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Die Erfindung betrifft ein Hubschrauberrotorblatt, das eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, die sich in Längsrichtung zwischen einem Blattanschluss und einer Blattspitze erstrecken, wobei es ein Profil mit einem Bereich maximaler Profildicke zwischen Vorderkante und Hinterkante aufweist.
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Ein derartiges Rotorblatt wird insbesondere im Zusammenhang mit Modellhubschraubern eingesetzt und dort vor allem im Bereich des Kunstfluges. Derartige Rotorblätter weisen dabei in der Regel ein zumindest im Wesentlichen konvexes Profil auf, wobei ein Bereich maximaler Profildicke üblicherweise näher an der Vorderkante als an der Hinterkante ausgeprägt ist. Als Profil wird in diesem Zusammenhang immer das Querschnittsprofil des Rotorblatts bezeichnet, das sich senkrecht zu dessen Längsachse erstreckt.
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Die
DE 32 26 968 C2 beschreibt ein Flügelprofilblatt für Flugzeugpropeller, bei dem sich der Querschnitt des Flügelprofilblattes von der Blattwurzel bis zur Spitze des Blattes verändert. Relative Positionswerte in Tabellen I bis VI zeigen zwar eine Tendenz zur Abnahme des Abstandes zwischen dem Bereich maximaler Profildicke und der Vorderkante des Profils in Richtung vom Blattanschluss zur Blattspitze, jedoch haben die Profilquerschnitte HS1-620 und HS1-712 einerseits und die Profilquerschnitte HS1-404 und HS1-606 ihre Maxima jeweils am gleichen Ort (x/c = 0,18 bzw. 0,34).
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Zum Erzeugen von Auftrieb rotieren die Rotorblätter mit einem in der Regel variablen Anstellwinkel um eine angetriebene Nabe. Dafür sind die Rotorblätter mit ihrem Blattanschluss üblicherweise über eine Taumelscheibe an der Nabe befestigt. Durch eine Verstellung der Taumelscheibe lassen sich dann der Anstellwinkel und damit der Auftrieb einstellen.
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Neben dem Einsatz zum Erzeugen von Auftrieb kommen Rotorblätter bei Hubschraubern auch als Heckrotor zum Einsatz und dienen dort zur Drehmomentsteuerung bzw. zur Einstellung der Flugrichtung.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Rotorblatt zur Verfügung zu stellen, das eine hohe Manövrierfähigkeit ermöglicht und lange Flugzeiten erlaubt. Insbesondere für Modellhubschrauber im Kunst- beziehungsweise im 3D-Flug-Bereich sind diese Eigenschaften stark gefragt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Rotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 10.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass ein Abstand zwischen dem Bereich maximaler Profildicke und der Vorderkante in einer Richtung vom Blattanschluss zur Blattspitze abnimmt. Die Profildicke entspricht einem Abstand zwischen einer Oberseite und einer Unterseite des Rotorblatts. Üblicherweise verläuft der Bereich maximaler Profildicke in einem konstanten Abstand zur Vorderkante, wohingegen nun erfindungsgemäß vorgesehen ist, den Abstand in Richtung zur Blattspitze hin zu verringern. Damit wandert ein Druckpunkt des Rotorblatts in Abhängigkeit von der Entfernung zum Blattanschluss und ist im Bereich benachbart zur Blattspitze näher an der Vorderkante als in der Nähe des Blattanschlusses. Diese Ausgestaltung hat positive Auswirkungen auf die Manövrierfähigkeit. Durch den größeren Abstand des Bereiches maximaler Profildicke zur Vorderkante in der Nähe zum Blattanschluss wird eine relativ hohe Flugstabilität erreicht, während durch die Verringerung des Abstandes in Richtung zur Blattspitze hin gleichzeitig eine hohe Wendigkeit ermöglicht wird. Dabei wird durch die Verlagerung des maximalen Bereiches die unterschiedliche Anströmgeschwindigkeit bei Rotation des Rotorblattes berücksichtigt. Somit ergibt sich eine gleichmäßige Auftriebsverteilung über die Blattlänge und damit eine gleichmäßigere Materialbelastung. Dabei ist auch bei extremen Flugzuständen ein Flattern der Blattspitzen kaum zu erwarten. Zusätzlich wird bei stärkeren Abfangmanövern ein Aufschwingen der Hubschraubernase minimiert.
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Bevorzugterweise nimmt dabei der Abstand linear ab. Entlang der Längsrichtung des Rotorblatts gesehen liegen die Bereiche der maximalen Profildicke also auf einer Linie, die sich immer mehr der Vorderkante annähert. Plötzliche Änderungen der Profildicke beziehungsweise der Lage des Bereiches maximaler Profildicke treten dabei nicht auf.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Betrag der maximalen Profildicke vom Blattanschluss zur Blattspitze hin abnimmt. Der Betrag der maximalen Profildicke entspricht dem maximalen Abstand zwischen Oberseite und Unterseite des Rotorblatts. Das Rotorblatt verjüngt sich also zur Blattspitze hin beispielsweise um 10 bis 20 Prozent, insbesondere um 10 bis 15 Prozent oder bis maximal 12 Prozent. Dadurch ergibt sich ein reduzierter Blattwiderstand und damit eine Verringerung von Strömungsverlusten beziehungsweise eine Verlängerung von Flugzeiten.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass eine prozentuale Dickenrücklage in Längsrichtung konstant bleibt. Unter einer prozentualen Dickenrücklage wird das Verhältnis vom Abstand des Bereiches maximaler Profildicke zur Vorderkante in Bezug auf den Betrag der maximalen Profildicke verstanden. Bei einer gleichmäßigen Verringerung der Blattdicke verringert sich also der Abstand zwischen der Vorderkante und dem Bereich maximaler Profildicke um einen gleichen Faktor. Damit wird eine gleichmäßige Auftriebsverteilung über die gesamte Länge des Rotorblattes bei reduzierten Steuerkräften erreicht, die mit einer geringen Geräuschentwicklung aufgrund geringer Verwirbelungen einhergeht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Rotorblatt eine Rechteckform auf. Die Hinterkante und die Vorderkante verlaufen also parallel zueinander. Dadurch wird eine Druckpunktwanderung bei unterschiedlichen Anstellwinkeln vermieden.
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Das Profil des Rotorblatts kann beispielsweise als symmetrisches Profil oder als halbsymmetrisches Profil ausgebildet sein. Bei einem symmetrischen Profil weisen Oberseite und Unterseite des Rotorblattes ein identisches, konvexes Profil auf. Bei einem halbsymmetrischen Profil sind Oberseite und Unterseite ebenfalls konvex ausgebildet, die Unterseite aber insgesamt dünner. Dadurch wird auch bei einem Anstellwinkel von 0° bereits Auftrieb erzeugt. Ein symmetrisches Profil eignet sich insbesondere für den Kunst- und 3D-Flug, weil sowohl in einer Normallage als auch in einer Rückenlage des Hubschraubers Auftrieb in gleichem Maße erzeugt werden kann, da dieser nur vom Anstellwinkel abhängig ist. Durch ein halbsymmetrisches Profil wird hingegen ein besserer Wirkungsgrad erreicht, der mit einem geringeren Energieverbrauch und damit längeren Flugzeiten einhergeht. Für den Kunstflug eignen sich halbsymmetrische Profile allerdings weniger, da in der Rückenlage weniger Auftrieb erzeugbar ist, als in Normallage.
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Es ist auch möglich, das Profil nicht ausschließlich konvex auszubilden, sondern auch konkave Bereiche insbesondere im Anschluss an den Bereich maximaler Profildicke vorzusehen.
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Vorzugsweise weist das Rotorblatt ein Verbundmaterial auf. Dadurch ist es möglich, das Rotorblatt sehr stabil und gleichzeitig mit einem geringen Gewicht auszubilden. Als Verbundmaterial kommt dabei vorzugsweise Kohlefaserverbundmaterial zum Einsatz, dass insbesondere eine Aramidverstärkung aufweist. Die Aramidverstärkung bewirkt einen Schutz vor Abreißen von einzelnen Teilen beispielsweise im Falle eines Bruches des Rotorblattes. Mit einem Kohlefaserverbundmaterial lassen sich dabei sehr stabile und gleichzeitig sehr leichte Rotorblätter herstellen, die sich insbesondere im Hinblick auf Steifigkeit und Dämpfungsverhalten sehr genau auf die jeweiligen Anforderungen einstellen lassen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass das Profil des Rotorblattes einen Styroporkern aufweist. Der Styroporkern weist dabei nur eine sehr geringe Masse auf und bewirkt eine Dämpfung insbesondere von Schallemissionen.
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Eine bevorzugte Länge des Rotorblattes liegt zwischen 50 Millimetern und 10 Metern, insbesondere zwischen 100 Millimetern und 1000 Millimetern. Das Rotorblatt dient also im Wesentlichen für den Einsatz mit Modellhubschraubern und dort insbesondere zum Fliegen extremer Flugmanöver.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.
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Hierin zeigen:
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1 eine Draufsicht auf ein Rotorblatt,
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2 eine Seitenansicht des Rotorblatts,
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3 ein Querschnittsprofil des Rotorblatts im Bereich des Blattanschlusses und
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4 einen Querschnitt des Rotorblatts im Bereich der Blattspitze.
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In 1 ist ein Rotorblatt 1 in Draufsicht dargestellt. Das Rotorblatt 1 weist einen Blattanschluss 2 und eine Blattspitze 3 sowie eine Vorderkante 4 und eine Hinterkante 5 auf. Dabei verlaufen die Vorderkante 4 und die Hinterkante 5 bei diesem Ausführungsbeispiel parallel zueinander, das Rotorblatt 1 hat also eine Rechteckform. Eine Breite b des Rotorblatts 1 bleibt also über dessen Länge l außer im Bereich des Blattanschlusses 2 und im Bereich der Blattspitze 3 konstant.
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Das Rotorblatt 1 ist ungeschränkt ausgebildet. Im Betrieb entspricht also ein Anstellwinkel im Bereich des Blattanschlusses 2 einem Anstellwinkel im Bereich der Blattspitze 3.
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Der Blattanschluss 2 dient zur Befestigung des Rotorblatts 1 an einer Rotorblattnarbe, beispielsweise über eine Taumelscheibe. In Betrieb rotiert das Rotorblatt 1 dann um die nicht dargestellte Rotorblattnarbe, wobei sich die Blattspitze 3 aufgrund des größeren Abstandes zur Rotorblattnarbe schneller bewegt als der Bereich des Blattanschlusses 2. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Anströmgeschwindigkeiten.
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Eine Strich-Punkt-Linie symbolisiert einen Bereich 6 einer maximalen Profildicke, also einen Bereich, in dem eine Entfernung zwischen einer Oberseite 8 und einer Unterseite 9 des Rotorblatts 1 maximal ist. Es ist zu erkennen, dass sich der Bereich 6 der Vorderkante 4 annähert. In anderen Worten nimmt ein Abstand zwischen dem Bereich 6 der maximalen Profildicke und der Vorderkante 4 in Richtung zur Blattspitze 3 hin ab. Der Verlauf des Bereiches maximaler Profildicke liegt dabei auf einer Linie, die sich nicht, wie üblich, parallel zu einer Längsachse der Rotorblatts 1 erstreckt, sondern die in einem Winkel dazu verläuft. Der Winkel liegt beispielsweise im Bereich zwischen 1° und 15°. Ein Druckpunkt des Rotorblatts 1 verlagert sich also mit zunehmendem Abstand zum Blattanschluss 2 in Richtung Vorderkante. Gleichzeitig verjüngt sich das Rotorblatt 1 in Richtung Blattspitze 3, der Betrag der maximalen Profildicke nimmt also ab.
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Verdeutlicht wird dies durch die Schnittdarstellungen eines Profils 7 des Rotorblatts 1, das in der Nähe des Blattanschlusses 2 eine maximale Profildicke d1 in einem Abstand a1 zur Vorderkante aufweist, während eine maximale Profildicke d2 in einem Abstand a2 in Bereich der Blattspitze 3 ausgebildet ist. Dabei nimmt sowohl die maximale Profildicke d1, d2 als auch der Abstand a1, a2 kontinuierlich ab.
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Die Abnahme des Betrags der maximalen Profildicke geht beispielsweise auch aus 2 hervor, in der das Rotorblatt 1 in Seitenansicht dargestellt ist. Beispielsweise beträgt die maximale Profildicke d1, also der maximale Abstand zwischen Oberseite 8 und Unterseite 9, in der Nähe des Blattanschlusses 2 etwa 10 Millimeter, während der Betrag der maximalen Profildicke d2 benachbart zur Blattspitze bei 8,5 Millimetern liegt. Das Rotorblatt 1 verjüngt sich also kontinuierlich über seine Länge l, die beispielsweise im Bereich zwischen 600 und 800 Millimetern liegt, während seine Breite b beispielsweise 50 bis 70 mm beträgt und über die Länge l konstant bleibt.
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In den 3 und 4 sind Querschnitte des Rotorblattes 1 gezeigt, wobei in 3 das Profil im Bereich des Blattanschlusses 2 und in 4 das Profil im Bereich der Blattspitze 3 gezeigt ist. Sowohl die Dicke d1 des Bereichs der maximalen Profildicke als auch dessen Abstand a1 zur Vorderkante 4 sind im Bereich des Blattanschlusses 2 des Rotorblatts 1 größer als der entsprechende Abstand a2 beziehungsweise die entsprechende Profildicke d2 im Bereich der Blattspitze.
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Dabei bleibt eine prozentuale Dickenrücklage konstant. Ein Verhältnis des Abstandes zum Betrag der maximalen Profildicke bleibt also unverändert. Dementsprechend gilt über die Länge l des Rotorblatts 1 gesehen: a1/d1 = a2/d2.
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Das gezeigte Rotorblatt 1 weist ein symmetrisches Profil auf, also eine gleiche Ausbildung von Oberseite 8 und Unterseite 9. Es ist auch denkbar, das Prinzip auf ein halbsymmetrisches Rotorblatt zu übertragen, bei dem die Unterseite dünner ausgebildet ist, als die Oberseite. Eine Verlagerung des Bereiches maximaler Profildicke entlang der Längsrichtung des Rotorblattes kann auch bei Rotorblättern vorgesehen werden, deren Form von einer Rechteckform abweicht.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein Rotorblatt erhalten, das insbesondere für Modellhubschrauber im Bereich des Kunst- und 3D-Flugs eingesetzt werden kann. Dabei liegen Rotorgeschwindigkeiten üblicherweise zwischen 1.900 und 2.600 Umdrehungen pro Minute.
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Das erfindungsgemäße Rotorblatt ermöglicht eine gleichmäßige Auftriebsverteilung über die Blattlänge und längere Flugzeiten, wobei Steuerkräfte sowohl an der Taumelscheibe als auch bei Steuerungsservos reduziert werden. Damit ergeben sich eine geringe Geräuschentwicklung und längere Flugzeiten. Auch bei extremen Manövern, wie beispielsweise starken Abfangmanövern und Ähnlichem, ergibt sich dabei eine stabile Fluglage, wobei insbesondere keine aufschwingende Hubschraubernase, kein Flattern der Blattspitzen und auch kein Drehmomentabfall eines Triebwerkes zu befürchten ist. Zumindest ergeben sich gegenüber herkömmlichen Rotorblättern signifikante Verbesserungen sowohl hinsichtlich der Manövrierbarkeit als auch im Hinblick auf eine Verlängerung der Flugzeiten durch eine effizientere Auftriebserzeugung.
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Die Erfindung ist nicht auf eines der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abänderbar.
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So finden Rotorblätter nicht nur bei Hubschraubern oder allgemein Drehflüglern Anwendung, sondern auch in benachbarten technischen Gebieten wie beispielsweise bei Windkraftanlagen. Auch wenn ein bevorzugtes Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung im Bereich der Modellhubschrauber und dabei insbesondere im Bereich des Kunst- und 3D-Flugs liegt, ist ein anderweitiger Einsatz also ebenfalls möglich.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotorblatt
- 2
- Blattanschluss
- 3
- Blattspitze
- 4
- Vorderkante
- 5
- Hinterkante
- 6
- Bereich
- 7
- Profil
- 8
- Oberseite
- 9
- Unterseite
- a1, a2
- Abstand
- d1, d2
- maximale Profildicke
- b
- Breite
- l
- Länge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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