DE2645980C2

DE2645980C2 - Bifilarer Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE2645980C2
Application number: DE2645980A
Authority: DE
Inventors: Irwin Jeffrey Kenigsberg; William Francis Trumbull Conn. Paul
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-11-20
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1986-07-31
Also published as: CH605252A5; US4057363A; NL7611834A; BR7607360A; IL50685A; GB1516567A; IL50685A0; US4083654A; JPS6235680Y2; JPS61163799U; CA1062226A; FR2332176A1; FR2332176B1; DE2645980A1; IT1064390B; JPS5264798A

Description

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Die Erfindung betrifft einen bifilaren Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauberrotor, wobei der Schwingungsdämpfer einem am Rotor befestigten radialen Tragarm und eine an dessen freiem Ende angeordnete Pendelmasse aufweist, die so gewählt ist, daß sie Erregerkräfte bei Entwurffluggeschwindigkeit durch eine Pendelbewegung mit einer Amplitude von ± 30° dämpft.

Es sind bereits bifilare Schwingungsdämpfer für Hubschrauberrotoren bekannt, die für eine Pendelbewegung von etwa ± 30° bei Entwurffluggeschwindigkeit ausgelegt wurden. Um eine geringe 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 2ß„-l, wobei Q_n die Abstimmfrequenz des bifilaren Dämpfers bei Entwurffluggeschwindigkeit ist.

In der US-PS 35 40 809 ist ein bekannter bifilarer Dämpfer für einen Hubschrauberrotor beschrieben.

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

Darüber hinaus schafft die Erfindung einen bifilaren Schwingungsdämpfer, wobei die Bewegungen der bifilaren Massen in einem linearen Bereich bleiben, ohne daß das Verhältnis der Masse des Schwingungsdämpfers zu der Masse des Flugwerks verringert wird, wobei dieses Massenverhältnis die Wirksamkeit des bifilaren Schwingungsdämpfers wesentlich bestimmt.

Entsprechend der Erfindung wird der Abstand der Masse des bifilaren Schwingungsdämpfers von der Drehachse vergrößert, ohne seine Masse zu verkleinern, um die Überabstimmung durch begrenzen der Amplitude der bifilaren Massen auf Winkel kleiner als ± 15 ° zu verringern.

Die US-PS 35 40 809 zeigt, daß der Bifilardämpferradius bei gleichzeitiger Halbierung der Masse verdoppelt werden kann, um die gleiche Dämpfungskraft ohne eine Verringerung der Bewegungsamplitude zu erzeugen. Jedoch ist der Schwingungsdämpfer ohne eine Verringerung der Bewegungsamplitude der bifiiaren Masse weiterhin überabgestimmt und ruft dementsprechend unerwünschte Schwingungen zweiter Ordnung hervor, und die Wirksamkeit des Schwingungsdämpfers ist 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 festgelegt, welche erforderlich sind, um Erregerkräfte bei Pendelamplituden von etwa ± 30° zu dämpfen. Diese bifilare Masse wird dann - um die Pendelbewegung bei Aufrechterhaltung der gleichen Dämpfungskraft zu halbieren - an einem Tragarm angeordnet, der doppelt so lang ist wie der vorherbestimmte Arm. Da bei dieser kleineren Amplitude die Bewegungen der bifilaren Massen sich in dem linearen Bereich befinden, ist eine Überabstimmung, mit der unvermeidlichen Erregerschwingung zweiter Ordnung, beseitigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden ausführlicher beschrieben, es zeigt

Fig. 1 eine teilweise Draufsicht eines Hubschrauberrotors mit bekanntem bifilarem Schwingungsdämpfer,

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

Fig. 2A eine Schnittansicht, in größerem Maßstab, zur Darstellung eines Tragarmes für einen Schwingungsdämpfer entsprechend der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Pendelamplitude in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit für den Dämpfer nach Fig. 1,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Überabstimmung des bifilaren Dämpfers in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit für die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Pendelamplitude für den Dämpfer nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Eigengeschwindigkeit des Hubschraubers mit vier bifilaren Schwingungsdämpfern,

Fig. 6 eine graphische Darstellung Pendelamplitude in Abhängikeit von der Eigengeschwindigkeit des Hubschraubers für einen Dämpfer entsprechend Fig. 2,

Fig. 7 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Resterregung in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit für die Fig. 1 und 2,

Fig. 8 eine graphische Darstellung entsprechend Fig. 5 für einen bifilaren Dämpfer in einem Amplitudenbereich bis 15° und

Fig. 9 die Pendelamplitude in Abhängigkeit von der 2. harmonischen Erregung.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Hubschrauberrotor mit einem Rotorkopf 10, der um eine Achse 12 rotiert. Der Rotorkopf hat einen Tragteil 14 für mehrere bifilare

Schwingungsdämpfer 16. Zwei dieser Dämpfer sind in Fig. 1 dargestellt. Das Tragteil 14 hat einen mittleren Ring W, der mit nach unten weisenden Ansätzen 20 versehen ist. Die Ansätze dienen der Befestigung des Tragteils 14 am Rotorkopf 10 mittels eines Bolzens 22. Der Ring 18 hat mehrere radiale Arme 24, welche am freien Ende 26 bifilare Dämpfer aufweisen. Jeder dieser Dämpfer besteht im wesentlichen aus einem Pendel mit einer Masse 28 und mit einem oberen und einem unteren Schenkel. In Fig. 1 ist lediglich der obere Schenkel 30 dargestellt. Das frei Ende 26 des Armes 24 ragt zwischen die Schenkel des Pendels. Die Arme der Masse 28 und das freie Ende 26 des Annes 24 haben große, im wesentlichen kreisförmige Öffnungen 30a, durch welche die Abstimmstifte 32 des Dämpfers ragen. Die Öffnungen 30a sind mit Buchsen 34, siehe Fig. 2, versehen, in welchen die Stifte 32 abrollen, wenn das Pendel hin- und herschwingt.

Die bevorzugte Ausführungsform des Schwingungsdämpfers entgsprechend der Erfindung ist in F15. 2A dargestellt. Entsprechend dieser Figur hat der Tragteil 14 einen mittleren Ring 38 mit zwei Serien von im Kreis angeordneten Bohrungen 40, 42, welche zur Befestigung des Tragrings mittels Bolzen (nicht dargestellt) an dem Rotorkopf 10 dienen. Ein längerer radialer Arm 44 ragt von dem Ring 38 weg und endet im freien Ende 26a, entsprechend dem freien Ende 26 in Fig. 2, des bifilaren Dämpfers.

Es ist bekannt, bifilare Dämpfer für Hubschrauberrotoren zum Betrieb mit einer Amplitude von etwa ± 30° bei Entwurffluggeschwindigkeit auszulegen. Dies ist in der Kurve in Fig. 3 dargestellt. Infolge der nichtlinearen Eigenschaft des Pendsels nimmt die Eigenfrequenz ab, wenn die Amplitude steigt. Um eine Unterabstimmung bei Fluggeschwindigkeiten unterhalb der Entwurffluggeschwindigkeit zu vermeiden, wurden die bifilaren Dämpfer ursprünglich überabgestimmt. Dies wird durch Vergrößerung des Durchmessers der Abstimmstifte 32 erreicht und führt zu dem in Fig. 4 dargestellten Verhalten. Durch die Überabstimmung ergeben sich Unterschiede in der Amplitude und in der Phase zwischen den Bewegungen sämtlieher bifilaren Massen des Rotors für alle Fluggeschwindigkeiten mit Ausnahme derjenigen Fluggeschwindigkeit, bei der eine ausreichende Erregerkraft vorliegt, um sämtliche bifilaren Massen bis in eine Amplitude auszuschwenken, für die keine Überabstimmung vorliegt. Dies ist in Fig. 5 dargestellt, wo die Pendelamplitude in Abhängigkeit von der Eigengeschwindigkeit aufgetragen ist.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführung nach den Fig. 1 und 2 ist dadurch bedingt, daß das bifilare Pendel eine harmonische Kraft zweiter Ordnung erzeugt, die, wenn die Pendelbewegungen nicht alle gleich sind, in das feste Flugwerk und den Rumpf des Hubschraubers mit einer Harmonischen der Rotorgeschwindigkeit -veniger übertragen wird, d. h. wenn Q_n Pendel = 3/cu, ergibt sich 2te Harmonische = 61 ω.

Die Erregung des festen Flugwerks beträgt dann 5/eo, wobei Q_n die Abstimmfrequenz des bifilaren Dämpfers ist. Durch die vorliegende Erfindung werden diese Schwierigkeiten durch einen bifilaren Schwingungsdämpfer, bei dem die Amplitude der bifilaren Massen auf Winkel von äS ± 15° beschränkt ist, vermieden, welche Schwierigkeiten sonst durch die Überabstimmung und die dadurch bedingten zweiten harmonischen Kräfte auftreten. Durch die Verringerung der Überabstimmung des bifilaren Schwingungsdämpfers wird eine Verbesserung seiner Wir- <ö kungsweise für alle Geschwindigkeiten, siehe Fig. 5, und durch Verringerung der ungleichen Bewegungen der Pendelmassen und der damit verbundenen Schwingungen zweiter Ordnung erreicht.

Der bifilare Dämpfer wird so bemessen, daß die erforderliche Pendelmasse zum Dämpfen einer Erregerkraft bei einer Amplitudenbewegung von ± 30° abgestimmt ist. Der Tragarm der bifilaren Masse wird dann verlängert, um die Amplitiidenbewegung auf ± 15° bei unveränderter Masse herabzusetzen.

Die Verlängerung des Tragarmes für die bilifare Masse entspricht dabei etwa einer Verdoppelung der Länge des Armes um Vergleich zu der Ausführung nach Fig. 1. Auf diese Weise erfolgt keine Übereinstimmung, und man erhält gleiche Pendelbewegungen für die verschiedenen Massen, und die harmonischen Kräfte zweiter Ordnung werden darüber hinaus wesentlich herabgesetzt. Fig. 8 zeigt in graphischer Darstellung die Vorteile der Erfindung im Vergleich zu der in Fig. 5 gezeigten Darstellung für ein bekanntes Ausführungsbeispiel der bifilaren Dämpfer

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bifilarer Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauberrotor, mit einem am Rotorkopf angeordneten radialen Tragarm, an dessen freien Ende eine Pendelmasse angeordnet ist, deren Gewicht so bemessen ist, daß sie Erregerkräfte bei Entwurffluggeschwindigkeit durch eine Pendelbewegung gegenüber der Rotorebene mit einer Amplitude von ± 30° dämpft, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe Pendehaasse (28) an einem Tragarm (44) angeordnet ist, dessen Länge so vergrößert ist, das der bifüare Schwingungsdämpfer bei einer Pendelamplitude, die bei der Entwurffluggeschwindigkeit ±15° nicht übersteigt, in einem linearen Bereich arbeitet.

2. Bilifaier Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb bei einer Pendelamplitude von ± 15° die Länge des Tragarms (44) etwa das Doppelte derjenigen Länge des Tragarms (24) beträgt, der die Pendelmasse (28) zum Betrieb bei einer Pendelamplitude von ± 30° bei Entwurffluggeschwindigkeit trägt

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