DE2050018C3 - Hydraulische Betätigungseinrichtung zur zyklischen oder gemeinsamen Blattwinkelverstellung bei einem Hubschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Betätigungseinrichtung zur zyklischen oder gemeinsamen Blattwinkelverstellung bei einem Hubschrauber mittels einer Taumelscheibe, welche einen ersten hydraulischen Zylinder mit einer Kolbenstange eines ersten Kolbens, deren oberes Ende über ein Drehgelenk mit einem Taumelscheibenverstellhebel verbunden ist, sowie eine unterhalb der Taumelscheibe liegende Befestigungsanordnung zur Verbindung des Zylinders mit dem Hubschrauberrumpf aufweist.

Bei einer bekannten Betätigungseinrichtung dieser Art (DE-AS 12 70 409) ergeben sich Schwierigkeiten bei Belastung der Kolbenstange des Kolbens des ersten hydraulischen Zylinders durch Biegekräfte, wie sie beispielsweise durch bauliche Schwankungen innerhalb der im Flugzeugbau zulässigen Toleranzen zwischen den oberen und unteren Befestigungen der Betätigungseinrichtung sowie durch vom Rotorsystem erzeugte dynamische Kräfte auftreten können, und diese über die Betätigungseinrichtung übertragenen Belastungen können einen Ausfall der Betätigungseinrichtung oder ein Lösen der Betätigungseinrichtung aas ihren Halterungen bewirken.

Man hat zwar auch bereits versucht, eine Stütz- bzw. Lageranordnung für eine hydraulische Betätigungseinrichtung kugelförmig auszubilden (US-PS 31 52 522), um auf diese Weise die Belastungen durch unerwünschte ίο Biegekräfte zu vermeiden. Bei dieser bekannten Anordnung wurde jedoch einerseits eine Kugelfläche mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser gewählt, und andererseits liegt der Krümmungs- bzw. Kugelmittelpunkt im Bereich des Verlaufs der Kolbenstange, wodurch die auftretenden Biege- oder andere versetzt zugeführten Kräfte nicht in vollem Umfange normal auf die Stützfläche wirken, sondern immer eine wesentliche Kraftkomponente verbleibt, die auf die Kolben-Zylinder-Anordnung Biege- oder Scherspannungen ausübt
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine hydraulische Betätigungseinrichtung zu schaffen, bei der die auftretenden Biegekräfte praktisch vollständig in Druckkräfte umgewandelt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine hydraulische Betätigungseinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß unterhalb des ersten Zylinders koaxial zu diesem ein zweiter Zylinder angeordnet ist, der mit dem unteren Ende des Kolbens des ersten Zylinders gekoppelt ist und dessen Kolben mit seinem unteren Ende mit dem Hubschrauberrumpf verbunden ist, und daß die Befestigungsanordnung für den ersten Zylinder mindestens eine kugelförmige Stützfläche aufweist, deren Krümmungsmittelpunkt im Bereich der Hubmittelstellung des Drehgelenkes der Kolbenstange des ersten Kolbens liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung erfolgt somit eine Befestigung an zwei Stellen am Hubschrauberrumpf, nämlich einerseits mit dem unteren Ende der Kolbenstange des zweiten Kolbens des zweiten Zylinders und andererseits mittels des ersten Zylinders, dessen Lagerung in der im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs erwähnten Weise ausgestaltet wurde. Durch diese Ausgestaltung der Stützfläche wird erreicht, daß in diesem Bereich auftretende Kräfte zumindest innerhalb erheblicher Verformungsabweichungen immer normal auf die Stützfläche wirken, so daß diese Biegekräfte im wesentlichen in Druckkräfte umgewandelt werden. Dadurch werden Scherspannungen und zusätzliche Oberflächenspannungen vermieden und keine Biegespannungen über die Befestigungseinrichtung übertragen bzw. weitergegeben, durch die die Funktion der Befestigungseinrichtung beeinträchtigt werden könnte.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine doppelte hydraulische Betätigungseinrichtung zur zyklischen Blattwinkelverstellung.
F i g. 2 zeigt schematisch eine der Betätigungseinrichtungen gemäß F i g. 1 und deren Befestigung im Schnitt.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht einer der Betätigungseinrichtungen.

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Befestigungsan-Ordnung mit der entsprechend einer Kugelfläche ausgebildeten Stützfläche.

Fig. 1 zeigt die Steuereinrichtung zur zyklischen Steuerung der .Steuerstangen an der Taumelscheibe

eines Hubschraubers. Die Taumelscheibensteuerstangen sind nur teilweise bei 10a und 11a dargestellt Sie erstrecken sich in üblicher Weise von im Winkelabstand zueinander liegenden Stellen der Taumelscheibe radial nach außen. Ein Steuerrohr 12 verläuft von der Steuerstange I0a über ein Kardangelenk 13 zum oberen Ende der Kolbenstange eines ersten Kolbens 14, der in einem ersten Zylinder 15 angeordnet ist Dieser ist an einem Rahmenelement 16 befestigt das mit dem oberen Teil des Rahmens des Flugzeuges verbunden ist

Die Kolbenstange des Kolbens 14 erstreckt sich durch den ersten Zylinder 15 und ist über ein Steuerventilgestänge 17 mit einem zweiten Zylinder 18 verbunden, der ein Steuerventil 19 aufweist und einen zweiten Kolben 21 (in Fig. 1 nicht dargestellt) enthält, dessen Kolbenstange über ein Universalgelenk 20 am Flugzeugrahmen befestigt ist Das Gelenk 20 liegt am unteren Teil des Flugzeugrahmens und üblicherweise senkrecht unterhalb des Befestigungselementes 16.

Ein Servoventileingangsrohr 30 liegt .nit seinem oberen Ende über einen Schwenkpunkt 31 an einem Ende des Eingangssteuerhebels 32 Dieser Steuerhebel dient zur Steuerung der Ventile 17 und 19, so daß dem ersten Zylinder 15 und dem zweiten Zylinder 18 wahlweise Hydraulikfluid zugeführt werden kann. Das Rohr 30 wird über einen Kniehebel 35 betätigt, der über eine übliche Mischhebelanordnung 36 und Steuerrohre 37 und 38 mit dem Steuerknüppel 39 sowie einer magnetischen Bremseinrichtung, wie etwa der Bremse 40, verbunden ist.

Die zweite doppelte hydraulische Betätigungseinrichtung 11 entspricht der vorstehend beschriebenen Betätigungseinrichtung 10 und arbeitet über die Mischhebelanordnung 36. Die Betätigungseinrichtung 11 ist am Rahmenstützelement 41 befestigt und über ein Universalgelenk 42 mit dem unteren Teil des Rahmens des Flugzeuges verbunden. Zusätzlich zu den doppelten Betätigungseinrichtungen 10 und 11, die an den Elementen 16 unci 41 befestigt sind und zur zyklischen Steuerung der Rotorblätter benutzt werden, ist am Element 41 bei 43 eine dritte doppelte hydraulische Betätigungseinrichtung (nicht gezeigt) befestigt, die entsprechende Eingangs- und Ausgangsverbindung zur gemeinsamen Steuerung der Winkelstellung der Rotorblätter aufweist. Die drilte Betätigungseinrichtung kann genauso wie die Betätigungseinrichtungen 10 und 11 aufgebaut sein, und sie ist deshalb in dieser Figur nicht dargestellt.

Der Aufbau des Befestigungselementes 16 dient im wesentlichen dazu, das Auftreten von Biegekräften in den Betätigungseinrichtungen zu verhindern. In F i g. 2 ist die Betätigungseinrichtung 10 im Prinzip dargestellt, die einen Kolben 14 mit einer Kolbenstange aufweist, an deren oberem Ende sich ein Gabelkopf 13Λ eines Kardangelenkes (nicht gezeigt) befindet. Der Kolben 14 ist im ersten Zylinder 15 angeordnet. Dieser Zylinder ist an einer Stützplatte SO befestigt, die mit dem Flugzeugrahmen verbunden ist, und die derart geformt ist, daß sie eine Teilkugelfläche bildet, deren Krümmungsmittelpunkt im wesentlichen oberhalb der Stützplatte 50 liegt, und zwar etwa ^irn S /.Mmittelpunkt des am oberen Ende der Kolbenstange des Kolbens 14 angebrachten Gabelkopf 13fcdes Kardangelenkes.

Die Halterung für die Stützplatte 50 weist eine Mittelbohrung auf, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des ersten Zylinders 15, so daß beim Einbau der Betätigungseinrichtung eine Justierung erfolgen kann, durch die Schwankungen von Lage und Richtung der Halterung für die Stülzplatte 50 sowie der Lage des Universalgelenkes 20 ausgeglichen werden und eine Anpassung an Lageveränderungen infolge der Belastung des Flugzeuges möglich ist Die Halterungen für die Platte 50 und das Universalgelenk 20 sind derart angeordnet daß die Montage erfolgen kann, ohne daß am Anfang unerwünschte Biegespannungen in der Betätigungseinrichtung auftreten.

Wie dargestellt erstreckt sich die Kolbenstange des Kolbens 14 durch den ersten Zylinder 15 nach unten und ist mit dem oberen Ende des unteren Zylinders 18 gekoppelt In einer Arbeitsstellung führt das Steuerventil 17 über den Durchlaß 14a Hydraulikfluid zu, so daß im Bereich oberhalb des Dichtungsringes 14c im Zylinder 15 Druck ausgeübt wird, während das Ventil 17 in einer zweiten Arbeitsstellung über einen Durchlaß 146 Hydraulikfluid zuführt so daß im Zylinder 15 unterhalb des Dichtungsringes 14c Druck erzeugt wird.

In entsprechender Weise dient das Steuerventil 19 zur Zuführung von Hydraulikfluid in den Bereich unterhalb des Dichtungsringes 18r des zweiten Zylinders 18 mittels des Durchlasses 18a sowie in den Raum oberhalb des Dichtungsringes 18c des Zylinders 18 mittels des Durchlasses 18&

Die Ventile 17 und 19 arbeiten derart zusammen, daß bei gewünschter Verlängerung des Steuergestänges zur Ausübung einer nach oben gerichteten Kraft zu den Steuerstangen der Taumelscheibe Öl in die Bereiche oberhalb der Dichtung 18cim Zylinder 18 und unterhalb der Dichtung 14c im Zylinder 15 zugeführt wird. Eine nach unten gerichtete Kraft wird auf die Steuerstangen der Taumelscheibe dadurch ausgeübt, daß Öl in den Bereich unterhalb der Dichtung 18c des Zylinders 18 und in den Bereich oberhalb der Dichtung 14c im Zylinder 15 gebracht wird.

Die Befestigung mit der Stützplatte 50 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt und wird später anhand von F i g. 4 näher erläutert.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Taumelscheibensteuerstange 10a mit einem Steuerrohr 12 verbunden, das seinerseits über ein Kardangelenk 13 mit Gabelköpfen 13a und 136 und einem Zwischenstück 13c mit dem oberen Ende der Kolbenstange des Kolbens 14 verbunden ist. Das Befestigungselement 16 ist über ein Gehäuse 70 an der Betätigungseinrichtung befestigt. Das Gelenk 20 verbindet das untere Ende mit dem Rahmen.

Der Aufbau ist so gewählt, daß Stöße des Rotorpylons absorbiert werden und daß die Übertragung von Biegekräften auf die Betätigungseinrichtung vermieden wird, was insbesondere bei Verwendung von doppelten Kolben bisher Schwierigkeiten bereitete. Wird beispielsweise die obere Verbindung zur Steuerstange 10a um den Winkel a· verschoben, so besteht die Neigung, die Kolbenstange des Kolbens 14 zu verbiegen. Wegen der großen kugelförmigen Stützfläche im Gehäuse 70 werden jedoch diese Kräfte aufgenommen, ohne daß unterhalt) des Befestigungselementes 16 eine Biegewirkung auftritt. Die Verschiebung χ kann dynamisch, also etwa durch Pylonstöße hervorgerufen werden, oder konstant sein, wenn sie bei Montage der Betätigungseinrichtung infolge des Rahmenaufbaus des Flugzeuges entsteht. Ferner kann eine derai'iige Verschiebung durch Verformungen des Flugzeugrahmens infolge Belastung mit Passagieren und/oder Fracht erfolgen.

Außerdem bewirken Bewegungen des Steuerknüppels durch den Piloten, wie in F i g. 1 dargestellt, über ein

mechanisches Gestänge eine Bewegung des Steuerrohres 30 und eine Betätigung des Steuerhebels 32. Der Steuerhebel 32 wird am Punkt 32a geschwenkt und ist über eine Schwenkverbindung 32b mit einem Steuerventilgestänge 60 verbunden. Dieses Gestänge erstreckt sich nach oben zur Eingangssteuerung 61 des Ventils 17 und nach unien zur Eingangssteuerstange 62 des Ventils 19.

Der Aufbau des Gehäuses 70 gemäß Fig.3 ist in Einzelheiten in F i g. 4 dargestellt. Ein becherförmiges Element 70a ist durch Schrauben 71 und 72 mit dem Befestigungselement 16 verbunden. Dieses becherförmige Element ist nach oben geöffnet und hat eine untere zylindrische öffnung 73, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des unteren Teils 15a des ersten Zylinders 15. Dieser Zylinder hat eine nach unten gerichtete Lagerfläche \5b, deren Form einem Teil einer Kugelfläche entspricht. Zwischen der oberen Fläche 70b des becherförmigen Elements 70a und der unteren Fläche 156 des Zylinders 15 ist ein Lagereinsatz 50a angeordnet. Ein zweiter Lagereinsatz 76 ist nahe dem unteren Ende des becherförmigen Elements 70a vorgesehen. Ein Lagerring 77 ist am unteren Teil 15a des ersten Zylinders 15 befestigt, und schließlich ist eine Kontermutter 78 am unteren Teil 15a angebracht, die mittels eines durch Löcher 77a und 78a geführten Drahtes festgelegt ist.

Das untere Ende 15a des ersten Zylinders 15 besteht aus einem getrennten Element und ist mittels Schrauben i5d am oberen Teil 15c des Zylinders 15 befestigt. Die Kolbenstange des Kolbens 14 erstreckt sich unter den unteren Teil des Zylinders 15.

Die Lagereinsätze 50a und 76 gemäß Fig.4 und die mit ihnen in Berührung stehenden Flächen sind so geformt, daß ihre Oberflächen den Flächen konzentrischer Kugeln entsprechen, deren Krümmungsmittelpunkt etwa im Hubmittelpunkt des Gabelkopfes 136 des Kardangelenkes 13 (Fig.3) liegt, der am oberen Ende der Kolbenstange des Kolbens 14 angebracht ist. Der Krümmungsradius ist gleich dem Abstand vom Mittelpunkt zu den Lagereinsätzen 50 und 76. Diese gewölbte Ausbildung der Verbindung verhindert das Auftreten von Biegekräften in der Betätigungseinrichtung. Dies ist besonders wichtig für denjenigen Teil der Betätigungseinrichtung, der zwischen dem Befestigungselement 16 (F i g. 1) und der unteren Befestigungsstelle liegt, auf den dynamische Kräfte keinen Einfluß mehr haben, die oberhalb des Befestigungseiementes 16 auf die Betätigungseinrichtung in solchen Richtungen einwirken, die nicht parallel zur Achse des Kolbens 14 verlaufen. Wenn die Abmessungen und die Kräfte so sind, daß die Kräfte, die dem oberen Ende der Kolbenstange des Kolbens 14 von der Stange 12 über den Gabelkopf 136 zugeführt werden, eine Winkelabweichung von der Zylinderachse haben, die geringer als die Winkelabweichung der Geraden von der Mitte des Gabelkopfes 13i> zum Umfang der Lagereinsätze 50a und 76 ist, dann ergibt sich immer eine Stützfläche, die senkrecht und gegenüber der Angriffslinie in Kraft liegt, so daß diejenigen Kräfte, die bisher Verbiegungen der Betätigungseinrichtung hervorriefen und unerwünschte Spannungen erzeugte, niemals auf die hydraulische Betätigungseinrichtung 10 unterhalb des Halteelementes 16 übertragen werden können. Da die Lagereinsätze 50 und 76 in ihrer Form Teilen einer Kugel entsprechen, können die nach unten gerichteten Kräfte unter irgendeinem Winkel innerhalb derjenigen Grenzen zugeführt werden, die durch den Durchmesser der Stützfläche und die zulässige Abweichung im oberen Ende des Zylinders gegeben sind, und es werden immer nach unten gerichtete Kräfte erreicht, die normalerweise entgegengesetzt von demjenigen Punkt an der Fläche ausgehen, an dem die Kraft auftritt. Durch die beschriebene kugelförmige Ausbildung der Stützfläche können die unerwünschten Kräfte über die Befestigungsanordnung auf den Flugzeugrahmen übertragen werden, ohne daß Biegekräfte in der Betätigungseinrichtung auftreten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Betätigungseinrichtung zur zyklischen oder gemeinsamen Blattwinkelverstellung bei einem Hubschrauber mittels einer Taumelscheibe, welche einen ersten hydraulischen Zylinder mit einer Kolbenstange eines ersten Kolbens, deren oberes Ende über ein Drehgelenk mit einem Taumelscheibenverstellhebel verbunden ist, sowie eine unterhalb der Taumelscheibe liegende Befestigungsanordnung zur Verbindung des Zylinders mit dem Hubschrauberrumpf aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des ersten Zylinders (15) koaxial zu diesem ein zweiter Zylinder (J8) angeordnet ist, der mit dem unteren Ende des Kolbens (14) des ersten Zylinders (15) gekoppelt ist und dessen Kolben (21) mit seinem unteren Ende (20) mit dem Hubschrauberrumpf verbunden ist, und da3 die Befestigungsanordnung (16, 70) für den ersten Zylinder (15) mindestens eine kugelförmige Stützfläche (50, 70b, 76) aufweist, deren Krümmungsmittelpunkt im Bereich der Hubmittelstellung des Drehgelenks (Gabelkopf 136, Kardangelenk 13) der Kolbenstange des ersten Kolbens (14) liegt.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsanordnung (16, 70) für den ersten Zylinder (15) ein am Hubschrauberrumpf befestigtes becherförmiges Element (70a) mit einer in dessen Boden vorgesehenen Mittelöffnung (73) und einer inneren Ringfläche (70b) aufweist und daß am ersten Zylinder (15) eine auf der inneren Ringfläche (706,) aufliegende Ringfläche (i5b) vorgesehen ist, wobei die beiden Ringflächen (706, i5b) einander angepaßt sind und jeweils die Form einer Teilkugelfläche haben.

3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Ringflächen (706, t5b) ein entsprechend der Teilkugelfläche geformter erster Lagereinsatz (5Oa^ vorgesehen ist.

4. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen zweiten, Teilkugelflächen aufweisenden Lagereinsatz (76) zwischen dem Boden des becherförmigen Elementes (7Oa^ und einem am ersten Zylinder (15) befestigten Lagerring (77).