DE2304509A1 - Blattsteuereinrichtung fuer hubschrauberrotoren - Google Patents

Blattsteuereinrichtung fuer hubschrauberrotoren

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DE2304509A1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/54Mechanisms for controlling blade adjustment or movement relative to rotor head, e.g. lag-lead movement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)

Description

  • Blattsteuereinrichtung fur Hubschrauberrotoren Die Erfindung betrifft eine Blattsteuereinrichtung fur Hubschrauberrotoren, mit der die sinusförmige Blattverstellung verzerrt wird, um vor allem bei höheren Fluggeschwindigkeiten die oerodynamischen Verhältnisse und mechanischen Beanspruchungen der Rotorblätter zu verbessern.
  • Bein Schwebeflug und beim reinen Vertikolflug wird die Taumelscheibe horizontal zentrisch zum Rotormast, entsprechend der Steig-bzw. Sinkgeschwindigkeit verschoben. Dies bedeutet eine kollektive Ansteuerung der Rotorblätter. Während des Horizontalfluges und zur Fluglageregelung wird die Taumeischeibe aus ihrer horizontalen Lage geschwenkt, so doß eine zyklische Ansteuerung der Rotorblötter erfolgt.
  • Diese zyklische Ansteuerung der Rotorblötter durch Schwenken der Taumelscheibe un ihre Mittelachse, die auch mit der Rotormastmittelachse zusammenfällt, bewirkt eine sinusförmige Verstellung des Blattsteuerwinkels. Diese zyklische Blattverstellung ist notwendig, ul bei höheren Horizontalgeschwindigkeiten des Hubschraubers einen gleichnößigeren Auftrieb, entsprechend der Anströmung der auf- und ablaufenden Rotorblätter zu erhalten. Die sinusförmige Verstellung der Rotorblätter bedeutet aber nur eine ungenaue Annäherung an eine konstante Auftriebsverteilung der Rotorblötter, die eit steigender Horizontalgeschwindigkeit sich derart verschlechtert, daß eine Begrenzung der Fluggeschwindigkeit doraus resultiert. Die Auswirkungen einer reinen sinusförzeigen Blottverstellung bei großen Horizontalgeschwindigkeiten zeigen sich in pulsierend wirkenden Blattkräften und Momenten, wodurch die Rotorblätter sehr starken Belastungen ausgeliefert sind, die die Konitruktion solcher Blätter koaplizierter machen und ihre Lebensdauer stark beeinträchtigen. Ein weiterer wesentlicher Nachteil zeigt sich im Flugkomfort, der durch Schwingungen und Lärmbelästigung stark beeinträchtigt wird.
  • Bekonnt sind Ausfuhrungen, die den durch die Tauaelscheibe erzeugten Grundsinusschwingungen des Blattsteuerwinkels eine höhere harmonische Schwungung Uberlogern und dadurch eine größere Annäherung an den geforderten Schwingungsverlauf erhalten, was wiederum einer konstanten Auffriebsvertcilung nahekommt. Es hat sich aber gezeigt, daß eine zufriedenstellende Lösung durch diese Maßnahme nicht erreicht wird, da für jede Schwingungsüberlagerung ein gesondertes Steuersignal erforderlich ist. Dies bedeutet aber eine technisch sehr aufwendige Lösung, die in der Proxis aufgrund nicht zufriedenstellender Zuverlässigkeit nicht angewendet wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und den Blattsteuerwinkelverlauf derart zu steuern, daß eine möglichst konstante Auftriebsverteilung, vor alle. bei hßh ren, horizontalen Fluggeschwindigkeiten, erreicht wird.
  • Ein. Lösung der Aufgabo wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Fußpunkte der Blattsteuerstangen gegenseitig, unabhangig voneinander in Richtung ihrer Kreisbahn kontinuierlich verstellbar sind.
  • Zu diese. Zweck schlägt die Erfindung weiterhin vor, daß die Fußpunkte der Blattsteuerstangen durch Schleppetangen, die an eine. mit der Rotordrehzahl synchron umlaufenden, äußeren Ring angelenkt sind, geschleppt werden. Der äußere umlaufende Ring ist exzentrisch zur Kroisbahn der geschleppten Blattsteuerstangen angeordnet. Um eine gute Anpassung der Blattsteuerung an den jeweiligen Geschwindigkeitsbe reich zu erreichen, wird eine kontinuierlich einstellbare exzentrische Verstellung vorgeschlogen, die mittels zwei Hebelgetrieben den dußeren umlaufenden Ring im Sinne einer Koordinotenveratellung verschiebbar betätigt, wobei sowohl eine manuelle Verstellung als auch eine automatische, in Abhangigkeit von den Betriebsgrößen, ermöglicht wird.
  • Die Verzerrung der sinusförmigen Blattwinkelverstellung erfolgt dabei derart, daß die Schlepphebelanlenkpunkte am äußeren umlaufenden Ring jeweils aufgrund der Exzenterlage zur Kreisbahn der Blattsteuerstangen einen mehr oder weniger großen Weg zurUcklegen, so daß die Fußpunkte der Steuerstangen eine vor bzw. nacheilende Bewegung gegenüber der Rotordrehzahl aufweisen. Durch entsprechend gewählte Verhditnisse zwischen den Durchmessern des umlaufenden Ringes und der Kreisbahn der Blattsteuerstangen sowie der Schleppstangenlängen ist eine Anwendung auf die verschiedensten Rotorsysteme möglich, wobei der Zweitblottrotor als geeignetester Anwendungsfall in Frage kommt.
  • Ein Ausfuhrungsbeispiel der Blattsteuereinrichtung ist anhand der Zeichnung näher eridutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 cheootisch eine Schlepphebelonordnung in der Droufsicht, Fig.la den Verlauf des Blattsteuerwinkels im Diagramm Fig. 2 einen Schnitt in der Rotormostlungsachse, Fig. 3 eine kontinuierliche Blattsteuereinrichtung in der Draufsicht.
  • Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Schlepphebelanordnung fur einen Zweiblattrotor, bei dem die Fußpunkte der Blattsteuerstangen unabhängig voneinander geschleppt werden. Ein mit der Rotordrehzahl umlaufender äußerer Ring 1, an dem die Hebel 2 und 3 mittels Gelenken 2a und 3a gelagert sind, schleppt die Taumelsoheibenkörper 4 und 5.
  • Die Taumelscheibenkörper 4 und 5 sind zentrisch mit dem nicht drehenden Taumelscheibenkdrper 6 zur Rotordrehachse 9 gelagert. Das Drehzentrum la des dußeren umlaufenden Ringes 1 befindet sich um die Exzentrizität e und den Blottumlaufwinkel w aus der Mitte der Tauselscheibenkörper, also aus der Mitte der Rotordrehachse 9 versetzt. Die Fußpunkte der Blattsteuerstangen 7 und 8 sind mittels den Gelenken 2b und 3b der Hebel 2 und 3 mit den Taumelscheibenkörpern 4 und 5 ebenfalls gelenkig verbunden. Durch Pfeile ist einmal die Drehrichtung der rotierenden Teile und weiterhin die Flugrichtung angegeben. Mit R ist der Radius des äußeren umlaufenden Ringes 1 und mit r der mittlere theoretische Radius der Taumelscheibenkörper 4, 5 und 6 bezeichnet.
  • Durch einfache konstruktive Maßnahmen werden bei der Ausfuhrungsform der Taumelscheibenkörper die Fußpunkte der Blattsteuerstangen 7 und 8, sowie die Gelenke 2b und 3b der Hebel 2 und 3 auf dem theoretischen Radius r geführt. Dies wurde der Ubersichtlichkeit halber in der Figur nicht gezeigt.
  • Der mit der Rotordrehrichtung und -drehzahl synchron umlaufende äußere Ring 1 schleppt die Hebel 2 und 3, die an Gelenken 2a und 3a einander gegenüberliegend am Ring 1 befestigt sind in Rotordrehrichtung. Die Hebel 2 und 3 bewegen die Taumelscheibenkörper 4 und 5 durch die Gelenke 2b und 3b mit und versetzen diese in eine un9leichmeßige Drehbewegung. Diese ungleichförmige Drehbewegung wird durch die exzentorische Lage des außeren Ringes 1 hergestellt. Dabei wird in Richtung der Exzentrizitdt e jeweils der Hebel 2 bzw. 3 an seinem äußeren Anlenkpunkt, den Gelenken 2a bzw. 3a, durch die Umfangsverschiebung verschwenkt und somit der entsprechende Taumelscheibenkörper verzögert.
  • Der der Exzentrizitöt gegenuberliegende Bereich ist in seiner Wirkungsweise umgekehrt, d. h. der jeweilige Taumelscheibenkörper 4 oder 5 wird beschleunigt. Der Mittelwert von Beschleunigung und Verzögerungs geschwindigkeit entspricht genau der Drehgeschwindigkeit des Rotors.
  • Die Beschleunigung bzw. Verzögerung der Taumelscheibenkörper 4 und 5 ist abhängig von der Exzentrizitöt e. Bei einer Exzentrizitat von e = o ist ein vollständiger Gleichlauf aller drehenden Teile vorhanden. Ausser der Exzentrizität selbst wird die Richtung der Exzentrizität e durch den Winkel' verstellt. Diese Winkelverstellung ergibt die Möglichkeit, den Blattsteuerwinkel entsprechend den aerodynamischen Verhöltnissen von auf- und ablaufenden Rotorblatt anzupassen. Im vorliegenden Beispiel in Fig. 1 befindet sich der Hebel 2 cm Ende des Verzögerungsbereiches. Das bedeutet, daß der Fußpunkt 7 der Blattsteuerstange um den Blattumlaufwinkel / gegenüber dem Fußpunkt 8 der gegenüberliegenden Blattsteuerstange versetzt ist. Diese unobhdngige Verstellung der Fußpunkte 7 und 8 der Blattsteuerstangen ergibt den gewunschten Verzerreinfluß.
  • Die Darstellung der Fig. ta zeigt vergleichend den Verlauf des Blattsteuerwinkels in Diagrammform, zwischen rein sinusförmig und verzerrter sinusförmiger Verstellung der Rotorblätter, auf eine Rotorumdrehung bezogen. Die in gestrichelter Linie dargestellte Blattwinkelverstellung zeigt die reine Sinusverstellung, während die ausgezogene Linie eine dazu verzerrte Sinusverstellung darstellt, wie sie durch die vorgeschlagene Blattsteuereinrichtung charakteristisch erreicht wird.
  • In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die ßlattsteuereinrichtung gezeigt. Durch einen Pfeil ist die Drehrichtung der Rotorachse 9 dargestellt, an der sich in vereinfachter Form ausgefUhrte Rotorblötter 17 befinden. Die Rotordrehechse 9 treibt Uber ein Mitnehmergestönge 13 den äußeren Ring 1 synchron zur Rotordrehzahl an. Der Hebel 2 ist mittels dem Gelenk 2a am äußeren Ring 1 befestigt und schleppt den Taumelscheibenkörper 4 der mit dem Gelenk 2b am Hebel 2 angelenkt ist, in Rotordrehrichtung. Die Blattsteuerstange 11 ist mit ihrem Fußpunkt 7 ebenfalls an dem Gelenk 2b an dem Taumelscheibenkörper 4 befestigt.
  • In gleicher Weise ist der Hebel 3, der in der Fig. 2 in strichpunktierter Linie dargestellt ist, am äußeren Ring 1 angelenkt und schleppt den Taumelscheibenkörper 5, auf dem gleichfalls die Blattsteuerstonge 12 zit ihrem Fußpunkt 8 angreift, in Richtung der Rotordrehachse. Die beweglichen Tauxelscheibenkörper 4 und 5 sowie der feste Taumelacheibenkörper 6 sind unabhängig voneinander drehbor gelagert. Der feste Taumelscheibenkörper 6 ist wie bei Taumelscheiben in Ublicher Weise auf einem Gelenkkörper 15 geführt, der wiederum auf der Taumelscheibenfuhrung 16 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Der äußere Ring 1 ist drehbar in einem feststehenden, d. h. nicht drehenden Fuhrungsring 14 gelagert und wird durch die Anlenkpunkte 14a und 14b in einer bestimmten Lage zur Rotordrehachse fixiert, wobei die zyklische bzw. kollektive Bewegung der Taumelscheibe aber mit ausgeführt werden. Die konstruktive Ausbildung fUr das synchrone Mitbewegen in zyklischer und kollektiver Bewegungsrichtung des äußeren Ringes 1 sowie des Fuhrungsringes 14 stellen kein Merkmal der Erfindung dar und werden aus diesem Grunde Ubersichtlichkeitshalber nicht gezeigt. Die Mitte 1a des öußeren Ringes 1 ist um die Exzentrizitut e und den Winkel F gegenüber der Rotordrehachse verschoben. Der Winkel # ist in der Fig. 2 nicht darstellbar, gleichfalls ist die Exzentriztdt e nicht in wahrer Größe gezeigt.
  • Der funktionelle Ablauf der geschleppten Taumelscheibenkörper 4 und 5 entspricht dem in Fig. 1 Beschriebenen. Die voneinander unabhöngige Verstellung der Fußpunkte 7 und 8 der Blattsteuerstangen 11 und 12 auf ihrem Drehumfang verzerren den reinen sinusförmigen Verlouf der Blattsteuerwinkel derart, daß sie den tatsächlich herrschenden ourodynamischen Verhdltnissen an den Rotorbitittern sehr nahe kommt, was sich vor allem im schnellen Horizontal flug aus den bekannten Gründen sehr vorteilhaft auswirkt.
  • Fig. 3 zeigt eine kontinuierlich verstellbare Blattsteuereinrichtung, bei der sowohl die Exzentrizität e als auch der Winkel i' entsprechend den Betriebsbedingungen einstellbar ist. Zu der eigentlichen funktionellen Anordnung gemaß Fig. 1 kommt eine Verstelleinrichtung hinzu, mittels der der äußere Ring 1 zur Rotordrehachse 9 und zu den dazu zentrisch angeordneten Taumelscheibenkörpern 4, 5 und 6 verstellbar ist. Zu diesem Zweck werden zwei Verstelleinrichtungen 18 und 21 verwendet. Die Verstelleinrichtung 18 greift Uber einen Hebel 19 an den Anlenkpunkt 14b an, während die Verstelleinrichtung 21 Uber eine Doppelhebelanordnung mit dem Hebel 23 und 22 an dem Anlenkpunkt 14a angreift. Die Anlenkpunkte 14a und 14b befinden sich im Führungsring des äußeren umlaufenden Kreises 1, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist. Als weiteres zeigt die Fig. 3 die Hebel 2 und 3, die die Taumelscheibenkörper 4, 5 schleppen, die Fußpunkte 7 und 8 der Blattsteuerstangen, sowie den feststehenden Tauxelscheibenkbrper 6 entsprechend der Fig. 1. In strichpunktierter Linie ist die Blatteteuereinrichtung mit der Exzentrizitöt "Null" dargestellt. In dieser Stellung arbeitet die Blottsteuereinrichtung entsprechend einer konventionellen Taumelscheibe, ohne sinusförmige Verzerrung der Blottsteuerwinkel. Das Verstellen des dußeren Ringes 1 erfolgt in Richtung der Exzentrizität e durch die Verstelleinrichtung 18 und die Verstellung in Richtung des Blattumlaufwinkels Y> durch die Verstelleinrichtung 21. Dadurch ergibt sich eine im Koordinatensystem Ubliche Verstellung der Mitte ta des äußeren Ringes 1, in stufenloser Weise. Diese stufenlose Verstellung erlaubt eine laufende Anpassung der Blattateuereinrichtung an die jeweiligen Flogzustdnde durch den Piloten. Eine weitere Möglichkeit bedeutet das automatische Verstellen der Blattsteuereinrichtung in Abhöngigkeit von den Betriebsgrößen, wie Staudruck, Rotordrehzahl usw., um dem Piloten diese zusätzlichen Bedienungsaufgaben zu ersparen. Mit dieser Blattsteuerungseinrichtung wird eine Geschwindigkeitssteigerung im Horizontal flug erreicht und gleichzeitig der Flugkomfort wesentlich verbessert. Außerdem werden die Belostungen der Rotor- und Zellenstruktur sowie Ruckkoppeleffekte im hohen Maße gunstig beeinflußt.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Blattsteuereinrichtung fUr Hubschrauberrotoren, mit der die sinusförmige Blattwinkelvelrtellung pro Rotorumlauf entsprechend den oerodynamischen Verhultnissen des Rotorblattes verzerrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußpunkte der Blattsteuerstangen gegenseitig, unabhängig voneinander, in Richtung ihrer Kreisbahn verstellbar sind.
2, Blattsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußpunkte (7, 8) der Blattsteuerstangen (11, 12) durch Schleppstangen (2, 3), die an einem mit der Rotordrehzahl synchron laufenden äußeren Ring (1) gelenkig verbunden sind, geschleppt werden.
3. Blattsteuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schleppende äußere Ring (1) zur Kreisbahn der Blattsteuerstangen (11, 12) exzentrisch angeordnet ist.
4. Blattsteuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dodurch gekennzeichnet, daß der schleppende äußere Ring (1) zur Kreisbahn der Blattsteuerstangen (11, 12) exzentrisch verstellbor ist.
5. Blattsteuereinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische Verstellung des schleppenden dußeren Ringes (1) durch zwei Hebelgetriebe (18, 21) erfolgt, die in AbhUngigkeit der Betriebsgrößen, wie Fluggeschwindigkeit, Rotordrehzahl, entweder manuell oder automatisch ansteuerbar sind.
6. Blattsteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußpunkte (7, 8) der Blattsteuerstangen (11, 12) jeweils mit einem eigenen drehbar gelagerten geschleppten Taumelscheibenkörper (4, 5) verbunden sind.
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