DE10348981B4

DE10348981B4 - Rotor, insbesondere für ein Drehflugzeug

Info

Publication number: DE10348981B4
Application number: DE10348981A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Bittner
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2023-10-23
Also published as: ITMI20041932A1; DE10348981A1; US7207778B2; US20050147495A1

Abstract

Rotor, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, umfassend
– einen Rotormast;
– mindestens ein, einen oder mehrere Sensoren aufweisendes, verstellbares Rotorblatt (2);
– eine Rotorblattverstelleinrichtung (4), die alle für eine synchronisierte, zyklische und kollektive Rotorblattverstellung erforderlichen Blatt-Aktuatoren (8) und Kinematiken aufweist und die an einer zusammen mit dem Rotorblatt (2) zwangssynchron mitdrehenden Trägereinrichtung (6) angeordnet ist und sich mit dieser und sowohl in Bezug zu dem Rotormast und dem Rotorblatt (2) relativ bewegungsfrei mitdreht;
– eine Steuersignal-Schnittstelle (10), die zwischen der mitdrehenden Rotorblattverstelleinrichtung (4) und einem stillstehenden Rotorabschnitt angeordnet ist, wobei die Steuersignal-Schnittstelle (10) so ausgebildet ist, dass sowohl Steuersignale (S) für die Betätigung der Blatt-Aktuatoren (8) von dem stillstehenden Rotorabschnitt zu der Rotorblattverstelleinrichtung (4) als auch aus Messdaten des Sensors des Rotorblatts (2) gebildete Sekundärsignale (S₂) von der mitdrehenden Rotorblattverstelleinrichtung (4) zu dem stillstehenden Rotorabschnitt übertragbar sind, sowie
– eine Kontrolleinrichtung (26), die über eine...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Rotor, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, mit einem oder mehreren verstellbaren Rotorblättern.
STAND DER TECHNIK
Ein für ein Drehflügelflugzeug vorgesehener Rotor umfasst in der Regel eine Rotorwelle oder einen Rotormast, einen Rotorkopf und ein oder mehrere verstellbare Rotorblätter, die über den Rotorkopf drehfest mit der Rotorwelle bzw. dem Rotormast verbunden sind. Für eine zyklische und kollektive Blattwinkelverstellung besitzt ein derartiger Rotor ein Ansteuerungssystem, welches als wesentliche Elemente ein Mischhebelgetriebe mit Aktuatoren und einem Steuergestänge, eine um die Rotorwelle oder den Rotormast herum angeordnete und mit dem Mischhebelgetriebe zusammenwirkende Taumelscheibe mit einem nicht-drehenden und einem drehenden Teil, einen Taumelscheiben-Mitnehmer sowie mit der Taumelscheibe und den Rotorblättern bzw. deren Blattverstellhebeln zusammenwirkende Blattsteuerstangen aufweist. Zur Erzielung der zyklischen und kollektiven Steuerung bzw. Blattwinkelverstellung ist die Taumelscheibe mittels des Mischhebelgetriebes in axialer Richtung der Rotorwelle verschiebbar sowie in mehreren Ebenen kippbar.
Bei moderneren Rotorkonzepten, die als sogenannte fly-by-wire- oder fly-by-light-Steuerungen bekannt sind, werden die zellenseitig bis zur Taumelscheibe hin reichenden Teile des Steuergestänges oder sogar das gesamte Mischhebelgetriebe durch elektrische Leiter oder Lichtleiter ersetzt. Über diese Leiter werden Steuersignale eines Piloten übertragen. Diese Steuersignale steuern dann wiederum Aktuatoren, welche die Taumelscheibe bewegen. Spezielle Steuerungsvarianten, wie z. B. die sog. higher harmonic control (HHC), welche zur Lärm- oder Vibrationsunterdrückung am Rotor besonders vorteilhaft ist, sind mit dieser Technologie nur unzureichend möglich.
Es sind des Weiteren Rotoren mit einer Einzelblattsteuerung bekannt. Diese Einzelblattsteuerung wird auch als IBC (individual blade control) bezeichnet. Bei einem derartigen Rotor sind die Steuerstangen von der Taumelscheibe zu den Blattverstellhebeln der Rotorblätter durch längenverstellbare Aktuatoren ersetzt. Diese Aktuatoren werden einzeln angesteuert und steuern so wiederum die Rotorblätter individuell an.
In dem Bericht „Eighteenth European Rotorcraft Forum", Paper No. 16, „development of active control technology in the rotating system, flight testing and theoretical investigations" ist ein Rotor mit IBC beschrieben, bei dem sich die einzeln ansteuerbaren, längenverstellbaren Aktuatoren an einem drehenden Teil einer axial verschiebbaren und kippbaren Taumelscheibe abstützen und von diesem Teil ausgehend annähernd parallel zur Längsrichtung der Rotorwelle nach oben zu den Blattverstellhebeln erstrecken. Bei einer Drehung des Rotors laufen die Aktuatoren mit dem drehenden Teil der Taumelscheibe und den Rotorblätter um die Rotorwelle um. Es besteht also eine Relativbewegung zwischen den Aktuatoren und dem, feststehendem Teil der Taumelscheibe sowie zwischen dem drehenden Teil der Taumelscheibe und der Rotorwelle.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 89 09 165 U1 offenbart ebenfalls einen Rotor mit IBC, welcher dem in dem vorangegangenen Absatz beschriebenen IBC-Konzept ähnelt. Die einzeln ansteuerbaren, längenverstellbaren Aktuatoren greifen jeweils mit einem Ende an einem Blattverstellhebel und mit dem anderen Ende an einem taumelscheibenartigen Element an. Wie genau dieses taumelscheibenartige Element ausgebildet ist, geht aus der DE 89 09 165 U1 nicht hervor.
Alle der zuvor genannten Rotorkonzepte verwenden eine Taumelscheibe oder ein taumelscheibenartiges Element als mechanische Baugruppe.
Die GB 2 149 372 A offenbart einen aus zwei Einzelrotoren bestehenden Koaxialrotor für einen Hubschrauber, mit einer Rotorblattsteuerung, bei der die Rotorblattverstellung eines jeweiligen Rotors mit Hilfe eines elektromotorischen Aktuatorsystems realisiert wird, welches einen elektrischen Rotor und einen Stator aufweist. Der Stator ist an einer mit der Zellenstruktur des Hubschraubers unbeweglich verbundenen hohlen Achse angeordnet, in der eine antreibende Rotorwelle läuft. Der elektrische Rotor wiederum ist an einem mit den Rotorblättern mitdrehenden Element angeordnet und über eine Art Zwischengetriebe mit den Rotorblättern verbunden. Durch eine Relativbewegung zwischen dem elektrischen Rotor und dem Stator wird die Rotorblattverstellung bewirkt. Bei diesem Konzept besteht auch eine Relativbewegung zwischen denjenigen Teilen des Koaxialrotors, welche den Stator beinhalten und denjenigen Teilen, welche den elektrischen Rotor und das Zwischengetriebe beinhalten. Diese Konstruktion ist sehr komplex und aufwendig, besitzt ein relativ hohes Gewicht und besteht aus einer Vielzahl beweglicher Teile.
Es sind ferner Rotoren bekannt, die eine Rotorblattsteuerung ohne Taumelscheibe realisieren. Anstelle der Taumelscheibe wird hierbei eine sog. Steuerspinne verwendet. Dieses Konzept weist unter anderem eine sich durch eine hohle Rotorwelle erstreckende Steuerstange sowie eine besondere Lager- und Schwenkeinrichtung für einen Übergang von einem nicht-drehenden zu einem drehenden Teil des Rotors und des Steuerspinnensystems auf. Derartige Rotoren kamen z. B. bei dem Westland WG13(Lynx)-Hubschrauber oder dem Bristol Sycamore-Hubschrauber zum Einsatz. Sie sind aber durch modernere Rotoren mit Taumelscheiben faktisch abgelöst worden.
Die Ansteuerungssysteme der vorbekannten Rotoren sind sehr sicherheitskritisch, mechanisch und kinematisch hoch komplex, besitzen wegen der über die Lebensdauer zu gewährleistenden Ausfallsicherheit ein hohes Gewicht, eine großes Bauvolumen und damit verbunden auch einen hohen aerodynamischen Widerstand.
Sie sind zudem recht anfällig gegen Außeneinwirkungen bzw. Beschädigungen, wobei sie aufgrund ihrer Bauart und exponierten Anordnung am Rotor per se einer erhöhten Gefahr ausgesetzt sind, beschädigt zu werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, einen Rotor, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, zur Verfügung zu stellen, der einen einfachen Aufbau aufweist und dessen Steuerungsverhalten vorprogrammier- bzw. variierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dieser Rotor, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, mit einem Rotormast bzw. einer Rotorwelle und einem oder mehreren, mindestens einen Sensor aufweisende, verstellbaren Rotorblättern, umfasst: eine taumelscheibenlose Rotorblattverstelleinrichtung, die an einer zusammen mit den Rotorblättern zwangsweise synchron mitdrehenden Trägereinrichtung angeordnet ist, sich mit dieser und sowohl in Bezug zu dieser als auch in Bezug zu dem Rotormast und den Rotorblättern relativbewegungsfrei mitdreht und alle für eine synchronisierte, zyklische und kollektive Rotorblattverstellung erforderlichen Blatt-Aktuatoren und Kinematiken sowie eine Steuersignal-Schnittstelle aufweist. Die Steuersignal-Schnittstelle ist dabei so ausgebildet, dass sowohl Steuersignale für die Betätigung der Blatt-Aktuatoren von dem stillstehenden Rotorabschnitt zu der Rotorblattverstelleinrichtung als auch aus Messdaten des bzw. der Sensoren am Rotorblatt gebildeten Sekundärsignale von der mitdrehenden Rotorblattverstelleinrichtung zu dem stillstehenden Rotorabschnitt übertragbar sind. Zudem ist eine Kontrolleinrichtung vorgesehen, die über eine Datenübertragungsstrecke mit der Steuersignal-Schnittstelle verbunden ist. Die Kontrolleinrichtung weist eine Datenverarbeitungseinrichtung, eine Steuerungselektronik, mindestens ein Steuerungsprogramm sowie eine Regeleinrichtung auf und generiert aus Steuerungsbefehlen (Sp) eines Piloten die Steuersignale für die Blatt-Aktuatoren für die synchronisierte, zyklische und kollektive Rotorblattverstellung und wertet zudem die von den Sensoren gelieferten Sekundärsignale aus.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor ist also keine Taumelscheibe mehr vorhanden. Ebenso entfallen ein Mischhebelgetriebe und die bei konventionellen Rotorkonstruktionen zwischen der Taumelscheibe und den Blattverstellhebeln vorhandenen Gestänge. Weiterhin entfällt die gesamte mechanische Steuerung, die bei konventionellen Drehflügelflugzeugen üblicher Weise zwischen den Blatt-Aktuatoren selbst bzw. dem Mischhebelgetriebe und Steuerelementen vorhanden ist, die in einem Cockpit eines Drehflügelflugzeugs angeordnet und von einem Piloten zu bedienen sind.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind die für die synchronisierte, zyklische und kollektive Rotorblattverstellung erforderlichen Blatt-Aktuatoren (vorzugsweise einschließlich etwaiger Kraftverstärkungen und Zusatzgetriebe) im drehenden System des Rotors am Rotorkopf angeordnet. Anders als bei konventionellen Rotoren, die mit einer Taumelscheibe oder einer Steuerspinne ausgestattet sind, ist bei dem erfindungsgemäßen Rotor folglich keine durch die Rotordrehung bedingte Relativbewegung zwischen der Rotorblattverstelleinrichtung und den Rotorblättern vorhanden. Ebenso wenig existiert eine durch die Rotordrehung bedingte Relativbewegung zwischen den Blatt-Aktuatoren bzw. zugeordneten Kinematiken und den zu verstellenden Rotorblättern selbst.
Die taumelscheibenlose Rotorblattverstelleinrichtung bzw. ihre Blatt-Aktuatoren sind vielmehr, wie bereits oben erwähnt, an einer Trägereinrichtung befestigt, die sich zwar mit den Rotorblättern synchron mitdreht, anders als eine Taumelscheibe oder eine Steuerspinne für die Rotorblattverstellung aber keine mechanische Schnittstelle mehr zwischen drehenden und nicht-drehenden Rotor- oder Rotorkopfelementen benötigt. Aufwendige Lagereinrichtungen oder entsprechende Kinematiken entfallen an dieser Stelle des Rotors daher gänzlich. In der einfachsten Ausführungsform kann die Trägereinrichtung somit starr und unbeweglich an der Rotorwelle bzw. dem Rotormast oder einem damit fest und unbeweglich verbundenen Teil des Rotorkopfes fixiert sein. Die Blatt-Aktuatoren können daher auf einfachste Art und Weise an der Trägereinrichtung und den Blattverstellhebeln oder vergleichbaren Bauteilen befestigt werden. Die einzigen benötigten beweglichen Teile zwischen den verstellbaren Rotorblättern und der Trägereinrichtung sind nur noch die Blatt-Aktuatoren selbst (dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass an dem erfindungsgemäßen Rotor bzw. dessen Rotorkopf weitere bewegliche Bauteile vorgesehen werden).
Die Steuersignalübertragung zu den Blatt-Aktuatoren erfolgt vorzugsweise elektrisch, kapazitiv, induktiv, elektronisch, optisch oder auf andere geeignete Art und Weise, wobei auch Mischformen aus den zuvor genannten Übertragungsformen möglich sind. Eine mechanische Steuersignalübertragung wie bei einer Taumelscheibe ist nicht erforderlich. Die Steuersignal-Schnittstelle kann somit relativ einfach, unkompliziert und leichtgewichtig ausgestaltet werden, wie nachfolgend noch näher beschrieben werden wird. Die Energieversorgung der Blatt-Aktuatoren erfolgt zweckmäßiger Weise ebenfalls über eine geeignete Schnittstelle.
Die Steuersignale für die Blatt-Aktuatoren liefert vorzugsweise eine Kontrolleinrichtung, die mit Steuerelementen zusammenwirkt, welche von einem Piloten des Hubschraubers zu bedienen sind. Diese Kontrolleinrichtung kann z. B. über eine geeignete Steuerungselektronik sowie ein oder mehrere mittels Steuerungssoftware und/oder Steuerungshardware implementierte Steuerungsprogramme für die zyklische und kollektive Rotorsteuerung verfügen. Das Steuerungsprogramm kann ferner vordefinierte Steuerroutinen enthalten, die über die Rotorblattsteuerung bei einem Drehflügelflugzeug spezielle Flugroutinen oder Flugfiguren gestatten. Überdies kann die Kontrolleinrichtung bei Bedarf auch mit einer Einrichtung zur Flugzustandserkennung und einem Autopilot gekoppelt sein. Das Steuerverhalten des erfindungsgemäßen Rotors sowie die entsprechenden Stellwege der Aktuatoren und die Steuereigenschaften sind somit in einem hohen Maße vorprogrammierbar und variierbar. Über die Kontrolleinrichtung und die Steuerungselektronik sowie die damit bewirkte Ansteuerung der Blatt-Aktuatoren und der Rotorblätter können somit diejenigen Funktionen, die bei konventionellen Rotoren die Taumelscheibe und entsprechend zugeordnete Komponenten ausüben, simuliert, also technisch wirklichkeitsgetreu nachgeahmt und hinsichtlich des Steuerverhaltens weit übertroffen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist also die Taumelscheibe und eine Vielzahl von Komponenten, die einer Taumelscheibe normalerweise zugeordnet sind, durch ein System ersetzt, welches die Funktionen der Taumelscheibe und ihrer zugerordneten Komponenten (wie z. B. Mischhebelgetriebe und die zugehörige Steuerstangen) zuverlässig simulieren kann. Mit anderen Worten verfügt der erfindungsgemäße Rotor gewissermaßen über eine rein „virtuelle" Taumelscheibe.
Auf diese Weise ist es möglich, die Konstruktion des Rotors bzw. des gesamten Rotorkopfes erheblich zu vereinfachen und die Gesamtanzahl der benötigten Bauteile sowie die Anzahl der beweglichen Teile erheblich zu reduzieren. Ferner ist gegenüber konventionellen Rotoren bzw. Rotorkopfsystemen eine nicht unbeachtliche Gewichtseinsparung erzielbar. Im Vergleich zu Rotoren, die mit einer Taumelscheibe, einer Steuerspinne oder vorbekannten IBC-Systemen ausgestattet sind, reduziert sich darüber hinaus das Bauvolumen des Rotorkopfes beträchtlich, was wiederum auf vorteilhafte Weise den aerodynamischen Widerstand des Rotors senkt.
Das Ansteuerungssystem des erfindungsgemäßen Rotors ist im Vergleich zu vorbekannten Rotoren, die über mechanische Steuereinrichtungen verfügen, sicherheitstechnisch weitgehend unkritisch und kann mit nahezu beliebig hoher Redundanz ausgelegt werden. Das Ansteuerungssystem besitzt zudem eine erheblich verringerte Anfälligkeit gegen Außeneinwirkungen, da es geschützt an oder in der Trägereinrichtung angeordnet werden kann und damit per se einer geringeren Gefahr ausgesetzt ist, beschädigt zu werden.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Rotors sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine schematische, stark vereinfachte und teilweise geschnittene Perspektivansicht eines wesentlichen Bereichs eines erfindungsgemäßen Rotors.
DARSTELLUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In der 1 ist in einer schematischen, stark vereinfachten und teilweise geschnittenen Perspektivansicht ein erfindungsgemäßer Rotor im Bereich seines Rotorkopfes dargestellt. Es handelt sich hierbei um den Rotor eines Hubschraubers. Der Rotor ist mit einem Rotormast bzw. einer Rotorwelle versehen. Dieses Bauteil ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Statt dessen ist mit dem Bezugszeichen A jedoch die durch den Rotormast bzw. die Rotorwelle festgelegte Rotorachse angedeutet. Der Rotor ist des Weiteren mit mehreren Rotorblättern 2 ausgerüstet. In der Figur ist der besseren Übersichtlichkeit halber nur ein einzelnes Rotorblatt 2 dargestellt.
Der erfindungsgemäße Rotor umfasst eine taumelscheibenlose Rotorblattverstelleinrichtung 4, die an einer zusammen mit den Rotorblättern 2 zwangsweise synchron mitdrehenden Trägereinrichtung 6 angeordnet ist. Die taumelscheibenlose Rotorblattverstelleinrichtung 4 dreht sich im Betrieb des Rotors mit dieser Trägereinrichtung 6 und sowohl in Bezug zu dieser als auch in Bezug zu dem Rotormast und den Rotorblättern 2 relativbewegungsfrei mit. Die taumelscheibenlose Rotorblattverstelleinrichtung 4 weist alle für eine synchronisierte, zyklische und kollektive Rotorblattverstellung erforderlichen Blatt-Aktuatoren 8 und Kinematiken sowie eine Steuersignal-Schnittstelle 10 auf, über die Steuersignale für die Blatt-Aktuatoren 8 von einem stillstehenden Rotorabschnitt zu einem drehenden Rotorabschnitt und der mitdrehenden Rotorblattverstelleinrichtung 4 übertragbar sind.
Die Trägereinrichtung 6 ist im Gegensatz zu einer vorbekannten Taumelscheibe als eine lagerlose Trägereinrichtung ausgebildet und in den Rotorkopf integriert. Ferner ist die Trägereinrichtung 6 direkt (oder auch indirekt, d. h. über weitere Zwischenelemente) drehfest und axial unverschiebbar mit dem Rotormast oder dem Rotorkopf verbunden.
Wie in der Figur erkennbar, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Trägereinrichtung 6 ein flaches, ringförmig ausgebildetes Gehäuseelement 6, welches sich konzentrisch um die Rotorachse A herum erstreckt. Von dem ringförmigen Gehäuseelement 6 ist in der Figur nur ein Teilsegment dargestellt. Die drehfeste, axiale unverschiebbare Verbindung dieses ringförmigen Gehäuseelementes 6 mit der Rotorwelle oder einem damit verbundenen Bauteil des Rotorkopfes kann beispielsweise über scheibenförmige, sternförmige, flansch- oder speichenartige Gehäuseabschnitte oder zusätzliche zwischengeschaltete Bauteile oder dergleichen erfolgen (in der Zeichnung nicht dargestellt). Das Gehäuseelement 6 kann bei Bedarf gepanzert sein bzw. ein beschusssicheres Material aufweisen.
Ein jeweiliges Rotorblatt 2 ist über seinen Blatthals 12 oder einen speziellen Blattanschluss in Rotordrehrichtung drehfest mit dem ringförmigen Gehäuseelement 6 oder einem Teilabschnitt davon verbunden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Anbringungsweise beschränkt. Ebenso ist es möglich, ein jeweiliges Rotorblatt 2 mit einem anderen Teil des Rotorkopfes, z. B. einem separaten Rotorstern, zu verbinden. Die Rotorblätter 2 sind in diesem Beispiel als lager- und gelenklose Rotorblätter ausgeführt, die über einen schlag- und schwenkweichen sowie torsionsweichen Blatthalsbereich verfügen, der die Funktion eines sog. „virtuellen" Schlag- und Schwenkgelenks übernimmt. Die Torsionsweichheit gestattet hierbei ein Verdrehen des Rotorblattes 2 um eine Rotorblattlängsachse A_B zum Zwecke der Blattwinkelverstellung. Je nach Art des Hubschraubers oder des Rotors können natürlich auch andere Rotorblatttypen Anwendung finden.
Ein torsionssteifes Steuerelement 14, z. B. eine Steuerwelle, ist mit einem Ende drehfest mit dem Rotorblatt 2 verbunden und mit dem anderen Ende durch eine Öffnung 16 und ein Drehlager hindurch in den Innenraum des ringförmigen Gehäuseelements 6 geführt und drehfest mit einem Blattverstellhebel 18 verbunden.
Wie aus der 1 des Weiteren hervorgeht, sind die Blatt-Aktuatoren 8 innerhalb des ringförmigen Gehäuseelementes 6 in einer zu eine Rotorkreisebene im Wesentlichen parallelen Ebene (oder einem geringen Winkel dazu) liegend angeordnet. Jedem einzelnen Rotorblatt 2 ist hierbei mindestens ein eigener, ansteuerbarer Blatt-Aktuator 8 zugeordnet. Bei den Blatt-Aktuatoren 8 handelt es sich im vorliegenden Beispiel um längenverstellbare Hydraulikaktuatoren. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere geeignete Blatt-Aktuatoren einschließlich Piezoaktuatoren sowie mit Zwischengetrieben ausgestattete Aktuatoren verwendbar. Mit Hilfe der Blatt-Aktuatoren 8 sind die Rotorblätter 2 für eine zyklische und kollektive Blattverstellung individuell aber koordiniert bzw. synchronisiert verstellbar. Ein jeweiliger Blatt-Aktuator 8 ist mit einem Ende an dem Innenumfang des ringförmigen Gehäuseelementes 6 oder einem am Gehäuseelement 6 vorgesehenen Befestigungsabschnitt und mit dem anderen Ende an dem freien Ende des Blattverstellhebels 18 fixiert. Bei einer Betätigung des Blatt-Aktuators 8 wird das Rotorblatt 2 über die torsionssteife Steuerwelle 14 um die Rotorblattlängsachse A_B verdreht und dadurch der Blattwinkel verstellt.
Die hydraulischen Blatt-Aktuatoren 8 werden z. B. über eine zentrale Versorgung von einem Hauptgetriebe des Hubschraubers aus über einen hydraulischen Schleifring oder unter Ausnutzung einer Relativbewegung zwischen dem Rotorkopf und einem Rotor-Getriebegehäuse über ein drehendes Teil mit Energie versorgt. Diese Komponenten sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die zur Ansteuerung der Blatt-Aktuatoren 8 benötige und mit diesen korrespondierende Steuersignal-Schnittstelle 10 besitzt bei der in der 1 gezeigten Ausführungsvariante berührende Schnittstellenelemente, z. B. in Form eines an dem ringförmigen Gehäuse 6 befestigten Schleifkontaktes bzw. eines Schleifrings 20 mit Synchronisator und einem nicht-drehenden Kontakt 22, der an einer Zelle des Hubschraubers oder einem nicht-drehenden Teil des Rotors angeordnet ist. Die Steuersignal-Schnittstelle 10 kann jedoch auch mit berührungsfreien Schnittstellenelementen (z. B. einem Optokoppler oder dergleichen) realisiert werden. Ebenso sind Mischformen aus den genannten Schnittstellenelement-Arten möglich.
Die Steuersignal-Schnittstelle 10 ist im vorliegenden Fall so ausgelegt, dass sie sowohl Steuersignale S von einem nicht-drehenden Rotorelement- bzw. Hubschrauberteil zu den Blatt-Aktuatoren 8 als auch optional Sekundärsignale S₂ von einem drehenden Rotorkopfelement zu einem nicht-drehenden Rotorelement bzw. Hubschrauberteil übertragen kann. Bei den Sekundärsignalen S₂ kann es sich z. B. um Messdaten von Sensoren handeln, die an dem drehenden Teil des Rotors bzw. dessen Rotorblättern 2 angebracht sind. Die Steuersignal-Schnittstelle 10 ist über ein- oder mehrkanalige Datenleitungen 24 oder eine drahtlose Datenübertragungsstrecke mit einer Kontrolleinrichtung 26 sowie Steuerelementen 28 verbunden, die vom Piloten des Hubschraubers bedienbar sind. Das gesamte Ansteuerungssystem für die Rotorblätter 2 ist hierbei als sog. fly-by-light- oder fly-by-wire-Steuerungen ausgelegt.
Die Kontrolleinrichtung 26 liefert die Steuersignale S für einen jeweiligen Blatt-Aktuator 8. Je nach Flugzustand bzw. Steuerungssituation können die Steuersignale S für die jeweiligen Blatt-Aktuator 8 gleich (z. B. bei der kollektiven Rotorblattverstellung) oder aber unterschiedlich sein (z. B. bei der zyklischen Rotorblattverstellung und bei einem Steuerbefehl durch den Piloten). Die Kontrolleinrichtung 26 ist mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 30 und einer Steuerungselektronik 32 sowie ein oder mehreren mittels Steuerungssoftware und/oder Steuerungshardware implementierten Steuerungsprogrammen 34 für die zyklische und kollektive Rotorsteuerung ausgestattet. Zusätzlich enthält das Steuerungsprogramm vordefinierte Steuerroutinen, die über die Rotorblattsteuerung spezielle Flugroutinen oder Flugfiguren des Hubschraubers gestatten.
Die Steuersignale S können mit Steuerbefehlen S_P des Piloten überlagert bzw. gemischt werden. Es ist möglich, die von der Kontrolleinrichtung 26 generierten Steuersignale S in bestimmten Zuständen des Hubschraubers durch die Steuerbefehle S_P des Piloten vollständig oder teilweise zu überbrücken, so dass S den Steuerbefehlen S_P entspricht. Die Kontrolleinrichtung 26 verfügt optional über eine Regeleinrichtung 36 oder eine andere Kontrollkomponente, welche u. a. die oben genannten Sekundärsignale auswertet. Die Kontrolleinrichtung 26 kann des Weiteren mit einer Einrichtung zur Flugzustandserkennung, einem Autopiloten oder zusätzlichen Sensoren gekoppelt sein.
Die Regeleinrichtung 36 und die Sekundärsignale S₂ können z. B. dazu verwendet werden, die Rotorblätter 2 für eine Fluglageregelung oder eine Vermeidung einer Kollision mit Blattwirbeln auf geeignete Weise zu verstellen. Das Steuerverhalten des erfindungsgemäßen Rotors sowie die Stellwege der Blatt-Aktuatoren 8 und deren Steuereigenschaften sind somit in einem hohen Maße vorprogrammierbar und variierbar. Mit Hilfe der Kontrolleinrichtung 26, der Steuerungselektronik 32 bzw. der Steuerungsprogramme 34 sowie die damit bewirkte Ansteuerung der Blatt-Aktuatoren 8 und der Rotorblätter 2 können somit diejenigen Funktionen, die bei konventionellen Rotoren die Taumelscheibe und entsprechend zugeordnete Komponenten ausüben, simuliert, also technisch wirklichkeitsgetreu nachgeahmt und hinsichtlich des Gesamtsteuerverhaltens des Rotors sogar übertroffen werden.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, welches lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann der erfindungsgemäße Rotor vielmehr auch eine andere als die oben konkret beschriebene Ausgestaltungsform annehmen.
Insbesondere kann die Form des Gehäuseelements der Trägereinrichtung je nach Ausführungsform und Verwendungszweck des Rotors variieren. So ist es zum Beispiel auch möglich, das Gehäuseelement zylinderförmig, glockenförmig, linsenförmig, kugelförmig, als Polyeder, oder dergleichen auszugestalten. Auch hierbei kann es über scheibenförmige, sternförmige, flansch- oder speichenartige Abschnitte oder dergleichen verfügen. Zudem kann das Gehäuseelement im Wesentlichen geschlossen oder verschließbar ausgebildet sein. Anstelle eines teilweise oder vollständig verschlossenen Gehäuseelementes ist die Tragereinrichtung auch als Plattform oder dergleichen auszugestalten.
Anders als in dem obigen Ausführungsbeispiel können die Blatt-Aktuatoren auch außerhalb des Gehäuseelementes angeordnet sein. Hierbei sind sie jedoch höheren Fliehkräften sowie etwaigen Außeneinwirkungen ausgesetzt. Die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Anbringungsweise ist daher vorzuziehen. Je nach Aktuatorentyp und Einbausituation können die Blatt-Aktuatoren auch eine andere Ausrichtung in Bezug zur Rotorebene bzw. Rotorachse A einnehmen und hierbei z. B. parallel zur Rotorachse oder in einem schrägen Winkel zur Rotorachse oder der Rotorebene angeordnet sein. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Blatt-Aktuatoren direkt an dem Rotorblatt anzubringen oder in das Rotorblatt bzw. Rotorblatt-Anschlussbereiche zu integrieren. Diese Bauweise eignet sich z. B. besonders für Piezoaktuatoren.
Anstelle der o. g. Steuerwelle 14 kann je nach Rotortyp auch eine sog. Steuertüte verwendet werden.
Ferner ist es möglich, dass zumindest ein Teil der Kontrolleinrichtung bzw. die gesamte Kontrolleinrichtung in oder an einem drehenden Teil des Rotors angeordnet ist. Hierbei kann die Kontrolleinrichtung z. B. über Funk angesteuert werden, ohne dass eine spezielle Steuersignal-Schnittstelle mit berührenden oder nicht-berührenden Schnittstellenelementen erforderlich ist.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

2: Rotorblatt
4: Taumelscheibenlose Rotorblattverstelleinrichtung
6: Trägereinrichtung/ringförmiges Gehäuseelement
8: Blatt-Aktuator(en)
10: Steuersignal-Schnittstelle
12: Blatthals von 2
14: Torsionssteifes Steuerelement/Steuerwelle
16: Öffnung in 6
18: Blattverstellhebel
20: Schleifring mit Synchronisator von 10
22: Nicht-drehender Kontakt von 10
24: Datenleitungen
26: Kontrolleinrichtung
28: Steuerelemente für Piloten
30: Datenverarbeitungseinrichtung von 26
32: Steuerungselektronik von 26
34: Steuerungsprogramm(e) von 26
36: Regeleinrichtung von 26
A: Rotorachse
A_B: Rotorblattlängsachse
S: Steuersignale für 8
S₂: Sekundärsignale
S_P: Steuerbefehle/Steuersignale von Pilot

Claims

Rotor, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, umfassend – einen Rotormast; – mindestens ein, einen oder mehrere Sensoren aufweisendes, verstellbares Rotorblatt (2); – eine Rotorblattverstelleinrichtung (4), die alle für eine synchronisierte, zyklische und kollektive Rotorblattverstellung erforderlichen Blatt-Aktuatoren (8) und Kinematiken aufweist und die an einer zusammen mit dem Rotorblatt (2) zwangssynchron mitdrehenden Trägereinrichtung (6) angeordnet ist und sich mit dieser und sowohl in Bezug zu dem Rotormast und dem Rotorblatt (2) relativ bewegungsfrei mitdreht; – eine Steuersignal-Schnittstelle (10), die zwischen der mitdrehenden Rotorblattverstelleinrichtung (4) und einem stillstehenden Rotorabschnitt angeordnet ist, wobei die Steuersignal-Schnittstelle (10) so ausgebildet ist, dass sowohl Steuersignale (S) für die Betätigung der Blatt-Aktuatoren (8) von dem stillstehenden Rotorabschnitt zu der Rotorblattverstelleinrichtung (4) als auch aus Messdaten des Sensors des Rotorblatts (2) gebildete Sekundärsignale (S₂) von der mitdrehenden Rotorblattverstelleinrichtung (4) zu dem stillstehenden Rotorabschnitt übertragbar sind, sowie – eine Kontrolleinrichtung (26), die über eine Datenübertragungsstrecke (24) mit der Steuersignal-Schnittstelle (10) verbunden ist, wobei die Kontrolleinrichtung (26) eine Datenverarbeitungseinrichtung (30), eine Steuerungselektronik (32), mindestens ein Steuerungsprogramm (34) sowie eine Regeleinrichtung (36) aufweist und aus Steuerungsbefehlen (S_P) eines Piloten die Steuersignale (S) für die Blatt-Aktuatoren (8) für die synchronisierte, zyklische und kollektive Rotorblattverstellung generiert und die Sekundärsignale (S₂) auswertet.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (6) in den Rotorkopf integriert ist.
Rotor nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (6) eine lagerlose Trägereinrichtung ist.
Rotor nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (6) drehfest mit einem Rotormast oder einer Rotorwelle verbunden ist,
Rotor nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung ein Gehäuseelement (6) ist, innerhalb dessen die Blatt-Aktuatoren (8) angeordnet sind.
Rotor nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (6) ringförmig ausgebildet ist und sich um die Rotorachse (A) herum erstreckt.
Rotor nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (6) gepanzert ist.
Rotor nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignal-Schnittstelle (10) berührungsfreie Schnittstellenelemente besitzt.
Rotor nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche mit mehreren Rotorblättern, dadurch gekennzeichnet, dass jedem einzelnen Rotorblatt (2) ein eigener, individuell ansteuerbarer Blatt-Aktuator (8) zugeordnet ist und mit diesen Blatt-Aktuatoren (8) die Rotorblätter (2) individuell und koordiniert oder synchronisiert verstellbar sind.
Rotor nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blatt-Aktuatoren (8) in einer zu einer Rotorkreisebene parallelen Ebene liegend angeordnet sind.