DE2645980A1

DE2645980A1 - Bifilarer schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE2645980A1
Application number: DE19762645980
Authority: DE
Inventors: Irwin Jeffrey Kenigsberg; William Francis Paul
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-11-20
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1977-06-08
Also published as: US4057363A; IL50685A0; IT1064390B; FR2332176B1; CH605252A5; GB1516567A; NL7611834A; US4083654A; JPS5264798A; JPS6235680Y2; IL50685A; FR2332176A1; DE2645980C2; JPS61163799U; BR7607360A; CA1062226A

Description

Die Erfindung betrifft einen bifilaren Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauber mit einem Rumpf und einem Rotor, wobei der Schwingungsdämpfer einen am Rumpf befestigten radialen Tragarm und eine Pendelmasse aufweist, die am freien Ende des Tragarmes angeordnet ist, und wobei die Masse ein ausreichendes Gewicht hat, zum Dämpfen von Erregerkräften bei Entwurffluggeschwindigkeit durch eine Pendelbewegung mit einer Amplitude von - 30 .

Es ist bekannt, dass bifilare Schwingungsdämpfer welche in Hubschrauberrotoren verwendet) wurden ausgelegt wurden für eine Amplitude von etwa - 30 bei der Entwurffluggeschwindigkeit. Um eine zu schwache Schwingungsdämpfung bei Geschwindigkeiten unterhalb der Entwurffluggeschwindigkeit zu vermeiden,wurden die bifilaren Schwingungsdämpfer durch Vergrösserung der Durchmesser der Abstimmstifte zu hoch abgestimmt. Dadurch erhält man verschiedene Pendelbewegungen, welche in dem Rotor Erregerfrequenzen erzeugen, die doppelt so hoch sind wie die Abstimmfrequenzen des bifilaren Dämpfers. Die Erregerschwingungen treten bei allen Fluggeschwindigkeiten mit Ausnahme der Entwurffluggeschwindigkeit auf, da nur bei dieser Geschwindigkeit die Massen des bifilaren Dämpfers eine Amplitude erreichen,für welche keine überabStimmung vorliegt. Infolge der verschiedenen Bewegungen der einzelnen Massen des am Rotor angeordneten Dämpfers erregen diese Schwingungen das feste Flugwerk, einschliesslich des Rumpfes, mit einer Frequenz von 2w _,, wo w die Abstimmfrequenz des bifilaren

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Dämpfers bei Entwurffluggeschwindigkeit ist.

In der US Patentschrift 3.540.809 ist ein bekannter bifilarer
Dämpfer für einen Hubschrauberrotor beschrieben. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung eines solchen Dämpfers.

Die Erfindung schafft einen verbesserten bifilaren Schwingungsdämpfer, wobei die Amplitude der bifilaren Massen für Geschwindigkeiten bis zur Entwurffluggeschwindigkeit auf Winkel von kleiner oder gleich - 15 beschränkt ist. Dadurch bleibt die Uberabstimmung des bifilaren Schwingungsdämpfers klein, seine Betriebsweise wird bei allen Fluggeschwindigkeiten verbessert und die ungleichen Bewegungen der Massen, welche die Schwingungen zweiter Ordnung
hervorrufen werden herabgesetzt.

Die Erfindung schafft einen Hubschrauberrotor mit einem bifilaren Schwingungsdämpfer, wobei die Bewegungen der bifilaren Massen
in dem linearen Bereich bleiben, ohne dass eine Herabsetzung des Verhältnisses der Masse des Schwingungsdämpfers zu der Masse des Flugwerkes erfolgt, welches Verhältnis wesentlich ist für die
Wirksamkeit des bifilaren Schwingungsdämpfers.

Entsprechend der Erfindung wird der Abstand der Masse des bifilaren Schwingungsdämpfers von der Drehachse vergrössert.ohne seine Masse zu verkleinern, um die überabStimmung herabzusetzen durch
Begrenzen der Amplitude der bifilaren Massen auf Winkel kleiner

als - 15 .

In der US Patentschrift 3.540.809 ist erwähnt, dass der bifilare Radius verdoppelt werden kann bei gleichzeitiger Halbierung
der Masse, um die gleiche Dämpfungskraft ohne Herabsetzung der
Amplitude der Bewegung zu erzeugen. Ohne Herabsetzung der Amplitude der Bewegung der bifilaren Masse ist der Schwingungsdämpfer weiterhin überabgestimmt und ruft dementsprechend auch die unerwünschten Schwingungen zweiter Ordnung hervor und die Wirksamkeit des Schwingungsdämpfers ist auch bei allen Fluggeschwindigkeiten mit Ausnahme der Entwurffluggeschwindigkeit begrenzt.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die Länge des Tragarmes, gemessen zwischen der Drehachse des Rotors und dem Zentrum

der bifilaren Masse, sowie die Masse des Schwingungsdämpfers bestimmt, welche erforder1 ich sind, um Erregerkräfte bei Pendelamplituden von etwa - 30 zu dämpfen. Diese bifilare Masse , ohne Herabsetzung ihres Gewichtes, wird dann an einem Tragarm angeordnet, der doppelt so lang ist als der vorherbestimmte Arm, um die Pendelbewegung bei Aufrechterhaltung der gleichen Dämpfungskraft zu halbieren. Da bei dieser kleineren Amplitude die Bewegungen der bifilaren Massen sich in dem linearen Bereich befinden ist eine Oberabstimmung, mit der unvermeidlichen Erregerschwingung zweiter Ordnung, beseitigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden ausführlicher beschrieben, es zeigen:

Figur 1 eine teilweise Draufsicht eines Hubschrauberrotors mit bekannten bifilaren Schwingungsdämpfer.

Figur 2 eine Schnittansicht zur Darstellung des Tragarmes eines Dämpfers nach Figur 1.

Figur 2A eine ähnliche Ansicht, in grösserem Masstab, zur Darstellung eines Tragarmes für einen Schwingungsdämpfer entsprechend der vorliecjenden Erfindung.

Figur 3 eine graphische Darstellung der Pendelamplitude in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit für den Dämpfer nach Figur

Figur 4 eine graphische Darstellung der Oberabstimmung des bifilaren Dämpfers in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit für die Anordnung nach Figur 1.

Figur 5 eine graphische Darstellung der Pendelamplitude für den Dämpfer nach Figur 1 in Abhängigkeit der Eigengeschwindigkeit in einem Hubschrauber mit vier bifilaren Schwingungsdämpfer**.

Figur 6 eine graphische Darstellung der Pendelamplitude in Abhängigkeit der Eigengeschwindigkeit für einen Dämpfer entsprechend Figur 2.

Figur 7 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Resterre-

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P 26 45 980.3 18.10.76 Anwaltsakte U 500

;gung in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit für die Figuren 1 und 2.

Figur 8 eine graphische Darstellung entsprechend Figur 5 für einen bifilaren Dämpfer entsprechend der Erfindung. Erregung, j Figur 9 die Pendelamplitude in Abhängigkeit von der 2.harmonischen/ Die Figur 1 zeigt einen bekannten Hubschrauberrotor mit einem Rotorkopf 10_/der um eine Achse 12 drehbar ist . Der Rotorkopf hat einen Tragteil 14 für mehrere bifilare Schwingungsdämpfer Zwei dieser Dämpfer sind in der Figur 1 dargestellt. Der Tragteil 14 hat einen mittleren Ring 18_/der mit nach unten weisenden Ansätzen 20 versehen ist. Die Ansätze dienen zur Befestigung des Tragteiles am Rotorkopf 10 mittels Bolzen 22, damit er in einer Ebene senkrecht zur Achse 12 drehen kann. Der Ring 18 hat mehrere radiale Arme 24, welche freie Enden 26 aufweisen zum Anschluss der bifilaren Dämpfer. Jeder Dämpfer besteht im wesentlichen aus einem Pendel mit einer Masse 28 und mit einem oberen und einem unteren Arm. In der Figur 1 ist nur der obere Arm 30 dargestellt. Das freie Ende 26 des Armes 24 ragt zwischen den oberen Arm und den unteren Arm des Pendels. Die Arme der Masse 28 und das freie Ende 26 des Armes 24 haben grosse, im wesentlichen kreisförmige Oeffnungen 30a, durch welche die Abstimmstifte 32 des Dämpfers ragen. Die Oeffnungen 30a können mit Buchsen 34, siehe Figur 2, versehen seinen welchen die Stifte 32 abrollen falls der Pendel hin^ und herschwingt.

Die bevorzugte Ausfuhrungsform des Schwingungsdämpfers entsprechend der Erfindung ist in Figur 2A dargestellt. Entsprechend dieser Figur hat der Tragteil einen mittleren Ring 38 mit zwei Serien von im Kreis angeordneten Bohrungen 40, 42, welche zur Befestigung des Tragringes mittels Bolzen (nicht dargestellt) an der Rotornabe 10 dienen. Ein längerer radialer Arm 44 ragt von dem Ring 38 weg und endet im freien Ende 26a, entsprechend dem Ende 26 in Figur 2, des bifilaren Dämpfers.

Vor dieser Erfindung waren die bifilaren Dämpfer für Hubschrauberrotore ausgelegt zum Betrieb mit einer Amplitude von etwa - 30° bei Entwurffluggeschwindigkeit. Dies ist in der Kurve der Figur dargestellt. Infolge der nicht linearen Eigenschaft des Pendels nimmt die Eigenfrequenz ab falls die Amplitude steigt. Um eine

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- Ve.

Unterabstimmung bei Fluggeschwindigkeiten unterhalb der Entwurfgeschwindigkeit zu vermeiden, wurden die bifilaren Dämpfer ursprünglich überabgestimmt. Dies wird vorgenommen durch Vergrösserung des Durchmessers der Abstimmstifte 32 und führt zu dem in Figur 4 dargestellten Verhalten. Durch die Überabstimmung erhält man Unterschiede in der Amplitude und in der Phase zwischen den

Bewegungen sämtlicher bifilaren Massen des Rotors bei allen Fluggeschwindigkeiten mit Ausnahme derjenigen Fluggeschwindigkeit, wo eine ausreichende Erregerkraft vorliegt, um sämtliche bifilaren Massen bis in eine Amplitude auszuschwenken, für welche keine Uberabstimmung vorliegt. Dies ist in Figur 5 dargestellt, wo die Pendelamplitude in Abhängigkeit der Eigengeschwindigkeit aufgetragen ist.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführung nach den Figuren 1 und 2 ist dadurch bedingt, dass das bifilare Pendel eine harmonische Kraft zweiter Ordnung erzeugt, die, falls die Pendelbewegungen nicht alle gleich sind, in das feste Flugwerk, einschliesslich des Rumpfes, des Hubschraubers übertragen werden mit einer Harmonischen der Rotorgeschwindigkeit weniger, d.h.

w Pendel = 3/rev.

2te Harmonische = 6/rev.

Erregung des festen Flugwerkes 5/rev, wo w die Abstimmfrequenz des bifilaren Dämpfers ist. Durch die vorliegende Erfindung werden die Schwierigkeiten vermieden,welche durch die Überabstimmung und die dadurch bedingten zweiten harmonischen Kräfte auftreten, durch einen bifilaren Schwingungsdämpfer bei welchem die Amplitude der bifilaren Massen auf Winkel von ^ - 15° beschränkt ist, um dadurch die Überabstimmung des bifilaren Schwingungsdämpfers herabzusetzen zwecks Verbesserung seiner Wirkungsweise bei allen Geschwindigkeiten, siehe Figur 5, und zur Herabsetzung der ungleichen Bewegungen der Massen sowie der dadurch bedingten Schwingungen zweiter Ordnung.

Der bifilare Dämpfer wird zuerst bemessen, um die erforderliche Masse zu bestimmen zwecks Dämpfen einer Erregerkraft bei einer Bewegung von - 30 Amplitude. Der Tragarm der bifilaren Masse wird dann verlängert um die Bewegung auf - 15 herabzusetzen ohne Verkleinerung der Masse.

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Die Verlängerung des Tragarmes für die bifilare Masse entspricht etwa einer Verdopplung der Länge des Armes im Vergleich zu der Ausführung nach Figur 1. Auf diese Weise ist keine Überabstimmung erforderlich, man erhält gleiche Pendelbewegungen für die verschiedenen Massen und die harmonischen Kräfte zweiter Ordnung werden wesentlich herabgesetzt. Die Figur 8 zeigt in graphischer Darstellung die Vorteile der Erfindung, vergleiche hierzu die Darstellung nach Figur 5 für ein bekanntes Ausführungsbeispiel der : bifilaren Dämpfer.

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Claims

PATENTANSPRUECHE.

]..) Bi f i larer Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauber mit einem Rumpf und einem Rotor, wobei der Schwingungsdämpfer einen am Rotor angeordneten radialen Tragarm und eine Pendelmasse aufweist, die am freien Ende des Tragarmes angeordnet ist, und wobei die Pendelmasse ein Gewicht aufweist zum Dämpfen einer Erregerkraft bei Entwurffluggeschwindigkeit und einer Pendelamplitude von - 30°, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelmasse an einem Tragarm angeordnet ist, der eine solche Länge aufweist, dass der Dämpfer in dem linearen Bereich arbeitet bei einer Pendelamplitude von ± 15°.
2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betrieb des Dämpfers bei einer Pendelamplitude von - 15 die Länge des Tragarmes etwa das Doppelte der Länge eines Tragarmes XSt_x der die Pendelmasse trägt zum Betrieb bei einer Pendelamplitude von - 30° bei Entwurffluggeschwindigkeit.

ORIGINAL INSPECTED 70 9823/0249