DE1137321B

DE1137321B - Rotorblatt fuer Drehfluegelsysteme

Info

Publication number: DE1137321B
Application number: DED34265A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Theodor Laufer; Dipl-Ing Dr Theodor Gaymann
Original assignee: Dornier Werke GmbH
Current assignee: Dornier Werke GmbH
Priority date: 1960-09-16
Filing date: 1960-09-16
Publication date: 1962-09-27
Also published as: FR1304078A; GB919776A

Description

Rotorblatt für Drehflügelsysteme Die Erfindung befaßt sich mit dem Aufbau von Rotorblättern für die verschiedensten Anwendungsgebiete, beispielsweise für Drehflügelflugzeuge oder auch für Luftschrauben, Windräder u. d'gl.
Bekannte Ausbildungsformen für Rotorblätter von Drehflügelflugzeugen weisen einen durchgehenden metallischen Holm auf, der dem Blatt oder Drehflügel Festigkeit gibt. Vielfach bildet dieser Holm gleichzeitig die Vorderkante des Drehflügels und kann hohl oder als massiver Längsträger ausgebildet sein. An den Holm schließt sich dann der Hinteraufbau des Flügels an, der im wesentlichen aus einer das Flügelprofil in diesem Bereich bildenden Verkleidung besteht. Die meist ebenfalls metallische Verkleidung wird häufig zur Versteifung mit einem Füllstoff: versehen. Der Zusammenbau der drei Hauptteile, Hohn, Verkleidung und Füllstoff, erfolgt in vielen Fällen durch Klebverbindung an Stelle von Nieten oder Schweißen.
Bei derartigen Rotorblättern ist aber die metallische Hinterkante verhältnismäßig steif und wird genauso wie der Holm. auf Wechselbiegung beansprucht. Ferner bewirkt diese steife Hinterkante eine Verschiebung des Schubmittelpunktes nach hinten, was zu statischem Auskippen des Blattes führen kann. Außerdem tritt hierdurch eine Schubbeanspruchung der Hinterkante ein. Diese hohe und dauernd wechselnde Beanspruchung der Hinterkante hat aber eine Herabsetzung der Lebensdauer des Rotorblattes zur Folge.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, d. h. bei der nötigen Quersteifigkeit doch gleichzeitig eine gewisse Weichheit entlang des Rotorradius zu erhalten, hat man schon die Hinterkante in Längsrichtung des Rotorblattes in eine Reihe von Segmenten zerlegt. Die Beanspruchung an der Hinterkante ist dadurch wohl verringert, aber am Holm hat man keine kontinuierliche Belastung mehr, sondern es treten mehrere konzentrierte Belastungen auf, die den Hohn an den entsprechenden Stellen sehr hoch beanspruchen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die hohe Dauerbeanspruchung der Blatthinterkante mit einfachen Mitteln so zu verringern, daß am Holm weiterhin nur gleichmäßige Beanspruchung auftritt, und den Schubmittelpunkt nach vorn zu bringen. Bei einem Rotorblatt mit einem praktisch die gesamte im Betrieb auftretende Belastung aufnehmenden starren Holm und einem daran unlösbar, z. B. durch Klebung befestigten, aus Deckplatten mit dazwischenliegendem Füllstoff bestehenden Hinteraufbau wird das Ziel erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die das Blattprofil in diesem Bereich bildenden Deckplatten des Hinteraufbaues aus einem anisotropen Stoff mit einer im wesentlichen quer zur Längsachse des Rotors in Richtung der Flügelhaut verlaufenden Richtung größter Steifiigkeit bestehen. Als Material für die Deckplatten wird vorzugsweise ein faserverstärkter Kunststoff verwendet, mit im wesentlichen gleichgerichteten und senkrecht zur Blattachse verlaufenden steifen Fasern.
An sich ist die Verwendung von Kunststoffen bei der Herstellung von Rotorblättern nicht neu. So ist ein Drehflügel bekannt, bei dem der sich an den Holm anschließende Hinteraufbau aus einer Anzahl von in Sehnenrichtung nebeneinanderliegenden rohrförmigen Elementen mit flachen Seitenwänden besteht. Die rohrförmigen Elemente werden durch Umwickeln von Dornen mit Bändern, die mit Formmaterial getränkt sind, hergestellt. Mit ihren flachen Seiten werden die rohrförmigen Elemente aneinandergelegt und mit einer ebenfalls mit Formmaterial getränkten Abdeckhaut umwickelt und fest verbunden. Diese Abdeckhaut bildet dann die obere und untere Fläche des Hinteraufbaues.
Nach einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Drehflügeln werden die oberen und unteren Hälften des Flügelblattes einschließlich von Rippen oder sonstigen Verstärkungen als zwei getrennte Schalen aus Kunstharz im Preß- oder Spritzverfahren hergestellt. In die Schalen werden ein oder mehrere Holme aus festerem Material eingelegt, und daraufhin werden die obere und die untere Schale miteinander und mit dem oder den dazwischenliegenden Holmen verklebt. Es ist dabei auch schon vorgeschlagen worden, den Kunststoff eventuell durch eine Glasfasermatte zu verstärken. Bei den bekannten Anordnungen mit glasfaserverstärkten Kunststoffen für die Deckfläche der Drehflügel handelt es sich aber stets um Glasfasergewebe. Diese Deckschichten weisen also hinsichtlich ihrer Festigkeitseigenschaften keine Vorzugsrichtung auf. Sie haben also keinen anisotropen Charakter. Es ist bisher noch nicht bekanntgeworden, die Faserrichtung in einer ganz bestimmten Weise anzuordnen, um dadurch die Dauerbeanspruchung der Blatthinterkante erheblich herabzusetzen, den Schubmittelpunkt nach vorn zu treiben und doch eine hohe Oberflächengüte zu erhalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Zeichnung erläutert. Die Figur zeigt ein Rotorblatt im Querschnitt. Mit 1 ist ein metallischer Holm bezeichnet, der hier im Beispiel das Flügelprofil an der Vorderkante bildet. Der Holm ist hohl ausgebildet und nimmt die gesamte im Betrieb auftretende Beanspruchung des Rotorblattes, insbesondere die Beanspruchung durch Fliehkraft, auf.
Der Hinteraufbau, der sich von A nach B erstreckt, besteht aus den oberen und unteren Deckplatten 3 bzw. 3'. Diese Deckplatten bestehen aus einem anisotropen Stoff. Dieser Stoff weist für die verschiedenen Richtungen unterschiedliche Elastizitätseigenschaften auf. Als solcher Stoff kann z. B. Kunststoff verwendet werden, in den steife Fasern, z. B. Glasfasern, im wesentlichen gleichgerichtet, eingebettet sind. Die Deckplatten sind so angeordnet, daß die Glasfasern sich im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Rotorblattes erstrecken. Sie laufen also in der Richtung von A nach B. Die gleichgerichteten Fasern zwischen A und B geben den Deckplatten in dieser Richtung die größte Steifigkeit. Die Befestigung der Deckplatten am Hohn erfolgt beispielsweise durch Klebung an den Stellen 2 und 2'. In den Raum zwischen den Deckplatten 3 und 3' ist zur Stabilisierung in an sich bekannter Weise ein Füllstoff 4, z. B. Papierwaben od. ä., eingebracht. Es können jedoch auch Kunststoffrippen die gleiche Funktion übernehmen.
Die Anordnung des anisotropen Stoffes derart, daß die Richtung seiner größten Steifigkeit, also die Richtung der eingebetteten Fasern quer zur Rotorlängsachse verläuft,: hat dieselbe Wirkung wie Verstärkungsrippen am Rotor, die in derselben Richtung angeordnet sind. Bei den bekannten Rotorausbildungen mit Rippen sind die Rippen in bestimmten verhältnismäßig großen Abständen angeordnet. Dieser Rippenanordnung entsprechend hat man eine unstetige Spannungsverteilung. Bei der Anordnung nach der Erfindung dagegen verhalten sich die eingebetteten steifen Fasern ähnlich wie eine Vielzahl sehr kleiner und sehr dicht nebeneinander liegender Rippen. In diesem Fall verläuft daher die Spannungsverteilung am Holm kontinuierlich, was sich auf die Lebensdauer des Rotorblattes sehr günstig auswirkt. Die Blatthinterkante ist dadurch elastischer als der Holm, sowohl hinsichtlich der Zugbeanspruchung durch Zentrifugalkräfte als auch hinsichtlich der auftretenden Biegebeanspruchungen in der Drehebene des Rotors und senkrecht zur Drehebene, d. h. in der Richtung des gefürchteten Schlagens der Rotorblätter. Auch hinsichtlich der Tarsion ist die Blatthinterkante elastisch. Die Blatthinterkante wird indessen nur durch sehr geringe Biegebeanspruchungen belastet, da sie wegen ihrer hohen Elastizität der Durchbiegong des verhältnismäßig steifen Holms praktisch spannungslos folgen kann. Außerdem wird der Schubmittelpunkt praktisch nur durch den starren Holm festgelegt und kann somit leicht mit- dem Druckpunkt zum Zusammenfallen gebracht werden.
Es bleibt aber eine hohe Oberflächengüte des Rotorblattes gewährleistet, und das Profil bleibt dank der anisotropen Natur der Deckplatten unverändert. Es läßt sich also diese Bauweise auch bei Profilformen verwenden, bei denen an die genaue Einhaltung des vorgeschriebenen Profils hohe Anforderungen gestellt werden, z. B. bei Laminarprofil. Die Deckplatten mit den in Richtung der Flügelhaut liegenden steifen Fasern sind also für die Einhaltung des Profils maßgeblich. Der zwischen den Deckplatten liegende Füllstoff od. dgl. ist nur von untergeordneter Bedeutung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Rotorblatt für Drehflügelsysteme, wie Luftschrauben, Hubschrauberrotoren, Windräder u. dgl., mit einem praktisch die gesamte im Betrieb auftretende Belastung aufnehmenden starren, z. B. metallischen Holm und einem daran unlösbar, z. B. durch Klebung befestigten, aus Deckplatten mit dazwischenliegendem Füllstoff bestehenden Hinteraufbau, dadurch gekennzeichnet, daß die das Blattprofil in diesem Bereich bildenden Deckplatten (3, 3') des Hinteraufbaues aus einem anisotropen Stoff mit einer im wesentlichen quer zur Längsachse des Rotors in Richtung der Flügelhaut verlaufenden Richtung größter Steifigkeit bestehen.
2. Rotorblatt nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes für die Deckplatten, mit im wesentlichen gleichgerichteten und senkrecht zur Längsachse des Rotorblattes verlaufenden. steifen Fasern. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1034 985, 1016 566; kanadische Patentschrift Nr. 506 944.