DE1930648A1

DE1930648A1 - Propeller mit mehreren Blaettern mit veraenderlichem Anstellwinkel

Info

Publication number: DE1930648A1
Application number: DE19691930648
Authority: DE
Inventors: Daniel Mao; Rene Mouille; Charles Tresch
Original assignee: Sud Aviation Societe Nationale de Constructions Aerdnaettiques
Current assignee: Sud Aviation Societe Nationale de Constructions Aerdnaettiques
Priority date: 1968-07-11
Filing date: 1969-06-18
Publication date: 1970-11-05
Also published as: DE1930648C3; US3594097A; JPS4736318B1; FR1593008A; DE1930648B2; GB1259995A

Description

SUD-AVIATION SOCIETE NATIONALE DE CONSTRUCTIONS AERO-NAUTIQUES, Paris (Frankreich)

Propeller mit mehreren Blättern mit veränderlichem

Anstellwinkel

Die Erfindung betrifft einen Propeller bzw. einen Rotor mit veränderlichem Anstellwinkel, insbesondere einen stromlinienförmig verkleideten Rotor geringen Durchmessers mit verhältnismäßig hoher Drehgeschwindigkeit, wie er beispielsweise als Ventilator oder als Rotor zum Ausgleich des Antriebsmoments eines Hubschraubers verwendet wird.

Bei derartigen Rotoren, die gewöhnlich eine große Anzahl von Blättern besitzen, ist es schwierig, ein gutes Verhalten der Wälzlager des Anstellwinkelgelenks unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte zu erreichen und die Forderung nach geringen Steuerkräften zur Änderung des Anstellwinkels zu erfüllen.

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Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, jeden Blattfuß auf einem Kugelgelenk zu montieren, welches den Winkelausschlag des Blattes begrenzende Anschläge besitzt, wodurch die Blätter eine gewisse Bewegungsfreiheit im Nachziehen sowie. im seitlichen Ausschlag besitzen.

Ferner wurde bereits vorgeschlagen, anstelle der An— stellwinkelgelenklager ein längliches, verdrehbares Glied zu verwenden, xirelches das Blatt radial mit der Nabe verbindet und die Zentrifugalkraft aufnehmen kann. Insbesondere ist es bekannt^ eil derartiges Glied aus einem Paket elastischer Blätter zu bilden.

Schließlich wurde bereits vorgeschlagen, jeden Blattfuß mit einem Kurbelzapfen zu versehen und die Änderung des Anstellwinkels mittels einer zur Rotorachse senkrecht angeordneten, axial beweglichen und beispielsweise über einen mit Kugelgelenken versehenen Arm mit jedem der Kurbelzapfen verbundenen Steuerscheibe zu bewirken.

Ziel der Erfindung ist es, einen Propeller bzw. einen Rotor zu schaffen, der insbesondere durch Wegfall des zwischen Antriebsscheibe und Kurbelzapfen vorgesehenen Armes einfacher herzustellen ist, bei Betrieb keine S (Sanierung erfordert und gleichzeitig starke Änderungen des Anstellwinkels der Blätter mit geringen Steuerkräften gestattet.

Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Propeller dadurch gekennzeichnet, daß jeder Blattfuß einen in einer nabenseitig über einen Teil ihrer Länge eingesotz--

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ten und mit ihrem äußeren Teil freiliegenden, aus verformbarem Kunststoff bestehenden Muffe verschiebbaren und drehbaren zylindrischen Teil besitzt, und daß am Umfang der Steuerscheibe zylindrische Aussparungen vorgesehen sind, in welche elastische, jeweils mit einem Kurbelzapfen verbundene Ringe verschiebbar, drehbar sowie verschwenkbar eingesetzt sind₉ die diese Kurbelzapfen drehfest mit der Nabe verbinden und gleichzeitig die Steuerung des Anstellwinkels gestatten.

Eine derartige Anordnung des Blattfußes stellt eine Art HaIbeinspannung dar_s die leichte Winkelbewegungen des Blattes im Nachziehen sowie im seitlichen Ausweichen gestattet und gleichzeitig diese Bewegungen dämpft.

Bei einer derartigenAnordnung wird ferner die den Anstellwinkel steuernde Steejurscheibe durch die Kurbelzapfen in Drehung versetzt. Die Beweglichkeit und Biegsamkeit des elastischen Ringes in der radial angeordneten zylindrischen Bohrung gestattet jedoch ohne Klemmung und unter geringem Kraftaufwand die Verstellung jedes Blattes um seine Läifsachse.

Der Durchmesser des zylindrischen Teils des Blattfußes ist vorzugsweise größer als die maximale Sehne des Blattprofils. Auf diese Weise kann diesem zylindrischen Teil der maximale Querschnitt, bei dem sich die Endquerschnitte des Blattfußes auf der Seite der Nabenachse praktisch berühren, verliehen werden. Die Blätter sind zweckmäßigerweise massiv und bestehen aus Lichtmetall; die zylindrischen Blattfüße.sind hohl ausgeführt und mit

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einer Querbohrung zum Angriff des das Blatt mit der
Nabe verbindenden länglichen Gliedes versehen.

Um den Paketen elastischer Blätter eine größere Nutzlänge zu verleihen₉ sind diese aus Scheiben so ausgeschnitten, daß die Blattbündel sternförmig angeordnete Arme bilden, die an ihren auf der Seite des Nabenmittelpunktes liegendenEnden über einen zentralenj
ringförmigen Scheibenteil miteinander verbunden sind.

Dies hat den Vorteil, daß man einen hinsichtlich des Winkelabständes der einzelnen Arme praktisch unverformbaren Körpex" erhält.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf die beiliegende Zeichnung Besng genommen wird. Auf dieser Zeichnung zeigen;

Fig« 1 einen waagerechten Schnitt des rückwärtigen
Teils eines mit einem erfindungsgemäßen Rotor zum
Ausgleich des Antriebsmoments ausgestatteten Hubschraube r rumpf es.

Fig. 2 einen axialen Sclmitt durch eine Habe eines erfindungsgesnäßen Motors mit Antriebsmechanismus und dem Steuerinechanismus zur Änderung des Anstellwinkels»

Fig. 3" eine zur Hälfte in ©inesiä dureSidie Mittelebene der Rotorblätter gefegten S^h-aitt dargestellte Seitenansicht der Nabe des erfiiid^sJi3ii.gsgemiäßen Rotors«

Der mit mehreren Blättern vers^ahene Rotor A (Fig., l) ist la eine zylindrische Verkleidung B eingebaut₉ die

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im vorliegenden Fall aus einem senkrecht im rückwärtigen Teil des Rumpfes oder des Leitwerks C eines Hubschraubers vorgesehenen Fenster besteht« Der Rotor dient in diesem Fall zum Ausgleich des mechanisch auf den Hauptrotor ausgeübtenAntriebsmoments.

Der Rotor wird in der Verkleidung B von einem rohrförmigen zentralenRing D getragen_s der über hohle Arme E mit stromlinienförmigem Querschnitt an der Wandung der Verkleidung befestigt ist_o Einer dieser hohlen Arme E bildet das Gehäuse für die Welle 7 zur Übertragung der Drehbewegung auf den Rotor«

Am Ring D sind Befestigungslappen F (Fig. 2)" angeschweißt _t an dejien. das denAntriebsmechanismus des Rotors und den Steuermechanismus zur Änderung des Anstellwinkels seiner Blätter enthaltende Gehäuse angebracht ist.

Dieses Gehäuse besteht aus einem Gehäuse l_s an dem innen ein etwa rohrftmiger Gehäuseteil 2 angebracht ist, in welchem über ein Kugellager 3a und ein Rollenlager 3b die Hohlwelle 4 des Rotors gelagert ist. Der Antrieb geht über ein Kegelräderpaar 5 und 6 vor sich_s von denen eines an der Welle 4 und das andere an der Antriebswelle 7 befestigt ist. Die Hohlwelle 4 und das Kegelrad befinden sich in dem rohrförmigen Gehäuseteil 2« Das Kegelrad 6 läuft in zwei Lagern 8 und 9» die an einem etwa rohrförmigen Gehäuseteil Io befestigt sind, der seinerseits über einen Kranz von Bolzen 10a an dem Gehäuse 1 befestigt ist.

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Zur Steuerung des Anstellwinkels der Blätter ist an demGehäuse 1 ein Vorsprung la vorgesehen» an welchem über eine Achse lla ein Winkelhebel 11 angelenkt ist, mit dessen Armen die Pleuelstange 12 zur Steuerung des Anstellwinkels bzw. die Steuerstange 13 verbunden sind. Die Steuerstange 13 durchquert axial die Hohlwelle k und ist an ihrem Ende mit einem Druckkugellager 1*1 versehen_t über welches sie mit einem auf den Gleitflächen l6 im Inneren der Hohlwelle k in Längsrichtung verschiebbaren Gleitstück 15 verbunden ist.

Am äußeren Ende des Gleitstücks 15 ist ein Kranz vorgeseheH| an welchem über Bolzen 17 eine Steuerscheibe befestigt ist, an der in der Ebene des Rotors mit Bohrungen versehene Lappen 19» deren Anzahl der der Blätter entspricht _% vorgesehen sind. Diese Lappen sind bezüglich der Rotorachse axial und ihre Bohrungen radial angeordnet.

Dieser Mechanismus ist von einer außen an dem das Gehäuse tragenden Ring befestigten stromlinienförmigen Verkleidung 2o umgeben.

An der Hohlwelle k ist mittels Bolzen 21 die Nabenscheibe 22 der Nabe befestigt, deren Felge aus zwei kreisförmigen, an ihrem Umfang über Bolzen 25 miteinander verbundenen Flanschen 23 und 2k besteht.

In dieser Felge sind radial angeordnete zylindrische Bohrungen 26 vorgesehen, deren Anzahl der der Blätter entspricht. Jede Bohrung dient zur Aufnahme einer Muffe 27 aus verhältnismäßig biegsamem Kunststoff mit geringem Reibungskoeffizienten, beispielsweise aus PoIy-

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amid. Jode Muffe 27_S in welcher sich ein Blattfuß dreht, ragt um etwa die Hälfte ihrer Länge aus der Felge heraus, so daß der herausragende Teil eine gewisse Beweglichkeit besitzt«

Jede Muffe 27 wird durch einen ringförmigen Vorsprung 27a₉ der in eine entsprechende_s in der Bohrung 26 vorgesehene Nut eingreift j an ihrem Platz gehaltene Sie ist durch einen Zapfen 27b gegen Drehung blockierte.

Jedes Blatt ist einstückig und besteht zur Verringerung der Zentrifugalkräfte vorzugsweise aus Leichtmetalle Es besteht außen aus einem entsprechend profilierteng vollen Teil 28, der gegebenenfalls so verwunden ist₈ daß die Steigung in Nähe des Blattfußes größer als in Nähe des Außenendes ist_e Dieser volle Teil bildet den Blattkörper _s dessen Eintrittskante im äußeren Drittel durch ein entsprechendes Oberfläclienhärtungsverfalireng- bei=· spielsweise durch anodische Oxydation^ gegen Erosion geschützt ist»

Am Blattfuß besitzt das Blatt einen zu seiner Befesti= gung dienenden hohlen Teil mit einer Querbohrung und ein zylindrisches Lager 29g das die freie Drehung sur Anstellwinkeländsrung um die Blattlängsachse in der Muffe 27 gestattete Die Außenfläche des Lagers 29 ist sweckiaä— ßigerweise durch Verchromung oder anodisch® Oxydation oberflächengehärtet ο öer mittlere Teil 29a des Lagers 29 ist ferner zur Verringerung des· d<ss° Zentrifugalkraft unterliegenden rotierenden Masse verdünnt_o

Am inneren Ende jedes Blattes ist eisi Hebel J>o angebracht_a an dessen Ende - bei mittlerer Stellung dieses Hebels in

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radialer Richtung - eine Achse 51 befestigt ist. Am Ende dieser Achse 51 ist ein sphärischer Ring 52 vorgesehen, der vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise einem Elastomer, besteht und ins Innere der in dem Lappen 19 vorgesehenen Bohrung gertau eingepaßt ist. Dieser Ring gestattet Bewegungen dieser beiden Teile zueinander, d.h. eine DrehuiQ eine leichte Axialverschiebung und eine leichte Schwenkbewegung der Achse 51 bezüglich der Bohrung in dem Lappen 19·

In der in dem zur Befestigung des Blattes dienenden Teil 28a vorgesehenen Querbohrung sitzt eine Befestigungsachse 55ι die von zwei Sperringen 5^ und 55 an ihrem Platz gehalten wird»

Jedes Blatt 28 ist mit der Hohlwelle k des Rotors über ein längliches Glied 56 verbunden, das das Innere des Lagers 29 durchquert und blattseitig über eine Buchse 57 an der Befestigungsachse 55 befestigt ist.

Dieses die durch die Drehung der Blätter erzeugte Zentrifugalkraft übertragende längliche Glied 56 ist längsverdrehbar. Es kann insbesondere aus mehreren aneinandergesetzten dünnen Blättern bestehen, wobei die äußeren Blätte-ar des Blattbündels geringere Breite als die inneren aufweisen, so daß die Torsionskräfte gleichmäßig auf diese Blätter verteilt werden. Zur Vermeidung von Berührungskorrosion sind diese Blätter mit einem Gleitüberzug aus Kunststoff "versehene

Auf der Seite der Hohlwelle 4 sind die einzelnen Glieder 56 miteinander verbunden und bilden einen flachen R*g» welcher somit mehrere sternförmig angeordnete Arme auf-

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weist, deren Anzahl der der Blätter entspricht. Dieser Ring ist mit Bolzen 21 an dem Ende der Hohlwelle 4t befestigt, die ferner auch zur Befestigung der Nabenscheibe 22 an dieser Stelle dienen» Diesen sternförmigen Körper erhält man durch Übereinanderlegen mehrerer dünner sternförmig ausgeschnittener Stahlblechscheiben»

Die Nabe und der Steuermechanismus sind von einer aus zwei mittels Schrauben ko bzw. kl an der Nabe 22 befestigten Schalenhälften. 38 und 39 bestehenden kreisförmigen Verkleidung aus dünnem Blech umgeben«,

Zum freien Durchgang der Blätter sind am Umfang dieser Umkleidung kreisförmige Öffnungente vorgesehen, deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Befestigungsteile 28a der Blätter ist»

Zum Erreichen einer aerodynamischen Kontinuität haben die Umkleidungen 38 und 39 den gleichen Durchmesser trie die den Antriebsmechanismus umgebend© stromlinienförmige Verkleidung 2o_e

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Claims

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P a t e li t a η s ρ r ü c h β :

\±4 Propeller mit mehreren jeweils mit der Nabe über ein längliches, radial angeordnetes und um seine Längsachse verdrehbares Glied verbundenen Blättern mit veränderlichem Anstellwinkelj bei dem der Eingriff der Blattfüße in die Nabe die Drehung jedes Blattes um seine Längsachse sowie eine Schwenkbewegung jedes Blattes in der Drehebene des Propellers sowie quer zu dieser gestattet und die Blattfüße zur Änderung des Anstellwinkels jeweils einen über ein Kugelgelenk mit einer senkrecht zur Propellerachse angeordneten und axial beweglichen Steuerscheibe verbundenen Kurbelzapfen aufweisen, dadurch gekennz e i chne t, daß jeder Blattfuß einen in einer nabenseitig über e.inen Teil ihrer Länge eingesetzten und mit ihrem äußeren Teil freiliegenden, aus verformbarem Kunststoff bestehenden Muffe (27) verschiebbaren und drehbaren zylindrischenTeil (29) besitzt, und daß am Umfang der Steuerscheibe (l8) zylindrische Aussparungen (19) vorgesehen sind, in welche elastische, jeweils mit einem Kurbelzapfen (31) verbundene Ringe (32) verschiebbar, drehbar sowie verschwenkbar eingesetzt sind, die diese Kurbelzapfen (31) drehfest mit der Nabe verbinden und gleichzeitig die Steuerung des Anstellwinkels gestatten.

2, Propeller nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η —· zeichne t, daß der Durchmesser des zylindrischen Teils (29) des Blattfußes größer als die größte Sehne des Blattprofils ist.

3· Impeller nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der zylindrische Teil (29) des

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Blattfußes in dem in der Muffe (27) befindlichen Abschnitt hohl und verdünnt ist.

4. Propeller nach Anspruch I₈ dadurch gekennzeichnet, daß in dem außerhalb der Muffe (27) befindlichen Abschnitt (28a) des zylindrischen hohlen Teils (29) eine. Querbohrung zur Aufnahme einer Achse (35) zur Verbindung des Blattes (28) mit dem radial angeordneten länglichen Glied (36) vorgesehen ist.

5. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (27) aus einem selbstschmiedenden Werkstoff besteht_sund daß die Oberfläche des in dieser Muffe befindlichen zylindrischen Teils (29) des Blattfußes gehärtet ist.

6. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial angeordneten₈ länglichen Glieder (36) aus uberexnandergelegten Blättern bestehen, wobei die zu einer Schicht gehörenden Blätter nabenseitig aneinander befestigt sind und an dieser Stelle nach Übereinanderlegen einen flachen Ring bilden₈ der an der Nabe befestigt ist.

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