DE2638167B2

DE2638167B2 - Rotor für Drehflügelflugzeuge

Info

Publication number: DE2638167B2
Application number: DE2638167A
Authority: DE
Inventors: Emil Dipl.-Ing. 8011 Hohenbrunn Weiland
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1976-08-25
Filing date: 1976-08-25
Publication date: 1980-02-07
Also published as: FR2362755B1; GB1580668A; DE2638167A1; FR2362755A1; US4153390A; JPS5344913A; DE2638167C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für Drehflügelflugzeuge, bei dem die paarweise einander gegenüberliegenden Rotorblätter üchwenkgelenkfrei jeweils an die Enden von zwei einander kreuzenden, zug- und biegefesten Tragholmen für zwei Blattpaare angeschlossen und die Tragholme jeweils über mit radialem Abstand beidseitig der Rotordrehachse angeordnete, in Schwenkrichtung winkelbewegliche Lagerstellen am Rotorkopf abgestützt sind.

Ein Rotor dieser Art ist Gegenband der DEOS 38 148 vom gleichen Anmeldungstag. Ferner ist ein Vierblattrotor bekannt (DE-AS 15 31355), bei dem jeweils zwei einander gegenüberliegende schlag- und schwenkgelenklos angeschlossene Rotorblätter, die am Rotorkopf über Blattwinkellager abgestutzt sind, durch biegeweiche und an den Blattwurzeln angeschlossene Zuglamellen miteinander verbunden sind und an der Kreuzungsstelle der Lamellen eine diese in Axialrichtung fixierende Zentriereinrichtung in Form eines am Rotorkopf gesicherten Bolzens angeordnet ist
s Bei den bekannten Rotoren für Drehflügelflugzeuge wird der gemeinsame Massenschwerpunkt zweier sich diametral gegenüberliegender Rotorblätter infolge der Schwenkbewegung radial aus der zur Roterde shaclise zentrischen Lage ausgelenkt, wenn die beiden Blätter

ίο nicht in der gleichen Richtung um den gleichen Winkel verschwenken. Diese Schwerkpunktauslenkung, die bei gleich großem Schwenkwinkel, jedoch entgegengesetzter Schwenkrichtung der sich gegenüberliegenden Blätter (sog. symmetrische Schwenkbiegeform) besonders ausgeprägt ist, erzeugt vorübergehend eine

Massenunwucht, die zu erheblichen Belastungen des Rotors und seiner Lagerung fuhrt und sich in höchst

störenden Vibrationen bemerkbar macht.

Erfindungsgemäß soll ein Rotor für Drehflügelflug-

zeuge geschaffen werden, bei dem die infolge der Schwenkbewegung der Rotorblätter entstehende Massenunwucht zumindest teilweise ausgeglichen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Rotor der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche zwischen jedem Tragholm und dem Rotorkopf angeordnete Lagerstellen ali Axialbewegungen des Tragholm zulassende Loslager ausgebildet und die Tragholme an ihrer Kreuzungistelle durch eine in der Rotordrehebene gegenüber dem Rotorkopf frei bewegbare Zentriereinrichtung hinsichtlich Bewegungen in Tragholmaxialrichtung fest miteinander verbunden sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Rotor sind die Blattpaare infolge der Ausbildung der Lagerstellen als Loslager axial verschieblich am Rotorkopf abgestützt, und das jeweils eine Blattpaar ist über die Zentriereinrichtung am anderen Blattpaar axial festgelegt; bei einer Schwenkbewegung und einer dabei eintretenden Schwerpunktsverlagerung eines der Blattpaare biegt sich der dieses Blattpaar verbindende Tragholm im Bereich der Rotordrehachse entgegengesetzt zur Schwerpunktsverlagerung durch und verschiebt dabei infolge der Koppelung über die Zentriereinrichtung das andere Blattpaar in Axialrichtung, so daß dessen Schwerpunkt entgegengesetzt zur Schwerpunktsverschiebung des in Schwenkrichtung ausgelenkten Blattpaares verschoben wird. Hierdurch wird ein zumindest teilweiser Massenausgleich erzielt, was zu einer Verringerung der für Vibrationen maßgebenden Erregung führt. Dieses Prinzip des Massenausgleichs läßt sich außer auf Vierblattrotoren auch auf Rotoren mit höherer, geradzahliger Blattzahl übertragen.

Falls die Rotorblätter auch schlaggelenkfrei am Rotorkopf abgestützt und die Lagerstellen auch in Schlagrichtung winkelbeweglich ausgebildet sind, empfiehlt es sich in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, daß die Zentriereinrichtung eine Relativbewegung der Tragholme in Richtung der Rotordrehachse zuläßt, so daß sich die Tragholme in Schlagrichtung unabhängig voneinander durchbiegen können.

Wenn die Lagerstellen als die Rotorblätter zur Einstellwinkelbewegung drehbar am Rotorkopf abstützende Blattwinkellager ausgebildet und die Rotorblätter jeweils drehfest mit den Tragholmen verbunden sind, enthält die Zentriereinrichtung in besonders bevorzugter Weise zwei jeweils mit einem Tragholm zusammenwirkende Lager, so daß sich die Tragholme jeweils gemeinsam mit den damit verbundenen Rotorblättern

als Ganzes um die Blattlängsachse verdrehen können, wobei die Lager vorzugsweise als Axial-Radjallager ausgebildet und in der Zentriereinrichtung in Richtung der Rotordrehachse relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind, wodurch in baulich einfacher Weise ein voneinander unabhängiges Durchbiegen der Tragholme in Schlagrichtung ermöglicht wird.

Zweckmäßigerweise sind die Tragholme zwischen ihren Enden um einen der kollektiven Einstellwinkelbewegung der Blätter entsprechenden Winkel verdrehbar, was in Verbindung mit der drehbaren Lagerung der Tragholme an der Zentriereinrichtung den Vorteil hat, daß die Tragholme bei der zyklischen Einstellwinkelsteuerung, bei der jeweils zwei gegenüberliegende Blätter in der gleichen Richtung um den gleichen Betrag gekippt werden, gemeinsam mit dem zugehörigen Blattpaar als Ganzes verdreht werden, so daß nur noch die kollektive Blattwinkeleinstellung eine Verdrehung der Tragholme zwischen ihren Enden erfordert. Im Hinbück auf eine baulich einfache, gewichtssparende Ausbildung sind die Tragholme in diesem Tall zweckmäßiger.veise torsionselastisch ausgebildet und bestehen aus einem faserverstärkten Kunststoff

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Vierblattrotors nach der Erfindung;

F i g. 2 einen Schnitt der die Tragholme im Bereich ihrer Kreuzungsstelle verbindenden Zentriereinrichtung; und

F i g. 3 die Aufsicht des Rotors gemäß F i g. 1 in stark vereinfachter Darstellung zur Erläuterung des Massenausgleichs.

Gemäß Fig. 1 enthält der Vierblattrotor 2 einen Rotorkopf in Form eines Ringes 4. der über ein nicht gezeigtes Rotorlager unmittelbar an der Hubschrauberoder Drehflügelfiugzeugzelle drehbar abgestützt und über ein ebenfalls nicht gezeigtes Getriebe angetrieben wird. Am Rotorkopf 4 sind zwei sich im Bereich der Rotordrehachse rechtwinklig kreuzende, zug- und biegefeste Tragholme 6 und 8 aus faserverstärktem Kunststoff mit in Holmlängsrichtung verlaufender Faserrichtung über jeweils an ihren Enden angeordnete Blattwinkdlager 10,12 bzw. 14,16 drehbar gelagert. Die beiden Tragholme 6,8 sind in Richtung der Rotordrehachse auf Abstand gehalten und liegen jeweils in einer senkrecht zur Rotordrehachse verlaufenden Ebene. An das Ende jedes Tragholms 6, 8 ist jeweils radial außerhalb der Blattwinkellager 10, 12, 14, 16 ein aus so einem bis zur Blattspitze reichenden Flügelabschnitt 18 und einem in Schlag- und Schwenkrichtung biegeweichen, jedoch torsionssteifen Halsabschnitt 20 bestehendes Rotorblatt 22A bzw. 22S bzw. 22C bzw. 22D angeschlossen.

Die Blattwinkellager 10 bis 16 sind als axiale Loslager ausgebildet, so daß sich der Tragholm 6 bzw. 8 und das damit verbundene Blattpaar 22A.22Bbzw. 22C, 22DaIs Ganzes in Richtung der Blatt- und Holmlängsachse gegenüber dem Rotorkopf 4 verschieben können, und bilden ferner nach Art von Pendellagern winkelbewegliche Lagerstellen, so daß die an jedem Blattpaar 22A 22fl bzw. 22C, 22D angreifenden Kräfte nicht als Biegemomente auf den Rotorkopf 4 einwirken, sondern über den jeweiligen Tragltiolm 6 bzw. 8 übertragen und ausgeglichen werden, der sich dabei in Schlag- und Schwenkrichtung durchbiegt.
Zur Zentrierung der Tragholme und der an diese angeschlossenen Blattpaare am Rotorkopf 4 dient eine Zentriereinrichtung 24, durch die jeweils der eine Tragholm 6 oder 8 in Axialrichtung am anderen Tragholm 8 bzw. 6 festgelegt wird. Die die Tragholme 6, 8 miteinander verbindende Zentriereinrichtung 24, deren Aufbau im einzelnen anhand der Fig.2 erläutert wird, gestattet jedoch eine Drehung der Tragholme 6,8 um ihre Längsachse, so daß sich bei der zyklischen Einsiellwinkelbewegung jeder Tragholm gemeinsam mit seinem Blattpaar als Ganzes in der Zentriereinrichtung 24 und den radial außen liegenden Blattvinkellagern 10, 12 bzw. 14, 16 um die Blattlängsachse drehen kann und nur bei der kollektiven Blattwinkelverstellung zwischen seinen Enden verdreht werden muß, was durch eine in bestimmten Grenzen torsionselastische Ausbildung der Tragholme 6, 8 erreicht wird. Aus Gründen einer guten Zug- und Biegefestigkeit und zugleich hohen Torsionselastizität kann jeder Tragholm anstelle der gezeigten, im Querschnitt kreisförmigen Ausbildung einen offenen Hohlqu.:schnitt. etwa ein U-Profil, oder ein Doppel-T-Profil i.iit hochfesten, zumindest stellenweise durch dünnwandigere Stegabschnitte auf Abstand gehaltenen Randzonen aufweisen und aus übereinanderliegenden faserverstärkten Kunststoffb;'..idern bestehen, zwischen die Schichten aus elastomerem Material eingebettet sind.

Die Drehung bzw. Verwindung der Tragholme 6, 8 erfolgt über radial innerhalb der Blattwinkellager an den Tragholmen 6, 8 befestigte Steuerhömer 26Λ. 26Ä 26C und 26D, die in bekannter Weise über eine Steuerstange 28/4 bzw. 28ß bzw. 28C bzw. 28D durch eine nicht gezeigte, die Blattwinkelbewegung steuernde Taumelscheibe eingestellt werden.

Gemäß Fig. 2 enthält die Zentriereinrichtung 24 obere und untere, jeweils zweiteilige Lagerschalen 30 und 32. Über ein Axial-Radiallager 34 ist der obere Tragholm 8 mit der Lagerschale 30 drehbar, jedoch kippfest und in Axialrichtung unverschiebbar verbunden. In gleicher Weise wirkt der untere Tragholm 6 über ein nicht gezeigtes Radial-Axiallager mit der Lagerschale S2 zusammen. Beide Lagerschalen 30, 32 sind etwa durch einen in eine Bohrung 36 der oberen Lagerschale 30 eingreifenden Bolzen 38 in Richtung der Rotordrehachse A relativ zueinander verschiebbar, jedoch kippfest und in Richtung einer senkrecht zur Rotordrehachse A verlaufenden Ebene bewegungsschlüssig miteinander verbunden. Infolge der Relativverschiebbarkeit der Lagerschalen 30, 32 können sich die Tragholme 6,8 in Schlagrichtung unabhängig voneinander durchbiegen.

Solange die Rotorblätter 22/4 bis 22D keine Schwenkbewegung duichführen, ist der Schwerpunkt j=;de. aus einem Tragholm 6,8 und einem Blattpaar 22/4. B bzw. C. D bestehenden Anordnung auf der Rotordrehachse A zentriert, wobei sich die Tragholme 6, 8 an ihrer Kreuzungsstelle durch die Zentriereinrichtung 24 gegenseitig in Axialrichtung abstützen. Falls sich jedoch die Rotorblätter in Schwenkrichtung ausbiegen und ihr gemeinsamer Schwerpunkt radial aus der Rotordrehachse A ausgelenkt wird, wie dies in F i g. 3 in strichpunktierten Linien für das Blattpaar 22C, D im Falle der symmetrischen Schwenkbiegeform mit einet Verlagerung ihres gemeinsamen Massenschwerpunktes von A nach S\ gezeigt ist, biegt sich der sie verbindende Tragholm 8 ebenfalls in der Schwenkebene, jedoch entgegengesetzt zur Richtung der Schwerpunktverlagerung durch und nimmt dabei über die Zentriereinrichtung 24 den anderen Tragholm 26 und das daran

befestigte Blattpaar 21A, 22B in Axialrichtung mit, so daß dessen gemeinsamer Schwerpunkt entgegengesetzt zur Schwerpunktsverlagerung des ausgelenkten Blattpaares 22C, 22D von der Rotordrehachse A radial zur Stelle Si verschoben wird. Hierdurch wird ein zumindest teilweiser Ausgleich der beim Schwenken der Blätter auftretenden Schwerkpunktsverlagerung erzielt, was zu einer Verringerung der unwuchtbedingten Belastungen und Vibrationserscheinungen führt. Dieses Prinzip der entgegengesetzten Schwerpunktsverlagerung zum Zwecke des Massenausgleichs IaQt sich auch auf andersartige Rotoren mit höherer, geradzahliger Blattzahl Obertragen.

Bei dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel erfolgt die Lagerung der Tragholme 6, 8 durch Wälzlager; statt dessen lassen sich jedoch in gleicher Weise auch Gleitoder Elastomerlager verwenden. Bei anderer Querschnittsform der Tragholme 6, 8 können ferner die beiden Radial-Axiallager der Zentriereinrichtung 24 unter Verringerung des gegenseitigen Abstandes der Tragholme auch als in diese eingreifende Innenlager ausgebildet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotor für Drehflügelflugzeuge, bei dem die paarweise einander gegenüberliegenden Rotorblätter schwenkgelenkfrei jeweils an die Enden von zwei einander kreuzenden, zug- und biegefesten Tragholmen für zwei Blattpaare angeschlossen und die Tragholme jeweils über mit radialem Abstand beidseitig der Rotordrehachse angeordnete, in Schwenkrichtung winkelbewegliche Lagerstellen am Rotorkopf abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche zwischen jedem Tragholm (6,8) und dem Rotorkopf (4) angeordnete Lagerstellen (10,12,14,16) als Axialbewegungen des Tragholms zulassende Loslager ausgebildet und die Tragholme an ihrer Kreuzungsstelle durch eine in der Rotordrehebene gegenüber dem Rotorkopf (4) frei bewegbare Zentriereinrichtung (24) hinsichtlich Bewegungen in Tragholmaxialrichtung fest miteinander verbunden sind.

2. Rotor nach Anspruch 1, mit einer schlaggelenkfreien Abstützung der Rotorblätter am Rotorkopf und in Schlagrichtung winkelbeweglichen Lagerstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung (24) eine Relativbewegung der Tragholme (6,8) in Richtung der Rotordn.hachse (/ψzuläßt.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lagerstellen als die Rotorblätter zur Einstellwinkelbewegung drehbar am Rotorkopf abstützende Blattwinkellager ausgebildet und die Rotorblätter jeweils drehest mit den Tragholmen verbunden sind, dadurch gekenpzeichnf, daß die Zentriereinrichtung (24) zwei jeweils mit einem Tragholm (6,8) zusammenwirkende Lagerent!»~lt.

4. Rotor nach den Ansprüchen 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Lager als Axial-Radiallager (34) ausgebildet und in der Zentriereinrichtung (24) in Richtung der Rotordrehachse (A) relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind.

5. Rotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragholme (6, 8) zwischen ihren Enden um einen der kollektiven Einsiellwi.v kelbewegung der Blätter (22/1, B, C, ^entsprechenden Winkel verdrehbar sind.

6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragholme (6, 8) torsionselastisch ausgebildet sind und aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.