DE2253026A1

DE2253026A1 - Vorrichtung zum verschwenken eines rotorblattes eines hubschraubers relativ zur rotornabe

Info

Publication number: DE2253026A1
Application number: DE2253026A
Authority: DE
Inventors: Donald Leroy Ferris
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1971-11-02
Filing date: 1972-10-28
Publication date: 1973-05-03
Also published as: FR2158542A1; GB1368162A; CA959812A; JPS4857398A; IT970146B; US3743441A; FR2158542B1; DE2253026C2

Description

PATENTANWALT DIPLrING. C. O. BOECKER 2253026

6670 ST.INGBERT(SAAR), ENSHEIMERSTR.48

667 St. Ingbert, den 24. Oktober 1972 UN 24-boe/Kl

United Aircraft Corporation

400 Main Street

East Hartford, Connecticut 06108

"Vorrichtung zum Verschwenken eines'Rotorblattes eines Hubschraubers relativ zur

Rotornabe¹¹

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschwenken eines Rotorblattes eines Hubschraubers relativ zur Rotornabe zwischen einer inoperativen Faltstellung und einer operativen Entfaltstellung. In beiden Stellungen müssen die Rotorblätter sicherbar sein, wobei die Sicherung bei der inoperativen Faltstellung mit Rücksicht auf von außen einwirkende Kräfte, z.B. Windkräfte notwendig ist.

Nach dem Stand der Technik sind Faltvorrichtungen im Gebrauch, bei denen Zahnsegmente betätigt werden, um die Blätter zusammenzufalten und zu entfalten, wobei besondere Gelenkanordnungen dazu dienen, ein Blatt in der Faltstellung festzuhalten. Diese Zahnradgetriebe erfordern nicht nur eine beschwerliche Hersteilungsweise, sondern sie müssen auch zur Vermeidung eines toten Ganges entsprechend eingestellt werden. Außerdem müssen die gleitenden Oberflächen der Verzahnungen geschmiert werden, um den Verschleiß herabzumindern. Außerdem müssen die besonderen Gelenkanordnungen von Zeit zu Zeit nachgestellt werden, um dem Verschleiß in den Zahnsegmenten entgegenzuwirken.

Andere Faltvorrichtungen benutzen komplizierte Aufeinanderfolgen von Lenkhebeln und Nocken, von denen die meisten außerhalb des Blattes und der Rotornabe angeordnet und somit verwundbar sind, sowohl im Hinblick auf eine Zerstörung im Ge-

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brauch, durch Beschüß oder durch Korrosion, wobei sie außerdem von Natur aus kompliziert und aerodynamisch ungünstig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß das Rotorblatt durch einen einfachen Lenkermechanismus sowohl zusammengefaltet als auch in Faltstellung gesichert wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierten Mittel gelöst.

Hierdurch wird zunächst erreicht, daß der gesamte Mechanismus innerhalb des Blattes oder der Nabe angeordnet werden kann, so daß er weitgehend gegenüber Zerstörung durch äußere Kräfte geschützt ist. Dadurch, daß die Lenkhebel eine bestimmte Länge und Anordnung haben, wird der Faltwinkel unter Berücksichtigung der sperrenden Knickstellung, in der das zusammengefaltete Blatt gesichert ist, bestimmt. Durch die Bemessung der Lenkhebel kann innerhalb vernünftiger Grenzen ein maximales Moment gegenüber der Faltachse bei den Stellungen des größten Blattwiderstandes während der Faltbewegung erzeugt werden (Anspruch 7).

Nach den Unteransprüchen 2 bis 5 und 11 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend weitergebildet, daß das Ausmaß der Faltbewegung des Blattes, dlh. der Faltwinkel, einstellbar ist und der Kolbenhub des Kraftantriebes einen positiven Anschlag findet, wenn das Blatt in seiner Falt-Endstellung ist.

Wenn die Lenkhebel bei dieser Falt-Endstellung des Blattes in die sperrende Knickstellung übergehen, verbleiben sie in dieser Stellung auch dann, wenn der hydraulische Druck auf den Antriebskolben aufhört.

Durch eine bestimmte Winkelstellung der Faltachse zwischen dem Blatt und der Rotornabe gemäß Anspruch 6 wird die Bewegungsbahn des Blattes während des Faltvorganges und die gewünschte Falt-Endstellung derart gesteuert, daß eine entsprechende Bodenfreiheit sowie ein Abstand vom Flugzeugrumpf und den

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anderen Fitigelblättern aufrechterhalten wird.

Anhand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zusammenfalten und Entfalten der Rotorblätter eines Hubschraubers in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung für ein

Rotorblatt mit dem Anschluß an die Rotornabe, teilweise weggebrochen, um.,das -Fa-It-rund ^ ■_- Sperrsystem in der Entfaltsteilung des Blattes zu zeigen, '

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, bei der operativen entfalteten Blattstellung,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Falt-Mechanismus bei in Faltlage verschwenktem Rotorblatt,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Achslage

der Faltachse gegenüber der Blatt-Verdrehachse und der Rotationsebene des Rotors,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Faltbewegung des Blattes für drei ausgewählte Bedingungen, und

Fig. 6 die teilweise geschnittene Ansicht einer anderen Type eines Rotorkopfes.

In Fig. 1 und 2 erkennt man den Faltmechanismus in der Rotorumgebung in seiner operativen entfalteten Stellung. Der Hubschrauber-Rotor 10 besteht aus einer Rotornabe 12, die zur Drehung um die Rotationsachse 14 angeordnet ist, und einem FJügelblatt 16, das identisch ist mit einer Anzahl weiterer Blätter, die sich von der Nabe 12 aus radial erstrecken und um ■!'■ o. Achse 14 drehbar sind, um den Auftrieb hervorzurufen. Dir; .ätter 16 sind derart an die Nabe 12 anschlossen, daß sie "Λ die Verdrehachse 18 unter der Wirkung eines Blattsteigun <i:,-Verstellarms 20 verdreht werden können, der durch eine Blattsteigungs-Steuerung in üblicher Weise betätigt wird (nicht dargestellt). Das Blatt 16 ist über ein Faltscharnier 15 und eine Hülse 22 an die Nabe anschlossen, wobei die Hülse don FaIt- und Sicherungsmechanismus 30 umgibt.

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Für jedes Blatt ist ein solcher für unterschiedliche Faltwinkel ausgelegter Mechanismus 30 vorgesehen, und obwohl die Rotorblätter und ihre FaIt- und Sicherungsmechanismen identisch sein können, muß dies nicht notwendigerweise so sein, wenn um das Flxpeug herum unterschiedliche Abstandsprobleme vorliegen..

Das Blatt 16 ist über eine Faltachse 17 mit dem Faltscharnier 15 und damit mit der Hülse 22 und letztlich der Nabe 12 verbunden. Wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht, bildet die Achse 19 der Faltachse 17 einen bestimmten Winkel in bezug auf sowohl die Ebene der Blatt-Verdrehachse 18 als auch die Rotationsebene 21, so daß das Blatt einem bestimmten Weg während der FaIt- und Entfaltbewegung folgt und letztlich eine bestimmte voll entfaltete Stellung annimmt, in der alle Hindernisse, einschließlich des Bodens, des Flugzeugrumpfes und der anderen Blätter während der FaIt- und Entfaltbewegung vermieden sind, und in der das Blatt sich mit anderen Blätterndem Flugzeugrumpf u.s.w. verschachtelt.

Die Bedeutung des aus Fig. 4 ersichtlichen Summenwinkels der Achse 19 der Faltachse 17 wird am besten verstanden unter Hinzuziehung von Fig. 5, in der die Linie 51 die operative oder NuU-Grad-Steilung und die Linie 53 die Falt-Endstellung darstellen. Die Linie 55 gibt den Weg eines Blattes wieder, wenn die Mittenachse 19 der Blattachse 17 keinen Winkel mit der Ebene der Blatt-Verdrehachse oder der Rotorebene bildet. Das Ergebnis einer der Linie 55 folgenden Bewegungsbahn würde Störungen zwischen den verschiedenen Blättern während der FaIt- und Entfaltbewegung hervorrufen. Die Linie 57 gibt den Weg wieder, den ein Blatt bei einer bestimmten Winkelbeziehung mit der Verdrehachsen-Ebene ausschließlich und nicht mit der Rotationsebene des Rotors vollführt. Obwohl Blätter, die dem Weg 57 folgen, sich nicht gegenseitig stören würden, würde die maximale vertikale AbwärtsVerlagerung des Blattes,die bei einem Faltwinkel von 90° eintritt, die minimal erforderliche Bodenfreiheit übersteigen, so daß das Blatt möglicherweise

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den Boden während der" FaIt- und Entfaltbewegung berührt. Die Linie 59 schließlich stellt den Weg des Blattes dar," wenn die in Fig. 4 dargestellte Winkelbeziehung zwischen der Mittenachse 19 der Faltachse 17 und sowohl der Rotorebene als auch der Verdrehachsenebene besteht. Es ist ersichtlich, daß der Blattweg 59 eine vergrößerte Bodenfreiheit der FaIt- und Entfaltbewegüng bedeutet und eine Bodenberührung des Blattes verhindert, jedoch ist die senkrechte Blattverlagerung am Falt-Ende die gleiche, und daher ist in der Faltstellung für die Blattwege 57 und 59 die gleiche Schachtelposition gegeben. ·

Während Fig. 1 bis 3 den FaIt- und Sicherungsmechanismus 30 in der Umgebung eines bestimmten Rotorkopfes zeigen, ist zu vermerken, daß nach Fig. 6 der Mechanismus 30 auch verwendbar ist im Zusammenhang mit einem konventionellen Rotorkopf mit Hülse und Spindel von dem Typ, wie er in der US-PS 3.097.701 dargestellt ist, worin der Kolben und der Kurbeloder Lenker-Mechanismus innerhalb der Spindel montiert wird und eine Rotation zwischen der Spindel und der Hülse durch ein mit 52 bezeichnetes Pendellager erfolgt.

Mit Bezug auf Fig. 1 und 2 umfaßt der FaIt- und Sicherungsmechanismus 30 eine Gelenkanordnung 32, die durch die Zylinder-Kolbeneinheit 34 betätigt wird, die aus einem Kolben 36 innerhalb des Zylinders 38 besteht und entweder mit Luft oder einer Druckflüssigkeit betrieben werden kann, die entweder über den Einlaß 40 oder den Einlaß 42 eingeleitet wird, um die Gelenkanordnung 32 zu betätigen. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, bewegt sich der Kolben 36 nach links, wenn das Druckmittel über den Einlaß 42 in die Kammer 44 gelangt, wodurch die Gelenkanordnung 32 im Sinne des Zusammenfaltens eines Rotorblattes bewegt wird. Wenn das Druckmittel über den Einlaß 40 in die Kammer 46 eingeleitet wird, bewegt sich der Kolben 36 nach rechts, um das Blatt 16 zu entfalten und es in die normale wirksame Lage zurückkehren zu lassen. Innerhalb des Zylinders

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ist eine Abstandsbüchse 48 eingesetzt, die eine bestimmte axiale Länge W hat und als positiver Anschlag für den Kolben 36 dient, wenn das Blatt in der voll zusammengefalteten Stellung ist. Durch Auswechseln der Abstandsbüche 48 kann über eine veränderte axiale Länge W der Hub des Kolbens 36 verändert werden.

Mit dem Kolben 36 ist eine Kolbenstange 50 verbunden, die über

ein sphärisches Gabelgelenk 52 mit dem einen Ende einer Gelenkein stange 54 verbunden ist, deren anderes Ende über sphärisches Gabelgelenk 56 mit einer der drei Ecken eines Dreieckslenkers 58 verbunden ist. Eine zweite Ecke dieses Dreieckslenkers 58 ist über ein Drehgelenk 60 mit der Hülse 22 verbunden. Der Dreieckslenker 58 ist mit seiner dritten Ecke über ein Drehgelenk 62 mit einem Doppel-Gelenkstück 64 verbunden-, das an seinem anderen Ende über ein Drehgelenk 66 mit einem Lagerbock 70 verbunden ist, der seinerseits mit dem Faltscharnier 15 mittels Schrauben 73 verbunden ist,(Fig. 2)

Aus Fig. 1 geht hervor, daß die Drehgelenke 66, 62 und 60 ein Dreieck bilden, wenn das Blatt 15 in seiner operativen Entfalt-Stellung ist,in der das verbindende Drehgelenk 62 seinen kürzesten Abstand zur Nabe 12 innehat, und wobei eine Ecke 60 des Dreiecks mit der Nabe verbunden ist, während die andere Ecke 66 des Dreieckes mit dem Lagerbock 70 verbunden ist.

, Wenn das Blatt 16 in seiner in Fig. 1 und 2 dargestellten operativen Entfaltstellung ist, treten die Flanken 72 der Hülse in die Flanken 74 des Faltscharniers 15 ein, so daß ein einziger Sperrbolzen 76 durch die fluchtenden öffnungen dieser Flanken eingesetzt werden kann, um das Blatt 16 mit dem Faltscharnier An seiner operativen Stellung zu verriegeln. Der Sperrbolzen kann von den inneren Flanken 72 bis 74 durch irgendeinen üblichen Mechanismus zurückgzogen werden, wie beispielsweise durch eine Magnetspule 79, um ein Verschwenken des Blattes 16 in Faltstellung zu ermöglichen. Dies ist der erste Schritt zur Einleitung der Faltbewegung. Danach wird Druckmittel in die Kammer

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44 eingeleitet, um den Kolben 36 zusammen mit der Kolbenstange 50 und der Gelenkstange 54 nach links zu bewegen. Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, führt diese linksgerichtete Bewegung des Kolbens 36 dazu, daß die Mittenachse 86 sich auf einer Kreisbogenlinie 88 bewegt, wodurch die Mittenachse 82 sich entlang der Linie 84 und die Mittenachse 78 sich entlang der Linie 80 bewegen, wobei das Drehbelenk 60 eine Drehbewegung des Dreieckslenkers 58 um die Mittenachse 90 hervorruft. Indem diese Bewegung abläuft,geht der Lenkermechanismus. 32 durch eine Stellung, in der die Gelenkmittenachsen 78, 82 und 90 in Fluchtlinie liegen. In dieser Augenblicksstellung hat das Blatt 15 die gewünschte Falt-Endstellung leicht überschritten. Bei weiterem Fortgang der erwähnten Bewegung nehmen der Dreieckslenker 58 und das Doppelgelenkstück 64 eine aus Fig. 3 ersichtliche, übergesteuerte sperrende Knickstellung ein, wodurch das Blatt 16 in die Endstellung zurückkehrt und gesichert ist, selbst wenn der hydraulische Druck in der Zylinder-Kolbeneinheit 34 aufhört. In dieser gesicherten Stellung werden der Dreieckslenker 58 und das Doppel-Gelenkstück 64 durch eine Knicksteilungsfeder 92 zurückgehalten, die sich zwischen dem Lagerbock 70 und dem Dreieckslenker 58 erstreckt. Die Knickstellung der Lenker tendiert dazu, auf den Kolben 36 eine Zuglast auszuüben, die von der Abstandsbüchse 48 aufgenommen wird, wenn Windkräfte . das Blatt in die Entfaltstellung zu stellen versuchen. Der Dreieckslenker 58 und das Doppel-Gelenkstrück 64 bewegen sich aus der Knickstellung in die geradlinige Bedingung, wenn der Wind das Blatt in Faltrichtung zu bewegen sucht. Dies verursacht eine Spannung auf das Doppel-Gelenkstuck 64 und den Dreieckslenker 58. In diesem Fall wird die vorgespannte Knickstellungs-Zugfeder 92 'das Blatt in seine Knickstellungs-Bedingung zurückführen, wenn die in Faltrichtung wirkenden Windkräfte nachlassen.

Es ist ersichtlich, daß die Lenkhebel 58 und 64, wenn sie durch den Kreiftkolben 34 betätigt werden, das Blatt 16 im 2usammenwirken sov/ohl in Beine Faltstellung gegenüber der Nabe 12 überführen als auch in dieser Lage sichern.

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Der Dreieckslenker 58 hat eine derartige Dreiecksform, daß die am meisten wirksamen Hebelarme der Stelle 86 um die Mittenachse 90, und der Stelle 82 um die Mittenachse 78 eingestellt werden können, um die Widerstände bei der Faltbewegung bei der von dem Faltwinkel abhängigen schwersten Bedingung zu überwinden. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein kleinerer Hub des Kolbens 36 vorgesehen werden kann, der die erforderliche Länge der Hülse 22 und die Anforderungen an die Abdichtungen verringern.

Zwischen dem Lagerbock 70 und der Anschlußfläche des Blattes 16 kann eine Beilageplatte 94 vorgesehen werden, über deren Dicke der gewünschte Faltwinkel eingestellt werden kann, auf dem der Lenkermechanismus 32 das Blatt 16 gegenüber der Nabe 12 in Faltstellung überführt.

Es ist ferner aus Fig. 1 ersichtlich, daß, während die Wirkungslinie zwischen der Gelenkstange 54 und den Drehgelenken 60 und 66 der Lenkhebel 58 und 64 bei der in Fig. 1 dargestellten operativen Entfaltstellung eine bestimmte Dimension hat, dieser Abstand sich vergrößert, wenn die Lenker in ihre Faltstellung nach Fig. 3 überführt werden, um das höchstmögliche Moment vorzusehen, wenn die Widerstände sowohl der Faltbewegung als auch der Entfaltbewegung maximal sind.

Mit Blick auf Fig. 1 und 3 ist erkennbar, daß aufgrund der Bewegung des Lenkermechanismus 30, wenn er von dem Kolben 36 betätigt wird, das Blatt 16 zwischen seiner aus Fig. 1 ersichtlichen operativen Entfaltstellung in seine aus Fig. 3 ersichtliche Falt-Endstellung überführt wird, wobei der Faltwinkel eingestellt wird. Es ist jedem Fachmann klar, daß dieser Faltwinkel durch eine Steuerung des Hubes des Kolbens 36,durch die Länge der verschiedenen Lenkhebel im Lenkermechanismus 30 und durch die Wahl der Beilageplatte 94 verändert werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion eines kraftbetätigten Lenkermechanismus wird nicht nμr die Faltbewegung eines Rotorblattes eines Hubschraubers gegenüber der Rotornabe über einen bestimmten Winkelbetrag bewirkt, sondern auch seine Sicherung genau in der gewünschten Falt-Endstellung.

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- Patentansprüche- BAD ORIGINAL

Claims

PATENTANWALT DIPLrING. C.O.BOECKER 2 253026 6670 ST.INGBERT(SAAR), ENSHEIMERSTR.48 ^" St. Ingbert, den 24. Okt. 1972 United Aircraft Corporation Main Street East Hartford, Connecticut PATENTANSPRÜCHE

1. !Vorrichtung zum Verschwenken eines Rotorblattes eines Hub- \_^S schraubers relativ zur Nabe zwischen einer inoperativen Faltstellung und einer operativen Entfaltstellung und zum Sichern des Blattes in der Faltstellung,

gekennzeichnet durch zwei gelenkig miteinander verbundene Lenkhebel (58,64) von derartiger Länge und Anordnung, daß deren freie Enden (78,90) mit der Gelenkverbindung (82) ein Dreieck bilden, dessen von der Gelenkverbindung dargestellte Ecke bei der Entfaltstellung des Rötorblattes (16) gegenüber der die freien Lenkhebel-Enden verbindenden Linie der Rotornabe (12) zugewandt ist, ein Drehgelenk (66) zwischen dem freien Ende (78)des anderen Lenkhebels (64) und dem Rotorblatt, und durch einen auf die zwischen den Lenkhebeln vorgesehenen Gelenkverbindung (82) einwirkenden Kraftantrieb (36), durch den diese Gelenkverbindung zum Verschwenken des Blattes in Faltstellung gegen die die freien Lenkhebel-Enden verbindende Linie (78-90) bewegbar ist, wobei die Gelenkverbindung über diese Linie hinaus in eine · sperrende Knickstellung bewegbar ist, in der das Rotorblatt in Faltstellung gesichert ist (Fig. 3).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftantrieb aus einem ineanem Zylinder (34) bewegten Kolben (36) besteht.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Kolbens (36) und damit der Faltwinkel

(Z) einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine einerseits mit dem Kolben (36) und andererseits mit der Gelenkverbindung (82) der beiden Lenkhebel (58_#64) gelenkig verbundene Gelenkstange (54).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Mittel (48,94) zum Ändern des Faltwinkels (Z) des Blattes,

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt (16) über eine Faltachse (17) mit der Nabe

(12) schwenkbar verbunden ist, deren Mittenachse (19) mit der Blatt-Verdrehachse (18) einen von 90 abweichenden Winkel (Y) bildet, durch den die Bewegungsbahn des Blattes (16) bis in dessen Falt-Endstellung gesteuert wird, und deren Mittenachse außerdem einen bestimmten Winkel (X) relativ zur Rotationsebene des Rotors (Rotorachse 14) bildet, der die Bodenfreiheit der Bewegungsbahn des Blattes beim Falten bestimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Kraftrichtungen des Kraftantriebes (36) einerseits und den Drehgelenken (60 bzw. 66) zur Nabe (12) und zum Blatt (16) andererseits sich bei der Faltbewegung vergrößert, um bei der Blattstellung des größten Blattwiderstandes maximale Momente zur Faltbewegung zu erzeugen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Lenkhebel ein Dreieckslenker (58) ist, von dem zwei Ecken (90 bzw 78)gelenkig mit der Nabe (12) oder dem Blatt (16) und dessen dritte Ecke (86) gelenkig mit dem Kraftantrieb (36) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet .durch eine Knicksteilungsfeder (92) zwischen dem Blatt (16) und einem der Lenkhebel (58), die die Lenkhebel (58,64) in sperrender Knickstellung zurückhält.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen einzigen Sperrbolzen (76) zum Verriegeln des Blattes (16) mit der Nabe (12) bei operativer Entfaltstellung des Blattes.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Faltwinkel (Z) bei eingestelltem Hub des Kolbens (36) durch besondere Mittel (94) veränderbar ist.

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