DE2638167C3

DE2638167C3 - Rotor für Drehflügelflugzeuge

Info

Publication number: DE2638167C3
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: 1980-09-25
Also published as: FR2362755B1; FR2362755A1; US4153390A; DE2638167A1; GB1580668A; DE2638167B2; JPS5344913A

Description

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

Ein Rotor dieser Art ist Gegenstand der DE-OS 38 148 vom gleichen Anmcldungstiig. l'erner ist ein Vicrblattrotor bekannt (DE-AS 15 31355), bei dem jeweils zwei einander gegenüberliegende schlag- und schwenkgelenklos angeschlossene RotorbUutcr, die am Rotorkopf über Blattwinkeliagcr aDgestiit/t 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.
Bei den bekannten Rotoren für Drehflügelflugzeuge wird der gemeinsame Massenschwerpunkt zweier sich diametral gegenüberliegender Rotorblätter infolge der Schwenkbewegung radial aus der zur Rotordrehachse zentrischen Lage ausgelenkt, wenn die beiden Biätter

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) besonde.-s ausgeprägt ist, erzeugt vorübergehend eine Massenunwucht, die zu erheblichen Belastungen des Rotors und seiner Lagerung führt und sich in höchst störenden Vibrationen bemerkbar macht.

Erfindungsgemäß soll ein Rotor für Drehflügelflugzeuge 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 als Ar.ialbewegungen des Tragholm zulassende Loslager ausgebildet und die Tragholme an ihrer Kreuzungsstelle 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 ^lattpaare 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 Erre-

V) gung führt. Dieses Prinzip des Massenausgleich^ 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 winkelbewcglich 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 L.agerstellcn als die Rotorblätter /.ur Einstellwinkelbewegung drehbar am Rotorkopf abstützende Blattwinkellager ausgebildet und die Rotorblätter jeweils drehfest mit den Tragholmen verbunden sind.

hi enthält die Zentriereinrichtung in besonders bevorzugter Weise zwei jeweils mil einem Tragholm zusammenwirkende Lager, so daß sich die Tragholme jeweils gemeinsam mil den damit verbundenen Rotorblättern

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

ZweckmäQigerweise 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 mi' dem zugehörigen Blattpaar als Ganzes verdreht werden, so daß nur noch die kollektive Blattwinkeleinstellung eine Verdrehung der Tragholme zwischen ihren Enden erfordert. Im Hinblick auf eine baulich einfache, gewichtssparende Ausbildung sind die Traghoime in diesem Fall zweckmäßigerweise 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

F i g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Vierblaitrotors nach der Erfindung:

Fig.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 Drehflügelfliigzeugzelle drehbar abgestützt und über ein ebenfalls nicht gezeigf?s Getriebe angetrieben wird. Am Rotorkopf 4 sind zwei sich im Bereich der Rotordrehachse rechtwinklig kreuzenoc. zug- und biegefesle Tragholme 6 und 8 aus faserverstärktem Kunststoff mit in Holmlängsrichtung verlaufender Faserrichtung über jeweils an ihren Enden angeordnete Blattwinkellager 10,12 bzw. 14,16drehbar gelagert. Die α·> beiden Tragholme 6, 8 sind in Richtung der Rotordrehachsc 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 Blattwinkellagcr 10, 12, 14, 16 ein aus einem bis zur Blattspitze reichenden Flügelabschnitt 18 und einem in Schlag- und Schwenkrichtung biegewrichen, jedoch torsionssteifen Halsabschnitt 20 bestehendes Rotorblatt 22/4 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 224, 22ß bzw. 22C, 22DaIs Ganzes in Richtung der Blatt- und Holmlängsachse gegenüber dem Rotorkopf 4 verschieben können, und bilden ferner nach Art von Pcndellagcrn winkelbewegliche l.agcrstellen, so daß die an jedem Blattpaar 22A 22W bzw. 22Γ, 22D angreifenden Kräfte nicht als Biegemomente auf den Rotorkopf 4 einwirken, sondern über den jeweiligen Tmghulm 6 bzw. 8 übertragen und b^r> ausgeglichen werden, der sich dabei in Schlag- und Schwenk richtung durchbitgi.

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 Einstellwinkelbewegung jeder Tragholm gemeinsam mit seinem Blattpaar als Ganzes in der Zentriereinrichtung 24 und den radial außen liegenden Blattwinkellagern 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 Hohlquer, iinitt, etwa ein U-Profü, oder ein Doppel-T-Profil mit hochfesten, zumindest stellenweise durch dünnwandigere Stegabschnitte auf Abstand gehaltenen Randzonen aufweisen und aus übereinanderliegenden faserverstärkten Kunststoffbändern bestehen, zwischen die Schichten aus elastomerem Material eingebettet sind.

Die Drehung bzw. Verwindung der Traghclme 6, 8 erfolgt über radial innerhalb der Blattwinkellager an den Tragholmen 6, 8 befestigte Steuerhö.ner 26-4, 26ß, 26C und 26D, die in bekannter Weise über eine Steuerstange 28,4 bzw. 28S 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 unverschiebbi.r verhunden. In gleicher Weise wirkt der untere Tragholm 6 über ein nicht gezeigtes Radial-Axiallager mit der Lagerschale 32 zusammen. Beide Lagerschalen 30, 32 sind etwa durch einen in eine 3ohrung 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 Lagerschalcn 30, 32 können sich die Tragholme 6,8 in Schlagrichtung unabhängig voneinander durchbiegen.

Solange die Rotorblätter 224 bis 22D keine Schwenkbewegung durchführen, ist der Schwerpunkt jeder a"^r, einem Tragholm 6,8 und einem Blattpaar 22/4. B bzw. C. D bestehenden Anordnung auf der Rotordrehachse A zrr.triert, wobei sich die TVigholme 6, 8 an ihrer Kreuzungsstelle durch die Zentriereinrichtung 24 gegenseitig in Axialrichtung abstützen. Falls sich jedoch die Rotorblätter in Schwenkrichtung ausbiegen und ihr gemeinsanier Schwerpunkt radial aus der Rotordrehachse A ausgelenkt wird, wie dies in F i g. 3 in strichpunktierten Linien für das Blaitpaar 22C O im Falle der symmetrischen Schwenkbiegeform mit einer Verlagerung ihres gemeinsamen Massenschwerpunktes von A nach .S'i gezeigt ist, biegt sich der sie verbindende Tragholm 8 ebenfalls in der Schwenkebenc, jedoch entgegengesetzt /ur Richtung der Schwcrpunktsvcrlagerung durch und nimmt dabei über die Zentriereinrichtung 24 den anderen Tragholm 26 und das daran

befestigte Hlattpaar 22Λ. 22Ii in Axialnchuing nut. so daß dessen genieinsanici Schwerpunkt entgegengesetzt zur Schwcrpunklsverliigeriing des ausgelenklen Hlalt paares 22C, 221) von der Rotordrehachse Λ radial /in Stelle .V.) verschoben wird. I lierdiin h u inl ein /uniindest teilweiser Ausgleich der hn<n Schwenken der Blauer auftretenden Schwerkpunktsverlagening er/ielt. was /u einer Verringerung der unwuchtbedingten Belastungen und Vibrationserscheinungen führt. Dieses l'nn/ip der entgegengesct/.len Schwerpunktsverlagerung /um Zwecke des Massenausgleich^ läßt sich auch auf andersartige Rotoren nut höherer, geradzahliger Hliitlzahl übertragen.

Bei dem gezeigten Air.'iihningshi-ispiel erfoigi die l.agening der I ragholnie ft, 8 durch Walzlagei ; sta'¹ dessen lassen sich jedoch in gleicher Weise auch (Hei¹ oder I l.istomcrlager verwenden. Hei anderer Oner schnittsfuini der Tragholine β, 8 binnen ferner die beiden Radial-Axiallager der /eiilrifreinrichlutig 24 unter Verringerung des gegenseitigen Abslandes der Tragholme auch als in diese eingreifende Innenlager ausgebildet sein.

Hierzu 2 Bind Zeichmineen

Claims

1 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 Axialbewegungendes 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 verbuchen sind.

2. Rotor naefi Anspruch !, 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 Rotordrehachse (A)zuläßt.

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 drehfest mit den Tragholmen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung (24) zwei jeweils mit ei.iem Tragholm (6,8) zusammenwirkende Lager enlhält.

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 Einstellwinkelbewegung der Blätter (22/4, B, C. Djentsprechenden Winkel verdrehbar sind.

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