DE2558709C3 - Elastomere Dämpfungseinrichtung - Google Patents
Elastomere DämpfungseinrichtungInfo
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Description
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,
iSd) 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.
Die Ei findung 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 ü'oereinanderb
liegend 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
iü Bauteil-Oberflächen vorspringenden, abwechselnd miteinander
verklebten Metall- und Elastomerr.chichten zu belegen. Mit höherer Dämpfungswirkung wird durch
diese Dämpfungseinrichtungen zugleich auch die Biegeelastizität des zu dämpfenden Bauteils merklich
ι 5 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 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 Steifigkeitsverhaltein, das in Richtung der zu dämpfenden Kräfte einen hohen, senkrecht
zur Flächenerstreckung der Abdeckschichten und des Tragflügels jedoch niedrigen Elastizitätsmodul aufweist,
wodurch eine unerwünschte Versteifung des Tragflügels und somit Beeinträchtigung seines aeroelastischen
Verhaltens verhindert wird, mit der Besonderheit, daß
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 Kiiiblick auf eine möglichst flache Bauweise der
Dämpfungseinrichtung ist die Dämpfungsschicht zweckmäßigerweise unter flächiger Verklebung unmittelbar
und ohne Zwischenschaltung einer Abdeck-
10 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 Blattwurzel 8 in der
Nähe des Beschlages 10 für den Blattanschlußbolzen befindet, während die Dämpfungseinrichtungen AB und
AC jeweils sowohl auf der Blattdruck- als auch -saugseite im Bereich der Blattwurzel 8 bzw. der
0,7fachen Blattiänge angeordnet sind.
Wie die F i 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
schicht auf die Außenfläche des Tragflügels aufgebracht. 15 Blattlängsrichtung verlaufenden Kammer 14 sitzt und
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 größeren Flächenerstreckung der Abdeck- und
Dämpfungsschichten die Abdeckschicht von senkrecht zur Schwingungsebene des Tragflügels verlaufenden in
Einschnitten durchsetzt, wodurch die Versteifuügswirkung der Dämpfungseinrichtung weiter reduziert wird.
Um die Dämpfungseinrichtung ohne jegliche Störung der Außenkontur des Tragflügels integral mit diesem
verbinden zu können, ist der Tragflügel zweckmäßiger- Ji
weise mit einer Kammer zur Aufnahme der Dämpfungsund Abdeckschichten versehen.
Falls die Dämpfungseinrichtung mehrere, abwechselnd übereinanderliegende Abdeck- und Dämpfungsschichten aufweist, sind zur Erhöhung der Dämpfungs- ·"'
wirkung zweckmäßigerweise aufeinanderfolgende Abdecksciiichten
jeweils an entgegengesetzten Enden verschiebefest mit dem Tragflügel verbunden.
In dem bevorzugten Anwendungsfall eines gelenklosen Hubschrauberrotorblatts liegen die Abdeck- und -»ϊ
Dämpfungsschichten im Hinblick auf eine besonders wirksame Schwingungsdämpfung zweckmäßigerweise
im Bereich der Blatthinterkante an der Blattwurzel und/oder auf der Druck- und Saugieite an der
Blattwurzel und im Bereich der 0,7fachen Blattlänge. ><>
Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung
näher beschrieben. Es zeigt
Fig 1 ein gelenkloses Hubschrauber-Rotorblatt mit
dessen Außenkontur mit dem Blattprofil übereinstimmt. Beim nachträglichen Einbau des Dämpfers ist es jedoch
auch möglich, auf die Ausbildung der Kammer 14 zu verzichten und den Belag mit sanften Übergängen an
den Rändarn unmittelbar auf die Außenfläche des Rotorblattes 2 aufzubringen.
Gemäß Fig.? besteht die Dämpfungseinrichtung aus
einer Dämpfungsschicht 16, die flächig mit dem Boden der Kammer 14 verklebt ist und aus einem viskoelartischen
Material, z. 3. Polyurethan, besteht. Auf der Außenseite der Dämpfungsschicht 16 befindet sich eine
damit flächig verklebte, in Blattlängsrichtung hochsteife Abdeckschicht 18, de 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 hochiesten Abdeckschicht 18 schubverformt
und sorgt aufgrund ihrer hohen inneren Reibung für eine starke Schwingungsdämpfung.
Um vor jllem 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 186, 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 186 verschiebbar auf dem Boden der Kammer 14 aufliegt. Die Abdeckschichten
18,-i und 186 sind jeweils an entgegengesetzten Enden
mit Randverstärkungen 22a bzw. 226 versehen die
formschlüssig in entsprechende Aussparungen 24a bzw.
mehreren, integral damit verbundenen Däinpfungsein- 55 246 im glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial 12 des
. =___..___.:„,.„„__._,■..__. Rotorblatts 2 eingreifen. Bei Eigenschwingungen des
Rotorblatts 2 in Richtung der Zeichenebene verschieben
sich die Abdeckschichten 18a und 186 in Blattlängsrichtung relativ zueinander, wodurch die
dazwischenliegende, viskoelastische Dämpfungsschicht
ebenfalls wieder schubverformt wird und aufgrund ihrer Dampfungswirkung für ein rasches Abklingen der
Kotorblattschwingung sorgt.
Fig.4 zeig, einen dem Ausführungsbeispiel gemäß
F- ig. J ähnlichen Dampfer 4. bei dem jedoch die äußeren
und inneren Abdeckschichten 18c und 18dan entgegengesetzten
Enden nicht formschlüssig, sondern mit Hilfe von spannbandartigen Elementen 26 reihsrhlii«!,» am
richtungen in schematischer Darstellung;
Fig. 2 einen Schnitt eines ersten Ausführungsbcispieles 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 ausgebildeten Dämpfungseinrichtung an der Blalthinterkanie im e5
Bereich der Blattwurzel in Querrichtung des Rotorblatts.
Gemäß F i g. 1 sind an dem Hubschrauber-Rotorblatt
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 Fig.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 to
Form einer Aussparung 14' angeordnet ist und dessen Außenkontur mit dem Blattprofil übereinstimmt.
Der Dämpfer 4 besteht wiederum aus einer 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 viskoeiastische Dämpfungsschichten übereinander anordnen,
zwischen die jeweils eine in Richtung der Normalspannungen im schwingungsfähigen Bauteil
hochfeste Abdeckschicht eingeklebt ist.
Claims (1)
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:
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