DE1531375C3 - Schlag- und schwenkgelenkloser, aber nicht starrer Rotor - Google Patents
Schlag- und schwenkgelenkloser, aber nicht starrer RotorInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/54—Mechanisms for controlling blade adjustment or movement relative to rotor head, e.g. lag-lead movement
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Description
3 4
a) Die Rotorarme sind als Blattwinkelhülsen aus- Blattverstellachse und der Mittellage des schwingengebildet;
den Blattes festgelegt, wobei durch richtige Wahl des - b) die Blattwinkelhülsen sind gegenüber der Ro- Winkels α sich beim gelenklosen Rotor — aber nur
tordrehebene in einem festen, den Konuswinkel bei diesem — die Steuerkräfte, die Rücksteuerungs-(a)
bildenden Winkel nach oben eingestellt; 5 effekte sowie die Stabilität der Blattschwingungen
c) jedes Rotorblatt weist einen in Schwenk- und entsprechend den Erfordernissen beeinflußen lassen.
Schlagrichtung biegeweichen, aber torsionsstei- Du^ch dl? gegenseitige: Beeinflußung der Wirkun-
fen Halsabschnitt auf; fn' Je ?lch durch die Verwendung der Merkmale
,. , TT , , ,., Z11. ,. . x.. ,. ,-, ,. 4. des erfindungsgemaßen Rotors ergeben, werden noch
. d) der Halsabschnitt stellt die einstuckige Fortset- io fol de wei^en Einzelwirkungen zusätzlich erzielt:
zung des Tragholmes des Flugelabschnittes dar. Diß Anordmmg des starren ROtOrkopfes zusam
men mit einem im Halsbereich biegeweichen Rotor-
Wählt man den Konuswinkel so, daß er in einem blatt hat zunächst zur Folge, daß die Lage der sogetypischen
Betriebspunkt des Hubschraubers etwa an nannten äquivalenten Gelenke (Schlag- und
die natürliche Lage der Blätter bei ausschließlich 15 Schwenkgelenke) in radialer Richtung weiter außen
kollektiver Blattwinkeleinstellung angepaßt ist, so liegt als die Blatteinstellwinkelhülse. Die Blatteinwird
der kollektive Anteil der Schlagbiegebelastung stellwinkelachse behält damit ihre Lage zur Rotoran
der Blattwurzel weitgehend eliminiert; es wird ebene unabhängig von den Biegedeformationen des
also die Schlagbiegebelastung erheblich verringert. Blattes bei (wesentlich sind die 1. Biegeeigenfrequen-
Die Steifigkeit eines Rotorblattes in Schlagrichtung 20 zen). Die gemeinsame Verwendung der genannten
beruht im wesentlichen auf der Steifigkeit seines Merkmale wird auch die Verbesserung der Steuer-Tragholmes.
Die Steifigkeit in Schwenkrichtung wird Wirksamkeit, erhöhte Roll- und Nickdämpfung sowie
jedoch zum größten Teil durch den Aufbau des die verbesserte dynamische Stabilität bewirkt, und
Blattquerschnittes bestimmt und ist also größer. zwar ohne nachteilige Auswirkungen auf die Festig-Beim
erfindungsgemäßen Rotor ist die Schwenkstei- 25 keit des Rotors und seiner Steuerung sowie das
figkeit des Blattes ohne größere Beeinflußung der aeroelastische Verhalten des Rotors.
Schlagsteifigkeit verringert, indem die Blattwurzel zu Insbesondere bei einem Rotor mit Rotorblättern
Schlagsteifigkeit verringert, indem die Blattwurzel zu Insbesondere bei einem Rotor mit Rotorblättern
einem Halsabschnitt erweitert ist, der etwa die Ab- aus faserverstärktem Kunststoff, deren Tragholm im
messungen und die Beschaffenheit des Tragholmes wesentlichen aus in Spannweitenrichtung verlaufenaufweist;
der Rest des Blattes ist dann der Flügelab- 30 den Faserrovings besteht, erhält der Halsabschnitt
schnitt. Je größer die Länge des Halsabschnittes ist, - einen Querschnitt etwa gleicher maximaler Biegeum
so weicher ist das Blatt in Schwenkrichtung, ohne spannung in Schwenk- und Schlagrichtung. Dadurch
daß die Schlagsteifigkeit sich wesentlich ändert. ist eine optimale Materialausnutzung möglich.
Die unmittelbaren Vorteile dieser Maßnahme sind Wie bereits ausgeführt, wird eine niedrige
also geringere Schwenkbiegemomente und als Folge 35 Schwenkfrequenz durch die Einführung eines Halsdavongeringeres
Konstruktionsgewicht sowie kleinere abschnittes ermöglicht. Eine Senkung der ersten
Steuerkräfte. Dieser letztere Effekt erklärt sich auch Schwenkeigenfrequenz des Blattes unter den kritidaraus,
daß bei aufeinander abgestimmten Schlag- sehen Wert der Rotordrehfrequenz bedingt eine ex-
und Schwenkfrequenzen die sich aus der Schlagbe- treme Weichheit des Halsabschnittes, die wiederum
wegung und aus der Schwenkbewegung ergebenden 40 stark verringerte Schwenkmomente und dadurch
Steuerkraftanteile subtrahieren. leichtes Konstruktionsgewicht zur Folge hat.
Die gemeinsamen Vorteile, die durch eine Anord- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
nung nach vorliegender Erfindung erzielt werden, Zeichnung dargestellt und im folgenden näher besind
also in Folgendem zu sehen: schrieben. Es zeigt
Der Rotor erhält ein Blattbiegeeigenfrequenzver- 45 F i g. 1 einen Rotorkopf für vier Blätter, bei dem
hältnis in Schlagrichtung von > 1, wirkt also wie ein jedoch nur ein Rotorblatt dargestellt ist,
äquivalentes Schlaggelenk. Gleichzeitig erhält er ein Fig.2 ein Rotorblatt mit einem geschnittenen
äquivalentes Schlaggelenk. Gleichzeitig erhält er ein Fig.2 ein Rotorblatt mit einem geschnittenen
erstes Blattbiegeeigenfrequenzverhältnis in Schwenk- Halsabschnitt,
richtung <C 1, wodurch er wie ein äquivalentes F i g. 3 eine schematische Seitenansicht des Rotor-
Schwenkgelenk wirkt. Die Kombination beider 50 kopfes.
Eigenfrequenzen läßt die Phasenzuordnung von Der in F i g. 1 gezeigte Rotorkopf 1, welcher vier
Schlag- und Schwenkbiegeschwingungen leichter be- Rotorarme aufweist, ist mit der Rotorwelle 2 starr
einflußbar werden. Die Blattverstellachse in radialer . verbunden.
Richtung liegt dabei innerhalb der sogenannten äqui-"· In dem als Blattwinkellagerhülse ausgebildeten
valenten Gelenke. 55 Rotorarm 3 ist eine Blattwurzelhülse 4 drehbar an-
Diese durch die starre Blattinnenhülse plus biege- geordnet, so daß sie Blattwinkelbewegungen ausfühweichem
Halsabschnitt erreichten Vorteile ermögli- ren kann. Diese Blattwinkelbewegung wird in bechen
gleichzeitig die notwendige Torsionssteife für kannter Weise über eine Steuerstange, welche an
den Halsabschnitt und damit die benötigte präzise, einem an der Blattwurzelhülse 4 angeordneten Steuverlustfreie
Übertragung der Steuerbewegungen auf 60 erhorn 5 angelenkt ist, gesteuert,
den aerodynamisch wirksamen Teil des Rotorblattes, Die Blattwurzelhülse 4 nimmt die mit einem Beden Flügelabschnitt. Es wird auch das Übertragen schlag 6 versehene Wurzel des Rotorblattes 7 auf. aerodynamischer Instabilitäten (Flattern) vermieden. Die Verbindung zwischen dem Beschlag 6 und der
den aerodynamisch wirksamen Teil des Rotorblattes, Die Blattwurzelhülse 4 nimmt die mit einem Beden Flügelabschnitt. Es wird auch das Übertragen schlag 6 versehene Wurzel des Rotorblattes 7 auf. aerodynamischer Instabilitäten (Flattern) vermieden. Die Verbindung zwischen dem Beschlag 6 und der
Durch die Kombination der biegeweichen Ausbil- Blattwurzelhülse 4 ist starr, d. h. sie läßt weder
dung des Blattwurzelbereiches in Form eines Halsab- 65 Schlag- noch Schwenkbewegungen zu.
schnittes mit dem Konuswinkel α sowie der Verwen- Das Rotorblatt 7 besteht aus einem Halsab-
schnittes mit dem Konuswinkel α sowie der Verwen- Das Rotorblatt 7 besteht aus einem Halsab-
dung der starren Blattwinkelhülsen am Rotorkopf schnitte und dem den eigentlichen Auftrieb liefernwird
der Abstand bzw. der Winkel zwischen der den Flügelabschnitt 9, der bis zur Blattspitze reicht.
Der Flügelabschnitt 9 ist in Schwenkrichtung sehr steif. Die Schwenkeigenfrequenz des gesamten Rotorblattes
wird im wesentlichen durch die Länge α und die Querschnittsform des Halsabschnittes bestimmt.
In Schlagrichtung weisen jedoch der Flügelabschnitt und der Halsabschnitt etwa gleiche Steifigkeiten
auf, so daß bei Variation der Halslänge a die Schlageigenfrequenz nicht wesentlich beeinflußt
wird.
Fig.2 zeigt ein typisches, aus faserverstärktem Kunststoff aufgebautes Rotorblatt 20, wobei sowohl
der Flügelabschnitt 21 als auch der Halsabschnitt 22 im Querschnitt dargestellt sind. Die in Spannweitenrichtung
verlaufenden Faserrovings bilden im Flügelabschnitt den massiven Traghohn 23, der im Querschnitt
etwa sichelförmig ausgebildet ist. Der Rest des Profils ist beispielsweise aus einer aus kunstharzgetränkten
Fasermatten aufgebauten Schale 24 mit einem eingelagerten Stützkern 25 aus Schaumstoff
aufgebaut.
Der Halsabschnitt 22 bildet die Fortsetzung des Traghohnes 23, d. h., die Querschnittsfläche des
Tragholmes und des Halsabschnittes entsprechen sich in etwa. Die Querschnittsform des Halsabschnittes,
gekennzeichnet durch das Verhältnis Höheö zu Breite c, ist so gewählt, daß die durch Schlagbiegung
und Schwenkbiegung verursachten maximalen Belastungen etwa gleich sind, wodurch eine optimale
Materialausnutzung gegeben ist. Nach Festliegen der Querschnittsform des Halsabschnittes kann lediglich
durch Variation der Länge α die Schwenkeigenfrequenz geändert werden, ohne daß die Schlageigenfrequenz
noch merklich beeinflußt wird.
Da durch die angegebene Bauweise mit faserverstärktem Kunststoff das spezifische Blattgewicht sehr
gering wird, kann durch eine Anhäufung von Material im Außenbereich des Rotorblattes, wie im Querschnitt
11 der F i g. 1 angedeutet, oder durch Anbringen von Blattspitzengewichten 10 das für die Autorotationsfähigkeit
geforderte Massenträgheitsmoment erreicht werden. Es ist einleuchtend, .daß sich bei einer
Verlagerung der trägen Masse in den Blattspitzenbereich bei bestimmtem gefordertem Trägheitsmoment
ein geringeres Blattgesamtgewieht ergibt.
F i g. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Rotors 30, aus der der feste, durch Voreinstellung der
Rotorarme 31, 32 erreichte Konuswinkel α ersichtlich ist. Dadurch wird jedem Blatt, z.B. 33, 34, bereits
etwa der Einstellwinkel gegeben, den das Blatt an der Einspannstelle bei ausschließlich kollektivem
Einstellwinkel in einem typischen Betriebspunkt einnehmen würde, so daß sich in bereits beschriebener
Weise aus der kollektiven Einstellung kein Biegemoment an der Blattwurzel ergibt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Schlag- und schwenkgelenkloser, aber nicht derartigen Systems, vor allem in Schwenkrichtung, ist
starrer Rotor, bei dem die Rotorblätter über ein 5 sehr groß, so daß entsprechend große Biegemomente
nur die Anstellwinkelbewegung der Blätter zulas- an der Einspannstelle der Blätter auftreten. Da diese
sendes Blattwinkellager an einem starren Rotor- Biegemomente ein mehrfaches der durch die Zentrikopf
befestigt sind, der starre Rotorarme auf- fugalkräfte verursachten Belastungen bewirken könweist,
gekennzeichnet durch die Korn- nen, müssen die Blätter im Einspannbereich entsprebination
folgender Merkmale, von denen die zu io chend haltbar und schwer ausgeführt werden.
a) und b) für sich bekannt sind: Hinsichtlich der Nachteile gilt dasselbe auch für
a) Die Rotorarme (3) sind als Blattwinkelhül- die ™ch der USA.-Patentschrift 2 473 33 !bekannte
sen ausgebildet· Anordnung, in welcher die beiden Rotorkopfe eines
., ,. .,, . , ' ... . , ». ' ι Hubschraubers mit zwei gegensinnig zueinander um-
b) die Blattwinkelhulsen sind gegenüber der laufenden Naben dargestellt werden, die jeweils eine
Rotordrehebene in einem festen, den Konus- def höri ßlatteahl entsprechende· Anzahl von
winkel (α) bildenden Winkel nach oben em- ^^ a,s |lattwinkelhülsen ausgebildeten Rotorar-
£es e ' . . men aufweisen. In ihnen sind dann die Rotorblätter
c) jedes Rotorblatt weist einen in Schwenk- drehbar gelagert.
und Schlagrichtung biegeweichen, aber tor- ao Zur Minderung der Steifheit derartiger Systeme
sionssteifen Halsabschnitt (8, 22) auf; hatte man entsprechend der Zeitschrift Interavia (7/
d) der Halsabschnitt (8, 22) stellt die einstük- 1964, S. 1021) vorgesehen, die Blattwurzeln elastisch f
kige Fortsetzung des. Tragholmes (23) des auszubilden. Der Erfolg war aber. — wie Versuche
Flügelabschnittes (9, 21) dar. ergeben haben — nicht ausreichend, um eine genü-
25 gend betriebssichere Konstruktion zu erhalten: Es
2. Rotor nach Anspruch 1, insbesondere mit konnte nur der sehr kurze Bereich der Blattwurzel
Rotorblättern aus faserverstärktem Kunststoff, elastisch ausgebildet sein, so daß das Maß der Elastideren
Tragholm im wesentlichen aus in Spann- zität nach wie vor sehr klein war. Außerdem wird
Weitenrichtung verlaufenden Faserrovings be- nur eine Elastizität in Schlagrichtung erreicht nicht
steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Halsab- 30 aber in Schwenkrichtung.
schnitt (8, 22) einen Querschnitt etwa gleicher ' Erheblich mehr Elastizität wird durch Einfügung
Biegespannung in Schwenk- und Schlagrichtung von elastischen Zwischenstücken zwischen dem staraufweist,
ren Rotorkopf und dem eigentlichen Blatt erreicht;
3. Rotor nach den Ansprüchen 1 und 2, da- diese Zwischenstücke erlauben dann dem Blatt sodurch
gekennzeichnet, daß die durch Länge (a) 35 wohl die Schlag- und Schwenkbewegung als auch die
und Querschnittsform (Jb, c) des Halsabschnittes Blattwinkelbewegung (USA.-Patentschrift 3 261407)
bestimmte erste Schwenkeigenfrequenz der Ro- und sind als gesonderte, den Lagern herkömmlicher
torblätter unterhalb der Betriebsdrehfrequenz des Rotoren in ihrer Wirkung ähnliche Bauteile anzuse-Rotors
liegt. hen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sie einen erhebli-
40 chen Montage- und Justieraufwand erfordern. Ein
. ' . weiterer Nachteil wird darin gesehen, daß über die
Zwischenstücke alle Blattbewegungen miteinander gekoppelt sind, so daß schwer zu beherrschende ,..
Die Erfindung bezieht sich auf einen schlag- und Schwingungserscheinungen auftreten. Außerdem K.J
schwenkgelenklosen, aber nicht starren Rotor, bei' 45 muß zur Übertragung der Blattwinkelbewegung von
dem die Rotorblätter über ein nur die Anstellwinkel- den Steuerorganen auf das Blatt die Verwendung von
bewegung der Blätter zulassendes Blattwinkellager geeigneten zusätzlichen Mitteln wie Hülsen, Rohren
an einem starren Rotorkopf befestigt sind, der starre usw. vorgesehen sein. Man erhält also ein aus vieler!,
Rotorarme aufweist. ■■...·■■. , zueinander beweglichen, Einzelstücken gebildetes
Derartige schlag- und schwenkgelenklose Rotoren 50 Blatt.
sind bereits aus den Anfängen der Hubschrauber- Durch die britische Patentschrift 639 572 ist es betechnik
bekannt und werden im Buch »Hubschrau- kannt, die Rotorarme unter einem festen Konuswinber
und Vertikalstartflugzeuge »von Just ,1963, auf \έ\ zur Rotordrehebene anzuordnen, um so die Blattden
S. 367, 368 beschrieben. Die auftretenden erheb- b'iegemomente zu reduzieren. Ein Einfluß auf beilichen
Biegewechsellasten führten jedoch bei den 55 spielsweise die Steuerkräfte, Rücksteuerungsmonach
damaliger Kenntnis gebauten Rotorblättern fast mente sowie die Stabilität der Blattschwingungen
immer zu frühzeitiger Materialermüdung und zum wird dadurch insgesamt weder angestrebt noch erBruch,
was schließlich die Einführung von Schlag- reicht,
und Schwenkgelenken zur· Folge hatte. ... Es ist die Aufgabe der. Erfindung, einen Rotor der
und Schwenkgelenken zur· Folge hatte. ... Es ist die Aufgabe der. Erfindung, einen Rotor der
Die derzeitigen, Entwicklungstendenzen gehen je- 60 eingangs genannten Art zu schaffen, welcher unter
doch wieder in Richtung des gelenklosen Rotors, da Beibehaltung eines einfachen Äufbaus und geringer
der Wegfall der Gelenke den Vorteil konstruktiver Wartungserfordernisse gute Flugeigenschaften aufweist
Einfachheit, geringeren Gewichtes, geringeren War- und bei dem die Blattbelastung gering gehalten wer-
tungsaufwandes sowie vor allem erheblich bessere den kann.
Flugeigenschaften mit sich bringt. 65 Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen
Bei einer bekannten Bauart sind die Blätter an ih- Rotor der beanspruchten Art gelöst, bei dem fol-
rem inneren Ende durch Beschläge gefaßt, die in gende Merkmale kombiniert sind, von welchen die
Blattwurzelhülsen auslaufen (USA.-Patentschrift unter a) und b) genannten für sich bekannt sind:
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US746871A US3477796A (en) | 1967-09-14 | 1968-07-23 | Helicopter rotor construction |
GB1232037D GB1232037A (de) | 1967-09-14 | 1968-08-06 | |
FR1595587D FR1595587A (de) | 1967-09-14 | 1968-09-13 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEB0094467 | 1967-09-14 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1531375A1 DE1531375A1 (de) | 1970-01-29 |
DE1531375B2 DE1531375B2 (de) | 1973-08-16 |
DE1531375C3 true DE1531375C3 (de) | 1974-04-11 |
Family
ID=6987601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1531375A Expired DE1531375C3 (de) | 1967-09-14 | 1967-09-14 | Schlag- und schwenkgelenkloser, aber nicht starrer Rotor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1531375C3 (de) |
ES (1) | ES358180A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2541998C2 (de) * | 1975-09-20 | 1981-10-15 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München | Hubschrauberrotornabe mit schlag- und schwenkgelenklosem Blattanschluß |
-
1967
- 1967-09-14 DE DE1531375A patent/DE1531375C3/de not_active Expired
-
1968
- 1968-09-14 ES ES358180A patent/ES358180A1/es not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1531375A1 (de) | 1970-01-29 |
DE1531375B2 (de) | 1973-08-16 |
ES358180A1 (es) | 1970-04-01 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |