DE2644945A1

DE2644945A1 - Hubschrauberrotor

Info

Publication number: DE2644945A1
Application number: DE19762644945
Authority: DE
Inventors: Kenneth Watson
Original assignee: Westland Aircraft Ltd
Current assignee: Westland Group PLC
Priority date: 1975-10-13
Filing date: 1976-10-05
Publication date: 1977-04-21
Also published as: FR2327921A1; US4080098A; GB1529870A; IT1073915B; FR2327921B1

Description

An das Deutsche Patentamt 8000 München 2	Ihre Nachricht Your Letter	Unser Zeichen Our Ref. W/p 8712	D 8400 REGENSBURG 2 GREFLINGER STRASSE 7 TELEFON (09 41) 5 47 53 TELEGR. BEGPATENT RGB. TELEX 6 5709 repat d

Ihr Zeichen Your Ref.	Tag Date 30. September 1976 W/Ja

Westland Aircraft Linited, Yeovil, Somerset, England Hubschraubjlerrotor

Zusammenfassung: Gegenstand der Erfindung sind Hubschrauberrotoren mit drei oder mehr Rotorblättern und mit einer hohlen Rotorantriebswelle sowie einer Steuersäule, die innerhalb der hohlen Welle angeordnet ist, und eine Spinne am oberen Ende aufweist, durch die Steuerbewegungen auf den Rotor Übertragen werden. Bei vorliegender Erfindung werden die inneren Enden wenigstens zweier Arme der Spinne in starrer Zuordnung gehalten und das äußere Ende eines jeden Armes ist mit dem entsprechenden Blattwinkelverstellgelenk Über einen vertikalen Schwenkzapfen verbunden, der auf einer Achse in einem Betriebsradius angeordnet ist, welcher nicht größer ist als ein Radius eines Punktes, am welchen Blattschwenkbewegungen auftreten. Diese Anordnung dient zur Erzielung eines virtuellen schwebenden Gelenkpunktes, um welchen die Steuersäule während des Betriebes gekippt wird, damit Steuerbewegungen aufgegeben werden können, wodurch die komplizierte mechanische Abstützung, die bei bekannten Rotoren dieser Art erforderlich ist, vermieden werden kann·

Konto: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 804 248 Postscheckkonto München 893 69-801 H η q ο 1 e / Γ) Ο Λ Q

Gerichtsstand Regensburg

- r-

Die Erfindung bezieht sich auf Hubschrauberrotoren und insbesondere auf Rotoren mit einer hohlen Antriebswelle, die eine Steuervorrichtung aufnimmt, durch die Steuerbewegungen auf die Rotorblätter Übertragen werden.

Bei einer bekannten Anordnung wird eine Steuersäule innerhalb der hohlen Antriebswelle aufgenommen und steht von einem oberen Ende zur Verbindung mit den Blättern Über eine Spinne und Verbindungslenker vor. Die VerbindungsLenker sind mit den Blättern in radialer Richtung außerhalb eines Schwenkgelenkes befestigt, so daß Schwenkbewegungen Über den Lenker auf die Arme der Spinne Übertragen werden. Um diese Bewegung aufzunehmen, sind die Arme drehbar auf dem oberen Ende der Steuersäule fUr unabhängige Drehbewegungen befestigt, und dies bedingt, daß die Steuersäule innerhalb der hohlen Welle abgestutzt ist, so daß ein positiver Gelenkpunkt entsteht, um welchen zyklische BlattwinkelVerstelländerungen den Blättern aufgegeben werden. Zusätzlich sind mechanische Mittel erforderlich, damit axiale Bewegungen des Gelenkpunktes erzielt werden, um den Blättern die kollektiven Blattwinkelverstelländerungen aufzugeben.

Die Steuersäule wird somit auf einem Lager, z.B, einem Kugellager oder einem zapfenförmigen Universallager, abgestutzt, damit ein Kippen der Spinne möglich ist, um zyklische Blattwinkelverstelländerungen zu erzielen, ferner auf Axialnuten oder einer Kolbenanordnung zur Erzielung einer Vertikalbewegung, um die kollektive Blattwinkelverstellung der Blätter vornehmen zu können.

Diese Anordnungen haben ein hohes Gewicht, sind kompliziert herzustellen und sind schwierig zu warten und zu reparieren, weil die Teile innerhalb der hohlen Welle angeordnet sind, die oft Über ein Getriebe fuhrt, wodurch weitere diesbezügliche Schwierigkeiten auftreten.

Ziel der Erfindung ist ein Hubschrauberrotor der vorbeschriebenen Art,

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- ar-

bei dem die Steuersäule zwischen den oberen und unteren Enden in der hohlen Rotorantriebswelle nicht abgestutzt ist, Wodurch Herstellung und Wartung wesentlich vereinfacht werden sollen.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Hubschrauberrotor mit wenigstens drei Rotorblättern, die in radialer Richtung von einer Rotornabe ausgehen, eine zentrische Öffnung aufweisen und an einem oberen Ende einer hohlen Rotorantriebswelle drehbar um eine etwa vertikale Achse befestigt sind, mit einem Blattwinkelverstellgelenk und einer Vorrichtung zur Erzielung von Rotorblattschlag- und -Schwenkbewegungen während des Betriebes, und mit einer Steuersäule, die innerhalb der hohlen Antriebswelle angeordnet ist, wobei ein oberes Ende durch die öffnung in der Nabe vorsteht und ein unteres Ende mit einem Flugsteuersystem verbunden ist, und wobei das obere Ende der Steuersäule radial verlaufende Arme aufnimmt, deren Anzahl gleich der Anzahl von Rotorblättern ist, vorgeschlagen, daß die inneren Enden wenigstens zweier Arme in fester Anordnung zueinander gehalten sind und ein äußeres Ende eines jeden Armes schwenkbar mit einem Blattwinkelverstell-Steuerhebel verbunden ist, der an das entsprechende Blattwinkelverstellgelenk zur Schwenkbewegung um eine vertikale Achse verbunden ist, und daß die vertikale Achse in einem Betriebsradius angeordnet ist, der nicht größer ist als ein Radius einer innersten Position, um welche Schwenkbewegungen auftreten, wobei die Steuersäule innerhalb der hohlen : Welle zwischen den Enden nicht abgestutzt ist und ein schwebender Gelenk-

punkt vorgesehen ist, um welchen die Steuersäule zur Änderung der Winkelverstellung der Rotorblätter kippbar ist.

Bei einer AusfUhrungsform der Erfindung sind die Arme in starrer Anordnung einteilig mit der Steuersäule ausgebildet.

Bei einer anderen AusfUhrungsform der Erfindung sind die Arme in starrer Anordnung drehbar auf der Steuersäule befestigt.

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Bei einer speziellen AusfUhrungsform fUr einen vierblättrigen Rotor weisen die radial verlaufenden Arme zwei gegenüberliegende Paare auf, wobei die inneren Enden eines jeden Paares von entgegengesetzten Armen in starrer Anordnung festgehalten werden. Vorzugsweise ist ein Paar von entgegengesetzten Armen einstückig mit der Steuersäule ausgebildet und das andere Paar von entgegengesetzten Armen drehbar auf der Steuersäule befestigt. !

Das äußere Ende eines jeden Armes kann schwenkbar auf einer Spinne befestigt sein, die sich von einem Universalgelenk aus, welches mit dem Blattwinkel-Verstell-Steuerhebel befestigt ist, vertikal nach oben er- , streckt. _;

Der Blattwinkelverstell-Steuerhebel weist beispielsweise einen U-förmigeni Hebel mit einem Gabelendteil am Scheitel auf, der eine Befestigung für das Universalgelenk darstellt, das zweckmäßigerweise die Form eines um eine horizontale Achse angeordneten Kugelgelenkes besitzt. Die Schenkel ^;

des U-förmigen Hebels sind dabei so ausgebildet, daß sie eine äußere I Fläche eines drehbaren Gehäuses, das einen Teil des Blattwinkelverstellgelenkes bildet, Überspannen, wobei die Schenkel die Befestigungsvorrichtung fUr den Blattwinkelverstell-Steuerhebel um die vertikale Achse darstellen. Die Achse kann so ausgelegt sein, daß sie durch die Rotationsachse des Blattwinkelverstellgelenkes verläuft.

Zweckmäßigerweise ist der Steuersäulen-Gelenkpunkt in einer Ebene angeordnet, die durch einen Mittelpunkt der Vielzahl von Universalgelenken geht.

Die Rotornabe weist vorzugsweise Blatthalterungen auf, die die Rotorblattschlag- ynd Schwenkbewegungen ergeber_? und die Blatthalterungen können für jedes Blatt eine innere Blatthalterung zur Aufnahme wenigstens eines

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größeren Teiles der Blattschlagbewegungen und eine äußere Blatthalterung zur Aufnahme wenigstens eines größeren Teiles der Blattschwenkbewegungen aufweisen.

Die äußere Blatthalterung besitzt dabei eine radial verlaufende, etwa kreisförmige Spindel, die einstückig mit der inneren Blatthalterung ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise ist die Spindel dabei so ausgebildet, daß sie Blattwinkelverstellgelenklager abstutzt, die elastomere radiale Lager aufweisen, damit Rotationsbewegungen des Blattwinkelverstellgelenkes ermöglicht werden, ferner ein elastomeres Drucklager, durch welches während des Betriebes Zentrifugalkräfte von dem Rotorblatt auf die Nabe Übertragen werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Hubschrauberrotor mit wenigstens drei Rotorblättern, die durch Blatthalterungen mit einer Nabe verbunden sind, deren jede (Blatthalterung) einen inneren Teil, der so ausgebildet ist, daß er den größeren Teil der Rotorblattschlagbewegungen während des Betriebes aufnimmt, sowie einen äußeren Teil, der den größeren Teil von Rotorblattsehwerskbewegungen während des Betriebes aufnimmt, \ !aufweist, wobei jeder äußere Teil eine radial verlaufende Spindel besitzt, Idie einteilig mit dem inneren Teil ausgebildet ist, mit einem Blattwinkel·- verstellgelenk, das ein zylindrisches Gehäuse besitzt, welches auf Radiali·

lagern befestigt ist, die in der Nähe eines jeden Endes der Spindel angeordnet sind, und ein äußeres Ende besitzt, das zur Befestigung eines j :Rotorblattes ausgebildet i©t, wobei di© Rotor -nabe eine zentrische Öff- j : nung aufweist und as oberen End© eine? hehlen Rotoreratriebswelie drehbar > um eine vertikale Ashs© befestigt ist. mit einer Steuersäule innerhalb

:der hohlen Antriebswelle, deren oberes Ende durch die öffnung in der Nabe.

j versteht und deretra unteres End© rait ©irsera Hubsehreöberflaigisteuersystero isfc₀ vn4 diesen @b©res Erod© ©in© Spinn© &%sinm^t_D die eine Viel·

zahl von Rotorblättern ist, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden wenigstens zweier Arme starr gehalten sind, so daß Relativbewegungen zwischen ihnen verhindert werden, und ein äußeres Ende eines jeden Armes schwenkbar um eine vertikale Achse auf einer Spinne befestigt ist, die von einem Universalgelenk ausgeht, welches auf einer horizontalen Achse am Scheitel eines U-förmigen Blattwinkelverstell-Steuerhebels so ausgelegt sind, daß sie das Gehäuse des Blattwinkelverstellgelenkes Überspannen und schwenkbar um eine vertikale Achse damit verbunden sind, und wobei die Achse in einem Betriebsradius angeordnet ist, der nicht größer ist als ein Radius einer innersten Stellung, bei der die Schwenkbewegungen auftreten, sowie so ausgelegt ist, daß der Radius durch eine Rotationsachse des Blattwinkelverstellgelenkes geht·

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausfuhrungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines vierblättrigen Hubschrauberrotors nach einer AusfUhrungsform der Erfindung in Aufsicht und teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine Teilschnittansicht längs des Pfeiles A in Fig. 1, Fig. 3 eine Teilschnittansicht längs der Linie B-B der Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Aufsicht, und

Fig. 5 eine Teilschnittansicht ähnlich der Fig. 2 einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung.

Nach den Figuren 1 und 2 weist ein Hubschrauberrotor eine Nabe 11 auf, die um eine vertikale Achse 12 drehbar angeordnet ist. Jedes der vier Rotorblätter 13 ist mit der Nabe 11 Über Blatthalterungen 14 befestigt, die aus einem inneren Teil 15 und einem äußeren Teil 16 bestehen.

Der innere Teil 15_$ der eich Über eine Strecke C in Fig« I erstreckt,

ist einstückig mit der Nabe 11 ausgebildet und verjüngt sich von eine«

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Querschnitt mit parallelen Seiten, der in einer horizontalen Ebene an

deren Nabe IT verlängert ist, bis zu einem etwa kreisförmigen Querschnitt

und
am äußeren Ende/ ist in einer Ebene etwa senkrecht zur Rotationsebene (Schlagebene) federnd flexibel ausgebildet.

Der äußere Teil, der sich Über eine Strecke D in Fig. 1 erstreckt, weist eine Spindel 16 auf, die einteilig mit einem äußeren Ende des inneren Teiles 15 ausgebildet ist und radial von diesem Teil ausgeht. Die Spindel 16 ist in einer Ebene, die etwa mit der Rotationsebene (Schwenkebene) zusammenfällt, federnd flexibel ausgebildet und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, damit gewährleistet ist, daß die Steifigkeit in der Schlagebene der Steifigkeit in der Schwenkebene entspricht.

Ein zylindrisches Gehäuse 17 ist durch im Abstand voneinander versetzte elastomere Radiallager 18 abgestutzt, die in der Nähe eines jeden Endes der Spindel 16 befestigt sind, und ein elastomeres Drucklager 19 ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. Ein Flanschteil 20, der am äußeren Ende des Gehäuses 17 ausgebildet ist, stellt eine Schraubbefestigung fUr die Rotorblätter 13 dar.

Im Betrieb einer derartigen halbsteifen Rotoranordnung nimmt die nachgiebige Auslenkung der inneren Teile 15 den größten Teil der Blattschlagbewegungen aller einzelnen Teile der Anordnung innerhalb der Strecke C der Figur 1 auf, während eine nachgiebige Auslenkung der äußeren Teile einschließlich der Spindeln 16 den größten Teil der Blattschwenkbewegungen α Jfer einzelnen Teile der Anordnung innerhalb der Strecke D der Fig. aufnimmt. Änderungen in der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter 13 werden durch Drehung des Blattwinkelverstellgelenkes aufgenommen, das das Gehäuse 17 und die Lager 18 auf der Spindel 16 aufweist, und Blattzentrifugalbelastungen werden auf die Nabe 11 Über das Drucklager 19 Übertragen.

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Vorstehende Ausfuhrungen dienen lediglich zur Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, beschränken die Erfindung somit in keiner Weise, da die nachstehend beschriebene Steuereinrichtung auch mit anderen Rotorkonstruktionen verwendet werden kann.

Die Rotornabe 11 weist eine zentrische Öffnung 21 auf und ist am oberen : Ende einer hohlen Rotorantriebswelle 22 befestigt, die drehbar um die | Achse 12 durch eine entsprechende Energiequelle und ein übertragungssystem (nicht dargestellt) angeordnet ist.

Eine vertikal verlaufende Steuersäule 23 ist innerhalb der hohlen Antriebswelle 22 angeordnet. Ein oberes Ende der Steuersäule 23 steht durch: die zentrische öffnung 21 in der Nabe 11 vor und ist mit einer Spinne 24 versehen, die vier in radialer Richtung verlaufende Arme 25 zeigt, welche; einstückig mit der Steuersäule 23 ausgebildet sind; dabei ist ein Arm 25 fUr jedes der vier Rotorblätter 13 bei der speziellen beschriebenen

AusfUhrungsform vorgesehen. ' Ein unteres Ende der Steuersäule 23 besitzt ein Gehäuse 26, das auf |

(nicht dargestellten) Lagern drehbar in bezug auf die Saale 23 bewegbar i

ist, so daß eine Drehung der Steuersäule mit dem Rotor möglich ist,· das ;

Gehäuse ist dabei mit einem eine Öffnung aufweisenden Ansatz 27 zum An- j Schluß an ein Flugsteuersystem (nicht dargestellt) versehen.

Ein äußeres Ende eines jeden Armes 25 ist schwenkbar um eine vertikale Achse J|8 mit einer Spinne 29 befestigt, die vertikal von einem ein Kugelj-

lager 30 aufweisenden Universalgelenk nach oben verläuft. Das Kugelgelenk ist Über eine horizontale Befestigung 31 in einen Gabelende 32 befestigt, das am Scheitel eines U-färmigen Blattwinkelverstell-Steuerhebels 33 ausgebildet ist; die Schenkel des Hebels 33 sind dabei so angeordnet, daß sie einen Aoßcndurchraesser an einem inneren Ende des Gehäuses 17

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überspannen, und sind schwenkbar damit um eine vertikale Achse 34 befestigt (Fig. 3).

Bei der dargestellten Ausfuhrungsform ist der Rotor in einer Ruhestellung gezeigt, in der die geometrischen Mittelpunkte der Kugellager 30 und die Spindel 16 so angeordnet sind, daß sie in der gleichen horizontalen Ebene liegen. Die Achse 34 läuft auch durch die Mitte der Spindel 16, sie stellt die Rotationsachse des Blattwinkelverstellgelenkes dar, und ist etwa nach innen in bezug auf die Schnittstelle zwischen den Strecken C und 0 (Fig. i) angeordnet; an dieser Stelle beginnt die nachgiebige Auslenkung der Spindel 16 während des Betriebes, um Blattschwenkbewegungen zu ermöglichen.

Die Hubschrauberflugsteuerungen sind mit dem Ansatz 27 am Gehäuse 26 am unteren Ende der Steuersäule 23 verbunden und sind so angeordnet, daß sie das untere Ende der Steuersäule 23 sowohl in einer Vorwärts-RUckwärts als auch in einer seitlichen Ebene schwenken und die Steuersäule 23 vertikal innerhalb der Antriebswelle bewegen. Die Lenker, die die Steuersäule 23, die Spinne 24 und den Hebel 33 aufweisen, sind so ausgelegt, daß die Schwenkbewegungen die Steuersäule 23 um einen virtuellen, schwebenden Gelenkpunkt 35 kippen, dessen Position durch die Schwenkbewegungen und die Geometrie der Lenker festgelegt wird, wodurch gewährleistet ist, daß Seiten- oder Abscherbelastungen in der Spinne 24 durch die Blattwinkelverstellgelenke entgegengewirkt wird. 0er Gelenkpunkt 35 ist in einer Ebene angeordnet, die die geometrischen Mittelpunkte der Kugellager 30halbiert, und bedarf keiner mechanischen Anbringung, so daß die ' Steuersäule 23 zwischen den oberen und unteren Enden innerhalb der hohlen Antriebswelle 22 vollständig selbsttragend ist. Kippbewegungen der Steuersäule 23 um den Gelenkpunkt 35 bewirken, daß dem Rotorblatt 13 zyklische Blattwinkelverstelländerungen erteilt werden, und vertikale Bewegungen '_ der Steuersäule 23 bwirken, daß den Rotorblättern 13 kollektive Blatt-

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winkelverStelländerungen aufgegeben werden.

Diese Steuerbewegungen werden nachstehend im einzelnen in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 definiert. Aus Figur 3 ergibt sich, daß eine Rotation des Gehäuses 17 zur Erzielung von Steuerbewegungen der Blätter um eine Achse 36 der Spindel 16 stattfindet. Da eine solche Rotationsbewegung Über den Hebel 33 von der horizontalen Achse 31 des Kugellagers 30 übertragen wird, wird die Achse 31 um die Achse 36 in einem Bogen mit einem Radius R bewegt, der von der Achse 36 geschlagen wird, so daß eine Änderung im Abstand zwischen den Achsen 34 und 28 während einer solchen Bewegung hervorgerufen wird. Diese Bewegung wird durch Schwenkenbm die Achsen 34 und 28 ermöglicht.

Es sei angenommen, daß der maximale Bewegungsbogen zur Erzielung einer vollen zyklischen Steuerung in der Vorwärts-und Rückwärtsebene 40 beträgt (plus und minus 20 aus der "Ruhe"-Stellung), wie in Figur 3 gezeigt; dann wird die Achse 28 gegen die Achse 34 um einen Betrag verschoben, der gleich der Strecke X in Figur 3 ist.

Um diese Bewegung der Achse 28 in Beziehung zur Gesamtsteueranordnung zu bringen, wird bezug auf Figur 4 genommen, die ein Diagramm des Lenkers der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist. In der vierblättrigen Anordnung nach Figur 4, in der die Arme 25 einstückig mit der Steuersäule 23 ausgebildet sind, sind die Blätter durch die Buchstaben E, F, G und H bezeichnet, und in der nachstehenden Beschreibung werden diese Buchstaben

en.

verwendet, um eine der Steueranordnung/, die eine« bestimmten Blatt zugeordnet sind, zu bezeichnen. Es sei angenommen, daß eine volle zyklische Blattwinkelverstellung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung mit neutralem Kollektiv aufgegeben werden soll und daß dies bewirkt, daß das Blatt 13E nach unten um 20 und das Blatt 13G nach oben um 20 geschwenkt wird. Eine derartige Kippbewegung wird durch die Kugellager 30 auf den Achsen

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28F und 28H möglich und ergibt, daß die Achsen 2$E und 28G sich gegen die Achsen 34E und 34G bewegen, und zwar jede um einen Betrag, der gleich der Strecke X ist, so daß die äußeren Enden der Arne 25E und 25G sich in die in Figur 4 gestrichelt und Übertrieben dargestellte Position bewegen.

Bei der gezeigten §esamtanordnung wird diese Bewegung des äußeren Endes eines jeden Armes 25E und 25G um die Strecke X durch eine in der Ebene erfolgende Auslenkung der Arme ermöglicht und in gleicher Weise zwischen allen vier Armen 25E, 25F, 25G und 25H aufgeteilt.

Dieses Beispiel zeigt das Prinzip der Steuerung, die tatsächliche Größe der Bewegung der Achsen 28E, 28F, 28G und 28H hängt jedoch von dem Ausmaß der aufgegebenen zyklischen Steuerbewegung und davon, in welcher Richtung diese Bewegung aufgegeben wird, ab und wird auch durch das Aufbringen entweder einer positiven oder negativen kollektiven Blattwinkelverstellung beeinflußt, die einer zyklischen Blattwinkeleinstellung Überlagert wird oder umgekehrt. Beispielsweise bewirkt der Effekt des Aufgebens einer vollen, positiven, kollektiven Blattwinkelverstellung zusätzlich zu der vollen, zyklischen Blattwinkelverstellung in Vorwärtευ nd Rückwärtsrichtung bei der vierblättrigen Anordnung nach Fig. 4 theoretisch keine Bewegung der Achse 28G, und eine etwas größer?Bewegung, der Achse 28E, die von einer kleinen seitlichen Bewegung der Achsen 28F ^! und 28G in der gleichen Richtung begleitet ist. Aufgrund der fest vorge- j gebenen Längen der Arme 25F und 25H ergibt diese seitliche Bewegung eine ' kleine seitliche Änderung in der Position des Gelenkpunktes 35, die im Falle vorliegender Erfindung dadurch möglich ist, daß der Gelenkpunkt 35 , keine mechanische Abstutzung innerhalb der Antriebswelle 22 erforderlich macht. ;

Nach einem Merkmal vorliegender Erfindung ist die Achse 34 entweder an oder knapp innerhalb der Stelle angeordnet, an der die Blattschwenkbewe-

? 0 9 B 1 R / 0 3 0 9

- Vt-

gungen während des Betriebes beginnen, wodurch eine zusätzliche Bewegung der Position der Achsen 28, die durch BlattSchwenkbewegungen verursacht werden, eliminiert oder auf einem Minimum gehalten werden, wodurch eine weitere Auslenkung der Arme 25, die sich daraus ergibt, sehr gering gehalten wird.

Die gesamte Anordnung der Arm 25 und der Steuersäule 23 ist zu Zwecken der Beschreibung so gewählt worden, daß eine Anordnung dargestellt wird, die für Rotoren mit drei oder mehr Rotorblättern geeignet ist. Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform eines vierblättrigen Rotors sind die beiden Paare von entgegengesetzten Armen 25 α uf dem oberen Teil der Steuersäule 23 so befestigt, daß sie relative Drehbewegungen um die Achse 12 ausfuhren können, wodurch die Bewegungen der Achsen 28 durch Schwenkbewegungen der Paare von entgegengesetzten Armen 25 um die Achse 12 aufgenommen werden, und nicht durch Auslenken der Arme 25, wie dies in Hinblick auf die AusfUhrungsform nach den Figuren 1 und 2 weiter oben beschrieben worden ist.

Eine derartige Anordnung fUr einen vierblättrigen Rotor ist in Fig. 5 gezeigt, der eine Teilschnittansicht darstellt, die nur einen Arm eines jeden der beiden Paare von entgegengesetzten Armen 25 zeigt· Diese Darstellung ist der besseren Übersicht in der Zeichnung wegen gewählt worden und die beiden Arme 25 nach Fig. 5 sind in Wirklichkeit senkrecht zueinander in einer Betriebsstellung angeordnet, wie beispielsweise die Arme 25E und 25H in Fig. 4.

Bei der AusfUhrungsform nach Figur 5 ist ein Paar von entgegengesetzten Armen, z.B. 25E und 25G nach Fig. 4, einstückig mit der Steuersäule 23 ausgebildet, das andere Paar von entgegengesetzten Armen 25F und 25H ist auf oberen und unteren Lagern 37 und 38 befestigt und wird durch eine Befestigungsmutter 39 zur Drehung relativ zu den Armen 25E und 256 um

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die Achse 12 festgelegt. Das Paar von entgegengesetzten Armen 25E und 25G ist in der Lage, eine Drehbewegung relativ zu den Armen 25F und 25H aufgrund des (nicht dargestellten) Lagers im Gehäuse 26 am unteren Ende der Steuersäule 23 auszufuhren (Fig. 2).

Zur Erläuterung der Betriebsweise des Rotors nach Figur 5 wird auf die vorstehend in Verbindung mit Figur 4 in Zusammenhang mit der Ausführung»- form nach den Figuren 1 und 2 beschriebenen Bewegungen bezug genommen. Die Auslenkung beider Achsen 28E und 28G erfolgt in Uhrzeigerrichtung, so daß bei der Anordnung nach Figur 5 diese Auslenkung durch eine Drehung der Arne 25E und 25G un die Achse 12 aufgenommen wird, wodurch die während des Betriebes auftretenden Beanspruchungen in den Armen eliminiert werden;, die durch die Auslenkung zwischen den inneren und äußeren Enden verur- ■ sacht sind, wie dies bei der integralen Anordnung, die in der AusfUhrungsf forra nach den Figuren 1 und 2 beschrieben ist, der Fall ist. Differentialfbewegungen in der Spinne der Ausführungsform nach Figur 5 werden durch j beide relativen Drehbewegungen zwischen den Paaren von entgegengesetzten j Armen und - wie bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 - durch j automatisches und fortlaufendes erneutes Positionieren des schwebenden j Gelenkpunktes 35 innerhalb der hohlen Rotorantriebswelle aufgenommen.

Eine ähnliche Anordnung von unabhängig drehbaren Armen kann an Rotorj
j systemen mit einer Anzahl von Blättern vorgesehen werden, solange die 'inneren Enden wenigstens eines Paares von Armen in fester Beziehung ge- ;halten werden, entweder dadurch, daß sie miteinander befestigt sind oder

j !

{daß sie starr an dem oberen Ende der Steuersäule festgelegt sind, so daß I ;Relativbewegungen dazwischen verhindert werden und die beiden entspre-

Ichenden Blattwinkelverstell-Steuerhebel an jedem Ende des Paares von Armen wirkungsmäßig miteinander verbunden sind. Ein oder mehrere zusatz- i

liehe Arne können dann so befestigt werden, daß sie in der Lage sind, ' unabhängig von dem festen Paar von Arnen entweder unabhängig oder in j

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weiteren Paaren oder Gruppen von mehr als zwei Armen eine Drehung auszuführen. Andererseits können zusätzliche einzelne Arme starr mit dem oberen Ende der Steuersäule 23 verbunden sein.

Bei Rotoren mit Rotorblättern, deren Anzahl von vier abweicht, stellen

einen
drei Rotorblätter ein Minimum fUr/eiηwandfreieη Betrieb nach vorliegender Erfindung dar; das Prinzip der Arbeitsweise vorliegender Erfindung, das in bezug auf einen vierblätterigen Rotor erläutert worden ist, gilt natürlich auch dann, obgleich die tatsächliche Anzahl von Rotorblättern die Geometrie der Lenker bestimmt, so daß Betriebscharakteristiken, ins-

in bezug
besondere/auf die Auslenkungen, die während des Betriebes auftreten, sich ebenfalls ändern.

Der Gegenstand vorliegender Erfindung kann auch in andere Arten von halbstarren Rotorsystemen und in angelenkten Rotorsystemen eingesetzt werden, obgleich das Blattwinkelverstellgelenk oder im Falle eines halbstarren Rotors der Punkt, an welchem die Steuerbewegungen dem Blattwinkelverstellgelenk aufgegeben werden,innerhalb eines Schwenkgelenkes (in einem angelenkten Rotor) oder koinzedent oder knapp innerhalb einer Stelle, an der Blattschwenkbewegungen in einer Schwenk-Blatthalterung (in einen halbstarren Rotor) beginnen, angeordnet sein kann.

Vorliegende Erfindung sieht somit einen Hubschrauberrotor mit einer hohlen Rotorantriebswelle vor, bei welchem eine innerhalb der Antriebswelle an- ; geordnete Steuerwelle vollständig selbsttragend zwischen den oberen und j unteren Enden angeordnet ist und nicht die komplizierten mechanischen Befestigungen an der Bohrung der Antriebswelle erforderlich macht, wie dies bei bekannten Systemen der Fall ist. DerAufbau eines derartigen Rotors ist somit einfacher, er hat ein geringeres Gewicht und er ist leichter herzustellen und zu warten als bekannte Rotoren. Diese Vorteile ergeben sich aus der Geometrie des Lenkers, bei welchem die inneren Enden

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wenigstens eines Paares von Armen 25 in fester Beziehung gehalten werden, damit Relativbewegungen verhindert werden, während die äußeren Enden der Arme direkt mit dem Blattwinkelverstell-Steuerhebel Über ein Kugelgelenk befestigt sind und der Blattwinkelverstell-Steuerhebel mit dem Blattwinket-Verstellgelenk Über eine Schwenkverbindung verbunden ist, die in einem Betnebsradius von der Rotationsachse angeordnet ist, der nicht größer ist als ein Radius einer Stelle oder eines innersten Teiles, um den Schwenkbewegungen der Rotorblätter während des Betriebes auftreten. Diese Anordnung gewährleistet, daß die Seiten- oder Abscherkräfte von de* (den) miteinander verbundenen Paar(en) von Armen und entsprechenden Blattwinkelverstell-Steuerhebeln, auf die an den Blattwinkelverstellgelenken eine Reaktion ausgeübt wird, aufgenommen werden, so daß die Steuersäule automatisch fUr eine Schwenkbewegung um den virtuellen Schwebepunkt 35 abgestutzt ist, wodurch ein mechanischer Drehpunkt und ein Gleitmechanismus zur Erzielung von zyklischen und kollektiven Blattwinkelverstelländerungen entfallen kann.

Im Rahmen vorliegender Erfindung sind Abweichungen von den vorbeschrieben-· en Ausfuhrungsbeispielen möglich. Beispielsweise können die elastomeren Lager 18 durch mechanische Lager ersetzt werden, wobei dann das halbsteife Rotorsystem in dexjftrt ausgebildet sein kann, wie es Gegenstand der dt. Patentschrift ...(2 150 761) ist, bei welchem das Drucklager 19 durch eine Traverse innerhalb des Blattwinkelverstellgelenkes ersetzt ist und ein Schwenklenker vollständig außerhalb des Blattwinkelverstellgelenkes angeordnet ist. Das Kugellager 30 kann durch ein entsprechendes Universalgelenk ersetzt werden und ein solches Gelenk kann insbesondere bei den beschriebenen integralen Anordnungen Mittel aufweisen, die die in den Armen 25 während des Betriebes auftretenden Auslenkungen aufnehmen; so daß die Arme von den ihnen aufgegebenen Belastungen freigestellt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Hubschrauberrotor mit wenigstens drei Rotorblättern, die in radialer Richtung von einer Rotornabe ausgehen, eine zentrische öffnung aufweisen und an einem oberen Ende einer hohlen Rotorantriebswelle drehbar um eine etwa vertikale Achse befestigt sind, mit einem Blattwinkelverstellgelenk und einer Vorrichtung zur Erzielung von Rotorblattschlag- und -Schwenkbewegungen während des Betriebes, und mit einer Steuersäule, die innerhalb der hohlen Antriebswelle angeordnet ist, wobei ein oberes Ende durch die öffnung in der Nabe vorsteht und ein unteres Ende mit einem Flugsteuersystem verbunden ist, und wobei das obere Ende der Steuersäule radial verlaufende Arme aufnimmt, deren Anzahl gleich der Anzahl von Rotorblättern ist, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden wenigstens zweier Arme (25) in starrer Anordnung gehalten sind und ein äußeres Ende eines jeden Armes (25) schwenkbar mit ehern Blattwinkelverstell-Steuerhebel (33) verbunder, ist, der an das entsprechende Blattwinkelverstellgelenk (17) zur Schwenkbewegung um eine vertikale Achse (34) verbunden ist, daß die Achse (34) in einem Betriebsradius angeordnet ist, der nicht größer

j ist als ein Radius einer innersten Position, um welche Schwenkbewegungen auftreten, wobei die Steuersäule (23) innerhalb der hohlen Welle (22) zwischen den Enden nicht abgestutzt ist,und ein schwebender Gelenkpunkt (35) vorgesehen ist, um welchen die Steuersäule (23) zur Änderung der Winkelverstellung der Rotorblätter (13) kippbar ist.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (25) in starrer Anordnung einteilig mit der Steuersäule (23) ausgebildet sind.

3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (25) in starrer Anordnung drehbar auf der Steuersäule (23) befestigt sind.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor vier Rotorblätter (13) aufweist, und daß die radial verlaufenden Arme (25) zwei gegenüberliegende Paare besitzen, wobei die inneren Enden eines jeden Paares von entgegengesetzten Armen (25) in starrer Anordnung festgehalten werden.

5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von entgegengesetzten Arien (25E, 25G) einstückig mit der Steuersäule (23) ausgebildet ist, und daß das andere Paar von entgegengesetzten Armen (25F, 25H) drehbar auf der Steuersäule (23) befestigt ist.

6. Rotor nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende eines jeden Armes (25) schwenkbar auf einer Spinne (29) befestigt ist, die sich von einem Universalgelenk (30) aus, welches mit dem Blattwinkelverstell-Steuerhebel (33) befestigt ist, vertikal nach oben erstreckt.

7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blattwinkelverstell-Steuerhebel (33) einen U-förmigen Hebel mit einem Gabelendteil (32) am Scheitel aufweist, der eine Befestigung fUr das Universalgelenk (30) darstellt.

8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schenkel des U-

f(innigen Hebels (33) so ausgebildet sind, daß sie eine äußere Fläche eines drehbaren Gehäuses (17), das einen Teil des Blattwinkelverstellgelenkes (17) bildet, überspannen, wobei die Schenkel die Befestigungsvorrichtung für den Blattwinkelverstell-Steuerhebel (33) um die vertikale Achse (34) darstellen.

9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Achse

(34) durch eine Rotationsachse des Blattwinkelverstellgelenkes (17) verläuft.

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10. Rotor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersäulen-Gelenkpunkt (35) in einer Ebene angeordnet ist, die durch einen Mittelpunkt der Vielzahl von Universalgelenken (30) geht.

11. Rotor nach einem cer Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,daß der Betriebsradius der vertikalen Achse (34) des Blattwinkelverstell-Steuerhebeis (33) kleiner ist als der Radius einer Position, um welche Schwenkbewegungen auftreten.

12. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotornabe Blatthalterung©η (15, 16) aufweist, die die Rotorblattschlag- und —schwenkbewegungen ergeben.

13. Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, ύ&Β die Biatthalterungen for jedes Blatt eine innere Blatthslterung (i§) swr Aufnahme wenigstens eines größeren Teiles der Blottschlofbswegwrigen und eine Süßere Blatthaltexumg (16) zur Aufnahsa© wenigstens eines größeren Teiles der 81attschwe;nkbewegungen aufweisen.

14. Rotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Blatthalterung {16} eine redaal verlaufende, etwa kreisförmige Spindel ^: aufweist, die einstickig mit der inneren Blatthalterung ausgebildet ist. ;

15. Rotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel wenigstens zwei im Abstand angeordnete Rsdiallager (18) aufnimmt, die einen Teü des Blattwinkelverstellgelenikes bilden.

helterungen mit einer Nabe verbunden sind, deren jede (Blatthalterung)

'Tail» der so «usgebil-det ist, UeB er

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der Rotorblattschlagbewegungen während des Betriebes aufnimmt, sowie einen äußeren Teil, der den größeren Teil von Rotorblattschwenkbewegungen während des Betriebes aufnimmt, aufweist, wobei jeder äußere Teil eine radial verlaufende Spindel besitzt, die einteilig mit dem inneren Teil ausgebildet ist, mit einem Blattwinkelverstellgelenk, | das ein zylindrisches Gehäuse besitzt, welches auf Radiallagern be- j festigt ist, die in der Nähe eines jeden Endes der Spindel angeordnet; sind, und ein äußeres Ende besitzt, das zur Befestigung eines Rotor- j blattes ausgebildet ist, wobei die Rotornabe eine zentrische Öffnung \ aufweist und am oberen Ende einer hohlen Rotorantriebswelle drehbar um eine vertikale Achse befestigt ist, mit einer Steuersäule innerhalb der hohlen Antriebswelle, deren oberes Ende durch die Öffnung in der ; Nabe vorsteht und deren unteres Ende mit einem Hubschrauberflugsteuersystem verbunden ist, und deren oberes Ende eine Spinne aufnimmt, die eine Vielzahl von radial verlaufenden Armen besitzt, deren Anzahl

ι gleich der Anzahl von Rotorblättern ist, ;

dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden wenigstens zweier Arme j (25) starr gehalten sind, so daß Relativbewegungen zwischen ihnen j verhindert werden, und ein äußeres Ende eines jeden Armes (25) schwenkbar um eine vertikale Achse (28) auf einer Spinne (29) befestigt ist, die von einem Universalgelenk (30) ausgeht, welches auf einer horizontalen Achse am Scheitel eines U-förmigen Blattwinkel-Steuerhebels (33) befestigt ist, wobei die Schenkel des Blattwinkelverstell-Steuerhebels (32) so ausgelegt sind, daß sie das Gehäuse (17]) des Blattwinkelverstellgelenkes Überspannen und schwenkbar um eine vertikale Achse (34) damit verbunden sind, und wobei die Achse (34) in einem Betriebsradius angeordnet ist, der nicht größer ist als ein Radius einer innersten Stellung, bei der die Schwenkbewegungen auftreten, sowie so ausgelegt ist, daß der Radius durch eine Rotationsachse des Blattwinkelverstellgelenkes geht.

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