DE2541637C3

DE2541637C3 - Heckrotor fur Drehflügelflugzeuge

Info

Publication number: DE2541637C3
Application number: DE2541637A
Authority: DE
Inventors: Rene Louis Aix-En-Provence Bouches Du Rhone Moulle (Frankreich)
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1980-06-12
Also published as: US4053258A; DE2541637A1; JPS5734160B2; FR2285298A1; JPS5166698A; GB1514828A; DE2541637B2; IT1042160B; FR2285298B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Heckrotor für Drehflügelflugzeuge mit zumindest zwei Rotorblättern, die einen einzigen, im Mittelteil zwischen zwei auf der Rotorwelle befestigten, die Rolomabc bildenden Platten eingespannten blattförmigen biegsamen Holm aufweisen, dessen beide Hälften jeweils mit zwei die Rotorblätter bildenden Profilschalen derart verbunden sind, daß das Holm-Mittelteil frei liegt.

Unter den zahlreichen Heckrotortypen für Drehflügelflugzeuge oder Hubschrauber, welche als freie Schraube wirken, kennt man im wesentlichen Rotoren mit zwei oder mehr Rotorblättern, welche getrennt voneinander mit Schlag- und Blattverstellgelenken angelenkt sind. Diese Gelenkrotoren haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ kompliziert sind, da ihre Schlag- und Blattverstellgelenke Kugellager, Nadellager oder Rollager aufweisen, welche sehr genau geschmiert werden müssen, um im Betrieb Beschädigungen oder allzu hohen Verschleiß zu vermeiden. Tatsächlich sind diese Gelenke nicht nur durch hohe Zentrifugalkräfte beaufschlagt, welche von den Rotorblättern herrühren, sondern sie sind auch Schwingbewegungen unterworfen, welche ein Ausschlagen der Lager begünstigen.

Im Hinblick auf eine konstruktive Vereinfachung und eine Verminderung der Wartung hat man sich außerdem bei der Ausbildung von Heckrotoren von Konstruktionen leiten lassen, welche im wesentlichen ursprünglich für die Tragrotoren bestimmt waren (vgl. z.B. DE-AS 1531376, FR-PS 1546939, DE-PS 48 814).

So kennt man Konstruktionen zweiflügeliger Haupt-

⁴⁽¹ rotorc, welche einen einteiligen hohlen Holm für beide einander gegenüberliegende Rotorblätter besitzen, welcher elliptischen Querschnitt aufweist und auf der Rotorwelle mit Hilfe von Keilnuten befestigt ist. Dieser aus glasfaserverstärktem Kunstharz bestehende Holm ist beiderseits der Rotorwelle mit einer Glasfaserabdekkung verklebt und trägt darunter eine Wabenmusterfüllung, so daß ein Verbundblatt entsteht.

Die Steuerung dieser Rotorblätter durch Verdrehung des Holmes über einen Teil seiner Länge an der Wurzel

^w eines jeden Blattes beaufschlagt das Gestänge sehr stark, so daß Servosteucrungen erforderlich werden, welche kosspielig sind und in ihrer Wartung besondere Sorgfalt erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

^ Heckrotor für Drehflügelflugzeuge der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher ohne die Gelenke eines herkömmlichen Heckrotors auskommt, sehr preiswert herstellbar und dabei praktisch wartungsfrei ist.

^b() Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jede Profilschale im Bereich der Blatt wurzel im Querschnitt vom eigentlichen Flügelprofil in einen Zylinder übergeht, der seinerseits einen zylindrischen Flansch umfaßt und damit verbunden ist, und daß innerhalb

^Μ dieses zylindrischen Flansches beiderseits der die Nabe bil !enden Platten jeweils ein elastischer Klotz zur Verbindung von jeweils einem Flunsch mit der Rotornabe angeordnet ist.

Diese Klötze, welche vorzugsweise aus elastomeren Silikonblöcken mit großer Elastizität bestehen, sind vorzugsweise symmetrische Drehkörper mit zur Mitte hin fortschreitender Verjüngung, was ihre Biegung begünstigt. Der Durchmesser der Grundkreise dieser Klötze kann im wesentlichen gleich ihrer Höhe sein.

leder zylindrische Flansch besitzt vorzugsweise einen kreisrunden Versteifungsbund sowie einen Steuerhebel zur Blattsteuerung, der direkt am Flansch angeformt ist oder an diesen angesetzt ist. ι <'

Durch die ?ylindrische Form der Flansche wird es möglich, die gesamte Rotornabe ohne Schwierigkeiten mit einer Schutzverkleidung zu umgeben, welche aus zwei im wesentlichen zylindrischen Halbschalen besteht, welche diese Flansche umfassen.

Bei dieser erfindungsgemäßen Konstruktion eines Heckrotors erfüllen die zylindrischen Flansche trotz einfacher Konstruktion und Herstellung in vorteilhafter Weisi vier wichtige Funktionen, und zwar:

bilden sie die Befestigungsteile für die BIu aschalen und helfen infolge ihrer der ebenfalls zylindrischen Form der Blattwurzeln zugeordneten zylindrischen Form mit das Rückholmoment der Blätter herabzusetzten, und gewährleisten eine geeignete Verteilung der Kräfte aus der Blattsteuerung und der Blattschlagbewegung;

bilden sie starre Tragelemente für die elastischen Klötze, die sie mit der Rotornabe verbinden und welche durch ihre Biegsamkeit die Blattschlag- und -einstellwinkelbewegung erlauben; Jt)

liefern sie Ansatzpunkte für die Blattverstellhebel;

erlauben sie einen äußerst einfachen Einbau einer Schutzhaube für die Rotornabe.

Der gesamte erfindungsgemäße Heckrotor ist in seinem Aufbau und in seiner Herstellung äußerst einfach * > und wesentlich preiswerter als bisher bekannte Konstruktionen, und zwar sowohl im Hinblick auf Hie Herstellungskosten wie auf die Wartungskosten, wobei letztere praktisch vollkommen entfallen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ·"> wird nachstehend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Heckrotor, wobei die Blattenden fortgelassen wurden;

F i g. 2 einen Schnitt djrch F i g. 1 längs der Linie H-Il; ^A >

Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie Ill-Ill;

Fig.4 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie IV-IV;

F i g. 5 eine Seitenansicht des mit einer Schutzhaube abgedeckten Mittelteiles; und

Fig. 5 einen Schnitt durch Fig. 5 längs der Linie Vl-Vl.

Bei dem in den Figuren dargestellten zweiflügeligen Heckrotor für einen Hubschrauber besteht dieser Rotor ">⁵ I im wesentlichen aus einem biegsamen und verdrehbaren Holm 2 mit abgeflachtem rechteckigem Querschnitt, der aus äußerst widcrstandfähigen Fasern mit niedrigem Elastizitätsmodul hergestellt ist, welche mit unter Wärmeeinwirkung aushärtendem Kunstharz umhüllt ^b0 sind und somit ein Rotorblatt biltU ■;. welches sich über die gesamte Spannweite des Kotors 1 erstreckt. Bei diesen Fasern handelt es sich um Glasfasern, deren Verwendung dadurch möglich wird, daß es sich bei der ersten natürlichen Zugverforniung um eine Verformung ^b5 mit zwei Knoten handelt. Tatsächlich werden die Bewegungen der Rolormittc, welche sich an einen Bauch der Verformung legt, in diesem Fall, d. h. bei einem zweiflügeligen Rotor, durch die Biegsamkeit der Tragwelle des Rotors und durch die Gesamtheit des Heckträgers des Hubschraubers ermöglicht Unter diesen Umständen kann der Holm 2, ohne daß man übermäßige dynamische Zugspannungen bei ausschließlicher Verwendung von Glasfasern befürchten muß, derart dimensioniert werden, daß die erste Eigenfrequenz über der Nenndrehzahl des Rotors liegt, so daß beim Start und im Flug jegliche Resonanz ausgeschaltet wird.

Auf diesen Holm 2 und auf jedes seiner beiden Enden sind Verkleidungen aufgezogen, welche aus zwei Profilschalen 3 und 4 bestehen, welche teilweise in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind und mit diesem Holm die beiden Rotorblätter 5 und 6 des Rotors 1 bilden. Diese Profilschalen 3 und 4, weiche aus Leichtmetall, oder aus mit Glasgewebe verstärktem Kunststoff hergestellt sind, sind mit dem Holm 2 über eine bestimmte Länge nahe seiner Enden verklebt, wobei die beiden Holnihä'ften im Bereich der Blattwurzeln freigelassen werden, so daß durch Verbiegung des Holmes 2 ein Schlagen der Rotorblätter und durch Verdrehen eine Veränderung des Blatteinstellwinkels möglich ist

Die Querschnittsform der Wurzel eines jeden Rotorblattes (Fig. 2) ändert sich progressiv zur Rotormitte hin, und zwar vom eigentlichen Blattprofil aus, um schließlich einen Zylinder 7 bzw. 8 zu bilden. Dieser Teil der Blattwurzeln ist mit einem ebenfalls zylindrischen Flansch 9 bzw. 10 verklebt, wobei dieser Flansch 9 bzw. 10 jeweils einen kreisrunden Versteifungsbund 11 bzw.41 aufweist.

Ein Steuerhebel 12 bzw. 13 für die Blattsteuerung, welcher mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden ist, ist einteilig mit dem Flansch 9 (Fig. 1) ausgebildet. Wie Fig. 1, rechte Hälfte und Fig.4 zeigen, kann ein derartiger Hebel 13 auch am Bund 41 mittels einer Schraube 14 festgeschraubt sein.

Die zylindrische Form der Zylinder 7 und 8 sowie der Flansch 9 und 10 ist insofern äußerst vorteilhaft, als dadurch eine ausgewogene Verteilung der Trägheit um die der Blattverstellachse entsprechenden Längsachse möglich ist, so daß die Steuerkräfte so weit herabgesetzt werden, daß zur Veränderung des Blatteinstellwinkels keine Servosteuerung mehr benötigt wird.

Auf das kegelstumpfförmige Ende 15 der Rotorwelle 16 (Fig. 2) ist der Stutzen 17 einer unteren Platte 18 aufgeschrumpft, in welcher eine Längsnut 19 ausgebildet ist (Fig.3). In dieser Längsnut ist der Holm 2 auf einem unteren Zwischenstück ruhend eingesetzt, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse des Heckrotors liegt und die Mitte einer Bohrung 21 bildet. Dabei wird Vorsorge getroffen, daß zwischen dem Ende 22 der Rotorwelle 16 und der Unterseite des Zwischenstückes 20 reichlich Spiel bleibt. Ein zweites Zwischenstück 23 ist derart auf dem Holm 2 angeordnet, daß ein bündiger Abschluß mit der Oberseite 24 der Platte 18 erreicht wird. Auf letzterer und auf dem Zwischenstück 23 liegt eine obere Platte 25 auf. Die beiden Zwischenstücke 20 und 23 und der Holm 2 werden zwischen der Unterplatte 18 und der Oberplatte 25 mittels eines Schraubbolzens 26 feytgepreßt der in eine Gewindebohrung im Ende der Rotorwelle 16 eingeschraubt ist wobei die Oberplatte und die beiden Zwischenstücke eine der Bohrung 21 des Holmes 2 entsprechende Bohrung aufweisen. Beiderseits dieses Schraubbolzens 26 sind zwei Gewindespindeln 27 und 28 angeordnet, welche die beiden Platten 18 und 25, die die Rotornabc bilden, fest miteinander verbinden.

Die beiden Zwischenstücke 20 und 23 sind aus Glasgewebeplatten hergestellt, die mit Kunstharz umhüllt sind und durch Polymerisation fest mit dem Holm verbunden sind. Sie sind über eine begrenzte Länge zwischen den beiden Platten angeordnet, um jeden ungünstigen Kontakt zwischen dem Holm und den beiden Platten ω verhindern.

Zwischen dem zylindrischen Flansch 9 (innerhalb desselben) und zwei abgeflachten Verlängerungen 29 bzw. 30 der Unterplatte 18 bzw. der Oberplatte 25 der Nabe, welche den Holm 2 zwischen sich festhalten, sind in der die Längsachse des Holmes und die Drehachse des Rotors enthaltenden Ebene parallel zur letztgenannten Achse zwei elastische Klötze 31 angeordnet. Auch zwischen dem Flansch 10 und zwei einander gegenüberliegenden Verlängerungen 32 und 33 dieser Platten sind zwei derartige Klötze 31 angeordnet. Diese Klötze bestehen aus elastomeren Silikonblöcken mit großer Elastizität und sind symmetrische Drehkörper. Die Grundkreise eines jeden Klotzes 31 haben einen im wesentlichen der Klotzhöhe entsprechenden Durchmesser, während der Klotz sich zur Mitte hin fortlaufend verjüngt, wodurch seine Biegsamkeit erleichtert wird.

Die Enden der Klötze 31 sind fest mit jeweils einer dünnen metallischen Scheibe 34 verbunden, welche in entsprechende Aufnahmen eingesetzt sind, die einmal an der Innenseite der Flansche 9 und 10 und zum anderen in den abgeflachten Verlängerungen 29,30, 32 und 33 der Nabe ausgebildet sind. Die Klötze 31 sind in ihren Aufnahmen zusammengepreßt eingesetzt, wodurch sie ohne zusätzliche Befestigung festgehalten werden und im Betrieb ohne langwierige Demontage ersetzt werden können. Sie dienen somit als Abstützung für die Blattwurzel, und zwar hauptsächlich während des Startens oder in Ruhelage des Rotors, während die Zentrifugalkraft nicht ausreicht, um den Holm zu spannen und zu stabilisieren. Andererseits erlauben sie infolge ihrer sehr großen Biegsamkeit bei Veränderungen des Blatteinstellwinkels relativ große Verschiebungen der Flansche 9 und 10 gegenüber der Nabe, und zwar ohne ein zu ungünstiges Rückholmoment hervorzurufen, welches die Steuerung stören würde. Sie bilden außerdem einen Gelenkpunkt für die Rotorblätter 5, 6 während der Durchbiegung des den Holm 2 bildenden ■; Blattes, welches dem Rotor die Blattschlagbewegung ermöglicht. Schließlich sind diese Klötze auch dazu bestimmt, stets mögliche Kopplungen zwischen den Schlagbewegungen und den Blattverstellbewegungen zu vermeiden, und die Instabilität des Rotors zu

to begrenzen, und zwar im wesentlichen durch eine Verstärkung der Steifheit beim Schlagen eines jeden Rotorblattes und seiner Befestigung.

Durch die zylindrische Form der beiden Flansche 9 und 10 ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit.

is die Rotornabe mittels einer oberen Halbschale 35 und einer unteren Halbschale 36 windschlüpfrig zu verkleiden. Diese beiden im wesentlichen zylindrischen Halbschalen umfassen die beiden Flansche 9 und 10 mit einem derartigen Spiel, daß während der Blattbewegungen jeglicher Kontakt ausgeschlossen ist (F i g. 5 und 6). Die obere Halbschale 35 besitzt zwei seitliche Vertiefungen 37 und 38, die beiderseits des Schraubbolzens 26 liegen und eine Verschraubung dieser Halbschale auf den oberen Enden der beiden Gewindespindeln 27 und 28 ermöglichen, die zur Befestigung der beiden Platten 18 und 25 auf der Nabe vorgesehen sind. Die untere Halbschale 36 besitzt entsprechend angepreßte Flansche 39 bzw. 40, so daß sie an den unteren Enden der Gewindespindeln 27 und 28 aufgeschraubt werden kann.

In den beiden Halbschalen 35 und 36 sind an der Stelle der Steuerhebel 12 und 13 nicht dargestellte Ausnehmungen ausgebildet, um den Durchgang dieser Hebel und deren entsprechenden Ausschlag zu ermöglichen.

Eine derartige Verkleidung setzt einmal den Luftwiderstand der Nabe wesentlich herab und ergibt einen Nabenschutz, da jedes Eindringen von Wasser, Staub oder irgendeines anderen Fremdkörpers in die Aufnahme des flexiblen Holmes 2 verhindert wird, was die Rotorfunktion durch Ausbildung einer Unwucht oder beispielsweise Verklemmen stören würde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Heckrotor für Drehflügelflugzeuge mit zumindest zwei Rotorblättern, die einen einzigen, im Mittelteil zwischen zwei auf der Rotorwelle ^r> befestigten, die Rotornabe bildenden Platten eingespannten blattförmigen biegsamen Holm aufweisen, dessen beide Hälften jeweils mit zwei die Rotorblätter bildenden Profilschalen derart verbunden sind, daß das Holm-Mittelteil freiliegt, dadurch ge- in kennzeichnet, daß jede Profilschale (3, 4) im Bereich der Blattwurzel im Querschnitt vom eigentlichen Flügelprofil in einen Zylinder (7, 8) übergeht, dar seinerseits einen zylindrischen Flansch (9, 10) umfaßt und damit verbunden ist, und daß π innerhalb dieses zylindrischen Flansches beiderseits der die Nabe bildenden Platten (18, 25) jeweils ein elastischer Klotz (31) zur Verbindung von jeweils einem Flansch mit der Rotornabe angeordnet ist.

2. Heckrotor nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Klötze (31) in der die Längsachse des Holmes (2) und die Drehachse des Rotors (1) enthaltenden Ebene angeordnet sind, wobei das einem Flansch (9 oder 10) entsprechende Klotzpaar auf einer gemeinsamen Achse parallel zur 2^r> Rotorachse liegt.

3. Heckrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Klotz (31) ein symmetrischer Drehkörper mit zur Mitte hin fortschreitender Verjüngung ist und der Durchmesser seines in Grundkreises annähernd gleich der Höhe des Klotzes ist.

4. Heckrotor nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Klötze (31) zusammengepreßt zwischen dem zugeordneten r> Flansch (9 bzw. 10) und den gegenüberliegenden Teilen der die Nabe bildenden Platten (18; 25) eingesetzt sind.

5. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis.4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klötze (31) an jeder kreisrunden Stirnfläche mit einer dünnen Scheibe (34) verklebt sind, die jeweils in eine entsprechende Aufnahme eingelassen ist, welche in den Flanschen (9,10) und den entsprechenden Teilen der die Nabe bildenden Platten (18, 25) ausgebildet sind.

6. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Klötze (31) aus elastomeren Silikonblöcken bestehen.

7. Heckrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (7, 8) der Blattwurzel auf die Außenseite des entsprechenden zylindrischen Flansches (9 bzw. 10) aufgeklebt ist.

8. Heckrotor nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zylindrische Flansch (9, 10) einen kreisrunden Versteifungsbund (II, 41) aufweist.

9. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem der beiden Flansche (9, 10) eine seitliche Verlängerung ange^formt ist und einen Hebel zur Steuerung des Blatteinstcllwinkcls bildet.

10. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Rotornabe von einer aus zwei im wesentlichen zylindrischen Halbschalen (35, 36) bestehenden, die zylindrischen Flansche (9, 10) abdeckenden Verkleidung umhüllt ist.