DE2425791A1 - Rotoraufhaengung - Google Patents

Description

vDR/ING. E. HOFFMANN · DIPI,. ING, W. KITLB · DHMIEE-NAIMkHOFFMANN:"

D-8000 MÖNCHEN« · ARAeEUASTRASSE ♦ · TcLEFON(Oi)IViIIOi/ "'^AC

ξ'J" Societe Nationale Industrielle 'Aerospatiale,"^Paris/Frankreich

if Rotoraufhängung

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotor-

aufhängung für Flugkörper, insbesondere Hubschrauber, mit einer Einrichtung, welche die Übertragung der an dem Rotor auftretenden Vibrationen auf den Rumpf verringert.

Der Hauptrotor eines Hubschraubers ist mit Flügelblättern versehen, welche auf die mit denselben verbundene Nabe Kräfte überträgt, von denen ein Teil konstant und ein anderer Teil periodisch fluktuierend ist. Die ersteren . Kräfte ergeben sich aufgrund der aerodynamischen Kräfte und der Zentrifugalkräfte, wobei es sich nicht als schwierig erweist, dieselben auf die Rumpfstruktur des

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Hubschraubers zu übertragen. Die periodisch auftretenden Kräfte bestehen im wesentlichen aus vertikalen Kräften deren Ursprung _t in„der aerodynamischen,Asymmetrie,aufgrund der Hor^izontalgeschwindigke^irt liegt^ ,In einer ^lEbene senkrecht ^zur^Achse des Rotors; treten, =jedoch;eben_r < falls periodisch^fluktuierende Kräfte auf,-welche .durch öle Veränderung der Schrägstellung der Flügolblätter hervorgerufen werden. Diese periodisch auftretenden Kräfte nüssen ebenfalls auf die Rumpfstruktur des Hubschraubers Übertragen werden, wodurch jedoch vertikale longitudinal und insbesondere transversale Vibrationen erzeugt werden, von denen die letzteren für das Flugpersonal und die Passagiere am störendsten empfunden werden.

Die Konstrkteusre von Hubschraubern haben bereits versucht, diese Vibrationseffekte zu verringern, indem senkrecht zu den Flügelblättern bzw. auf die Nabe Resonatoren befestigt werden. Fernerhin wurden bereits Antlvibrationseinrichtungen in die Kabine eingebaut, welche entweder automatisch oder nicht automatisch auf flie Vibrationsfrequenz eingestellt werden. Schließlieh 1st es bereits bekannt, zwischen der aus Getriebekasten, Mast und Nabe bestehenden Einheit und der Rumpf-Struktur elastische Verbindungen vorzusehen.

Bo ist es beispielsweise bereits bekannt ( siehe DT/ PS 1 625 4^7) zwischen dem Rotor und der Rumpfstruktur des Hubschraubers eine Verbindungsanordnung vorzusehen, welche starre Elemente - beispielsweise Stangen ■ aufweist, die senkrecht zwischen dem unteren Teil de's Getriebekastens und der Rumpfstruktur angeordnet sind. Diese starrer Elemente dienen dazu, die auf die Rotornabe einwirkenden Kräfte zu übertragen. Fernerhin ist eine aus einer Mehrzahl von Blättern bestehende Platine vorgesehen, welche unter der Wirkung des von dem. Motor auf.

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das Getriebe übertragenen Drehmoments und der horizontalen Kräfte durch Verbiegung der einzelnen Blätter geringfügige periodische Bewegungen des Bodens des Ge^rieiks'f-

in bezug.auf den-Rumpf erlaubt. Es. zeigt sich "jedc-eh, " daß"eineⁱ'derartige'Anordriung nur unvollständig die •vhn dem-Rotor in "Richtung de's Rumpfes geleiteten" Vibrationen herausfiltert.

Es ist demzufolge Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Rotoraufhängung für Plugkörper insbesondere Hubschrauber zu schaffen, welche die Übertragung von Vibrationen auf den Rumpf im wesentlichen verhindert.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, indem die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale vorgesehen sind.

Vorzugsweise ist die Rotoraufhängung derart ausgelegt, daß jeweils zwei Schwingungsknoten auftreten.

Die Aufhängung des Schwungkörpers in bezug auf die Rumfpstruktur erfolgt an zwei Punkten, welche in der Nähe der beiden Schwingungsknoten liegen, in deren Bereich die auftretenden Bewegungen Null sind. Die Verbindung im Bereich des oberen Schwingungsknotens wird durch eine Anordnung von mehreren starren Stangen erreicht, welche den oberen Teil des Getriebekastens ^it dem oberen Teil des Rumpfes verbinden. Die Konvergenzpunkt dieser Stangen liegt dabei im wesentlichen im Bereich des oberen Schwingungsknofcen. Aufgrund dieser Verbindung werden die vertikalen und horizontalen Kräfte der auf Biegung beanspruchten Elemente übertragen.

Die Verbindung im 3ereich des- im unteren Teil des Getriebekastens liegenden unteren Schwingungsknotens er-

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folgt mit Hilfe einer Fixierung, Vielehe das Motordrehmoment nowie dir horizontalen Kräfte aufgrund der B iegemorncnte der aufgehängten Elemente überträgt.

Eine derartige Ausgestaltung der Rotoraufhängung weist eine Anzahl von Verteilen auf. Eine derartige Rotoraufhängung int nämlich insbesondere sehr leicht, weil dabei zum Großteil bereits für den Hubschrauber notwendige Elemente - wie Getriebekasten, Mast und Rotor als Teile des Vibrationskörpers verwendet werden, deren 3chwingungGknoten als Befestigungspunkte gegenüber der Rumpfntrulctur verwendet worden. Die Rotoraufhängung kann fernerhin so ausgebildet sein, daß Vibrationen in einer oder mehreren Richtungen heraus filtriert v/erden.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann der Platzbed.irf sehr verringert werden, indem im Bereich des Getriebekastens beidseitig seitliche Ansätze vorgesehen sind, Vielehe eine elastische Halterung des Bodens des Getriebekastens darstellen. Bei einer derartigen Aufhängung können die Vibrationsprobleme sehr viel dire'cter und einfacher als mit bekannten Konstruktionen eliminiert werden, v/eil der durch den Getriebekasten, den Mast und den Rotor gebildete Schwungkörper unabhängig von dem Rumpf optimal ausgelegt werden kann · Auf diese Weise können die auftretenden Schwingungsknoten an gewünschte Stellen gelegt werden, was wiederum die BefestigUT'5 an den Rumpf erleichtert.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielei: näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

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FIg. 1 eine seitliche Ansicht eines mit der erfindungsgemäßen Rotoraufhängung versehenen Hubschraubers,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Rotoraufhängung mit bidirekticneller Wirksamkeit,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer Rotoraufhängung mit monodirektioneller Wirksamkeit,

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht

einer weiteren Ausführungsform einer Rotoraufhängung mit monodirketioneller Halterung, welche mit einer elastischen Aufhängung des GetriebekastenDodens kombiniert ist,

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht

einer weiteren abgewandelten Ausführungsform einer Rotoraufhängung geringer Höhenabmessung, mit bidirektioneller Wirksamkeit,

Fig. 6 eine schematische, perspektivische Ansicht, einer abgewandelten Ausführungsform einer Rotoraufhängung gemäß FIg. 3,

Fig. 7 bis 9 schematische Darstellungen des Schwungverhaltens der in Fig. 6 dargestellten Rotoraufhängung,

Fig. 10 und 11 schematische Teilansichten von Einzelheiten

Befestigungen der in Fig. 6 dargestellten Rotor aufhängung, und

Fig. 12 eine seitliche Ansicht eines leiahten Hubschraubers, vie Icher mit einer Rotoraufhängung gemäß der Erfindung versehen ist.

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Cemäß Fie· 1 ict oberhalb des Rumpfes 1 eines Hubschraubers ein Schwungkörper angeordnet, welcher aus einem Getriebekasten r'jeinen darauf befestigten biegsamen Mast 3 und einem über eine Nabe mit dem Mast 5 verbundenen Rotor k besteht. Die Habe des Rotors 4 wird über den Mast 5 und äcn GetriebrH"\.~t^ii 2 von einem Motor M angetrieben, wobei die Verbindung zwischen dem Motor M und dem Getriebekasten 2 derart ausgebildet int, daß geringfügige Längsund G.ucrbev/cGunneii n.">cjlich. sind. Der Rotor h bildet eine Schwungnasse, wcihrend eine auf derselben vertikalen Achse liegende zweite Schwun/^masse vorhanden ist, die durch ein Gegengewicht 5 gebildet ist. Dieses Gegengewicht 5 ist über einen flexiblen Mast 5& mit dem Getriebekasten verbunden. Die durch den Rotor K und dar- Gegengewicht gebildeten Schwungmassen, welche an den Enden des Mastes j5 bzv. des Mastes 5a liegen, bilden die Enden eines elastischen Schvmngkörpers welcher entlang von Biegelinien Ca, üb unter Ausbildung von zwei Schwingungsknoten 7 und S verformbar ist.

Im Bereich der Schwingungsknoten J, 8 erfolgt di^ Verbindung mit der Rumpfstruktur. Zu diesem Zweck sind gem. Fig. P. vier Ilaltcrungsstangen 9 vorgesehen, v/eiche an ihren Enden mit Gelenken versehen öinu. Über diese Halterungsstangen 9 v/erden die an dem Rotor 4 auftretenden Kräfte übertragen. Die Halterungsstangen 9 sind an ihren unteren Ender, über Gelenkpunkte 10, am Rumpf 1 befestigt, während die oberen Enden der Halterungsstangen 9 über Gelenkpunkte 11 im wesentlichen in der τ?τ-^ι-»λ sis^r· ΛΚοηηη <"! ol-it.T-i nmm (»clmnfoTi =:7 an Horn nho^Pn φ£>ΊΤ

des Getriebekastens 2 angelenkt sind. In der Höhe des unteren Schwingungsknotens8 ist der Schwungkörper bei-Epeilsweise mit Hilfe einer Kardanaufhängung 12 an dem Kumpf 1 befestigt, wobei diese Kardanaufhängung 12 in der Lage ist, die Gegenkräfte des Rotordrehmomentes zu übertragen .

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Bei den bereits existierenden Hubschraubern ist in der Regel unterhalb des Gotriebokastens 2 kein Platz verfügbar, weil dieser Raum von anderen Einrichtungen des Hubschraubers ausgefüllt wird. Fig. 3 zeigt demzufolge eine Ausfühi'ungsforni, bei v/elcher unterhalb des Getriebekastens ν kein Platz benötigt wird. Wie bereits beschrieben, b^-det der Rotor 4 die obere Schwungmasse. Die untern Schwungmasse ist verdoppelt, indem ein QuTor.ab 13 vorgesehen ist, welcher ein Ringteil 14 besiLzt, entlang dessen Innenfläche der Getriebekasten 2 r.tnrr befestigt ist. Die beiden Äste 15 und 16 des Querntabr, 15 erstrecken sich von dem Ringteil In beide Richtungen senkrecht zur Längsachse 17 des Humpfes. Die Enden diener Ä'c.te 15, 16 sind jeweils mit Gegengewichten 18 versehen.

Aufgrund der longitudinalen Vibrationen in Richtung der Pfeile 19 bilden sich Schwingungsknoten aus, von welchen der obere Schwingungsknoten 20 im Bereich der Konvergenz der Halterungsctangen 9 liegt, während zwei untere Schwingungsknoten 21 und 22 auftreten, in deren Bereich eine Befestigung des Querstabes I3 gegenüber der Rumpfstruktur erfolgt« Die Befestigung erfolgt dabei mit Hilfe biegsamer Verbindungselemente, · beispielswcxse bewegliche, Elemente, welche in Druckrichtung arbeiten, jedoch nur geringe seitliche Bewegungen durchführen können. Eine derartige Anordnung des mit dom Boden des Getriebekastens 3 fest verbundenen Querstabes 1^5 erlaubt, daß der Querstab \J> als Resonator uiuciUil, vi«iuh<ji· uuuh die vurtikax^ri Vibraiiunsbewegungen der- Rotors 4, die jedoch am wenigsten schädlich sind>abfängt.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der den Rotor 4 mit der die Nabe tragende Mast J> nicht nur

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Längserrogungcn in Richtung der Pfeile 19, sondern auch^ seitlichen Kräfte in Richtung dor Pfeile 23 Dusgesetzt.

r ' ' ' '-*<, - ,- . c-i'. ','"'> <-Die erstcrcn werden durch den;'Querstab I3 übernommen^ desaen Enden mit Gegengewichten 18 'Versehen'slrid,, wahrend die zweiten, in der Höhe dor Schwingungslcnoten 21' und der CiUCr-te bor, 15 mit Hilfe von elastischen Kissen 24 abgegangen v/erdcn, die beispielsweise aus einem verstärkten Elastomer bestehen. Diese elastischen Kissen 2ty sind im Bereich der Schwingungsknoten 21 und 22 angeordnet, so d-".ß sie am besten das Gegendrehmoment des Rotors 4 auf-fangen können, in dem das Gegendrehmoment über die Äste 15/ 16 - beispielsweise unter Verwendung \^ron Winkelstücken ?5 - suf die Rumpfstruktur übertragen wird.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ajsführungsform ist der Boden des Getriebekantens 2 - ähnlich wie Dei der- Ausführuncsforin von FiL* 5 - mit einem Quer stab 3 zu versehen» In diofiem Fall ist jedoch dieser Querstab IjJ im Bereich der beiden ochwingungsknoten 21, 22 nicht direkt- ffi-^i, der Rumpfs truktur, sondern über einem Zwinchenalement 26 verbunden, vrelches zwischen dem Schv7ungkörper und der Rumpf struktur angeordnet ist, Diesen Zv/ischenelemcnt T'6 bestellt aus einem Ringteil 27, welches nn «-!en Schv?ingunr,sknoten 21, 22 mit dem Querstab 13 verbunden ist. Von dem Ringteil 27 ragen seitlich zv/ei in Richtung derLängsachse des Hubschraubers ausgerichtete Äste 28, 29 , an deren Enden jeweils ein Gegengewicht 30 vorgesehen ist. Das Zwischenelement 26 wird dabei durch den Ringteil 27 und die beiden Sste 28 und 29 gebildet. Sobald die Nabe des Rotors 4 Länga- und Quererregungen ausgesetzt ist, wird ebenfalls das Zwischenelement 26 zum Schv/ingen gebracht, wobei sich zwei Schwingungslaiotcn 313 3^- bilden, an welchen eine Verbindung mit der Rumpfstruktur erfolgt.

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Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist der Getriebekasten 2 mit einem Querstab 33 versehen, welcher am unteren Teil des Getriebekastens 2 befestigt ist. Dieser Querstab 33 v/eist an seinen beiden Enden jeweils . ein Gegengewicht 3^ auf. Dieser Querstab 33' besitzt dabei eine vertikale jnd longitudinale Elastizität. Aufgrund dieser Anordnung bilden sich zwei Schwingungsknoten aus, von welchen der untere SchwJngungsknoten zv/ei Schwingungsknoten 35*36 bildet. Die Position dieser beiden unteren Schwingungsknoten 35, 36 ist dabie dieselbe für Längs- und Seitenerregungen, weil gleiche Massen und gleiche Längen verwendet werden.

Fig. 7 zeigt die Schwingungslinien mit zwei Schwingungsknoten unter dem Einfluß von Längserregungen, wobei die Gegengewichte 3h in einer horizontalen Ebene· echwingen. Fig. 8 zeigt hingegen die Schwingungslinien mit zwei Schwiri£ungsknoten unter dem Einfluß von seitlicher Erregungen, wobei die Gegengewichte 34 in einer vertikalen Ebene schwingen, während gleichzeitig eine geringfügige seitliche Translation der beiden Schwingungsknoten 35, 56 zustandekommt. In dieser Figur ist die Gesamtversetzung der Schwingungsknoten 35* 36 mit Δ bezeichnet.

In dem Fall, in welchem ein einziger Querstab beide Arten von Vibrationen erlaubt, ist es notwendig, daß dieser Querstab eine seitliche Besetzung durchführen kann. Zu diesem Zieck können gemäß Fig. 6, 10 und 11 iro Bereich der Schwingungsknoten 35 und 36 Gleitlager 37 vorgesehen sein, während zusätzlich ein elastisches Rückholelement - beispielsweise ein verstärktes Elastomer - verwendet wird.

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Die Verbindung dor Schwingungsknoten mit der Rumpfstruktur kann gemäß Fig. 9 ebenfalls mit Hilfe von . zwei Gelcrikntäben 38 erfolgen, Vielehe ₍an-iihren-einen"' Knden an den.Ciucrstab 33 angelenkt s,ind, j während* zur sätzlich elastische Rückholelemente' 38a- vorgesehen feind, welche eine örtliche Positionierung der Anordnung in Qucrrrientlang gewährleisten. Mit Hilfe dieser Gclcnkctäbe 38 wird jedoch eine gewiss? Freiheit der Verschiebung der Anordnung in Querrichtung gewährleistet. Diese Gelenkstäbe 38 sind Eo ausgelegt, daß sie das Gegendrehmoment des Rotors Übertragen.

12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung bei einem Hubschrauber, v/elcher einen Motor 58, einen Getriebekasten 40, einen Mast Kl und eine Nabe 42 auf-v/eist, wobei diese Elemente einen ßchwingkör-per mit zwei Schwingungsknoten 4j5,44 bilden. Die Eigenschwingfrequenz dieses Schwungkörpers beträgt dabei ungefähr 0,8 mal den Wert der Zu neutralisierenden Schwingfrequenz. Um den zwischen dem Motcr y) und dorn Getriebekasten 4θ liegenden unteren UchwingungGlcnoten 44 zu fixieren^ sind diese beiden Organe mit Hilfe eines starren, jedoch biegsamen Elements verbunden. Der obere Schwingungsknoten 4^5 liegt oberhalb des Getricbckastons 4o, wobei die Position dieses Cchwingungnknoten hj von der Länge des Mastes 4l seiner Steifigkeit und der Masse des Rotors 4 abhängt. Die Befestigung der, ßohwunßkörpers erfolgt im Bereich der Schwingungsknoten 4^ und 44. Das an dem Getriebekasten ho eingreifende Gegendrehmoment wird über den unteren SchwingungGlmoten 44 übertragen, wobei die Verbindung mit der Rumpfstruktur 45 mit Hilfe eines Kardangelenks,

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jj einen Flcktorr. oder eines Bügele erfolgen kann. In

I diesem Fall -kann der Büge! bzw. der Zwischenboden 46

ί des Hubschraubers' aIs--biegsame Membran arbeiten.;·Die

j "in der Nabe 42 des Rotors 4 auftretenden Kräfte werden I ^l ' über _tcinc Anzahl' von Haltcrungsstangen 47 'übertragen/'·

) v/olchc über '*Gc lenkpun'kte 48 mit der Rumpf struktur 45

I verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit allen Flugkörpern verwendet v/^rdcn, welche wenigstens einen Vibrationen erzeugenden Rotor besitzen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. J Rotoraufhängung für Flugkörper, insbesondere lubschrauber, mit einer Einrichtung, welche die Übertragung der an dem Rotor auftretenden Vibrationen auf den Rumpf verringert, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (3) und die mit demselben verbundenen Elemente (2,4) einen länglichen, an seinen Enden mit Schwungmassen (4,5,30,34,39,42) versehenen Schwungkörper bilden, welcher derart ausgelegt ist, daß die Eigenfrequenz beim Schwingen in Querrichtung etwas niedriger als die ζ filtrierende Schwingungsfrequenz Ist, wobei In diesem Sctwingungszustand Schwingungsknoten (7,8,21,22,31,32,43,44) auftreten, in deren Bereich die eine Verbindung des Schwungkörpers mit der Rumpfstruktur (1,45) herstellenden Befestigungselemente (9,12,24,25,37,46,47) vorgesehen sind.

   2. Rotoraufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Eigenfrequenz des Schwungkörpers und der zu filtrierenden Schwingungsfrequenz zwischen 0,7 und 0,9 liegt.

   3. Rotoraufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Sohwungkörper für die Übertragung sowohl horizontaler wie vertikaler Kräfte Im Bereich des oberen Schwingungsknotes (7,20,43) über eine starre Halterung (9,47) mit der Rumpfstruktur (1,45) verbunden ist, während im Bereich des unteren Schwingungsknoten elastische Elemente (15,16,24,28,29,33,37,38a,46) vorgesehen sind, welche eine übertragung des an dem Schwungkörper angreifenden Gege-

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   drehraoments auf die Rumpfstruktur (1,45) und die Übertragung von horizontalen Kräften unter Einschluß geringfügiger seitlicher Bewegungen gewährleisten.

   *t. Rotoraufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennze i c h η e t, daß der Schwunglcörper aun dem die obere Schwingmasse bildenden Rotor ('") aus dem eine mitt-lere Schwingmasse bildenden Getriebekasten (2) und aus einer unteren Sch-uncmasse (5) besteht, während, zwischen dem Gctrie¹ ekasten (2) und den außen-liegenden Schwingmassen (4,5) biegsame Zwischenstücke (3, 5a) liegen.

   5· Rotoraufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schwung masse durch ein Gegengewicht (5) gebildet ist.

   6. Rotoraufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schwungmasse durch den Motor (39) gebildet ist.

   7. Rotoraufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal angeordnete SchvMngkörper aus dem Getriebekasten (2), dem Rotor ('!■) und einem dazwischenliegenden biegsamen Teil (3) besteht, und daß im Bereich der Basis des Getriebekastens (2) ein Querstab (I3) mit zwei biegsamen Ä'sten (15,16) vorgesehen ist, an deren Enden Schwungmassen (l8, jj4) befestigt sind.

   8. Potoraufhänsung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden biegsamen

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   Äste (1S>16) dos Querstabes (.13) zusammen mi;bAdem^; . vertikalen Schwungteörper ein umgedrehtes ¹¹T'' bilden, f

   9. Rotoraüfhangung nach Anspruch 8, dadurch j g e k ein -π ζ e i ><c h h c 't, daß'der'/Querstrich | des umgedrehten 'V in Richtung der Längsachse der Rumpfrtr-uktur (1.35) angeordnet ist.

   10. Rotorfiufhängunß nach einem der Ansprüche 7 bis

   9, dadurch ßo konnzeichnet, daß die biegsamen Keto (15,16) ^es Querstabes (Ij) mittels elastischer Elemente (?4) an der Rumpfstruktur (l,4^r gefestigt.sind.

   11. Rotoraufhängung nach einem der Anspruch? 7 bis

   10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der biegsamen Äste des ^uerotabes O3) derart erfolgt, daß zusätzlich eine Querversetzung möglich ist.

   12. Motoraufhängung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichne t, daß an den beiden Ästen (15,16) des Querstabes (lj5) ein Zwisehenelement (26) befestigt ist, deren in Längsrichtung der Rumpfstruktur (1,^5) vorlaufende elastische Äste (28,29) mit der Rumpfstruktur (1,^5) verbunden sind.

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