DE2523599A1

DE2523599A1 - Vorrichtung zur kopplung der antriebs- bzw. auftriebsvorrichtung eines hubschraubers mit dem hubschrauberrumpf

Info

Publication number: DE2523599A1
Application number: DE19752523599
Authority: DE
Inventors: Dennis Ray Halwes
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1974-06-03
Filing date: 1975-05-28
Publication date: 1975-12-11
Also published as: JPS591639B2; GB1498222A; DE2523599C2; FR2275696B1; JPS5124000A; AU8149575A; CA1015342A; FR2275696A1; IT1035859B

Description

2 HAMBURG 52

BESELERSTRASSE 4 UEXKÜL-. & SYOLeeRG PATENTANWÄLTE

DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLL DR. ULRICH GRAF STOLBERO DIPL.-INQ. JÜRGEN SUCHANTKE

Textron Inc. (Prio: 3. Juni 1974

40 Westminster Street ^{US 475 824} " ¹²²⁹⁷>

Providence, Rhode Island / V.St.A.

Hamburg, den 27. Mai 1975

Vorrichtung zur Kopplung der Antriebs- bzw. Auftriebsvorrichtung eines Hubschraubers mit dem Hubschrauberrumpf

Die.Erfindung bezieht sich auf die Schwingungsisolierung bei Hubschraubern und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Kopplung der 'Antriebs- bzw. Auftriebsvorrichtung des Hubschraubers mit dem Hubschrauberrumpf .

Besonders bei Hubschraubern mit einem Zweiblattrotor ergeben sich sehr starke Schwingungen. Die vertikale Schwingungsgröße vom Pylon zum Rumpf wird durch Schwankungen in den Kräften an den rotierenden Blättern der Auftriebsvorrichtung hervorgerufen. Wegen der Intensität dieser Schwingungen wurden bereits Versuche unternommen, die unerwünschten Bewegungen des Rumpfes zu dämpfen oder auszuschalten.

So zeigt die DT-OS 2 243 337 ein System, bei dem ein die Antriebsbzw. Auftriebsvorrichtung enthaltender Hauptkörper die auch die

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Kabine enthaltende Lasthalterung nur an Schwingungsknotenpunkten trägt. Dadurch ergibt sich bereits eine erhebliche Verbesserung.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kopplung der Antriebsbzw. Auftriebsvorrichtung eines Hubschraubers mit dem Hubschrauberrumpf und weist einen Träger auf, der von den von den Rotorblättern erzeugten Vertikalkräften in Schwingungen versetzt wird. Der Hubschrauberrumpf ist mit dem Träger nur an Schwingungsknoten verbunden, und der Träger enthält zwei starre Endelemente, die sich von Knotenpunkten aufeinander zu erstrecken. Ein aus mehreren Schichten bestehendes, flexibles Mittelelement verbindet die Endelemente, um so eine Biegung des Trägers zu ermöglichen. Eine zwischen den Schwingungsknoten an den Endelementen befestigte, starre Stange steht in tragender Verbindung mit der Antriebs- bzw. Auftriebsvorrichtung.

Vorzugsweise koppelt die starre bzw. starren Stangen die Antriebsbzw. Auftriebsvorrichtung mit dem Hubschrauberrumpf in geometrischer Beziehung bezüglich einem gebündelten bzw. eingestellten (focused) Rotor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch die Beziehung zwischen dem Rotor, der Antriebsvorrichtung und dem Hubschrauberrumpf in erfindungsgemäßer Kopplung.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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Figur 3 zeigt vergrößert einen Teil eines Trägers aus Figur 2. Figur 4 zeigt eine Abwandlung eines der Träger aus Figur 2.

Figur 5 zeigt die Erfindung in Zusammenhang mit einer Einheit mit einem einzigen Träger.

In Figur 1 ist ein Hubschrauberpylon 10 dargestellt, der sich von einer Antriebs-Getriebeeinheit 11 nach oben erstreckt, und der mehrere Blätter aufweisende Rotor ist durch die Blattabschnitte 12 und 13 angedeutet. Die Einheit 11 ist über Gestänge 14 und mit Bolzenkupplungen 16 und 17 am Träger 18 angebracht. Der Träger 18 ist über Bolzen mit Rumpfhalterungen 20 und 21 verbunden. Er besteht aus drei Hauptbestandteilen. Zwei starre Endelemente 18a und 18b gehen von den Halterungen 20 und 21 aus, und ein etwas elastischeres Mittelelement 18c ist starr an den Endelementen 18a und 18b befestigt.

Wenn der Aufbau gemäß Figur 1 infolge der durch den Pfeil 22 angedeuteten Kräfte schwingt, werden diese Kräfte über den Pylon 10 auf die Getriebeeinheit 11 und damit über die Stangen 14 und 15 auf den Träger 18 übertragen, so daß der Träger in Schwingungen gerät und sein Mittelelement zyklische Biegeschwingungen ausführt. Bei richtiger Konstruktion schwingt der Träger 18 so, daß die Stellen, an denen der Träger mit den Rumpfhalterungen 20 und 21 gekoppelt ist, Schwingungsknoten sind, so daß die durch Pfeil

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angedeuteten Bewegungen nicht auf den Rumpf übertragen werden, an dem die Halterungen 20 und 21 befestigt sind.

Die Erfindung betrifft insbesondere den Aufbau eines geeigneten Trägers und eines mit diesem verbindbaren Gestänges, so daß ein gebündelter bzw. eingestellter (focused) Rotorbetrieb erreicht und von der Rotorbefestigung eine Dreh- oder Torsionskraft auf den Rumpf ausgeübt wird.

In Figur 2 sind der Pylon und die Getriebeeinheit 11 gestrichelt angedeutet. Die Kopplung zwischen der Getriebeeinheit 11 und dem Rumpf erfolgt über ein Paar Verbundträger. Der erste Träger 30 hat starre Endelemente 31 und 32, die über ein flexibleres Mittelelement 33 verbunden sind. Das Mittelelement 33 sitzt in becherartigen Enden 34 und 35 der Endelemente 31 und 32. Das freie Ende des Trägers 31 ist über einen Bolzen 36 mit der am Rumpf befestigten Halterung 37 verbunden, während das freie Ende des Endelements 32 über einen Bolzen 38 mit der Halterung 39 verbunden ist, die am Rumpf befestigt ist oder einen Teil von diesem bildet. Eine starre Haltestange 40 erstreckt sich vom Bolzen 41 im Endelement 31 zu einem an der Getriebeeinheit 11 befestigten Bolzen 42, und eine Haltestange 43 ist in ähnlicher Weise an einem Bolzen 44 am Endelement 32 angebracht und mittels eines Bolzens 45 an der Getriebeeinheit 11 befestigt.

Entsprechend weist ein zweiter Träger 50 starre Endelemente 51 und 52 und ein sie verbindendes flexibleres bzw. weicheres Mittelele-

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ment 53 auf, und der Träger 50 ist mit Halterungen 57 und 59 gekoppelt. Starre Haltestangen 60 und 63 koppeln jeweils die Endelemente 51 und 52 mit der Getriebeeinheit 11.

Die Haltestangen 40 und 43 verlaufen mit den oberen Enden schräg aufeinander zu, so daß sich ihre Längsachsen auf einer Geraden 70 schneiden. Entsprechend schneiden sich auch die Längsachsen der Haltestangen 60 und 63 auf der Geraden 70. Diese Gerade 70 verläuft durch das Stoßzentrum (center of percussion) des Pylons 10, wodurch Stampfbewegungen verringert werden, die sonst bei Verschiebung der Geraden 70 aus dem Stoßzentrum im Rumpf erzeugt werden würden.

Die Haltestangen 40 und 60 sind schräg zueinander angeordnet, so daß ihre Längsachsen sich unterhalb der Anordnung auf einer Geraden 71 schneiden. Entsprechend schneiden sich die Längsachsen der Haltestangen 43 und 63 auf der Linie 71. Die Gerade 70 erstreckt sich quer und die Gerade 71 in Längsrichtung bezüglich des Hubschraubers. Die Gerade 71 verläuft außerdem durch den Schwerpunkt des Hubschraubers. Somit ermöglichen die Träger 30 und 50 eine Befestigung des Pylons 10 und der Getriebeeinheit 11 in Schwingungsknoten, während die Vorteile eines gebündelten bzw. eingestellten (focused) Rotorsystems aufrechterhalten bleiben.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Paar Drehstangen 80 und 81 über entsprechende Bolzen mit unteren Bereichen der Getriebeeinheit 11 verbunden und erstreckt sich im allgemeinen in

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einer Ebene senkrecht zur Achse des Pylons 10. Die Drehstange 80 ist mit einem Gelenkelement 82 verbunden, das seinerseits über eine Stange 83 mit einer am Rumpf befestigten Halterung 84 aus elastomerem Material in Verbindung steht. Entsprechend ist die Drehstange 81 mit einem Gelenkelement 85 verbunden, das über eine Stange 86 mit einer am Rumpf befestigten Halterung 87 aus elastomerem Material gekoppelt ist. Die Gelenkelemente 82 und 85 sind über eine Stange 88 miteinander verbunden. Torsionskräfte, die in einer horizontalen Ebene im Pylon erzeugt werden, können über die Elemente 80 bis 88 auf den Rumpf übertragen werden, ohne die Kopplung mit den Trägern 30 und 50 in den Schwingungsknoten zu verändern. Die durch den Pfeil angedeuteten senkrechten Bewegungen in der Getriebeeinheit 11 werden über die Haltestangen 40^ 43, 60 und 63 auf die Träger 30 und 50 geleitet. Da sich die Mittelelemente 33 und 53 biegen, befinden sich" die Stellen, etwa der Punkt 36, an Schwingungsknoten, so daß nur geringe oder gar keine Bewegungen entsprechend dem Pfeil 22 auf den Rumpf übertragen werden.

Der bevorzugte Aufbau des Mittelelements 33 eines Trägers ist in Figur 3 dargestellt. Das becherförmige Ende 35 des Endelementes

32 dient zur Aufnahme eines Endes des Mittelelementes 33 und weist eine rechteckförmige Metallauskleidung 90 auf. Das Mittelelement

33 besteht aus zehn Metallschichten 91, und zwischen jeweils benachbarten Flächen der Metallschichten 91 ist eine Schicht 92 aus elastomerem Material befestigt, beispielsweise verklebt. Somit ist das Mittelelement 33 ein zusammengesetztes, elastomeres Element mit zwischen benachbarten Metallschichten 91 eingelagerten Schich-

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ten 92. Dadurch kann das Mittelelement ohne Reibungsverschiebung von Metallflächen aufeinander gebogen werden. Im gebogenen Zustand ist das Ende 93 abgestuft, um die Schubkräfte auf die beispielsweise aus Kautschuk bestehenden Schichten 92 zu leiten.

Die untere Metallschicht 91 ist mit der oberen Fläche eines Lagerblocks 94 aus elastomerem Material verbunden, etwa verklebt, und die untere Fläche des Lagerblocks 94 ist an der Innenfläche der Auskleidung 90 befestigt, beispielsweise durch Klebung. Entsprechend ist die obere Metallschicht 95 des Mittelelements 93 an der unteren Fläche eines oberen Lagerblockes 96 aus elastomerem Material angebracht. Die obere Fläche des Lagerblocks 96 besteht beispielsweise aus Teflon und ist nicht an der Auskleidung 90 befestigt. Auf diese Weise ist das Ende 93 des Mittelelements 33 fest mit dem unteren Teil der Auskleidung 90 verbunden, kann jedoch in Abhängigkeit von Biegekräften eine Relativbewegung im oberen Teil der Auskleidung 90 ausführen.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hatten die Endelemente 31 und 32 eine Länge von 42,67 cm und das Mittelelement 33 eine Länge von 12,7 cm. Das Mittelelement 33 bestand aus Metallplatten 91, 95 einer Stärke von 2,54 ram, einer Breite von 5,08 cm und einer Länge von 25,4 cm, und es wurden sieben Platten benutzt.

Die zwischen den Metallplatten oder -streifen 90, 95 liegenden Schichten bestanden aus Kautschuk und hatten im unbelasteten Zustand eine Stärke von 0,76 mm. Der Verbundträger aus den Elementen 30, 32 und 33 war mittels der Haltestangen 40 und 43 an Bolzen 41 und 44

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befestigt, die einen Abstand von 86,36 cm hatten, und der Abstand zwischen den Bolzen 38 und 36 aus Figur 2 betrug dann 97,79 cm. Der Winkel a in Figur 2 war 130 und der Winkel b in Figur 2 war kleiner als 30°.

In Figur 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem der Träger unter Belastung steht, um seine Eigenfrequenz zu ändern und so den Abstand zwischen den Schwingungsknoten 100 und 101 weiter zu verringern. Der Träger hat starre Endelemente 102 und 103, die über ein flexibleres Mittelelement 104 miteinander verbunden sind. Der weggeschnitten dargestellte Bereich des Endelementes 103 zeigt die Halterung des Mittelelementes 104 im becherförmigen Ende 105 des Endeleraentes 103. Nahe dem Ende 105 ist am Endelement 103 starr ein Arm 106 befestigt. Eine durch den Arm 106 aufgebrachte Belastung ändert die Frequenz der Elemente 102, 103 und 104, wodurch der Abstand zwischen den Schwingungsknoten 100 und 101 verringert werden kann. Das freie Ende des Endelements 103 ist über einen Bolzen 100 mit einer am Rumpf befestigten Halterung 107 verbunden. Das freie Ende des Endelements 102 steht über einen Bolzen 101 in Verbindung mit einer am Rumpf befestigten oder einen Teil dieses Rumpfes bildenden Halterung 108. Eine starre Haltestange 109 geht vom Bolzen 110 im Endelement 102 und eine starre Haltestange 111 vom Bolzen 112 im Endelement 103 aus.

Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem einzigen Träger. Der Pylon 10 und die Getriebeeinheit 11 sind ge-

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strichelt angedeutet. Die Kopplung zwischen der Getriebeeinheit 11 und dem Rumpf erfolgt über einen einzigen Verbundträger 120, der starre, über ein flexibleres Mittelelement 123 verbundene Endelemente 121 und 122 aufweist. Das Mittelelement 123 ist in den becherförmigen Enden 121a und 122a der Endelemente 121 und" 122 befestigt. Das freie Ende des Endelements 121 ist über einen entsprechenden Bolzen mit den Haltestangen 125 und 126 verbunden, die am Rumpf befestigt sind. Entsprechend ist das freie Ende des Endelements 122 über Bolzen mit am Rumpf befestigten Haltestangen 127 und 128 verbunden. Eine starre Haltestange 129 steht über einen Bolzen mit dem Endelement 121 in Verbindung und erstreckt sich zu einem an der Getriebeeinheit 11 befestigten Bolzen 130. Entsprechend ist eine starre Haltestange 131 mittels eines Bolzens am Endelement 121 angebracht und verläuft zu einem an der Getriebeeinheit 11 befestigten Bolzen-132. Die starren Haltestangen 133 und 134 dienen in gleicher Weise zur Kopplung des Endelements 122 mit dem Getriebeelement 11.

In diesem Ausführungsbeispiel ist eine einzige Drehstange 135 mittels eines Bolzens mit dem unteren Teil der Getriebeeinheit 11 verbunden. Die Drehstange 135 steht in Verbindung mit Halterungen 136 und 137 aus elastomerem Material, die am Endelement 122 befestigt sind. Das freie Ende des Endelements 121 ist mittels Bolzen mit starren Bügeln 138 und 139 verbunden, die am Rumpf befestigt sind, während am freien Ende des Endelements 122 mittels eines Bolzens ein starrer, am Rumpf befestigter Bügel 140 angebracht ist. In der horizontalen Ebene im· Pylon 10 erzeugte Torsi-

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onskräfte können mittels der Bügel 138 bis 140 auf den Rumpf übertragen werden, ohne daß die Arbeitsweise des Trägers 120 beeinträchtigt wird.

Ein erfindungsgemäßer Hubschrauber weist somit eine Antriebs- bzw. Auftriebsvorrichturig mit einem mehrblättrigen Hauptrotor und einer Kopplungseinrichtung auf, die einen in Abhängigkeit von den von den Rotorblättern erzeugten Vertikalkräften Schwingungen ausführt, und er hat einen Rumpf, der mit einem Träger nur an Schwingungsknotenpunkten dieses Trägers verbunden ist. Die Kopplung zwischen Antriebs- bzw. Auftriebsvorrichtung und Rumpf enthält zwei den Träger bildende starre Endeleraente, die sich von den Schwingungsknoten aufeinander zu erstrecken und durch einen mehrschichtigen, flexiblen Trägerabschnitt miteinander verbunden sind, so daß eine Trägerbiegung möglich ist. Starre Halteelemente sind jeweils an den Endelementeri des Trägers an Stellen zwischen den Schwingungsknoten angebracht, um die Antriebs- bzw. Auftriebsvorrichtung zu halten.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Träger einen mehrschichtigen Mittelabschnitt aus elastomerem Material, in den eine Anzahl paralleler, länglicher Federplatten zur Steuerung der Federkonstanten des Trägers eingelagert sind.

Obwohl die Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt, sondern es sind weitere Abwandlungen und Änderungen möglich, die alle unter die Erfindung fallen.

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Claims

Ansprüche

1. /Vorrichtung zur Kopplung äer Antriebs- bzw. Auftriebsvorrichtung eines Hubschraubers mit dem Hubschrauberrumpf, gekennzeichnet durch mindestens einen, in Biegeschwingungen versetzbaren, den Hubschrauberrumpf an Schwingungsknotenpunkten tragenden Träger, der zwei starre, sich von den Schwingungsknoten aufeinander zu erstreckende Endelemente aufweist, die durch ein aus mehreren Schichten bestehendes, flexibles Mittelelement miteinander verbunden sind, sowie durch zwei vom Hubschrauberrumpf ausgehende, jeweils an Stellen zwischen den Schwingungsknoten am Träger befestigte Haltestangen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Mittelelement eine Anzahl elastomerer Schichten aufweist, die jeweils zwischen einer Anzahl metallischer Federplatten liegen und an diesen befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Enden der Endelemente zur Aufnahme des Mittelelementes becherförmig ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine außenliegende Federplatte an einem bewegbar im je-, weiligen becherförmigen Ende angeordneten Lagerblock aus elastomerem Material befestigt ist und daß eine andere außenliegende Federplatte in jedem der becherförmigen Enden an

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einem Lagerblock aus elastomerem Material befestigt ist, der fest mit dem becherförmigen Ende verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der beiden starren Endelemente des Trägers zur Änderung von dessen Eigenfrequenz und zur Verringerung des Abstandes zwischen den Schwingungsknoten des Trägers starr eine Last befestigt ist.

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