DE1909501C3 - Rotorkopf fur Hubschrauber mit halbstarrem Rotorblattanschluß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotorkopf für Hubschrauber mit halbstarrem Rotorblattanschluß, insbe- 3< > sondere für Wellenantrieb, der am oberen Ende des Rotormastes mittels Kugelkopf und Kugelpfanne allseitig neigbar angebracht ist und an dem an der Kugelpfanne die Rotorblätter befestigt sind, wobei der den Kugelkopf tragende Rotormast als Hohlwelle ausgebildet ist.

Es sind Rotorblattanschlüsse in starrer und halbstarrer Bauweise bekannt und Rotorblattanschlüsse, die mit Schlaggelenken versehen sind. Jede Blattanschlußart hat bestimmte Vorteile, aber auch gewisse Nachteile.

Ein Vorteil des starren Blattanschlusses beruht auf dem geringen Aufwand bei Konstruktion, Fertigung und Wartung, der durch Wegfall von Schlag- und Schwenkgelenken bedingt ist. Neben der Vereinfachung hat ein solches Rotorsystem noch flugmechanische Vorteile. Beim Rotor mit zentralem Schlaggelenk können Momente auf die Zelle nur durch Neigung des" Rotors, d. h. durch Auswandern der Schubresultierenden aus dem Hubschrauberschwerpunkt übertragen werden. Demzufolge ist die Steuerwirksamkeit und der zulässige Schwerpunktbereich gering. Eine Verbesserung dieser Eigenschaften wird z. B. durch außerhalb der Rotormitte liegende Schlaggelenke bewirkt, weil dann durch die in Blattachsenrichtung wirkenden Kräfte ein zusätzliches Moment auf den Rotorkopf ausgeübt werden kann. Derselbe Effekt, jedoch wesentlich verstärkt, wird durch einen starren Blattanschluß erzielt, im gleichen Maße wie die Steuerwirksamkeit nehmen auch Nick- und Rolldämpfung zu, so daß die Flugeigenschaften im Schwebeflug entscheidend verbessert werden können. &>

Ein weiterer Vorteil des starren Rotors gegenüber einem Rotor mit Schlaggelenken zeigt sich bei hohen Fluggeschwindigkeiten. Hier muß der Rotor wegen der Ungleichförmigkeit der Anströmverhältnisse während des Blattumlaufes schubentlastet werden. Mit einem ⁶S gelenkigen Rotor können mit zunehmender Entlastung durch Neigung der Schubresultierenden nur noch kleine Momente auf die Zelle übertragen werden, so daß eine zusätzliche Steuerung um Nick- und Rollachse über Höhen- und Querruder erforderlich wird. Der starre Rotor hingegen kann auch bei vollständiger Entlastung noch alle erforderlichen Steuermomente aufbringen, so daß man für alle Flugbereiche mit nur einer Steuerung, nämlich der zyklischen Blattsteuerung, auskommt.

Soll bei einem Kombinationsflugschrauber der Rotor im Flug stillgesetzt werden, ist ebenfalls eine hohe Schlagsteifigkeit erforderlich. Bei Start und Landung am Hang ist dagegen der gelenkige Rotor dem starren Rotor überlegen, da ein großer Neigungswinkel zwischen Rotor und Fahrwerk möglich ist. Der gleiche Vorteil wirkt sich auch bei Starts und Landungen auf bewegten Schiffsdecks aus. Die Möglichkeit großer Neigungswinkel zwischen Rotor und Zelle vermeidet dabei große Rotor- und Zellenbeanspruchungen.

Ein weiterer Nachteil des starren Rotors ist die durch die hohe Schlagsteife bedingte Böen- und Anstellwinkelempfindlichkeit. Bei höheren Geschwindigkeiten erzeugt der Rotor sehr hohe Lasten und Aufbäummomente. Dem Aufbäummoment muß durch ein extrem großes Höhenleitwerk oder durch eine Kreiselstabilisierungshilfe entgegengewirkt werden. Die BöenJasten hingegen können nicht abgemildert werden.

Ein Rotorkopf der eingangs genannten Art mit halbstarem Rotorblattanschluß ist z. B. aus der US-PS 30 80 002 bekannt. Der Rotormast ist hier als Hohlwelle ausgebildet und drehfest mit der Flugzeugzelle verbunden. Im hohlen Rotormast verlaufen dabei die Steuerurgsgestänge für die Blattwinkelverstellung der Rotorblätter. Der Antrieb der Rotorblätter erfolgt von einem Getriebe aus, das über ein den Rotormast umgebendes Rohr auf die Kugelpfanne und auf die daran befestigten Rotorblätter wirkt.

Bei eher anderen, aus der US-PS 30 87 690 bekannten Ausbildung ist ebenfalls ein hohler Rotormast drehfest auf der Flugzeugzelle angeordnet. Hier erfolgt der Antrieb der Kugelpfanne mit den Rotorblättern mittels einer innerhalb des Rotormastes angeordneten Antriebswelle. Dabei muß die Antriebswelle im Kugelkopf ein Universalgelenk enthalten, um den Rotorkopf nach allen Seiten neigen zu können. Die Anordnung ist dadurch besonders aufwendig.

Bei diesen bekannten Rotorkopfausbildungen liegen ihre Eigenschaften und ihr Verhalten im Betrieb unveränderlich fest und es ist nicht möglich, die Eigenschaften bedarfsweise an verschiedene Flugzustände anzupassen. An einen idealen Rotor, besonders für einen Verbund-Drehflügler mit hoher Fluggeschwindigkeit, werden entsprechend dem Betriebszustand unterschiedliche Anforderungen gestellt. Aufgabe der Erfindung war es, einen Rotorkopf für Hubschrauber zu schaffen, der die Vorteile der gelenkigen Rotorblattaufhängung und die Vorteile der starren Rotorblattaufhängung in sich vereinigt, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Im Schwebeflug soll der Rotor hohe Kippdämpfung und Steuerwirksamkeit aufweisen, ohne im Schnellflug anstellwinkel- und böenempfindlich zu sein. Ferner soll dieser Rotor für extreme Landebedingungen geeignet sein, ohne daß unerwünschte Koppeleffekte bei Steuerung und Dämpfung auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Hohlwelle ein Federstab geführt ist, der in seinem oberen Bereich die Kugelpfanne trägt und mit seinem anderen Ende drehfest mit der Flugzeugzelle verbunden ist, und daß zwischen Hohlwelle und Federstab längs verschiebbar ein Abstützelement zur Verhinderung einer seitlichen Verschiebung des Federstabes angeord-

net ist. Dadurch wird eine veränderbare Federsteifigkeit des Federstabes und damit auch eine veränderbare Steifigkeit des Rotorblattanschlusses erreicht. Um eine einfache Verstellung vornehmen zu können, wird nach eiiier weiteren Ausbildung der Erfindung das Abstützelement als Schiebemuffe ausgebildet, die vom Piloten aus nach Bedarf verschiebbar ist. Die Vorteile des starren und des gelenkigen Rotoiölattanschlusses können vom Piloten je nach Flugsituation genutzt werden.

Neben den Vorteilen für die Flugeigenschaften ist noch die günstige Wirkung der variablen Schlagsteifigkeit auf die Rotorbeanspruchung zu erwähnen. Durch eine günstige Abstimmung auch der Schlag- und Schwenksteifigkeit ist es. möglich, in jeder Flugphase die ts Blattbeanspruchungen stark zu reduzieren. Dadurch kann die Lebensdauer der Blätter erheblich verlängert werden.

Anhand eines Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigt die Figur einen Rotorkopf im Schnitt.

Wie aus der Figur zu entnehmen ist, besteht der Rotorkopf aus dem Rotormast 1 und dem am oberen Ende des Rotormastes 1 angeordneten Kugelkopf 2. Die zum Kugelkopf 2 dazugehörige Kugelpfanne 3 enthält die Anschlüsse 4 für die Rotorblätter 5. Der Rotormast 1 ist als Hohlwelle ausgebildet und überträgt den Kraftfluß von der Antriebsmaschine. Im Inneren des als Hohlkörper ausgebildeten Kugelkopfes 2 bzw. der Kugelpfanne 3 ist ein Gleichlaufgelenk 6 eingebaut, das die Aufgabe hat, bei Schlagbewegungen der Rotorblätter in jeder Winkelstellung die Drehmomentenübertragung durchzuführen. Ferner sind in der Kugelpfanne 3 Lager 7 angeordnet, in denen ein Federstab 8 mit seinem oberen Ende gelagert ist. Der Federstab 8 liegt innerhalb des Rotormastes 1 und ist am anderen Ende mit der Zelle 11 drehfest verbunden. In dem Zwischenraum des Rotormastes 1, d.h. zwischen Hohlwelle und Federstab 8 ist ein Abstützelement 9 eingelegt, das als Schiebemuffe ausgebildet ist. Mit Hilfe von Gestängen 10 kann nun die Schiebemuffe beliebig axial gemäß Pfeil A in der Hohlwelle verschoben werden. Das Abstützelement 9, d. h. die Schiebemuffe, ist über ein sphärisches Lager 12 beweglich mit dem Federstab 8 verbunden. Dies hat den Zweck, Lageungleichheit des Federstabes 8 auszugleichen. Ferner ist zu ersehen, daß der Rotorkopf, der mit Hilfe der Kugelpfanne 3 am Kugelkopf 2 gelagert ist, allseitig beweglich befestigt ist. Diese Lagerung des Rotorkopfes entspricht etwa funktionsgemäß der herkömmlichen halbstarren Bauweise. Dadurch, daß von der Kugelpfanne 3 weg ein Federstab 8 innerhalb des Rotormastes 1 zu einer zellenseitigen drehfesien Einspannstelle führt, wird die Kugelpfanne 3 stets in einer Mittellage gehalten. Je nach Ausführung des Federstabes 8 wird die Federsteifigkeit einen bestimmten Wert betragen. Wie jedoch eingangs erwähnt, ist es von Vorteil, wenn in einem Fall eine geringe Federsteifigkeit vorhanden ist und in einem anderen Fall sich die Rotorblattaufhängung durch maximale Steifigkeit auszeichnet. Durch das axiale Verschieben der Schiebemuffe kann nun die Federsteifigkeit beliebig verstellt werden. Dies bedeutet, daß die Schiebemuffe die Funktion eines Auflagers erfüllt, wenn der Federstab 8 als ein einseitig eingespannter Träger betrachtet wird. 1st die Schiebemuffe in ihrer untersten Stellung, so kann der Federstab 8 durch die Beanspruchung der Rotornabe stark durchgebogen werden. Um nun diese starke Durchbiegung zu verhindern, genügt ein einfaches Nach-Oben-Bringen der Schiebemuffe, so daß die Durchbiegung nun mehr einen kleineren Wert beträgt. Hierdurch wird erreicht, daß ein Hubschrauber jeweils die Vorteile des gelenkigen Rotorblattanschlusses mit denen des starren Blattanschlusses in sich vereinigt, ohne daß Nachteile auftreten.

Bei einer Änderung der Schlagsteifigkeit ändert sich auch der Phasenwinkel zwischen zyklischem Steuerausschlag und Steuermoment, d. h. die Zuordnung von Knüppelbewegungen und Steuerwirkung. Um den Piloten nicht unnötig zu belasten, müßte bei allen möglichen Steifigkeiten des Rotors diese Zuordnung durch besondere Vorkehrungen unverändert bleiben. Eine verhältnismäßig einfache Möglichkeit bietet sich durch ein Verdrehen des zellenseitigen Taumelscheibenteiles bei Veränderung der Schlagsteifigkeit. Weiterhin kann durch eine Veränderung der Rotordrehzahl bei wechselnder Federsteifigkeit der Phasenwinkel konstant gehalten werden. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch eine günstige Zuordnung von mechanischer Blattwinkelrückverstellung oder zusätzlicher Schlagbewegungsdämpfung im ganzen Flugbereich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Rotorkopf für Hubschrauber mit halbstarrem Rotorblattanschluß, insbesondere für Wellenantrieb, der am oberen Ende des Rotormastes mittels Kugelkopf und Kugelpfanne allseitig neigbar ist und an dem an der Kugelpfanne die Rotorblätter befestigt sind, wobei der den Kugelkopf tragende Rotormast als Hohlwelle ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohlwelle (1) ein Federstab (8) geführt ist, der in seinem oberen Bereich die Kugelpfanne (3) trägt und mit seinem anderen Ende drehfest mit der Flugzeugzelle verbunden ist, und daß zwischen Hohlwelle und Federstab längs verschiebbar ein Abstützelement (9) zur Verhinderung einer seitlichen Verschiebung des Federstabes angeordnet ist.

2. Rotorkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (9) als Schiebe- «> muffe ausgebildet ist, die vom Piloten aus beliebig verschiebbar ist.

3. Rotorkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffe zur Führung des Federstabes (8) ein sphärisches Lager(12) enthält. *S