 8th attached. Instead of a detachable attachment, the upper and lower flap leaf skin can 4a . 4b Of course, also integral with the rotor blade profile body 8th be educated. Together with this rotor blade profile body 8th form the leaf skins 4a . 4b the rotor blade profile.

Wie in der 1 des Weiteren erkennbar ist, verfügt das Rotorblatt 2 bei Betrachtung im Querschnitt im Klappenbereich über zwei flache, plattenförmige und in Richtung ihrer Plattenebenen längenveränderbare Aktuatoren 10a, 10b, die jeweils an einer zur Innenseite des Rotorplattprofils weisenden Innenfläche der betreffenden Blatthaut 4a, 4b befestigt sind. Bei den Aktuatoren 10a, 10b handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um dünne, plattenförmige Piezoaktuatoren, z.B. um sog. „Quickpacks" (z.B. der Aktuatortyp ACX QP40N) der amerikanischen Firma Active Control Experts (ACX). Ein jeweiliger Aktuator 10a, 10b ist mit der zugeordneten Blatthaut 4a, 4b flächig verbunden, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Kleben erfolgt.Like in the 1 further recognizable, has the rotor blade 2 when viewed in cross-section in the flap area over two flat, plate-shaped and variable in the direction of their plate planes actuators 10a . 10b , each at an inner surface of the respective leaf skin facing the inside of the rotor profile 4a . 4b are attached. At the actuators 10a . 10b In this exemplary embodiment, these are thin, plate-shaped piezoactuators, for example so-called "quickpacks" (for example the ACX QP40N actuator type) from the American company Active Control Experts (ACX), a respective actuator 10a . 10b is with the associated leaf skin 4a . 4b connected flat, which is done in the present embodiment by gluing.

Da der jeweilige Piezoaktuator 10a, 10b in Relation zur Klappenlänge relativ schmal ist, werden pro Blatthaut 4a, 4b zweckmäßigerweise mehrere Piezoaktuatoren 140a, 10b in Längsrichtung der Klappe 4 nebeneinander angeordnet. Die Länge des jeweiligen Piezoaktuators 10a, 10b in Profiltiefenrichtung ist vorzugsweise so gewählt, dass sich dieser möglichst über einen Großteil der zur Verfügung stehenden Klappentiefe erstreckt. Die genaue Länge des Aktuators im Verhältnis zu der Klappentiefe kann je nach Anwendungsfall und Ausgestaltungsform der Klappe natürlich variieren.Since the respective piezo actuator 10a . 10b relatively narrow in relation to the flap length, are per leaf skin 4a . 4b suitably more piezo actuators 140a . 10b in the longitudinal direction of the flap 4 arranged side by side. The length of the respective piezoactuator 10a . 10b in profile depth direction is preferably chosen so that this extends as possible over a large part of the available flap depth. The exact length of the actuator in relation to the valve depth can of course vary depending on the application and design of the flap.

Die Piezoaktuatoren 10a, 10b verlängern bei Anlegen einer elektrischen Spannung und in Abhängigkeit der Polung ihre Abmessung, d.h., sie werden verlängert oder verkürzt. Dadurch wird eine Aktuator-Stellbewegung erzielt, welche aufgrund der mit der jeweiligen Blatthaut 4a, 4b bestehenden Klebeverbindung die betreffende Blatthaut 4a, 4b in ihrer Blatthautebene und im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung elastisch dehnt und in Zusammenwirkung mit der jeweils anderen Blatthaut eine Auslenkung der Rotorblatt-Klappe 4 nach oben oder unten bewirkt, wie in der 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Hierbei verbiegen sich die Blauhäute 4a, 4b auch elastisch. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Piezoaktuatoren 10a, 10b gegenläufig ansteuerbar, d.h., wenn der untere Aktuator 10b verlängert wird, wird der obere Aktuator 10a verkürzt, und umgekehrt. Dies ist in der 1 durch Doppelpfeile angedeutet. Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass der in der rein schematischen Darstellung gemäß 1 bei einem Klappenausschlag zu erkennende Knick bzw. die Unstetigkeitsstelle in der Profilkontur in der Praxis nicht vorhanden ist, sondern sich die Blatthäute 4a, 4b in einem weichen, stetigen Kurvenverlauf biegen.The piezoactuators 10a . 10b extend upon application of an electrical voltage and as a function of polarity their dimension, ie, they are extended or shortened. As a result, an actuator-adjusting movement is achieved, which due to the with the respective leaf skin 4a . 4b existing adhesive connection the relevant leaf skin 4a . 4b elastically stretched in its leaf level and substantially in the profile depth direction and, in cooperation with the respective other leaf skin, a deflection of the rotor blade flap 4 up or down causes, as in the 1 indicated by dashed lines. Here, the blue skins bend 4a . 4b also elastic. In the present embodiment, the piezoactuators are 10a . 10b controllable in opposite directions, ie, when the lower actuator 10b is extended, the upper actuator 10a shortened, and vice versa. This is in the 1 indicated by double arrows. It should be noted at this point that in the purely schematic representation of 1 in a flap rash to be recognized kink or the point of discontinuity in the profile contour in practice is not present, but the leaf skins 4a . 4b bend in a smooth, steady curve.

2 zeigt ein schematisches, stark vereinfachtes kinematisches Modell der Rotorblatt-Klappe 4 des erfindungsgemäßen Rotorblattes 2 von 1. Wie in dieser Zeichnung dargestellt ist, bilden die außerhalb des Verbindungsbereichs 6 liegenden Abschnitte 12a, 12b der jeweiligen Blatthäute 4a, 4b jeweils einen Lenker, der sich bei einer Stellbewegung der Aktuatoren 10a, 10b (in der 2 nicht gezeigt) verkürzt oder verlängert, je nachdem ob eine positive oder negative Spannung an den betreffenden Piezoaktuator 10a, 10b angelegt wird. Dadurch schlägt die Rotorblatt- bzw. Klappenhinterkante nach oben oder unten aus. 2 shows a schematic, greatly simplified kinematic model of the rotor blade flap 4 the rotor blade according to the invention 2 from 1 , As shown in this drawing, they form outside the connection area 6 lying sections 12a . 12b the respective leaf skins 4a . 4b in each case a handlebar, which is in an actuating movement of the actuators 10a . 10b (in the 2 not shown) shortened or extended, depending on whether a positive or negative voltage to the relevant piezoelectric actuator 10a . 10b is created. As a result, the rotor blade or flap rear edge deflects upwards or downwards.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt 2 wird bevorzugt bei einem Drehflügelflugzeug, insbesondere einem Hubschrauber, eingesetzt, der über wenigstens einen Rotor mit mindestens einem solchen Rotorblatt verfügt.The rotor blade according to the invention 2 is preferably used in a rotary-wing aircraft, in particular a helicopter, which has at least one rotor with at least one such rotor blade.

Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient, beschränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs kann das erfindungsgemäße Rotorblatt vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebene Ausgestaltungsform annehmen. So kann der mindestens eine flache, plattenförmige Aktuator auch auf der Außenseite der betreffenden Klappen-Blatthaut befestigt sein. Hierbei ist jedoch eine aerodynamisch günstige Integration in die Außenkontur des Rotorblattprofils sicherzustellen. Ferner können die obere und unter Klappen-Blatthaut nicht nur jeweils eine einzelne, sondern auch mehrere Einzelhäute aufweisen. Überdies ist es bei dem erfindungsgemäßen Rotorblatt grundsätzlich auch möglich, die Rotorblatt-Klappe an einem Profilnasenbereich anzuordnen.The The invention is not limited to the above embodiment the general explanation the core idea of the invention is limited. Within the scope of protection can the rotor blade according to the invention rather, other than the above concretely described embodiment accept. Thus, the at least one flat, plate-shaped actuator also on the outside be attached to the relevant flap leaf skin. Here is, however an aerodynamically favorable Integration into the outer contour of the rotor blade profile. Furthermore, the upper and lower flap leaf skin not only each have a single, but also several individual skins. Moreover, it is it in the rotor blade according to the invention in principle also possible, to arrange the rotor blade flap on a profile nose area.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.reference numeral in the claims, The description and the drawings are only for the better understanding of the invention and are not intended to limit the scope.

Es bezeichnen:It describe:

22
Rotorblattrotor blade
44
Rotorblatt-KlappeRotor blade flap
4a4a
Obere Klappen-BlatthautUpper Flap blade skin
4b4b
Untere Klappen-BlatthautLower Flap blade skin
66
Verbindungsbereichconnecting area
88th
Torsions- und biegesteifer Rotorblatt-Profilkörpertorsional and rigid rotor blade profile body
10a10a
Piezoaktuatorpiezo actuator
10b10b
Piezoaktuatorpiezo actuator
12a12a
Abschnitt von 4a Section of 4a
12b12b
Abschnitt von 4b Section of 4b

Claims (9)

Rotorblatt (2), insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, umfassend – ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil; – eine bewegliche, lager- und gelenklose Rotorblatt-Klappe (4), die in einen Rotorblattprofilbereich des Rotorblattes (2) integriert ist und mindestens eine obere und mindestens eine untere dünne, eigenstabile, elastisch dehnbare und/oder biegbare Klappen-Blatthaut (4a, 4b) besitzt, wobei die Blatthäute (4a, 4b) in Profiltiefenrichtung mit ihrer jeweils einen Seite miteinander verbunden (6) sind und einen Rotorblattprofil-Endbereich (6) ausbilden und mit ihrer jeweils anderen Seite in Profildickenrichtung voneinander beabstandet an einem torsions- und biegesteifen Rotorblatt-Profilkörper (8) befestigt sind und zusammen mit diesem das Rotorblattprofil ausbilden; und – mindestens einen flachen, plattenförmigen und in Richtung der Plattenebene längenveränderbaren Aktuator (10a; 10b), der mit mindestens einer der beiden Blatthäute (4a, 4b) flächig verbunden ist und bei einer Aktuator-Stellbewegung die betreffende Blatthaut (4a, 4b) in ihrer Blatthautebene und im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung elastisch dehnt und in Zusammenwirkung mit der jeweils anderen Blatthaut (4b, 4a) eine Auslenkung der Rotorblatt-Klappe (4) induziert.Rotor blade ( 2 ), in particular for a rotary wing aircraft, comprising - an aerodynamically effective rotor blade profile; - a movable, bearing and jointless rotor blade flap ( 4 ), which in a rotor blade profile region of the rotor blade ( 2 ) and at least one upper and at least one lower thin, intrinsically stable, elastically extensible and / or bendable flap leaf skin ( 4a . 4b ), the leaf skins ( 4a . 4b ) in the profile depth direction with their one side connected to each other ( 6 ) and a rotor blade profile end region ( 6 ) and with their respective other side in the profile thickness direction spaced from each other on a torsion and bending resistant rotor blade profile body ( 8th ) are fastened and together with this form the rotor blade profile; and - at least one flat, plate-shaped and length-variable actuator in the direction of the plate plane ( 10a ; 10b ) with at least one of the two leaf skins ( 4a . 4b ) is connected flat and in an actuator-adjusting movement of the relevant leaf skin ( 4a . 4b ) stretched elastically in its leaf-skin plane and substantially in the profile-depth direction, and in cooperation with the respective other leaf skin ( 4b . 4a ) a deflection of the rotor blade flap ( 4 ). Rotorblatt (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblatt-Klappe (4) an einem Profilhinterkantenbereich des Rotorblattes (2) angeordnet ist.Rotor blade ( 2 ) according to claim 1, characterized ge indicates that the rotor blade flap ( 4 ) at a profile trailing edge region of the rotor blade ( 2 ) is arranged. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und/oder die untere Klappen-Blatthaut (4a, 4b) integral mit dem Rotorblatt-Profilkörper (8) ausgebildet ist/sind.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the upper and / or lower flap leaf skin ( 4a . 4b ) integral with the rotor blade profile body ( 8th ) is / are formed. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen-Blatthaut (4a, 4b) aus Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the flap leaf skin ( 4a . 4b ) is made of fiber composite material. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine flache, plattenförmige Aktuator (10a, 10b) an einer zur Innenseite des Rotorplattprofils weisenden Innenfläche der betreffenden Klappen-Blatthaut (4a, 4b) angeordnet ist.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one flat, plate-shaped actuator ( 10a . 10b ) on an inner surface of the respective flap leaf skin facing the inside of the rotor profile ( 4a . 4b ) is arranged. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine flache, plattenförmige Aktuator (10a, 10b) auf der Außenseite der betreffenden Klappen-Blatthaut (4a, 4b) befestigt ist.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one flat, plate-shaped actuator ( 10a . 10b ) on the outside of the relevant flap leaf skin ( 4a . 4b ) is attached. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Klappen-Blatthaut (4a, 4b) jeweils mindestens ein flacher, plattenförmiger Aktuator (10a, 10b) vorgesehen ist.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that per flap leaf skin ( 4a . 4b ) at least one flat, plate-shaped actuator ( 10a . 10b ) is provided. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine flache, plattenförmige Aktuator ein Piezoaktuator (10a, 10b) ist.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one flat, plate-shaped actuator is a piezoactuator ( 10a . 10b ). Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, umfassend wenigstens einen Rotor mit mindestens einem Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.Rotary-wing aircraft, in particular a helicopter, comprising at least one rotor with at least one rotor blade ( 2 ) according to one or more of claims 1 to 8.
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