DE2645981A1

DE2645981A1 - Bifilarer schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE2645981A1
Application number: DE19762645981
Authority: DE
Inventors: Edward Sterling Carter; Irwin Jeffrey Kenigsberg
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-11-13
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1977-05-26
Also published as: CA1064455A; US3988074A; IL50684A0; GB1522058A; JPS5925719B2; NL7611833A; IL50684A; BR7607361A; DE2645981C2; FR2331480B1; IT1064381B; JPS5262897A; CH605251A5; FR2331480A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Eiubschrauber, in welchen Schwingungen in der Ebene des Rotors auf den Hubschrauberrumpf übertragen werden und dort unerwünschte Vibrationen in der Pilotenkanzel sowie in dem Passagierabteil hervorrufen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen verbesserten bifilaren Dämpfer, der vom Hubschrauberrotor zur Rotation mit demselben getragen wird.

Aus der US Patentschrift 3.540.809 ist ein Hubschrauber mit bifilaren Dämpfern bekannt. Entsprechend dieser Druckschrift haben die bifilaren Schwingungsdämpfer einen Pendel oder ein Gegengewicht am Ende eines Armes, der sich von der Rotornabe in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors erstreckt. Das Gegengewicht eines jeden Dämpfers ist an seinem Tragarm mittels Stifte angeordnet, die durch grössere Oeffnungen in dem Tragarm und in dem Gegengewicht des Dämpfers ragen. Diese Stifte gewährleisten eine rollende Pendelbewegung zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Gegengewicht und seinem Tragarm. Bei einem bifilaren Schwingungsdämpfer kann eine zu starke innere Reibung zwischen dem Gegengewicht und seiner Tragvorrichtung die Wirksamkeit des Dämpfers vollständig aufheben und, um eine Flächenberührung zwischen den Seiten des Gegengewichtes und den benachbarten Flächen des Tragarmes zu vermeiden, sind entsprechend der US Patentschrift 3.54O.8O9 abgeschrägte Ringe zwischen diesen benachbarten Flächen vorgesehen, welche Ringe die innere Reibung herabsetzen sollen. Diese Ringe haben sich als nützlich erwiesen, sie können jedoch die Reibung nicht vollständig beseitigen, um einen zufriedenstellenden Komfort für die Besatzung und die Passagiere des Hub-

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schraubers zu erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin einen verbesserten bifilaren Schwingungsdämpfer zu schaffen, um Schwingungen in der Ebene des Hubschrauberrotors zu unterdrücken, so dass sie nicht auf den Rumpf übertragen werden können.

Es sind wenigstens drei verbesserte bifilare Schwingungsdämpfer entsprechend der Erfindung vorgesehen, welche mit dem Hubschrauberrotor drehen zur Unterdrückung der Schwingungen in der Ebene des Rotors. Der Verstärkungsfaktor der bifilaren Dämpfer wird sehr hoch gehalten durch Vermeidung einer Flächenberührung zwischen den relativ zueinander beweglichen Bauteilen des Dämpfers. Dies erreicht man durch eine berechnete Neigung nach unten des radialen Dämpf ertragarmes. Der Neigungsgrad ist derart ausgewählt^ dass die resultierende der am Pendel des Dämpfers angreifenden Zentrifugalkraft und des Gewichtes des Pendels senkrecht zu den schrägen Stiften des Dämpfers gerichtet ist. Auf diese Weise wird die resultierende Kraft vollständig über die Rollstifte des Dämpfers übertragen und die erwähnte,störende innere Reibung ist beseitigt.

Auf diese Weise erhält man die Vorteile , dass die Besatzung des Hubschraubers nicht gestört und die Passagiere nicht belästigt werden und man hat auch keine Einwirkung der Vibrationen auf die Festigkeit der Bauteile des Hubschraubers zu befürchten.

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

Figur 1 eine teilweise Darstellung in Draufsicht eines bekannten Hubschrauberrotors mit bifilaren Schwingungsdämpfern.

Figur 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 nach Figur 1.

Figur 3 einen Schnitt längs der Linie 2-2 nach Figur 1, wobei jedoch der Schwingungsdämpfer in seiner Betriebsstellung eingezeich net ist.

Die Figuren 4 und 5 schematische Darstellungen zur Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise des verbesserten bifilaren

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Schwingungsdämpfers.

Figur 6 den nach unten abgewinkelten Dämpfertragarm.

Der Neigungswinkel ist sehr gering und ist deshalb nur in den Figuren 5 und 6 dargestellt.

Die Figur 1 zeigt einen Teil eines Hubschrauberrotors■10, welcher am oberen Ende einer Antriebswelle 11 zur Rotation um die Achse 12 befestigt ist. Der Rotor hat einen inneren Teil, oder eine Nabe 14 mit mehreren in Radialrichtung verlaufenden Armen, oder Platten 16 an welchen Rotorblätter 18 mittels einer Hülsen- und Spindelanordnung 20 befestigt sind.

Die Schwingungsdämpfer 22 sind an der Nabe 14 befestigt und sind deshalb mit dem Rotor 10 drehbar. Jeder Schwingungsdämpfer 22 hat einen Tragteil 24 , der aus einem mittleren Ring 26 besteht, welcher konzentrisch inbezug auf die Achse 12 angeordnet ist. Arme 28 ragen von dem Ring 26 radial nach aussen und sind in Umfangsrichtung um den Ring 2 6 in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Ansätze 30 ragen nach unten vom Ring 26 des Tragteiles 24 und sind an der Platte 16 mittels Bolzen 32 festgeschraubt. Der Tragteil 24 der Schwingungsdämpfer 22 ist dementsprechend mit der Nabe 14 drehbar.

Ein bifilarer Schwingungsdämpfer entsprechend unserem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich am äusseren Ende eines jeden Armes 28 des Tragteiles 24. Der Ring 26 des Tragteiles 24 , welcher die Dämpfer trägt liegt in einer zur Achse 12 senkrechten Ebene. Die Arme 28 des Tragteiles 24 sind jedoch entsprechend der Erfindung in geringem Masse nach unten aus der Ebene des Ringes 26 abgewinkelt, wie im späteren ausführlicher beschrieben wird. Der Neigungswinkel ist sehr klein und ist nur in den Figuren 5 und 6 dargestellt.

Die Figur 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 nach Figur 1. Die Dämpfer 34 befinden sich während dem Betrieb nicht in der in Figur 2 dargestellten Lage. Die Figur 2 dient nur zum Zwecke der Beschreibung, da in dieser Figur der Aufbau des Dämpfers sehr deutlich dargestellt ist. Der radial nach aussen weisende

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Arm 28 des Tragteiles 24 hat im wesentlichen, kreisförmige Oeffnungen 36, welche mit Buchsen 38 versehen sind. Es sind zwei solcher mit Buchsen versehenen Oeffnungen in jedem Arm 28 vorgesehen da der Pendel oder das Gewicht 40 an dem Tragteil 24 mittels zwei Rollstiften 42 und 44 angeordnet ist. In der Figur 2 ist nur der Rollstift.44 dargestellt. Der Rollstift 24 ist dem Rollstift 42 identisch und der Rollstift 42 ist in gleicher Weise am Tragteil 24 befestigt.

Der Pendel 40 ist im Schnitt U-förmig und hat zwei Seitenplatten 46, 48, welche über den llauptteil 50 miteinander verbunden sind. Eine Seitenplatte ragt über den Arm 28 und die andere ragt unter den Arm 28. Die Seitenplatten 46, 48 haben im wesentlichen kreisförmige Oeffnungen 52, 54_;weJche im wesentlichen den gleichen Durchmesser als die Oeffnung 36 aufweisen. In diesen Oeffnungen können Führungshülsen 56, 58 bzw. 38 angeordnet sein. Der Rollstift 44 ragt durch die Oeffnungen 52, 54 in den Seitenplatten 46, 48 und durch die Oeffnung 36 in dem Arm 28 des Tragteiles 24. Der Rollstift dient zur Verbindung des Pendels 40 mit dem Tragteil 24 und kann in den Buchsen 56, 58 und 38 rollen. Der Rollstift 4 4 besteht aus einem Bolzen 60, der an einem Ende eine Mutter 62 aufweist, um die abgeschrägten Ringe 64, 66 und die ringförmigen Abstandsstücke 68, 70 und 72 einzustellen.

In der Figur 3 ist der bifilare Dämpfer in seiner Betriebsstellung dargestellt , welche er einnimmt bei Rotation mit dem Rotor um die Achse 12. In dieser Lage ist das Gegengewicht 40 infolge der Zentrifugalkraft nach aussen verstellt und über die Rollstifte 42, 44 am Tragteil 24 festgehalten. Durch die rollende Pendelbewegung zwischen dem Gegengewicht 40 und dem Tragteil 24 erhält man die Unterdrückung der Schwingungen.

Abgeschrägte oder kegelförmige Ringe 64, 66 sind vorgesehen, um die Flächenberührung zwischen den Flächen der Seitenplatten 46, und den zugewandten Flächen des Tragteiles 24 herabzusetzen, um die Reibung an diesen Stellen zu verringern. Falls diese Ringe nicht vorgesehen wären, so würde durch die Reibung der Verstärkungsfaktor des Dämpfers herabgesetzt werden und er wäre fast nutzlos. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sogar trotz der Anordnung

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dei Ringe noch eine Gleitberührung auftritt infolge des Gewichtes des Pendels 40, welches gegen die Nabenbereiche der Ringe wirkt. Dadurch wird die Wirksamkeit der Dämpfer herabgesetzt.

Durch die- Merkmale der Erfindung wird die innere Reibungsberührung in dom Dämpfer vollständig vermieden. Der innere Ring 26 des Tragteiles 24 liegt in einer zur Drehachse 12 senkrechten Ebene und wie in Figur 5 dargestellt ist sind die vom Ring 26 radial nach aussen ragenden Arme 28 nach unten abgewinkelt. Die Figur 4 zeigt die bekannte Ausführung wobei die Arme in der Ebene des Ringes liegen, wie auch in der US Patentschrift 3.540.809 dargestellt ist. Die Figure 5 zeigt den Dämpfer entsprechend der Erfindung, wobei der Neigungswinkel der Arme 28 stark übertrieben dargestellt ist.

in der Figur 4 , wobei eine der beiden Rollstifte eines Dämpfers 22 dargestellt ist ruht die bifilare Masse 50 mit ihrem Gewicht auf den beiden kegelförmigen Ringen in der Nähe ihrer Naben. Durch die Abschrägung dieser Ringe wird die Berührungsfläche herabgesetzt ,jedoch wird gleichzeitig der Druck an der kleineren Berührungsstelle erhöht. Versuche Hessen erkennen, dass trotz der Anordnung' der abgeschrägten Ringe noch eine starke Reibungsberührung an der kleineren Berührungsstelle vorlag wodurch die Wirksamkeit der bifilaren Dämpfer sehr stark beeinflusst wurde. Durch Entlasten der Scheiben von dem Gewicht der Masse 5O kann der Reibungswiderstand in dem Dämpfer vollständig aufgehoben werden.

Entsprechend der Figur S wird dies vorgenommen durch Neigen des bifilaren Dämpfers 22 nach unten. Hierzu wird der Tragarm inbezug auf den mittleren Ring 26 nach unten abgewinkelt um den gesamten Dämpfer 34 nach unten zu neigen. Zur Bestimmung des Neigungsgrades wird das Gewicht der Masse 50 berechnet_/ um den Verstärkungsfaktor des Dämpfers bei einer bestimmten Drehzahl des Rotors, üblicherweise bei der Reisefluggeschwindigkeit des Hubschraubers, zu erhalten. Dann liegt auch die Zentrifugalkraft fest welche auf die Masse 50 wirkt, diese Kraft C greift senkrecht zur Achse 12 an und das Gewicht W wirkt nach unten. Die Grosse und Richtung der resultierenden Kraft R kann nun bestimmt werden. Die Kraft R bildet einen Winkel θ mit der horizontalen Ebene. Der Winkel

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θ kann rechnerisch bestimmt werden durch die Formel θ -tan"^{1 W} oder Θ = tan"¹

tan

LiI

Darin sind W das Gewicht des Pendels 50, L der Abstand von der Drehachse des Rotors bis zu dem Schwerpunkt der Pendelmasse, g die Erdbeschleunigung und -O- die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors.

Infolge der Neigung des Dämpfers 22 sind die Achsen der Rollstifte 42, 44 senkrecht zur Richtung der resultierenden Kraft R und sämtliche am Dämpfer 22 infolge seiner Rotation um die Rotorachse 12 und infolge der Schwerkraft angreifenden Kräfte werden durch die Rollstifte 42, 44 übertragen, so dass der Pendel 50 nicht gegen die konischen Scheiben drückt. Da zwischen den Rollstiften 42, 44 und den Führungshülsen oder Büchsen in den beiden Oeffnungen des Armes 28 und den Seitenplatten 46 und 48 eine rollende Berührung vorliegt und die resultierende Kraft senkrecht zu den Rollstiften ist erhält man keine Kraft senkrecht in Richtung auf die konischen Scheiben, wodurch eine Reibung auftreten würde. Es ergibt sich desweiteren keine wesentliche Vergrösserung der Hertz belastung an den bifilaren Buchsen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiegt jede Masse 50 11,3 kg und der Neigungswinkel beträgt 1 - 26' - 8 - 5¹. Wegen des geringes Neigungswinkels der Arme 28 ist die Neigung der bifilaren Schwingungsdämpfer nur in den Figuren 5 und 6 stark übertrieben dargestellt.

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Claims

PATENTANSPRUECHE .

l.JBifilarer Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauberrotorkopf,

ft einem Tragteil,der am Hubschrauberrotorkopf zu befestigen ist zur Rotation in einer zur Rotordrehachse senkrechten Ebene und wobei mehrere Arme sich radial nach aussen von dem Tragteil erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Arm aus der Ebene des Tragteiles nach unten abgewinkelt ist.
2. Dämpfer nach Anspruch 1, mit je einem über Rollstifte an jedem Arm angelenkten' Pendel, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Arme derart festgelegt ist, dass die Resultierende aus dem Gewicht des Pendels und der am Pendel angreifenden Zentrifugalkraft senkrecht zu den Rollstiften gerichtet ist.
3. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Arme durch die Formel

— bestimmt ist-dabei sind W das Gewicht

des Pendels und CF. das Produkt aus dem Quadrat der Drehzahl und dem Abstand von der Rotordrehachse zum Schwerpunkt des Pendels sowie aus der Masse des Pendels.

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