DE2558709B2 - Elastomere Dämpfungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elastomere Dämpfungseinrichtung für einen unter dynamischer Verformung schwingungsfähigen Tragflügel eines Luftfahrzeugs, insbesondere ein Hubschrauberrotorblatt, mit mindestens einer hochfesten Abdeck- und einer viskoelastischen Dämpfungsschicht, die übercinanderliegend angeordnet und miteinander fest verbunden sind.

Zur Schwingungsdämpfung von ebenen Platten, Stützen oder dgl. ist es bekannt (GB-PS 11 64 468), derartige Bauteile großflächig mit mehreren, über die

ίο Bauteil-Oberflächen vorspringenden, abwechselnd miteinander verklebten Metall- und Elastomerschichten zu belegen. Mit höherer Dämpfungswirkung wird durch diese Dämpfungseinrichtungen zugleich auch die Biegeelastizität des zu dämpfenden Bauteils merklich reduziert.

Bekannt ist ferner eine elastomere Dämpfungseinrichtung der beanspruchten Art für gelenkig angeschlossene Hubschrauberrotorblätter (»Elastomeric Dampers«), die ebenfalls aus mehreren Dämpfungsschichten und zwischen diesen eingeklebten Metallplatten besteht, welche abwechselnd über Gelenkpunkte am Rotorkopf und am Blattbeschlag verankert sind. Dieser bekannte Dämpfer hat den Nachteil, daß er zwei definierte Verankerungen mit einer punktförmigen Einleitung der Dämpfungskraft in den schwingungsfähigen Tragflügel und einen entsprechend hohen Verschleiß an den Verankerungspunkten aufweist, das äußere Erscheinungsbild des Tragflügels beeinträchtigt, bei beengten Platzverhältnissen schwierig einzubauen ist und nur eine Schwingungsdämpfung für den Tragflügel als Ganzes gestattet.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elastomere Dämpfungseinrichtung für Tragflügel, insbesondere Rotorblätter, zu schaffen, die

J5 einen integralen Bestandteil des Tragflügels beliebiger Geometrie bildet und im wesentlichen ohne Beeinträchtigung des aerodynamischen und aeroelastischen Verhaltens des Tragflügels für eine hochwirksame Dämpfung in ausgewählten Bereichen des Tragflügels sorgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Dämpfungseinrichtung der beanspruchten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Abdeck- und Dämpfungsschichten sind auf Oberflächenabschnitten des Tragflügels im Bereich von dessen dynamischer Verformung unter stufenlosem Übergang der obersten Abdeckschicht in die Außenkontur des Tragflügels angeordnet,

b) die Abdeckschicht besteht aus Faserverbundwerkstoff,

c) der Faserverbundwerkstoff ist derart aufgebracht, daß er in Richtung der durch die Tragflügelschwingungen verursachten, zu dämpfenden Kräfte eine hohe Steifigkeit aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung sind die Elastomer- und Abdeckschichten im Hinblick auf eine gezielte, differenzierte Dämpfungswirkung nur in begrenzten Bereichen des Tragflügels, nämlich den eigentlichen Verformungsbereichen, angeordnet und die Abdeckschichten bestehen aus einem Material mit einem anisotropen Steifigkeitsverhalten, das in Richtung der zu dämpfenden Kräfte einen hohen, senkrecht zur Flächenerstreckung der Abdeckschichten und des

f>5 Tragflügels jedoch niedrigen Elastizitätsmodul aufw. l ¹St. wodurch eine unerwünschte Versteifung des Tragflügels und somit Beeinträchtigung seines aeroelastischen Verhaltens verhindert wird, mit der Besonderheit. daU

2 in den Bereichen, die sich bei Eigenschwingungen des Rotorblatts 2 stark reversibel verformen, integrale Dämpfungseinrichtungen AA, AB und AC angebracht, von denen sich die Dämpfungseinrichtung AA an der Blatthinterkante 6 im Bereich der Blattwuniel 8 in der Nähe des Beschlages 10 für den Blattaiischlußbolzen befindet, während die Dämpfungseinrichtungen AB und AC jeweils sowohl auf der Blattdruck- als auch -saugseite im Bereich der Blattwurzel 8 bzw. der 0,7fachen Blattlänge angeordnet sind.

Wie die Fi g. 2 bis 5 zeigen, haben die Dämpfungseinrichtungen 4 die Form eines flachen, mehrschichtigen Belages, der in einer im glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial 12 des Rotorblatts 2 ausgebildeten, in Blattlängsrichtung verlaufenden Kammer 14 sitzt und is dessen Außenkontur mit dem Blattprofil übereinstimmt Beim nachträglichen Einbau des Dämpfers ist es jedoch auch möglich, auf die Ausbildung der Kammer 14 zu verdichten und den Belag mit sanften Obergängen an den Rändern unmittelbar auf die Außenfläche des Rotorblattes 2 aufzubringen.

Gemäß F i g. 2 besteht die Dämpfungseinrichtung aus einer Dämpfungsschicht 16, die flächig mit dem Boden der Kammer 14 verklebt ist und aus einem viskoelastischen Material, z. B. Polyurethan, besteht. Auf der Außenseite der Dämpfungsschicht 16 befindet sich eine damit flächig verklebte, in Blattlängsrichtung hochsteife Abdeckschicht 18, die aus Gründen einer leichten Anpassung auch an kompliziertere Raumformen aus einem Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise aus Kohlefaserkunststoff, besteht. Bei Schwingungen des Rotorblatts 2 wird die viskoelastische Dämpfungsschicht 16 aufgrund ihrer Verklebung einerseits mit dem sich verformenden Rotorblatt 2 und andererseits mit der in Richtung der im Rotorblatt 2 entstehenden Normalspannungen hochfesten Abdeckschicht 18 schubverformt und sorgt aufgrund ihrer hohen inneren Reibung für eine starke Schwingungsdämpfung.

Um vor allem bei größeren Axiallängen der Dämpfungseinrichtung 4 eine unerwünschte Versteifung des Rotorblatts 2 durch die Abdeckschicht 18 zu verhindern, ist diese in regelmäßigen Abständen von senkrecht zur Schwingungsebene des Rotorblatts 2 verlaufenden Einschnitten 20 durchsetzt

Die Dämpfungseinrichtung 4 gemäß Fig.3 besteht aus zwei Abdeckschichten 18a und 18b, zwischen die eine viskoelastische Dämpfungsschicht 16 eingeklebt ist. Die äußere Abdeckschicht 18a ist ebenfalls wieder an das Außenprofil des Rotorblatts 2 angepaßt während die innere Abdeckschicht 18b verschiebbar auf dem Boden der Kammer 14 aufliegt Die Abdeckschichten 18a und 186 sind jeweils an entgegengesetzten Enden mit Randverstärkungen 22a bzw. 22b versehen, die formschlüssig in entsprechende Aussparungen ZAa bzw. 24b im glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial 12 des Rotorbiatts 2 eingreifen. Bei Eigenschwingungen des Rotorblatts 2 in Richtung der Zeichenebene verschieben sich die Abdeckschichten 18a und 18b in Blattlängsrichtung relativ zueinander, wodurch die dazwischenliegende, viskoelastische Dämpfungsschicht 16 ebenfalls wieder schubverformt wird und aufgrund ihrer Dämpfungswirkung für ein rasches Abklingen der Rotorblattschwingung sorgt.

F i g. 4 zeigt einen dem Ausfühlungsbeispiel gemäß ! 1 g. 3 ähnlichen Dämpfer 4. bei dem jedoch die äußeren und inneren Abdeckschichten 18cund 18r/an entgegengesetzten Knden nicht formschlüssig, sondern mit Hilfe von spiinnbandanigcn Klemeiacn 26 reibschlüssig am sich die Dämpfungs- und vor allem die Abdeckschichten ohne Schwierigkeiten formgleich an das Tragflügelprofil anpassen lassen und die oberste Abdeckschicht stufenlos an die Außenkontur des Tragflügels anschließt so daß auch das aerodynamische Verhalten des Tragflügels nahezu ungestört erhalten bleibt

Wegen seiner in Faserrichtung sehr hohen Steifigkeit bei zugleich guter Verformbarkeit im ungehärteten Zustand wird Kohlenfaserkunststoff als Material für die Abdeckschicht bevorzugt

Im Hinblick auf eine möglichst flache Bauweise der Dämpfungseinrichtung ist die Dämpfungsschicht zweckmäßigerweise unter flächiger Verklebung unmittelbar und ohne Zwischenschaltung einer Abdeckschicht auf die Außenfläche des Tragflügels aufgebracht

Als viskoelastische Dämpfungswerkstoffe, die eine hohe dynamische und thermische Festigkeit konstante physikalische Eigenschaften über große Temperaturbereiche und ein hohes elastisches Verhalten aufweisen, eignet sich Polyurethan, das wegen seiner günstigen Verklebe- und Verarbeitungsfähigkeit mit Vorzug verwendet wird.

Um möglichst große Schubverformungen der Dämpfungsschicht und somit einen hohen Dämpfungsgrad zu erzielen, empfiehlt es sich, die Abdeckschicht am Ende verschiebefest mit dem Tragflügel zu verbinden.

In besonders bevorzugter Weise ist ferner vor allem bei einer gröberen Flächenerstreckung der Abdeck- und Dämpfungsschichten die Abdeckschicht von senkrecht zur Schwingungsebene des Tragflügels verlaufenden Einschnitten durchsetzt, wodurch die Versteifungswirkung der Dämpfungseinrichtung weiter reduziert wird.

Um die Dämpfungseinrichtung ohne jegliche Störung der Außenkontur des Tragflügels integral mit diesem verbinden zu können, ist der Tragflügel zweckmäßigerweise mit einer Kammer zur Aufnahme der Dämpfungsund Abdeckschichten versehen.

Falls die Dämpfungseinrichtung mehrere, abwechselnd übereinanderliegende Abdeck- und Dämpfungsschichten aufweist, sind zur Erhöhung der Dämpfungswirkung zweckmäßigerweise aufeinanderfolgende Abdeckschichten jeweils an entgegengesetzten Enden verschiebefest mit dem Tragflügel verbunden.

In dem bevorzugten Anwendungsfall eines gelenklosen Hubschrauberrotorblatts liegen die Abdeck- und Dämpfungsschichten im Hinblick auf eine besonders wirksame Schwingungsdämpfung zweckmäßigerweise im Bereich der Blatthinterkante an der Blattwurzel und/oder auf der Druck- und Saugseite an der Blattwurzel und im Bereich der 0,7 fachen Blattlänge.

Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein gelenkloses Hubschrauber-Rctorblatt mit mehreren, integral damit verbundenen Dämpfungseinrichtungen in schematischer Darstellung;

F i g. 2 einen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung in Längsrichtung des Rotorblatts;

F i g. 3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig.4 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung in ebenfalls schematischer Darstellung;

F i g. 5 einen Schnitt einer erfindungsgemäß ausgebildcteii Dampfungseinrichtung an der Blatthinterkante im Bereich der Blattwurzel in Querrichtung des Rotorblatts.

Gemäß F i g. 1 sind an dem Hubsclitauber-Rotorblatt

hochfesten Abdeckschicht 18e und einer einerseits mit dieser und andererseits mit dem glasfaserverstärkten Kunststoff 12 im Bereich der Aussparung 14' flächig verklebten, viskoelastischen Dämpfungsschicht 16 und dient in erster Linie dazu. Eigenschwingungen des Rotorblatts 2 in Richtung der Steuerebene zu dämpfen.

Anstelle der gezeigten einzigen Dämpfungsschicht lassen sich bei höher belasteten Dämpfungseinrichtungen ohne weiteres in entsprechender Weise mehrere viskoelastische Dämpfungsschichten übereinander anordnen, zwischen die jeweils eine in Richtung der Normalspannungen im schwingungsfähigen Bauteil hochfeste Abdeckschicht eingeklebt ist.

Rotorblatt 3 befestigt sind. Im übrigen entspricht die Dämpfungseinrichtung gemäß Fig.4 hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise der in Fig.3 gezeigten, und einander entsprechende Teile sind durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 befindet sich die Dämpfungseinrichtung 4 an der Hinterkante 6 des Rotorblatts 2 und bildet einen integrierten, mit dem glasfaserverstärkten Kunststoff 12 des Rotorblatts 2 verbundenen Belag, der in einer Aufnahmekammer in Form einer Aussparung 14' angeordnet ist und dessen Außenkontur mit dem Blattprofil übereinstimmt.

Der Dämpfer 4 besteht wiederum aus einer

ilatt Zeichnung»

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elastomere Dämpfungseinrichtung für einen unter dynamischer Verformung schwingungsfähigen Tragflügel eines Luftfahrzeugs, insbesondere ein Hubschrauberrotorblatt, mit mindestens einer hochfesten Abdeck- und einer viskoelastischen Dämpfungsschicht, die übereinanderliegend angeordnet und miteinander fest verbunden sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Abdeck- und Dämpfungsschichten (18, 16) sind auf Oberflächenabschnitten des Tragflügels (2) im Bereich von dessen dynamischer Verformung unter stufenlosem Übergang der obersten Abdeckschicht (18) in die Außenkontur des Tragflügels angeordnet,

b) die Abdeckschicht besteht aus Faserverbundwerkstoff,

c) der Faserverbundwerkstoff ist derart aufgebracht, daß er in Richtung der durch die Tragflügelschwingungen verursachten, zu dämpfenden Kräfte eine hohe Steifigkeit aufweist.

2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (18) aus Kohlenfaserkunststoff besteht.

3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht unter flächiger Verklebung unmittelbar auf die Außenfläche des Tragflügels (2) aufgebracht ist.

4. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht (16) aus Polyurethan besteht.

5. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (18) am einen Ende verschiebefest mit dem Tragflügel (2) verbunden ist (F i g. 3 und 4).

6. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (18) von senkrecht zur Schwingungsebene des Tragflügels (2) verlaufenden Einschnitten (20) durchsetzt ist.

7. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragflügel (2) mit einer Kammer (14) zur Aufnahme der Dämpfungs- und Abdeckschichten (16,18) versehen ist.

8. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mehreren Abdeck- und Dämpfungsschichten, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Abdeckschichten (18a, 186; 18c, \Sd) jeweils an entgegengesetzten Enden verschiebefest mit dem Tragflügel (2) verbunden sind (F i g. 3 und 4).

9. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeck- und Dämpfungsschichten (16, 18) an einem gelenklosen Hubschrauberrotorblatt (2) im Bereich der Blatthinterkante (6) an der Blattwurzel (8) und/oder auf der Druck- und Saugseite an der Blattwurzel und im Bereich der 0,7fachen Blattlänge angeordnet sind.