DE19841853B4

DE19841853B4 - Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberhauptrotor

Info

Publication number: DE19841853B4
Application number: DE1998141853
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Kunze; Uwe Dr. Arnold; Gerd Makowski
Original assignee: ZF Luftfahrttechnik GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Technik GmbH
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: DE19841853A1

Abstract

Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberhauptrotor
– mit einem von einem Hauptgetriebe drehantreibbaren Rotormast (12),
– mit einer aus einem nichtdrehenden (38) und einem bei Betrieb drehenden Teil (16) bestehenden Taumelscheibe, die zur Übertragung von Steuerbewegungen von einem nichtdrehenden System (2) in ein drehendes System (4) dient, welche gegenüber dem Rotormast (12) kippbar und axial verschiebbar gelagert ist, und die von mindestens drei am nichtdrehenden Teil (38) angelenkten Steuerstangen (14) im nichtdrehenden System betätigbar ist und
– mit mehreren gleichmäßig am Umfang einer Rotornabe angeordneten Rotorblättern (20), von denen jedes einen Einstellwinkel-Steuerhebel (18) aufweist, der gelenkig mit einem Anschluss (22) am drehenden Teil (16) der Taumelscheibe verbunden ist, wobei im drehenden System (4) zwischen den Anschlüssen am drehenden Teil (16) der Taumelscheibe und den Einstellwinkel-Steuerhebeln (18) hydraulische Stellglieder (24) angeordnet sind, die von einer hydraulischen Leistungsversorgungseinrichtung (26) individuell ansteuerbar sind, wobei die hydraulische Leistungsversorgungseinrichtung (26) im drehenden System angeordnet...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberhauptrotor.

Übliche Steuerungsvorrichtungen für Hubschrauberhauptrotoren weisen eine Taumelscheibe zur Übertragung von Steuerbewegungen des Piloten vom nichtdrehenden System der Hubschrauberzelle ins während des Betriebs drehende System des Hauptrotors auf. Die Taumelscheibe ist gegenüber dem Rotormast zur zyklischen Rotorblattverstellung kippbar und zur kollektiven Rotorblattverstellung axial verschiebbar gelagert. Die Taumelscheibe wird von mindestens drei, unterhalb der Taumelscheibe angeordneten Stellgliedern bzw. Steuerstangen betätigt.

Ein niedrigeres Vibrationsniveau, bessere Flugleistungen und eine geringere Geräuschemission können erzielt werden, indem der kollektiven und zyklischen Einstellwinkel-Verstellung individuell höherfrequente Einstellwinkel-Änderungen überlagert werden, um beispielsweise rotorblattinduzierten Schwingungen entgegenzuwirken.

Aus der DE 196 27 869 A1 und aus dem Papier Nr. III.6.3.1, 16th European Rotorcraft Forum, September 18–21, 1990, Glasgow „Entwicklung und erste Tests von Aktuatoren für eine Einzelblatt-Steuerung", Peter Richter, Hans-Dieter Eisbrecher, Walentin Klöppel, sind Steuerungsvorrichtungen bekannt, die neben den unterhalb der Taumelscheibe angeordneten Stellgliedern, welche dem nichtdrehen den System zugeordnet sind, weitere hydraulische Stellglieder im drehenden System zur Überlagerung von individuellen Einstellwinkel-Änderungen umfassen. Eine Besonderheit bei dem System nach der DE 196 27 869 A1 ist, daß nur die über die Anzahl von drei hinausgehenden Rotorblätter von Stellgliedern im drehenden System betätigt werden. Die übrigen Rotorblätter werden direkt von herkömmlichen Steuerstangen betätigt.

Ein wesentlicher Vorteil des Konzepts der funktionellen Trennung der Primärsteuerung (kollektive und zyklische Blattverstellung) durch erste Stellglieder unterhalb der Taumelscheibe und der überlagerten individuellen Einstellwinkel-Verstellung durch zweite Stellglieder oberhalb der Taumelscheibe ist die hohe Sicherheit.

Bei Ausfall eines Aktuators der individuellen Einstellwinkel-Verstellung bleiben die überlebenswichtigen Funktionen – kollektive und zyklische Blattverstellung – der Primärsteuerung unberührt. Aus diesem Grund kann bei einem solchen System auf die komplexe und schwere, redundante Anordnung von Stellgliedern der individuellen Einstellwinkel-Steuerung verzichtet werden.

Aus der US 4,379,678 ist eine Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberrotor bekanntgeworden, bei der sowohl die Primärsteuerung als auch die überlagerte individuelle Einstellwinkel-Verstellung von denselben Aktuatoren ausgeführt wird. Wegen der hohen Sicherheitsanforderungen enthält jeder der Aktuatoren drei hydraulisch unabhängige, mechanisch verbundene Kolben in abgetrennten Bereichen. Die Leistungsversorgungseinrichtung enthält so viele Pumpen, wie Kolben vorgesehen sind. Diese mehrfache Redundanz führt zu einem komplexen Aufbau und einem hohen Gewicht.

Ein System mit getrennter Primär- und individueller Einstellwinkel-Steuerung hat demgegenüber außerdem einen wesentlich geringeren Leistungsbedarf der Stellglieder im drehenden System, da ein Großteil der Einstellwinkel-Amplitude bereits von der Primärsteuerung erzeugt wird.

Die Eingriffe in das Steuersystem des Hubschraubers sind geringer, weswegen sich das Konzept der funktionellen Trennung besser für eine Um- bzw. Nachrüstung von Hubschraubertypen eignet, welche bislang noch über keine Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung verfügen.

Die Versorgung der hydraulischen Stellglieder im drehenden System erfolgt bei den oben genannten bekannten Einzelblatt-Steuerungsvorrichtungen mit getrennter Primär- und individueller Einstellwinkel-Steuerung durch eine Leistungsversorgungseinrichtung, die im wesentlichen im nichtdrehenden System untergebracht ist und Komponenten, wie eine Pumpe, ein Ölreservoir, Filter, Flüssigkeitsakkumulatoren, Kühler oder Steuerventile, umfaßt. Die erforderliche Leistung wird durch ein hydraulisches Drehübertragungssystem – einen hydraulischen Schleifring – ins drehende System übertragen.

Das hydraulische Drehübertragungssystem ist jedoch konstruktiv aufwendig und beinhaltet eine Vielzahl von dynamisch hochbelasteten Dichtungen, welche hohem Verschleiß unterliegen. Ferner verschlechtert die räumliche Trennung der hydraulischen Druckerzeugung von den Verbrauchern die dynamischen Eigenschaften des Stellsystems.

Aus der DE 89 09 165 U1 ist eine Einzelblatt-Steuerung bekannt geworden, bei der das multizyklische Steuersignal auf mechanischem Wege durch eine Steuerkurvenanordnung erzeugt und durch eine Verdrängungskörperanordnung abgetastet und über eine hydraulische Zwangsverkopplung direkt auf einen Stellmotor übertragen wird. Die Anordnung wird durch zusätzliche Hydraulikbauteile, zu denen auch eine Hydraulikpumpe zählt, zum Ausgleich von Leckverlusten ergänzt.

Bei einer Um- bzw. Nachrüstung von bestehenden Typen macht insbesondere die Leistungsversorgungseinrichtung konstruktive Eingriffe in das Luftfahrzeug erforderlich, was oftmals aufgrund der erforderlichen Bauräume problematisch ist. Auch ein nachträglicher Abzweig von Leistung aus dem Antriebsstrang des Hubschraubers für den Pumpenantrieb kann aufwendig sein.

Der Erfindung liegt, ausgehend von dem gattungsbildenden Stand der Technik nach dem DE 89 09 165 U1 , die Aufgabe zugrunde, eine Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberhauptrotor zu schaffen, welche die vorteilhaften Eigenschaften der oben genannten Systeme mit getrennter Primär- und individueller Einstellwinkel-Steuerung aufweist und darüber hinaus leichter nachrüstbar und weniger komplex ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine, auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs aufweisende Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung.

Eine Um- bzw. Nachrüstung von vorhandenen Hubschraubertypen ist hierdurch wesentlich vereinfacht, da keine Elemente der hydraulischen Leistungsversorgungseinrichtung nachträglich in die Hubschrauberzelle integriert werden müssen. Die Anordnung der Leistungsversorgungseinrichtung in unmittelbarer Nähe der Aktuatoren der individuellen Einstellwinkel-Verstellung bedingt ein günstigeres dynamisches Verhalten. Das System ist weniger fehleranfällig, da auf eine hydraulische Drehdurchführung verzichtet werden kann.

Weitere vorteilhafte Merkmale sind den Unteransprüchen 1–4 zu entnehmen, die sich auf bauliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstands beziehen.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
In der Figur ist mit 2 das Hauptgetriebe und mit 4 der Rotorkopf eines Hubschraubers bezeichnet. Das Hauptgetriebe weist in der letzten Stufe z. B. zwei Stirnräder 6, 8 auf, welche ein gemeinsames Abtriebsrad 10 treiben. Das Abtriebsrad 10 ist drehfest mit dem Rotormast 12 verbunden. Der nichtdrehende Teil 38 der Taumelscheibe ist von Steuerstangen 14 im nichtdrehenden System betätigbar. Zwischen jeweils einem Einstellwinkel-Steuerhebel 18 jedes Rotorblatts 20 und einem Anschluß 22 am drehenden Teil 16 der Taumelscheibe ist ein hydraulisches Stellglied 24 angeordnet. Damit kann der kollektiven und zyklischen Einstellwinkel-Verstellung, die von der Taumelscheibe ins drehende System übertragen wird, individuell eine höherfrequente Einstellwinkel-Änderung überlagert werden, um beispielsweise rotorblattinduzierten Schwingungen entgegenzuwirken.
Erfindungsgemäß ist die hydraulische Leistungsversorgungseinrichtung 26 bzw. Steuerung im drehenden System untergebracht. Sie enthält eine einzige drehantreibbare Hydraulikpumpe 28, welche koaxial zum Rotormast 12 angeordnet ist. Der Rotormast 12 weist einen zentralen Hohlraum auf, durch den ein Standrohr 30 als Momentenstütze geführt ist, welches drehfest im Gehäuse 32 des Hauptgetriebes verankert ist. Das Standrohr 30 ist mit Eingangswelle 37 der Hydraulikpumpe 28 verbunden. Das Gehäuse der Hydraulikpumpe 28 dreht mit der Drehzahl des Rotorkopfs 4. Aus der Relativbewegung zwischen drehendem System und dem Standrohr 30 wird die Antriebsleistung für die hydraulische Leistungsversorgungseinrichtung gewonnen.
In der Leistungsversorgungseinrichtung 26 sind in einer kompakten Einheit neben der Pumpe 28 ein Ölreservoir, Filter, Flüssigkeitsakkumulatoren sowie Steuerventile untergebracht, die nicht dargestellt sind.
Die Stellglieder 24 sind über nicht dargestellte hydraulische Rohrverbindungen mit der Leistungsversorgungseinrichtung 26 verbunden.
Die im Leistungsversorgungssystem 26 anfallende Verlustwärme kann vorteilhaft über einen Öl-/Luftwärmetauscher 34 abgeführt werden, welcher durch die Drehbewegung des Rotorkopfs 4 ständig umströmt wird.

2: Hauptgetriebe
4: Rotorkopf
6: Stirnrad
8: Stirnrad
10: Abtriebsrad
12: Rotormast
14: Steuerstange im nichtdrehenden System
16: drehender Teil der Taumelscheibe
18: Einstellwinkel-Steuerhebel
20: Rotorblatt
22: Anschluß
24: Stellglied
26: Leistungsversorgungseinrichtung
28: Hydraulikpumpe
30: Standrohr
32: Gehäuse des Hauptgetriebes
34: Öl-/Luftwärmetauscher
37: Eingangswelle
38: nichtdrehender Teil der Taumelscheibe

Claims

Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberhauptrotor – mit einem von einem Hauptgetriebe drehantreibbaren Rotormast (12), – mit einer aus einem nichtdrehenden (38) und einem bei Betrieb drehenden Teil (16) bestehenden Taumelscheibe, die zur Übertragung von Steuerbewegungen von einem nichtdrehenden System (2) in ein drehendes System (4) dient, welche gegenüber dem Rotormast (12) kippbar und axial verschiebbar gelagert ist, und die von mindestens drei am nichtdrehenden Teil (38) angelenkten Steuerstangen (14) im nichtdrehenden System betätigbar ist und – mit mehreren gleichmäßig am Umfang einer Rotornabe angeordneten Rotorblättern (20), von denen jedes einen Einstellwinkel-Steuerhebel (18) aufweist, der gelenkig mit einem Anschluss (22) am drehenden Teil (16) der Taumelscheibe verbunden ist, wobei im drehenden System (4) zwischen den Anschlüssen am drehenden Teil (16) der Taumelscheibe und den Einstellwinkel-Steuerhebeln (18) hydraulische Stellglieder (24) angeordnet sind, die von einer hydraulischen Leistungsversorgungseinrichtung (26) individuell ansteuerbar sind, wobei die hydraulische Leistungsversorgungseinrichtung (26) im drehenden System angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormast einen zentralen Hohlraum aufweist, durch den ein Standrohr (30) als Momentenstütze geführt ist, welches drehfest im Gehäuse (32) des Hauptgetriebes verankert ist, und dass die hydraulische Leistungsversorgungseinrichtung (26) eine einzige koaxial zum Rotormast angeordnete, drehantreibbare Pumpe (28) aufweist, deren Eingangswelle von der Relativbewegung zwischen dem drehenden System (4) und der im nichtdrehenden System (2) verankerten Momentenstütze (30) angetrieben wird.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpe (28) ein Getriebe zur Drehzahlerhöhung vorgeschaltet ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsversorgungseinrichtung (26) in einer kompakten Einheit neben der Pumpe (28) ein Ölreservoir, Filter, Flüssigkeitsakkumulatoren oder Steuerventile umfasst.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im drehenden System ein Öl-/Luftwärme-tauscher (34) angeordnet ist.