DE1481673C

DE1481673C - Rotor head for a rotary wing aircraft

Info

Publication number: DE1481673C
Authority: DE
Inventors: Peter Joseph East Hampton Conn. Arcidiacono (V.St.A.). B64d 1-10
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug mit Rotorblättern, die eine Schlagbewegung ausführen können, und mit einer ersten Taumelscheibe, die zur gemeinsamen und zyklischen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter axial verschiebbar und neigbar ist.The invention relates to a rotor head for a rotary wing aircraft with rotor blades that can perform a flapping movement, and with a first swash plate that is common to the and cyclical control of the angle of attack of the rotor blades is axially displaceable and tiltable.

Es ist ein Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug bekannt, der Rotorblätter aufweist, die eine Schlagbewegung ausführen können und dessen Rotornabe zur gemeinsamen und zyklischen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter axial verstellbar und neigbar ist (USA.-Patentschrift 1 992 015).A rotor head for a rotary wing aircraft is known which has rotor blades which flap and its rotor hub for common and cyclical control of the angle of attack the rotor blades are axially adjustable and tiltable (USA.-Patent 1 992 015).

Es ist weiter aus der USA.-Patentschrift 2 256 635 ein Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug mit Rotorblättern, die eine Schlagbewegung ausführen können, und mit einer Taumelscheibe bekannt, wobei die Taumelscheibe zur zyklischen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter neigbar ist. Aus der gleichen Veröffentlichung ist es bekannt, eine solche Taumelscheibe zur gemeinsamen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter auch axial verstellbar zu machen. Schließlich ist es ebenfalls aus dieser Veröffentlichung bekannt, bei einem Rotor zur zyklischen Steuerung der Anstellwinkel eine axial feststehende, neigbare erste Taumelscheibe und oberhalb der ersten Taumelscheibe und unterhalb des Rotors eine von dieser unabhängig verstellbare zweite Taumelscheibe vorzusehen, die zur gemeinsamen Steuerung der Anstellwinkel axial verschiebbar, jedoch nicht neigbar ist.It is further from the USA patent specification 2 256 635 a rotor head for a rotary wing aircraft with rotor blades, which can perform a flapping movement, and known with a swash plate, the Swashplate for cyclical control of the angle of attack of the rotor blades can be inclined. For the same Publication it is known, such a swash plate for joint control of the angle of attack to make the rotor blades axially adjustable. After all, it is also from this publication known, in a rotor for cyclical control of the angle of attack an axially fixed, inclinable first swash plate and one above the first swash plate and below the rotor to provide independently adjustable second swash plate for common control the angle of attack is axially displaceable, but not inclinable.

Bei den bekannten Rotorköpfen sind sich etwa in Umfangsrichtung erstreckende Hörner zum Verstellen des Anstellwinkels der Rotorblätter vorgesehen, wobei jedes Horn mit einem Rotorblatt fest verbunden ist. Führt ein Rotorblatt eine Schlagbewegung, beispielsweise nach oben, aus, dann bewirkt sein Horn eine Verringerung seines Anstellwinkels, was auch zu einer Verringerung des Schlagwinkels führt. Mit dieser negativen Rückkopplung des Schlagwinkels wird daher dessen Stabilisierung erreicht. Diese gilt jedoch nur so lange, wie das Rotorblatt auch bei seinem Rücklauf gegen die Flugrichtung an seiner Vorderkante angeströmt wird. Dagegen führt eine Anströmung des Rotorblattes von seiner Rückseite bei einer Schlagwinkelvergrößerung zu einer positiven Rückkopplung und damit zu einer Instabilität. Um diese zu vermeiden, war man seither bei Drehflügelflugzeugen auf eine Beschränkung der Höchstgeschwindigkeit angewiesen. Dieser Nachteil machte sich besonders bei Verbundhubschraubern bemerkbar, die neben einem Rotor zusätzliche Antriebsmittel aufweisen und die bei höheren Geschwindigkeiten in den Tragschrauberbetrieb übergehen. Hier mußte die Höchstgeschwindigkeit seither mit Rücksicht auf die sonst auftretende Instabilität des Rotors gegenüber der an sich mit den zusätzlichen Antriebsmitteln erreichbaren Geschwindigkeit sehr stark beschränkt werden. Der Nachteil tritt jedoch auch bei anderen Drehflügelflugzeugen auf, da schon vor einer Umkehr der Anströmrichtung der Rotorblätter mit geringer werdender Anströmgeschwindigkeit eine erhöhte Empfindlichkeit gegen atmosphärische Turbulenzen und ähnliche Störungen auftritt, die hier ebenfalls zu einer Instabilität führen können.In the known rotor heads, horns extending approximately in the circumferential direction are used for adjustment the angle of attack of the rotor blades is provided, each horn firmly connected to a rotor blade is. If a rotor blade performs a flapping movement, for example upwards, then this can be effected Horn reduces its angle of attack, which also leads to a reduction in the angle of flap. With this negative feedback of the flapping angle, its stabilization is achieved. However, this only applies as long as the rotor blade is also moving backwards against the direction of flight its leading edge is flown against. On the other hand, there is a flow onto the rotor blade from its rear side in the event of an increase in the flapping angle, this leads to positive feedback and thus to instability. In order to avoid this, rotary wing aircraft have since been limited to the Top speed instructed. This disadvantage was particularly evident in composite helicopters noticeable, which have additional drive means in addition to a rotor and which at higher speeds switch to gyroplane operation. Since then, the top speed has had to keep up Consideration of the otherwise occurring instability of the rotor compared to the per se with the additional Drive means achievable speed are very limited. The disadvantage occurs however also in other rotary wing aircraft, since before the direction of flow of the rotor blades is reversed with decreasing flow velocity, there is an increased sensitivity to atmospheric conditions Turbulence and similar disturbances occur, which also lead to instability here be able.

Neben dem erwähnten Nachteil bringt die Rückkopplung des Schlagwinkels bei den bekannten Rotorköpfen das Problem mit sich, daß die Rotorblätter beim Rücklauf einer Torsionsbeanspruchung unterworfen werden.In addition to the disadvantage mentioned, the feedback of the impact angle brings the known The problem with rotor heads is that the rotor blades are subjected to torsional stress when reversing be subjected.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug zu schaffen, bei dem die Schlagbewegung des Rotorblattes bei allen Flugzuständen, insbesondere auch bei Anströmung des Rotorblattes von dessen Rückseite, eine im Sinne einer Dämpfung der Schlagbewegung wirkende und durch Steuereingriff in ihrerIn contrast, the invention is based on the object of a rotor head for a rotary wing aircraft to create in which the flapping motion of the rotor blade in all flight conditions, in particular in the case of a flow onto the rotor blade from its rear side, one in the sense of damping the flapping movement acting and through control intervention in their

ίο Größe und Richtung bestimmbare Änderung des Anstellwinkels des Rotorblattes bewirkt.ίο Size and direction determinable change in the angle of attack of the rotor blade causes.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Rotorkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß oberhalb der.ersten Taumelscheibe und unterhalb des Rotors eine zweite Taumelscheibe angeordnet ist, die mit der ersten Taumelscheibe axial verschiebbar und neigbar, aber gegenüber dieser durch Steuereingriff seitlich verstellbar ist und die auf ihrem Umfang einen mit dem Rotor sich drehen-This object is achieved according to the invention in a rotor head of the type mentioned in that above the first swash plate and a second swash plate is arranged below the rotor, which is connected to the first swash plate axially displaceable and inclinable, but is laterally adjustable with respect to this by control intervention and the on its circumference one turning with the rotor-

ao den Ring trägt, der über nach oben gerichtete Steuerstangen mit den Enden der sich etwa in Umfangsrichtung erstreckenden Hörner zum Verstellen des Anstellwinkels der Rotorblätter verbunden ist, wobei jedes Horn gegenüber der Umfangsrichtung um eineao carries the ring, which has control rods directed upwards with the ends of the horns extending approximately in the circumferential direction to adjust the Angle of attack of the rotor blades is connected, each horn relative to the circumferential direction by one

as Achse schwenkbar ist, die etwa parallel .zur Rotordrehachse und nahe der'Schlagachse des , Rotorblattes verläuft.The axis can be pivoted, which is approximately parallel to the axis of rotation of the rotor and runs close to the stroke axis of the rotor blade.

Bei dem neuen Rotorkopf ist die Rückkopplung des rücklaufenden Rotorblattes bei steigender Fluggeschwindigkeit gegenüber der Rückkopplung des Schlagwinkels eines vorlaufenden Rotorblattes so durch Steuereingriff verstellbar, daß trotz Nachlassens der Anströmung des rücklaufenden Rotorblattes eine gleich gute Stabilität des Schlagwinkels in allen Stellungen der Umlaufbahn der Rotorblätter erreicht wird. Damit wird auch die Torsionsbeanspruchung der Rotorblätter verringert. Bei einer Umkehr der Anströmrichtung der rücklaufenden Rotorblätter, beispielsweise bei einem Übergang in den Tragschrauberbetrieb, ist die Wirkung der Rückkopplung der rücklaufenden Rotorblätter gegenüber derjenigen der vorlaufenden Rotorblätter umkehrbar, so daß jetzt bei den rücklaufenden Rotorblättern eine Schlagwinkelvergrößerung zu einer Anstellwinkelvergrößerung führt, die aber hier — im Gegensatz zum Fall der Anströmung der Blattvorderkante — ebenfalls eine Verringerung des Schlagwinkels und damit dessen Stabilität bewirkt.With the new rotor head, the feedback of the retracting rotor blade is with increasing airspeed as compared to the feedback of the flapping angle of a leading rotor blade adjustable by control intervention that despite the decrease in the flow to the returning rotor blade equally good stability of the flapping angle in all positions of the orbit of the rotor blades is achieved. This also reduces the torsional stress on the rotor blades. At a Reversal of the direction of flow of the retracting rotor blades, for example in the event of a transition to the gyroplane operation, the effect of the feedback of the returning rotor blades is opposite that of the leading rotor blades reversible, so that now a An increase in the flapping angle leads to an increase in the angle of attack, but here - in contrast in the case of the flow towards the leading edge of the blade - also a reduction in the flapping angle and thus causing its stability.

Bei einem bestimmten Verbundhubschrauber, der bei hoher Geschwindigkeit in den Tragschrauberbetrieb übergeht und bei dem seither die bekannte, stets negative Rückkopplung des Schlagwinkels vorgesehen war, konnte eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 560 km/h zugelassen werden. Bei Anwendung des neuen Rotorkopfes kann diese Geschwindigkeit bis auf etwa 800 km/h gesteigert werden. Außerdem wird schon bei geringen Geschwindigkeiten eine verbesserte Stabilität gegen Schlagbewegungen bei Turbulenzen erreicht, und die Torsionsbeanspruchung der Rotorblätter ist vermindert.On a certain composite helicopter operating at high speed in gyroplane operation passes over and in which since then the known, always negative feedback of the flapping angle has been provided was, a maximum speed of about 560 km / h could be allowed. When applying With the new rotor head, this speed can be increased to around 800 km / h. Besides that Even at low speeds, there is an improved stability against impact movements in turbulence reached, and the torsional stress on the rotor blades is reduced.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing explained in more detail.

Es ist ein mit einer Antriebswelle 38 verbundener Rotor 10 vorgesehen, an welchem Rotorblätter 12 angelenkt sind. Diese können jeweils um Achsen 14 eine Schlagbewegung ausführen. Bei einer Verstellung ihres Anstellwinkels drehen sie sich um ihreA rotor 10 connected to a drive shaft 38 is provided, on which rotor blades 12 are hinged. These can each perform a flapping movement about axes 14. With an adjustment their angle of attack, they rotate around theirs

Längsachsen in Festlagern, die in Gehäusen 16 gehalten sind.Longitudinal axes in fixed bearings which are held in housings 16.

Zur Verstellung des Anstellwinkels sind sich etwa in Drehrichtung erstreckende Hörner 18 vorgesehen, wobei jedes Horn 18 gegenüber der Drehrichtung um eine Achse 19 schwenkbar ist, die bei Schlagwinkel Null und Anstellwinkel Null der Rotorblätter parallel zur Rotordrehachse sowie senkrecht zur Schlagachse eines Rotorblattes 12 und durch diese hindurch verläuft. To adjust the angle of attack, horns 18 extending approximately in the direction of rotation are provided, each horn 18 being pivotable about an axis 19 with respect to the direction of rotation, which is the angle of impact Zero and zero angle of attack of the rotor blades parallel to the rotor axis of rotation and perpendicular to the axis of flapping a rotor blade 12 and runs through it.

Weiter ist zur Anstellwinkelverstellung eine erste Taumelscheibe 28 vorgesehen, die auf einem sphärischen Lager 40 neigbar und mit diesem entlang der Antriebsachse 38 verschiebbar ist^Sie wird mittels Betätigungsstangen 42 verstellt. Oberhalb der ersten Taumelscheibe 28 und unterhalb des Rotors 10 ist eine zweite Taumelscheibe 24 angeordnet. Diese weist Beine 26 auf, die sich von ihr nach abwärts erstrecken und deren Füße in Schienen 32 der ersten Taumelscheibe 28 geführt sind. Die Füße sind vorzugsweise mit Rollen 30 versehen.Furthermore, a first swash plate 28 is provided for adjusting the angle of attack, which is mounted on a spherical Bearing 40 can be tilted and is displaceable with this along the drive axis 38 ^ It is by means of Operating rods 42 adjusted. Above the first swash plate 28 and below the rotor 10, a second swash plate 24 is arranged. This has legs 26 that extend downward from it extend and the feet of which are guided in rails 32 of the first swash plate 28. The feet are preferably provided with rollers 30.

Die zweite Taumelscheibe 24 ist mit der ersten Taumelscheibe 28 axial verschiebbar und neigbar, aber gegenüber dieser durch Steuereingriff seitlich verstellbar. Der Steuereingriff erfolgt über ein an Gelenken 36 befestigtes Gestänge 34. Dieses kann von Hand oder mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit betätigt sein. The second swash plate 24 is axially displaceable and tiltable with the first swash plate 28, but laterally adjustable in relation to this by means of control intervention. The control intervention takes place via an Joints 36 attached linkage 34. This can be operated by hand or by means of a control device as a function of the speed.

Die zweite Taumelscheibe 24 ist mit einem Ringteil 22 umgeben. Dieser besteht aus einem auf dem äußeren Umfang der Taumelscheibe 24 getragenen, sich mit dem Rotor 10 drehenden Ring 21 und aus nach oben gerichteten Steuerstangen 20, die den Ring 21 mit den Enden der Hörner 18 verbinden.The second swash plate 24 is surrounded by an annular part 22. This consists of one on the outer Circumference of the swash plate 24 carried, with the rotor 10 rotating ring 21 and out to upwardly directed control rods 20 which connect the ring 21 to the ends of the horns 18.

Wird die zweite Taumelscheibe 24 durch Steuereingriff aus ihrer zur Rotordrehachse konzentrischen Stellung in die in der Zeichnung gezeigte Stellung verschoben, so laufen die Enden der Hörner 18 auf einer gegenüber der Kreisbahn der Achsen 19 exzentrischen Kreisbahn um. Das in der Figur rechte Horn 18 eines vorlaufenden Rotorblattes 12 wird daher nach außen, das in der Figur linke Horn 18 eines rücklaufenden Rotorblattes 12 nach innen geschwenkt. Führt das vorlaufende Rotorblatt 12 eine Schlagbewegung nach oben aus, so wrrd sein Anstellwinkel verringert, während im gleichen Fall der Anstellwinkel des rücklaufenden Rotorblattes 12 vergrößert wird. Bei entgegengesetzten Anströmrichtun-· gen wird daher in beiden Fällen eine Stabilisierung des Schlagwinkels erreicht.If the second swash plate 24 becomes out of its concentric to the rotor axis of rotation by control intervention Moved position into the position shown in the drawing, the ends of the horns 18 run up an eccentric circular path with respect to the circular path of the axes 19. The horn on the right in the figure 18 of a leading rotor blade 12 is therefore to the outside, the horn 18 on the left in the figure is a rotating rotor blade 12 pivoted inward. The leading rotor blade 12 guides a Flapping movement upwards, its angle of attack will be reduced, while in the same case the The angle of attack of the returning rotor blade 12 is increased. With opposite direction of flow Therefore, a stabilization of the impact angle is achieved in both cases.

Der Ringteil 22 wird von dem Rotor 10 mittels des Gestänges 44 mitgenommen. Durch die seitliche Verstellung der zweiten Taumelscheibe 24 wird ein Gegengewicht 46 zum Ausgleich der sonst entstehenden Unwucht verschoben. Das Gegengewicht 46 sitzt am Ende eines zweiarmigen, an der Rotorwelle 38 mittels eines Drehgelenks 50 angelenkten Hebels 48, dessen anderes Ende über einen Lenker 52 mit dem Ring 21 verbunden ist.The ring part 22 is carried along by the rotor 10 by means of the linkage 44. As a result of the lateral adjustment of the second swash plate 24, a counterweight 46 is shifted to compensate for the imbalance that otherwise occurs. The counterweight 46 sits at the end of a two-armed lever 48 articulated on the rotor shaft 38 by means of a swivel joint 50, the other end of which is connected to the ring 21 via a link 52.

Claims

Patent claims:

1. Rotor head for a rotary wing aircraft with rotor blades that can perform a flapping motion and with a first swash plate, which are axially displaceable for the common and cyclical control of the angle of attack of the rotor blades and is inclinable, characterized that above the first swash plate (28) and below the rotor

ao (10) a second swash plate (24) is arranged, which is axially displaceable with the first swash plate and tiltable, but is laterally adjustable in relation to this by control intervention and the one on its circumference with the rotor

»5. Rotating ring (21). wearing; -dej about after upwardly directed control rods (20) with the ends of the extending approximately in the circumferential direction Horns (18) for adjusting the angle of attack of the rotor blades (12) is connected, each Horn is pivotable relative to the circumferential direction about an axis (19) which is approximately parallel to the Rotor axis of rotation and runs close to the flapping axis of the rotor blade.

2. Rotor head according to claim I, characterized by legs (26) extending from the second Swash plate (24) extending downwards and their feet in rails (32) of the first swash plate (28) are guided, wherein the feet are preferably provided with rollers (30).

3. rotor head according to claim 1, characterized in that that by the lateral adjustment of the second swash plate (28) a counterweight (46) is shifted to compensate for the imbalance that otherwise occurs.

4. rotor head according to claim 1 to 3, characterized in that the counterweight (46) on The other end of a two-armed lever (48) hinged to the rotor shaft (38) is seated The end is connected to the ring (21) via a link (52).

1 sheet of drawings