DE2150761B2

DE2150761B2 - Rotoranordnung fuer drehfluegelflugzeuge

Info

Publication number: DE2150761B2
Application number: DE19712150761
Authority: DE
Inventors: Tadeusz Leopold; Rogers Victor Alfred Baden; Balmford David Ernest Hall; Yeovil Somerset Ciastula (Großbritannien)
Original assignee: Westland Aircraft Ltd
Current assignee: Westland Group PLC
Priority date: 1970-10-15
Filing date: 1971-10-12
Publication date: 1976-03-11
Also published as: DE2150761A1; FR2110441B1; FR2110441A1; GB1310035A; DE2150761C3; CA952888A; IT939542B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotoranordnung für ein Drehflügelflugzeug mit einer Rotornabe und einer von dieser nach außen verlaufenden Blatthalterung für jedes Rotorblatt, wobei jede Blatthalterung einen inneren Teil, der hauptsächlich in Blattschlagrichtung nachgiebig ausgebildet ist, ein Blattwinkelverstellgelenk am äußeren Ende sowie einen sich von dem Blattwinkelverstellgelenk nach außen erstreckenden äußeren Teil aufweist.

Eine derartige Rotoranordnung ist bereits bekannt (US-PS 30 26 942).

Hierbei ist die Blatthalterung ausschließlich in der Schlagebene nachgiebig, in der Schwenkebene jedoch steif ausgebildet. Bei einer derartigen Anordnung handelt es sich um einen Rotor mit sehr hohen Belastungen aus den Blattschwenkbewegungen, so daß der Kopf schwerer ausgeführt werden muß, um die ausreichende Festigkeit zu erzielen.

Weiterhin ist eine Rotorblattlagerung bekannt (US-Patentschrift 29 49 967), bei welcher für jedes Rotorblatt zwei wirkungsmäßig hintereinander angeordnete Lamellen die Rotorblattschwenkbewegungen (radial innere Lamelle) bzw. die Rotorblattschlagbewegungen (radial äußere Lamelle) aufnehmen, so daß die Blattschwenk- und die Blattschlagbewegungen getrennten Aufnahmeelementen zugeordnet sind. Da bei dieser Anordnung zwischen den beiden Aufnahmeelementen &> für die Blattschwenk- und die Blattschlagbewegungen kein Blattwinkelverstellgelenk eingebaut ist, weist diese den Nachteil auf, daß eine gegenseitige Beeinflussung von Blattschlag- und Blattschwenkbewegungen und von Blattwinkelverstellbewegungen auftritt. ⁶S

Ziel der Erfindung ist eine Rotoranordnung für Hubschrauber ohne mechanische Blattschlag- und Blattschwenkgelenke, bei der Blattschwenkbewegungen durch Auslenken von Teilen des Rotorsystems ermöglicht werden, bei der die Grundschlagfrequenzen und die Grundschwenkfrequenzen dadurch getrennt werden, daß sie innerhalb getrennter Teile der Rotoranordnung auftreten und bei der die Erhöhung der Steuerenergie zur Blattverstellung auf ein Minimum herabgesetzt sowie gewährleistet ist, daß Änderungen des Blatteinstellwinkels auf Grund von Blattschwenkbewegungen ebenfalls so klein wie möglich werden.

Gemäß der Erfindung wird bei einer Rotoranordnung der eingangs angegebenen Art diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder äußere Teil gleichermaßen nachgiebig in der Rotorebene und in einer Ebene senkrecht zur Rotorebene ausgebildet ist, wobei die Nachgiebigkeit so gewählt ist, daß Blattschwenkbewegungen weitgehend durch Auslenkung des äußeren Teiles aufgenommen werden, während die Blattschlagbewegungen weitgehend durch Auslenken des inneren Teiles aufgenommen werden.

Vorzugsweise ist jeder innere Teil an seinem inneren Ende rechtwinklig zur Rotorebene flach ausgebildet und verjüngt sich nach außen zu einem kreisförmigen Querschnitt an seinem äußeren Ende. Jeder äußere Teil ist zweckmäßigerweise im Querschnitt kreisförmig ausgebildet.

Mit einer derartigen Rotoranordnung wird der größere Teil der Blattschlagbewegungen durch Auslenken der inneren Teile aufgenommen, während der größere Teil der Blattschwenkbewegungen durch Auslenken der äußeren Teile aufgenommen wird. Es wird mit der Erfindung eine angepaßte Steifigkeit des äußeren Elementes erreicht, was bedeutet, daß das Element sowohl in Blattschlag- als in Blattschwenkrichtung in gleichem Maße steif ist. Dies ergibt zusammen mit der Position des Blattwinkelverstellgelenkes, daß sie unerwünschte Kopplung von Blattbewegungen weitgehend eliminiert wird.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer halbsteifen Rotoranordnung_i

F i g. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Rotornabe und einer der nach außen verlaufenden Blatthalterungen wobei Einzelheiten der verstellbaren Gelenkanordnung gezeigt sind und

F i g. 3 eine Aufsicht auf die Anordnung nach F i g. 2.

Nach F i g. 1 ist eine Rot.ornabe 10 mit einer Rotorantriebswelle an ihrem unteren Ende verbunden. Vier Blatthalterungen 11 verlaufen von der Nabe nach außen, jedes dieser Elemente besteht aus inneren und äußeren Teilen 12 und 13, welche miteinander über Blattwinkelverstellgelenke 14 verbunden sind.

Die inneren Teile 12 sind 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 Seiten versehenen Abschnitt, der in einer horizontalen Ebene am Nabenumfang nach außen verlängert ist, bis zu einem kreisförmigen Abschnitt am Außenende, wobei dieses Außenende verlängert ist, wie bei 15 (F i g. 2) angedeutet, damit das innere Gehäuse eines jeden Blattwinkelverstellgelenkes 14 gebildet wird. Jeder äußere Teil 13 ist mit einer Hülse 16 am Innenende versehen, die das äußere Gehäuse der Blattwinkelverstellgelenke 14 darstellt

(F ig. 2).

Die äußeren Teile 13 sind kreisförmig im Schnitt und haben Außenenden 17, die mit zwei Schraubenlöchern zur Befestigung der Rotorblätter 18 versehen sind (Fig·))- S

In Fig.2 sind Lageranordnungen 19 in dem Blattwinkelverstellgelenk 14 zwischen der Verlängerung 15 des inneren Teils 12 und der Hülse 16 des äußeren Teiles 13 vorgesehen, damit der äußere Teil 13 in b;zug auf den inneren Teil 12 verdreht werden kann; eine Drehung wird über Arme 20 erzielt, die über Lenker 21 und eine Spinne 22 mit Hilfe eines Steuerhebels 23 (Fig. 1) bewegt werden; letzterer ist mit den Hubschraubersteuerungen verbunden (nicht dargestellt). Ein Drehstab 24 (F i g. 2) ist in jedes Blattwinkelver-Stellgelenk 14 eingebaut und nimmt Zentrifugalbelastup.gen und Steuerenergiebelastungen auf Grund von Änderungen des Rotorblatteinstellwinkels -uif.

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

Im Betrieb der gesamten Rohranordnung sprechen die inneren Teile 12 der Blatthalterungen 11 auf die Blattschlagauslenkungen der Rotorblätter durch die elastischen Biegeeigenschaften und die Form des Bauteiles an. Eine Auslenkung zur Erzielung der Blattschwenkbewegungen der Rotorblätter wird zwischen dem äußeren (kreisförmigen Schnitt) Ende der inneren Teile 12 und den äußeren Teilen 13, an denen die Rotorblätter 18 befestigt sind, aufgeteilt.

Hieraus ergibt sich, daß die inneren Teile 12, die die Blattschlagbewegungen aufnehmen, innerhalb der Blattwinkelverstellgelenke 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 Vergleich zu dem Gelenktyp so klein wie möglich gehalten wird, um die weniger erwünschten Eigenschaften hoher Steuerenergie, z. B. Blattwinkelverstellmomente und Schwingungen innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten. Die Auslegung eines jeden Blattwinkelverstellgelenkes 14 gewährleistet, daß die Achse des Gelenkes eng der Auslenkung des Blattes folgt, wodurch gewährleistet ist, daß Änderungen des Blatteinstellwinkels auf Grund einer Blattschwenkbewegung auf einem Minimum gehalten werden, so daß d>e Dämpfungsanforderungen an die Blattschwenkbewegung verringert wird, um eine Blattverstellschwenkbewegungsinstabilität zu unterdrücken, während erwünschte Ansprecheigenschaften aufrechterhalten werden.

Obgleich der größere Teil der Biegeauslenkung in der Schwenkebene außerhalb des Blattwinkelverstellgelenkes 14 erfolgt, gewährleistet die angepaßte Steifigkeit außerhalb des Blattwinkelverstellgelenkes, die durch Anwendung eines kreisförmigen Querschnittes für die äußeren Teile 13 erzielt wird, daß keine nachteiligen Blattverstellmomente und Auslenkungen durch die Blattschlag- und Blattschwenkbewegungen verursacht werden. Die Auslegung der inneren und äußeren Teile 12 und 13 der Blatthalterungen 11 in bezug auf die Blattwinkelverstellgelenke 14 gewährleistet, daß keine Torsionsmomente auf den inneren Teil 12, der gegen Torsion flexibel ist, gegeben werden, so daß eine hohe Grundtorsionseigenfrequenz des Blattes erzielt werden kann, was vom aeroelastischen Standpunkt aus eine sehr erwünschte Eigenschaft ist.

Die vorliegende Einrichtung trennt praktisch die Abhängigkeit der Grundblattschlag- und Blattschwenkfrequenzen von dem Steifigkeitswert eines einzelnen Bauelementes dadurch, daß sie innerhalb getrennter innerer und äußerer Teile 12 und 13 der Blatthalterungen 11 gesteuert werden. Zusätzlich wird die kritische Wurzelendbeanspruchung der Rotorblätter weitgehend von den Problemen zur Erzielung der gewünschten Grundblattschlag- und Blaüschwenkfrequenzeri getrennt. Die beschriebene Rohranordnung stellt eine Verbesserung der Handhabung und Stabilität dar, indem ein verbessertes Ansprechen auf Steuereingänge in Verbindung mit einer Erhöhung der aerodynamischen Dämpfung erzielt wird.

Beispielsweise können bei einer anderen Ausführungsform die inneren Teile 12 getrennt hergestellt und mit der Rotornabe 10 z. B. mit Schraubverbindungen befestigt sein. In jedem Blattwinkelverstellgelenk 14 können zusätzlich zu den Lageranordnungen 19 Drucklager vorgesehen sein, um den Aufbau der Anordnung zu verbessern. Zur Herstellung der inneren und äußeren Teile 12 und 13 der Blatthalterungen l!l können beliebige Materialien verwendet werden, soweit sie die entsprechenden Eigenschaften besitzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotoranordnung für ein Drehflügelflugzeug mit einer Rotornabe und einer von dieser nach außen verlaufenden Blatthalterung für jedes Rotorblatt, wobei jede Blatthalterung einen inneren Teil, der hauptsächlich in Blattschlagrichtung nachgiebig ausgebildet ist, ein Blattwinkelverstellgelenk am äußeren Ende, sowie einen sich von dem Blattwinkelverstellgelenk nach außen erstreckenden Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder äußere Teil (13) gleichermaßen nachgiebig in der Rotorebene und in einer Ebene senkrecht zur Rotorebene ausgebildet ist, wobei die Nachgiebig- '5 keit so gewählt ist, daß Blattschwenkbewegungen weitgehend durch Auslenkung des äußeren Teiles aufgenommen werden, während die Blattschlagbewegungen weitgehend durch Auslenken des inneren Teiles (12) aufgenommen werden. *°

2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder innere Teil (12) an seinem inneren Ende rechtwinklig zur Rotorebene flach ausgebildet ist und sich nach außen zu einem kreisförmigen Querschnitt an seinem äußeren Ende ver- ¹S jungt.

3. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder äußere Teil (13) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.

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