DE2755557A1

DE2755557A1 - Hubschrauberrotor

Info

Publication number: DE2755557A1
Application number: DE19772755557
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Rybicki
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1976-12-15
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1978-07-06
Also published as: BE861600A; DE2755557C2; JPS5375699A; AU508596B2; CA1073885A; IL53522A; IT1088384B; FR2374211B1; GB1553148A; US4093400A; AU3116777A; FR2374211A1

Description

Hubschrauberrotor

Die Erfindung betrifft Hubschrauberrotoren mit einer geraden Anzahl von Blättern, bei welchen einander gegenüberliegende Blätter ein gemeinsames Rotornabenbefestigungsteil in Form eines flexiblen Holms haben. Ein solcher Rotor wird hier als Querholmrotor bezeichnet. Der Holm ist vorzugsweise aus unidirektionalen, hochzugfesten Fasern hergestellt, die so miteinander verbunden sind, daß sich ein rechteckiger Querschnitt ergibt. Der Holm reagiert auf die Zentrifugalbelastung zwischen einander gegenüberliegenden, d.h. entgegengesetzt zueinander angeordneten Blättern und kann sich über die volle Spannweite beider Blätter bis zu jeder Spitze erstrecken oder mit einer Befestigungsverbindung an einer zweckmäßigen radialen Stelle enden. Die Ausführungsform, in der sich der Holm vollständig von Spitze zu Spitze erstreckt, ist im allgemeinen auf Hubschrauber-Heckrotoren beschränkt, da ein Haupt-

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rotorhoIm einer solchen Ausführungsform eine Länge von 27 m oder mehr hat und deshalb als ein Einzelteil in der Handhabung zu sperrig wäre. Der rechteckige Holmquerschnitt ist so ausgelegt, daß sich die gewünschte Blattsteifigkeit in der in der Rotordrehebene gelegenen Blattschwenkrichtung und außerdem ein größerer Grad an Flexibilität, der ' Blattbewegungen aufgrund der Blattverstellung und des Schiagens gestattet, ergeben. Blattverstellbewegungen rufen in dem Holm eine Verwindung oder Verdrehung hervor, während das Schlagen zur Querbiegung führt. Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine flexible Tragvorrichtung für die Rotorblätter zu schaffen, die nicht nur eine geeignete Antriebsverbindung zwischen der Nabe und dem Blatt schafft, sondern auch die Verdrehung und Biegung des Blattholms über einen größeren Teil seiner vollen Länge gestattet, so daß diese Verformungen einwärts von den Tragvorrichtungsbefestigungspunkten aufgenommen werden und über die Rotorachse gehen.

Die Entwicklungsanstrengungen, die von der Anmelderin auf die Beseitigung von herkömmlichen Rotorstapellagern zugunsten eines flexiblen Querholmrotors gerichtet wurden, führten zunächst zu der Ausführungsform, die in der CA-PS 951 301 beschrieben ist. Bei der aus dieser kanadischen Patentschrift bekannten Ausfuhrungsform sind die flexiblen Bänder zwischen zwei Nabenplatten übereinandergeschichtet und Blattverstelleingangsgrößen werden mittels eines Mantels eingegeben, der an dem flexiblen Band an einem Punkt befestigt ist, dessen radiale Lage ungefähr 30 % des Rotorradius ausmacht. Blattverstellbewegungen führen bei dieser bekannten Ausführungsform zu Bandtorsionsbiegungen, die an den Nabenteilen enden. Die geschlitzten Nabenplatten, in die die Blattholmteile eingesetzt sind, übertragen die Antriebskraft zwischen der mit ihnen verbundenen Antriebswelle und den Blättern. Die US-PS 3 484 beschreibt eine zweite Ausführungsform eines Querholmrotors mit einem kardanisch aufgehängten Schlaggelenk. Die

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Verbindung des flexiblen Teils mit dem Gelenk bildet eine ähnliche Torsionsbiegungsvorrichtung wie bei der aus der kanadischen Patentschrift bekannten Ausführungsform, bei der die Holmteile starr eingespannt sind. Die Antriebskraft wird von der Antriebswelle über eine Keilverbindung in der Jochanordnung auf eine unregelmäßig geformte Anordnung aus einem Einsatzteil und einer Muffe übertragen, die sich an dem Mittelteil des Holms in dessen auseinandergezogenem Zustand, wenn er sich um die Rotorachse bewegt, abstützt.

Die US-PS 3 874 820 der Anmelderin beschreibt eine weitere Entwicklung auf dem Gebiet der Erfindung und ist hauptsächlich auf die Winkelbeziehung zwischen dem Tragflügelprofil und dem tragenden Holmteil gerichtet. Die Blatttraganordnung ist zwar nicht gezeigt, die benutzte Anordnung für ein Flugzeug enthält jedoch obere und untere Spannteile, die die gleiche Funktion wie die aus der kanadischen Patentschrift bekannte Anordnung haben. Eine weitere Entwicklung zeigt die US-PS 4 008 980 der Anmelderin (veröffentlicht am 22.2.1977). Diese Patentschrift zeigt die Traganordnung, die oben in bezug auf die US-PS 3 874 820 erwähnt worden ist. Diese Anordnung wurde auch in die Hubschrauberprototypen YUH-60A der Anmelderin eingebaut und ist darüberhinaus in dem Aufsatz "Composite Bearingless Tail Rotor For UTTAS", Mai 1976, von R.Fenaughty und W. Noehren beschrieben, der anläßlich des 32. "Annual National V/STOL Forum" der American Helicopter Society verteilt wurde. Die US-PS 3 874 850 beschreibt einen weiteren Fortschritt auf dem einschlägigen Gebiet der Technik, der sich durch Einführen von flexiblen Querpolstern anstelle der starren Einspannungen, die aus der kanadischen Patentschrift und aus anderen Patentschriften bekannt sind, oder der metallischen Kardanaufhängungen, die aus der

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US-PS 3 484 174 bekannt sind, ergeben hat. Mit Hilfe des Polsters oder Biegeteils, das quer zu dem Holm angeordnet ist, wird eine Flexibilität geschaffen, die ermöglicht, daß durch Blattschlagen verursachte Verbiegungen einwärts der Radialposition des Biegeteils auftreten, wobei es sich um ein Merkmal handelt, das sich bei der vollständig eingespannten Nabe, wie sie aus der oben genannten CA-PS 951 und aus der ebenfalls o.g. US-PS 3 484 174 bekannt ist, nicht ergibt. Ähnlich wie gemäß der kanadischen Patentschrift sind gemäß der US-PS 3 874 815 die Holmteile an ihren Rändern zwischen verschraubten Nabenplatten aufgenommen, von denen die untere mit der Antriebswelle verbunden ist.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem des Vorhandenseins von starken schwingenden Torsionsbeanspruchungen, die auf die flexiblen Holmteile an ihren Halterungsvorrichtungen ausgeübt werden. Diese Beanspruchungen rühren von der erforderlichen zyklischen Blattverstellung her, die während der Drehung der Blätter um das Azimut erfolgt. Da die Blätter in Paaren einander gegenüberliegender Blätter benutzt werden, ergibt sich bei diesem zyklischen Vorgang eine Anstellwinkeländerung in einer positiven Richtung auf einer Seite der Rotorscheibe, während sich gleichzeitig eine negative Änderung des Anstellwinkels des entgegengesetzten Blattes ergibt. Da die bekannten Blattholmteile an der Nabe torsionssteif und in freiheitsgradbeschränkender Weise befestigt sind, erzeugt diese zyklische Torsionsbewegung starke zyklische Beanspruchungen an der Nabenbefestigungsstelle.

Gemäß der Erfindung wird ein torsionsflexibles Nabe/Blatttragteil benutzt, mit dem Ergebnis, daß keine solchen schwingenden Torsionsbeanspruchungen hervorgerufen werden. Die Hinzufügung dieses zweiten Freiheitsgrades zu der Blattragvorrichtung darf nicht die Freiheit behindern,

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die gemäß der US-PS 3 874 815 gegeben ist,d.h. muß das Blattschlagen gestatten, um eine Querbiegung des Blattes sowohl einwärts als auch auswärts seiner Tragteile zu erzeugen. Die Blattschwenkbewegung (Biegung in der Rotordrehebene) muß ebenfalls zugelassen werden. Weiter muß dieser zusätzliche Freiheitsgrad in die Rotorantriebsvorrichtung integriert werden, ohne daß eine Funktion beeinträchtigt wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Minimierung oder Senkung der Beharrungszustandstorsionsbeanspruchungen der Holmteile, die durch kollektive Blattverstelleingabegrößen erzeugt werden, welche verlangen, daß gleichzeitige Änderungen des Anstellwinkels bei allen Blättern ungeachtet der Azimutposition hervorgerufen werden. Während diese Verringerung der Beanspruchungen durch die Torsionsfreiheit der Blatthalterung möglich gemacht wird, ist die Beanspruchungsverringerung eine Funktion der Spannweite, über der die Holmverdrehung auftritt. Die Blattragvorrichtung nach der Erfindung vergrößert diese Strecke auf ihre vollste Länge und vermindert dadurch die Beanspruchung bei einem konstanten Anstellwinkel.

Die Erfindung schafft eine Querholmrotorkonstruktion, in der der flexible Holm an der Nabe zwischen in gegenseitigem Abstand angeordneten kugelförmigen Lagern universell abgestützt ist, so daß der Holm und damit das an ihm abgestützte Blatt Bewegungsfreiheit beim Schlagen, beim Schwenken und bei der Blattverstellung sowie allen Kombinationen derselben hat.

Weiter schafft die Erfindung eine Querholmrotorkonstruktion, in welcher die gesamte Holmverdrehung, die für die Blattanstellung erforderlich ist, über die volle Holmlänge zwischen den BlattsteuerhÖrnern erfolgt und keine Holmver drehung auswärts derselben auftritt.

Der Querholmrotor nach der Erfindung ist aerodynamisch wirk-

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sam, da sich die wahre Tragflügelprofilform des Blattes bis zu ihrer vollsten Ausdehnung radial einwärts erstrecken kann. Die erfindungsgemäße Konstruktion erfordert nicht, daß das Innenbordende des Blattes in der Querschnittsumhüllungslinie breiter gemacht wird, um Spielraum für die Relativverstellbewegung zwischen dem Holm und dem Blatt zu schaffen. Die bekannte Vorrichtung (z.B. ein Drehmomentrohr) , das zur Erzeugung und Aufrechterhaltung dieser Spielraumumhüllungslinie erforderlich ist, wird ebenfalls nicht benötigt.

Die Erfindung schafft also, kurz zusammengefaßt, einen Hubschrauberrotor mit flexiblen Blättern, die an einer Antriebswelle mit Hilfe von Nabenarmen befestigt sind, wobei entgegengesetzte Blätter durch einen gemeinsamen Holm miteinander verbunden sind, der durch die Rotorachse geht. Die Holme sind an den Nabenarmen durch Kugellagerteile abgestützt. Die Universalfreiheit dieser Lagerteile schafft eine Torsionsfreiheit für Blattanstellbewegungen, ohne Blattschlagbewegungen oder Blattbiegungen In der Rotordrehebene zu beschränken.

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

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen vierblätt

rigen Hubschrauber-Querholmrotor, die die Holm/Nabe-Verbindungen zeigt,

Fig. 2 einen Querschnitt auf der Linie 2-2

von Fig. 1, der die Holm/Nabe-Abstützung und einen Teil des Steuergestänge« zeigt,

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Fig. 3 einen Querschnitt auf der Linie 3-3

von Fig. 1, der die Blattabstützung in Richtung der Spannweite und den Bereich der Blattverstellbewegung in bezug auf die Rotorantriebsvorrichtung zeigt,

die Fig. 4a und 4b eine isometrische bzw. grafische

Darstellung eines bekannten zweiblättrigen Rotorkopfholms im Zustand zyklischer Blattverstellung,

die Fig. 5a und 5b eine isometrische bzw. grafische

Darstellung eines mit der Lageranordnung nach der Erfindung versehenen zweiblättrigen Rotorholms im Zustand zyklischer Blattverstellung,

die Fig. 6a und 6b eine isometrische bzw. grafische

Darstellung eines bekannten zweiblättrigen RotorkopfhoIms im Zustand kollektiver Blattverstellung,

die Fig. 7a und 7b eine isometrische bzw. grafische

Darstellung eines mit der Lageranordnung nach der Erfindung versehenen zweiblättrigen Rotorholms im Zustand kollektiver Blattverstellung,

Fig. 8 einen Querschnitt, der dem von Fig.3

entspricht, durch eine weitere Ausführungsform der Holmabstutzung,

Fig. 9 die Tragverbindung zwischen dem Blatt

und dem Holm, und

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Fig. 10 in einer Darstellung wie in Fig.

eine weitere Ausführungsform der Konstruktion, die mit Vorrichtungen zur zyklischen Blattverstellung versehen ist.

Die Umgebung der Erfindung ist insgesamt in Fig. 1 dargestellt, welche einen Hubschrauberrotorkopf 10 mit einer Achse 12 zeigt, um die er sich im Uhrzeigersinn dreht. Eine gerade Anzahl von Rotorblättern 14 (nur eines ist gezeigt) erstreckt sich paarweise in entgegengesetzten Richtungen. Die Holmteile 16 und 18 für jeweils ein Blattpaar gehen in der Rotorachse 12 übereinander hinweg. Die Blattpaare liegen aufgrund dieser Ubereinanderstapelung in getrennten Ebenen. Zwischen einander kreuzenden Holmen ist ein Abstand vorgesehen, um Spielraum für sämtliche Holmbiegungen und -Verdrehungen zu schaffen, die sich aus dem Blattschlagen und der Blattverstellung ergeben, wie am besten in Fig. 2 gezeigt. Die Rotornabe hat einen zentralen Teil 20 und in gleichem gegenseitigem Abstand angeordnete Nabenarme 22, die ihre zugeordneten Blätter 14 tragen und antreiben. Der Nabenteil 20 ist mit der Hubschrauberantriebswelle 24 durch eine herkömmliche Vorrichtung, wie die verschraubte Flanschanordnung 25 in Fig. 2, verbunden. An seinem Außenbordende weist jeder Nabenarm 22 einen nach oben gedrehten Flansch auf und ist so ausgebildet, daß er die Traglageranordnung 26 aufnimmt, die aus Rücken an Rücken angeordneten Lagerteilen 28 und 30 besteht, welche gemeinsam ein kugelförmiges Lager 31 bilden. Der Flansch 23 des Arms 22 umschließt seinen zugeordneten Blattholmteil, den in Fig. 3 gezeigten unteren Holm 18, mit Abstand von demselben. Der untere Lagerteil 28 enthält einen äußeren Laufkörper 32, einen inneren Laufkörper 34 und ein elastomeres Paket 36. Das elastomere Paket 36 enthält kugelförmige Scheiben 38, die mit Gummi oder einem gleichwertigen Schermaterial 40 laminiert sind, das mit den kugeligen Laufflächen der Laufkörper 32 und

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3 4 verbunden ist. Der Laufkörper 3 4 ist an der Unterseite des Holmteils 18 befestigt und der Laufkörper 32 ist an der oberen Seite des Nabenarms 22 befestigt, so daß der Mittelpunkt des kugeligen Lagerteils 28 mit der Achse 50 für die zyklische Blattverstellung zusammenfällt und diese Achse festlegt. Ebenso ist von dem oberen kugeligen Lagerteil 30, der den gleichen Aufbau wie der Lagerteil hat, der Laufkörper 34 an der Oberseite des Holmteils 18 und der äußere Laufkörper 32 an der Innenfläche eines Einspannteils 52 befestigt, das so geformt ist, daß es den Holmteil 18 aufnimmt, aber nicht berührt. Wie bei dem Lagerteil 28 fällt die Schwenkachse des Lagerteils 30 mit der Achse 50 für die zyklische Blattverstellung zusammen, so daß das Lager 31 den Holm 18 derart abstützt, daß er eine üniversalbewegung um den Punkt 51 auf der Achse 50 für die zyklische Blattverstellung ausführen kann. Die Laufkörper 32 und 34 und die Laminate 38 und 30 sind vorzugsweise zu der Achse 35 konzentrisch und haben eine kugelförmige Gestalt um den Punkt 51 herum. Der nach unten weisende Flansch 54 liegt an dem nach oben weisenden Flansch 23 des Nabenarms 22 an und durch Schrauben 56 ist eine starre Verbindung hergestellt. Es ist zwar ein kugelförmiges elastomeres Lager in der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform dargestellt, jedes kugelförmige Lager wird jedoch genügen.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Steuerung für den Fall, daß der dargestellte Rotor als Heckrotor benutzt wird und es erwünscht ist, den Luftwiderstand durch Verlagerung des Steuergestänges in das Innere der Antriebswelle zu minimieren. Blattverstellholmarme 60 ragen aus Öffnungen 62 in der Antriebswelle 24 hervor und sind längs der Achse 12 für kollektive Steuereingabegrößen mittels einer herkömmlichen Steuervorrichtung 61 verschiebbar. Jeder Blattverstellholmarm 60 ist mit einem

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an dem Blatt befestigten Blattsteuerungshorn 64 (Fig. 1) durch eine vertikale Stoßstange 63 verbunden. Bei einem Hauptrotor, bei welchem die zyklische Blattverstellung erforderlich ist, kann die in Fig. 10 gezeigte Konstruktion verwendet werden. In der Konstruktion von Fig. 10, bei welcher für gleiche Teile wie in Fig. 2 gleiche Bezugszahlen benutzt werden, ist die Steuerwelle 66 so gehaltert, daß sie um einen Drehpunkt 69 kippbar ist, der durch ein Lager 71 festgelegt ist, welches an der Antriebswelle 24 abgestützt ist, so daß eine herkömmmliche Steuervorrichtung 67 benutzt werden kann, um die Welle 66 und den Blattverstellholmarm 60 zu kippen und damit die Blätter über die Stoßstangen 63, welche an ihren anderen Enden mit den Blattsteuerungshornern 64 verbunden sind, zyklisch zu verstellen. Bei dem Hauptrotor kann es vorzuziehen sein, eine TaumelScheibenanordnung außerhalb der Antriebswelle und des Getriebes für die zyklische Blattverstellung als Alternative zu der Konstruktion von Fig. 10 vorzusehen- Eine solche TaumeIscheibenanordnung und ihr Betrieb sind bekannt. Bei dem Heckrotor gemäß Fig. 2 werden zyklische Blattverstellungen wegen der Blattschlagbewegungen verlangt. Die zyklische Blattverstellung tritt auf, wenn das Blatt schlägt, weil das Blattsteuerungshorn 64 entfernt von der Schlagachse angeordnet ist, die durch den Drehpunkt 51 hindurchgeht. Diese Effekt wird als Delta-3-Kupplung bezeichnet und typischerweise ergibt eine Schlagbewegung von 1° eine zyklische Blattverstellung von 1°.

Bei dem aus der oben genannten US-PS 3 874 815 bekannten Stand der Technik werden Querbänder oder Biegeteile für die Nabe/HoIm-Abstützung benutzt. Ein solches Teil, das schematisch als Lager 70 in den Fig. 4a und 6a dargestellt ist, ist ein flexibles Teil, das über der HoIm-

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breite festgespannt ist.Eine Blattverbiegung in Schlagrichtung (Droop) führt zur Verdrehung des Bandes und gestattet das Verbiegen des Holms senkrecht zu seiner Ebene zwischen entgegengesetzten Biegeteilen und über die Rotorachse. Dadurch wird das Schlagbiegemoment in dem kritischen Nabenbereich maßgeschneidert, um das Holmmaterial und den Holmcuerschnitt zu optimieren, ohne sichere Beanspruchungsgrenzen zu überschreiten. Eine ähnliche Eigenschaft weist auch die Konstruktion nach der Erfindung auf, da eine der Freiheiten, die die Traglageranordnung 26 von Haus aus hat, die Schlagverbiegung ist. Die strichpunktierten Linien in Fig. 2 zeigen die symmetrische und asymmetrische Gestalt des Holms 18, wenn dieser der vertikalen Blattbelastung in derselben oder in der entgegengesetzten Richtung ausgesetzt ist.

Durch die Erfindung soll die bekannte Konstruktion verbessert werden, indem ein zusätzlicher Blattfreiheitsgrad ohne Beeinträchtigung des Biegevermögens in Schlag- oder Schwenkrichtung geschaffen wird. Das wird erreicht, indem eine Holm/Nabe-Halterung mit drei Freiheitsgraden benutzt wird, die eine ausreichende Steifigkeit in einer Richtung hat, damit sie als Rotorantriebsteil dienen kann.

Die Fig. 4a, 5a, 6a und 7a zeigen isometrische Darstellungen sowohl der Erfindung als auch des Standes der Technik in einem Betriebszustand mit gleichen Blattverstelleingabegrößen zur Veranschaulichung des Vorteils, der mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erzielt wird. Die Fig. 4a und 6a zeigen bekannte Rotorköpfe, während die Fig. 5a und 7a die erfindungsgemäße Verbesserung zeigen.

Fig. 4a zeigt, daß eine zyklische Blattverstelleingabe an jeder der einander gegenüberliegenden Blätter bestrebt ist, den bekannten flexiblen Holm über eine Länge 1 zwi-

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sehen dem Eingabepunkt (d.h. dem Blattsteuerungshorn 64) und der radialen Stelle 70a oder 70b, wo der Holm durch das Halteteil 70 eingespannt ist, zu verdrehen. Die dem sich vorwärtsbewegenden Blatt gegebene Verdrehung vergrößert dessen Anstellwinkel, während die dem sich zurückbewegenden Blatt gleichzeitig gegebene Verdrehung umgekehrt den Blattanstellwinkel verkleinert. Eine Verdrehung wird somit erst in einet" Richtung und dann in der anderen Richtung auf jedes Blatt mit einer Frequenz von durchschnittlich 900 Zyklen pro Minute bei dem Heckrotor ausgeübt, wenn sich das Blatt um die Rotorachse dreht. Zwischen einander gegenüberliegenden Halteteilen 70 oder unter dem Nabenbereich des Rotorkopfes zwischen den Stellen 70a und 70b bleibt der Holm eben und unverdreht. Das Ergebnis dieser unfreien zyklischen Holmverdrehung ist die Erzeugung von starken schwingenden Torsionsbelastungen in dem Holm. Fig. 4b zeigt in einem Diagramm die Winkeländerungen der Verdrehung bei der in Fig. 4a gezeigten bekannten Konstruktion, wobei der Verdrehungswinkel θ über der Holmlänge L aufgetragen ist. Die Darstellung in gestrichelten Linien zeigt, daß keine Verdrehungswinkeländerung über die Rotorachse hinweg zwischen den Holm/Nabe-Halterungen zwischen den Stellen 70a und 70b auftritt, sondern daß die Verdrehung auf die Länge 1 jedes Holms zwischen seiner Abstützstelle 70a und 70b und seinem Blattsteuerungshorn beschränkt ist. Die Torsionsbeanspruchung, die in dem Holm durch diese Verdrehung erzeugt wird, ist proportional zu der Steigung der in Fig. 4b gezeigten Kurve.

Fig. 5a zeigt, daß eine zyklische Blattverstellung der Rotorkopfanordnung nach der Erfindung lediglich zum Kippen oder Verkanten des gemeinsamen Holms bei jeder Umdrehung führt und keinerlei Holmverdrehung verursacht. Da sich die kugelförmigen Lager 31 diesem Kippen anpassen, werden keine Torsionsbeanspruchungen erzeugt. Fig. 5b zeigt anhand eines Diagramms, daß die zyklische Blattverstellung einen

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Verdrehungswinkel des Holms auf entgegengesetzten Seiten der Rotorachse erzeugt, der über der Rotornabe von der Blattverstelleingabestelle auf einer Seite bis zu der auf der anderen Seite des Rotors konstant ist. Die Steigung Null der Kurve zeigt, daß keine Beanspruchung erzeugt wird.

Fig. 6a veranschaulicht eine kollektive Blattverstelleingabe an entgegengesetzten Blattsteuerungshörnern des bekannten Rotors, wobei der Verdrehungswinkel an entgegengesetzten Blattholmpaaren gleichzeitig vergrößert wird. Da die Blattholmhalteteile 70 verdrehungssteif sind, ergibt sich dieselbe Auswirkung wie bei der zyklischen Blattverstellung, denn die gleichzeitige \erdrehung wird jedem Blattholm zwischen seinem Tragteil 70 und seinem Blattsteuerungshorn gegeben. Keine Verdrehung erfolgt zwischen den Tragteilen 70. Das ergibt eine stetige Torsionsbeanspruchung in dem Holm, die von dem Verdrehungswinkel, dem Holmquerschnitt und der Länge 1 zwischen dem Blattsteuerungshorn 64 und der Holmabstützstelle 70a oder 70b abhängig ist. Fig. 6b zeigt, ähnlich wie Fig. 4b, daß eine Verdrehung getrennt auf jeden der entgegengesetzten Holme ausgeübt wird, nicht aber zwischen den Abstützstellen 70a und 70b,und zwischen den Abstützstellen keine Verdrehungswinkeländerung erzeugt.

Fig. 7a zeigt den Blattholm 16, der durch die Lageranordnungen 31 nach der Erfindung abgestützt ist, die eine Holmverdrehung aufgrund der Blattverstellung über die volle Länge L zwischen den Blattsteuerungshörnern 64 gestatten. Gemäß dem Magramm von Fig. 7b wird die Blattverdrehung über die volle Strecke zwischen den Blattsteuerungshörnern 64 gestattet, was eine geringere Winkelverdrehung an den Abstützstellen hervorruft und deshalb keine so starke Beharrungszustandstorsionsbeanspruchung in dem Holm bei derselben Blattverstellung und demselben

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Blattholmquerschnitt erzeugt. Es ist zu erkennen, daß die Steigung der Kurve von Fig. 7b kleiner ist als die Steigung der Kurve von Fig. 6a, was eine niedrigere Beanspruchung anzeigt.

Die vollständige Beseitigung von zyklischen Torsionsbeanspruchungen aufgrund von zyklischen Blattverstellungen ist zwar der Ilauptvorteil und das Hauptmerkmal der Erfindung, der sekundäre Vorteil einer Reduzierung dieser Beharrungszustandsbeanspruchungen aufgrund der kollektiven Blattverstellung ist jedoch auch ein erwünschtes Ziel und eine Hilfe für den Rotorkopfkonstrukteur. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion gegenüber der bekannten Konstruktion im Zustand der kollektiven Blattverstellung ist in den Fig. 6b und 7b dargestellt, welche zeigen, daß bei der bekannten Konstruktion die durch eine zyklische Blattverstellung jedem Blatt gegebene Verdrehung auf einer kleinen Strecke 1 aufgenommen werden muß, wohingegen bei der Konstruktion nach der Erfindung diese Verdrehung über eine viel größere Strecke L aufgenommen werden kann und damit geringere Holmbeanspruchungen ergibt. Bei Bedarf kann die erfindungsgemäße Konstruktion so ausgelegt werden, daß der Holm mit einer hohen, aber zulässigen Torsionsbeanspruchung arbeitet und die Arbeitslänge des Holms gekürzt wird, wodurch die Konstruktion leichter gemacht und sich ein besseres Flügelprofil des Blattes ergibt, indem die wirksame Schuberzeugungsflache vergrößert und der Luftwiderstand verringert wird.

Angesichts der Tatsache, daß sich in dieser Konstruktion das Blatt bei der Blattverstellung direkt mit dem Holm bewegen kann und keine Vorkehrungen für eine Relativblattvers te llbewegung zwischen ihnen getroffen zu werden brauchen, kann das Blatt 14 direkt mit dem Holm 16 durch irgendeine geeignete Vorrichtung an einer oder mehreren Stellen längs der Spannweite des Holms 16 verbunden werden; beispielsweise kann das Blatt 14 in zwei Hälften 80 und 82 geteilt werden (Fig. 9), die mit dem Holm 16 verklebt oder in an-

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derer Weise mit ihm verbunden werden können.

Die beschriebenen Ausführungsformen zeigen zwar die Halterung des elastomeren Lagers 28, 30 mit Teilen oberhalb und unterhalb des Holmteils, wobei ihre Drehpunkte 51 mit der Blattverstellachse 50 zusammenfallen, der Konstrukteur kann jedoch diese Lager unter 90 ausrichten, so daß zwar der Drehpunkt 51 seine Lage behält, jedoch die Lager an den Holmrändern befestigt sind, um eine größere Steifigkeit des Lagers in der Drehebene zu erzeugen, wie in Fig. 8 gezeigt. In Fig. 8 bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile wie in den Fig. 1-3.

Es ist klar, daß, obwohl die zyklischen und kollektiven Winkeländerungen, die an den Rotorblättern hervorgerufen werden, unabhängig voneinander erläutert worden sind, als handle es sich um getrennte Vorgänge, im Betrieb des Rotors nach der Erfindung diese Winkeländerungen in einer Kombination infolge der durch den Piloten gegebenen Steuerbefehle über herkömmliche Mischeinheiten sowie als Ergebnis von typischen Blattanstellung/Schlag- und Blattanstellung/Schwenk-Kopplungseigenschaften des Rotors erzeugt werden. Die Überlagerung von zyklischen und kollektiven Blattverstellungen in derselben Winkelrichtung erzeugt einen zusätzlichen Torsionsbeanspruchungszustand, der unbedingt zu berücksichtigen ist und durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Konstruktion behoben werden kann.

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Claims

Hubschrauber rotor, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist, gekennzeichnet durch einen Holmteil, der hinsichtlich Schlagen, Verbiegen in der Drehebene und Verdrehen flexibel ist und sich durch die Drehachse hindurch auf entgegengesetzten Seiten derselben erstreckt und eine Achse für die zyklische Blattverstellung hat, um die das Verdrehen erfolgt, durch ein an entgegengesetzten Enden des Holms angeordnetes und durch diesen abgestütztes und gemeinsam mit ihm drehbares Blatt, durch ein Nabenteil, das den Holm trägt, so daß er um die Drehachse drehbar ist, und mit ihm verbunden ist, und durch eine Vorrichtung, die den Holm mit der Nabe verbindet und zwei kugelförmige Lager aufweist, welche an der Nabe an Stellen auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse abgestützt sind und jeweils den Holm an der Nabe abstützen, so daß er eine Universalbewegung um einen Punkt auf der Achse für die zyklische Blattverstellung ausführen kann.

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2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Lager in gleichem Abstand von der Drehachse angeordnet sind.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die bewirkt, daß der Holm um die Achse für die zyklische Blattverstellung kippt, um zyklische Blattverstelländerungen, die den Blättern gegeben werden, zuzulassen.
4. Rotor nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Blattsteuerungshörner und durch Einrichtungen, die bewirken, daß sich der Holm zwischen den Blattsteuerungshornern gleichmäßig verdreht, um kollektive Blattverstelländerungen zuzulassen, die den Blättern gegeben werden.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Lager elastomere Lager sind.
6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomeren Lager abwechselnde elastomere und starre kugelförmige Laminate enthalten, die zwischen kugeligen inneren und äußeren Laufflächen ubereinandergestapelt sind.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hälfte der kugelförmigen Lager jeweils oberhalb des Holms angeordnet und mit diesem verbunden ist und daß die andere Hälfte der kugelförmigen Lager jeweils unterhalb des Holms angeordnet und mit diesem verbunden ist, so daß die Hälften der kugelförmigen Lager gemeinsam ein kugelförmiges Lager bilden, das den Holm an der Nabe abstützt und eine Universalbewegung des Holms in bezug auf die Nabe gestattet.

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8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Lager jeweils einen Kugellagerteil enthalten, der zwischen einem Seitenrand des Holms und der Nabe angeordnet ist, und einen zweiten Kugellagerteil, der zwischen dem anderen Seitenrand des Holms und der Nabe angeordnet ist, so daß die Kugellagerteile gemeinsam den Holm derart abstützen, daß er eine Universalbewegung in bezug auf die Nabe ausführen kann.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die das Blatt direkt mit dem Holm verbinden, damit sich ein Minimum an Luftwiderstand des Blattes und ein Maximum an Schub und aerodynamischer Wirksamkeit ergeben und eine direkte Blattverstellbewegung mit dem Holm ermöglicht wird.