DE2753892A1

DE2753892A1 - Trag- und schwingungsdaempfungssystem fuer den rotor und die kraftuebertragungseinheit eines hubschraubers

Info

Publication number: DE2753892A1
Application number: DE19772753892
Authority: DE
Inventors: Larry Bruce Eastman; Irwin Jeffrey Kenigsberg
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1976-12-09
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1978-06-15
Also published as: CA1066683A; DK547677A; CH624899A5; US4111386A; NO142515C; EG13105A; AU511090B2; IL53523A; BR7708151A; PL119849B1; NL7713561A; PL202794A1; NO142515B; FR2373443A1; BE861601A; IT1088385B; JPS5378598A; AU3116877A; GB1563166A; NO774171L

Description

Trag- und Schwlngungsdämpfungssystem für den Rotor
und die Kraftübertragungseinheit eines Hubschraubers

Die Erfindung betrifft ein Trag- und Schwingungsdämpfungssystem für den Rotor und die Kraftübertragungseinheit
eines Hubschraubers mit einem Haupthubrotor,der durch die Kraftübertragungseinheit abgestützt ist und um eine Drehachse in Drehung versetzt wird.

Die Erfindung befaßt sich also mit dem Abstützen von Hubschrauberrotoren und -kraftübertragungseinhe1ten gegenüber dem Hubschrauberrumpf und insbesondere mit Systemen, bei welchen mehrere elastomere Halterungen selektiv positioniert

809824/0691

und fokussiert (d. h. eingestellt)sind und eine ausgewählte Steifigkeit haben, so daß ohne Hilfe eines anderen Mechanismus diese Halterungen für die Systemsteifigkeit sorgen, eine Drehmoment- und Hub- oder Auftriebssteifigkeit erzeugen und die Nick- und Rolleigenfrequenzen der Kraftübertragungseinheit des Hubschraubers aus der Resonanzlage bezüglich einer Blattdurchgangsfrequenz bringen.

Es sind Tragsysteme für die Hubschrauberkraftubertragungseinheit bekannt, welche die Nick- und Rollachsen fokussieren, vgl. z. B. die US-PS'en 3 858 831, 3 163 378, 3 921 940 und 2 761 638. Diese bekannten Systeme sind aber mechanisch kompliziert, schwer und teuer, weil sie außer den Aufhängesystetnhalterungeii zusätzliches Gerät zum Erzielen der Giersteifigkeit, der Nick- und Rollsteifigkeit sowie Vorrichtungen zur Bewegungsbegrenzung und das Festsetzen der Systemdynamik erfordern.

Die Erfindung schafft ein Trag- und Schwingungsdämpfungssystem für den Rotor und die Kraftübertragungseinheit eines Hubschraubers, das mehrere elastomere Halterungen enthält, die die Kraftübertragungseinheit gegenüber dem Rumpf abstützen und in ausgewählter Weise positioniert, fokussiert und hergestellt sind, so daß diese Halterungen allein eine ausgewählte Roll- und Nicksteifigkeit des Systems, eine Drehmomentsteifigkeit und eine Hubsteifigkeit erzeugen und die Systemeigenfrequenzen ausreichend weit unter die Blattdurchgangsfrequenz verlegen, um das Ansprechen des Rumpfes auf Kräfte und Momente, die durch

809824/0691

den Hubschrauberrotor ausgeübt werden, zu minimieren.

Das System nach der Erfindung 1st so ausgebildet, daß es eine Rollachse hat, die sich in Längsrichtung des Hubschraubers erstreckt und vorzugsweise oberhalb der Kraftübertragungseinheitbasis angeordnet ist, und eine Nickachse, die sich quer zu dem Rumpf erstreckt und unterhalb der Kraftübertragungseinheitbasis angeordnet ist, so daß allein die so positionierten und fokussierten Halterungen für die Systemgiersteifigkeit sorgen.

Gemäß der Erfindung können die elastomeren Halterungen so positioniert und fokussiert sein, daß eine DifferenzsteifIgkeit in orthogonalen Richtungen in den Halterungen erforderlich ist und erzeugt wird und sich dadurch die erforderliche Nick- und Rollsteifigkeit des Systems ergibt.

In dem System nach der Erfindung ist die Nickachse so ausgewählt, daß sich ein geringes Zellenansprechvermögen und ein maximales Rotorkopftranslationsansprechvermögen ergeben, die einen wirksamen Betrieb von RotorkopfStoßdämpfern sicherstellen.

Erfindungsgemäß sind die elastomeren Halterungen so positioniert und fokussiert, daß sich die Systemdrehmomentsteifigkeit durch Elastomerkompression innerhalb der elastomeren Halterungen ergibt.

809824/0691

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Schaffung eines Dämpfungssystems, in welchem die elastomeren Halterungen allein für die Systemgiersteifigkeit sorgen, so daß kein zusätzlicher Giersteifigkeitsmechanismus erforderlich ist.

Weiter schafft die Erfindung ein System, in welchem die elastomeren Halterungen selbst Anschläge bilden, die eine übermäßige Bewegung zwischen der Kraftübertragungseinheit und dem Rumpf begrenzen, welche sonst infolge von scharfen Manövern auftreten würden.

In dem System nach der Erfindung beseitigen die elastomeren Halterungen einen Metall-zu-Metall-Kontakt an der Schnittstelle zwischen der Kraftübertragungseinheit und dem Rumpf, wodurch sie zwischen diesen die Übertragung von hochfrequenten Schal!schwingungen reduzieren und demgemäß das Geräusch im Innern des Flugzeuges vermindern.

In dem System nach der Erfindung sind die Nick- und Rollachsen des Systems sowie die Steifigkeit der elastomeren Halterungen so gewählt, daß die Eigenfrequenz des Aufhängesystems ausreichend weit unterhalb der Blattdurchgangsfrequenz liegt, um die Nick- und Ro11schwingungsmoden der Hubschrauberkraftübertragungseinheit gegenüber der Blattdurchgangsfrequenz zu verstimmen und eine Resonanz zu verhindern, wodurch ein Minimum an Rumpfansprechvermögen auf Blattdurchgangsfrequenzkräfte und -momente in der Rotorebene, die der Rotor auf den Hubschrauber ausübt,

809824/0691

gestattet werden. In dem System nach der Erfindung wird die Systemeigenfrequenz durch die Positionen der RoIl- und Nickachsen und die Nick- und Rollsteifigkeit der elastomeren Halterungen bestimmt und außerdem wird die Systemdrehmomentsteifigkeit durch das ausgewählte Positionieren der Nick- und Rollachsen und durch die Drucksteifigkeit der elastomeren Halterungen bestimmt.

In dem System nach der Erfindung sind die elastomeren Halterungen nur so weit vorbelastet, daß sie in ihrem gesamten Betriebsbereich unter Druckbelastung gehalten werden und frei von Zugbelastung sind.

Schließlich schafft die Erfindung ein Aufhängesystem, in welchem die benutzten flexiblen Halterungen dazu verwendet werden können, die Zellendynamik so abzustimmen, daß das Ansprechvermögen auf eine Anregung durch den Rotor minimiert wird, und welches insbesondere für eine Verwendung in Verbindung mit Rotorschwingungsdämpfern in der Rotorebene, die zur Reduzierung von Rotoranregungen dienen, geeignet ist.

Die Erfindung schafft also, kurz zusammengefaßt, ein Trag- und Schwingungsdämpfungssystem für den Rotor und die Kraftübertragungseinheit eines Hubschraubers, in welchem die Kraftübertragungseinheit an dem Rumpf durch mehrere elastomere Halterungen abgestützt ist, die in ausgewählter Weise so positioniert und fokussiert sind, daß eine Systemrollachse und eine Systemnickachse auf

809824/0691

entgegengesetzten Seiten der elastomeren Halterungen festgelegt werden, wobei diese elastomeren Halterungen eine ausgewählte Steifigkeit haben, um eine ausgewählte Rollsteifigkeit des Systems festzulegen, um die Eigenfrequenzen des Systems ausreichend weit unter die Blattdurchgangsfrequenz zu verlegen, damit das Ansprechvermögen des Rumpfes auf Kräfte und Momente, die durch den Hubschrauberrotor ausgeübt werden, minimal ist, und um eine ausgewählte Drehmomentsteifigkeit und Hubsteifigkeit für das System bereitzustellen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des

Aufhänge- und Schwingungsdämpfungssystems, das die Kraftübertragungseinheit und den Rotor eines Hubschraubers an dem Rumpf eines Hubschraubers abstützt,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen

solchen Hubschrauber, die ein Muster der Aufhängungspositionierung des Aufhängesystems veranschaulicht,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen

Hubschrauber, die ein zweites mögliches Muster der Halterungspositionierung des Aufhängesystems zeigt,

809824/0691

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine der elasto-

meren Halterungen, die in dem Aufhängesystem benutzt werden,

Fig. 5 eine Darstellung des Kraftübertragungs-

einheit- und Rotoraufhängesystems im RoI!betriebszustand,

Fig. 6 eine Darstellung des Kraftübertragungs-

einheit- und Rotoraufhängesystems im Nickbetriebszustand,

Fig. 7 eine Darstellung eines einzelnen elasto-

meren Laminats von einer der elastomeren Halterungen, das so orientiert ist, das es bei Bedarf unterschiedliche Nick- und Rollscherungssteifigkeit erzeugt,

Fig. 8 ein Diagramm, in welchem die Fehlaus

richtung der Motorantriebswelle über der Nickfokalwasserlinie aufgetragen ist,

Fig. 9 ein Diagramm, in welchem die Aufhänge-

systemgiersteifigkeit über der Aufhängesystemrollfokalwasserlinie für die ausgewählte Systemnickfokalwasserlinie aufgetragen ist,

809824/0691

Fig. 10 ein Diagramm, in welchem die Aufhängungs-

federkonstante K_ , „ ,.über der Sy-

Scher,Roll ^J

stemrollfokalwasserlinie für eine ausgewählte Systemrolleigenfrequenz W , ,. ,. aufgetragen ist, und

Fig. 11 ein Diagramm, in welchem die Feder

konstante K-, , „. , über der Nickfokal-Scher, Nxck

Wasserlinie für eine ausgewählte Systemnickeigenfrequenz W , , ,.aufgetragen ist.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Hubschraubers 10, der einen Rumpf 12, eine Hauptrotorkraftübertragungseinheit 14 und einen Haupthubrotor 16 aufweist. In herkömmlicher Weise trägt die Kraftübertragungseinheit oder das Getriebe 14 den Hubschrauberrotor 16 und versetzt ihn um eine Drehachse 18 in Drehung, so daß der Rotor 16, der jede ausgewählte Anzahl von Blättern haben kann, zum Heben und Vorwärtstreiben des Hubschraubers 10 dient, wobei ein oder mehrere Rotorkopfschwingungsdämpfer 19, vorzugsweise der aus der US-PS 3 181 815 bekannten Bifilarbauart, Rotorschwingungen in der Rotorebene dämpfen. Ein herkömmliches Triebwerk, das nicht dargestellt ist, treibt die Kraftübertragungseinheit 14 an, so daß diese den Rotor antreibt. Die Kraftübertragungseinheit 14 und damit der Rotor 16 sind an dem Rumpf 12 durch mehrere elastomere Halterungen abgestützt (von denen die beiden Halterungen 20 und 22 gezeigt sind);

809824/0691

die die einzige Abstützung für die Kraftübertragungseinheit 14 und den Rotor 16 an dem Hubschrauberrumpf 12 bilden. In Fig. 1 sind zwar nur zwei dieser Halterungen gezeigt, es ist jedoch klar, daß, wie es am besten in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, die elastomeren Halterungen umfangstnäßig um die Kraftübertragungseinheit 14 herum angeordnet sind und, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Rechteck bilden können, das vier gleiche Halterungen 20, 22, 24 und 26 an seinen Ecken aufweist, während sich die Rotorachse 18 im Mittelpunkt befindet, oder aber, wie es am besten in Fig. 3 gezeigt ist, können diese Halterungen, die nun mit 20', 22', 24' und 26' bezeichnet sind, an den Ecken eines Trapezes angeordnet sein, in dessen Mittelpunkt sich die Rotorachse 18 befindet. Die elastomeren Halterungen 20-26 bilden ein Trag- und Schwingungsdämpfungssystem 27 für den Hauptrotor und die Kraftübertragungseinheit. Selbstverständlich ist die Ausbildung des Systems nicht auf die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Konstruktionen beschränkt, sondern ist auch bei Kraftübertragungseinheiten anwendbar, deren Basis irgendein geometrisches Muster bildet, das nicht auf vier elastomere Halterungen beschränkt ist, und bei denen außerdem sich die Rotorwellen 18 nicht im Mittelpunkt befinden. Der Vorteil der rechteckigen Konstruktion von Fig. 2 ist eine gleichmäßige Verteilung der Seherungs- und Druckbelastung auf die elastomeren Halterungen. Die Konstruktion der elastomeren Halterung ist am besten in Fig. 4 gezeigt, in welcher die Halterung 20 dargestellt ist. In der elastomeren Halterung 20 ist ein Stapel von abwechselnden Laminaten oder

809824/0691

Elastomerschichten und Metall zwischen der Kraftübertragungseinheit 14 und dem Rumpf 12 angeordnet. Insbesondere ist ein solcher Stapel aus abwechselnden Elastomer- und Metallaminaten zwischen einem Kraftübertragungsflansch 28 und einer Platte 30 angeordnet, die an dem Rumpf 12 abgestützt ist. Ein zweiter Stapel von abwechselnden Elastomer- und Metallaminaten ist zwischen der Platte 30 und dem Kopf eines Bolzens 34 angeordnet, der durch eine Bohrung 36 in den Laminaten und der Platte 30 hindurchgeht und in eine Mutter 38 eingeschraubt ist, so daß die Laminatstapel ausreichend vorbelastet werden können, um während allen ihren Betriebszuständen unter Druckbelastung zu bleiben, wodurch ihre Zugbelastung vermieden wird. Selbstverständlich können andere Methoden der Vorbelastung und des Zusammenbaus angewandt werden. Es ist wichtig, daß die abwechselnden Stapel von Laminaten 40, 54, 42, 44, 60, 48 und Metallbeilagen 52, 56, 58, 62 den Belastungsweg von der Kraftubertragungseinheit zu der Zelle schaffen und dadurch einen Metall-zu-Metall-Kontakt zwischen den beiden vermeiden, so daß die Übertragung von hochfrequenten Schwingungen über die elastomere Halterung 20 von der Kraftübertragungseinheit 14 auf den Rumpf 12 verhindert und dadurch das Innengeräusch in dem Flugzeug reduziert wird. In Anbetracht der Konstruktion der elastomeren Halterung 20 wird die Achse 50 zu der Fokallinie der elastomeren Halterung 20, wie es im folgenden noch näher beschrieben ist.

Bezüglich Fig. 1 ist es wichtig zu beachten, daß die

809824/0691

Halterungen 20, 22, 24 und 26, von denen in Fig. 1 nur die Halterungen 20 und 22 sichtbar sind, derart fokussiert sind, daß die Fokallinie 50 der elastomeren Halterung 20 und die Fokallinie 64 der elastomeren Halterung 24 sich in einem Punkt 65 schneiden, während sich die Fokallinie 66 der elastomeren Halterung 22 und die Fokallinie 68 der elastomeren Halterung 26 in einem Punkt 70 schneiden, wodurch die Systemrollachse 72 festgelegt wird, die sich in Längsrichtung des Hubschraubers 10 erstreckt und oberhalb der Kraftübertragungseinheit 14 oder wenigstens oberhalb von deren Basis und oberhalb der Halterungen 20-26 angeordnet ist. Fig. 1 zeigt weiter, daß die Fokallinien 50 und 66 der elastomeren Halterungen 20 und 22, die auf der linken oder Backbordseite der Kraftübertragungseinheit 14 angeordnet sind, sich in einem Punkt 74 schneiden, während sich die Fokallinien 64 und 68 der elastomeren Halterungen 24 und 26, die auf der rechten oder Steuerbordseite der Kraftübertragungseinheit 14 angeordnet sind, sich in einem zweiten Punkt schneiden, der in Fig. 1 nicht sichtbar ist, der aber in Zusammenwirkung mit dem Schnittpunkt 74 die Systemnickachse 76 festlegt, die sich quer zu dem Hubschrauber 10 erstreckt und vertikal versetzt gegen die Rollachse 72 an einer Stelle unterhalb der Basis der Kraftübertragungseinheit 14 und unterhalb der Halterungen 20-26 angeordnet ist. Durch dieses Fokussieren der Halterungen 20, 22, 24 und 26 werden die Rollachse 72 und die Nickachse des Systems so festgelegt und diese vier elastomeren Halterungen, wenn sie so positioniert und fokussiert sind, bewirken die Giersteifigkeit für das Aufhängesystern 27, ohne

809824/0691

daß ein zusätzlicher Giersteifigkeitsmechanisraus erforderlich ist. Selbstverständlich könnte bei Bedarf die Nickachse 76 oberhalb der Kraftübertragungseinheit 14 und die Rollachse 72 unterhalb der Kraftübertragungseinheit liegen.

Dieses Fokussierungsprinzip wird anhand der Fig. 5 und 6 noch anschaulicher. In Fig. 5, die eine Ansicht der Kraftübertragungseinheit 14 zeigt, welche im Rollbetriebszustand von ihrer Hinterseite her dargestellt ist, ist zu erkennen, daß die Fokallinien 50 und 64 der Halterungen 20 bzw. 24 sich auf der Rollachse 72 schneiden, um die Systemrollbewegungen auftreten werden, wodurch eine Rollscherungslinie 78 normal zu der Fokallinie 50 der Halterung 22 festgelegt wird. Wegen des hohen Verhältnisses von Drucksteifigkeit zu Scherungssteifigkeit der elastomeren Halterungen müssen sich die Elastomer- und Metallaminate der elastomeren Halterung 20, die in Fig. 4 gezeigt ist, im wesentlichen parallel zu der Rollscherungslinie 78 verformen.

In Fig. 6, die die Kraftübertragungseinheit 14 im Nickbetriebszuständ zeigt, ist zu erkennen, daß sich die Fokallinien 50 und 66 der Halterungen 20 bzw. 22 in der Nickachse 76 schneiden, so daß jede Nickbewegung des Aufhängesystems 27 um die Achse 76 erfolgen muß, wodurch eine Nickscherungslinie 80 für die Halterung 20 festgelegt wird, die zu der Fokallinie 50 normal ist ,und sich alle Elastomer- und Metallaminate der elastomeren Halterung 20 im wesentlichen parallel zu der Nickscherungslinie 80 ver-

809824/0691

formen müssen. Es sei angemerkt, daß sowohl im Nickbetriebszustand als auch im Rollbetriebszustand und in allen Kombinationen derselben die elastonieren Halterungen 20-26 als feste Anschläge für eine Kraftübertragungseinheit-zuRumpf-Bewegung dienen, weil die Seitenbewegung der Laminate den Bolzen 34 veranlaßt, sich seitlich zu verschieben, bis er an der Platte 30 anstößt und mit dieser einen formschlüssigen Anschlag bildet.

Es ist demgemäß zu erkennen, daß die Ebene, in der die Elastomer- und Metallaminate der Halterung 20 anzuordnen sind, sowohl zu der RoIIscherungslinie 78 als auch zu der Nickscherungslinie 80 parallel sein muß, us dadurch die Orientierung der Laminate richtig festzulegen. Die Laminate der anderen Halterungen 22, 24, 26 sind in gleicher Weise in bezug auf die RoIlscherungslinien und die Nickscherungslinien ausgerichtet, die in ihnen durch den Roll- und Nickbetriebszustand der Kraftübertragungseinheit 14 um die Roll- und Nickachsen 72 bzw.76 festgelegt werden.

Eine Scherungssteifigkeit der elastischen Halterung kann größer sein müssen als die andere Scherungssteifigkeit, um den Systerneigenfrequenzen zu genügen. Die RoIIscherungslinie 78 und die Nickscherungslinie 80 sind beinahe orthogonal und gestatten daher die Verwendung einer elastomeren Halterung mit zwei unterschiedlichen Scherungssteif igkeiten in zwei orthogonalen Richtungen und deren richtiges

809824/0691

Ausrichten um die Linien 50, 64, 66, 68 bei der Installation, so daß eine der beiden Scherungssteifigkeiten sich beinahe mit der Nickscherungslinie 80 deckt und die andere der beiden Scherungssteifigkeiten mit der RoIIscherungslinie 78. Das ist am besten in Fig. 7 zu erkennen, die ein elastomeres Laminat 40 von irgendeiner der Halterungen 20, 22, 24, 26 zeigt, das in ausgewählter Weise so ausgerichtet ist, daß die Rollscherungslinie 78 durch es hindurch geht, so daß eine reine Belastung darauf ausgeübt wird, und daß die Nickscherungslinie 80 durch es hindurchgeht, so daß eine Kombination von Scherungs- und Druckbelastung darauf ausgeübt wird, wodurch bewirkt wird, daß das Laminat 40 und seine zugeordnete elastomere Halterung im Nickbetrieb steifer sind als im Rollbetrieb.

Die Eigenfrequenz der Kraftübertragungseinheit 14 wird durch die Positionen der Roll- und Nickachsen 72 und 76 und durch die Nick- und Rollsteifigkeit der elastomeren Halterungen 20-

26 festgelegt. Die Drehmomentsteifigkeit des Aufhängesystems

27 wird durch die Positonen der Nick- und Rollachsen 72 und 76 und durch die Drucksteifigkeit der elastomeren Halterungen 20-26 festgelegt.

Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß die RoIl- und Nickachsen des Aufhängesystems und die Steifigkeit der elastomeren Halterungen so gewählt sind, daß die Eigenfrequenz der Kraftübertragungseinheit 14 deutlich unterhalb der Blattdurchgangsfrequenz (Rotordrehzahl mal Blattzahl, d.h. 4/0 bei einem vierblättrigen Rotor) liegt,so daß der Rumpf

809824/0691

gegenüber Blattdurchgangsfrequenzkräften und -momenten in der Rotorebene, die der Rotor auf die Kraftübertragungseinheit ausübt, schwingungsgedämpft ist. Weiter legt die Härte des Elastomers, das für die Herstellung der elastomeren Laminate benutzt wird, die Scherungssteifigkeit der elastomeren Halterungen fest, und die Härte des Elastomers plus der Laminatkonstruktion, nämlich Dicke der Elastomere und Dicke der Metallbeilagen, bestimmt die Drucksteifigkeit der elastomeren Halterung.

Die Art, in welcher die Nick- und Rollachsen und die Steifigkeit des Aufhängesystems 27 festgelegt werden, wird nun beschrieben. Es ist zu beachten, daß viele Kompromisse in dem Prozeß der Erzeugung der erwünschtesten Ergebnisse für das betreffende Aufhängesystem gemacht werden müssen. Es wird begonnen, indem die Eigenfrequenz des Aufhängesystems 27 so gewählt wird, daß sich das gewünschte Ergebnis bei der Verstimmung des Rumpfes gegenüber der Rotoranregung ergibt. Es sei angenommen, daß eine Aufhängesystemeigenfrequenz W als ein Vielfaches der Hauptrotordrehgeschwindigkeit gewählt worden ist.

Für Roll- und/oder Nickbetrachtungen gilt die Formel:

(D

-•■ff

wobei W gleich der Systemeigenfrequenz im Roll- oder Nickbetriebszustand ist, welcher auch immer betrachtet wird, und

wobei K gleich der Drehfederkonstanten um den Nick- oder ο

809824/0691

Rollfokalpunkt ist. Die Gleichung (1) kann folgendermaßen umgeschrieben werden:

NK _ , L²

(2)

I + MD ο

wobei L der Abstand von dem Halterungselastomer zu dem Fokalpunkt ist, wobei N die Anzahl von elastomeren Halterungen ist, wobei M die Masse der Kraftübertragungseinheit und des Rotors ist, wobei D der Abstand zwischen dem Fokalpunkt und dem Schwerpunkt der Kraftübertragungseinheit ist und wobei I das Massenträgheitsmoment der Kraftübertragungseinheit um ihren Schwerpunkt ist. In der Gleichung (2) sind W , I und M Konstanten und L und D werden sich ändern, wenn sich die Systemfokalachse ändert.

Durch Auflösen der Gleichung (2) für Κ_ς , ergibt sich die Gleichung:

W_n ² (I + M (D)²)

_K = J2 ° (3)

Scher _NL2

Die Gleichung (3) kann so für K , _Ί1 und gebildet werden.

Die Ausdrücke "Nickfokalwasserlinie" und "Rollfokalwasserlinie" werden im folgenden in Verbindung mit dieser Erklärung benutzt und es sollte daran gedacht werden, daß die Rollfokalwasserlinie derjenige Ort ist, wo die Rollachse des

809824/0691

Aufhängesystems durch die Rotorwelle hindurchgeht, während die Nickfokalwasserlinie derjenige Ort ist, wo die Nickachse des Aufhängesystems durch die verlängerte Rotorwelle hindurchgeht. Unter Beachtung der Gleichung (3) ist zu erkennen, daß für jede gegebene Fokalwasserlinie L und D so festgelegt werden, daß K_g . für die Benutzung der Gleichung (3) gelöst werden kann.

Fig. 8 zeigt das erste von vier Diagrammen, die als Hilfsmittel bei der Auswahl der Roll- und Nickachsen und der Steifigkeit des Aufhängesystems benutzt werden.

In Fig. 8 sind auf den Koordinatenachsen die Fehlausrichtung bzw. die Nickfokalwasserlinie aufgetragen. Unter Benutzung von Fig. 8 ist ein bestimmer Nickfokus ausgewählt worden, der der verlangten Fehlausrichtung angepaßt ist. Die als nächstes zu wählenden Faktoren sind die Giersteifigkeit und der Rollfokus. Es ist zwar erwünscht, daß das Aufhängesystem eine maximale Giersteifigkeit oder -freiheitsgradbeschränkung hat,es müssen jedoch Kompromisse in der Auswahl der Giersteifigkeit und des Rollfokus aufgrund von praktischen Überlegungen gemacht werden, wie etwa der Größe der elastomeren Halterungen, des Spalts zwischen der elastomeren Halterung und der Kraftübertragungseinheit und der Zelle, der Art, in welcher die elastomeren Halterungen an der Kraftübertragungseinheit befestigt sind, der Belastungen der Zelle und der Kraftübertragungseinheit und der vertikalen Biegsamkeit des Systems. Bei der Erstellung des Diagramms von Fig. 9 wird die ausge-

809824/0691

wählte Nickfokalwasserlinie benutzt und es erfolgt eine Auflösung nach der Giersteifigkeit, die hauptsächlich eine Funktion der Drucksteifigkeit der elastomeren Halterung für verschiedene angenommene Rollwasserlinien ist, so daß es möglich ist, die bevorzugte Kurve aufzuzeichnen, die in Fig. 9 gezeigt ist. Es ist zu erkennen, daß die gewünschte Giersteifigkeit mit einer gegebenen Nickfokalwasserlinie bei zwei verschiedenen Rollfokalwasserlinien erhalten wird. Die ausgewählte Rollfokalwasserlinie ist diejenige, die sich mit den oben erwähnten praktischen Überlegungen vereinbaren läßt. Es wird die Rollfokalwasserlinie aus Fig. 9 ausgewählt und mit ihr auf Fig. 10 übergegangen,

die ein Diagramm von K„ , „ ,, über der Rollfokalwasser-⁶ Scher,Roll

linie für die gewünschte Eigenfrequnez W zeigt, und es wird die erforderliche Rollsteifigkeit ermittelt. Dann geht es weiter in Fig. 11, die ein Diagramm von Κ_ς , ν' k über der Nickfokalwasserlinie für die ausgewählte Eigenfrequenz W (Nick) zeigt, und es wird die ausgewählte Nickfokalwasserlinie aufgezeichnet, wie es dargestellt ist, und die verlange Nickscherung bestimmt.

Anhand dieses Wertes werden dann die Rollfokalwasserlinie und die Nickfokalwasserlinie ausgewählt, die insgesamt am besten für das Aufhängesystem 27 geeignet sind, wodurch die Nickachse 76 und die Rollachse 72 festgelegt werden,indem diese Daten untersucht und die bevorzugte Nickfokalwasserlinie und die bevorzugte Rollfokalwasserlinie ausgewählt werden, um die gewünschte Giersteifigkeit und die optimalen

809824/0691

Werte für K_e . _n .. und K_e . „. . für die besonderen Scher, Roll Scher, Nick

Aufhängesystemüberlegungen und unter Beachtung der oben angegebenen Kompromisse zu erzeugen.

Ein weiteres Merkmal des Aufhängesystems ist darin zu sehen, daß es gestattet, eine Aufhängesystemnickachse so zu wählen, daß ein niedriges Zellenansprechvermögen und ein maximales Rotorkopflängsansprechvermögen auf Rotorschwingungskräfte erzeugt werden. Das wird erreicht, indem die Nickachse so tief wie möglich unter dem Rotorkopf gehalten wird und daher das geringe restliche Nickansprechvermögen des Rumpfes in ein großes Ansprechvermögen des Rotorkopfes in der Rotorebene verstärkt wird, das für einen wirksamen Betrieb von in der Rotorebene gelegenen Stoßdämpfern erforderlich ist. Mit der deutlich unterhalb der Übertragungseinheit und des Rotors angeordneten Nickachse werden Rotorbewegungen um diese im wesentlichen in der Rotorebene liegen, wodurch die Wirksamkeit der in der Rotorebene gelegenen Rotorschwingungsdämpfer erhöht wird. Diese wirksame Schwingungsdämpfung in der Rotorebene reduziert die Amplitude der Schwingung, die von dem Rotor über die elastomeren Halterungen 20-26 auf den Rumpf übertragen wird.

809824/0691

Claims

Patentansprüche:

Trag- und Schwingungsdämpfungssystem für den Rotor und die Kraftübertragungseinheit eines Hubschraubers mit einem Haupthubrotor, der durch die Kraftübertragungseinheit am Rumpf abgestützt ist und um eine Drehachse in Drehung versetzt wird, gekennzeichnet durch mehrere Halterungen, die jeweils eine in ausgewählter Weise ausgerichtete Achse haben, mit dem Rumpf verbunden sind und die Kraftübertragungseinheit an diesem abstützen und jeweils enthalten: abwechselnde Schichten von Elastomer- und Metallaminaten, die unter Druckbeanspruchung zwischen dem Rumpf und der Übertragungseinheit übereinander gestapelt und konzentrisch um die Halterungsachse angeordnet sind, so daß die Laminate normal zu der Achse gerichtet sind, wobei jede Halterung eine Fokallinie festlegt, die mit

809824/0691

ORIGINAL INSPECTED

L.

ihrer Achse zusammenfällt, so daß die Roll- und Nickscherungslinien für jedes Elastomerlaminat normal zu der Fokallinie sind, und wobei jede Halterungsfokallinie eine entsprechende Fokallinie von anderen Halterungen schneidet, so daß eine Halterungssystemrollachse festgelegt wird, die sich in Längsrichtung des Rumpfes erstreckt und vertikal auf einer Seite der Halterungen verschoben ist, sowie eine Halterungssystemnickachse, die sich quer zu dem Rumpf erstreckt und vertikal auf der anderen Seite der Halterungen gegenüber der Rollachse und derart verschoben ist, daß diese Achsen gegenüber den Halterungen um eine ausgewählte Strecke versetzt sind, um allein die Kraftübertragungseinheitdrehmotnentsteifigkeit festzusetzen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Halterungselastomerlaminate eine ausgewählte Scherungsund Drucksteifigkeit haben, um Kraftübertragungseinheiteigenfrequenzen festzulegen, die ausreichend unterhalb der Rotorblattdurchgangsfrequenz liegen, so daß der Rumpf gegenüber Blattdurchgangsfrequenzkräften isoliert ist, und um die Größe der Drehmomentsteifigkeit festzulegen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rollachse oberhalb der Halterungen befindet und daß sich die Nickachse unterhalb der Halterungen befindet, um die Kraftübertragungseinheitgiersteifigkeit zu erzeugen.
4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch wenigstens

809824/0691

einen in der Rotorebene angeordneten Schwingungsdämpfer, der dem Rotor betriebsmäßig zugeordnet ist, so daß die Rotorbwegung um die Nickachse im wesentlichen in der Rotorebene erfolgt, um die Schwingungsdämpferwirksamkeit zu maximieren.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen eine elastomere Schicht als Schnittstelle zwischen der Kraftübertragungseinheit und dem Rumpf bilden, um dadurch die Übertragung von hochfrequenten Schal!schwingungen von dem Rotor und der Kraftübertragungseinheit auf den Rumpf zu reduzieren und dadurch das Innengeräusch innerhalb des Hubschraubers zu reduzieren.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen ausreichend vorbelastet sind, um sie während allen Betriebszuständen unter Druckbelastung zu halten.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen in ausgewählter Weise konstruiert, positioniert und orientiert sind, um eine Differentialsteifigkeit in orthogonalen Richtung zu erzeugen.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, daß vier Halterungen vorhanden sind, von denen zwei vor der Rotordrehachse und auf entgegengesetzten Querseiten derselben angeordnet sind, während die anderen

809824/0691

beiden hinter der Rotordrehachse und auf entgegengesetzten Querseiten derselben angeordnet sind.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hinteren Halterungen so ausgerichtet sind, daß die Fokallinien der hinteren Halterungen sich auf der Rollachse schneiden, daß sich die Fokallinien der vorderen Halterungen auf der Rollachse schneiden und daß sich die Fokallinien der beiden Halterungen auf einer Querseite der Kraftübertragungseinheit auf der Nickachse schneiden, und daß sich die Fokallinien der beiden Halterungen auf der entgegengesetzten Querseite der Kraftübertragungseinheit auf der Nickachse schneiden, um dadurch die Roll- und Nickachsen über bzw. unter die Kraftübertragungseinheit zu verlegen, und zwar für eine Kraftübertragungseinheitgiersteifigkeit,die dadurch erzeugt wird, daß das Halterungselastomer durch die so ausgerichteten Halterungen unter Druckbeanspruchung gesetzt wird.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine feste Anschlagvorrichtung, die den Halterungen betriebsmäßig zugeordnet ist.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rollachse unterhalb der Kraftübertragungseinheitbasis befindet und daß sich die Nickachse oberhalb der Kraftübertragungseinheitbasis befindet, um die Kraftübertragungseinheitgiersteifigkeit zu erzeugen.

809824/0691