DE1531359B1

DE1531359B1 - four-blade rotor for rotary wing aircraft

Info

Publication number: DE1531359B1
Application number: DE19671531359
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Mautz
Original assignee: Bolkow GmbH
Current assignee: Bolkow GmbH
Priority date: 1967-07-11
Filing date: 1967-07-11
Publication date: 1969-09-11
Also published as: US3578877A; ES356058A1; FR1559400A; GB1196318A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vierblattrotor für Es ist jedoch die Aufgabe der Erfindung, einen Drehflügelflugzeuge, bei welchen die Rotorblätter Rotor der eingangs beschriebenen Art derart zu ohne Schlag- und Schwenkgelenke symmetrisch am verbessern, daß die spezifische Drillung erheblich Rotorkopf angeschlossen sind, wobei je eine an einem vermindert wird, wodurch entweder kleinere La-Rotorblatt ausgebildete und mit diesem starr ver- 5 mellenlängen möglich werden oder aber die Dauerbundene Blattw,urzelhülse in je einer am Rotorkopf festigkeit der Lamellen von bisher üblicher Länge ausgebildeten .Blattwinkellagerhülse drehbar auf- beträchtlich erhöht werden kann, genommen. ist und wobei die einander diametral Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gegegenüberliegenden Rotorblätter mittels an den löst, daß die Lamellen als endlose gestreckte Schlaufen Blattwurzelhülsen angreifender, paketartig zusam- io ausgebildet sind, wie an sich bekannt, wobei die das mengefaßter, torsionselastischer Lamellen mitein- eine Blattpaar verbindenden Lamellen in einer ander verbunden sind. ■ senkrechten und die das andere Blattpaar ver-The invention relates to a four-blade rotor for It is, however, the object of the invention to provide a Rotary wing aircraft, in which the rotor blades rotor of the type described in such a way Without flapping and swivel joints symmetrically on the improve the specific twist considerably Rotor head are connected, with one being reduced to one, whereby either smaller La-rotor blades trained and with this rigidly blending lengths are possible or the permanently bound ones Blade root sleeve in one on the rotor head strength of the lamellas of the usual length trained .blade angle bearing sleeve rotatable to- can be increased considerably, taken. is and where the diametrically This object is according to the invention thereby opposite Rotor blades by means of the solves that the lamellae as endless stretched loops Blade root pods attacking, are formed together in a packet-like manner, as is known per se, with the Volume-filled, torsion-elastic lamellae with one lamellae connecting a pair of leaves in one connected to each other. ■ vertical and the other pair of leaves

Es ist bereits ein Rotor der genannten Art vor- bindenden Lamellen in einer waagerechten EbeneIt is already a rotor of the type mentioned, pre-binding lamellae in a horizontal plane

geschlagen worden, bei dem die Zuglamellen eines angeordnet und durch die Schlaufe der senkrechtbeen struck, in which the pulling lamellae are arranged one and through the loop of the perpendicular

zu einem Rotorblattpaar gehörigen Lamellenpaketes 15 stehenden Lamellen hindurchgeführt sind,to a rotor blade pair belonging lamella set 15 standing lamellae are passed,

mit den Zuglamellen des zum anderen Rotorblatt- Der lichte Abstand der beiden Schlaufen vonein-with the tension lamellas of the rotor blade to the other The clear distance between the two loops

paar gehörigen Lamellenpaketes im Rotorkopf- ander und die Lamellenbreite sind nach einempair of appropriate lamellas in the rotor head and the lamellar width are after one

Zentrum, in dem sie sich kreuzen, in wechselnder weiteren Merkmal der Erfindung so aufeinanderCenter in which they cross each other in alternating further features of the invention

Schichtung angeordnet und durch einen koaxial zur abgestimmt, daß ohne Beeinträchtigung der jeweilsLayering arranged and coordinated by a coaxially that without affecting each

Rotordrehachse angeordneten Bolzen zentriert sind. 20 gekreuzten Lamellen sowohl kollektive als auchRotor axis of rotation arranged bolts are centered. 20 crossed slats both collective and

Durch eine derartige Anordnung ist jedes Lamellen- zyklische Blattwinkelverstellungen durchführbar sind, paket im Zentrum des Rotorkopfes gegen Ver- Durch diese Anordnung trägt die zyklische Blattschiebung und Verdrehung fest eingespannt, d. h., winkelverstellung zu der Drillung der Lamellen bei einer Winkelbewegung eines Rotorblattes wird nichts mehr. bei. Da einem positiven zyklischen das mit diesem Rotorblatt verbundene Lamellen- 25 Anstellwinkel eines Rotorblattes stets ein gleich paket jeweils nur bis zu seiner zentrischen Ein- großer negativer zyklischer Anstellwinkel des gegenspannung hin verwunden. Daraus folgt, daß die überliegenden Rotorblattes entspricht, erfolgt bei spezifische Drillung, unter der hier der gesamte einer zyklischen Blattwinkelsteuerung ein Kippen Verwindungswinkelbereich, bezogen auf die freie des gesamten Rotorblattpaares einschließlich des Drill-Länge des Lamellenpaketes, verstanden werden 30 Lamellenpaketes um die Achse der Winkelversoll, sehr groß ist. stellung.
Wenn beispielsweise jedes Rotorblatt einen kollek- Bei der kollektiven Blattwinkelverstellung werdenWith such an arrangement, every lamellae can be carried out cyclic blade angle adjustments, package in the center of the rotor head against rotation. at. Since a positive cyclic angle of incidence of a rotor blade connected to this rotor blade is always an equal package only up to its central point of the counter-tension. It follows that the overlying rotor blade corresponds to specific twisting, under which here the entire cyclic blade angle control is understood to mean a tilting twist angle range, based on the free of the entire rotor blade pair including the twist length of the disk pack, 30 disk pack around the axis of the angular displacement , is very large. position.
For example, if each rotor blade has a collective blade angle adjustment

tiven Anstellwinkelbereich vontive angle of attack range of

0° ^ 6_kM S + 16° ■
und einen zyklischen Anstellwinkelbereich von0 ° ^ 6 _km S + 16 ° ■
and a cyclic angle of attack range of

-11° <-11 ° <

a "zykl a "cycl

g +11°g + 11 °

aufweisen soll, so ergibt sich daraus ein gesamter Winkelbereich von -11 bis +27°, also von 38°. Dieser Winkelbereich wird auch auf das Lamellenpaket übertragen und verwindet dieses auf einershould have, this results in a total angular range of -11 to + 27 °, i.e. 38 °. This angular range is also transferred to the plate pack and twists it on one

jeweils zwei gegenüberliegende Rotorblätter um den gleichen Winkel gegeneinander verdreht undeach two opposite rotor blades rotated against each other by the same angle and

35 nicht, wie im Fall der zyklischen Blattwinkelverstellung, miteinander. Die Summe der kollektiven Blattwinkel je zweier gegenüberliegender Blätter, verteilt auf die gesamte Lamellenlänge, ergibt in diesem .Fall die spezifische Drillung, so daß sich für35 not, as in the case of the cyclic blade angle adjustment, with one another. The sum of the collective Blade angle of two opposite blades, distributed over the entire length of the lamella, results in in In this case, the specific twist, so that

40 das obengenannte Beispiel ergibt:40 the above example gives:

D =D =

2 χ (+16°) +32°2 χ (+ 16 °) + 32 °

L L ' LL '

Da die Drillung von der unverwundenen FormBecause the twist of the untwisted form

halben Lamellenlänge, so daß die spezifische Drillung 45 der Lamellenpakete aus nur in einer der positivenhalf the length of the lamellae, so that the specific twist 45 of the lamellae packs from only one of the positive

„ Anstellung der Blätter entsprechenden Richtung"Position the sheets in the appropriate direction

D = —— erfolgt, ist der Wert der Drillung auch zugleich der D = —— occurs, the value of the twist is also at the same time the

Lß Wert für den maximalen spezifischen Drillwinkel Lß Value for the maximum specific twist angle

D =D =

76°76 °

^aspez = ^a spec =

+ 32°+ 32 °

Dieser spezifische Drillwinkel läßt sich nach einem Der größte spezifische Drillwinkel wird bei voller anderen Merkmal der Erfindung noch weiter dadurch kollektiver und zyklischer Anstellung in positiver 55 reduzieren, daß jedes Rotorblatt bei unverwundenenThis specific twist angle can be determined according to a The largest specific twist angle is still further thereby with full other features of the invention collective and cyclical employment in positive 55 reduce that each rotor blade at untwisted

Richtung erreicht und ist a_spez =Direction and is a _spec =

+ 27° _ +54° Lamellenpaketen bereits einen Anstellwinkel aufweist, der etwa in der Mitte des gesamten kollektiven Winkelverstellbereiches liegt. Von dieser festen Voreinstellung aus kann jedes Blatt um den gleichen,+ 27 ° _ + 54 ° plate packs already have an angle of attack that is roughly in the middle of the entire collective angle adjustment range. With this fixed default setting, each sheet can be

L/2 L L / 2 L

Aus baulichen und aerodynamischen Gründen ist man bemüht, den Rotorkopfdurchmesser undFor structural and aerodynamic reasons, efforts are made to adjust the rotor head diameter and

'damit auch die Lamellenlänge möglichst klein zu 60 der Hälfte des gesamten kollektiven Winkelverstellhalten. Da jedoch die spezifische Drillung einen bereiches entsprechenden Betrag in positiver und höchsten zulässigen Wert nicht überschreiten soll, negativer Richtung verstellt werden,, wodurch der wird dieser Wert unter Umständen zu der die Ab- spezifische Drillwinkel des Lamellenpaketes auf die messungen des Rotorkopfes bestimmenden Größe. Hälfte reduziert wird, dabei allerdings in beiden Eine Verminderung der spezifischen Drillung ist 65 Drillrichtungen auftreten kann. Damit gilt bei den Rotoren der bisher bekannten bzw. vor- · " ± ifi° geschlagenen Bauarten nur durch eine Verlängerung _a-_spez = —_. der Lamellen möglich. ^{s L} L 'This means that the length of the lamellae is as small as possible to 60% of the total collective angle adjustment. However, since the specific twist should not exceed an amount corresponding to the range in the positive and highest permissible value, the negative direction can be adjusted, whereby this value may become the size that determines the specific twist angle of the lamella pack on the measurements of the rotor head. Half is reduced, however in both A reduction of the specific twist is 65 twist directions can occur. This means that for rotors of the previously known or _{proposed designs only possible through an extension a} - _spec = --_. Of the lamellae. ^{S L} L

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann bei der Montage die Lamellenspannung durch Verstellbarkeit der Befestigungsvorrichtungen eingestellt bzw. nachgestellt werden, so daß die Rotorblattaufhängung spielfrei ausführbar ist.According to another feature of the invention, the lamella tension can through during assembly Adjustability of the fastening devices set or readjusted so that the rotor blade suspension can be carried out without play.

Um diese Spielfreiheit bei allen Betriebszuständen des Rotors zu gewährleisten, sind erfindungsgemäß Federelemente vorgesehen, die sich einerseits am Rotorkopf und andererseits an der Blattwurzelhülse abstützen.In order to ensure this freedom from play in all operating states of the rotor, according to the invention Spring elements are provided, which are located on the one hand on the rotor head and on the other hand on the blade root sleeve prop up.

Da durch die Verwindung die einzelnen Lamellen in einem Lamellenpaket gegeneinander verschoben werden, sind zur Verringerung der Reibungskorrosion zwischen den einzelnen Lamellen Zwischenschichten aus einem Werkstoff mit gegenüber den Lamellen wesentlich geringerer Reibung, bei Stahllamellen also beispielsweise Zwischenschichten aus Tetrafluoräthylen, angeordnet. Für die Schichtung eines Lamellenpaketes bestehen verschiedene Möglichkeiten. So kann beispielsweise der Schichtaufbau in Richtung der Achsen der Bolzen, um die die Schlaufe gelegt ist, erfolgen, so daß eine Anzahl von Lamellen, welche die Grundrißform des Lamellenpäketes aufweisen, übereinander liegen. Andererseits kann jedes Lamellenpaket auch aus einer Anzahl von ineinandergesteckten Schlaufen oder auch aus einem langen, in mehreren Lagen übereinandergewickelten Band bestehen.Because of the twisting of the individual slats are shifted against each other in a disk pack are to reduce frictional corrosion between the individual lamellas intermediate layers made of a material with opposite the Discs with significantly less friction, with steel discs so for example intermediate layers of tetrafluoroethylene, arranged. For layering There are various options for a lamella pack. For example, the layer structure in the direction of the axes of the bolts around which the loop is placed, so that a number of Lamellae, which have the plan shape of the Lamellenpäketes, lie one above the other. on the other hand each lamella pack can also consist of a number of loops plugged into one another or also from consist of a long tape wound one on top of the other in several layers.

Als Materialien für die Lamellen kommen alle elastischen Werkstoffe mit ausreichender Dauer-Wechselfestigkeit, also beispielsweise Federstahl oder faserverstärkte Kunststoffe, in Betracht.All of them come as materials for the slats elastic materials with sufficient fatigue strength, such as spring steel or fiber-reinforced plastics.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigtSeveral embodiments of the invention are shown in the drawing and in more detail below described. It shows

F i g. 1 eine teilweise, im Querschnitt dargestellte Ansicht eines Rotorkopfes mit einer Rotorblattwurzel, F i g. 1 is a partial, cross-sectional view of a rotor head with a rotor blade root,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung zweier gekreuzter Schlaufen im unverwundenen Zustand. Die Rotorblätter weisen in diesem Zustand bereits einen positiven Anstellwinkel auf,F i g. 2 shows a perspective illustration of two crossed loops in the untwisted state. In this state, the rotor blades already have a positive angle of attack,

F i g. 3 eine Darstellung gemäß F i g. 2, wobei jedoch eine der Schlaufen zum Zwecke einer zyklischen Anstellung der Rotorblätter gekippt ist,F i g. 3 shows a representation according to FIG. 2, but with one of the loops for the purpose of a cyclical Pitch of the rotor blades is tilted,

F i g . 4 eine Darstellung gemäß F i g. 2, wobei die Schlaufen zum Zwecke einer kollektiven Anstellung tordiert sind,F i g. 4 shows a representation according to FIG. 2, the loops for the purpose of collective employment are twisted

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 1 geschnittenen Lamellenpaketes. .FIG. 5 shows an enlarged detail of the lamella packet cut in FIG. 1. .

Aus Fig. 1 ist der gesamte Aufbau eines erfindungsgemäßen Rotors erkennbar. Auf der Rotorwelle 1 ist mittels Schrauben 2 der Rotorkopf 3 befestigt. Der Rotorkopf 3 weist eine der Anzahl der Rotorblätter entsprechende Anzahl von Rotorarmen auf, die als Blattwinkellagerhülsen 4 ausgebildet sind. In der Blattwinkellagerhülse ist die Blattwurzelhülse 5, die an ihrem äußeren Ende als Beschlag für das Rotorblatt 9 ausgebildet ist, drehbar aufgenommen. Die beiden Lager 7, 8 sind möglichst weit auseinanderliegend angeordnet, um die aus den Schwenk- und Schlagmomenten der Blätter herrührenden Kräfte auf einer möglichst breiten Basis absetzen zu können. Die Befestigung des Rotorblattes 9 im Beschlag erfolgt in herkömmlicher Weise über einen oder mehrere Bolzen 6.From Fig. 1 the entire structure of an inventive Rotor recognizable. The rotor head 3 is on the rotor shaft 1 by means of screws 2 attached. The rotor head 3 has a number of rotor arms corresponding to the number of rotor blades which are designed as blade angle bearing sleeves 4. In the blade angle bearing sleeve is the Blade root sleeve 5, which is designed as a fitting for the rotor blade 9 at its outer end, rotatable recorded. The two bearings 7, 8 are arranged as far apart as possible in order to get from the Pivoting and flapping moments of the blades resulting forces on the broadest possible basis to be able to settle. The attachment of the rotor blade 9 in the fitting takes place in a conventional manner Way about one or more bolts 6.

Je zwei gegenüberliegende Blattwurzelhülsen werden durch als Schlaufen 10,18 ausgebildete Lamellenpakete miteinander verbunden. Zur Befestigung in der Blattwurzelhülse 5 ist die Schlaufe 10 um einen Bolzen 11 herumgelegt, der seinerseits in einem Spannring 12 gelagert ist. Dieser Spannring 12 ist durch einen Keil 13 gegen Drehung gegenüber der Blattwurzelhülse gesichert. Mittels einer überwurfmutter 14, die sich gegen den Bund 15 der Blattwurzelhülse abstützt, kann der Schlaufe 10 eine Vorspannung erteilt werden. Durch die gespannte Schlaufe wird die Blattwurzelhülse in die Blattwinkellagerhülse hineingezogen und belastet über ein Axiallager 16 die Tellerfeder 17, die sich ihrerseits gegen den Rotorkopf abstützt. Die Tellerfeder gewährleistet auch bei voller Rotordrehzahl, wenn die Lamellen durch die Zentrifugalkräfte gedehnt sind, noch eine spielfreie Zentrierung der beiden gegenüberliegenden Blattwinkelhülsen bezüglich der Rotordrehachse.In each case two opposite blade root sleeves are connected to one another by lamella packs designed as loops 10, 18. For attachment in the blade root sleeve 5, the loop 10 is placed around a bolt 11, which in turn in a Clamping ring 12 is mounted. This clamping ring 12 is by a wedge 13 against rotation relative to the Leaf-root pod secured. By means of a union nut 14, which is supported against the collar 15 of the blade root sheath, the loop 10 can be pretensioned be granted. The blade root sleeve is inserted into the blade angle bearing sleeve through the tensioned loop pulled in and loaded via an axial bearing 16, the plate spring 17, which in turn supported against the rotor head. The disc spring ensures even at full rotor speed, if the lamellae are stretched by the centrifugal forces, a centering of the two without play opposite blade angle sleeves with respect to the rotor axis of rotation.

In der nächsten F i g. 2 sind zwei gekreuzte Schlaufen 20, 21 in unverwundenem Zustand gezeigt. Die Schlaufe 20 ist in einer senkrechten Lage, die Schlaufe 21 in einer waagerechten Lage angeordnet und durch die Schlaufe 20 hindurchgeführt. Die Schlaufenbreite und Schlaufenweite sind so gewählt, daß sich die Schlaufen bei allen kollektiven und zyklischen Blattwinkeln gegenseitig nicht in ihrer Bewegung behindern.In the next fi g. 2 are two crossed Loops 20, 21 shown in an untwisted state. The loop 20 is in a vertical position, the Loop 21 arranged in a horizontal position and passed through loop 20. the Loop width and loop width are chosen in such a way that the loops in all collective and cyclic blade angles do not hinder each other's movement.

Alle Rotorblätter weisen in der Darstellung gemäß F i g. 2 bei unverwundenen Schlaufen gegenüber der Rotordrehebene 22 eine feste, positive Voreinstellung δι auf, wie am Beispiel der mit der Schlaufe 21 verbundenen Rotorblätter 23, 24 gezeigt ist. Für das in der Einleitung gewählte Beispiel beträgt die feste Voreinstellung & = +8°. Beim maximalen kollektiven Anstellwinkel von ■ ö_max = +16° wird daher jedes Rotorblatt nur um weitere 8°, die Schlaufe auf ihrer ganzen Länge, also um 2 χ (+8°) = +16° verwunden, beim minimalen kollektiven Anstellwinkel von ö_min = 0° entsprechend um —16°.In the illustration according to FIG. 2 with untwisted loops with respect to the plane of rotation of the rotor 22, a fixed, positive presetting δι , as shown in the example of the rotor blades 23, 24 connected to the loop 21. For the example chosen in the introduction, the fixed default setting is & = + 8 °. At the maximum collective angle of attack of ■ ö _ma x = + 16 °, each rotor blade is therefore only twisted by a further 8 °, the loop over its entire length, i.e. by 2 χ (+ 8 °) = + 16 °, at the minimum collective angle of attack of ö _m in = 0 ° corresponding to -16 °.

In F i g. 3 sind die Schlaufen 30, 31 für den Fall einer reinen zyklischen Winkeleinstellung dargestellt. Die Rotorblätter sind in diesem Beispiel ohne feste Voreinstellung <5i an den Schlaufen angeordnet. Die mit der Schlaufe 30 verbundenen Rotorblätter 32 und 33 nehmen den durch die Kippung der Schlaufe bestimmten Anstellwinkel ö* ein, und zwar das Rotorblatt 32 in positiver, das Rotorblatt 33 in negativer Richtung. Die Rotorblätter 34, 35 sind nicht angestellt.In Fig. 3 shows the loops 30, 31 for the case of a purely cyclical angle adjustment. In this example, the rotor blades are arranged on the loops without a fixed pre-setting <5i. the The rotor blades 32 and 33 connected to the loop 30 take the effect of the tilting of the loop certain angle of attack ö *, namely that Rotor blade 32 in positive direction, rotor blade 33 in negative direction. The rotor blades 34, 35 are not employed.

Die in F i g. 4 dargestellte Lage der Schlaufen 40, 41 entspricht einer kollektiven Blattwinkelsteuerung, wobei alle Rotorblätter 42 bis 45 um den gleichen positiven Winkel fo angestellt werden. Beide Schlaufen 40 und 41 werden um den gleichen Betrag verwunden. The in F i g. 4 the position of the loops 40, 41 shown corresponds to a collective blade angle control, all rotor blades 42 to 45 being adjusted by the same positive angle fo. Both loops 40 and 41 are twisted by the same amount.

In F i g. 5 ist ein vergrößerter Ausschnitt eines zu einer Schlaufe zusammengelegten Lamellenpaketes im Schnitt gezeigt. Zwischen jeweils zwei Lamellen 50 ist eine Zwischenschicht 51 aus einem Material mit gegenüber dem Lamellenmaterial geringerer Reibung, bei Stahllamellen beispielsweise Tetrafluoräthylen, angeordnet, um die Korrosion durch Reibung herabzusetzen.In Fig. 5 is an enlarged section of a lamella pack which has been put together to form a loop shown in section. Between every two lamellas 50 there is an intermediate layer 51 made of one Material with lower friction compared to the lamellar material, for example in the case of steel lamellas Tetrafluoroethylene arranged to reduce friction corrosion.

Claims

Patent claims:

1. Four-blade rotor for rotary wing aircraft, in which the rotor blades without flapping and

Swivel joints are symmetrically connected to the rotor head, one on each rotor blade trained and rigidly connected to this blade root sleeve in one on the rotor head formed blade angle bearing sleeve is rotatably received and with each other diametrically opposite rotor blades by means of the blade root pods attacking, bundled together, torsionally elastic slats are connected to one another, thereby ge ίο indicates that the slats are endless stretched loops (10, 18, 20, 21, 30, 31, 40, 41) are designed as known per se, the one pair of blades (34, 35, 43, 45) connecting Lamellae in a vertical one and the other pair of blades (32, 33, 42, 44) connecting Lamellae arranged in a horizontal plane and through the loop (30, 40) of the vertical standing slats are passed through.

2. Four-blade rotor according to claim 1, characterized in that the clear distance of the two loops (10, 18, 20, 21, 30, 31, 40, 41) from each other and the width of the slats so onto each other are matched that both without affecting the crossed slats collective as well as cyclic blade angle adjustments are feasible.

3. Four-blade rotor according to claims 1 and 2, characterized in that each rotor blade (23, 24) already has an angle of attack (<5i) in the case of unwound disk packs (20, 21), which lies roughly in the middle of the entire collective angle adjustment range.

4. Four-blade rotor according to claims 1 and 2, characterized in that the lamellar tension can be adjusted or readjusted by the adjustability of the fastening device (12, 14).

5. Four-blade rotor according to claims 1 and 2, characterized in that compression spring elements (17) are provided, on the one hand on the rotor head (3) and on the other hand on the blade root sleeve (5) support.

6. Four-blade rotor according to claim 1, characterized in that between the individual Lamellae (50) intermediate layers made of a material with a substantial amount compared to the lamellae are arranged with lower friction. {

1 sheet of drawings