DE2150761A1

DE2150761A1 - Halbsteife Rotoranordnung fuer Drehfluegelflugzeuge

Info

Publication number: DE2150761A1
Application number: DE19712150761
Authority: DE
Inventors: Rogers Victor Alfred Baden; Balmford David Ernest Hall; Ciastula Tadeusz Leopold
Original assignee: Westland Aircraft Ltd
Current assignee: Westland Group PLC
Priority date: 1970-10-15
Filing date: 1971-10-12
Publication date: 1972-06-15
Also published as: GB1310035A; IT939542B; CA952888A; DE2150761B2; DE2150761C3; FR2110441A1; FR2110441B1

Description

WlSTLAND AIRCRAFT LIMITED, Yeovil/Somerset, England

Halbsteife Rotoranordnung für Drehflügelflugzeuge.

Die Erfindung bezieht sich auf halbsteife Rotoranordnungen für Drehflügelflugzeuge, insbesondere solche halbsteifen Rotoranordnungen, die eine Rotornabe mit von der Nabe nach außen verlaufenden Biegeelementen.aufweisen.

Unter einer halbsteifen Rotoranordnung wird eine Rotoranordnung verstanden, die keine mechanischen Klappen- (flap) und Schwenkscharniere (lead-lag) am Verbindungspunkt zwischen jedem Rotorblatt und einer Rotornabe benötigt, wobei die Scharniere durch Biegeelemente ersetzt werden, die entsprechende elastische Biegeeigenschaften aufweisen, welche die nötige Bewegungsfreiheit der Rotorblätter in der Schlagebene und in der Schwenkebene ergeben. Es sind verstellbare Gelenke vorgesehen, die die Vornahme von Änderungen der Steigung der Rotorblätter ermöglichen.

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Die Vorteile einer halbsteifen Rotoranordnung sind niedrigere Kosten aufgrund einer vereinfachten Konstruktion, geringeres Gewicht und einfache Wartung.

Gemäß der Erfindung wird bei einer halbsteifen Rotoranordnung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß jedes Biegelß ment innere und äußere Teile aufweist, die über ein verstellbares Gelenk miteinander verbunden sind, wobei der innere Teil sich zwischen der Narbe und dem verstellbaren Gelenk erstreckt und der äußere Teil von dem verstellbaren Gelenk ausgeht und an ψ einer Stelle endet, an der ein Rotorblatt befestigt werden kann.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer halbsteifen Rotoranordnung nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht durch die Rotornabe und eines der nach außen verlaufenden Biegeelemente, wobei Einzelheiten der verstellbaren Gelenkanordnung gezeigt sind, und

Flg. J eine Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 2.

Nach Fig. 1 ist eine Rotornabe allgemein mit 10 dargestellt; sie kann mit einer Rotorantriebswelle an ihrem unteren Ende verbunden werden. Vier Biegeelemente 11 verlaufen von der Nabe nach außen, jedes dieser Elemente besteht aus inneren und äußeren Teilen 12 und 13> welche miteinander über verstellbare Gelenke 14 verbunden sind.

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In dem dargestellten Beispiel sind die inneren Teile 12 einstückig mit der Nabe 10 ausgebildet, und zwar ist die Einheit als Schmiedestück hergestellt. Die äußeren Teile 13 und die Einheit, die die Nabe 10 und die inneren Teile 12 aufweist, bestehen aus Titan.

Jeder innere Teil 12 verjüngt sich ausgehend von einem mit parallelen Selten versehenen Abschnitt, der in einer horizontalen Ebene an dem Nabenende verlängert isc, bis zu einem kreisförmigen Abschnitt am Außenende, wobei dieses Außenende verlängert ist, wie bei 15 (Fig. 2) angedeutet, damit das innere Gehäuse eines jeden verstellbaren Gelenkes 14 gebildet wird. Jeder äußere Teil 13 ist mit einer Hülse 16 am Innenende versehen, die dieses äußere Gehäuse der verstellbaren Gelenke 14 darstellt (Fig. 2). Die äußeren Teile 13 sind kreisförmig im Schnitt und haben entsprechend geformte Außenenden 17* die mit zwei Schraubenlöchern zur Befestigung der Rotorblätter 18 versehen sind (Fig. 1).

In Fig. 2 sind Lageranordnungen 19 in dem verstellbaren Gelenk 14 zwischen der Verlängerung 15 des inneren Teiles 12 und der Hülse 16 des äußeren Teiles 13 vorgesehen, damit der äußere Teil 13 in bezug auf den inneren Teil 12 gedreht werden kann; auf diese \ieise werden gesammelte und zyklische Steigungsänderungen erreicht, wie in der Drehflügeltechnik allgemein bekannt ist. Eine Drehung wird über Arme 20 erzielt, die über Anlenkungen 21 und eine Drehkreuzanordnung 22 mit Hilfe eines Betätigungshebels 23 (Fig. 1) bewegt werden; letzterer ist mit den Hubschraubersteuerungen verbunden (nicht dargestellt). Ein Drehstab 24 (FIg. 2) ist in jedes verstellbare Gelenk 14 (feathering hing^ eingebaut und nimmt Zentrifugalbelastungen und Steuerenergiebelastun.jen aufgrund von Änderungen der Rotorblattsteigungseins" ellun.Tren auf.

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Ein eingebauter konischer Winkel ist im Rotorsystem in der in Fig. 2 angedeuteten Weise vorgesehen, wobei eine Linie senkrecht zur vertikalen Mittenlinie der Nabe 10 mit der Mittenlinie des Bauteiles 11 verglichen wird; der konische Winkel ist mit 25 angegeben. Aus der Mittenlinie 26 nach Fig. 3 ergibt sich, daß die Biegeelemente 11 gegenüber der Drehachse der mit 27 angegebenen Nabe versetzt sind.

In Betrieb als gesamte RotoranOrdnung sprechen die inneren Teile 12 der Biegeelemente 11 auf die Schlagauslenkungen der Rotorblätter durch die elastischen Biegeeigenschaften und die Form des W Bauteiles an. Eine Auslenkung zur Erzielung der Schwenkbewegungen der Rotorblätter wird zwischen dem äußeren (kreisförmiger Schnitt) Ende der inneren Teile 12 und den äußeren Teilen 13.·. mit denen die Rotorblätter 18 befestigt sind, aufgeteilt.

Hieraus ergibt sich, daß die inneren Teile 12, die die Schlagbewegungen ergeben, innerhalb der verstellbaren Gelenke 14 angeordnet sind, und daß ihre inneren Enden so nahe wie baulich möglich an der Achse 27 der Rotorantriebswelle angeordnet sind. Dies bewirkt, daß die Zunahme der Steuerenergie des halbsteifen Rotors im VergMch zu dem angelenkten Typ so klein wie möglich gehalten wird, um die weniger erwünschten Eigenschaften hoher Steuerenergie, z.B. Steigungsmomente und Schwingungen innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten. Die Auslegung eines Jeden verstellbaren Gelenkes 14 gewährleistet, daß die Achse des Gelenkes eng der Auslenkung des Blattes folgt, wodurch gewährleistet wird, daß Änderungen der Blattsteigung aufgrund einer Nacheilbewegung auf einem Minimum gehalten werden, so daß die Dämpfungsanftrderungen an die Blattnacheilebene verringert werden, um eine Steigungs-Nacheilinstabilität zu unterdrücken, während erwünschte Ansprecheigenschaften aufrechterhalten werden.

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Obgleich der größere Teil der Biegeauslenkung in der Nacheilebene außerhalb des verstellbaren Gelenkes 14 erfolgt, gewährleistet die angepaßte Steifigkeit außerhalb des verstellbaren Gelenkes, die durch Anwendung eines kreisförmigen Querschnittes für die äußeren Teile 13 erzielt wird, daß keine nachteiligen Steigungsmomente und Auslenkungen durch die Blattschlag- und Nacheilbewegungen ■verursacht werden. Die Auslegung der inneren und äußeren Teile 12 und 13 der Biegeelemente 11 in bezug auf die verstellbaren Gelenke 14 gewährleistet, daß keine Torsionsmoment e auf den inneren Teil 12, der in der Tor--sion flexibel ist, gegeben werden, so daß eine hohe Grundtorsionselgenfrequenz des Blattes erzielt werden kann, was eine sehr erwünschte Eigenschaft vom aeroelastischen Standpunkt aus ist.

Vorliegende Erfindung trennt praktisch die Abhängigkeit der Grundschlag- und -sehwenkfrequenzen von dem Steifigkeitswert eines einzelnen Bauelementes dadurch, daß sie innerhalb getrennter innerer und äußerer Teile 12 und 13 der Biegeelemente 11 gesteuert werden. Zusätzlich wi^rd die kritische Wurzelendbeanspruchung der Rotorblätter weitgehend von den Problemen zur Erzielung der gewünschten Grundschlag- und -sehwenkfrequenzen getrennt. Die Rotoranordnung gemäß vorliegender Erfindung stellt eine Verbesserung der Handhabung und Stabilität dar, indem ein verbessertes Ansprechen auf Steuereingänge in Verbindung mit einer Erlihung der aerodynamischen Dämpfung erzielt wird.

Obgleich nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und dargestallt worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise können die inneren Teile 12 getrennt hergestellt und mit der Rotornabe 10 über geeignete Mittel, z.B. Schraubverbindungen befestigt sein. In jedem verstellbaren Gelenk 14 können zusätalich zu den Lageranordnungen 19 Drucklager vorgesehen sein, um den Aufbau der Anordnung zu

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verbessern. Zur Herstellung der inneren und äußeren Teile 12 und 13 der Biegeelemente 11 können beliebige Materialien verwendet werden, soweit sie die entspreehenden Eigenschaften besitzen.

Claims

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Patentansprüche:

1./ Halbsteife Rotoranordnung, für Drehflügelflugzeuge, die

ne Rotornabe mit von der Nabe nach außen verlaufenden Biegeelementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Biegeelement (11) innere und äußere Teile (12, 13) aufweist, die über ein verstellbares Gelenk (14) miteinander verbunden sind, wobei der innere Teil (12) sich zwischen der Nabe (10) und dem verstellbaren Gelenk (14) erstreckt und der äußere Teil (13) von dem verstellbaren Gelenk (14) ausgeht und an einer Stelle endet, an der ein Rotorblatt (l8) befestigt werden kann.

2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Biegeelemente (11) sich von der Nabe (10) nach außen erstrecken.

3. Rotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Teile (12) der Biegeelemente (l4) eine einstückige Konstruktion mit der Rotornabe (10) bilden.

4. Rotoranordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder innere Teil (12) sich von einem Querschnitt mit parallelen Seiten, der in der horizontalen Ebene am Nabenende verlängert ist, in einen kreisförmigen Querschnitt am Außenende verjüngt.

5· Rotoranordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder äußere Teil (13) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.

6. Rotoranordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlängerung des Außenendes des inneren Teiles (12) ein inneres Gehäuse des verstellbaren Gelenkes (14) bildet und daß eine Hülse (16) am Innenende des äußeren Teiles (13) ein äußeres Gehäuse des verstellbaren Gelenkes (l4) darstellt.

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7. Rotoranordnung nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse in Lageranordnungen (19) drehbar ist, die am inneren Gehäuse befestigt sind.

8. Rotoranordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehstab (24) in jedes stellbare Gelenk (14) eingesetzt ist.

9· Rotoranordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein konischer Winkel in jedem Biegeelement (11) vorgesehen ist.

10. Rotüranordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Biegeäement (11) gegenüber der Drehachse der Rotoranordnung versetzt ist.

11. Rotoranordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes Auslenkungen der Rotorblätter (8) in den Schlag- und Schwenkebenen innerhalb der inneren und äußeren Teile (12, 13) der Biegeelemente (11) gesteuert sind.

12. Rotoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkungen in der Schlagebene innerhalb der inneren Teile (12) steuerbar sind und daß die Auslenkungen in der Schwenkebene innerhalb der äußeren Teile (13) steuerbar sind.

13· Halbsteife Rotoranordnung für ein Drehflügelflugzeug mit einer Vielzahl von Rotorblättern, die an einer Nabe mittels Biegeelementen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslenkung der Rotorblätter (l8), die während des Betriebes in den Schlag- und Schwenkebenen auftritt, getrennt von den elastischen Biegeeigenschaften der inneren und äußeren Teile (12, 13) der Biegeelemente (11) steuerbar ist, wobei die inneren und äußeren Teile (12, 13) eines jeden Biegeelementes (11) durch ein verstellbares Gelenk (14) getrennt sind.

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l4. Verfahren zur Steuerung von Schlag- und Schwenkauslenkungen während der Drehung eines jeden einer Vielzahl von Rotorblättern an einem Drehflügelflugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiagauslenkungen eines jeden Blattes in einem ersten Biegeelement gesteuert werden, das sich zwischen einer Rotornabe und einem verstellbaren Gelenk erstreckt, und daß die Schwenkauslenkungen in jedem Blatt in einem zweiten Biegeelement gesteuert werden, das sich zwischen dem verstellbaren Gelenk und einer Rotorblatt-Wurzelendbefestigung erstreckt.

15« Rotorkopfanordnung mit einer Rotornabe mit einer Vielzahl von ersten Elementen, die sich in radialer Richtung von der Nabe aus erstrecken und gegenüber der Drehachse der Nabe versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes erste Element ein verstellbares Gelenk an seinem äußeren Ende aufweist, und daß zweite Elemente von jedem verstellbaren Gelenk nach außen verlaufen, wobei jedes zweite Element Mittel zur Befestigung eines Rotorblattes aufweist.

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