DE2351501A1

DE2351501A1 - Verfahren und vorrichtung zum auswuchten von blattfoermigen rotoren

Info

Publication number: DE2351501A1
Application number: DE19732351501
Authority: DE
Inventors: James R Chadwick; James G Helmuth
Original assignee: CHADWICK ELECT Inc H
Current assignee: CHADWICK ELECT Inc H
Priority date: 1972-10-17
Filing date: 1973-10-13
Publication date: 1974-04-18
Also published as: US3802273A; DE7336976U; FR2209101B1; GB1418521A; FR2209101A1

Description

PATENTANWÄLTE

DI PL.-1 NG. DR. IUR. DIPL.-INe.

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

- 45 Osnabrück, den 12. Oktober 1973

MDSERSTRASSE 2O/24 YB/Pl

CHADViCK-HELMUTH ELECTRONICS INC. · 2351501

111 E. Railroad Avenue, Monrovia, California, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Auswuchten von blattförmigen Rotoren

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das dynamische Auswuchten eines aus Rotorblättern bestehenden Rotors, insbesondere eines Hubschrauberrotors, und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen und wirksamen Bestimmen der vorbest-immten Punktenan dem Rotor zuzugebenden oder abzuziehenden Gewicht sjnenge.

Es ist eine allgemein bekannte Tatsache, daß bereits eine leichte Unwucht eines Hubschrauberhaupt- oder -heckrotors Laufrauhheit und Vibration verursachen kann, die zu vorzeitigem Verschleiß und Versagen der Maschine sowie Ermüdung und Belästigung für Pilot und Fluggäste führen. Die bislang in diesem Bereich benutzten Verfahren zum Korrigieren der Unwucht sind grober Natur, zeitraubend und ungenau. So fügt der Mechaniker z. B. an einem der verschiedenen möglichen Punkte der Gewichtszugabe willkürlich ein Gewicht

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an. Pilot und Mechaniker steigen alsdann auf und versuchen zu beurteilen, ob das Vibrieren stärker geworden ist, 'abgenommen hat oder unverändert ist. Hat das Vibrieren zugenommen, wird die Gewichtszugabe zu einem entgegengesetzten Punkt verlagert. Wird es danach schwächer, so wird eine stärkere Belastung ausprobiert (obwohl eine geringere Belastung erforderlich sein könnte). Ist das Vibrieren unverändert, wird ein anderer Punkt ausprobiert. Führt dies alles nicht zu einem weichlaufenden Rotor, so werden Gewichte an einer anderen Winkelstellung zugegeben und der gesarate Vorgang wird wiederholt« Durch häufiges Wiederholen dieser Maßnahmen mag die Vibration zwar abnehmen, jedoch ist das Erreichen der gewünschten Herabsetzung äußerst selten, da, obgleich der Pilot die durch Rotorunwucht entstehende. S chwingungs amplitude wahrnehmen kann,er Phasencharakteristiken dagegen nicht ohne weiteres erkennen kann und somit keine Möglichkeit hat, die Punkte zu bestimmen, an denen Gewichtszugabe erfolgen muß.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum dynamischen Auswuchten eines Hubschrauber-Haupt- und -heckrotors, wobei ein schnelles und genaues Auswuchten unter den auf freiem Feld gegebenen Bedingungen möglich ist.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung ein Verfahren zum Auswuchten eines Hubschrauber- od. dgl. Rotors mit einer Mehrzahl von Rotorblättern und eine Rotationsachse bestimmend, wobei infolge dynamischer Unwucht des sich drehenden Rotors das diesem nahegelegene Strukturwerk Schwingbewegungen unterworfen ist, das

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gekennzeichnet ist durch das Anbringen .ines Umwandlers an .dem Strukturwerk und dessen Betätigen zum Erzeugen eines eine Funktion der Schlingbewegung darstellenden Signals, die Verwendung des Signals zum Bestimmen der charakteristischen Winkelstellung eines der Rotorblätter um die Achse jeweils einmal pro. Zyklus-des Signals und durcn das Variieren der Belastung des Rotors als Funktion der Größenordnung des Signals und der charakteristischen Winkelstellung.

Dabei kann die charakteristische Winkelstellung des einen Rotorblattes durch Auslösen eines Stroboskops synchron mit dem Signal und durch Ausrichten des Stroboskops auf den Rotor zum Erzeugen von ein Ziel-Rotorblatt in der charakteristischen Winkelstellung in bezug auf die Achse wiederholt erleuchtenden Blitzen bestimmt werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die charakteristische Winkelstellung des einen Rotorblattes durch Verwendung eines Ringes mit einer sukzessiven Erregung synchron zu der Rotordrehung unterworfenen Anzeigern und durch Austasten der Erregung lediglich desjenigen Anzeigers bestimmt wird, dessen Winkelstellung der charakteristischen Winkelstellung des einen Rotorblattes am nächsten kommt.

Der Gewichtsveränderungsvorgang kann die Erstellung eines Multi-Koprdinatensystems, entweder analog oder digital umfassen, in dem durch einen ersten Koordinaten-Maßstab Spitzenwerte des Ausgangssignals, durch einen zweiten Koordinaten-Maßstab die

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Werte der Winkelstellung des Zielrotorblattes um seine Rotationsachse und durch einen weiteren Koordinaten-Maßstab die zumindest an einem vorbestimmten~Punkt an dem Rotor zuzugebenden oder abzuziehenden Gewichtswerte jeweils durch Linien festgelegt werden, und in dem von irgendeinem durch spezielle Koordinaten in dem ersten und' zweiten Maßstab bestimmten Punkt in dem System die zuzugebende oder abzuziehende spezielle Gewichtsbelastung (in dem weiteren Maßstab) be-stimmt wird.

Der erste und der zweite Koordinaten-Maßstab können ein Polar-Koordinatensystern bilden, und der weitere Koordinaten-Maßstab kann zwei lineare Koordinaten-Maßstäbe umfassen, die jeweils zwei Sätzen von symmetrischen Punkten an dem Rotor zugeordnet sind, an denen Gewichte zuzufügen oder abzuziehen sind.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie nachstehend und in den Ansprüchen angegeben.

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	•	eine Seitenansicht eines auszubalancierenden Hub
- 5 - 2351501	schrauberheckrotors,
Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind	eine Draufsicht auf den Rotor nach Fig. 1,
. in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung"mit der Zeichnung	ein Bloekdiagramin einer bei dem Ausbalanzier-
näher veranschaulicht. In der Zeichnung zeigen:	prozeß verwen-deten Schaltung,
Fig. 1	ein Frequenzkennliniendiagramm,
	eine grafische Darstellung eines Koordinaten
Fig. 2 -	systems, ■
Fig. 3	eine andere Darstellung des Heckrotorblattes nach
	Fig. 1, ·
Fig. ή	eine Darstellung eines Heckrotorblattes anderer
Fig. 5	Ausgestaltung,
	eine perspektivische Darstellung eines schweben
Fig. 6	den Hubschraubers, bei dem die Erfindung anwendbar
	ist,
Fig. 7	eine Teilansicht eines Hubschrauber-Hauptrotors,
	eine Draufsicht eines Hauptrotors,
. Fig. 8	eine grafische Darstellung eines anderen Koordi
	natensystems und
	eine schematische Darstellung einer zusätzlichen
Fig. .9	Vorrichtung.
Fig.IO
Fig.11

Fig.12

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Entsprechend der Zeichnung kann ein Hubschrauberrotor die Form des in Fig. 1 und 2 dargestellten Heckrotors 10 aufweisen, der von einer Auslegerkonstruktion 11 getragen wird und eine Rotationsachse 12 bestimmt. Der Rotor 10 kann eine Anzahl von. sich von dej. Achse 12 diametral erstreckenden Rotorblättern, wie bei 13 und 1*1 angedeutet, aufweisen. Die Kraftübertragung auf den Rotor erfolgt z. B. über eine Welle 15, ein Winkelgetriebe in einem Getriebegehäuse 16 und eine Stummelwelle 17, an der die Blätter z. B. durch Greifstücke 18 befestigt sind, mittels derer die Blattsteigung verändert werden kann. Geeignete Befestigungspunkte sind bei 19, 20, 21 und 22 dargestellt. Die" Punkte 19 und 22 einerseits und die Punkte 20 und 21 andererseits sind jeweils symmetrisch zueinander an entgegengesetzten Seiten der Achse 12 angeordnet. Ebenso liegen die Punkte 19 und 20 wie auch die Punkte 21 und 22 an gegenüberliegenden Seiten der Blattachse 23, die sich senkrecht zu der Achse 12 erstreckt. Die genauen mechanischen Einzelheiten der Blattbefestigung, der Einrichtung zum Verändern der Blattsteigung etc. ebenso wie auch die Anzahl der Rotorblätter, sind von Hubschraubertyp zu Hubschraubertyp sehr unterschiedlich. Diese mechanischen Gegebenheiten diktieren die möglichen Punkte für Gewichtszugabe.

An dem Hubschrauber ist in der Nähe des Rotors ein Vibrationsabtaster, z. B. ein Akzelermeter, befestigt. In der vorliegenden Ausfuhrungsform ist ein Akzelermeter 24 als an dem Getriebegehäuse 16 befestigt dargestellt. Dieses Instrument arbeitet derart, daß es ein Beschleunigungsausgangssignal erzeugt, das eine

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~ Ί —

Funktion der Schwingbewegung des Hubschraubers, z. B, der Auslegerkonstruktion 11, ist und aufgrund dynamischer Unwucht des' rotierenden Rotors entsteht. Somit kann die Auslegerkonstru^tion in einer oder mehreren Richtungen in unerwünschter Weise vibrieren, und die Erfindung dient in erster Linie dem Zweck, eine solche Vibration weitgehend zu verringern oder abzustellen. Abhängig von der Konstruktion kann die Vibration (Bewegung) elliptisch oder gar kreisförmig sein. Wenngleich das Akzeiermeter bei der vorliegenden Ausführungsform als am Getriebegehäuse befestigt dargestellt ist, versteht es sich^ daß es ebenso an einem anderen Teil angebracht werden kann, solange dieser einer durch Rotorunwucht erzeugten und zu vermindernden oder abzustellenden Schwingbewegung ausgesetzt ist. Anstelle des genannten Akzelermeters kann in gleicher Weise irgendein in Abhängigkeit von Strukturschwingungen zyklische Ausgangssignale erzeugender Umwandler Verwendung finden.

Die Abgabe des Vibrationsabtasters ist in typischer Weise ein elektrisches Signal, das entsprechend der Vibration variiert und damit ein Ausgangssignal bildet. Dieses Signal wird zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangs signals verarbeitet., das zum Betätigen eines Meßgerätes oder einer anderen Vorrichtung zum Anzeigen der Amplitude und Phasendarstellung bzw. -wiedergabe und zum Auslösen eines bei 28 in Fig. 2 und 3 dargestellten Stroboskop verwendet wird. Zu diesem Zweck kann die Signalverarbeitungsschaltung elektrisch zwischen Akzelermeter oder Vibrationsabtaster 2k und dem Stroboskop zwischengeschaltet sein und vorteilhaft

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einen Bandpaßfilter 29 und einen Auslöser 35 umfassen, die für sich bekannte Teile darstellen. Das Bandpaßfilter 29 hat die Doppelfunktion, das Akzelermetersignal, das der zu reduzierenden oder abzustellenden (üblicherweise.der grundlegenden) Struktursehwingungsfrequenz entspricht, weiterzuleiten, während es andere, anderweitigen Erregerfrequenzen entsprechende Signale zurückhält, und außerdem das ausgewählte bzw. durchgelassene Signal integriert, um dadurch ein Geschwindigkeitsausgangs- . signal in einer Leitung 32 zu erzeugen. Das Bandpaßfilter 29 kann zum Wählen der Frequenz der zu reduzierenden oder abzustellenden Strukturvibration z. B. durch einen Drehknopf 33 von Hand eingestellt werden. Außerdem kann das Filter zur Schaffung eines in Fig. *l mit den Grenzen f., und fp des Frequenzganges J>6 dargestellten ziemlich weiten Frequenzdurchlässigkeitsbereiches anstelle eines durch den Frequenzgang 37 dieser Figur dargestellten engen Frequenzdurchlässigkeitsbereiches Staffelabstimmung haben. Ein in Fig. 3 dargestelltes Meßgerät 39 zeigt die Akzelermetergeschwindigkeit, z. B. in Zoll pro Sekunde, die die maximale Geschwindigkeit der Auslegerkonstruktion bei deren Hin- und Hervibrieren darstellt. In dieser Beziehung und wie nachstehend ersichtlich beruht ein bedeutender Vorteil in dem Umwandeln des maximalen Akzelermeterausgangssignals in ein maximales Geschwindigkeit ssignal (anstatt Beschleunigung oder Verlagerung) auf der Tatsache, daß Verlagerungs- und Beschleunigungsausgänge für annehmbare Vibrationshöhen (als ejne Funktion von Geschwindigkeit oder Frequenz und wie z. B. bei Hubschrauberhauptrotor und Heckrotor) stark variieren, Ge-

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schwindigkeitsausgänge für annehmbare Vibrationen dagegen weit .weniger variieren, und die ^rwendung letzterer für Auswuchtzwecke dia Benutzung der gleichen Instrumentausrüstung ohne Bereichsveränderung, für sämtliche derartigen.Anwendungen ermöglicht r

Die staffelabgestimmte Filtercharakteristik wird gegenüber einfach abgestimmter Filtercharakteristik zum Oberprüfen der Ab.-stimmung benutzt, da beim Drücken des "Abstimmungskontroll"-Knopfes das Filter.von seiner Staffelabstimmungscharakteristik auf Einfachabstimmungscharakteristik umschaltet* Falls die Geschwindigkeit nicht in genauer Übereinstimmung mit der Rotorgeschwindigkeit eingestellt ist, ändern sich Amplitude und/oder die beobachtete Phase. Die Abstimmung wird solange in der erforderlichen Weise reguliert (Front-steuerung vom Instrumentenbord), bis beim Drücken des Knopfes keine Veränderung mehr eintritt.

Der Triggerkreis 35 arbeitet in Abhängigkeit von dem Vorgang, daß das Geschwindigkeitssignal in der Leitung 32 beim Kreuzen von Null positiv wird, um das zy-klische Auslösen des Stroboskops 28, mit dem der Triggerkreis über die Leitung HO verbunden ist, zu bewirken. Als Beispiel eines bekannten und gebräuchlichen Stroboskops wird das Stroboskop "STROBEX" Modell 135M-9 oder 135M-1O der Firma Chadwiek-Helmuth Go., Monrovia, California, genannt. Das^ Stroboskop 28 ist auf den Rotor gerichtet, z. B. wie in Fig. 2, um Blitze zu erzeugen, die wiederholt ein Zielblatt-(z, B. das Blatt 13, das einen Zielreflektor 42 trägt) ,anstrahlen,

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- to -

das als in einer "charakteristischen Winkelstellung" zu der.Achse 12 relativ stillstehend erscheint* Diese charakteristische Winkelstellung wird durch das komplexe- Feder- (des tragenden Flugrahmens) Masse- (des Rotors) System und die Rotorgeschwindigkeit bestimmt. Jeder Rotor eines jeden Hubschraubertyps hat eine charakteristische Phasen- (oaer Winkelstellung-) Relation. Wenn man diese Winkelstellung, die als ^uUhr"-Stellung bezeichnet werden kann (wobei Fig. 1 das Rotorblatt 13 in einer.10.3o Uhrstellung zeigt)_r und die Größenordnung des maximalen Geschwindigkeitsausgangssignals, wie es auf dem Meßgerät 39 erscheint, kennt, kann man die Belastung des Rotors variieren, um ein weitgehendes Auswuchten zu erreichen. Hierzu können ein oder mehrere kleine Gewichte an einem der Befestigungspunkte 19 bis·22 dem Rotor zugegeben oder entzogen werden» wobei das Ausmaß einer solchen Gewichtsveränderung und die speziellen Befestigungspunkte, an denen die Veränderung zu bewirken ist, durch Ablesen des Meßgerätes 39 ^und der Uhrstellung des durch Stroboskop angestrahlten Zielblattes bestimmt werden. Dementsprechend werden kostenaufwendige und zeitraubende vergebliche Versuche und fehlerhafte Gewichtsveränderungsvorgänge vermieden. Derartige Gewichte'können aus Unterlagsscheiben bzw. Zwischenringen bestehen, die den mit Gewinde versehenen Befestigungsmitteln zugefügt oder entfernt werden können.

Das Bestimmen von Ort und Umfang der Rotorbelastung kann vorteilhaft die Maßnahme des Erstellens eines Multi-Koordinatensystems einschließen, bei dem

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.a) ein erster Koordinaten-Maßstab Vierte des GeschwindigkeitS₇

signals durch Linien festlegt,
i>) ein zweiter Koordinaten-Maßstab Werte der Rotorblatt-¥inkelstellung (Uhrstellung) um seine Rotationsachse durch Linien

festlegt und
c) ein weiterer Koordinaten-Maßstab die Gewichtswerte durch Linien festlegt, die zumindest in einer Stellung des Rotors zuzugeben bzw. abzuziehen sind,

und das weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Punkt in . dem System oder Feld, der durch einander zugeordnete Rotorblatt-Winkel·- und Geschwindigkeitswert-Koordinaten bestimmt wird, seinerseits die an ein oder mehreren Stellen des Rotors zuzugebende oder abzuziehende spezielle Belastung bestimmt.

Das erwähnte MuIti-Koordinatensystern kann in Analogform (z. B. als Grafik), in Tabellenform oder in Digitalform (z. B. in einer Digitalkomputerspeicherung) erstellt werden. So zeigt Fig. 5 z. B. ein Polar- (Analog-) Koordinatensystem mit konzentrischen Kreisen, die die Geschwindigkeitswerte in Zoll pro Sekunde zeigen (0,1 bis 1,0), wobei "Uhr"-Winkel oder -Stellungen (1 bis 12) von einem gewählten Radius ^2 Werte von durch Stroboskop festgehaltenen Zielblatt-Winkelstellungen durch Linien festlegt. Der erwähnte weitere, die Gewichtswerte durch Linien festlegende Koordinatenmaßstab hat, entsprechend Fig* 5 die Form zweier mit A und B bezeichneter linearer Hilfsmaßstäbe, die jeweils den vorbestimmten, mit A und B bezeichneten Stellungen an den Rotorblättern 13 und 14 (Fig. 6> zum Zugeben oder'Ab-

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ziehen von Gewicht entsprechen bzw. zugehören.

Somit ist für jeden durch die speziellen Blattwinkel- und Geschwindigkeitswert-Koordinaten bestimmten Punkt in dem Koordinatensystem eine zugehörige oder dafür bestimmte an der bzw. den entsprechenden Stellen des Rotors hinzuzufügende oder abzuziehende spezielle Belastung vorhanden. So bestimmt z. B. Punkt "P", der eine durch Stroboskop festgehaltene Biattwinkel- oder Uhrstellung von 10.3o Uhr und einen Geschwindigkeitswert von 0,6 Zoll pro Sekunde an dem Meßgerät 39 darstellt, seinerseits (über die Auffanglinie 110), daß ein 12 gr Gewicht dem Zielblatt 13 an der Stelle B (Fig. 6) anzubringen ist (oder stattdessen an dem Blatt 1*1 ohne Zielpunkt an der dargestellten symmetrischen Stelle B abzuziehen ist); ferner ein 18 gr Gewicht (über Auffanglinie 111), das von dem Zielblatt 13 an der in Fig. 6 gezeigten Stelle A abzuziehen (oder stattdessen an dem Blatt I¹J ohne Zielpunkt an der dargestellten symmetrischen Stelle A zuzufügen) ist.

Fig. 7 zeigt eine andere Heckrotorausbildung, bei der die A Stellen an den Blattspitzen und die B Stellen an den Spitzen eines Blattsteigungs-Steuerglieds 112 liegen, das zusammen mit dem Heckrotor rotiert. Eine Tafel für diese Ausbildung ist nicht gezeigt. Hierzu ist zu bemerken, daß jeder Rotor bestimmte Punkte hat, die für den bestimmten Rotortyp stets dieselben sein werden, an denen Gewichte angefügt werden können. Die Tafeln "reflektieren" die Geometrie derjenigen möglichen Punkte,

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an denen in bezug auf den Rotor Gewicht zugefügt werden kann. So muß jeder Rotor eines jeden Hubschraubertyps seine eigene Tafel haben.

Bei Anwendung -des vorbesciiriebenen Verfahrens kann der Hubschrauber-Heckrotor bei einem Minimum an Kosten und Zeitaufwand, schnell und genau ausgewuchtet werden*

Die Fig. 8 zeigt die Anwendung des Verfahrens zum Auswuchten eines Hubsehrauber-Hauptrotors 50. Zunächst erfolgt die Laufeinstellung der Rotorblätter 51 bis 5²J des Hauptrotors, um sieherzustellen, daß die Blätter beim Rotieren und Durchlaufen irgendeines gegebenen Punktes in dem Azimuth in gleicher Höhe sind. Ein fehlerhafter Blattlaufzustand der Rotorblätter verursacht Laufrauhheit und Vibration, wodurch, falls nicht vor dem Auswuchten des Rotors beseitigt, das Auswuchten beeinflußt wird. Durch fehlerhaften Blattlauf entstehende Vibration und Laufrauhheit verursachen vertikale und seitliche Vibration, die die durch Ungleichgewicht erzeugte Seitenvibration überdeckt und ein Unterscheiden des gewünschten Signals unmöglich macht. "

Der Zustand des Rotorblattlaufs wird zunächst in dem Betrieb des Hubschraubers beobachtet, wie er auch während des Auswuchtens vorhanden ist, d. h. am Boden oder im Schwebeflug, und erfolgt z. B. dadurch, daß eine stroboskopisch betätigte Lichtquelle 55 gegen die rotierende Blattspitzenbahn gerichtet wird, wobei die Blattspitzenunterseiten gleiche retroreflektive Zielpunkte 56

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aufweisen. Diese werfen von dem Lichtstrahl 57 kommendes Licht zurück zu dem Beobachter 58 in dem Hubschrauber, der die hellen Zielpunkte ara Himmel sieht. Die Rotorblätter werden typischerweise durch Zielpunktform oder -farbe identifiziert und irgendein falsch ausgerichtetes Blatt kann festgestellt und der Grad der Fehlausrichtung beurteixt werden. Anschließend, nachdem sich der Hubschrauber wieder im Ruhezustand auf dem Boden befindet, kann das beanstandete Blatt, z., B. durch üblicherweise an dem Rotorkopf 58' vorgesehene Mittel, in Fluchtstellung zurückgetrimmt werden.

Die Lichtquelle 55 kann z. B. aus einem von der Firma Chadwick-Helmuth Co., Inc., Monrovia, California, unter der Bezeichnung "STROBEX Modell 135 M-9 oder M-IO" vertriebenen Gerät bestehen. Dessen Synchronisiersignal kann von einem magnetischen Abtaster 59 stammen, der an einer festangebrachten Taumelscheibe 60 (wie in Pig, 9 deutlich veranschaulicht) befestigt ist, wobei der Abtaster in der Nähe einer durch die Hauptantriebswelle 62 rotierten Taumelseheibe 61 vorsteht. Die Taumelscheibe 6l trägt eine Anzahl von Teilen (einen für jedes Rotorblatt), z. B. Weieheisenelemente 59a, die den Abtaster zum Erzeugen des Synchronjsfersignals, und zwar jeweils einmal für jeden Rotorblattdurchgang, magnetisch betätigen. Das Synchronisiersignal wird zum Steuern dex· Stroboskop-Lampe 55 benutzt. Bei 65 dargestellte Kippsteuerungen für die festangebrachte Taumelscheibe werden derart betätigt, daß sie die Drehung der rotierenden" Rotorblätter über Steigungssteuerglieder 66 steuern, um sowohl

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eine Plugrichtungssteuerung als auch eine Auftriebssteuerung des. Hubschraubers zu schaffen.

Wach erfolgter Blattlaufeinstellung kann das dynamische Aus- -· wuchten des Hauptrotors alsdann in ähnlicher Weise erreicht werden, wie oben für den Heckrotor beschrieben. Entsprechend PIg. 9 ist ein Akzelermeter 70 nahe dem oberen Ende eines nicht rotierenden, die Antriebswelle 62 des Hauptrotors aufnehmenden Mastes 71 angebracht, um durch dynamische Rotorunwucht erzeugte seitliche Vibration des Mastes festzustellen bzw. abzutasten. Das Akzelermeter kann in einer 9.oo Uhrstellung außen am Masten befestigt sein, wobei die 12.oo ührstellung vorne liegt. Der Akzelermeterausgang wird entsprechend Fig. 3 zum Betätigen des Stroboskops 28 verarbeitet, das in einer Weise von der Pilotenkanzel aus auf den rotierenden Rotor gerichtet werden kann, die dem Einstellen des Stroboskops 55 gemäß Fig. 8 ähnelt bzw. entspricht. Die beobachtete Azimuthstellung, in der der Zielpunkt sichtbar ist, kann tanzen oder etwas unbestimmt sein, so daß es vorteilhaft' ist, den reflektierenden Zielpunkt dicht an der Blattwurzel oder an der Nabe anzuordnen. Das Zielpunktblatt kann, wenn es angestrahlt ist, an irgendeiner Stelle um die Rotor-Hauptantriebsachse 73 angeordnet sein in Abhängigkeit von der Stelle der Unwucht.

Angenommen, ein Hauptrotor 50 hat drei Rotorblätter, die entsprechend Fig. 10 mit "TARGET", A und B bezeichnet sind, so können sie feststehende Gewichtszugabe- oder -ent.zugspunkte 74 bis 76 aufweisen. Das Bestimmen der an irgendwelchen zwei von drei

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Punkten zum überwinden der dynamjsehen Unwucht zu verändernden Gewichtsmenge kann mit Hilfe eines Multi-Koordinatensystems geschehen, wie es z. B. in Fig. 11 dargestellt ist. Wie ersichtlich kann ein erster Koordinaten-Maßstab durch konzentrische Kreise um einen Mittelpunkt oder Pol 77 gebildet werden und mit der i.p.ε.-Markierung (Zoll pro Sekunde Geschwindigkeits-Ausgang) O₁I bis 1,0 identifiziert werden; ein zv/eiter Koordinaten-Maßstab (der die Werte der Winkelstellung durch Linien festlegt) wird gebildet durch zueinander in gegenseitigen Abständen von 30°

stehenden Radiallinien, die "Uhrstellungen" 12.3o, 1.3o

11.3o angeben. Weitere Koordinaten-Maßstäbe, die die zumindest an zwei Punkten an den Rotorblättern hinzuzusetzenden Gewichtswerte durch Linien festlegen, sind an den bei A, B und TARGET bezeichneten Stellen entlang hexagonalen Linien, wie gezeigt, vorgesehen.

Angenommen, daß beispielsweise ein Punkt PP einen stroboskopisch gestoppten Zielblattwinkel oder eine "Uhrstellung" bei 2.3o Uhr und weiter e.in (wie beschrieben von dem Akzelermeter stammendes) Geschwindigkeitssignal von etwa 0,6" pro Sekunde darstellt. Die beiden für diese Stellung zutreffenden Hilfs-Maßstäbe sind der Α-Maßstab und der TARGET-Maßstab oben und oben rechts in Pig. Wie angedeutet, beträgt der entsprechende Auffang entlang Linie 78 in dem Α-Maßstab annähernd zwei Gewichtswerte (z.. B. Gramm), die dem Rotorblatt A an Punkt 75 zuzugeben sind, und beträgt der entsprechende Auffang entlang Linie 79 an dem TARGET-Maßstab annähernd 5,8 Gewichtswerte, die dem TARGET-Rotorblatt an dem Punkt Tk (Fig. 10) zuzugeben sind. Die Auffanglinien

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sinö parallel zu den hexagonalen.Maßstablinien A, B und TARGET in'F^:;> 11. Ein Punkt PP' würde seine Auffänge, wie dargestellt, an den A- und B-Maßstäben und ein Punkt PP" würde seine Auffange, wie dargestellt, an den gegenüberliegenden TARGET- und B-Maßstäben haben. Dabei ist in jedem Fall die Zugabe von Gewichten und nicht ein Abziehen derselben erforderlich.

Schließlich kann zum Umgehen der Schwierigkeit, das Stroboskop- 28 auf das Zielblatt in'irgendeiner Stellung um die Achse 73 herum zu richten, eine in Fig. 12 dargestellte Hilfsvorrichtung 85 Verwendung finden. Die Vorrichtung 85, bei.der es sich z. B. um das von der Firma Chadwick-Helmuth Co., Monrovia, Californien, hergestellte Gerät "Phazor Modell 171" handeln kann, kann einen Timer 86 und einen Ring 87 mit Lichtern oder Anzeigern 88 umfassen, die in gleichmäßigen Winkelabständen auf dem Ring angeordnet sind. Der Timer erhält einmal bei jeder Umdrehung des Zielblattes 51 ein Synchronisiersignal, und zwar z. B. über die Leitung 89, an die der Impuls- bzw. Signalerzeuger 59 ange- . schlossen sein kann. Der Timer ist über Leitungen.90 mit allen zwölf (bzw. einer anderen Anzahl von) Lichtern 88 verbunden, um sie der Reihe nach und synchron mit der rotierenden '"Uhrstellung" des Zielblattes einzuschalten; jedoch erhält der Timer außerdem auf Leitung ^Oa wie in Fig. 3 gezeigt das Ausgangssignal des Auslösers. Der Timer bewirkt lediglich das Weiterleiten oder Austasten eines Erregersignals zu demjenigen Licht, das zum Zeitpunk der Auslösersignalübertragung in Synchronstellung um die Achse 91 der Zielblattstellung um die Achse 73 am nächsten.liegt. Dementsprechend kann die Bedienungsperson die Uhr-Winkelstellung des

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erregten Lichtes oder Anzeigers an dem Ring 87 in der Pilotenkanzel ablesen und die erhaltene Information wie obe-n beschrieben zum Bestimmen der Rotorblattbelastung verwenden.

Der zwingende Grund für die Vorrichtung 85 (das Auswuchten muß bei einigen Hubschraubern in der Luft erfolgen) bestehu darin, daß die klappbaren (gelenkigen) Rotorsysteme Dämpfer (Stoßdämpfer) in der Vorlauf-Nachlauf-(Azimuth-)Richtung haben. Bestimmte Typen von Dämpfern haben hohe Haftreibung und machen ein Einstellen der Rotorblätter (durch die Wirkung der Zentrifugalkraft) auf ihren gewünschten gleichmäßigen Abstand unmöglich. Beim Schwebeflug der Maschine jedoch "bricht" das erforderliche Betätigen der Steuerungen und Belasten der Rotorblätter die Haftreibung und ermöglicht den Rotorblättern, sich selbst in die richtige Phase zu bringen. Somit muß das Auswuchten aus dem Innern des Hubschraubers vorgenommen werden, wo die Vorrichtung 85 benutzt wird.

Der Hubschrauber kann mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Synchronisiersignals für jeden Rotorblattdurchgang ausgerüstet sein, um das Messen der Spureinstellung des Rotorblattes zu erleichtern. In diesem Fall wird eines der Synchronisiersignale (üblicherweise von dem Zielblatt) als Doppelimpuls vorgesehen, und die Vorrichtung 85 umfaßt eine Logik, um nur den Doppelimpuls für das erforderliche Einmal-pfo-Umdrehung-Signal aufzunehmen.

Da Blattlaufeinstellung und Auswuchten, insbesondere bei dem Hauptrotor, zusammen bewirkt werden müssen, sind die Instrumente derart angeordnet, daß dies einfach und schnell erfolgen kann.

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Die beschriebene Blattläufeinstellung durch das "Strobex"-Gerät erfordert pro Rotorblatt ein Signal von dem magnetischen Ab- \ taster. Dagegen erfordert die Phasenbestimmung durch die Vorrichtung 85 nur ein Signal pro Umdrehung. In die Vorrichtung ist eine Logik eingebaut, die nur auf einen Doppelimpuls im. Abstand von 0,5 bis 5 Millisekunden anspricht und sämtliche Einzelimpulse ignoriert. Das "Strobex"-Gerät hat dagegen eine derartige Logik, daß es nur auf den ersten Impuls anspricht.

Somit werden durch Installieren eines Doppelunterbrechers mit zum Erzeugen des entsprechenden Doppelimpulses geeignetem Intervall auf der rotierenden Taumelscheibe und durch Installieren der erforderlichen Anzahl (n - 1 für η Rotorblätter) von Einzelunterbrechern die sowohl für Laufeinstellung als auch für Auswuchten geeigneten Signale erzeugt.

Es kann alsdann durch einfache Auswahl an dem Frontinstrumentenbord nach Belieben entweder Blattlaufeinstellung oder Auswuchtung durchgeführt werden, wobei der Vorgang sehr schnell und einfach ausführbar ist.

Entsprechend Fig. 9 kann jedes Rotorblatt drei Rotationsachsen haben, von denen die eine als die Steigungsachse 95, die sich im wesentlichen parallel zu der Rotorblattlänge erstreckt, die andere als sich im wesentlichen horizontal und senkrecht zur Achse 95 erstreckende Gelenkachse 96 und die dritte als vertikale Achse 97 bezeichnet ist, wobei geeignete Gelenkverbindungen vorgesehen sind^um die Rotorblattrotation um diese Achsen zu erleichtern.

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zum Auswuchten eines Hubschrauber- od. dgl. totors mit einer Mehrzahl von Rotorblättern und eine Rotationsachse bestimmend, wobei infolge dynamischer Unwucht des sich drehenden Rotors das diesem nahegelegene Strukturwerk Schwingbewegungen unterworfen ist, gekennzeichnet durch das Anbringen eines Umwandlers an dem Strukturwerk und dessen Betätigen zum · Erzeugen eines eine Funktion der Schwingbewegung darstellenden Signals, die Verwendung des Signals zum Bestimmen der charakteristischen Winkelstellung eines der Rotorblätter um die Achse jeweils einmal pro Zyklus des Signals und durch das Variieren der Belastung des Rotors als Punktion der Größenordnung des Signals und der charakteristischen Winkelstellung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Winkelstellung des einen Rotorblattes durch Auslösen eines Stroboskops synchron mit dem Signal und durch Ausrichten des Stroboskops auf den Rotor zum Erzeugen von ein Ziel-Rotorblatt in der charakteristischen Winkelstellung in bezug auf die Achse wiederholt erleuchtenden Blitzen bestimmt wird.

j5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Winkelstellung des einen Rotorblattes durch Verwendung eines Ringes mit einer sukzessiven Erregung synchron zu der Rotordrehung unterworfenen Anzeigern und durch Austasten der'Erregung lediglich desjenigen Anzeigers bestimmt

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wird, dessen Winkelstellung der charakteristischen Winkelstellung des einen Rotorblattes am nächsten kommt.

k. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichts*veränderungsVorgang die Erstellung eines MuIt!-Koordinatensystems umfaßt, in dem durch einen ersten Koordinaten-Maßstab die Werte der Signale einen zweiten Koordinaten-Maßstab die Werte der Winkelstellung des Ziel-Rotorblattes um die Achse und einen weiteren Koordinaten-Maßstab die zumindest an einem .vorbestimmten Punkt dem Rotor zuzugebenden oder abzuziehenden Gewichtswerte jeweils durch Linien festgelegt werden und in dem von irgendeinem durch spezielle Rotorblattwinkel- und Signalwert-Koordinaten bestimmten Punkt in dem System

Bezug
unter/auf den weiteren Koordinaten-Maßstab die zum Zugeben oder Abziehen bestimmte spezielle Gewichtsbelastüng bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstellung des Multi-Koordinatensystems die Erstellung eines Polar-Koordinatensystems umfaßt, in dem konzentrische Kreise Werte der Signale und Winkel mit vorbestimmtem Radius zu den Kreisen Werte.der Rotorblatt-Winkelstellung durch Linien festlegen. . .

6. Verfahren nach einem der Ansprüche Ί oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Multi-Koordinatansystem die Erstellung von zumindest zwei die Gewichtswerte durch Linien festlegende Maßstäbe umfaßt, von denen jeder jeweils einem vorbestimmten Punkt an.dem Rotor zugeordnet ist.

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7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stroboskop auf einen Hubschrauber-Heckrotor ausgerichtet und der Umwandler an der Hübschrauber-Heekstruktur angebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stroboskop auf einen Hubschrauber-Hauptrotor ausgerichtet und der Umwandler in der Nähe des Hauptrotormastes angebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennaal0Rftet durch den Schritt der genauen Laufeinstellung der RotQ$h%&%%$p Zueinander während der Rotorbewegung.

10. Vorrichtung zum Auswuchten eines Hubschrauber- od. dgl. Rotors mit einer Mehrzahl von Rotorblättern und eine Rotationsachse bestimmend, wobei, infolge dynamischer Unwucht des sich drehenden Rotors das diesem nahegelegene Strukturwerk des Hubschraubers od. dgl. Schwingbewegungen unterworfen 1st, gekennzeichnet durch einen an dem Strukturwerk (bei 16) anbringbaren Vibrationsabtaster (2k) zum Erzeugen eines als Punktion der Schwingbewegung variierenden Ausgangssignals, durch eine das Signal zum Erzeugen eines zyklischen Signals verarbeitende Schältung (29, 35) und durch auf das zyklische Signal ansprechende Mittel (28, k2 oder 85) zum Bestimmen der charakteristischen Winkelstellung eines der Rotorblätter (13 oder 51) um die Achse jeweils einmal pro Zyklus des Signals, wobei zum Erreichen einer weitgehenden dynamischen Auswuchtung des Rotors dessen Gewichtsbelastung als Punktion der Größenordnung des zyklischen-

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Signals und der charakteristischen Winkelstellung veränderbar .'ist. . '■

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet -_t daß die Schaltung einen Bandpaßfilter (29) umfaßt, welches

• das AbtasterausgangBsignal aufnimmt und ein das zyklische Signal darstellendes Geschwindigkeitsausgangssignal erzeugt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das zyklische Signal ansprechenden Mittel ein zum Auslösen durch das zyklische Signal angeschlossenes Stroboskop (28) umfassen. -

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das zyklische Signal ansprechenden Mitteleinen Ring mit einer sukzessiven Erregung synchron zu der Rotordrehung zu unterwerfenden Anzeigern (87_S 88) umfassen sov?ie einen Timer (86) zum Austasten der Erregung lediglich desjenigen Anzeigers, dessen Winkelstellung zu dem Fing der charakteristischenWinkelstellung des einen Rotorblattes (51) am nächsten kommt.

■ lA. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch ein Multi-Koordinatensystem, in dem ein erster Koordinaten-Maßstab.die Werte des Geschwindigkeitsausgangssignals ein zweiter Koordinaten-Maßstab die Werte der Winkelstellung des Ziel-Rotorblatt es um die Achse und ein v/eiterer Koordinaten-Maßstab die zumindest an einem vorbestimmten Punkt dem Rotor

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zuzugebenden cdcr abzuziehenden Gewicht.swerte jeweils durch Linien festlegt und in den? irgendein durch spezielle Rotorblatt« nkel- und Gesehv:;*r'f.'ikke.i.töv--ert--Koordinaten bestimmt ^r Punkt in dem System seinerseits unter Bezug auf den weiteren Koordinaten-Maßsti.b die zur¹ Zugeben oder Abziehen bestimmte spezielle Gewichtsbelestunc bestimmt.

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