DE2554011C2

DE2554011C2 - Verbundrotorblatt für Hubschrauber

Info

Publication number: DE2554011C2
Application number: DE2554011A
Authority: DE
Inventors: Donald Richard Derby Conn. Carter; Jack Robert Trumbull Conn. Cutting; Gerald Walter West Haven Conn. Parkinson
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-01
Publication date: 1986-06-12
Also published as: GB1521768A; BR7508421A; AU8723075A; US3923421A; FR2294910A1; EG12668A; JPS5189697A; DE2554011A1; IT1051156B; JPS591635B2; FR2294910B1; IL48606A0; IL48606A; CA1016927A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundrotorblatt für Hubschrauber der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Ein solches Verbundrotorblatt für Hubschrauber ist aus der US-PS 31 03 977 bekannt Bei diesem bekannten Verbundrotorblatt sind Einrichtungen zur Enteisung, aber keine Maßnahmen vorgesehen, die das Rotorblatt vor Blitzschlag schützen könnten.

Die DE-AS 17 56 847 befaßt sich zwar mit dem Blitz-Schutzproblem, jedoch nur in der Anwendung auf metallische Flugzeugbauteile, nicht aber bezüglich Verbundrotorblättern, die mit einer nichtmetallischen Blattbeplankung versehen sind. Gemäß der DE-AS 17 56 847 wird auf den zu schützenden Bereich der Flugzeugteile zuerst ein elektrisch isolierendes Material und anschließend auf dieses ein elektrisch leitfähiges Mate/ial aufgetragen, wobei letzteres über das elektrisch isolierende Material hinausgezogen und mit den metallischen Flugzeugteilen verbunden wird. Auf diese Weise sollen nur besonders gefährdete Stellen geschützt werden, wie beispielsweise die Flügelvorderkante, die Spitze der Kraftstofftanks und die Vorderkante des Leitwerks. Verbundrotorblätter bei Hubschraubern können aber auch im Rotorblattbereich hinter der Blattvorderkante durch Blitzschläge getroffen werden. Für den Fall eines Blitzschlages in einen ungeschützten Bereich der Blattbeplankung kann diese zerstört werden, da sie der durch den Blitzschlag verursachten starken Hitzeentwicklung im allgemeinen nicht standhält. Eine Anwendung des aus der DE-AS 17 56 487 bekannten Standes der Technik zum Schütze der gesamten Oberfläche eines Verbundrotorblattes würde bedeuten, ein hitzebeständiges, elektrisch isolierendes Material als Überzug auf das Verbundrotorblatt aufzubringen und die gesamte Oberfläche mit weiterem, elektrisch leitfähigem Material zu überziehen. Das hätte aber äußerst schwere Verbundrotorblätter zur Folge, die in der Praxis nicht eingesetzt werden könnten.
Aus der US-PS 25 80 363 ist ein Rotorblatt mit einem metallischem Holm, mit einer Blattbeplankung aus Metall-Holz-Verbundwerkstoff, mit einem metallischen Blattvorderteil und einer metallischen Abschlußkappe an der Blattspitze bekannt. Die metallische Abschlußkappe ist mit der Blattbeplankung verbunden, die aus Blatteilen besteht, welche in Metall-Holz-Sandwichbauweise hergestellt sind. Auch bei diesem bekannten Rotorblatt sind keine Vorkehrungen zum Schutz gegen Blitzschlag getroffen.

Die FR-OS 22 13 871 beschreibt ein Verbundrotorblatt für Hubschrauber, das an der Blattvorderkante mit einem elektrisch leitenden Erosionsschutzteil versehen ist, welches aus in Richtung der Blattspannwcite unterteilten Schutzstreifen besteht, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dieses Erosionsschutzteil ist elektrisch beheizbar und dient als Enteisungsvorrichtung. Es soll zwar auch als Blitzschutzvorrichtung dienen, da es jedoch nur an der Blattvorderkante vorgesehen ist und das gesamte Verbundrotorblatt einschließ-

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lieh des Holms lediglich aus nichtmetallischem Material besteht, ist dieses bekannte Verbundrotorblatt auch nur an der Vorderkante gegen Blitzschlag geschützt

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbundrotorblatt der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß dessen für eine Beschädigung durch Blitzschlag anfälligste Teile wirksam gegen Blitzschlag geschützt sind und das gesamte Rotorblatt bei einem Blitzschlag unbeschädigt bleibt

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Zum Schutz des gesamten Verbundrotorblattes nach der Erfindung gegen Blitzschlag ist wenigstens die obere Rotorblattfläche mit einem leichten, elektrisch leitenden, biegsamen Überzug versehen, der sich von der Blauwurzel bis zur Blattspitze, jedoch nicht über die gesamte Blattsehnenabmessung erstreckt und elektrisch leitend am Blattwurzelende mit dem Holm und außerdem mit dem Erosionsschutzteil elektrisch leitend verbunden ;st. Es hat sich gezeigt, daß sich auf diese Weise die gesamte Oberfläche der elektrisch nichtleitenden Blattbeplankung des Verbundrotorblattes gegen Blitzschlag schützen läßt auch wenn der Blitz an einer Stelle einschlägt, die nicht mit dem biegsamen Überzug versehen ist. In jedem Fall wird die Blitzenergie über den Überzug, den elektrisch leitenden Holm und den Rotorkopf abgeleitet. Das mit einem solchen Schutz versehene Verbundrotorblatt nach der Erfindung hat kein wesentlich höheres oder unzulässig höheres Gewicht als ein Verbundrotorblatt ohne einen solchen Schutz. Bei dem Verbundrotorblatt nach der Erfindung können die Erosionsschutzstreifen an der Blattvorderkante nicht durch Blitzschlag abgerissen werden, der Blitz kann die Blattbeplankung nicht aufreißen und auch keine Löcher oder Kerben in den tragenden Holm des Verbundrotorblattes schlagen, von welchen Risse ausgehen könnten. Ei reicht wird das erfindungsgemäß dadurch, daß alle Teile des Verbundrotorblattes, die gegen Blitzschlag anfällig sind, über die Blattwurzel am Hubschrauber geerdet oder isoliert sind, so daß ein Blitz einen bevorzugten Weg zur Blattwurzel finden kann, die am Hubschrauber elektrisch geerdet ist.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 kann der als Aluminiumdrahtgeflecht ausgebildete biegsame Überzug einfach auf die Rotorblattfläche geklebt werden und ist in der Lage, große elektrische Ströme bei nur geringer Beschädigung zu leiten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der übrigen Unteransprüche, wobei es aus der obenerwähnten FR-OS 22 13 871 an sich bekannt ist, die Erosionsschutzstreifen derart auszurichten, daß sie stumpf aneinander stoßen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Verbundrotorblatt für Hubschrauber,

F i g. 2 eine Schnittansicht nach der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 eine Ansicht nach der Linie 3-3 in F i g. 1,

F i g. 4 eine Ansicht nach der Linie 4-4 in F i g. 1 und

F i g. 5 einen vergrößerten Ausschnitt von F i g. 1 zur Veranschaulichung der elektrischen Verbindung zwischen Erosionsschutzstreifen an der Blattvorderkante und Aluminiumgeflecht in der Rotorblattfläche.

F i g. 1 zeigt ein Verbundrot&rblatt 10 für Hubschrauber, das eine Blattwurzel 12, eine Blattspitze 14, eine Blattvorderkante 16 und eine Blatthinterkante 18 aufweist und einen aerodynamischen Querschnitt hat, der in Fig.2 zu erkennen ist. Das Rotorblatt 10 wird an einem Hubschrauberrotorkopf (nicht dargestellt) zusammen mit einem oder mehreren weiteren Rotorblättern befestigt, wobei es sich bei dem Rotor um den Hauptrotor oder um den Heckrotor eines Hubschraubers handeln kann.

Das tragende Hauptbauteil des Rotorblattes 10 ist ein Holm 20, welcher entweder an der Blattwurzel 12 befestigt ist oder diese selbst bildet und sich von ihr aus im wesentlichen über die gesamte Spannweite des Roiorblattes bis zur Blattspitze 14 erstreckt Der dargestellte Holm 20 ist hohl, hat eine elliptische Querschnittsform und besteht aus elektrisch leitendem Material, wie z. B. Titan. Der Holm 20 bildet gemäß der Darstellung in Fig.2 zusammen mit einem hinteren Kern 22, einem vorderen Kern 24 und einer Blattbeplankung 26 den aerodynamischen Querschnitt des Rotorblattes 10. Die Kerne 22 und 24 sind aus leichtem Material hergestellt, wie z. B. Wabenmaterial, Schaumstoff oder Polyethylen. Die Blattbeplankung 26 besteht aus mehreren Lagen von mit Kunstharz getränkten Glasfasern, die miteinander sowie mit dem Holm 20 und den Kernen 22, 24 verklebt sind. Die Blattbeplankung 26 bildet eine obere Rotorblattfläche 28 und eine untere Rotorblattfläche 30. Da die Vorderkante 16 des Rotorblattes 10 während des Betriebes Erosion unterworfen ist, ist ein Erosionsschutzteil in Form von zwei Erosionsschutzstreifen 32 und 34 an der Außenseite der Blattbeplankung 26 an der Blattvorderkante 16 festgeklebt, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. Eine Abschlußkappe 36 ist an der Blattspitze 14 mittels elektrisch leitender Schrauben 38 an dem Holm 20 befestigt.
In F i g. 3 ist die Verbindung zwischen dem Holm 20 und der Blattbeplankung 26 ausführlicher dargestellt. Eine Abdeckung 40 ist mit dem Holm 20 verklebt und bildet einen äußeren Durchlaß, über den Druck aus dem Inneren des Holms in die Atmosphäre entweichen kann, wodurch sich eine Beschädigung des Holms feststellen läßt. Eine nichtmetallische Bespannung 42 bedeckt die Abdeckung 40 und ist mit dieser verklebt. Die Bespannung 42 besteht aus einer oder mehreren verklebten Glasfaserlagen. Eine Lage eines leichten, elektrisch leitenden, biegsamen Überzuges 70 ist mit der äußeren Oberfläche der Bespannung 42 verklebt. Der Überzug 70 erstreckt sich zwischen der Blattwurzel 12 und der Blattspitze 14 über die gesamte Blattspannweite, und zwar sowohl in der oberen Rotorblattfläche 28 als auch in der unteren Rotorblattfläche 30 sowie über den zwisehen Punkten A und B gelegenen Teil der Blattsehne in der oberen Rotorbiattfläche und über den zwischen Punkten C und D gelegenen Teil der Blattsehne in der unteren Rotorblattfläche. Der Überzug 70 bedeckt somit teilweise die obere Rotorblattfläche 28 und die untere Rotorbiattfläche 30 des Rotorblattes 10. Der Überzug 70 besteht hier aus einem Aluminiumdrahtgeflecht mit quadratischer Vernetzung von 80 Maschen pro Zentimeter, sowie einem Gewicht von 97,5 g/m² und einer Dicke von 0,1 mm. Gemäß der Darstellung in F i g. 3 umhüllt eine Verkleidung 44 die Bespannung 42 und besteht aus Glasfasern. Ein Wickelten 46 ist um die Verkleidung 44 angeordnet, und eine Wickelhülse 48 ist um das Wickelteil 46 angeordnet. Das Wickelteil 46 und die Wickelhülse 4S bestehen ebenfalls aus Glasfasern. Gemaß Fig. 3 kommt an der Blattwurzel 12 die Bespannung 42 mit dt:r Oberfläche 50 des Holms 20 in unmittelbare Berührung. Zum Herstellen von elektrischem Kontakt zwischen dem Überzug 70 auf der BesDanr.une 42

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und dem Holm 20 sind eine oder mehrere Lagen einer elektrisch leitenden, biegsamen Umhüllung 52 in Sehnenrichtung um die Bespannung 42 gewickelt, so daß diese Lagen sowohl den Überzug 70 auf der Bespannung 42 als auch den Holm 20 überlappen. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die biegsame Umhüllung 52 aus einer Lage Aluminiumgeflecht, die in Sehnenrichtung um den Holm 20 und die Bespannung 42 gewickelt ist. Die Enden der Umhüllung 52 liegen stumpf aneinander. Zwei oder drei Lagen eines elektrisch nichtleitenden, wasserdichten Schrumpfbandes 54, z. B. aus Mylar, sind um die biegsame Umhüllung 52 gewickelt und erstrecken sich in Richtung der Spannweite beiderseits über die biegsame Umhüllung 52 hinaus, um sich zur Abdichtung der Umhüllung 52 dicht auf die äußere Oberfläche der Bespannung 42 und des Holms 20 aufzulegen. Die Wickelhülse 48 ist gemäß der Darstellung in F i g. 3 um das Wickelteil 46, das Schrumpfband 54 und den Holm 20 gewickelt. Gemäß F i g;. 3 ist die aus Aluminiumgeflecht bestehende biegsame Umhüllung 52 mit der äußeren Oberfläche des Überzugs 70 der Bespannung 42 und mit dem Holm 20 elektrisch leitend verbunden.

Gemäß der Darstellung in F i g. 4 stoßen der äußere Erosionsschutzstreifen 34 und der innere Erosionsschutzstreifen 32 an einer Fläche 60 aneinander. Die Erosionsschutzstreifen 32, 34 sind gemäß F i g. 4 elektrisch miteinander verbunden. Ein Erdungssteifen 62 aus elektrisch leitendem Material, wie z. B. Aluminium, Titan oder rostfreiem Stahl, überlappt die Erosionsschutzstreifen 32, 34 auf entgegengesetzten Seiten der Fläche 60. Die Streifen 32 und 34 bestehen beispielshalber aus Elektronickel, Drahtgeflechtsstücke 64 und 66, beispielshalber aus einem strumpfförmigen Schlingengewebe aus Monelmetall mit 13 Maschen pro 2,5 cm, sind zwischen dem Erdungsstreifen 62 und den Erosionsschutzstreifen 32, 34 angeordnet, um zwischen diesen eine elektrische Verbindung herzustellen. Die Drahtgeflechtsstücke 64, 66 werden verwendet, weil sie aufgrund ihrer Elastizität einen Federdruck für einen guten elektrischen Kontakt aufrechterhalten. Die Drahtgeflechtsstücke 64, 66 könnten auch aus einem Stück bestehen.

Gemäß der Darstellung in F i g. 5 ist das innere Ende des Erosionsschutzstreifens 32 an den Überzug 70 durch einen elektrisch leitenden Streifen 72 angeschlossen, der hier aus dünnem Aluminium besteht. Der Streifen 72 ist mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffes mit dem Überzug 70 und dem Erosionsschutzstreifen 32 an der oberen Rotorblattfläche 28 oder an der unteren Rotorblattfläche 30 oder an beiden Rotorblattflächen des Rotorblattes 10 verklebt. Eine Gummikappe 74 bedeckt die Vorderkante des Streifens 72, um ihn vor Erosion zu schützen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verbundrotorblatt 10 sind alle Teile und insbesondere diejenigen, die für Blitzschlag anfällig sind, isoliert oder an der Blattwurzel 12 geerdet, die mit dem Hubschrauberrotor und demgemäß mit dem Hubschrauberrumpf elektrisch leitend verbunden ist Die Abschlußkappe 36 ist mit dem elektrisch leitenden Holm 20 durch die elektrisch leitenden Schrauben 38 unmittelbar elektrisch leitend verbunden und demgemäß über die Blattwurzel 12 und den Holm 20 geerdet Der äußere Erosionsschutzstreifen 34 ist mit dem inneren Erosionsschutzstreifen 32 durch den elektrisch leitenden Erdungsstreifen 62 und die Drahtgefle:chtsstücke 64, 66 elektrisch verbunden. Der Erosionsschutzstreifen 32 ist mit dem Überzug 70 an der oberen und/oder unteren Oberfläche der Bespannung 42 über den Aluminiumstreifen 72 elektrisch verbunden. Der Überzug 70 auf der oberen und der unteren Rotorblattfläche 28 bzw. 30 ist mit dem Holm 20 durch die biegsame Umhüllung 52 elektrisch verbunden, wie es in Fig.3 dargestellt ist. Ein Blitzschlag, der irgendeinen Teil der Rotorblattflächen 28 und 30 trifft, wo kein Überzug 70 vorhanden ist, wird zu dem Überzug 70 und durch diesen zum Hubschrauber selbst abgeleitet, ohne daß er elektrisch nichtleitende Teile durchdringt. Der Überzug 70 ist zur Gewichtseinsparung nicht über der gesamten Blattsehne vorgesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

25 54 Oil Patentansprüche:

1. Verbundrotorblatt für Hubschrauber, mit einer am Hubschrauber elektrisch geerdeten Blattwurzel, mit einem tragenden, bis zur Blattspitze verlaufenden, elektrisch leitenden Holm, der mit der Blattwurzel elektrisch leitend verbunden oder einteilig mit dieser ausgebildet ist, mit einer den Holm umgebenden, elektrisch nichtleitenden Blattbeplankung, die zwischen der Vorderkante und der Hinterkante des Rotorblattes wenigstens zum Teil den aerodynamischen Querschnitt bildet und sich im wesentlichen über die gesamte Blattspannweite erstreckt, mit wenigstens einem an der Blattvorderkante angeordneten, elektrisch leitenden Erosionsschutzteil, das an der Rlattbeplankung wenigstens an einer Stelle längs der Blattspannweite befestigt ist und mit einer an der Blattspitze befestigten metallischen Abschlußkappe, die mit dem Holm elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die obere Rotorblattfläche (28) von der Blattwurzel (12) bis zur Blattspitze (14) und nur über einen Teil der Blattsehne mit einem leichten, elektrisch leitenden, biegsamen Überzug (70) versehen ist, der sowohl mit dem in an sich bekannter Weise als Erosionsschutzstreifen (32,34) ausgebildeten Erosionsschutzteil als auch im Bereich der Blattwurzel (12) mit dem Holm (20) elektrisch leitend verbunden ist.

2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der biegsame Überzug (70) ein Aluminiumdrahtgeflecht ist.

3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Erosionsschutzteile in Form von Erosionsschutzstreifen (32,34) an verschiedenen Stellen längs der Blattspannweite vorgesehen und elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

4. Rotorblatt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung der Erosionsschutzstreifen (32, 34) aus einem elektrisch leitenden Erdungsstreifen (62) besteht, der die Erosionsschutzstreifen überlappt, und daß ein elektrisch leitendes Drahtgeflecht (64, 66) zwischen dem Erdungsstreifen (62) und den Erosionsschutzstreifen vorgesehen ist.

5. Rotorblatt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsschutzstreifen (32, 34) stumpf aneinander stoßen.

6. Rotorblatt nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht (64,66) ein Metalldrahtgeflecht ist.

7. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsschutzstreifen (32,34) durch wenigstens einen Aluminiumstreifen (72) elektrisch leitend mit dem Holm (20) verbunden sind.

8. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die elektrisch leitende Verbindung des biegsamen Überzuges (70) mit dem Holm (20) eine leichte, elektrisch leitende, biegsame Umhüllung (52) in Richtung der Blattsehne urn das Rotorblatt (10) gewickelt und in Richtung der Blattspannweite derart angeordnet ist, daß die Umhüllung (52) sowohl den Holm als auch den biegsamen Überzug (70) umgibt und elektrisch leitend miteinander verbindet.

9. Rotorblatt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch nichtleitendes, wasserdichtes Schrumpfband (54) um die biegsame Umhüllung (52) angeordnet ist

10. Rotorblatt nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Umhüllung (52) aus Aluminiumgeflecht besteht.