DE1055372B

DE1055372B - Rotary wing device with joints for pivoting movements of the wing leaves in the plane of rotation

Info

Publication number: DE1055372B
Application number: DEB44071A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Derschmidt
Original assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Current assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Priority date: 1957-03-27
Filing date: 1957-03-27
Publication date: 1959-04-16

Description

Drehflügeleinrichtung mit Gelenken für Schwenkbewegungen der Flügelblätter in der Umlaufebene Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Änderungen der Anströmgeschwindigkeit der Drehflügelblätter im Horizontalflug während eines Umlaufes des Rotors zu verkleinern. Bei Vorlauf und Rücklauf des. Blattes soll die Anströmgeschwindigkeit sich möglichst wenig ändern. Es wird dann eine Vergrößerung des Fortschrittsgrades, also eine höhere Horizontalgeschwindigkeit des Drehflügels, ermöglicht.Rotary wing device with joints for swiveling movements of the wing blades The invention is based on the object of the changes in the Inflow speed of the rotary wing blades in horizontal flight during one revolution of the rotor. With the forward and backward movement of the sheet, the flow velocity should be change as little as possible. There will then be an increase in the degree of progress, thus a higher horizontal speed of the rotary vane, enables.

Es sind bereits. Drehflügel bekannt, bei denen Gelenke eine Schwenkbewegung der Flügelblätter in der Umlaufebene erlauben. Bei diesen Drehflügeln beträgt jedoch der Abstand der Schwenkgelenke von der Rotorachse nur einen kleinen Bruchteil der reduzierten Pendellänge der Blätter. Dadurch ist die Eigenfrequenz der Schwenkbewegung der Rotorblätter wesentlich geringer als die diese Schwenkbewegung erregende Frequenz der unterschiedlichen Luftwiderstände der Blätter im Horizontalflug. Die Blattbewegung kann also der höheren erregenden Frequenz nicht folgen, so daß die Phasenverschiebung zwischen den periodisch schwankenden Luftkräften und den Schwenkausschlägen, die im Resonanzfall 90° betragen würde, größer ist, und zwar unter Umständen bis zu 180° beträgt. Die Blätter laufen also in manchen Bereichen schneller gegen den Fahrwind an und langsamer mit dem Fahrwind zurück, als wenn sie ohne Schwenkgelenke am Rotorkopf angeordnet wären. Daher bringen die bekannten Anordnungen der Schwenkgelenke mit kleinem Abstand von der Drehachse keine oder nur eine geringe Verbesserung der Anströmverhältnisse der Blätter im; Horizontalflug.There are already. Rotary vane known in which joints pivot a movement allow the blades in the plane of rotation. With these rotary blades, however, the distance of the swivel joints from the rotor axis is only a small fraction of the reduced pendulum length of the leaves. This is the natural frequency of the pivoting movement of the rotor blades is significantly lower than the frequency that excites this pivoting movement the different air resistance of the blades in level flight. The leaf movement so can not follow the higher exciting frequency, so that the phase shift between the periodically fluctuating air forces and the swivel deflections that would be 90 ° in the case of resonance, is larger, and in certain circumstances up to 180 °. The blades run faster against the wind in some areas on and slower with the wind back than if they were without swivel joints on the rotor head would be arranged. Therefore bring the known arrangements of the swivel joints a small distance from the axis of rotation, no or only a slight improvement in the flow conditions of the leaves in the; Level flight.

Nach einem nicht zum Stand der Technik gehörenden weiteren Vorschlag erreicht man bei Drehflüglern eine die Anströmgeschwindigkeitsschwankungen verkleinernde Schwenkbewegung der Blätter auf rein mechanischem Wege durch Getriebeglieder, die zwischen einem am Rumpf gelagerten Exzenter und den einzelnen Drehflügelblättern angeordnet sind. Der zusätzliche bauliche Aufwand dieser Einrichtung ist jedoch ziemlich groß.According to a further proposal not belonging to the state of the art With rotary wing aircraft, one achieves a rate of flow that reduces the flow velocity fluctuations Pivoting movement of the blades in a purely mechanical way by means of gear members that between an eccentric mounted on the fuselage and the individual rotary wing blades are arranged. The additional structural effort of this facility is, however quite large.

Gemäß der Erfindung wird bei Drehflügeleinrichtungen mit Gelenken, die zur Verkleinerung der Anströmgeschwindigkeitsschwankungen der einzelnen Flügelblätter im Horizontalflug dienende Schwenkbewegungen ermöglichen, der Abstand der Schwenkgelenke von der Rotorachse gleich oder größer als die reduzierte Pendellänge der Blätter um ihre Schwenkachse gemacht. Auf diese Weisse wird die Eigenfrequenz der Schwenkbewegung des einzelnen Blattes gleich oder größer als die erregende Frequenz des veränderlichen Luftwiderstandes, die allein. von der Rotordrehzahl bestimmt wird. Die Eigenfrequenz ist infolge der mit dem Quadrat der Rotordrehzahl sich verändernden Zentripetalbeschleunigung ebenfalls von der Rotordrehzahl abhängig, und zwar direkt proportional. Das Verhältnis von Eigenfrequenz und erregender Frequenz ist daher bei allen Rortordrehzahlen das gleiche, nämlich Eins bzw. größer als Eins.According to the invention, in rotary vane devices with joints, to reduce the flow velocity fluctuations of the individual blades Allow swiveling movements that serve in horizontal flight, the spacing of the swivel joints from the rotor axis equal to or greater than the reduced pendulum length of the blades made around its pivot axis. In this way, the natural frequency of the pivoting movement becomes of the individual leaf equal to or greater than the exciting frequency of the variable Drag that alone. is determined by the rotor speed. The natural frequency is due to the centripetal acceleration that changes with the square of the rotor speed also dependent on the rotor speed, in direct proportion. The relationship of natural frequency and exciting frequency is therefore at all rotor speeds same, namely one or greater than one.

Bei der erfindungsgemäßen Drehflügeleinrichtung entstehen demzufolge zwischen den unterschiedlichen Luftkräften und den auftretenden Schwenkbewegungen nur kleine Phasenverschiebungen. Die so erzielten Schwenkbewegungen bewirken, daß die Blätter mit verringerter Geschwindigkeit gegen den Fahrwind vorlaufen und sich mit erhöhter Geschwindigkeit mit dem Fahrwind zurückbewegen. Die Anströmgeschwindigkeit der Blätter ist daher während des ganzen Umlaufs verhältnismäßig gleichförmig.In the case of the rotary vane device according to the invention, therefore between the different air forces and the swiveling movements that occur only small phase shifts. The resulting pivoting movements cause the blades move forward at reduced speed against the wind and themselves move back at increased speed with the wind. The approach velocity the leaves are therefore relatively uniform throughout the entire revolution.

Mit steigendem Fortschrittsgrad wird weiterhin der Schwenkausschlag der Blätter vergrößert. Das bringt den zusätzlichen sehr wesentlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung, daß der entsprechend ausgerüstete Drehflügler bei kleinen und mittleren Fortschrittsgraden ohne Zuhilfenahme von die Schwenkbewegung anfachenden oder steuernden Mitteln: allein auf Grund der erzielten Luftkraftverteilung an den Blättern stabil fliegt.As the degree of progress increases, the swivel deflection will continue of leaves enlarged. That brings the added very substantial benefit of device according to the invention that the correspondingly equipped rotorcraft at small and medium degrees of progress without the aid of the pivoting movement stimulating or controlling means: solely on the basis of the achieved air force distribution flies stable on the leaves.

Weitere Erfindungsmerkmale sind aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. In Fig. 1 a bis 1 f ist schematisch eine Drehflügeleinrichtung gemäß der Erfindung während verschiedener Phasen eines Umlaufes dargestellt; Fig. 2 zeigt .eine Drehflügeleinrichtung, deren Blätter auf Grund der gewählten Abmessungen und Trägheitsmom.ente die Schwenkbewegungen nach Fig. 1 a bis 1 f ausführen.Further features of the invention are derived from those shown in the drawing Refer to exemplary embodiments. In Fig. 1 a to 1 f, a rotary vane device is schematically shown according to the invention during different phases of a revolution; Fig. Fig. 2 shows a rotary vane device, the blades of which due to the selected dimensions and inertia moments perform the pivoting movements according to FIGS. 1 a to 1 f.

Zur Erläuterung der Bewegungsphasen der Fig. 1 a bis 1 f ist anzugeben, daß die Rotorachse 7 sich mit der Translationsgeschwindigkeit v bewegt und die Nabe 8 dabei mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit w umläuft. Die Blätter 9 und 10 sind schwenkbar an der Nabe befestigt. .To explain the phases of movement in FIGS. 1 a to 1 f, it should be stated that that the rotor axis 7 is with the translation speed v moves and the hub 8 rotates at a uniform angular velocity w. The blades 9 and 10 are pivotally attached to the hub. .

In Fig. 1 a liegen die Blätter quer zur Fahrtrichtung v. Das zunächst vörlaüfende Blatt 9 bleibt infolge seiner Schwenkbewegung gegenüber .der Nabe 8 zurück (Fig. 1 b), das zurücklaufende Blatt 10 eilt gleichzeitig gegenüber der Umlaufbewegung vor. Wenn die Rotornabe 8 die Stellung nach Fig. 1 c erreicht hat, die Anlenkpunkte der Blätter sich also vorn bzw. hinten befinden, haben die Blätter 9 und 10 die größte Schwenkamplitude erreicht, wobei die momentane Schwenkgeschwindigkeit Null ist. -Aus Fig. 1 d ist ersichtlich, daß in dieser Phase nunmehr das Blatt 9 gegenüber der umlaufenden Nabe an Geschwindigkeit aufholt, das Blatt 10- jedoch zurückbleibt. Wenn. die Drehflügeleinrichtung eine halbe Drehung gegenüber der Stellung Fig. 1 a ausgeführt hat, befindet sie sich in der in Fig. 1 e wiedergegebenen Lage. Das Blatt 10 hat in dieser Stellung den Größtwert seiner entgegen der Umlaufbewegung gerichteten Schwenkbewegung erreicht, das Blatt 9 hat jetzt den Größtwert seiner im Sinne der Umlaufbewegung gerichteten Schwenkbewegung eingenommen. Fig. 1 f entspricht der Fig. l b, wobei lediglich die Schwenkstellung der Blätter 9 und 10 vertauscht ist. Die -Arme 11 und 12 der Rotornabe 8 tragen an ihren Enden die Schwenkgelenke 13 und 14, an denen die Blätter 9 bzw. 10 angeschlossen sind, wie aus Fig. 2 -ersichtlich ist. Bei dieser Drehflügeleinrichtung ist der Abstand r der Schwenkgelenke 13 und 14 von der Rötörachse 7 mindestens so groß, wie die reduzierte Pendellänge L der Blätter 9 und 10. Durch, diese Anordnung wird allein durch Luftkräfte eine Schwenkung der Art erreicht, wie sie in den Fig. 1 a bis 1 f dargestellt ist.In Fig. 1 a, the sheets are transverse to the direction of travel v. First of all Vorlaüfende blade 9 remains due to its pivoting movement opposite .the hub 8 back (Fig. 1 b), the returning sheet 10 rushes against the orbital movement at the same time before. When the rotor hub 8 has reached the position according to FIG. 1 c, the articulation points of the leaves are therefore in front and behind, the leaves 9 and 10 have the greatest swing amplitude is reached, the instantaneous swing speed being zero is. From Fig. 1 d it can be seen that in this phase the sheet 9 is now opposite the rotating hub catches up in speed, but the blade 10- lags behind. If. the rotary vane device half a turn compared to the position in FIG. 1 a, it is in the position shown in Fig. 1e. That In this position, sheet 10 has the greatest value of its counter to the orbital movement Directed pivoting movement reached, the sheet 9 now has its maximum value taken in the sense of the orbital movement directed pivoting movement. Fig. 1 f corresponds of Fig. L b, with only the pivot position of the sheets 9 and 10 interchanged is. The arms 11 and 12 of the rotor hub 8 carry the pivot joints at their ends 13 and 14, to which the sheets 9 and 10 are connected, as can be seen from FIG is. In this rotary vane device, the distance r of the swivel joints 13 and 14 of the Rötörachse 7 at least as large as the reduced pendulum length L of the Sheets 9 and 10. By, this arrangement is a pivoting by air forces alone achieved the type as shown in Figs. 1 a to 1 f.

Die an Zweiblattrotoren beschriebene Erfindung ist vorteilhaft auch für Rotoren mit anderen Blattzahlen anwendbar.The invention described on two-blade rotors is also advantageous applicable for rotors with other numbers of blades.

Claims

PATENT CLAIM: Swivel leaf device with joints for swiveling movements of the blades in the plane of rotation to reduce the flow velocity fluctuations during rotation, characterized in that: the distance between the pivot joints from the rotor axis is equal to or greater than the reduced pendulum length of the blades. References considered: U.S. Patent No. 2,521,684.