DE1281271B - Luftschraube mit verstellbarer Blattverwindung - Google Patents

Luftschraube mit verstellbarer Blattverwindung

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DE1281271B
DE1281271B DEG45188A DEG0045188A DE1281271B DE 1281271 B DE1281271 B DE 1281271B DE G45188 A DEG45188 A DE G45188A DE G0045188 A DEG0045188 A DE G0045188A DE 1281271 B DE1281271 B DE 1281271B
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DE
Germany
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sleeve
rod
propeller
blade
sheet
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Application number
DEG45188A
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English (en)
Inventor
Hugo T Grut
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HUGO T GRUT
Original Assignee
HUGO T GRUT
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/30Blade pitch-changing mechanisms

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)

Description

  • Luftschraube mit verstellbarer Blattverwindung Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftschraube mit verstellbarer Blattverwindung, insbesondere für senkrecht startende und landende Flugzeuge, bei der jedes Blatt aus einem radial von der Luftschraubennabe ausgehenden Stab und einer elastischen Hülse von Tragflächenform besteht, die den Stab umgibt und an ihm gegen Längsverschiebung gesichert angebracht ist, mit Organen für die Übertragung eines Drehmomentes auf die Hülse und den Stab zwecks Winkelverdrehung und Verwindung der Hülse im Verhältnis zum Stab und Drehung des Blattes um seine Längsachse.
  • Bei der Verstellung der Blätter von bekannten, konventionellen Luftschrauben wird jedes Blatt um seine Längsachse so gedreht, daß das ganze steife Blatt die gleiche Änderung des Blattwinkels erhält. Wenn die geometrische Steigung entlang der äußeren Hälfte des Blattes bei Einstellung der Luftschraube zum Arbeiten bei dem Fortschrittsgrad, für den sie konstruiert ist, gleichförmig ist, wird die Steigung nach Verstellung der Luftschraube nicht mehr gleichförmig sein. Durch die über die Spannweite erfolgende gleiche Winkelverstellung wird an einem Blattelement an der Blattspitze eine größere Änderung der geometrischen Steigung hervorgerufen als an einem weiter innen liegenden Blattelement. Die Steigung ist dann entlang dem Blatt nicht mehr gleichförmig. Wenn eine solche Luftschraube mit sehr unterschiedlichen Fortschrittsgraden arbeiten muß, ist es deshalb nicht möglich, einen zufriedenstellenden Kompromiß zu erzielen, der einen hohen Wirkungsgrad innerhalb des ganzen Bereiches ergibt.
  • Um eine möglichst gleichmäßige geometrische Steigung entlang dem Blatt bei seinen verschiedenen Einstellungen zu erreichen, ist es notwendig, die Verwindung des Blattes so zu ändern, daß jedes Element möglichst den optimalen Anstellwinkel erhält, der das maximale Verhältnis zwischen Auftrieb und Widerstand am ganzen Blatt und dadurch höchste Leistung sowohl bei niedrigem als auch bei hohem Fortschrittsgrad ergibt.
  • Bei der eingangs erwähnten Art von bekannten Luftschrauben, bei der diese Forderung erfüllt ist, hat sich gezeigt, daß die konstruktiven und aerodynamischen Probleme nur mit Schwierigkeiten gleichzeitig zu lösen sind.
  • Die Erfindung hat deshalb eine Luftschraube zum Ziel, die sowohl konstruktiv als auch aerodynamisch befriedigende Resultate liefert.
  • Gemäß der Erfindung sind entlang der Hülse und dem Stab Anschläge zur Begrenzung der Verdrehung der Hülse in verschiedene Winkeleinstellungen und zur Ermöglichung verschiedener Verstellungsgrade verschiedener Querschnitte der Hülse im Verhältnis zum Stab angeordnet.
  • Dadurch ist es möglich, in Weiterbildung der Erfindung die Anschläge auf verschiedene geometrische Steigungen des Blattes einzustellen, die im äußeren, aerodynamisch wirksamen Bereich des Blattes konstant und gegen die Wurzel des Blattes hin stetig abnehmend verteilt sind. Diese Verteilung der geometrischen Steigung kann auch dann vorliegen, wenn die Hülse und der Stab keinem Drehmoment ausgesetzt sind.
  • In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung können die Anschläge des Blattes so verteilt sein, daß das Blatt eine geometrische Steigungsverteilung hat, die nach der Gleichung definiert ist, worin ß der örtliche Blatteinstellwinkel, x der dimensionslose Radius rlR des Blattes ist und a. und d Konstanten sind.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Anschläge durch eine am Stab angebrachte durchlaufende Längsrippe gebildet, deren Seitenflächen an den entsprechenden Flächen der Innenwandung der Hülse zum Anliegen kommen.
  • Vorzugsweise ist die Längsrippe des Stabes über ein elastisches Band mit der Hülse verbunden, so daß zwei voneinander druckdicht abgeschlossene Hohlräume entstehen und ein unter Druck eingeführtes Medium die Verdrehung des Stabes: im Verhältnis zur Hülse bewirkt.
  • Als Abdichtungen für das Medium zwischen Hülse und Stab sind in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Bälge angebracht.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Hülse quer zur Längsachse unterteilt und aus Scheiben zusammengesetzt. Hierbei ist jede mit den benachbarten Scheiben verbunden. Vorzugsweise haben die Scheiben unterschiedliche Dicke und Elastizität. Auch hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die aus Scheiben zusammengesetzte Hülse mit einem elastischen und zähen Material überzogen ist.
  • Während der zyklischen Steigungsänderung des Rotors eines Hubschraubers oder eines ähnlichen Flugzeuges beim Vorwärtsflug muß nicht nur der Blattwinkel bei der Bewegung des Blattes nach hinten vergrößert werden, sondern es ist auch eine stärker verwundene Blattform während dieser Rückwärtsbewegung erforderlich.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und nachstehend beschrieben.
  • Die Zeichnung zeigt einen Aufriß eines Luftschraubenblattes mit weggeschnittenen Teilen sowie Querschnitte des Luftschraubenblattes.
  • Jedes Blatt besteht aus einem steifen Stab 1 und ist in einer Hülse 2 eingeschlossen, die wie eine verwundene -Tragfläche ausgebildet ist.- Der Stab. steht radial aus dem Nabenteil, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist, heraus, und die Hülse 2 ist auf dem Stab 1 angebracht und in begrenztem Maße auf ihm vierdrehbar. Zwischen der Hülse 2 und dem Stab 1 kann ein Drehmoment angesetzt werden; um die Hülse im Verhältnis zum Stab zu verwinden und das Luftschraubenblatt um seine Längsachse zu drehen. Eine solche Drehung läßt sich durch Anbringung eines Drehmomentes am Stab 1 erzielen. Der Stab 1 hat mindestens eine durchlaufende Rippe 5 mit Seitenflächen, die Anschlagflächen 3 für das Zusammenwirken mit entsprechenden Anschlagflächen 4 im Inneren der Hülse 2 bilden.
  • Wenn kein Drehmoment auf die Hülse 2 ausgeübt wird, befindet sie sich in einer neutralen Stellung 0 der Schnitte I bis IH. In jeder der Endstellungen t bzw. f liegt eine der beiden Seitenflächen 3 der Rippe 5 an der entsprechenden Fläche 4 der Innenwandung der Hülse 2 an und verhindert eine weitere Bewegung im Verhältnis zum Stab 1. Da die Anschlagflächen 3 und 4 so geformt und angeordnet sind, daß die Querschnitte HI der Hülse 2, die näher an der Blattwurzel liegen, eine größere Winkelbewegung aus der neutralen Stellung 0 ausführen können als die Querschnitte I in der Nähe der Blattspitze, verändert sich die Form der Hülse 2 durch Verwindung um ihre Längsachse, wenn das Drehmoment angesetzt wird.
  • In der neutralen Stellung 0 kann die Hülse 2 für bestimmte Arbeitsverhältnisse eine verwundene Form aufweisen, und die Endstellung t weist eine stärker verwundene Form für höhere Fluggeschwindigkeiten auf, während die Form der Hülse 2 in der anderen Endstellung f platter und für niedrige Anblasgeschwindigkeiten geeignet ist. Der Kontakt zwischen den Anschlagflächen 3 und 4 entlang der ganzen aktiven Länge des Blattes in einer der Endstellungen t und f ergibt eine stabile und genau bestimmte Blattform. Die in der Zeichnung dargestellte Konstruktion des Blattes schließt Einrichtungen ein, mit deren Hilfe ein Druckmedium zur Einwirkung auf die Hülse 2 und den Stab 1 gebracht wird, um diese Bauteile einem Drehmoment auszusetzen. Hierzu ist eine Dichtmembran 10 in Schlitzen 11 und 12 an der Hinterkante der Rippe 5 und entlang dem Boden einer entsprechenden Längsnut an der Innenwand der Hülse 2 angeordnet, und es sind Bälge 13 zwischen Hülse 2, Stab 1 und Membran 10 am Nabenende des Blattes angebracht, um die Kammern 8 und 9 gegeneinander abzudichten und ein Lecken des Druckmediums aus einer Kammer in die andere zu verhüten. Die Bohrungen 6 und 7 im Nabenende der Hülse 2 stehen in Verbindung mit einem Behälter für Druckflüssigkeit, der unabhängig von den Bewegungen des Blattes montiert und in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Die Bohrungen 6 bzw. 7 münden in die Kammern 8 bzw. 9 zwischen der Hülse 2 und dem Stab 1 und gestatten der Flüssigkeit, einen Druck auf die Anschlagflächen 3 und 4 auszuüben.
  • Die Flüssigkeit kann auf diese Weise die Kammern 8, 9 auf der ganzen Länge des Blattes ausfüllen und unerwünschte Deformationen und Verwerfungen weitgehend ausschalten.
  • Wenn die Hülse in ihrer neutralen Stellung 0 steht und die Flüssigkeit durch die Bohrung 6 in die Kammer 8 gedrückt wird, um einen Druck auf die Anschlagflächen 3 und 4 auszuüben, so wird die Hülse 2 verwunden. Während sich die Form der Hülse 2 ändert, verläßt die Flüssigkeit, die sich schon auf der anderen Seite der Rippe 5 befindet, die Kammer 9 und fließt durch die Bohrung in den Behälter zurück, solange Flüssigkeit in die Kammer 8 eintritt und bis die Anschlagflächen 3, 4 aneinander anliegen, wenn die Hülse 2 die eine Endstellung f erreicht und das Blatt eine platte Form angenommen hat. Der ganze Vorgang läuft in umgekehrter Reihenfolge ab, um die andere Endstellung t zu erreichen- und eine stark verwundene Blattform zu erzielen.
  • Das Luftschraubenblatt besitzt eine in Scheiben unterteilte Hülse 2, was nicht die Möglichkeit ausschließt, die Hülse auch aus ein und demselben Material als ungeteiltes Bauteil des Blattes herzustellen. Die Hülse 2 besteht aus Scheiben von unterschiedlicher Dicke und Elastizität. Es sind abwechselnd dünne, steife Scheiben 14r und dicke, elastische Scheiben 14e am Blatt entlang angeordnet. Benachbarte Scheiben 14r, 14e sind fest miteinander verbunden.
  • An der Blattspitze besteht die Hülse 2 aus zwei gezahnten Teilen, die durch Niete 15 zusammengehalten werden und in entsprechende, an der Spitze des Stabes 1 eingeschnittene Zähne 16 eingreifen.
  • Der Stab 1 hat am Nabenende einen kreisrunden Querschnitt. Eine Gewindebuchse 18h ist an diesem Ende des Stabes 1 befestigt und in ein ähnliches Gewindeteil am Nabenende der Hülse 2 eingeschraubt. Die Buchse wird bis zu einem Ringflansch 17 am Stab 1 eingeschraubt.
  • Eine Anzahl von Axiallagern 18 m sind in Abständen am Stab 1 angebracht und greifen in Ringnuten an der Innenwand der Hülse 2 ein. Die Axiallager sind drehbar mit den Oberflächen der Ringnuten verbunden.
  • Die Buchse 18 h, die Axiallager 18 m und die Spitze der Hülse 2 haben zusammen die Aufgabe, eine axiale Verschiebung der Hülse 2 im Verhältnis zum Stab 1 infolge der bei der Drehung der Luftschraube auf die Hülse einwirkenden Zentrifugalkräfte zu verhindern.
  • Die Hülse 2 ist mit elastischem und zähem Material 19 überzogen. Daraus ergibt sich, daß für die Vorwärtsbewegung ein verhältnismäßig plattes Blatt und für die Rückwärtsbewegung ein stärker verwundenes Blatt erforderlich ist, damit jeder Querschnitt des ganzen Blattes während der ganzen Umdrehung wirksamer arbeitet. Die bekannte Erscheinung des Abreißens der Strömung an den Spitzenabschnitten während der Rückwärtsbewegung wird mit der Erfindung reduziert oder verhütet. Die Luftschraube nach der Erfindung ist deshalb besonders gut geeignet für den Einsatz zusammen mit herkömmlichen zyklischen Verstelleinrichtungen für die Steigung von Hubschrauber-Rotorblättern.

Claims (10)

  1. Patentansprüche: 1. Luftschraube mit verstellbarer Blattverwindung, insbesondere für senkrecht startende und landende Flugzeuge, bei der jedes Blatt aus einem radial von der Luftschraubennabe ausgehenden Stab und einer elastischen Hülse von Tragflächenform besteht, die den Stab umgibt und an ihm gegen Längsverschiebung gesichert angebracht ist, mit Organen für die Übertragung eines Drehmomentes auf die Hülse und den Stab zwecks Winkelverdrehung und Verwindung der Hülse im Verhältnis zum Stab und Drehung des Blattes um seine Längsachse, dadurch gekennzeichn e t, daß entlang der Hülse (2) und dem Stab (1) Anschläge (Flächen 3, 4) zur Begrenzung der Verdrehung der Hülse in verschiedene Winkeleinstellungen und zur Ermöglichung verschiedener Verstellungsgrade verschiedener Querschnitte der Hülse (2) im Verhältnis zum Stab (1) angeordnet sind.
  2. 2. Luftschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (Flächen 3, 4) eine Einstellung des Blattes auf verschiedene geometrische Steigungen ermöglichen, die im äußeren, aerodynamisch wirksamen Bereich des Blattes konstant und gegen die Wurzel des Blattes hin stetig abnehmend verteilt sind.
  3. 3. Luftschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (Flächen 3, 4) des Blattes so verteilt sind, daß das Blatt eine geometrische Steigungsverteilung hat, die nach der Gleichung definiert ist, worin ß der örtliche Blatteinstellwinkel, x der dimensionslose Radius r/R des Blattes ist und x, und d Konstanten sind.
  4. 4. Luftschraube nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (Flächen 3, 4) durch eine am Stab (1) angebrachte durchlaufende Längsrippe (5) gebildet sind, deren Seitenflächen (3) an den entsprechenden Flächen (4) der Innenwandung der Hülse (2) zum Anliegen kommen.
  5. 5. Luftschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrippe (5) des Stabes (1) über ein elastisches Band (Membran 10) mit der Hülse (2) verbunden ist, so daß zwei voneinander druckdicht abgeschlossene Hohlräume (Kammern 8, 9) entstehen und ein unter Druck eingeführtes Medium die Verdrehung des Stabes (1) im Verhältnis zur Hülse (2) bewirkt.
  6. 6. Luftschraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Bälge (13) als Abdichtungen für das Medium zwischen Hülse (2) und Stab (1) angebracht sind.
  7. 7. Luftschraube nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) quer zur Längsachse unterteilt und aus Scheiben (14r, 14 e) zusammengesetzt ist.
  8. 8. Luftschraube nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (14r) mit den benachbarten Scheiben (14 e) verbunden ist.
  9. 9. Luftschraube nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (14 r, 14 e) unterschiedliche Dicke und Elastizität haben.
  10. 10. Luftschraube nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Scheiben (14 r, 14 e) zusammengesetzte Hülse (2) mit einem elastischen und zähen Material (19) überzogen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 880 590.
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