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Rotor für Drehflügelflugzeuge Die Erfindung betrifft einen Rotor für
Drehflügelflugzeuge mit um zu den Blattlängsachsen und zur Blattebene senkrecht
stehenden Achsen schwenkbaren Endscheiben an den Enden der Rotorblätter.
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Es ist bereits bei Starrflügelflugzeugen bekannt, die aerodynamischen
Eigenschaften der Tragflächen durch den starren Anbau von stromlinienförmig ausgebildeten
Endscheiben zu verbessern. Die hierbei erzielte Beeinflussung des Randwirbels an
den Tragflächenenden wirkt sich bei entsprechender Ausbildung der Endscheiben vorteilhaft
auf den Auftrieb und den Widerstand der Tragflächen aus.
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Da die Anströmung an einem Rotorblatt eines Drehflügelflugzeuges jedoch
eine wesentlich andere ist als an einer Tragfläche eines Starrflügelflugzeuges und
sich im wesentlichen aus der Rotation des Blattes um die Rotorachse und der Translation
des Drehflügelflugzeuges zusammensetzt, ändert sich auch während eines Blattumlaufes
die resultierende Anströmrichtung am Rotorblatt ständig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotor für Drehflügelflugzeuge
so auszubilden, daß die Endscheiben unabhängig von der jeweiligen Translation des
Drehflügelflugzeuges in Richtung der resultierenden Anströmung anpaßbar sind und
ein mit Verlust verbundener Ausgleich der Druckunterschiede zwischen Rotorblattober-
und -unterseite über den Rand der Blattspitzen hinweg verhindert oder zum mindesten
erheblich herabgesetzt wird, wodurch der mittlere Auftriebsbeiwert über das Blatt
verringert und die Abreißgrenze der Strömung am rücklaufenden Blatt auf höhere Fortschrittsgrade
hin verschoben werden kann.
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Es ist zwar bereits bekannt, an den Rotorblättern von Drehflügelflugzeugen
senkrecht zur Blattebene stehende schwenkbare Endscheiben anzuordnen. Diesen Endscheiben
liegt jedoch sowohl eine andere Aufgabe als auch eine andere Wirkungsweise zugrunde,
da sie ausschließlich zur Erzeugung eines zusätzlichen Vortriebs dienen, wobei beim
Rücklauf der Rotorblätter die Endscheiben in eine radiale, beim Vorlauf der Blätter
dagegen in eine tangentiale Lage geschwenkt werden. Es fehlt diesen bekannten Endscheiben
jedoch die Möglichkeit, sich in Richtung der resultierenden Anströmung einzustellen
und dadurch auch den Widerstand bei zunehmendem Fortschrittsgrad möglichst gering
zu halten.
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Eine Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird dadurch
erreicht, daß die Schwenkachsen der Endscheiben vor dem Angriffspunkt der resultierenden
Luftkraft angeordnet sind.
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Mit einem in dieser Weise ausgebildeten Drehflügelrotor lassen sich
im Gegensatz zu den bekannten Rotoren höhere Fluggeschwindigkeiten erreichen. Außerdem
entfallen bei stark belasteten Rotoren mit geringer Blattzahl, insbesondere bei
Einblattrotoren die hohen Blattspitzenverluste, so daß eine Leistungssteigerung
dieser Drehflügelrotoren erzielt wird.
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Darüber hinaus läßt sich durch die Anordnung von Endscheiben an den
Enden der Rotorblätter auch die typische Geräuschbildung herabsetzen, da diese Geräusche
im wesentlichen durch Wirbel an den Blattspitzen der Rotorblätter hervorgerufen
werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausbildung schwenkbarer Endscheiben ergibt
sich dadurch, daß an den Endscheiben senkrecht zu ihnen stehende Flächen angeordnet
sind, welche mit an den Enden der Rotorblätter ausgebildeten, etwa in Richtung der
Profilsehne der Blätter verlaufenden Schlitzen zusammenarbeiten. Durch eine derartige
Ausbildung der Endscheiben wird erreicht, daß die an den Endscheiben angeordneten
Flächen bei jedem Schwenkwinkel der Scheiben die Rotorblätter abschließen, so daß
ein mit Verlust verbundener Ausgleich der Druckunterschiede zwischen Rotorblattober-
und unterseite über den Rand der Blattenden hinweg nicht stattfinden kann.
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Nach einer weiteren Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten
Drehflügelrotors können die Endscheiben auch eine etwa dem Blattprofil entsprechende
Ausnehmung besitzen, durch welche die Enden der Rotorblätter hindurchragen, und
wobei letztere eine Verlängerung solcher Größe und Form aufweisen, daß die Rotorblätter
ebenfalls bei jedem Schwenkwinkel der Endscheiben abgedeckt sind.
Die
Konturen der Endscheiben sind über dem Profil einer Linie gleichen Unterdrucks und
unterhalb des Profils einer Linie gleichen Überdrucks angepaßt. Um eine für den
Schwebeflug des Drehflügelflugzeuges besonders günstige Anordnung zu erreichen,
können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Endscheiben der Strahlkontraktion
angepaßt sein, wobei die Scheibenflächen zur Schwenkachse um einen der Kontraktion
entsprechenden Winkel geneigt sind.
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Um weiterhin ein Flattern der Endscheiben zu verhindern, können gemäß
der Erfindung die Endscheiben mit einer Dämpfungseinrichtung zusammenarbeiten. Als
Dämpfungseinrichtung können im Anwendungsfalle sowohl Reibungs- als auch hydraulische
Dämpfungseinrichtungen an sich bekannter Art vorgesehen sein.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele
dargestellt und beschrieben. Alle nicht unmittelbar zum Erfindungsgegenstand gehörenden
Teile eines Drehflügelrotors sind zum Zwecke einer besonderen Übersichtlichkeit
nicht näher dargestellt. Es zeigt Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Teil
eines Drehflügelrotorblattes mit einer gemäß der Erfindung am Blattende schwenkbar
gelagerten Endscheibe, Fig. 2 in einer Draufsicht das Ende eines Rotorblattes mit
einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Endscheibe, deren Anordnung und Lagerung
von der in Fig. 1 gezeigten Endscheibenanordnung verschieden ist, Fig.3 einen teilweisen
Längsschnitt durch die Endscheibe und das Rotorblatt gemäß Fig. 2 in Richtung
A -A,
Fig. 4 in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 3 eine mit einem Reibungsdrehdämpfer
zusammenarbeitende Endscheibe.
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In den Figuren ist mit 1 ein Drehflügelrotorblatt bezeichnet, an dessen
Ende 1 b eine um eine senkrecht zur Blattachse stehende Achse 2 gelagerte Endscheibe
3 angeordnet ist. Bei einem Mehrblattrotor ist an jedem einzelnen Rotorblatt eine
Endscheibe vorgesehen. Die Richtung, in welcher das Rotorblatt 1 angeströmt wird,
ist durch einen Pfeil 4 gekennzeichnet.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist an der Endscheibe 3 eine senkrecht
zu ihr stehende Fläche 3 a ausgebildet, welche mit einem am Ende des Rotorblattes
verlaufenden Schlitz 1 a zusammenarbeitet. Wie die Figur zeigt, bildet die senkrecht
zur Endscheibe stehende Fläche 3 a im verschwenkten Zustand der Endscheibe praktisch
eine Verlängerung des Rotorblattes 1, wodurch ein mit Verlust verbundener Ausgleich
der Druckunterschiede zwischen Rotorblattober- und Unterseite über den Blattspitzenrand
1 b hinweg nicht stattfinden kann. Außerdem besitzt die Endscheibe gemäß der Erfindung
eine Umrißform, die im wesentlichen der Iosbare, d. h. der Linie gleichen Über-
bzw. Unterdruckes folgt.
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Im eingeschwenkten Zustand der Endscheibe, d. h. wenn sich die Innenfläche
der Scheibe 3 an die Blattspitzenkante 1 b anlegt, verschwindet die Fläche 3 a völlig
in der schlitzförmigen Ausnehmung 1a am Ende des Rotorblattes.
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In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Endscheibenausbildung
und -lagereng gezeigt. Wie aus dieser Figur ersichtlich, besitzt die Endscheibe
3 eine etwa dem Blattprofil entsprechende schlitzförmige Ausnehmung 5; durch welche
das Ende des Rotorblattes 1 so weit hindurchragt, daß das Rotorblattende noch bei
jedem Schwenkwinkel der Endscheibe abgedeckt ist. Die Lagerung der Endscheibe kann
bei diesem Ausführungsbeispiel etwa der in Fig. 3 gezeigten Lagerung entsprechen.
Danach sind an der Innenseite der Endscheibe oberhalb und unterhalb des Rotorblattes
1 flanschartige Ansätze 6 bzw. 7 ausgebildet. Die Ansätze 6 und 7 besitzen nicht
näher gezeigte Bohrungen, die mit einer gleich großen Bohrung im Rotorblatt fluchten
und in welche Hülsen 8, 9 und 10 eingezogen sind. Die Verbindung der Endscheibe
3 mit dem Rotorblatt 1 erfolgt mittels eines Paßbolzens 11, der in den Hülsen 8,
9 und 10 gelagert ist und durch einen in der Hülse 10 befestigten Sicherungsring
12 in axialer Richtung gehalten wird.
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Das Schwenklager der Endscheibe 3 ist in den Ausführungsbeispielen
der Fig. 1 bis 3 derart angeordnet, daß die Schwenkachsen 2 jeweils vor dem Angriffspunkt
der resultierenden Luftkraft liegen. Außerdem ist erfindungsgemäß die Endscheibe
3 der Strahlkontraktion angepaßt, wobei die Fläche der Endscheibe mit ihrer Unterkante
um einen der Kontraktion entsprechenden Winkel a zur Rotorachse hin geneigt ist.
Bei einer solchen Anordnung wird sichergestellt, daß die Endscheiben eines Drehflügelrotors
im Schwebeflug in Strömungsrichtung liegen.
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Um ein Flattern der Endscheibe 3 zu verhindern, kann gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung eine mit den Endscheiben zusammenarbeitende Dämpfungseinrichtung
vorgesehen sein. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 4 in einem Längsschnitt mit
teilweiser Darstellung eines Rotorblattes und einer Endscheibe gezeigt. Die Schwenkverbindung
der Endscheibe 3 mit dem Rotorblatt 1 kann grundsätzlich in der gleichen Weise vorgenommen
sein wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3: Im Gegensatz zu dem dort gezeigten
Schwenklager ist an Stelle eines Paßbolzens 11 im Rotorblatt eine gegen Verdrehung
gesicherte Keilwelle 13 gelagert, von der in Fig. 4 aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit
nur der obere und der im Rotorblatt gelagerte Teil gezeigt ist.
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An den aus dem Rotorblatt herausragenden Enden der Keilwelle 13 sind
Gewindezapfen 13 a ausgebildet, auf welchen in wechselnder Reihenfolge je eine Scheibe
14 und ein Teil 15 aufgeschoben sind. Die Bohrungen der Teile 15 sind hierbei so
groß, daß sie sich frei um die Gewindezapfen 13 a drehen können, während die Scheiben
14 gegen Verdrehen gesichert sind. Zu diesem Zweck ist am Umfang der. Gewindezapfen
13 a eine sich in ihrer Längsrichtung erstrekkende, nicht näher gezeigte Planfläche
oder Nase ausgebildet, die mit einer an den Scheiben 14 ausgebildeten Gegenfläche
oder Nut zusammenarbeitet. Das aus den Teilen 15 und den Scheiben 14 bestehende
Paket ist durch eine Mutter 16 zusammengeschraubt, während das Ende der Teile 15
durch eine Schraube 17 mit der Endscheibe 3 fest verbunden ist.
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Bei einem Verschwenken der. Endscheibe 3 drehen sich somit je nach
der Klemmspannung durch die Mutter 16 die Teile 15 mehr oder weniger leicht um die
Gewindezapfen 13 a der Keilwelle 13, so daß die Bewegung der Endscheibe gedämpft
wird.
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Wenngleich im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 eine mechanische Dämpfungseinrichtung
dargestellt und beschrieben ist, so ist die Erfindung hierauf jedoch keineswegs
beschränkt. Vielmehr könnte in
gleich vorteilhafter Weise an Stelle
eines mechanischen Reibungsdämpfers auch eine hydraulische Dämpfungseinrichtung
vorgesehen sein.
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Unabhängig davon, welche Ausgestaltung die Erfindung im einzelnen
auch erfahren mag und unabhängig von der Art der Rotorblätter und der Lagerung der
Endscheiben 3 an den Blattenden, stets werden hierdurch die eingangs genannten Vorteile
hinsichtlich einer Schub- bzw. Leistungserhöhung des Rotors durch Verhinderung oder
Verminderung eines mit Verlust verbundenen Ausgleiches der Druckunterschiede zwischen
Rotorblattober- und -Unterseite gewährleistet, wobei neben einer Herabsetzung des
Rotorgeräusches auch die allgemeinen Flugleistungen verbessert werden.