DE2620363A1

DE2620363A1 - Rotoranordnung

Info

Publication number: DE2620363A1
Application number: DE19762620363
Authority: DE
Inventors: Rene Louis Mouille
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1976-11-25
Also published as: FR2310920A1; JPS5747080B2; IT1060617B; FR2310920B1; GB1518362A; DE2620363C2; US4104003A; JPS51143299A

Description

PATE NTANWALTS BÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den D, NMI 1976

SNIAS - 809 - D

NATIONiLLE INDUSTRIELLE
AEROSPATIALE, 37 Boulevard de Monmorency 75016 Paris, Frankreich

Rotoranordnung

Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für Drehflügelflugzeuge, und insbesondere einen "schwenkbaren" Rotorkopf, der ein Schwenken des Rotors gegenüber einer Antriebswelle ermöglicht. Es ist bekannt, daß unter einem "schwenkbaren" Rotor ein Rotor zu verstehen ist, der mindestens ein Paar gegenüberliegende Rotorblätter aufweist, die um eine gemeinsame Schwenkachse über ein Schlaggelenk angeschlossen ist.

Es sind bereits mehrer Ausführungen derartiger Rotoren bekannte Unter ihnen gibt es Hilfs- und Auftriebsrotoren die gelenkig an einer Nabe angeschlossen sind. Zu diesem Zwecke läuft die Rotorachse in einer Gabel zur Aufnahme eines Kreuzgelenks aus, das schwenkbar in den Innenblättern der Nabe eingesetzt ist, die im wesentlichen ellipsenförmig oder vierkantig ist. In bestimmten Ausführungsformen bietet die Nabe, die mit einem Lager zur Aufnahme der Auftriebblatthalterbuchsen versehen ist, im inneren Hohlräume zur Unterbringung des auslaufenden Endes der Greifer der Gabel, die somit als

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22	1-85644	INVENTION	BERLIN	BERLINER BANK AG.	W. MEISSNER, BLN-W
ST. ANNASTR. 11	INVEN d	BERLIN	030/885 60 37	BERLIN 31	122 82-109
TEL.: 089/22 35 44			030/883 23 82	3695716000

Anschläge der Schlagbewegung dienen.

Unter Verwendung eines Kardanträgers wird in einer analogen Bauweise durch ein Schwenksteuersystem, das einerseits mit den Steigungs- oder Trimmhebeln und andererseits mit den Kardankreuzzapfen verbunden ist, eine selbsttätige periodische Veränderung des Anstellwinkels der Blätter und eine Verringerung ihrer konischen Bewegungen ermöglicht.

In den vorgenannten Ausführungsformen werden die vertikale Schlagbewegung und die zyklischen Variationen der Fortschrittsteigung mittels eines Kardansystems erreicht. Bei der Übersetzung treten bedeutende und nachteilige Wechselwirkungen an der Nabe in den Steuerblättern auf, die darauf zurück zuführen sind, daß die Rotorebene nicht mehr mit der Steuerebene zusammenfällt. TJm das Ausmaß dieser Wirkungen zu mindern, wurde das Kardangelenk über die Nabe verlegt.

In der Ausführungsform eines derartigen Rotors wird der Drehantrieb des Kardanträgers durch die Rotorwelle über eine Riffelverbindung getätigt. Der Nabenkörper rotiert auf den Achsen des Kreuzes und trägt auf seiner Grundfläche Durchhangplatten, auf denen die Blätter durch Variationstrimmstutzen befestigt sind.

In derartigen "schwenkbaren" Rotoren sind die beiden gegenüberliegenden Flügelblätter im allgemeinen relativ zueinander eingelassen und an ihren Flügelblattwurzeln bedeutenden Biegebelastungen ausgesetzt. Darüber hinaus ist ihre Ausführung kompliziert und bedingt im allgemeinen für das Steigungsregelgelenk Wälz- oder Rolleneinrichtungen, die sorgfältig geschmiert werden müssen, um aufgrund der starken Zentrifugalbelastungen, die von den Blättern kommen und auf

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das Gelenk einwirken, eine Betriebsverschlechterung zu vermeiden. Hinzu kommt, daß das Gelenk den Schwingungsbewegungen ausgesetzt ist, wodurch eine Kugeldruckprüfung nötig wird.

Um die Nachteile dieser Rotorentypen zu beheben, die mit einen Steigungsregelgelenk versehen sind, sind bereits mechanisch vereinfachte Ausführungsformen vorgeschlagen worden, in denen bei der Verbindung der Blätter zur Nabe auf ein durch Verdrehung verformbares Teil zurückgegriffen wird. Zu diesem Zweck weist der Rotor mindestens einen aus einem Stück bestehenden Längsträger oder Holm auf, der zwei gegenüberliegende Blätter trägt_o Ein derartiger Holm ist auf dem Achsende des Rotors durch eine obere und untere Platte befestigt, die mit einer Rille zur Aufnahme des Holms in Verbindung mit den Zwischenteilen versehen sind. Jedes Blatt wird in Längsrichtung von dem entsprechenden Holmabschnitt durchquert und mit diesem kraftschlüssig verbunden. Der Holm ist aus nachgiebigen und verdrehungsfähigem Werkstoff gefertigt und besitzt einen hohen Elastizitätsmodul. Tatsächlich hängt die Schlagbewegung des Flügels von seiner Biegefähigkeit ab, insoweit die Steigungsregelung der Blätter durch Verdrehung des Holms erfolgt, muß letzterer verdrehbar sein.

Es hat sich dennoch in den Ausführungsformen mit aus einem Stück gefertigten Holmen herausgestellt, daß in ihnen beim Flug übermäßige dynamische Schlagbeanspruchungen auftraten. Um diese zu beseitigen, wurde in Betracht gezogen, den Holm zu verstärken. Jedoch für eine derartige Verstärkung dazu, daß sich der Holm unter Spannung versteift, was wiederum bekanntlich die Beanspruchung der Steigungsregelung der Blätter erhöht und Hilfssteuereinrichtungen erforderlich macht, die

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kostenaufwendig und empfindlich, sind.

Zielsetzung der Erfindung ist es diese Nachteile der bekannten Rotorantriebe auszuräumen und den erforderlichen Kompromis hinsichtlich der Biegungsbelastung des aus einem Stück gefertigten Holms zu vermeiden, ein Kompromis der auf der Tatsache beruht, daß der Holm gleichzeitig den Schlag- und die Steigungsfunktionen der Flügelblätter genügen muß.

Nach der Erfindung ist der Rotorantrieb für Drehflügelflugzeuge mit wenigstens einem Paar gegenüberliegender Flügelblätter, die auf einem gemeinsamen, aus einem Stück gefertigten Holm angebracht sind, der verdrehbar, biegsam und in seinem mittleren Teil drehbar mit der Rotorwelle kraftschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm mittels eines Gelenks derart an der Rotorwelle befestigt ist, daß aufgrund dieses Gelenks Schwenkbewegung um eine zum Holm transversale Achse und orthogonal zur Rotorwelle in begrenztem Maße durchgeführt werden kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Rotorwellenende durch eine Gabel verlängert, zwischen deren beiden Schenkeln eine Scheibe eingesetzt ist, die in der Lage ist, um eine orthogonal zur Welle stehende Achse geschwenkt zu werden, und zur Aufnahme des Mittelteils des Holms angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann die Scheibe eine transversale Aussparung auf seiner Schwenkachse aufweisen sowie eine Form haben, die dem Abschnitt des Holms entspricht, wobei die Aussparung der Lagerung des. Mittelteils dient, der durch eine Abdeckkappe eingeschlossen ist. Vorzugsweise sollte der Einsatz der Scheibe auf den Schenkeln der Gabel mittels selbstschmierenden Wellenlager ausgeführt werden.

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In dem Pall, in dem auf bekannte Weise jedes Blatt aus einer Profilschale gebildet ist, die die entsprechende Hälfte des Holms umgibt, und auf der Seite der Rotorwelle zum Flügelblattende- oder fuß gestaltet ist, ist es vorteilhaft, daß auf der Seite dieser Blattenden die Scheibe und die Abdeckungskappe als Auflager für diese Blattenden ausgebildet ist. Vorzugsweise sollten diese Auflager aus selbstschmierende Wellenlager mit sphärischer Innenweite bestehen, durch die Konizitäts- und Schlagbewegungen von geringer Winkelgröße sowie eine leichte axiale Verschiebung der Flügelblätter zustande kommen können.

Das Ende jedes Flügelblattes kann zu diesem Zweck kraftschlüssig mit einem Bund verbunden sein, auf dem ein Flansch befestigt ist, der auf der gegenüberliegenden Seite zum entsprechenden Flügelblatt einen Kragen aufweist, der einen in der Scheibe und der Abdeckungskappe ausgebildeten sphärischen Flächenabschnitt umgibt, wobei ein Ring aus selbstschmierendem Material zwischen dem Kragen und dem sphärischen Teil angeordnet ist.

Jedes Auflager läuft vorteilhafterweise auf der Seite der Rotorwelle in einen ringförmigen Rand aus, während die Aussenseite des Kragens vom Flansch mit einer periphären Kehle versehen ist und ein mit Ansätzen versehener Dichtungsring zwischen dem Rand und der Kehle liegt, so daß das Auflager von jeglicher schädlicher Ausseneinwirkung geschützt ist.

Um die Veränderung des Neigungswinkels der Blätter durch Verdrehung des Holms zu ermöglichen, kann jeder Flansch einen Ausschnitt aufweisen, so daß ein Arm für die Steigungsveränderung des Blattes am Bund des Blattendes befestigt werden kann.

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Der Aufbau des schwenkbaren Rotors am äußeren Ende der Rotorwelle hat erfindungsgemäß den we-sentlichen Vorteil, die Schlagverformungen des nachgiebigen Blattes, das den Holm bildet, zu verringern und demzufolge auch die dynamischen Beanspruchungen, die es beim Vorwärtsflug erfährt. Tatsächlich läuft die Schwenkbewegung des Rotors im Flug um die Achse des Ausgleichers, und zwar derart, daß das Blatt, nur noch den Schlagbewegungen von kleiner Amplitude ausgesetzt ist, so daß nur verminderte dynamische Durchbiegungsmomente erzeugt werden.

Ein derartiger Aufbau, durch den die Schlag- und Konizitätsbewegungen der Blätter mit nur sehr geringfügiger V/inkelgröße herabgesetzt werden, gestattet es ein Auflager des Blattendes auf der Nabe von großer Einfachheit in der Höhe der Lagerung des Blattes auf dem Körper der Nabe auszubilden.

Die Anordnung des Rotors nach der Erfindung zeichnet sich durch seine einfache Ausführung und durch geringen Kostenaufwand aus, der insbesondere auf eine beträchliche Verringerung der verwendeten Teile zurückzuführen ist.

Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit den Zeichnungen anhand eines Auiührungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Teilansicht eines Hubschraubers mit einer Drehflügelanordnung nach der Erfindung;

Figur 2 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils F2 der Fig. 1 des Hilfsrotors;

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Figur 3 ein Axialschnitt auf der Linie II-II der Fig. 2;

Figur 4 entspricht zu einer Hälfte einer Seitenansicht gemäß Pfeil F4 der Figur 3 und zur anderen Hälfte einem Schnitt auf der Linie IV-IV dieser letzten Figur. In Fig. 4 ist das Regelgestänge für die Blattsteuerung weggelassen.

In dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel das insbesondere einen Hubschrauberhilfsrotor betrifft, ist das Ende des Leitwerksträgers 1 mit einem Hilfsrotor 2 versehen, der von einem Getriebe 3 in Umdrehung versetzt wird. Der Rotor 2 weist zur Rotorwelle 6 gegenüberliegende Flügelblätter 4 und 5 auf. Auf der Welle 6 ist eine Gleitbuchse 7 angeordnet, die über die Stangen 8 und 9 die Steigung der Flügelblätter 4 und 5 regeln.

Die Figuren 2,3,und 4 zeigen in größeren Einzelheiten den Aufbau des zweiblättrigen Rotors 2 und einen Einbau an der Welle 6.

Nach diesen Figuren ist die Welle 6 des Rotors 2 ausgehöhlt und sein oberes Ende 12 ergibt die Form eines Kegelstumpes, auf den einen Teil 13 aufgesetzt ist, das zwei Schenkel 15 aufweist, die eine Gabel bilden, und durch eine Befestigungsschraube 14 ortsfest gehalten wird. In jeden Schenkel 15 der Gabel ist eine Bohrung 16 eingelassen, deren derart gebildete Achsen übereinstimmen und zur Welle 6 eine orthogonale Richtung einnehmen. In diese Bohrungen 16 greift über selbstschmierende Hülsen 17 eine Achse 18 ein, die der Scheibe 19 als Angelpunkt dient und so einen Ausgleicher oder Schwinghebel der Nabe bildet.

Die obere Fläche 20 des Ausgleichers besitzt eine Aussparung

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21, die einen rechteckigen Querschnitt hat und quer zur Achse 18 verläuft» Die Aussparung 21 umgrenzt eine Lagerung für den aus einem Stück gefertigten Holm 22 für die beiden gegenüberliegenden Flügelblätter 4 und 5·

Der verdrehbare und nachgiebige Holm 22 ist von bekannter Bauart und besitzt einen rechteckigen abgeflachten Querschnitt. Er ist aus Fasern von hoher Festigkeit hergestellt und weist einen relativ geringen Elastizitätsmodul auf. Der Holm 22 ist mit aushärtbarem Kunstharz überzogen, um ein Blatt zu bilden, daß sich über die ganze Spannweite des Rotors 2 erstreckt. Die den mittleren Teil des Blattes 22 enthaltende Lagerung 21 ist durch Anlegen an die Seitenwände mittels einer Kappe 23 geschlossen, die die Form eines Halbzylinders hat, der einen ausgesparten Mittelteil 24 auf seinem Umfang aufweicto Der Holm 22 kann, von den Teilen 9 und 23 eingeschlossen, in seinem mittleren Teil Dickenverstärkungen 22a aufweisen.

Der Ausgleicher 19 und die Kappe 23, die den mittleren Abschnitt vom Holm 22 einschließen und eine durch das Bezugszeichen 25 allgemein gekennzeichnete Rotornabe bilden, werden von der Schraubenverbindung 26 ortsfest gehalten. Die Achsel8 ist durch den Mittelbolzen 28 kraftschlüssig mit der Nabe 25 verbunden. Der Bolzen 28 greift in die Bohrungen 29 bzw. 30, die in der Kappe 23 und im Holm 22 eingelassen sind und in das Sackloch 31 auf dem Boden des Ausgleichers.

Jeder Seitenteil des Ausgleichers, wie bei 32, und der Kappe, wie bei 33, auf seiner Peripherie mit spärisch Abschnitten 34 ausgebildet, die zur Mitte des Rotors in einen ringförmigen Rand 35 auslaufen.

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Auf dem Holm 22 und an jedem (nicht dargestellten) Ende sind Verschalungen aufgesetzt, die die beiden Schalen bilden, die auf bekannte Weise mit dem Holm die beiden Flügelblätter 4 und 5 cLes Rotors ergeben. Diese beiden Schalen sind über einer gewissen Länge in der Nähe ihrer Enden fest mit dem Holm verbunden, wobei er jedoch auf der Seite der Flügelwurzel frei bleibt, so daß ein leichtes Schlagen der Flügelblätter durch die Biegebeanspruchung des Blattes 22 sowie seine Steigungsveränderung durch Verdrehen möglich ist.

Die Form des rechten Abschnitts des Endes jedes Flügelblattes, das zum Teil in den Figuren 2 und 4 dargestellt ist, bewegt sich ausgehend vom Profil des Flügelblattes selbst fortschreitend zum Zentrum des Rotors und bildet so schließlich auf bekannte Weise eine zylinderförmige Drehmuffe Dieser Abschnitt des Flügelblattendes in Form einer Muffe deckt einen Bund 37 ab, der gleichfalls zylinderförmig ausgebildet und mit dem Flansch 37 kraftschlüssig verbunden ist, der einen kreiförmigen Versteifungskragen 38 trägt.

Ein Flansch 39 in Form einer kreiförmigen Krone liegt über einer Schraubenverbindung 40 am Kragen von Flansch 39 und trägt einen kleineren Kragen 41, der auf dessen anderer Seite liegt. Auf der Fläche 42 dieses Kragens 41 verläuft in Richtung zu den Teilen 32, 33 der Rotornabe 25 eine ausgesparte Kehle, in der ein Ring aus selbstschmierendem Material eingesetzt ist, durch den für den Kontakt mit dem sphärischen Abschnitt 34 jedes auslaufenden Endes 32 bzw. 33 der Nabe gewährleistet wird. Dieser Ring stellt für den kreisförmigen Flansch 37 des Blattendes und somit für das Flügelblatt eine Lagerstelle dar, so daß er auf den sphärischen Abschnitt Schwingbewegungen durchführen kann. Er-

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gestattet auch eine leichte axiale Hin- und Herverschiebung, die auf die Längung des Blattes 22 unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft zurückgeht.

Auf der konkaven Äussenseite des Kranzes 41 kommt der Ansatz eines Dichtungsrings 45 zu legen, wobei der andere Ansatz sich gegen den Rand legt. Durch diesen Dichtungsring wird verhindert, daß keineunerwünschten Stoffe in der Höhe der Lagerstelle der Flügelblätterenden eintreten können. Jeder Flansch 39 kann auf beiden Seiten einer senkrecht zur Rotorachse und im wesentlichen in der Richtung dieser Achse verlaufenden Ebene Ausgleichsmassen 46 aufweisen, die einander gegenüber liegen, gleich groß und dazu bestimmt sind, die Rückführung der Flügelblätter in ihre flache Lage und demzufolge auch die Steuerbeanspruchung des Rotors abzuschwächen.

Jeder der beiden Flansche 39 weist auch einen Ausschnitt wie bei 47 (Fig. 3) auf, wodurch auf dem Flansch 37 ein Arm 48 für die Steigungsveränderungen der Blätter befestigt werden kann. Dieser Arm ist derart eingesetzt, daß sein Gelenk 49 der entsprechenden Steuerstange 8 bzw. 9 auf der Gelenkachse 18 des Schwinghebels 19 so liegt, daß eine "Verbindung" mit einem Schlagsteigungswert Null in dem Falle gegeben ist, in dem die Steuerstange 8,9 der Flügelblätter 4, 5 auf der Seite seiner Austrittskante liegt.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Erfindung in Verbindung mit einem Hilfsrotor 2 dargelegt. Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung auch angewandt werden kann für einen Auftriebsrotor mit ähnlichem Aufbau.

- Patentansprüche -

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Claims

PATENTANWALTS BÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL .-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den

SNIAS-809-I> Patentansprüche:

(jLj Rotoranordnung für Drehflügelflugzeuge mit wenigstens einem Paar gegenüberliegenden Flügelblättern, die auf einem aus einem einzigen Stück gefertigten gemeinsamen Holm befestigt sind, die verdrehbar, nachgiebig und kraftSchlussig drehbar in seinem mittleren Teil der Rotorwelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm (22) mit der Rotorwelle (6) mittels eines Gelenks (4-9) verbunden ist, so daß er in begrenzten Maße um eine transversal zum Holm und orthogonal zur Rotorwelle liegenden Achse geschwenkt werden kann.

2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenende des Rotors durch eine Gabel verlängert ist, zwischen deren Schenkel eine Scheibe (19) liegt, die um eine orthogonal zur Rotorwelle verlaufenden Achse gedreht werden kann und die so angeordnet ist, daß sie den mittleren Teil des Holms aufnimmt.

3· Rotoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, de.ß die Scheibe eine transversal zu ihrer Schwenkachse verlaufende Aussparung aufweist und eine dem Schnitt des

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Holm entsprechende Form besitzt, wobei die Aussparung als Lagerstelle des mittleren Teils dient, der von einer Abdeckkappe verschlossen ist.

4-» Rot or anordnung nach Anspruch 3> worin jedes Flügelblatt (4-, 5) eine profilierte Schale darstellt, die die entsprechende Hälfte des Holms umgibt und rotorwellenseitig einem Flügelblattende angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (19) und die Abdeckkappe (23) blattendseitig zum Aufliegen der Blattenden passend ausgebildet sind.

5ο Rotoranordnung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflager der Blattenden aus seIbstschmierenden Lagern bestehen, die eine sphärische Innenweite haben, so daß die Konizitäts- und Schlagbewegungen von geringer Winkelgröße sowie eine geringfügige Axialverschiebung des Flügelblattes möglich ist.

6. Rotoranordnung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Ende jedes Flügelblattes kraftschlüssig mit einem Bügel verbunden ist, auf dem ein Flansch (39) liegt, der auf der gegenüberliegenden Seite des entsprechenden Flügelblattes einen kleineren Kranz (4-1) aufweist, der einen in der Scheibe und der Abdeckkappe gebildeten kugelförmigen Flächenteil (34·) umgibt, wobei ein aus selbstschmierendem Material bestehender Ring zwischen dem kleineren Kranz und dem kugelförmigen Flächenteil angeordnet ist„

7. Rotoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Auflager rotorwellenseitig einenringförmigen Rand (35) ausläuft, während die Aussenseite des Kranzes

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des Flansches (39) mit einer peripheren Kehle versehen ist, und daß ein mit Ansätzen versehener Dichtungsring zwischen dem Rand und der Kehle liegt.

8. Rotoranordnung nach den Ansprüchen 6 oder 7> dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flansch einen Ausschnitt aufweist, so daß ein Arm (4-8) zur Veränderung der Steigung der Flügelblätter auf dem Bügel des Flügelblattendes verankert werden kann.

9. Drehflügelflugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Hilfsrot-or nach den Merkmalen der Ansprüche ausgebildet ist.

10. Drehflügelflugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Auftriebsrotor nach den Merkmalen der Ansprüche ausgebildet ist.

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