DE2425791B2

DE2425791B2 - Rotoraufhängung für ein Drehflügelfluhzeug

Info

Publication number: DE2425791B2
Application number: DE2425791A
Authority: DE
Inventors: Rene Louis Aix-en-Provence Bouches-du-Rhone Mouille
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1974-05-28
Publication date: 1981-07-09
Also published as: GB1457788A; FR2232481B1; US3921940A; DE2425791C3; DE2425791A1; FR2232481A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotoraufhängung für ein Drehflügelflugzeug, insbesondere einen Hubschrauber, wobei der Rotor bzw. der mit ihm verbundene, unter dem Rotor angeordnete Getriebekasten eine erste bzw. eine zweite Schwingmasse bilden und wobei zur Reduzierung der Übertragung von Schwingungen auf die Zelle der Träger von Rotor und Getriebekasten jeweils im Bereich eines in ihm ausgebildeten Schwingungsknotens an der Zelle gelagert ist.

Bei diesem aus der französischen Patentanmeldung 21 56 749 bekannten Stand der Technik befindet sich der Antrieb des Hauptrotors und das Getriebe zusammen roiit der Heckflosse und dem Heckrotor auf einer von der Rumpfzelle des Drehflügelflugzeuges getrennt ausgebildeten Antriebszelle mit vorher festgelegter Eigenfrequenz. Diese Antriebszelle vollführt eine resultierende Schwingung, an deren Knoten die zweite 2^eIIe angelenkt ist Der somit entstandene Flugkörper ist außergewöhnlich komplex. Die Verbindungen

ίο zwischen den beiden Zellen müssen beispielsweise nicht nur Zugkräfte aufnehmen, sondern auch beim Landen des Flugzeuges beträchtliche Druckkräfte und Knickbelastungen. Innerhalb der Anlenkungen müssen sämtliche zum Bedienen der Rotorsteuerung erforderlichen Leit-

IS und Meßimpulse übertragen werden. Eine wirtschaftliche Realisierung eines derartigen Flugkörpers ist unwahrscheinlich und seine aerodynamischen Eigenschaften sind wegen der beiden Zellen schlecht Überdies ist die resultierende Schwingung der Antriebszelle nur eine dominierende Schwingung. Vibrationen, die vom Rotor herrühren, werden zwar stark gedämpft, aber immer noch spürbar durch die Anlenkungen auf die Fährgastzelle übertragen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 16 25 447 ist ein weiterer Stand der Technik bekannt. Gemäß Figur 3 und Figur 6 weist die Rotorwelle am freien Ende keine Schwingmasse auf. Das freie Ende ist gemäß Figur 3 elastisch und gemäß Figur 6 dämpfend an der Zelle angekoppelt und kann somit keinen Schwingkörper

3<) darstellen, der in der Lage sein muß, frei auszuschwingen.

Bekanntlich wirkt beim Hubschrauber der Hauptrotor als Haupt-Schwingungserreger. Während von diesem Rotor induzierte Schwingungen aufgrund der Massenunwucht des Rotors unter Umständen auch aufgrund der aerodynamischen Unwucht des Rotors mit herkömmlichen Mitteln durch sorgfältige Herstellung in einem erträglichen Rahmen gehalten werden können, sind Schwingungen, die von den Schwankungen der

•»ο Rotorkräfte und -momente infolge der Asymmetrie der Anströmung im Vorwärtsflug herrühren, nicht durch eine entsprechende Ausbildung des Rotors selbst zu verhindern. Zweiflüglige Rotoren, die aus Gewichtsgründen an sich besonders von Vorteil sind, sind derartigen Schwingungen besonders ausgesetzt. Diese Schwingungen wirken sich auf die Flugzeugzelle aufgrund ihrer Amplitude, ganz besonders aber aufgrund ihrer Frequenz, schädigend aus, indem sie Wechselkräfte ausüben, die zu Dauerbruch führen können.

Auf Bordpersonal und Fluggäste wirkt das Vibrieren der Flugzeugzelle unangenehm und behindert sie bei der Ausübung ihrer Tätigkeiten. Elektronische Einrichtungen, Lenkwaffenträger usw. müssen durch aufwendige Maßnahmen vor Schäden und Fehlfunktionen, die durch das Vibrieren verursacht werden können, geschützt werden. Es besteht daher seit langem die Aufgabe, Maßnahmen zu finden, mittels deren das schädliche Vibrieren der Flugzeugzelle vermieden werden kann. Eine erste Maßnahme hierzu ist das in Fig. 3 der deutschen Auslegeschrift gezeigte federnde Ankoppeln des Rotors an die Zelle. Hierdurch wird bewirkt, daß beispielsweise bei Massenunwucht des Rotors Rotor und Getriebe innerhalb der Federung um eine gemeinsame, imaginäre Achse schwingen. Da die Federung entsprechend stark ausgelegt werden muß, überträgt sie aber gleichzeitig die Schwingungen mit zwar niedrigerer Amplitude, aber gleicher, durch

Phasen verschobener Frequenz auf die Zelle, so daß das insbesondere wegen seiner Frequenz schädliche Vibrieren nach wie vor, wenn auch abgeschwächt, auftritt

Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Rotoraufhängung an der Zelle eines Drehflügelflugzeuges zu schaffen, indem mit einfachen konstruktiven Mitteln und einer weitgehend arodynamisch günstigen Ausbildung eine verbesserte schwingungsfreie Befestigung des Rotors an der Zelle möglich isL

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der ersten und der zweiten Schwingmasse (4, 2; 42, 40) ein biegsames Zwischenstück (3; 41) und zwischen der zweiten Schwingmasse (2; 40) und einer am unteren Ende des Rotormastes angebrachten dritten Schwingmasse (5; 18; 30; 34) ein weiteres biegsames Zwischenstück (Sa; 13; 26; 33) vorgesehen ist, wobei die Schwingungsknoten im Bereich der biegsamen Zwischenstücke liegen.

Gemäß dieser Lösung ist an dem dem Rotor >o gegenüberliegenden Ende der Rotorachse eine dritte Schwingmasse angekoppelt, die unbehindert und frei schwingen kann, wodurch die Vibrationen erregenden Schwingungen in ihrer Auswirkung weiter verringert werden.

Da für das Schwingsystem Getriebekasten, Rotor, Mast und Rotor verwendet werden, ist eine derartige Rotoraufhängung besonders leicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen enthalten. so

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführunjsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigt

Fi g. 1 eine Seitenansicht eines mit der erfindungsgemäßen Rotoraufhängung versehenen Hubschraubers, r>

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der in F i g. 1 dargestellten Rotoraufhängung,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer Rotoraufhängung,

Fig.4 eine schematische perspektivische Ansicht -to einer weiteren Ausführungsform einer Rotoraufhängung mit einer Halterung, die mit einer elastischen Aufhängung des Getriebekastenbodens kombiniert ist,

Fig.5 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform einer 4> Rotoraufhängung geringer Höhenabmessung,

F i g. 6 eine schematische, perspektivische Ansicht, einer abgewandelten Ausführungsform einer Rotoraufhängung gemäß F i g. 3,

F i g. 7—9 schematische Darstellung des Schwingverhaltens der in F i g. 6 dargestellten Rotoraufhängung,

Fig. 10 und 11 schematische Teilansichten von Einzelheiten der Befestigungen der in F i g. 6 dargestellten Rotoraufhängung, und

Fig. 12 eine Seitenansicht eines leichten Hiibschraubers, welcher mit einer Rotoraufhängung gemäß der Erfindung versehen ist.

Gemäß F i g. 1 ist oberhalb des Rumpfes 1 eines Hubschraubers ein Schwingsystem angeorHnet, welches aus einem Getriebekasten 2, einem darauf befestigten als Mast wirkenden biegsamen Zwischenstück 3 und einem über eine Nase mit dem Zwischenstück 3 verbundenen Rotor 4 besieht. Die Nabe des Rotors 4 wird über das Zwischenstück 3 und den Getriebekasten 2 von einem Motor M angetrieben, wobei die Verbindung zwischen dem Motor M und dem Getriebekasten 2 derart ausgebildet ist, daß geringfügige Längs- und Querbewegungen möglich sind. Der Rotor 4 bildet eine erste Schwingmasse. Der Getriebekasten 2 bildet eine zweite Schwingmasse, während eine auf derselben vertikalen Achse wie der Rotor liegende dritte Schwingmasse vorhanden ist, die durch ein Gegengewicht 5 gebildet ist Dieses Gegengewicht 5 ist über ein biegsames Zwischenstück 5a mit dem Getriebekasten 2 verbunden. Die durch den Rotor 4 und das Gegengewicht 5 gebildeten Schwingmassen, welche an den Enden der Zwischenstücke 3 uzw. 5a liegen, bilden die Enden eines elastischen Schwingsystems, welches entlang von Biegelinien 6a, 6b unter Ausbildung von zwei Schwingungsknoten 7 und 8 verformbar ist

Im Bereich der Schwingungsknoten 7, 8 erfolgt die Verbindung mit dem Rumpf. Zu diesem Zweck sind gemäß Fig.2 vier Halterungsstangen 9 vorgesehen, welrhe an ihren Enden mit Gelenken versehen sind. Über diese Halterungsstangen 9 werden die an dem Rotor 4 auftretenden Kräfte übertragen. Die Halterungsstangen 9 sind an ihren unteren Enden über Gelenkpunkte 10, am Rumpf 1 befestigt, während die oberen Enden der Halterungsstangen 9 über Gelenkpunkte 11 im wesentlichen in der Ebene des oberen SchwingungsknoJens 7 an dem oberen Teil des Getriebekastens 2 angelenkt sind. In der Höhe des unteren Schwingungsknotens 8 ist das Schwingsystem beispielsweise mit Hilfe einer Kardanaufhängung 12 am Rumpf 1 befestigt, wobei diese Kardanaufhängung 12 in der Lage ist, die Gegenkräfte des Rotordrehmomentes zu übertragen.

Bei den bereits existierenden Hubschraubern ist in der Regel unterhalb des Getriebekastens 2 kein Platz verfügbar, weil dieser Raum von anderen Einrichtungen des Hubschraubers ausgefüllt wird. F i g. 3 zeigt demzufolge eine Ausführungsform, bei welcher unterhalb des Getriebekastens 2 kein Platz benötigt wird. Wie bereits beschrieben, bildet der Rotor 4 die obere Schwingmasse. Die untere Schwingmasse ist verdoppelt, indem ein Querträger 13 vorgesehen ist, welcher ein Ringteil 14 besitzt, entlang dessen Innenfläche der Getriebekasten 2 starr befestigt ist. Die beiden biegsamen Zwischenstücke 15 und 16 des Querträgers 13 erstrecken sich von dem Ringteil 14 in beide Richtungen senkrecht zur Längsachse 17 des Rumpfes. Die Enden dieser Zwischenstücke 15,16 sind jeweils mit Gegengewichten 18 versehen.

Aufgrund der Längsschwingungen in Richtung der Pfeile 19 bilden sich Schwingungsknoten aus, von welchen der obere Schwingungsknoten 20 im Bereich der Konvergenz der Halterungsstangen 9 liegt, während zwei untere Schwingungsknoten 21 und 22 auftreten, in deren Bereich eine Befestigung des Querträgers 13 gegenüber der Rumpfstruktur erfolgt. Die Befestigung erfolgt dabei mit Hilfe biegsamer Verbindungselemente, beispielsweise bewegliche Elemente, welche auf Druckbeanspruchung arbeiten, jedoch nur geringe seitliche Bewegungen durchführen können. Eine derartige Anordnung des mit dem Boden des Getriebekastens 2 fest verbundenen Querträgers 13 erlaube, daß der Querträger 13 als Resonator arbeitet, welcher auch die vertikalen Vibrationsbewegungen des Rotors 4, die jedoch am wenigsten schädlich sind, abfängt.

Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform ist das den Rotor 4 mit der Nabe tragende Zwischenstück 3 nicht nur Längserregungen in Richtung der Pfeile 19, sondern auch seitlichen Kräften in Richtung der Pfeile 23 ausgesetzt. Die ersteren werden durch den Querträger 13 übernommen, dessen Enden mit Gegengewichten 18 versehen sind, während die zweiten, in der

Höhe der Schwingungsknoten 21 und 22 des Querträgers 13 mit Hilfe von elastischen Kissen 24 abgefangen werden, die beispielsweise aus einem verstärkten Elastomer bestehen. Diese elastischen Kissen 24 sind im Bereich der Schwingungsknoten 21 und 22 angeordnet, so daß sie am besten das Gegendrehmoment des Rotors 4 auffangen können, in dem das Gegendrehmoment über die Zwischenstücke 15, 16 — beispielsweise unter Verwendung von Winkelstücken 25 — auf den Rumpf übertragen wird.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform ist der Boden des Getriebekastens 2 — ähnlich wie bei der Ausführungsform von F i g. 3 — mit einem Querträger 13 zu versehen. In diesem Fall ist jedoch dieser Querträger !3 im Bereich der beiden Schwingungsknoten 21,22 nicht direkt mit dem Rumpf, sondern über ein Zwischenelement 26 verbunden, welches zwischen dem Schwingsystem und dem Rumpf angeordnet ist. Dieses Zwischenelement 26 besteht aus einem Ringteil 27, welches an den Schwingungsknoten 21, 22 mit dem Querträger 13 verbunden ist. Von dem Ringteil 27 ragen seitlich zwei in Richtung der Längsachse des Hubschraubers ausgerichtete biegsame Zwischenstücke 28, 29 heraus, an deren Enden jeweils ein Gegengewicht 30 vorgesehen ist. Das Zwischenelement 26 wird dabei durch den Ringteil 27 und die beiden Zwischenstücke 28 und 29 gebildet. Sobald die Nabe des Rotors 4 Längsund Quererregungen ausgesetzt ist, wird ebenfalls das Zwischenelement 26 zum Schwingen gebracht, wobei sich zwei Schwingungsknoten 31, 32 bilden, an welchen eine Verbindung mit dem Rumpf erfolgt.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform ist der Getriebekasten 2 mit einem Querträger 33 versehen, welcher am unteren Teil des Getriebekastens 2 befestigt ist Dieser Querträger 33 weist an seinen beiden Enden jeweils ein Gegengewicht 34 auf und besitzt dabei eine vertikale und longitudinale Elastizität. Aufgrund dieser Anordnung bilden sich zwei Schwingungsknoten aus, von welchen der untere Schwingungsknoten zwei Schwingungsknoten 35, 36 bildet. Die Position dieser beiden unteren Schwingungsknoten 35, 36 ist dabei dieselbe für Längs- und Seitenerregungen, weil gleiche Massen und gleiche Längen verwendet werden.

F i g. 7 zeigt die Schwingungslinien mit zwei Schwingungsknoten unter dem Einfluß von Längserregungen, wobei die Gegengewichte 34 in einer horizontalen Ebene schwingen. F i g. 8 zeigt hingegen die Schwingungslinien mit zwei Schwingungsknoten unter dem Einfluß von seitlichen Erregungen, wobei die Gegengewichte 34 in einer vertikalen Ebene schwingen, während

gleichzeitig eine geringfügige seitliche Translation der beiden Schwingungsknoten 35, 36 zustandekommt. In dieser Figur ist die Gesamtversetzung der Schwingungsknoten 35,36 mit A bezeichnet.

I η dem Fall, in welchem ein einziger Querträger beide Arten von Vibrationen erlaubt, ist es notwendig, daß dieser Querstab eine seitliche Versetzung durchführen kann. Zu diesem Zweck können gemäß Fi g. 6,10 und 11 im Bereich der Schwingungsknoten 35 und 36 Gleitlager 37 vorgesehen sein, während zusätzlich ein elastisches Rückholelement — beispielsweise ein verstärktes Elastomer — verwendet wird.

Die Verbindung der Schwingungsknoten mit dem Rumpf kann gemäß F i g. 9 ebenfalls mit Hilfe von zwei Gelenkstäben 38 erfolgen, welche an ihren einen Enden an den Querträger 33 angelenkt sind, während zusätzliche elastische Rückholelemente 38a vorgesehen sind, welche eine örtliche Positionierung der Anordnung in Querrichtung gewährleisten. Mit Hilfe dieser Gelenkstäbe 38 wird jedoch eine gewisse Freiheit der Verschiebung der Anordnung in Querrichtung gewährleistet. Diese Gelenkstäbe 38 sind so ausgelegt, daß sie das Gegendrehmoment des Rotors 4 übertragen.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform bei einem Hubschrauber, welcher einen Motor 38, einen Getriebekasten 40, ein als Mast wirkendes biegsames Zwischenstück 41 und eine Nabe 42 aufweist, wobei dieses Element ein Schwingsystem mit zwei Schwingungsknoten 43, 44 bilden. Die Eigenschwingfrequenz dieses Schwingkörpers beträgt dabei ungefähr 0,8 mal den Wert der zu neutralisierenden Schwingfrequenz. Um den zwischen dem Motor 39 und dem Getriebekasten 40 liegenden unteren Schwingungsknoten 44 zu fixieren, sind diese beiden Organe mit Hilfe eines starren, jedoch biegsamen Elements verbunden. Der obere Schwingungsknoten 43 liegt oberhalb des Getriebekastens 40, wobei die Position dieses Schwingungsknotens 43 von der Länge des Zwischenstücks 41, seiner Steifigkeit und der Masse des Rotors 4 abhängt. Die Befestigung des Schwingsystems erfolgt im Bereich der Schwingungsknoten 43 und 44. Das an dem Getriebekasten 40 eingreifende Gegendrehmoment wird über den unteren Schwingungsknoten 44 übertragen, wobei die Verbindung mit dem Rumpf 45 mit Hilfe eines Kardangelenks eines Bügels erfolgen kann. In diesem Fall kann der Bügel bzw. der Zwischenboden 46 des Hubschraubers als biegsame Membran arbeiten. Die an der Nabe 42 des Rotors 4 auftretenden Kräfte werden über eine Anzahl von Halterungsstangen 47 übertragen, welche über Gelenkpunkte 48 mit dem Rumpf 45 verbunden sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotoraufhängung für ein Drehflügelflugzeug, insbesondere einen Hubschrauber, wobei der Rotor bzw. der mit ihm verbundene, unter dem Rotor angeordnete Getriebekasten eine erste bzw. eine zweite Schwingmasse bilden und wobei zur Reduzierung der Übertragung von Schwingungen auf die Zelle der Träger von Rotor und Getriebekasten jeweils im Bereich eines in ihm ausgebildeten Schwingungsknotens an der Zelle gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und der zweiten Schwingmasse (4, 2; 42, 40) ein biegsames Zwischenstück (3; 41) und zwischen der zweiten Schwingmasse (2; 40) und einer am unteren Ende des Rotormastes angebrachten dritten Schwingmasse (5; 18; 30; 34) ein weiteres biegsames Zwischenstück (5a; <3; 26; 33) vorgesehen ist, wobei die Schwingungsknoten im Bereich der biegsamen Zwischenstücke liegen.

2. Rotoraufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schwingmasse von einem Antriebsmotor (39) gebildet ist.

3. Rotoraufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schwingmasse derart unterteilt ist, daß mindestens zwei hinsichtlich der Rotorachse einander gegenüberliegende Teilschwingmassen (18; 30; 34) an Querträgern (13) mit biegsamen Zwischenstücken (15, 16; 28, 29; 33) jeweils in deren äußeren Endbereich befestigt sind.

4. Rotoraufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden biegsamen Zwischenstücke (15,16) des Querträgers (13) zusammen mit der vertikal ausgerichteten zweiten Schwingmasse (2) ein auf dem Kopf stehendes »T« bilden.

5. Rotoraufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querbalken des »T« in Richtung der Längsachse des Rumpfes (1, 45) des Drehflügelflugzeuges angeordnet ist.

6. Rotoraufhängung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsamen Zwischenstücke (15,16) des Querträgers (13) mittels elastischer Befestigungselemente (24) am Rumpf (1,45) befestigt sind.

7. Rotoraufhängung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden biegsamen Zwischenstücken (15, 16) des Querträgers (13) ein Überbrückungselement (26) befestigt ist, dessen in Längsrichtung des Rumpfes (1, 45) verlaufenden, an den freien Enden mit Schwingmassen (30) versehenen biegsamen Zwischenstücke (28, 29) mit dem Rumpf (1, 45) verbunden sind.