DE19620427C1 - Rotorblattanschluß - Google Patents
RotorblattanschlußInfo
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- B64C27/32—Rotors
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotorblattanschluß, insbesondere für
einen Hubschrauber, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hubschrauber mit einem gelenk- und lagerlosen Rotorblattanschluß ent
halten üblicherweise einen zwischen auftriebserzeugendem Flügelabschnitt
und Rotornabe angeordneten Tragholm, auch "Flexbeam" genannt, der die
Flieh- und Querkräfte sowie Biege- und Torsionsmomente sicher von der
Blattwurzel an die Rotornabe übertragen und zugleich um zwei Achsen
biegeelastisch, nämlich zumeist in einem nabenseitigen Bereich schlag- und
in einem flügelseitigen Bereich schwenkelastisch sowie zur Ermöglichung
der Blattwinkelverstellbewegungen um die Längsachse drillweich ausgebil
det sein muß. Die Schwingungsdämpfung eines derartigen Tragholms
erfolgt mit Hilfe eines Elastomerdämpfers, der entweder als gesonderte
Baueinheit zwischen Rotornabe und Tragholm angeordnet oder, wie aus
der DE 25 58 709 oder der DE 27 58 086 bekannt, nach Art eines
oberflächenseitigen Belages unmittelbar auf den Tragholm aufgebracht ist.
Dabei besteht jedoch die Schwierigkeit, einen Dämpfer mit einem aus
reichend großen Elastomervolumen so an die Tragholmstruktur anzubin
den, daß die einzelnen Elastomerschichten unter der Wirkung der Rotor
blatt-Schwenkbewegungen möglichst homogen schubverzerrt werden, wie
dies erforderlich ist, um eine wirksame Dämpfung der teilweise sehr
kleinen Schwenkbiegeverformungen des Tragholms zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotorblattanschluß der eingangs ge
nannten Art zu schaffen, bei dem die Dämpfungseinrichtung auf einbau
günstige Weise und mit einem großen Elastomervolumen auf einer be
grenzten Tragholmlänge ohne Beeinträchtigung des geforderten Festigkeits-
und Steifigkeitsverhaltens des Tragholms so angeordnet ist, daß eine hoch
gradige Strukturdämpfung garantiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 ge
kennzeichneten Rotorblattanschluß gelöst.
Erfindungsgemäß wird durch die Anordnung der Dämpfungseinrichtung in
den für die erforderliche Drillelastizität ohnehin benötigten, schlitzförmigen
Einschnitten des Tragholms eine platzsparende Unterbringung eines großen
Elastomervolumens in der Tragholmstruktur selbst erreicht, mit der Beson
derheit, daß durch die Aufteilung in eine Vielzahl von in Richtung der
Tragholm-Hauptbiegeebene verlaufenden Schlitzen und Einzeldämpfern
eine äußerst homogene Schubverzerrung und großflächige Anbindung der
einzelnen Elastomerschichten unmittelbar an die biegeverformten Trag
holmabschnitte und dadurch eine hochgradige Dämpfungswirkung bei zu
gleich langer Lebensdauer des Elastomerdämpfers sichergestellt wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Zwischen
schichten der Einzeldämpfer gemäß Anspruch 2 jeweils über singuläre Be
festigungsstellen an der Tragholmstruktur fixiert, wodurch ungewollte
Relativverschiebungen zwischen der Tragholmstruktur und den Zwischen
schichten und somit störende Schubverzerrungen der Elastomerschichten,
etwa unter Fliehkraftwirkung, verhindert werden, gleichzeitig aber die
Dämpfungswirkung der einzelnen Elastomerdämpfer in vollem Umfang er
halten bleibt.
Zwar können sich die Tragholmschlitze und Einzeldämpfer durchgehend
über den gesamten biegeelastischen Tragholmbereich erstrecken, nach An
spruch 3 empfiehlt es sich jedoch, die Tragholmschlitze in Holm-Längs
richtung zu unterteilen und in jedem Teilschlitz einen Einzeldämpfer anzu
ordnen, um so das Festigkeits-, Steifigkeits- und Dämpfungsverhalten des
Tragholms feinfühlig aufeinander abstimmen zu können.
In weiterer, besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist gemäß
Anspruch 4 die Flächendehnung der Zwischenschichten elektrisch steuer
bar, so daß die Schubverzerrung der Elastomerschichten nicht allein von
der Größe der Biegeverformung des Tragholms abhängig, sondern zusätz
lich durch äußere Steuereingriffe beeinflußbar ist. Hierdurch läßt sich die
Dämpfungswirkung vor allem im Bereich kleiner Biegeschwingungen des
Tragholms wesentlich verbessern. Im Hinblick auf eine baulich einfache
Steuerung der Flächendehnung der Zwischenschichten sind diese gemäß
Anspruch 5 vorzugsweise mit elektrisch angesteuerten Piezoelementen be
legt. In Verbindung mit Elastomerdämpfern können solche Piezobeläge
wegen ihrer hohen Biegeempfindlichkeit im allgemeinen zwar nur in
beschränktem Umfang verwendet werden, im Rahmen der Erfindung sind
sie jedoch aufgrund ihrer speziellen Flächenausrichtung - ebenso wie die
Zwischenschichten - nur sehr geringen Biegeverformungen ausgesetzt und
daher problemlos zur Steuerung der Dämpfungswirkung einsetzbar. Aus
Gründen einer selbsttätigen Steuerung mit einer erwünschten Steuercharak
teristik ist der Tragholm gemäß Anspruch 6 vorzugsweise mit einer die
Biegeschwingungen des Tragholms aufnehmenden Sensoranordnung und
einer die Piezoelemente nach Maßgabe der Sensorsignale alttivierenden
Steuereinheit versehen.
Wie bereits erwähnt, müssen bei einem Hubschrauber-Rotorblattanschluß
vor allem die Schwenkbiegeschwingungen des Tragholms gedämpft wer
den, und dementsprechend sind die elastomeren Einzeldämpfer nach An
spruch 7 zweckmäßigerweise in Richtung der Schwenkbiegeebene des
schwenkelastischen Tragholmabschnitts angeordnet.
Der Tragholm und/oder die Zwischenschichten können aus Metall oder,
wie nach Anspruch 8 wegen des günstigen Steifigkeits- und Festigkeitsver
haltens bevorzugt, aus Faserverbundwerkstoff bestehen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Ver
bindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schema
tisierter Darstellung:
Fig. 1 einen Blattanschluß für ein Hubschrauber-Rotorblatt in der
Aufsicht zusammen mit den verschiedenen Querschnitten;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des schwenkelastischen Trag
holmabschnitts im Querschnitt;
Fig. 3 die Anordnung von in Holm-Längsrichtung verteilten Einzel
dämpfern; und
Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines Rotorblattan
schlusses mit elektrisch steuerbarer Dämpfungswirkung.
Der in den Figuren für einen gelenk- und lagerlosen Hubschrauber-Rotor ge
zeigte Blattanschluß enthält einen zwischen auftriebserzeugendem Flügel
abschnitt 2 und Rotornabe 4 angeordneten Tragholm 6 aus Faserverbund
werkstoff, der die Flieh- und Querkräfte sowie Biege- und Torsions
momente sicher von der Blattwurzel an die Rotornabe 4 übertragen und
zugleich das fiktive Schlag- und Schwenkgelenk und Blattwinkellager bil
den muß. Zu diesem Zweck besteht der Tragholm 6 aus einem ersten
Holmabschnitt 6A, der an den Flügelabschnitt 2 (Flügelprofil f gemäß
Fig. 1) angrenzt und einen kreuzförmigen, in Schwenkrichtung S relativ
biegeelastischen, in Schlagrichtung R jedoch vergleichsweise biegesteifen
Querschnitt a besitzt, sowie einem an den schwenkelastischen Holmab
schnitt 6A nabenseitig anschließenden, zweiten Holmabschnitt 6B mit
einem relativ schwenkbiegesteifen, in Schlagrichtung R jedoch biegeelasti
schen Querschnittsprofil b, der zur Nabe 4 hin in eine Doppelschlaufe 6C
übergeht, durch die der Tragholm 6 mit Hilfe von Verbindungsbolzen 8 an
die Rotornabe 4 angeschlossen ist.
Zur Erzielung der erforderlichen Drillelastizität um die Holmlängsachse A
sind gemäß Fig. 2 in den kreuzförmig angeordneten Tragarmen 10.1 und
10.2 des Holmabschnitts 6A schlitzförmige Einschnitte 12.1 bzw. 12.2
vorgesehen, von denen die Einschnitte 12.2 auf die nachfolgend erläuterte
Weise mit einer elastomeren Dämpfungseinrichtung für die Schwenkbiege
schwingungen des Tragholms 6 kombiniert sind. Die Einschnitte 12.2
bestehen aus einer Vielzahl von in Schwenkrichtung S parallel zueinander
verlaufenden Schlitzen geringer Schlitzbreite, die sich vom Außenrand der
Tragarme 10.2 ins Innere der Tragholmstruktur erstrecken. In jedem dieser
Schlitze 12.2 befindet sich ein elastomerer Einzeldämpfer 14, dessen
Elastomerschichten 16 mit den angrenzenden, tragenden Wandabschnitten
18 der Holmarme 10.2 sowie jeweils über eine Zwischenschicht 20
untereinander flächig, etwa durch Vulkanisieren, verbunden sind, wobei
die Zwischenschichten 20, die ebenfalls aus Faserverbundmaterial bestehen
können, in Richtung ihrer Flächenerstreckung so steif ausgebildet sind, daß
sie an den Schwenkbiegeverformungen des Tragholms 6 nicht teilnehmen.
Die Dicke der Elastomerschichten 16 ist möglichst gering, wird jedoch
unter Berücksichtigung der örtlichen Schubverzerrungen ggf. variabel und
mindestens so groß gewählt, daß die Dämpfungswirkung über die gefor
derte Lebensdauer in vollem Umfang erhalten bleibt.
Durch die Relativverschiebung zwischen der Schwenkbiegeverformung der
tragenden Wandabschnitte 18 und den steifen Zwischenschichten 20
werden in den Elastomerschichten 16 Schubverzerrungen erzeugt, die mit
Dissipationsarbeit verbunden sind. Aus dem großen Elastomervolumen
sämtlicher Elastomerschichten 16 und der Höhe und Homogenität der
Schubverzerrungsverteilung ergibt sich eine hohe Dämpfungsleistung und
gleichzeitig erfüllt der beschriebene Rotorblattanschluß die Forderungen
bezüglich Torsionsweichheit, Zugsteifigkeit sowie Biegeeigenschaften.
Fig. 3 zeigt die Möglichkeit, die Zwischenschichten 20 über eine singuläre
Befestigungsstelle 22 an der Tragholmstruktur 6 zu fixieren. Ferner er
strecken sich bei dieser Ausführungsform die Schlitze 12.2 und Einzel
dämpfer 14 nicht über die gesamte Länge des schwenkelastischen Holm
abschnitts 6A, sondern sind in Holm-Längsrichtung in mehrere, jeweils
durch die Kernstruktur des Tragholms 6 voneinander getrennte Teilschlitze
bzw. -dämpfungssegmente unterteilt. Hierdurch läßt sich eine feinfühlige
Abstimmung von Dämpfungsverhallen und Schwenkkinematik des Trag
holms 6 erreichen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die passive mit einer aktiven
Schwenkdämpfung kombiniert, wobei die Schlitz- und Dämpferanordnung
weitgehend mit derjenigen nach den Fig. 1 bis 3 übereinstimmt. Einander
entsprechende Bauelemente sind durch ein um 100 erhöhtes Bezugszeichen
gekennzeichnet. Die aktive Schwenkdämpfung erfolgt mit Hilfe elektrisch
ansteuerbarer, scheibenförmiger Piezoelemente 24, mit denen die
Zwischenschichten 120 belegt, z. B. verklebt sind, so daß die Flächendeh
nung der Zwischenschichten 120 und damit die Schubverzerrungsver
teilung der Elastomerschichten 116 aktiv durch äußere elektrische Steuer
kommandos beeinflußbar ist. Zur selbsttätigen Ansteuerung der piezoelek
trischen Scheiben 24 sind an der Tragholmstruktur 106 Sensoren 26 ange
ordnet, die das zeitabhängige Schwenkbiegeverformungsverhalten des
Tragholms 106 erfassen und an eine zentrale Steuereinheit 28 weiter
melden, welche die Sensorsignale nach Maßgabe eines vorgegebenen
Steuerprogramms oder eines Datenkennfeldes in entsprechende, zur
Schwenkeigenform passende Steuerkommandos für die einzelnen piezo
elektrischen Scheiben 24 umsetzt. Auf diese Weise läßt sich die Dämpfung
des Tragholms 106 wesentlich verbessern. So wird die aktive Schubver
zerrung insbesondere bei Hubschraubern wegen der geringen Eigendämp
fung des Rotors dann benötigt, wenn der Rotor gerade wenig Schub er
zeugt und die passive Schubverzerrung der elastomeren Einzeldämpfer 114
gering ist. Im übrigen ist die Bau- und Funktionsweise des Rotorblattan
schlusses gemäß Fig. 4 die gleiche wie bei den oben beschriebenen Aus
führungsbeispielen.
Claims (8)
1. Rotorblattanschluß, insbesondere für einen Hubschrauber, mit einem
den auftriebserzeugenden Flügelabschnitt des Rotorblatts flieh- und
querkraft- sowie biege- und torsionsmomentübertragend mit der
Rotornabe verbindenden, drill- und zumindest in einer Hauptebene
biegeelastischen Tragholm und einer diesem zugeordneten, wechsel
weise aus Elastomer- und in Richtung der Flächenerstreckung steifen
Zwischenschichten aufgebauten Dämpfungseinrichtung für die
Biegeschwingungen des Tragholms,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfungseinrichtung aus einer Vielzahl separater, mit ihren
Elastomer- und Zwischenschichten (16, 20) in Richtung der Haupt
biegeebene (S) des Tragholms (6) angeordneter Einzeldämpfer (14)
besteht, die jeweils in die Tragholmstruktur in vom Außenrand ins
Tragholminnere im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden
Schlitzen (12.2) unter flächiger Bindung der beiden äußeren Elasto
merschichten jedes Einzeldämpfers an die angrenzenden Tragholm
abschnitte (18) integriert sind.
2. Rotorblattanschluß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenschichten (20) der Einzeldämpfer (14) jeweils über
singuläre Befestigungsstellen (22) an der Tragholmstruktur (6)
fixiert sind.
3. Rotorblattanschluß nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Tragholm-Schlitze (12.2) in Holm-Längsrichtung unterteilt und
in jedem Teilschlitz ein Einzeldämpfer (14) angeordnet ist.
4. Rotorblattanschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Flächendehnung der Zwischenschichten (120) elektrisch steuer
bar ist.
5. Rotorblattanschluß nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenschichten (120) mit elektrisch gesteuerten Piezoelemen
ten (24) belegt sind.
6. Rotorblattanschluß nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Tragholm (106) mit einer die Biegeschwingungen des Tragholms
aufnehmenden Sensoranordnung (26) und einer die Piezoelemente
(24) nach Maßgabe der Sensorsignale aktivierenden Steuereinheit
(28) versehen ist.
7. Rotorblattanschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die elastomeren Einzeldämpfer (14) in Schwenkbiegerichtung des
Tragholms (6) wirkend angeordnet sind.
8. Rotorblattanschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Tragholm (6) und die Zwischenschichten (20) aus Faserverbund
werkstoff bestehen.
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