DE2502004A1

DE2502004A1 - Rotorblatt fuer gelenklosen rotor

Info

Publication number: DE2502004A1
Application number: DE19752502004
Authority: DE
Inventors: Ronald Raymond Fenaughty
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1974-04-08
Filing date: 1975-01-20
Publication date: 1975-10-16
Also published as: IT1034426B; JPS5828160B2; JPS50154999A; GB1485683A; FR2266632B1; DE2502004C2; BR7501444A; FR2266632A1; IL46508A0; CA1013332A; IL46508A; AU7750775A; US3874820A

Description

Die Erfindung betrifft Rotorblätter mit im wesentlichen hoher Steifheit in der Rotorblatteberie für einen gelenklosen Hubschrauberrotor und betrifft insbesondere eine Rotorblattbauweise wobei der Winkel zwischen der aerodynamischen Blattverkleidung und dem Blattholm dem mittleren Blattexnstellwinkel entspricht zwecks Verminderung des maximalen Holmanstellwinkels.

Die Hubschrauber sind benachteiligt durch den verhältnismässig komplizierten Aufbau des Rotorkopfes. Gelenkrotorköpfe wurden mit Erfolg verwendet und haben eine wesentliche Entwicklung des Hubschraubers begünstigt. Die Gelenkrotorköpfe haben einen komplizierten Aufbau für die erforderliche Schwenkbewegung, Schlagbewegung und Einstellwinkelveränderung, sie sind teuer herzustellen und erfordern eine sorgfältige Wartung. Diese Nachteile wurden zum Teil durch Anwendung eines elastomerischen Lagers vermieden, welches die Anwendung von gelenklosen Rotoren gestattet dagegen aber schwer und teuer in der Herstellung ist. Sogar ein gelenkloser Rotor hat seine besonderen Probleme, Zum Beispiel soll die Eigenfrequenz in der Blattebene verschieden zu der Eigenfrequenz in einer zur Blattebene senkrechten Richtung sein. Falls der Einstellwinkel verändert wird so ändert ebenfalls die Eigenfrequenz und ein Zusammenfallen der Eigenfrequenzen kann eine Resonanzwirkung hervorrufen. Entsprechend der Erfindung kann man dies durch Anordnen der aerodynamischen Blattverkleidung in einem Winkel in Bezug

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ORIGINAL INSPECTED

auf den .Blattholm vermeiden.

,In der U.S. Patentschrift 2.152.861 ist ein Rotorblatt für einen Gelenkrotor dargestellt wobei die Hauptachse eines elliptischen Holmes nicht mit der Hauptachse der aerodynamischen Blattverkleidung zusammenfällt. Der einzige Grund für diesen Aufbau ist in einer Vereinfachung der Holmherstellung zu sehen, um eine glatte obere Fläche zu erhalten. In den U.S. Patentschriften 2.272.439 und 3.647.317 ist ein Rotorblattaufbau dargestellt wobei die Hauptachse des Holmes anscheinend nicht mit der Hauptachse der aerodynamischen Blattverkleidung ausgerichtet ist, jedoch enthalten diese beiden Patentschriften keine Zweckangabe für diese Darstellung.

Die Erfindung schafft einen Rotorblattaufbau für Hubschrauber, welcher die unerwünschte Veränderung der Eigenfrequenz im Bereich des Rotorblatteinstellwinkels für ein Rotorblatt mit hoher Steifheit in der Rotorblattebene vermindert.

Entsprechend der Erfindung wird in dem gelenklosen Rotor ein einteiliger, querverlaufender Holm verwendet, wie in der Offenlegungsschrift 2.214.262 beschrieben ist. Der Holm hat im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt. Die aerodynamische Blattverkleidung ist um den Blattholm derart angeordnet, dass der Winkel zwischen der Verkleidung und dem Holm etwa dem mittleren Einstellwinkel des Rotorblattes entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden ausführlicher beschrieben, es zeigen:

Figur 1 eine graphische Darstellung eines Hubschrauberrotorblattes mit kleinstem, grösstem und mittleren Einstellwinkel für einen üblichen Einstellwinkelbereich.

Figur 2 eine graphische Darstellung der Actusen mit maximaler und minimaler Biegefestigkeit eines üblichen Hubschrauberrotorblattes.

Figur 3 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der^Eigenfrequenz und der Rotationsfrequenz in Abhängigkeit des Blatteinstellwinkels für ein typisches Hubschrauberrotorblatt mit verhältnismässig hoher Biegefestigkeit in der Blattebene.

Figur 4 eine Draufsicht eines Hubschrauberrotorblattes entsprechend

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der Erfindung.

Die Figuren 5 bis 8 Schnittansichten entsprechend den Schnitt- ; linien nach Figur 4 zur Darstellung der Anordnung der aerodynamischen Blattverkleidung in Bezug auf den Blattholm. j

Die Grundfrequenz in der Ebene eines Hubschrauberrotorblattes mit verhältnismässig grosser Biegefestigkeit in der Rotorblatt- · ebene ändert mit dem Blatteinstellwinkel infolge der Unterschiede der Konstruktionssteifheit und der Zentrifugalsteifheit zwischen zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen parallel und senkrecht zur Rotorachse. Der übliche Bereich für die Aenderung des Einstellwinkels umfasst etwa 30°, wie in Figur 1 dargestellt, und dieser Bereich ist grosser in einer Richtung, so dass der mittlere Blatteinstellwinkel nicht null ist. Entsprechend Figur 1 kann der Ein- . Stellwinkel des Rotorblattes von -5° bis auf +25° verändert werden d.h. der mittlere Einstellwinkel beträgt 10°. In bekannten Rotorblättern ist der tragende Blattbauteil mit der aerodynamischen Verkleidung ausgerichtet, wie in Figur 2 dargestellt ist. Die ; Achsen mit maximaler und minimaler Biegefestigkeit sind senkrecht bzw. parallel zu dem aerodynamischen Profil und diese Achsen . machen die gleiche Winkelverstellung mit als die aerodynamische Verkleidung bei Veränderungen des Einstellwinkels. ^:

Über dem üblichen Bereich für die Veränderung des Einstellwinkels kann die Eigenfrequenz sich um 0,3 bis 0,4 pro Umdrehung verändern in Abhängigkeit des gegebenen Blattaufbaues, und eine Aufzeichnung ■ der Frequenz/Blattwinkel-Kurve ist nicht linear, sondern die Fre- · quenz nimmt ab bei Zunahme des Blattwinkels. Es stellt sich dementsprechend die Aufgabe ein Rotorblatt zu schaffen, welches über dem gesamten Bereich für die Veränderung des Einstellwinkels eine Eigenfrequenz hat damit das Blatt in einer "Lücke" zwischen Vielfachen der Erregerfrequenz bleibt. Desweiteren muss man eine ausreichende Trennung aufrechterhalten zwischen den beiden Frequenzarten zwecks Verhinderung einer dynamischen Instabilität. Die Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung der Erregerfrequenzen für Vielfache der Drehzahl in Abhängigkeit des Blattwinkels für ein Rotorblatt mit hoher Steifheit in der Blattebene. Die gerade, horizontale Linie A stellt die Eigenfrequenz in einer \ zur Blattebene senkrechten Ebene dar. Die Kurve B gilt für bekannte Rotorblätter und es ist ersichtlich, dass bei Zunahme des Rotor-

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■blatteinstellwinkels die Grundfrequenz in der Blattebene abnimmt bei einer zunehmenden Biegung um die Achse mit minimaler Biegefestigkeit. Falls die Eigenfrequenz und die Erregerfrequenz zusammenfallen erhält man eine Resonanzwirkung und dabei nehmen die Blattbelastungen zu. Bei einer erwünschten Rotorblattausführung ist der Winkel der Blattverkleidung in Bezug auf den Blattholm derart ausgewählt, dass die Frequenz von dem minimalen Blattwinkel aus bis zum mittleren Blattwinkel zunimmt und dann wieder bis zum maximalen Blatteinstellwinkel abnimmt. Dies ist durch die Kurve C in Figur 3 dargestellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 4 bis 8 dargestellt. Die Figur 4 ist eine Draufsicht des Hubschrauberrotors 10, welcher von der Welle 12 angetrieben wird. Der Rotor besteht aus einem einteiligen Holm 14, der sich in beiden Richtungen von der Antriebswelle erstreckt. Der Holm hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt wie in den Figuren 5 bis 8 dargestellt ist. Der radial aussere Teil eines jeden Holmendes, siehe Figur 4, hat eine aerodynamische Verkleidung 16, welche das Rotorblatt 18 bildet. Die Kappe 20 schliesst die Verkleidung an der Rotorblattspitze ab. Ein Horn 22 zur Veränderung des Rotorblatteinstellwinkels ist am radial inneren Teil des Blattes befestigt,

Der Rotorblattaufbau ist derart ausgewählt, dass der Einstellwinkel der aerodynamischen Blattverkleidung dem mittleren Blatteinstellwinkel entspricht falls die Hauptholmachse, die in Blattsehnenrichtung verläuft, im wesentlichen in der Rotorebene liegt und dementsprechend den Einstellwinkel O aufweist. Für das Beispiel nach Figur 1 wäre der Blattwinkel dabei +10°. Für ein ungewundenes Blatt ist dieser Winkel von 10° überall derselbe längs der Blattspannweite und für ein gewundenes Blatt ist dieser Winkel an einer Stelle der Blattspannweite gegeben, die um 75% der gesamten Spannweite von der Rotorachse entfernt ist, und der Winkel nimmt in Radialrichtung nach aussen stetig ab und in Radialrichtung nach innen stetig zu.

Die Figuren 5 und 8 zeigen Schnittansichten durch das Blatt an den Stellen der Schnittlinien 5-5, 6-6, 7-7 und 8-8 nach. Figur 4. Diese Figuren zeigen die winkelförmige Anordnung der aerodynamischen Blattverkleidung 16 in Bezug auf den Holm 14. Wie man erkennen kann, ist die obere und die untere Fläche des Holmes bei

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und 26 in Figur 6 abgeschrägt, um die Blattverkleidung anbringen zu können. Ein Füllmaterial 28 ist in dem Raum zwischen dem Holm 14 und der Blatthaut 3O entlang eines Bereiches des Blattholmes vorgesehen.

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Claims

- 6 PATE MTAM SFRUECHE .

1. Rotorblatt für einen gelenklosen Rotor, dessen Einstellwinkel v^ijj/einein Bereich zwischen einem minimalen Winkel und einem maximalen Winkel in Bezug auf die Rotorebene veränderlich ist, wobei das Rotorblatt einen Holm mit einer Hauptachse aufweist sowie mit einer aerodynamischen Blattverkleidung versehen ist, die den Holm umgibt und ebenfalls eine Hauptachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei in der Rotorebene liegender Hauptachse des Blattholmes die Hauptachse der Blattverkleidung an wenigstens einer Stelle der Blattspannweite einen Winkel mit der Rotorebene bzw. der Hauptachse des Blattholines bildet der dem mittleren Blattexnstellwxnkel entspricht.

2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Hauptachse der aerodynamischen Blattverkleidung (16) und der Hauptachse des Blattholmes (14) entlang der gesamten Blattspannweite dem mittleren Blattexnstellwxnkel entspricht«

3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Holm (14) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.

4. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und die untere Fläche des Blattholmes (14) abgeschrägt sind zur Anbringung der aerodynamischen Blattverkleidung (16).

5. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt verhältnisntässig steif in seiner Ebene und verhältnismässig biegsam in einer zur Rotorblattebene senkrechten Ebene ist.

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