DE1406428A1 - Rotor fuer Hubschrauber - Google Patents

Description

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Sie Erfindung betrifft einen Rotor für Hubschrauber und insbesondere die Steuervorrichtung für derartige Rotoren·

Das wesentlichste Merkmal der Erfindung besteht darin, daß irnr Rotorantriebewelle und einer Ansahl von nicht gelenkig an der Antriebswelle befestigten Rotorblättern ein Steuerkreisel für den Rotor sugeordnet ist» der eine Ansahl von ßohwinghebelamen aufweist» deren Achse einen β pit «en Winkel alt den entsprechenden Rotorblättern einschließt, und daß außerdem eine Vorrichtung sua Halten des Kreisels oberhalb der Blätter für eine universelle Schrägeteilungsbewegung und für die vertikale Bewegung des Kreisesls vorgesehen ist, wobei besondere Gelenke den Steuerkreisel sit den Blättern verbinden» um die Blattneigung bei einer relativen Verschiebung des Kreisels eu den Hotorebenen su ändern» und auSerde« ein Getriebe für konstante

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Drehzahl von einer Haltevorrichtung getragen ist, die dazu dient, das Drehmoment der Antriebswelle auf den Kreisel zu übertragen, und unterhalb der Antriebswelle eine Taumelscheibe angeordnet ißt, die über Steueretangen im Innern der Antriebswelle für den Rotor mit dem öteuerkreisel verbunden ist·

Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden Beschreibung hervorgehen, in der auf die Zeichnung Bezug genommen ist. .

In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schaubildliche Barstellung der Rotorblätter und des Steuerkreisels nach der Erfindung, wobei Teile der Anordnung fortgelassen sind oder in aufgebrochenem Zuatand gezeichnet sind, um den inneren Aufbau deutlicher zu zeigen,

Tig· 2 die Ansicht eines Längsschnitts in vergrößertem Maßstab durch den Kreiseleupport, das universalgelenk für konstante Drehzahl und das Gehäuse für den Support in der erfindungsgemäöen Anordnung,
Pig· 3 eine achematiache Darstellung des Steuersystems für die

zyklische Steigungsänderung nach der Erfindung, und Fig· 4 eine schematische Darstellung einer kombinierten Bteigungs-iiteuervorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist der Rotor für einen Hubschrauber mit bezeichnet. Es kann beispielsweise ein sogenannter starrer Rotor seilt, bei dm nicht gelenkig gelagerte Rotorblätter 12,

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14 und 16... Über Manschet ten 20, 22 und 24 an eine Eotornabe 18 angeschlossen sind· Die Muffen tragen die Lager zur Änderung der Flnttsteigung. Die Nabe 18 ist starr an dem Rotorxnast oder an der Antriebswelle 26 befestigt, die am oberen Ende des stromlinienförmigen Körpers 27 herauoragt·

Der Steuerkreißel umfaßt drei radial nach außen regende Arme 28, 30 und 32, die an eine Nabe 34 mit drei Speichen angeechloßßen Bind, die oberhalb der Potorblätter angebracht ist und oicb unter Zuhilfenahme einen Universalgelenks 36 mit diesen zusammen mit konstanter Drehzahl dreht. Die . uerarme sind zwischen den entsprechenden Blättern in einem vorbestimmten Winkel zueinander auf später noch zu beschreibende Art und v/eise befestigt· Durch Trennung des uteuerkreisels von der Taumelscheibe und dadurch,' daß man den Kreisel selbst über den Blättern anordnet, so daß die Schwinghebel praktisch innerhalb 4er Rotorebene umlaufen, ergibt sich eindeutig, daß die Rotorwelle selbst kürzer ausgeführt werden kann; das bedeutet aber, daß die Luft oder der freie Kaum, die nun erforderlich sind, um die Sohrägstellung oder Präsesοion des Steuerkreisels vornehmen au können, innerhalb der für die Präzession erforderlichen Toleranz liegt, während bei Anordnung des Steuerkreisels zwischen den Blättern und dem Hauptkörper des Hubschraubers «in größerer freier Kaum und damit eine entsprechend längere Rotorwelle für die Steuerung de» Steuerpräzession vorgesehen werden müßte. Die kürzere und kompaktere Rotorwelle, wie sie nach der Erfindung vorgesehen ist, führt zu einer Herab-

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setzung des aerodynamischen Luftwideretends und einer Einsparung an totalen Rotorgewicht·

Me Fig· 2 zeigt ait größerer Klarheit und Übersichtlichkeit die Art und Weise» auf welche der Steuerkreisel oberhalb der Rotorblätter angebracht ist, aber auch die Art und Weise₉ auf welche das Drehmoment der Antriebswelle über das Gelenk 36 für konstante Drehzahl auf den Kreisel übertragen wird. Bin kegelstumpfförmiger Support 38 ist central oberhalb der Antriebswelle 26 angeordnet und Bit geeigneten Befeetlgungsnitteln 40 an der Rotornabe 18 angeschraubt· Der Support 38 dient zur Aufnahne einer Spindel 42 mit Keilführung, die in vertikaler Richtung in dem Support 38 bewegbar ist und ein kugelförmiges Ende 44 aufweist. Eine konkave Lagerfläche 46 in einem Bund 48, der von der Habe 34 gehalten wird, bewegt sich auf dem Ende 44 für die universale Sonrägstellung der Kreiselnabe 34· Anschläge 50 an der Kreieelnabe 34 wirken mit dem Support 38 in der Weise zusammen, daß die Schrägstellungsbewegung des Kreisele begrenzt wird. \M den aerodynamischen Luftwiderstand im Bereich der Kreiselbefestigung zu verringern, ist ein kreisförmiger Balg 52 zwischen der Kreiselnabe 34 und dem Support 38 vorgesehen und ein kreisringförmiger Schild 54 euf dem Support 38 setzt den Luftwiderstand weiter herab·

Das Gelenk 36 befindet sich im Imkern des kugelförmigen Endes 44 und besitzt eine zentrale Ausnehmung 55 mit Keilnutführung. Die Kreiselnabe 34 ist mit diesem Gelenk 36 Mit Hilfe einer zentral angeordneten Keil-Nut-Welle 56 in fester Zuord-

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sung su der uffnung 55 eingebaut. Mtee Verbindung ist im allgemeinen so gestaltet» daß die Kreiael-Schwlnghebel au den entsprechenden Blättern In »ine» Winkel ran 30 bis 60° stehen, wobei ein Winkel von 45° 1« allgemeinen bevorzugt wird. Die Keil-Nut-Verbindung «wischen Kreiselnabe 34 und Gelenk 36 bietet ein leicht und rasch zu handhabendes Hilfsmittel, ua den richtigen Phasenwinkel zwischen den Blättern und den Sehwinghebelarmen einstellen su können.

Bas Drehmoment für die Antriebswelle wird über den Support 38 Über die Keile 58 auf die Spindel 42 übertragen und von da über des Gelenk 3$ in die Kreiselnabe 34. Im Innern des Gelenke 56 wird das Drehmoment der Antriebswelle über gehärtete Stahlkugeln 6O₉ die in einem Käfig 62 gehalten sind, übertragen, wobei jede Kugel auf einer getrennten gekrümmten Spurbahn 64 abläuft« Eine konstante Dreh«ah 1 erreicht stan durch die geometrische Anordnung der Kugeispurbahnen, durch welche die Kugeln 60 und der Kugelkäfig 62 lamer In der Stellung für einen halben Winkel gehalten werden. Bas htißt, die Hüten oder Spurbahnen ewlngen die Kugeln und auch den Käfig immerzu in einer Ebene su liegen» die den Winkel «wischen der Antriebswelle 26 und der angetriebenen Welle 58 halbiert. Dadurch» daß man die Kugeln In der exakten Sehnlttebeae su jeder Zeit festhält» wird die Bewegung mit kcnetant^r Drehzahl ohne weiteres erreioht. Das Gelesk 56 ist unter der Handelsbezeichnung *Bseppa Constant Telocity Tfeiversal Joint¹· bekannt, welches τοη der Dana Corporatiom im Betroit, Hiofeigea, hergestellt uad vertriebe« wird.

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Eb 1st fur jeden Fachmann selbstverständlich, daß «en für diesen Zweck auch andere Gelenke verwenden kann» also beispielsweise ein Scherengelenk aur Halbierung dieses Winkele.

Wie Ban aus den Fig· 2, 3 und 4 ersieht, werden Pilot-Steuereingänge von der Taumelseheibe her übertragen_t dia das Besugszeichen 70 trägt, und auf den Steuerkreisel über zyklische und kollektive Steuerstangen 72, 74, 76 Übertragen» die drehbar an der Kreißelnabe 34 und an dem rotierenden Teil 78 der Taumelscheibe 70 befestigt sind· Diese Stangen befinden sich im Innern der Rotorantriebswelle 26, die in Phantoallnien angedeutet ist, so daß der aerodynanlsehe Widerstand herabgesetzt wird, der im anderen Falle durch außenliegende Gelenkanordnungen verursacht werden würde. Die mit Hilfe der Steuerstangen Übertragenen Steuereingänge haben die Schrägstellung oder Präsession de· Steuerkreisele zur Folge. Biese Präeession bewirkt, daß die Schrägstellungegelenke 82 für die Blätter, die drehbar an der Kreiselnabe und an dea Hörnern 84 an jeder Manschette 20 angeordnet sind, eine sykllsohe Änderung der Blatteehrägettllung baw. der Blattsteigung bewirkt erfolgt. . Der Einbau dieser drei Steuerstangen 72, 74 und 76, die von dtr Tauaelplatte su dea Steuerkreisel führen, hat sur Folge, dafl insofern eine Fehlerfreiheit erzielt wird, da0 bei» Ausfall einer dieser Stangen die beiden übrigbleibenden Stangen laser noch In der Lage bleiben, die Steuereingänge auf den Kreisel au Übertragen·

Aus dea Flg. 3 und 4 ersieht aan i» einaelnen, da0 die Taueelaoheib* 70 unter der Antriebewelle 26 und unter dea

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Übertragungsgehäuse 80 angeordnet ist und verhältnismäßig nahe bei dem oben erwähnten Gelenk liegt. Die Taumelscheibe kann nunmehr kleiner ausgeführt werden, weil sie nun nicht mehr einen größeren Durchmesser der Antriebswelle zu ermöglichen braucht. Diese Verringerung der Abmessungen führt zu erheblichen Einsparungen an dem Gesamtgewicht der Steuereinrichtung für den Rotor.

V'ie Fig. 3 neigt, erreicht man eine zyklische Steigungssteuerung durch Betätigung des Steuerungaknüppele 90 in der Richtung nach vorn oder zurück, je nachdem, ob eine nach unten oder nach oben gerichtete Einstellung erforderlich let. Für die Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß der Hubschrauber einen Gleitflug ausführt und daß der Steuerknüppel nach vorn gestoßen wird, um ein« Bewegung nach unten herbeizuführen. Pietje Kraft bzw. dieser Steuereingang wird dann auf den nicht rotierenden Teil 92 der Taumelscheibe 70 über ein geeignetes System von %'inkelhebelzUgen und Gelenken übertragen· Bei dem dargestellten AuBführungsbeispiel wird diese Kraft von dem Steuerknüppel her über eine Stange 94 über den frinkelhebel 96, das hydraulische Getriebe 93, den Winkelnebel 100, die Federhülse 102, die Stange 103, den Winkelhebel 104» dl« Stange 105 und den drehbar auf dem Drehmomentenrohr 108 angeordneten Winkelhebel sowie die Stange 110 übertragen» die drehbar an dem nicht drehbeweglichen Teil 92 der Taumelscheibe 70 befestigt Ist. Die Kraft wird dann auf den rotierenden Teil 78 der Taumelscheibe in der üblichen Weise übertragen und dann

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euf den Steuerkreieel über die Steuerstangen 72» 74» 76 in Form eines nach der rechten Seite an dem Steuerkreisel angreifenden Rollmoments. Der Kreisel führt eine Präzeasion in Richtung nach unten bus, die eine zyklische Steigungsänderung der Blätter über die Gelenke 82 und die Hörner 84 verursacht. Die Eingangskraft auf die Blätter und der Unterschied in den aerodynamischen Hubmomenten, der zwischen den vorrückenden und zurückkommenden Blättern erzeugt wird, bewirken, daß die Rotorebene ebenfalls eine Präzessionsbewegung in Richtung nach unten aueführt· Die üchrägstellung der Rotorebene nach vorn führt ssu einer Vorwärtsbewegung des Hubschraubers.

Eine zyklisch erfolgende Schlingersteuerung wird auf ähnliche Weise durch Betätigung des Steuerknüppels 90 nach links oder rechts bewirkt. Für die Zwecke der Erläuterung eel angenommen, daß der Hubschrauber eich im Gleitflug befindet und daß der Steuerknüppel nach rechts bewegt wird· Diese Kraft oder dieser steuereingang wird auf den nicht rotierenden Teil 92 der Taumelscheibe 70 über ein System von Vinkelhabeln und Gelenken übertragen, welches ähnlich dem System 1st, welches oben bei der äteigungseteuerung beschrieben worden let.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung wird die nach rechte gerichtete Kraft über den Hebelara 102, die Stange 114· den Winkelhebel 116, die Stange 118, den Winkelhebel 120, den hydraulischen Servomotor 122, den Winkelhebel 124» die Federhülse 126, die Stange 127» den Winkelhebel 128, die Stange 129 und den Winkelhebt 1 130, der starr an dem Drehmoment enronr 108

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befestlgt ist, sowie über die Stange 132 auf de· nicht rotierenden Teil der Taumelscheibe 70 übertragen. Die Stange 132 ist drehbar mit dem Teil 92 an einer Stelle befestigt, die üb 90° gegenüber dem Punkt versetzt ist, an des die Stange 110 für die St«igung angeschlossen iet· Diametral gegenüber dem AnsohluSpunkt der Stange 152 befindet sich ein weiterer An-* schlußpunkt für eine Drehbewegung für eine Stange 134» die an eine» Winkelhebel 136 befestigt ist» der auf starre Weise an das Drehmomantenrohr 108 angeschlossen ist. Die Winkelhebel 130 und 136 sind so en des Bohr 108 angebracht, daß »ich die Stangen 132 und 134 in es&tgegengesetsten Richtungen bewegent d.h. , eine Aufwärtsbewegung: der Stange 132 erfolgt sueamen alt einer Abwärtsbewegung der Stange 134. Der sogenannte Steuer«ingang wird dann auf den rotierenden Teil 78 der Taumelscheibe in der üblichen Weise übertragen und dann über die Stangen 72, 74 und 76 auf den 3teuerkrelsel in der Form einer abwärt «gericht«tea Kraft in die am weitesten nach hinten gelegene Stellung des Steuerkreisels· Der Kreisel weist eine Präsessiofi nach rechts und unten auf und verursacht dabei eine sieh «ykliooh abspielende Steigungsänderung der Blätter über die Gelenke 82 und die Hörner 84· Die an den Blättern ankommende Kraft und die Unterschiede in den aerodynamischen Hubaomenten, die Ewlschen den nach vorn weisenden Blättern und den nach hinten weisenden Blättern erzeugt werden, bewirken, daß die Rotorebene ebenfalls «ine Präsession aufweist, die nach

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rechts und unten gerichtet let· Dies hat eine zur Seite gerichtete Translationsbewegung des Hubschraubers nach rechte zur Folge.

Wie man aus Fig. 4 ersieht, erhält man eine kollektive Steigungssteuerung durch Betätigung des Knüppels 140 für die Steigungssteuerung nach oben oder nach unten, je nachdem» ob eine Zunahme der Blattsteigung oder eine Abnahme erwünscht ist· Für die Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß sich der Hubschrauber is Gleitflug befindet und daß eine Vergrößerung der Steigung des Blattes verlangt wird· Der Steuereingang zur Erzielung eines solchen Verhaltens wird über ein passendes Systen von Gelenken auf die Taumelscheibe 70 erreicht· Bei dem in Fig· 4 dargestellten System wird dieser Steumrelngang über den Hebelarm 142, die Stange 144, den Winkelhebel 146, die Stange 148, den Wlnkelhebel 150 und die hydraulisch wirkend· ßörvovorrlchtung 152 auf das eine Ende des Hebelarms Übertragen. Dieser Hebelarm ist seinerseits an dem Hubschrauberaufbau am entgegengesetzten Ende 156 drehbar gelagert und trägt das Drehmomentenrohr 108 in der dargestellten Weise· Eine Bewegung des Steuerknüppels 140 nach oben hat eine Aufwärt «bewegung der Betätigungsstange 158 und des Hebelarms nach oben sur Folge. Biese Aufwärts bewegung wird auf die Taumelscheibe 70 über die Stangen 110, 132 und 134 und über die Stangen 72» 74 und 76 auf den Steuerkreisel übertragen. An Hand der Fig. 2 kann man feststellen, daß eine Vertikalbewegung des Steuerkreisels durch dl· ci«hharmonikaartigen Teile 52 em? ^liefet wird ^ mber auch durch die Keil-Hut-Ver-

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bindung »wischen der Welle 42 und des Support 38. Eine /lufwärtsbewegung des Kreisels hat zur Folge, daß säetliehe Elätter ihre Steigung insgesamt über die Sglenke 82 und die Hörner 84 ändern, wobei der Angriffewinkel dieser Teile zuniaa^t. Dies hat natürlich ein erhöhtes Hubaoment zur Folge·

15er Steuerftreisel nach der Erfindung überträgt nicht nur die Pilotsteuereingänge auf den Rotor, sondern trägt auch unmittelbar xur Stabilisierung des Rotors bei· Me Stabilisierung erzielt man durch Ausnutzung der inhärenten Festigkeit eines Kreisels, relativ jsu der Änderung seiner Drehebene, wenn eine äußere Kraft auf Ihn einwirkt· Der Rotor seinerseits hat selbst Kreiseleigenschaften, weil er ja einen rotierenden Körper darstellt und dea Einwirkungen äußerer Kräfte Widerstand entgegensetzt «Eine Einrichtung mit starre« Rotor, wie sie die Erfladung vorschlägt» bringt das Haxlau« der Vorteil· dieser Eigenschaften zur Auswirkung· Wird der Rotor dagegen durch äußere Kräfte gestört, dann sucht der Steuerkreieel seine Rotrtionaebcn· beizubehalten und entwickelt automatisch ein· Gegenkraft» die auf dl« Blätter einwirkt und dazu beiträgt· den Rotor zu stabilisieren.

Wie Fig. 1 zeigt, tragen die Kreleelame Gewicht· 160, dl· aerodynamisch· Flächen für dl« Erzeugung «in·· Hutozpufwtioen, und dabei «inen verhältnismäßig großen Anstellwinkel haben. Fliegt der Hubschrauber vorwärts, dann wird «In Untersohied der fiubkraft durch dl· Gewichte auf den nach vorn und den nach hinten gerichteten Selten hervorgerufen, woraus sich

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«int Erhöhung der Geschwindigkeit ergibt· Der Unterschied der Hubkraft bewirkt» daß das Kreiselgerät eine Fräsession aufweist, die nach unten gerichtet ißt, so daß das Flugseug absinkt sobald die Geschwindigkeit oberhalb der Trimmgesohwlndlgkelt liegt oder eine Präsession nach abwärts aufweist, und die Geschwindigkeit des Flugzeuge sunlmmt» sobald die Geschwindigkeit selbst unterhalb der Trimmgeschwindigkeit liegt« Diese Erscheinung bezeichnet man in allgemeinen Bit Geachwlndigkeltsetabilisierung« Da nun das Kreiselgerät oberhalb der Rotorblätter angeordnet ist, bewegen sich die Gewlohte durch einen relativ störungsfreien Luftraum oberhalb des Rotors und erhuhen auf diese Welse Ihr* die Geschwindigkeit stabilisierende Wirkung«

Der Erfindungegegenstand ist an Hand eines besondere ausgewählten Ausftihrungsbeispiels unter Bezugnahme Auf die Zeichnung Im einseinen erläutert worden» Jeder Fachmann wird aber Änderungen und Kodifikationen finden können, die er in die Praxis umsetsen kann» ohne deshalb den Rahmen der Erfindung verlassen su müssen.

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Patent a neprüchej

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   1· Eotor fuX Hubschrauber mit Steuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorantriebswelle (26) und einer Ansah! von eicht gelenkig an der Antriebswelle befestigten Rotorblatt·?*! (12, 14, 16) ein Steuerkreisel für den Rotor angeordnet ist» der eine Ansahl von Schwinghebelarmen auf neiat» deren Achse einen spitzen Winkel alt άβη entsprechenden Rotorblättern einschlieftt, und daß außerdem eine Vorrichtung au« Balten des Kreisele oberhalb der Blätter für eine universelle ächrägstellungsbeiregung und für die vertikale Bewegung des Kreisels vorgesehen ist, wobei besondere Gelenke den Steuerkreisel Mit den Blättern verbinden» um die Blattneigung bei 9tnmT relativen Verschiebung des Kreisels zu den Rotorebenen au Sndern» und auS@rd«i ein Getriebe für konstante Drehemhl von einer Haltevorrichtung getragen ist, die dazu dient, das Drehmoment der Antriebswelle (26) auf den Kreisel au Übertragen» und unterhalb der Antriebswelle eine Taumelscheibe (70) angeordnet 1st» die über Steueretangen (72, 74» 76) im Innern der Antriebswelle für den Rotor mit dem Steuerkreisel verbunden ist.

   2· Rotor nach Anspruoh 1, gekennzeichnet durch einen central über den Rotorblätter!! angeordneten Kreiselsupport (38) und eine von dieses Support (58) getragene Spindel (42), die eich in iieaen Support in vertikaler Richtung bewegen kann und einen kugtlfömigen Endteil (44) aufweist, mist Gelenk (36) für

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   konstante Drehzahl» welches sich in diesem Endteil (44) befindet, und eine Keil-Nut-Öffnung in Form von gebogenen Nuten rings \m die öffnung herum aufweist_t in denen sich Stahlkugel η (60) in einen Käfig (62) befinden» derart, daß die Kugeln in einer Ebene liegen» di* den Winkel zwischen der Antriebswelle (26) und der angetriebenen Welle (58) halbiert.

   3· Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselnabe (34) alt dem Gelenk (36) Mit Hilfe einer zentral angeordneten Keil-Nut (56) in fester Zuordnung zu der öffnung eingebaut 1st, und der Kreisel einen Bund (43) trägt, der eich an den kugelförmigen Endteil (44) anlegen kann, um eine universale Schrägstellung der Kreiselnabe (34) au ermöglichen.

   4· Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (38) in einen kreisförmigen Balg (52) eingehüllt j um den aerodynamischen Luftwiderstand zu verringern»

   5« Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4» gekennzeichnet durch mi&on ersten Steuerknüppel (90) für die zyklische kteigungs einst ©llung, eine zweite Gelenkverbindung zwiechen der Taumelscheibe (70) und dem ersten Steuerknüppel sowie einen zweite« kombialerten Steuerknüppel (140) und eine dritte Gelenkverbindung «wischen der Taumelscheibe (70) und dem kombiaiertea Steuerknüppel für die Steigung.

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