DE2758086A1

DE2758086A1 - Gelenkloser rotor

Info

Publication number: DE2758086A1
Application number: DE19772758086
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Brunsch; Emil Dipl Ing Weiland
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-12-24
Filing date: 1977-12-24
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE2758086C2; JPS5490798A; IT1101338B; FR2412461A1; FR2412461B1; IT7831105A0; US4292009A

Description

MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM - 5 - Ottobrunn, 5. 12. 1977 GESELLSCHAFT BTO1 Im

MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG B2kB

MÜNCHEN

Gelenkloser Rotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen gelenklosen Rotor für Drehflügelflugzeuge, bei dem die auftriebserzeugenden Flügelabschnitte der Rotorblätter an ihren inneren Enden jeweils an ein torsions- und biegeelastisches, Blattwinkelsowie Schlag- und Schwenkbewegungen des Flugelabschnitts zulassendes, zugfestes Zwischenstück angeschlossen sind, das über ein im wesentlichen starres Verbindungsstück am Rotormast gehaltert ist, und jeder Flügelabschnitt gemeinsam mit dem zugeordneten Zwischen- und Verbindungsstück einen einteilig vom Flügelabschnitt bis zum Rotormast durchlaufenden Tragholm aus Faserverbundwerkstoff mit in-Holmlängsrichtung unidirektionaler Faserrichtung aufweist·

Bekannte Rotorsysteme mit schlag- und schwenkgelerdelosem Blattanschluß (DT-AS 1 531 375) benötigen einen eigenen, starr ausgebildeten Rotorkopf, der am zentralen Rotormast befestigt ist und die aus einem auftriebserzeugenden Flügelabschnitt und einem biegeelastischen, aber torsionssteifen Halsabschnitt bestehenden Rotorblätter jeweils über Blattwinkellager drehbeweglich abstützt , wobei im Rotorkopf im allgemeinen noch zusätzlich zugfeste, die Rotorblätter blattwurzelseitig miteinander verbindende Lamellen zum Zentrifugalkraftausgleich und zwischen den Blattwinkellagern und den biegeelastischen Halsabschnitten lösbare Schwenkbeschläge zum Falten der Rotorblätter angeordnet sind. Derartige Rotorsysteme gewährleisten zwar exakte Steuerfunktionen und

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eine günstige Lage der sog. fiktiven Schlaggelenke im Bereich der biegeelastischen Halsabschnitte mit einem vergleichsweise großen Abstand von der Rotordrehachse, da jedoch zum Blattanschluß eine eigene Rotorkopfanordnung mit besonderen Blattwinkellagern und evtl. Zugelementen erforderlich ist, haben diese Rotoren eine vergleichsweise komplizierte Bau- und Herstellungsweise und ein entsprechend hohes Baugewicht.

Bei bekannten Rotoren der eingangs erwähnten Art hingegen (US-PS 3 669 566), bei denen auf einen gesonderten Rotorkopf und außer auf die Schlag- und Schwenkgelenke auch auf die Blattwinkellager verzichtet wird, sind die auftriebserzeugenden Flügelabschnitte der Rotorblätter jeweils unmittelbar mit dem Rotormast über einen an diesem befestigten und bis in den Flügelabschnitt durchlaufenden Tragholm verbunden, der aus einer Vielzahl von Einzelfasern aus Faserverbundwerkstoff besteht, die einerseits mit dem Rotormast und andererseits mit dem Flügelabschnitt zu einem integralen Bauteil vereinigt und in dem dazwischenliegenden, biege- und torsionselastischen Bereich über den gesamten Querschnitt des Tragholms gleichförmig mit gegenseitigem Abstand verteilt angeordnet und in ein elastomeres Material eingebettet sind. Aufgrund der einteilig vom Rotormast bis in den Flügelabschnitt durchlaufenden Tragholmkonstruktion ist jedoch hier ein Falten der Rotorblätter nicht möglich, was vor allem bei größeren Rotordurchmessern von Nachteil ist,

₂c und wegen des geringen Radialabstands des biegeelastischen Zwischenbereichs von der Rotordrehachse liegen die fiktiven Schlag- und Schwenkgelenke ungünstig nahe an der Rotormitte. Vor allem aber ist der Zwischenbereich des Tragholms nicht nur biege- und torsionsweich, sondern auch in hohem Maße instabil gegen Schubbelastungen, so daß es unter der Wirkung der am Rotorblatt angreifenden Querkräfte, also in erster Linie der Luftwiderstands- und -auftriebskräfte, zu unkontrollierbaren Verformungen des Zwischenbereichs und Querverschiebungen der Blattachse kommt, was sich höchst nachteilig auf das Steuer-

,c verhalten des Rotors auswirkt.

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Demgegenüber ist die Aufgabe der Erfindung darin zu sehen, einen Rotor für Drehflügelflugzeuge zu schaffen, der trotz einer einfachen, rotorkopffreien Bauweise ohne Blattwinkellager und Schlag- sowie Schwenkgelenke ein in hohem Maße exaktes und sicheres Steuerverhalten garantiert.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Rotor der eingangs erwähnten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Tragholm im Bereich des Zwischenstücks in mindestens drei, in in Umfangsrichtung zueinander versetzten Randzonen des Zwischenstücks angeordnete Holmabschnitte unterteilt ist und diese entsprechend der Biege- und Torsionselastizität des Zwischenstücks durch dünnwandige, zu einem im Querschnitt offenen Mittelteil verbundene, schubfeste Stege zueinander auf Abstand gehalten sind.

Aufgrund der Aufspaltung des Tragholms in mehrere, in den äußeren Randzonen des Zwischenstücks voneinander getrennt verlaufende Faserverbundstränge und der Anordnung eines zwischen diesen liegenden Schubübertragungsteils, das einen offenen, etwa T- oder kreuzförmigen Querschnitt aufweist, wird bei dem erfindungsgemäßen Rotor trotz einer niedrigen Torsionssteifigkeit, die ein Winkeln der Rotorblätter mit geringen Steuerkräften ermöglicht, eine exakt definierte Biegecharakteristik und vor allem auch Querkraftstabil!tat im Bereich des elastischen Zwischenstücks erzielt, so daß die beim Blattumlauf am Flügelabschnitt wirksamen Luftkräfte durch das Zwischenstück in Form von Schubkräften aufgenommen und an den Rotormast übertragen werden, ohne daß es zu unzulässigen Querverformungen des Zwischenstücke und unkontrollierten Verlagerungen der fiktiven Gelenke in der Schlag- und/oder Schwenkebene der Rotorblätter kommt. Durch die spezielle Ausbildung des Zwischenstücks hat der erfindungsgemäße Rotor ein ähnlich günstiges Steuerverhalten wie übliche Rotoren mit Rotorkopf und Blattwinkellagern, aufgrund des unmittelbaren, lager- und gelenklosen Blattanschlusses am Rotormast über den Längsholm

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jedoch eine wesentlich einfachere, gewichtsmäßig leichtere Bauweise.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich des Zwischenstücks zwischen die Holmabschnitte und die zugeordneten Stege jeweils eine Elastomerschicht eingelegt, die Verschiebungen zwischen den Holmabschnitten und den Stegen gestattet, wodurch vor allem die Torsionssteifigkeit des Zwischenstücks und die dabei auftretenden Zwangsbiegebeanspruchungen weiter reduziert werden.

Die Stege bestehen vorzugsweise aus Faserverbundwerkstoff mit einer sich zur Steglängsrichtung unter etwa i 45° kreuzenden Paserrichtung, wodurch eine hohe Schubfestigkeit in Richtung der Flächenerstreckung der Stege sichergestellt und der zentrale Schubübertragungst-eil des Zwischenstücks in einfacher und gewichtsparender Weise aus dem gleichen Material wie der Längsholm gefertigt wird.

Im Hinblick auf eine günstige Lage der durch das Zwischenstück definierten fiktiven Schlag- und Schwenkgelenke mit vergleichweise großem Radialabstand von der Rotordrehachse empfiehlt es sich, daß das Verbindungsstück vom Rotormast bis etwa zum 0,1-fachen und das daran anschließende Zwischenstück bis etwa zum 0,2-fachen Rotorradius zwischen Rotordrehachse und Blattspitze reicht.

Eine besonders einfache, hochfeste und -steife Ausbildung des Verbindungsstücks wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß die Stege längs des Verbindungsstücks in Richtung des Rotormastes fortgesetzt und mit den Holmabschnitten verschiebefest verbunden sind.

Ein weiteres, besonders vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Rotors besteht darin, daß die Zugmittelpunktslinie des Verbindungsstücks im wesentlichen mit der im Blattschwer-

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punkt angreifenden Resultierenden aus der Zentrifugal- und Luftwiderstandskraft im Nennbetrieb des Rotors zusammenfällt. Durch diese spezielle Gestaltung des Verbindungsstücks wird sichergestellt, daß unter der Wirkung der statischen, aus Zentrifugalkraft und Luftwiderstand resultierenden Lastanteile sämtliche Fasern über den gesamten Holmquerschnitt längs des Verbindungsstücks gleich stark gedehnt und dadurch Verformungen des Verbindungsstücks in Schwenkrichtung der Rotorblätter vermieden werden. Wenn sich in diesem Pail der Flächenschwerpunkt des Holmquerschnitts im Bereich des Verbindungsstücks aus konstruktiven Gründen nicht auf die Wirkungslinie der erwähnten Resultierenden aus Zentrifugal- und Luftwiderstandskraft legen läßt, sind einzelne Holmabschnitte im Bereich des Verbindungsstücke vorzugsweise durch zusätzliche Faseranteile mit einem höheren Elastizitätsmodul steifer ausgebildet, wodurch sich die Lage der Zugmittelpunktslinie derart beeinflussen läßt, daß sie mit der Wirkungslinie der statischen Lastanteile zusammenfällt.

Längs des Verbindungsstücks überlagern sich den statischen zusätzlich die dynamischen Lastanteile in Form von Biegewechselbeanspruchungen, die zum Rotormast hin zunehmen. Im Hinblick auf eine werkstoffgerechte Ausbildung des Verbindungsstücks, bei der Druckbeanspruchungen der Faserverbund-Holmabschnitte weitgehend vermieden werden, sind diese im Bereich des Verbindungsstücks vorzugsweise auf einen vom Zwischenstück zum Rotormast zunehmend größeren, gegenseitigen Abstand gehalten und im Nennbetrieb des Rotors jeweils überwiegend zugbeansprucht, so daß die Holmabschnitte nur in wenigen Ausnahmefällen, etwa bei stillstehendem Rotor oder Autorotation, und dann auch nur in geringem Umfang einer für Faserverbundwerkstoffe ungünstigen Druckbelastung ausgesetzt sind.

Aus Gründen einer weiteren Verringerung der Torsionssteifigkeit des Zwischenstücks bestehen die Holmabschnitte zweckmäßigerweise jeweils aus mehreren, im Bereich des Zwischenstücks durch eine Elastomerschicht miteinander verburilenen

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Gurtabschnitten, so daß bei einer Torsion des Zwischenstücks die Zwangsbiegebeanspruchungen auch innerhalb jedes einzelnen Holmabschnitts reduziert werden. Zusätzlich oder wahlweise empfiehlt es sich, daß die Holm- bzw. Gurtabschnitte jeweils eine größere Querschnittshöhe als -breite haben und mit ihrer größeren Querschnittshöhe im wesentlichen parallel zum zugeordneten Steg angeordnet sind. Auch durch diese spezielle Querschnittsform und -orientierung der Holm- bzw. Gurtabschnitte wird der Torsionswiderstand des Zwischenstücks merklieh herabgesetzt, ohne daß sich die geforderte Biegeelastizität und Schubfestigkeit des Zwischenstücks wesentlich verändert.

In fertigungs- und lastmäßig besonders günstiger Weise besteht jeder Holmabschnitt aus mindestens einem, von der Blattspitze zum Rotormast und unter Bildung einer Gurtschlaufe von dort wieder zurück zur Blattspitze verlaufenden Längsgurt. Dabei sind die Gurtschlaufen vorzugsweise über einen zum Palten des zugeordneten Rotorblatts lösbaren Schwenkbeschlag am Rotormast befestigt, so daß es - anders als bei den bekannten Rotoren der beanspruchten Art - möglich ist, die Rotorblätter trotz einstückiger Ausbildung des Tragholms etwa in eine Zweiblattfaltlage umzuklappen.

Im Hinblick auf eine besonders funktionsgerechte geometrische Anordnung der. Gurtschlaufen und einen einfachen Anschluß am Rotomast sind vorzugsweise mindestens zwei Gurtschlaufen in Richtung der Rotordrehachse übereinanderliegend angeordnet und durch einen gemeinsamen, zur Drehachse parallelen Anschlußbolzen am Rotormast befestigt und mindestens eine weitere, in Rotordrehrichtung vor den übereinanderliegenden Schlaufen angeordnete Gurtschlaufe ist über einen parallel zur Rotordrehebene verlaufenden Nebenbolzen mit dem Rotormast verbunden, wobei sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine konstruktiv äußerst einfache Ausbildung des Schwenkbeschlags

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dadurch erzielen läßt, daß der Nebenbolzen zum falten des zugeordneten Rotorblatts lösbar ist.

In diesem Pail sind die Nebenbolzen zweckmäßigerweise jeweils über ein am Anschlußbolzen des in Rotordrehrichtung benachbarten Verbindungsstücks zwischen dessen übereinanderliegenden Gurtschlaufen eingreifendes Paßstück am Rotormast gesichert, wodurch sich eine sehr platzsparende Bolzenanordnung mit wenigen Krafteinleitungspunkten am Rotormast ergibt.

Die einzelnen Holmabschnitte des Tragholms sind - wie bereits erwähnt - vorzugsweise nur in wenigen Ausnahmefällen, nämlich bei stillstehendem Rotoi; bei Autorotation oder bei negativem La stvielfachem, auf Druck beansprucht, und aus diesem Grund sind die Gurt schlaufen jeweils auf ihrer Außenseite zweckmäßigerweise in eine Stützschale zur Druckkraftübertragung an den Rotormast eingefaßt, um eine örtliche Beschädigung des Faserverbunds im Schlaufenbereich unter Druckbelastung zu vermeiden.

Um das Steuerverhalten des erfindungsgemäßen Rotors weiter zu verbessern, ist für die Blattwinkelsteuerung vorzugsweise ein das Zwischenstück mit Abstand umgreifendes, torsionssteifes Hohlprofil vorgesehen, das einerseits mit dem Inneren Ende des Flügelabschnitts fest verbunden und andererseits an eine die Blattwinkelsteuerung bewirkende Steuerstange angeschlossen ist. Hierdurch wird auch bei einem größeren Abstand der Steuerstange von dem weiter außen liegenden, rotormastseitigen Ende des Flügelabschnitts eine exakte, von Übertragungsfehlern freie Blattwinkeleinstellung in Abhängigkeit von der Einstellage der Steuerstange garantiert. In diesem Fall sind der seitliche Abstand des Angriffspunktes der Steuerstange von der Mittelachse und die Axiallänge des Hohlprofils zweckmäßigerweise derart bemessen, daß sich bei einem Auslenken des zugeordneten Rotorblatts und einem Durchbiegen des Zwischenstücks in Schlagrichtung eine Blattwinkelrücksteuerung ergibt.

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Durch diese Maßnahme wird die Durchbiegung des Tragholms im Bereich des Zwischenstücks in einfacher Weise zur Verbesserung des Steuerverhaltens des Rotors ausgenutzt, wobei sich der Rücksteuereffekt je nach der gewählten AxLallänge des Hohlprofils und dem seitlichen Abstand des Angriffspunktes der Steuerstange von der Mittelachse des Hohlprofils in vorgegebener Weise variieren läßt.

Weitere Einhelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig.. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Aufsicht eines Rotors nach der Erfindung, wobei der Einfachheit halber lediglich ein Rotorblatt mit zugeordnetem Tragholm und von einem weiteren Rotorblatt nur des

sen Anschlußbereich am Rotormast gezeigt ist;

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Schnitt des Flügelabschnitts längs der Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4- einen schematischen Schnitt des Tragholms im Bereich des Zwischenstücks längs der Linie IV-IV der Fig. 1; und

Fig. 5 einen schematischen Schnitt des Tragholms im Bereich des Verbindungsstücks längs der Linie V-V der Fig. 1.

Der in den Fign. gezeigte Vierblattrotor 2 enthält als Hauptbestandteile einen zentralen Rotormast 4 und Rotorblätter 6,

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■von denen in Pig. 1 nur eines bis zur Blattspitze und ein zweites lediglich im Bereich der Anschlußstelle am Rotormast 4 dargestellt ist. Der Blattanschluß am Rotormast 4 erfolgt über einen von der Blattspitze bis zum Rotormast einteilig durchlaufenden Tragholm 8 aus Faserverbundwerkstoff mit durchgehend unidirektionalem Faserverlauf in Holmlängsrichtung, wie dies durch die Längspfeile in den Fign. 1 und 2 angedeutet ist. Unterteilt ist der Tragholm 8 in mehrere Funktionsbereiche unterschiedlicher Ausbildung, nämlich ein am Rotormast 4 über Anschlußbolzen 10 gesichertes, hochsteif ausgebildetes Verbindungsstück 12, das bis zum etwa 0,1-Fachen des Rotorradius R von der Rotordrehachse zur Blattspitze reicht, ein daran anschließendes, torsions- und biegeelastisches, jedoch schubkraftübertragendes Zwischenstück 14, das etwa bis zum 0,2-fachen Rotorradius R reicht, und ein vom Zwischenstück 14 längs des auftriebserzeugenden Fitigelabschnitts 16 des Rotorblatts 6 zur Blattspitze verlaufendes, massives Außenstück 18 etwa sichelförmigen Querschnitts (Fig. 3), das gemeinsam mit einem Stützkern 20 aus Schaumstoff von einem dünnwandigen, aus Faserverbundwerkstoff mit in Spannweitenrichtung unter etwa - 45° sich kreuzender Faserrichtung bestehenden Torsionskasten 22 umschlossen ist und das Tragflügelprofil im Bereich des Flügelabschnitts 16 bildet.

Das Zwischenstück 14 des Tragholms 8 hat einen möglichst niedrigen Torsionswiderstand, um Blattwinkeleinstellbewegungen des Flügelabschnitts 16 mit geringen Steuerkräften zu ermöglichen,muß zugleich entsprechend der Wirkung fiktiver Schlag- und Schwenkgelenke eine definierte Biegeelastizität in Schlag- und Schwenkrichtung aufweisen und vermag zusätzlich die am Flügelabschnitt 16 in Schlag- und Schwenkrichtung wirksamen Querkräfte ohne unzulässige, Undefinierte Verformungen und dementsprechend Verlagerungen der fiktiven- Gelenke an das torsions- und biegesteife Verbindungsstück 12 und somit den

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Rotormast 4 zu übertragen. Damit das Zwischenstück 14 diese Steuerfunktionen erfüllt, ist der längs des Außenstücks 18 massive Tragholm 8 vom mastseitigen Ende des Flügelabschnitts 16 an in mehrere - bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei - Holmabschnitte 24A,B und C aufgeteilt, die vom inneren Ende des Außenstücks 18 zunächst in einem kurzen Übergangsbereich auseinanderlaufen, wie dies in Pig. 1 in gestrichelten Linien gezeigt ist, und sich dann längs äußerer Randzonen des Zwischenstücks 14 mit parallelem Abstand zueinander zum Verbindungsstück 12 erstrecken. Die beiden Holmabschnitte 24A und 24B liegen in Schlagrichtung übereinander, während der Holmabschnitt 24C in Rotordrehrichtung D nach vorne versetzt gegenüber den Holmabschnitten 24A,B angeordnet ist und in der Mitte zwischen diesen liegt. Zwischen die Holmabschnitte 24A,B und C sind dünnwandige, schubfeste Stege 26, 28 aus einem Faserverbundwerkstoff mit sich in Steglängsrichtung unter etwa - 45° kreuzender Faserrichtung eingeklebt, wie dies in den Fign. 1 und 2 durch die Kreuzschräffur angedeutet ist. Wie Fig. 4 am deutlichsten zeigt, sind der in der Rotordrehebene liegende Horizontalsteg 26 und der parallel zur Rotordrehachse bzw. in Schlagrichtung angeordnete Vertikalsteg 28 zu einem schubkraftubertragenden Mittelteil 30 T-ffcrmigen Querschnitts verbunden, jedoch kann vor allem bei mehr als drei Holmabschnitten und einer anderen geometrischen HoImanordnung auch eine andere offene, etwa strahlen- oder kreuzförmige Querschnittsform für das aus Stegen bestehende, Schubkräfte in Schlag- und Schwenkrichtung übertragende Mittelteil gewählt werden.

Jeder Holmabschnitt 24A, B, C besteht aus zwei Gurthälften 32 und 34, von denen die Gurthälfte 32 ausgehend vom Außenstück 18 des Tragholms 8 auf der einen Seite des zugeordneten Schubstegs 26 bzw. 28 durchgehend zum Rotormast 4 verläuft, dort eine Gurtschlaufe 36A bzw. B bzw. C bildet und dann als zweite Gurthälfte 34 auf der anderen Seite des zugeordneten

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Stegs 26 bzw. 28 wieder zurück in das Außenstück 18 des Tragholms 8 verläuft. Im Bereich des Zwischenstücks 14 ist jede Gurthälfte 32, 34 parallel zum zugeordneten Schubsteg 26 bzw. 28 nochmals in mehrere, (gemäß den Fign. zwei)Gurtabschnitte 38A und 38B unterteilt, wobei die einzelnen Gurtabschnitte 38A, 38B miteinander und mit dem dazwischenliegenden Steg 26 bzw. 28 jeweils durch dünne Zwischenschichten 40 A bzw. 4OB aus elastomerem Material verklebt sind, wie dies in Pig. 4 für den Holmabsohnitt 240 gezeigt ist. Die einzelnen Gurtabschnitte 38A, B haben einen länglichen, rechteckförmigen Querschnitt mit einer wesentlich größeren Querschnittshöhe als -breite, wobei die Querschnittsmittellinien in Richtung der Querschnittshöhe parallel zu dem zugeordneten Steg 26 bzw.- 23 verlaufen oder sich in einem gemeinsamen Funkt auf dem Steg kreuzen. Unter Berücksichtigung der Querschnittsform und -anordnung der Holm- bzw. Gurtabschnitte und der elastomeren Zwischenschichten sind die Steghöhen a, b im Zwischenstück 14 so gewählt, daß dieses außer einer niedrigen Torsionssteifigkeit auch eine definierte, geringe Biegesteifigkeit in Schwenk- und Schlagrichtung aufweist und zugleich eine bestimmte Form-Stabilität gegen die beim Blattumlauf auf den Flügelabschnitt 16 einwirkenden Querkräfte hat, so daß diese durch das Zwischenstück 14 in Form von Schubbelastungen des aus den Stegen 26, 28 bestehenden Mittelteils 30 ohne unkontrollierte Deformationen des Zwischenstücks 14 an das Verbindungsstück 12 übertragen werden. Die eine Verschiebung der einzelnen Gurtabschnitte 38A, B zulassenden Elastomerschichten 4OA, B sind nur im Bereich des Zwischenstücks 14 vorhanden, wo die einzelnen Gurtabschnitte 24A, B und C parallel zueinander verlaufen.

Dementsprechend sind die beiden Gurthälften 32 , 34 im Bereich des Verbindungsstücks 12 wieder einteilige Faserverbundstränge mit unidirektionaler Faserrichtung, die fest mit den Außenrändern der sich in das Verbindungsstück 12 bis zum Beginn der Gurtschlaufen 36 fortsetzenden Stege 26 bzw. 28 verklebt sind (Fig. 5). Die Steghöhen a und b bzw. der gegenseitige Abstand

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der Holmabschnitte 24A, B und C nimmt längs des Verbindungsstücks 12 zum Rotormast 4 hin kontinuierlich zu. Wie Pig. 2 am deutlichsten zeigt, sind die beiden in Schlagrichtung übereinanderliegenden Schlaufen 36A und 36B durch einen gemeinsamen, parallel zur Rotordrehachse verlaufenden Anschlußbolzen 10 am Rotormast 4 gesichert, und zwar jeweils über eine zwischen dem Schiaufeninnenrand und dem Anschlußbolzen 10 wirksame Anschlußhülse 42 und eine die Schlaufe 36 A bzw. B auf der Außenseite umfassende Stützschale 44, die die Gurtschlaufen bei Druckbelastung am Rotormast 4 abstützt. Die gegenüber den Schlaufen 36A, B um 90° verdrehte und in Drehrichtung D nach vorne versetzte Gurtschlaufe 36C hingegen ist über einen lösbaren Nebenbolzen 46 (Fig. 1) und ein die Schlaufe auf der Außenseite einfassendes Paßstück 48 am Anschlußbolzen 10 des in Drehrichtung D benachbarten Rotorblatts 6 gesichert, wobei das Paßstück 48 in einer zwischen den Gurtschlaufen 36 A und B liegenden Aussparung 50 des Rotormastes 4 sitzt. Durch Ziehen des Nebenbolzens 46 kann das zugeordnete Rotorblatt 6 um den Anschlußbolzen 10 als Schwenkachse in eine Faltlage gebracht werden. Im Schlaufenbereich sind keilförmige Füllstücke 52 etwa aus Schaumstoff zwischen die beiden Gurthälften 32, 34 jeder Schlaufe 36 eingeklebt, die sich von der Anschlußhülse 42 bzw. dem Nebenbolzen 46 bis zum inneren Ende der Schubstege 26 bzw. 28 erstrecken.

Damit die aus dem Luftwiderstand und der Zentrifugalkraft im Nennbetrieb des Rotors resultierende Zugkraft, deren Wirkungslinie in Fig. 1 für ein typisches Rotorsystem durch die strichpunktierte Linie V dargestellt ist, im Verbindungsstück 12 keine Verformungen in Schwenkrichtung hervorruft, müssen sämtliche Pasern der Holmabschnitte 24A, B und C unter der Wirkung dieser Zentrifugalkraft gleich stark gedehnt werden, d.h. in jedem Querschnitt des Verbindungsstücks 12 muß der Zugmittelpunkt Z mit der Wirkungslinie V dieser resultierenden Zugkraft zusammenfallen. Da die Wirkungslinie V nicht auf der durch die Querschnittsgeometrie des Verbindungsstücks 12

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definierten Flächenschwerpunktslinie S liegt, wird der Zugmittelpunkt Z

im Bereich des Verbindungsstücks 12 durch

Zugabe von Faseranteilen unterschiedlichen Elastizitätsmoduls zu den Gurthälften 32, 34 einzelner Holmabschnitte 24- aus dem Flächenschwerpunkt S auf die Zugkraft-Wirkungslinie V verlegt, wie dies für den in Fig. 5 gezeigten Querschnitt des Verbindungsstücks 12 durch die zusätzlich auf die Gurthälften 34 der Holmabschnitte 24Δ und B aufgeklebten Faseranteile 54 gezeigt ist, deren ebenfalls unidirektionale Fasern einen wesentlich höheren Elastizitätsmodul als die Fasern der Holmabschnitte 24 haben und z.B. bei Verwendung von Glasfasern für die Holmabschnitte aus Kohlefasern aufgebaut sind.

Den statischen Anteilen, die aus den am Flügelabschnitt 16 angreifenden Luft- und Zentrifugalkräften resultieren, überlagern sich im Bereich des Verbindungsstücks 12 noch zusätzlich dynamische Biegewechselbeanspruchungen, die durch die Schlag- und Schwenkbewegungen der Rotorblätter hervorgerufen werden und längs des Verbindungsstücks 12 zur Rotordrehachse hin zunehmen. Die Abstände a und b zwischen den Holmabschnitten 24A, B, und 0 werden daher längs des Verbindungsstücks 12 so stark vergrößert, daß dort die gemeinsam aus den statischen Lastanteilen und den dynamischen Biegebeanspruchungen resultierenden Belastungen in jedem Holmabschnitt in der überwiegenden Zahl der Lastfälle reine Zugbeanspruchungen hervorrufen; lediglich bei stillstehendem Rotor, bei Autorotation oder bei negativem Lastvielfachem sind einzelne Holmabschnitte auf Druck beansprucht, wobei diese Druckkräfte über die Stützschalen 44 bzw. das Paßstück 48 an den Rotormast 4 abgesetzt werden.

Durch die Verlegung der Zugmittelpunktslinie des Verbindungsstücks 12 auf die Kraftwirkungslinie V und eine entsprechende Abstandsvergrößerung der Holmabschnitte 24A, B und C im Bereich

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des Verbindungsstücks 12 wird somit eine äußerst last- und werkstoffgünstige Gestaltung des Verbindungsstücks 12 erzielt, so daß dieses auch bei einer größeren Axiallänge (etwa 10 % des Rotorradius R) unter den einwirkenden statischen und dynamischen Belastungen hochsteif bleibt und eine starre, in Schlag- und Schwenkrichtung im wesentlichen verformungsfreie Fixierung des Zwischenstücks H am Rotormast 4 garantiert.

Zur Blattwinkelsteuerung ist mit dem Torsionskasten 22 am inneren Ende des Flügelabschnitts 16 ein biege- und vor allem torsionssteifes Rohrstück 56 verbunden, das ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff sich unter etwa - 45 ° kreuzender Faserrichtung besteht und das Zwischen- und^erbindungsstück 12, 14 mit so großem Abstand umgreift, daß'über den gesamten Torsions- und Biegebereich des Zwischenstücks 14 die Holmabschnitte 2.4 nicht berührt. Am inneren Rohrende 58 ist eine übliche Steuerstange 60 zur Blattwinkelsteuerung angelenkt, wobei die Axiallänge des Rohrstücks 56 und der seitliche Abstand des Angriffspunktes 62 der Steuerstange 60 von der Mittelachse des Rohrstücks 56 bzw. von der durch die Torsionsachse des Zwischenstücks 14 definierten Blattwinkeldrehachse so bemessen sind, daß sich bei einem Durchbiegen des Zwischenstücks 14 in Schlagrichtung ein Blattwinkelrücksteuereffekt ergibt. Dieser Rücksteuereffekt ist um so größer, je weiter das Rohrstück 56 in Richtung der Rotordrehachse über das Zwischenstück 14 hinausreicht und je geringer der seitliche Abstand des Angriffspunktes 62 in Rotordrehrichtung D von der Blattwinkeldrehachse ist.

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Claims

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GESELLSCHAFT BTO1 Im

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Patentansprüche

Gelenkloser Rotor für Drehflügelflugzeuge, bei dem die auftriebserzeugenden Flügelabschnitte der Rotorblätter an ihren inneren Enden jeweils an ein torsions- und biegeelastisches, Blattwinkel- sowie Schlag- und Schwenkbewegungen des Flügelabschnitts zulassendes, zugfestes Zwischenstück angeschlossen sind, das über ein im wesentlichen starres Verbindungsstück am Rotormast gehaltert ist, und jeder Flügelabschnitt gemeinsam mit dem zugeordneten Zwischen- und Verbindungsstück einen einteilig vom Flügelabschnitt bis zum Rotonnast durchlaufenden Tragholm aus Faserverbundwerkstoff mit in Holmlängsrichtung unidirektionaler Faserrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragholm (8) im Bereich des Zwischenstücks (H) in mindestens drei, in in Umfangsrichtung zueinander versetzten Randzonen des Zwischenstücks angeordnete Holmabschnitte (24A, B, C) unterteilt ist und diese entsprechend der Biege- und Torsionselastizität des Zwischenstücks durch dünnwandige, zu einem im Querschnitt offenen Mittelteil (30) verbundene, schubfeste Stege (26,28) zueinander auf Abstand gehalten sind.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Zwischenstücks (H) zwischen die Holmabschnitte (24A, B, C) und die zugeordneten Stege (£6, 28) jeweils eine Elastomerschicht (40B) eingelegt ist.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (26, 28) aus Faserverbundwerkstoff mit einer sich zur

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Steglängsrichtung unter etwa - 45 ° kreuzenden Faserrichtung bestehen.

4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Stege (26, 28) längs des Verbindungsstücks (12) in Richtung des Rotormastes (4) fortgesetzt und mit den Holmabschnitten (24A, B, C) verschiebefest verbunden sind.

5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelpunktslinie (Z) a_es Verbindungsstücks (12) im wesentlichen mit der im Blattschwerpunkt angreifenden Resultierenden (V) aus der Zentrifugal- und der Luftwiderstandskraft im Nennbetrieb des Rotors zusammenfällt·

6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß einzelne Holmabschnitte (24A, B, C) im Bereich des Verbindungsstücks (12) durch zusätzliche Faseranteile (54) mit einem höheren Elastizitätsmodul steifer ausgebildet sind.

7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Holmabschnitte (24A, B, C) im Bereich des Verbindungsstücks (12) auf einen vom Zwischenstück (14) zum Rotormast (4) zunehmend größeren, gegenseitigen Abstand gehalten und im Nennbetrieb des Rotors jeweils überwiegend zugbeansprucht sind.

8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Holmabschnitte (24A,B,C) jeweils aus mehreren, im Bereich des Zwischenstücks (14) durch eine Elastomerschicht (40A) miteinander verbundenen Gurtabschnitten (38A,B) bestehen.

9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge k e η n-ζ e i ch η e t , daß die Holm- bzw. Gurtabschnitte (24A,B,C bzw. 38A,B) jeweils eine größere Querschnittshöhe als-breite

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haben und mit ihrer größeren Querschnittshöhe im wesentlichen /zum

parallel/zugeordneten Steg (26, 28) angeordnet sind.

10. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Holmabschnitt (24A,B,C) aus mindestens einem, von der Blattspitze zum Rotormast (4) und unter Bildung einer Gurtschlaufe (36A, B,C) von dort wieder zurück zur Blattspitze verlaufenden Längsgurt (32, 34) besteht.

11. Rotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtschlaufen (36A,B,C) über einen zum Palten des zugeordneten Rotorblatts (6) lösbaren Schwenkbeschlag (10, 46, 48) am Rotormast (4) befestigt sind.

12. Rotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gurtschlaufen (36A,B) in Richtung der Rotordrehachse übereinanderliegend angeordnet und durch einen gemeinsamen, zur Drehachse parallelen Anschlußbolzen (10) am Rotormast (4) befestigt sind und mindestens eine weitere, in Rotordrehrichtung (D) vor den übereinanderliegenden Schlaufen (36A,B) angeordnete Gurtschlaufe (36C) über einen parallel zur Rotordrehebene verlaufenden Nebenbolzen (46) mit dem Rotormast verbunden ist.

13. Rotor nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenbolzen (46) zum Falten des zugeordneten Rotorblatts (6) lösbar ist.

2514. Rotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenbolzen (46) jeweils über ein am Anschlußbolzen (10) des in Rotorticntung (D) benachbarten Verbindungsstücks (12) zwischen dessen übereinanderliegenden Gurtschlaufen (36A, B) eingreifendes Paßstück (48) am Rotormast (4) gesichert sind.

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15. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtschlaufen (36A,B,C) jeweils auf ihrer Außenseite in eine Stützschale (44) zur Druckkraftübertragung an den Rotormast (4) eingefaßt sind.

16. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (12) vom Rotormast (4) bis etwa zum 0,1-fachen und das daran anschließende Zwischenstück (14) bis etwa zum 0,2-fachen Rotorradius (R) zwischen Rotordrehachse und Blattspitze reicht,

17. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein das Zwischenstück (14) mit Abstand umgreifendes, torsionssteifes Hohlprofil (56), das einerseits mit dem inneren Ende des Flügelabschnitts (16) fest verbunden und andererseits an eine die Blattwinkelsteuerung bewirkende Steuerstange (60) angeschlossen ist.

18. Rotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abstand des Angriffspunktes (62) der Steuerstange (60) von der Blattwinkelverstellachse und die Axiallänge des Hohlprofils (56) derart bemessen sind, daß sich bei einem Auslenken des zugeordneten Rotorblatts (6) und einem Durchbiegen des Zwischenstücks (14) in Schlagrichtung eine Blattwinkelrücksteuerung ergibt.

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