DE2542623A1 - Vorrichtung zur verstellung einer rotorschaufel o.dgl. - Google Patents

Description

H. H

Dowty Rotol Ltd. Mozarts"· -^J

Cheltenham Road Anwaltsakte M-3650

Gloucester, England 24. September 1975

Vorrichtung zur Verstellung einer Rotorschaufel oder dergleichen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verstellung der Neigung bzw, des Anstellwinkels einer Rotorschaufel oder dergleichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Betätigungsglied auf, das zur Schaufelverstellung in der einen Richtung durch eine Vorspanneinrichtung bewegbar ist und das zur Schaufelverstellung in der anderen Richtung mit Strömungsmitteldruck beaufschlagbar ist, so daß es sich in die entgegengesetzte Richtung gegen die Wirkung der Vorspanneinrichtung bewegt, ferner Arretierungsmittel, die ebenfalls dem Strömungsmitteldruck ausgesetzt werden können, die in einer Außerbetriebsstellung gehalten werden, wenn der Druck über einem vorgegeben Wert liegt, und die in eine Betriebsstellung bewegt werden können, wenn der Druck unter diesen vorgegebenen Wert abfällt, sowie Anschlagmittel, die mit den Arretierungsmitteln in Eingriff bringbar sind, wenn diese sich in ihrer Betriebsstellung befinden, um das Betätigungsglied in einer vorgegebenen Lage aufzuhalten, wenn es sich in der einen Richtung

609815/0410

bewegt.

Das Beätigungsglied kann von einem mit Schaufeln versehenen Rotor getragen werden und zusammen mit diesen rotieren.

Die besagte eine Richtung der Schaufelverstellung kann eine die Anstellung vergrößernde Richtung sein.

In dem Fall, in dem das Betätigungsglied an einem mit Schaufeln versehenen Rotor befestigt ist, können die Arretierungsmittel so angeordnet sein, daß sie während der Rotation des Rotors über einer vorgegebenen Geschwindigkeit auf die entsprechende Fliehkraft reagieren und daß sie, wenn der Strömungsmitteldruck unter den vorgegebenen Wert fällt, infolge der Fliehkraft automatisch in ihre Betriebsstellungen bewegt werden. Wenn der Strömungsmitteldruck noch unter dem vorgegebenen Wert liegt und die Rotorgeschwindigkeit unter die vorgegebene Geschwindigkeit absinkt, können die Arretierungsmittel infolge der sich verringernden Fliehkraft mittels Federn in ihre nichtbetriebsfähigen Stellungen gedrückt werden, so daß sich das Betätigungsglied in der einen Richtung über die vorgegebene Stellung hinaus bewegen kann.

Das Betätigungsglied kann einen Zylinder umfassen, der in der Nabe des mit Schaufeln versehenen Rotors angeordnet sein oder von dieser gebildet werden kann, sowie einen Kolben, dessen eine Endseite dem Strömungsmitteldruck ausgesetzt und der im ,Zylinder hin- und herbewegt und so angeschlossen werden kann, daß

609815/0410 " ³ "

— 3 —
reine Neigungsein- bzw. verstellung möglich ist.

Die Arretierungsmittel können in radialer Richtung angeordnete Druckstempel umfassen, die gleitend in Führungen in dem Kolben gelagert sein können, und die Anschlagmittel können in dem Zylinder ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform stehen die Druckstempel in ihren Betriebsstellungen in radialer Richtung vom Kolben vor, so daß sie dann mit den Anschlagmitteln in Eingriff bringbar sind, und in ihren nichtbetriebsfähigen Stellungen sind die Druckstempel in den Kolben zurückgezogen.

Die Vorspanneinrichtung kann durch eine Schraubenfeder gebildet werden, die gegen den Kolben gelagert ist, und/oder durch an den Rotorschaufeln montierte Gegengewichte.

Der Zylinder kann weitere Anschlagmittel umfassen, um zu sichern, daß die Bewegung des Betätigungsgliedes über die vorgegebene Stellung hinaus in einer Stellung angehalten wird, die der Segelflugstellung (feathered blade condition)der Rotorschaufeln entspricht .

Der Strömungsmitteldruck kann von einer Druckquelle herrühren, die außerhalb des mit Schaufeln versehenen Rotors angeordnet ist, und kann dem Betätigungsglied über einen auf Geschwindigkeit ansprechenden Drehzahlregler und/oder Lageregelventile zugeführt werden.

Alternativ dazu kann der Strömungsmitteldruck von Pumpmitteln er-

609815/0410 " ⁴ "

zeugt werden, die in der Nabe des Rotors angeordnet sind und die infolge der Rotation des Rotors in bezug auf eine nichtrotierende Einheit Strömungsmittel aus einem Reservoir ansaugen, das ebenfalls in der Nabe angeordnet ist und damit rotiert. Das von den Pumpmitteln abgezogene Strömungsmittel wird dem Betätigungsglied über an der Nabe montierte Ventile zugeführt. Die Ventile können über einen an der Nabe montierten auf Geschwindigkeit ansprechenden Zentrifugalregler arbeiten.

Anhand der nachfolgenden Beispieles und der beigefügten Zeichnung werden zwei Ausfuhrungsformen der Erfindung im Detail beschrieben. Von der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen mit Schaufeln versehenen

Rotor; und
Fig.2 einen Teilquerschnitt durch einen mit Schaufeln versehenen Rotor wie in Figur 1, der jedoch eine in sich geschlossene Form aufweist.

In Figur 1 ist ein mit Schaufeln versehener Rotor 11 dargestellt, der als Mantelstromgebläse eines Strahltriebwerks für den Vortrieb eines Flugzeuges geeignet ist und durch eine Welle S und einen teilweise gezeigten Motor E angetrieben wird, der beispielsweise einen in einem Kanal (nicht gezeigt) rotierenden hin- und hergehenden Kolben aufweist, Der Rotor 11 besitzt eine Nabe 12, in der eine Vielzahl von Schaufeln 13 montiert ist. Die Schaufeln sind so angeordnet, daß sie durch das zur Schaufelverstellung : dienende Betätigungsglied 15 in ihrer Neigung bzw. in ihrem

609815/0410 - ⁵ -

~ 3 —

Anstellwinkel um ihre Längsachsen 14 variiert werden können. Das

Betätigungsglied umfaßt einen Kolben 16, der in zylindrischen Abschnitten 17 und 18, die einstückig mit der Nabe 12 ausgebildet .sind, gleitend gelagert ist. Eine derartige Nabenkonstruktion ist in der GB-PS 1 363 426 beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform ist das Betätigungsglied für die Neigungsverstellung einfach wirkend ausgebildet. Der Kolben 16 ist in der Zeichnung nach links bewegbar, so daß die Schaufeln 13 durch die Kurbelzapfen 19 in einer den Anstellwinkel verkleinernden Richtung verstellt werden. Eine solche Bewegung wird mittels des Flüssigkeitsdruckes erzielt, der der Kammer 20 an der rechten Seite des Kolbens 16 zugeführt wird. Diese Bewegung verläuft

ein

entgegen der Wirkung der Vorspannrichtung, die aus einer Schraubenfeder 21 und Gegengewichten 22 bestehen, die an den Schaufeln befestigt sind. Die Feder 21 und die Gegengewichte 22 erzeugen eine Vorspannung im Sinne einer Vergrößerung des Anstellwinkels, die Drehmomente um die Schaufellängsachse ausgleicht, die aus einem zentrifugalen Verwinden der Schaufeln während der Rotation des Rotors resultieren. Wenn der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 20 unter einen vorgegebenen Wert fällt, kann der Kolben die Schaufeln 13 mittels der Kurbelzapfen 19 in Segslflugstellung überführen.

Der zylindrische Abschnitt 18 ist mit einem Anschlag in Form einer :Schulter 23 in der gezeigten vorgegebenen Stellung versehen, und der Kolben 16 ist mit Arretierungsmitteln in Form von Druckstempeln

.24 ausgestattet, die sich in Führungen 25 befinden, die in Radialrichtung im Kolben angeordnet sind. Jede Führung ist mit

einer Schulter 26 versehen, und eine Schraubenfeder 27 ist zwi-

609815/0A10 _₆_

schen jeder Schulter 2β und einer Endseite 28 eines am entsprechenden Druckstempel gebildeten Absatzes angeordnet.

In der Zeichnung sind die Druckstempel in ihrer zurückgezogenen, nichtbetriebsfähigen Stellung gezeigt, in der sie durch unter Druck stehende Flüssigkeit gehalten werden, die von einer außerhalb des Rotors angeordneten Druckquelle der Kammer 20 zugeführt wird. Diese Flüssigkeit kann durch entsprechende Öffnung 28 an die Endseiten 28 der Druckstempel gelangen.

Diese Flüssigkeit wird der Kammer 20 von einer Motorpumpe P und mittels des Ventiles V, das durch einen auf Geschwindigkeit ansprechenden Zentrifugalregler G betätigt wird, und mittels der Flüssigkeitstransportmittel T, die mit der Motorausgangswelle S in Verbindung stehen, zugeführt. Wenn die Druckstempel 24 in ihren dargestellten zurückgezogenen Stellungen gehalten werden, findet die fliehkraftgeregelte Neigungsverstellung der Schaufeini 3 in einem normalen Bereich statt, in dem defc S'Ghaufelanstellwinkel für Reisegeschwindigkeit etwa ko° beträgt.

Wenn bei einer solchen Betätigung während des Fluges der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 20 wegen irgendeiner Betriebsstörung unter den vorgegebenen Wert abfällt, fällt der Druck auf die Flächen 28 ebenfalls, und die auf die Druckstempel 24 einwirkende Fliehkraft läßt die Stempel sich in Radialrichtung nach außen in ihre Betriebsstellungen gegen die Wirkung der Schraubenfedern 27 bewegen. Bei einem derartigen Druckverlust in der Kammer 20 wird der Kolben 16 durch die Feder 21 und die Gegengewichte 22 in der

-7-609815/04 10

Zeichnung nach rechts gedrückt, so daß die Schaufeln 13 in einer die Anstellung vergrößernden Richtung verstellt werden. Wenn daher nicht die durch die Druckstempel 24 gebildeten Arretierungsmittel und die Schulter 23 vorhanden wäre, würden die Schaufeln in die Segelflugstellung bewegt werden. Der Kolben 16 kann sich jedoch bei einer derartigen Betriebsstörung nur soweit in der Zeichnung nach rechts bewegen, bis die ausgefahrenen Druckstempel 2 4 mit der Schulter 23 in Eingriff gelangen. Die Schaufeln 13 werden dann auf einem vorgegebenen Anstellwinkel, bei dieser Ausführungsform 45°, arretiert. In dieser Stellung der Schaufeln hat der Rotor die richtige Anstellung für einen kontinuierlichen Vortrieb des Flugzeugs. Wenn beispielsweise das Absinken des Flüssigkeitsdruckes in der Kammer 20 auf ein mechanisches Versagen der Pumpe P, die die Druckflüssigkeit zuführt, zurückzuführen ist, und der Antriebsmotor E selbst noch vollständig in Betrieb ist, kann sich das Flugzeug noch in zufriedenstellender Weise mit Reisegeschwindigkeit weiterbewegen, wobei die Schaufeln auf diesen festen Anstellwinkel von 45° gehalten werden.

Wenn jedoch das Absinken des Flüssigkeitsdruckes in der Kammer 20 auf ein Versagen des Motors selbst zurückzuführen ist, beginnen Rotor und Maschine abzufallen, wobei die Schaufeln anfangs diese Stellung mit fester Neigung einnehmen. Wenn der Rotor unter eine vorgegebene Geschwindigkeit abfällt, nimmt die auf die Druckstempel 24 einwirkende Fliehkraft ab, und die Druckstempel werden durch die Federn 27 in den Kolben 16 zurückgezogen. Der Kolben kann dann durch die Schraubenfeder 21 und die Gegengewichte 22 in der Zeichnung weiter nach rechts über die durch die Schulter

6098 15/0410

vorgegebene Stellung hinaus bewegt werden, bis der Kolben an den rechten äußeren Rand 30 des Zylinders anstößt. In dieser Stellung des Kolbens befinden sich die Schaufeln 13 nunmehr in Segelflug stellung (Anstellwinkel 85⁰), in der sie den geringsten Luftwiderstand hervorrufen.

Nach Reparatur des Motors und dessen wieder Starten werden durch den Wiederaufbau des Plüssigkeitsdruckes in der Kammer 20 über den vorgegebenen Wert die Druckstempel 24 unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Motors im Kolben 16 in der zurückgezogenen Stellung gehalten, und der Kolben bewegt die Schaufeln mittels des auf Geschwindigkeit ansprechenden Fliehkraftwandlers in einer die Neigung verkleinernden Richtung.

Die Grenze der Kolbenbewegung in der die Neigung verringernden Richtung, bei dieser Ausführungsform 10°, wird durch das Anstoßen des linken Endbereiches des Kolbens 16 an die Endwand des zylindrischen Abschnittes 17 der Nabe 12 gebildet.

Schaufeln
In Figur 2 ist ein mit / versehener Rotor 111 gezeigt, der prinzipiell dem in Figur 1 gezeigten Rotor gleicht, bei dem jedoch anstelle der Druckflüssigkeitszufuhr vom Motor über Transportmittel die Rotornabe 112 als in sich geschlossene Einheit ausgebildet ist, so daß sie ein Flüssigkeitsreservoir 113, das mit der Nabe rotieren kann, und eine Pumpe 114 zum Liefern von Druckflüssigkeit für das Betätigungsglied II5 zur Neigungsverstellung umfaßt. Das Gehäuse Ho der Pumpe kann zusammen mit dem Rotor rotieren, und die Welle II7 des Rotors der Pumpe erstreckt sich durch die

609815/0410 ~⁹~

_g_

Ausgangswelle S¹ des Motors E¹ und ist an ihrem in der Zeichnung rechten Ende an der nichtrotierenden Motoreinheit befestigt. Auf diese Weise wird durch die Rotation des mit Flügeln versehenen Rotors die Pumpe in Betrieb gesetzt, die über eine Leitung 118 Flüssigkeit von dem Reservoir 113 abziehen und unter Druck der Kammer 120 des Betätigungsgliedes 115 zuführen kann. Eine derartige Druckflüssigkeitszufuhr wird durch den auf Geschwindigkeit ansprechenden Fliehkraftwandler G' und das diesem zugeordnete Ventil V^f gesteuert. Sowohl der Fliehkraftwandler als auch das Ventil sind an der Nabe montiert.

In den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen wird das Betätigungsglied zur Neigungsverstellung durch einen auf Geschwindigkeit ansprechenden Fliehkraftwandler gesteuert. Bei Alternativformen der Erfindung kann jedoch das Betätigungsglied auch durch Lageregelventile gesteuert werden. Alternativ dazu kann bei bestimmten Betriebsarten das Betätigungsglied durch den auf Geschwindigkeit ansprechenden Fliehkraftwandler und bei anderen Betriebsarten durch Lageregelventile gesteuert werden.

In den vorstehend in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen sind die Druckstempel im Kolben des Betätigungsgliedes zur Neigungsverstellung automatisch rückzieh- und ausfahrbar. Bei alternativen Ausführungsformen kann es jedoch auch wünschenswert sein, die Druckstempel in mindestens einer Richtung der Radialbewegung durch elektromagnetische Einrichtungen, durch ; Steuereinrichtung mittels unabhängigem Strömungsmitteldruck oder durch geeignete mechanische Einrichtungen zu steuern.

-10-6098 1 5/04 1 0

Obgleich in jeder der vorstehend in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen die Druckmittel des mit Flügeln versehenen Rotors eine Feder und Gegengewichte umfassen, können bei Alternativausführungsformen der Erfindung nur eine Feder oder allein Gegengewichte vorgesehen werden. Die Feder braucht keine mechanische Feder zu sein; in bestimmten Ausführungsformen kann sie die Form einer hydraulischen Federvorrichtung annehmen.

Zwar besitzt der zum Antrieb des mit Schaufeln versehenen Rotors dienende Motor in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen einen hin- und hergehenden Kolben, der Motor kann jedoch auch bei anderen Aus führungs formen durchleinen Rotationskolbenmotor oder eine Gasturbine ersetzt werden.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen besteht das Betätigungsglied zur Verstellung der Neigung der Schaufeln aus einem Kolben und einem Zylinder. In anderen Ausführungsformen kann das Betätigungsglied durch eine rotierende Einheit, beispielsweise mit Flügeln oder ausgeglichenen Flügeln (balanced-vanetype), gebildet werden.

Schließlich ist das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung auch nicht auf die Rotoren von Mantelstromtrieb^werken beschränkt. Auch in anderen Ausführungsformen kann eine derartige Steuereinrichtung vorteilhaft eingesetzt werden und zwar immer in den Fällen, in denen ein Betätigungsglied als Folge auf das Absinken eines dieses beaufschlagenden Strömungsmitteldruckes unter einen vorgegebenen Wert arretiert werden soll.

— 11 — 609815/0410

Claims (1)

1. - li -

   Dowty Rotol Ltd.

   Cheltenham Road 24. September 1975

   Gloucester, England Anwaltsakte M-365o

   Patentansprüche

   . 1. Vorrichtung zur Verstellung der Neigung bzw. Anstellung einer Rotorschaufel oder dgl. mit einem Betätigungsglied, das zur Schaufelverstellung in der einen Richtung durch eine Vorspanneinrichtung bewegbar ist und zur Verstellung in der entgegengesetzten Richtung entgegen der Wirkung der Vorspanneinrichtung mit Strömungsmitteldruck beaufschlagbar ist, gekennzeichnet durch Arretierungsmittel (24), die ebenfalls dem Strömungsmitteldruck aussetzbar sind, in einer Außerbetriebsstellung gehalten werden, wenn der Druck über einem vorgegebenen Wert liegt, und die in eine Betriebsstellung bewegbar sind, wenn der Druck unter diesen vorgegebenen Wert abfällt, sowie durch Anschlagmittel (23), die mit den Arretierungsmitteln in Eingriff bringbar sind, wenn diese sich in ihrer Betriebsstellung befinden, um die Bewegung des Betätigungsgliedes (15,115) in einer vorgegebenen Stellung anzuhalten, wenn dieses in die eine Richtung bewegt wird.

   - 12 -

   609815/0410

   I2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

   j net, daß das Betätigungsglied (15, 115) von einem mit Schaufein versehenen Rotor (11, 111) getragen ist und zusammen mit diesem rotiert.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte eine Richtung der Schaufelverstellung die die Anstellung vergrößernde Richtung ist.

   K. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder J>, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, in dem das Betätigungs-Schaufeln
   glied (15, 115) an einem mit / versehenen Motor (11, 111) befestigt ist, die Arretierungsmittel (24) so angeordnet sind, daß sie während der Rotation des Rotors über einer vorgegebenen Geschwindigkeit so auf die Fliehkraft reagieren, daß sie nach dem Absinken des Strömungsmitteldruckes unter den vorgegebenen Wert durch die Fliehkraft automatisch in ihre Betriebsstellungen bewegt werden. :

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich-i net, daß das Betätigungsglied (15, II5) einen Zylinder (I7,; 18) umfaßt, der durch die Nabe (12, 112) des mit Schaufeln ver-

   sehenen Rotors (11, 111) gebildet wird, sowie einen Kolben (16) von dem eine Endfläche dem Strömungsmitteldruck ausgesetzt und

   der im Zylinder hin- und herbewegt und so angeschlossen werden j kann, daß er eine Neigungsverstellung der Schaufeln bewirkt.

   -13-609815/0410

   -13- . j

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungsmittel in Radialrichtung angeordnete Druckstempel (24) umfassen, die gleitend in Führungen (25) im Kolben (16) gelagert sind, und daß die Anschlagmittel (23) in dem Zylinder (17, 18) ausgebildet sind.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstempel (24) in ihren Betriebsstellungen in Radialrichtung von dem Kolben (16) vorstehen, so daß sie miti den Anschlagmitteln (23) in Eingriff bringbar sind, und daß die Druckstempel in ihren nichtbetriebsfähigen Stellungen in den Kolben zurückgezogen sind.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7> dadurch ge- \ kennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung eine Schraub feder (21) umfasst, die gegen den Kolben (l6) gelagert ist, ;

   sowie an den Schaufeln montierte Gegengewichte (22). j

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch g e -

   ₍ kennzeichnet, daß der Zylinder (17, 18) weitere

   Anschlagmittel (30) aufweist, die so angeordnet sind, daß die Bewegung des Betätigungsgliedes (15* 115) über die vorgegebene j Stellung hinaus in einer Stellung angehalten wird, die der Segelflugstellung der Schaufel entspricht.

   LO. Vorrichtung nach einem der/Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmitteldruck aus einer Quelle (P) herrührt, die außerhalb des mit Schaufeln ver-

   -14-6098 15/0410

   sehenen Rotors (11) angeordnet ist, und daß das Betätigungsglied (15) über einen auf Geschwindigkeit ansprechenden Drehzahlregler (G) mit dem Strömungsmitteldruck beaufschlagt wird.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch g e kennzeichnet, daß der Strömungsmitteldruck aus Pumpmitteln (114) herrührt, die innerhalb der Nabe (112) des mit

   j Schaufeln versehenen Rotors (111) angeordnet sind und infolge

   j einer Rotation des Rotors in Bezug auf eine nichtrotierende Einheit Strömungsmittel aus einem Reservoir (113) abziehen, das ebenfalls in der Nabe angeordnet ist und zusammen mit dieser rotieren kann, und daß das von den Pumpmitteln abgegebene Strömungsmittel dem Betätigungsglied (115) mittels eines an der Nabe montierten Ventiles (V') zugeführt wird.

   L2. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (V¹) durch einen an der Nabe montierten auf Geschwindigkeit ansprechenden Drehzahlregler (G¹) betätigbar ist.

   609815/0410