DE2826656A1

DE2826656A1 - Gegenstand aus faserverstaerktem kunststoff insbesondere in form eines rotorblattes

Info

Publication number: DE2826656A1
Application number: DE19782826656
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Brunsch; Josef Groeber; Peter Martin Dipl Ing Wackerle
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 1978-06-19
Filing date: 1978-06-19
Publication date: 1979-12-20
Also published as: US4255087A; GB2025339B; GB2025339A; DE2826656B2; DE2826656C3; JPS553999A; FR2429148A1; FR2429148B1

Description

MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, 5. Juni 1978

GESELLSCHAFT BTO1 Hb/Th MIT BESCHRÄNKTER HAFTUlTG,

MÜNCHEN 8351

Gegenstand aus faserverstärktem Kunststoff insbesondere in Form eines Rotorblattes

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufnahme von Längs- und/oder Biegekräften bei einem Gegenstand aus faserverstärktem Kunststoff insbesondere in Form eines Eotorblattes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Rotorblatt ist bekanntlich schlag- und schwenkgelenklos an einer Eotornabe anschließbar und führt somit im Vergleich zu Rotoren mit Blattanschlußgelenken - zu konstruktiver Vereinfachung und geringerem Gewicht des Rotorkopfes. Letzeres um so mehr, weil durch die Zusammenfassung der den Holm bildenden Faserstränge zu im Blattwurzelbereich schlaufenbildenden Gurten lange und schwere Blattwurzelhülsen (Blattbeschläge) vermieden werden. Bei einem solchen Strukturbauteil hat aber naturgemäß die verschiedene Faserorientierung der Gurte einerseits und der sie verbindenden Blatthaut andererseits unterschiedliche Schubmodule zur Folge, weshalb es insbesondere unter Biegebelastung bei gleichzeitiger Torsionsbelastung zu hohen Schubspannungskonzentrationen zwischen den Gurten (mit niedrigem Schubmodul) und der Blatthaut (mit hohem Schubmodul) im Übergangsbereich Schlau-

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fe/Blatthals, also am Fuße der Schlaufe kommen kann, wo die Blatthaut endet. Das kann zu sogenannten Schubrissen (Faserrissen) in der Blatthaut führen mit der Folge einer drastischai Schubsteifigkeitsänderung des Rotorblattes und damit einerÄnderung der Blatteigenfrequenzen bzw. unzulässig hoher Vibrationen des betreffenden Eotors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber beanspruchungsgerechtere Blattstruktur aufzuzeigen.

Diese Aufgabe ist bei einer Anordnung der eingangs genannten Art gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die zusätzlichen Zwischenlagen gemäß der Erfindung wird in dem besonders schubspannungskritischen Bereich zwischen den Gurten und der Blatthaut am Fuße der Schlaufe zwisehen ihnen ein Verbund mit einem in dem Maße kontinuierlichen ■ Übergang von der Faserorientierung der Gurte in der Schlaufe und im Blatthals zur Faserorientierung der Blatthaut (im Anschluß an die Schlaufe) geschaffen, daß wegen der unterschiedlichen elastischen Eigenschaften der Gurte und Blatthaut im genannten kritischen Bereich auftretende Schubspannungen, insbesondere Schubspannungsspitzen herabgesetzt bzw. von vornherein Schubspannungskonzentrationen ausgeschlossen werden. Hierdurch wird die Festigkeit der Blattstruktur beträchtlich erhöht. In diesem Sinne läßt sich in besonders einfacher Weise eine weitere Verbesserung in der Anpassung der Faserorientierung an den Kraftfluß im Blattanschluß (Schlaufe) gemäß der im Unteranspruch 2 gekennzeichneten Weiterbildung der Erfindung erreichen, was für eine Anordnung mit der üblicherweise bevorzugten Faserorientierung der Blatthaut von * 4-5° zur Blattlängsachse im Unteranspruch 3 weiter konkretisiert wird.

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Darüber hinaus wird die Erfindung nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, wozu die Zeichnung zeigt in

Pig. 1 von einem Rotorblatt in der Draufsicht bloß die zu einer (Blattanschluß-)Schlaufe geformte Blattwurzel mit dem anschließenden Blatthals,

Pig. 2 das Rotorblatt gemäß Fig. 1 mit teilweise aufgebrochener Blatthaut,

Pig. 3 einen Schnitt nach Schnittlinie III-III der Pig. 1.

Bei dem Rotorblatt ist der an einem nicht dargestellten Blattflügelabschnitt anschließende Blatthals 1 in Schwenk- und Schlagrichtung biegeweich ausgebildet, wozu er aus in Blattlängsrichtung sich erstreckenden (z.B. Glas-

Pasersträngen in einer Kunstharzmatrix besteht. Pur den' Blattanschluß ist die Gesamtheit der Paserstränge zu zwei im Blattwarzelbereich zu einer Schlaufe 2 gelegten Gurten 2.1 zusammengefaßt (Pig. 2,3). Die beiden Gurte 2.1 sind bis zur Schlaufe 2 über eine faserverstärkte Blatthaut 3 verbunden, welche, z.B. aus kunstharzgetränkten Pasergeweben aufgebaut, eine kreuzweise Faserorientierung von ± 45° zur Blattlängsachse 4- aufweist. Bekanntlich wird durch eine solche Faserorientierung eine hohe Schubfestigkeit und ein hoher Schubmodul erreicht. Der aber daraus zwangsläufig resultierende wesentlich höhere Schubmodul der Blatthaut 3 gegenüber demjenigen der beiden Gurte 2.1 (aus unidirektionalem Fasermaterial) führt zwangsläufig bei dem Übergangsbereich 5 zwischen der Schlaufe 2 und dem Blatthals 1 zu einer besonderen Gefährdung durch Überlagerungen von Schubspannungen aus Biege- und Torsionsbelastungen. Um hierbei insbesondere im genannten Übergangsbereich 5 gefährliche Spannungskonzenfcrationen

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zwischen den Gurten 2.1 einerseits und der Blatthaut 3 andererseits auszuschließen, ist gemäß Fig. 2 und 3 zwischen ihnen in diesem Übergangsbereich. 5 beidseitig der Schlaufe 2 je eine Lage 6 Faserstränge 6.1 bis 6.η (in einer Kunstharzmatrix) eingefügt. Diese (aus Darstellungsgründen nur vereinzelt angedeuteten) Faserstränge 6.1 bis 6.η haben zunächst als Decklage 6¹ der Schlaufe 2 eine hierzu bzw. zu den übrigen schlaufenbildenden Fasersträngen der Gurte 2.1 parallele Faserorientierung, die dann im vorgenannten Übergangsbereich 5? in dem die Faserstränge 6.1 bis 6.η ,je Blattseite zu einer Zwischenlage 6 zwischen den Gurten 2.1 und der Blatthaut 3 werden, im Sinne der Schaffung eines kontinuierlichen Überganges zu der Faserorientierung der Blatthaut geändert ist. Und zwar sind diese Faserstränge 6.1 bis 6.η der jeweiligen Zwischenlage 6 aus der jeweiligen weiteren Gurterstreckungsrichtung in der Reihenfolge ihrer Verlegung von innen nach außen mit von Strang zu Strang gleichmäßig abnehmendem Winkel (je Gurterstreckungsrichtung) beginnend mit einer Winkellage des jeweils innenliegenden Faserstranges 6.1 von 90° bis zu einer Winkellage des jeweils außenliegenden Faserstranges 6.η von 45° zur Blattlängsachse 4·. abgelenkt. Durch diese Änderung der Faserorientierung der Faserstränge 6.1 bis 6.η jeweils bei ihrem Übergang von einer Decklage 6¹ (der Schlaufe 2) zu einer Zwischenlage 6 (von Gurten 2.1 und Blatthaut 3) stellt letztere(6) eine Verstärkungslage mit in Blattlängsrichtung kontinuierlich - unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften der Gurte und Blatthaut - sich ändernden Steifigkeit dar. Im Hinblick auf die unter Zugbelastung in der Schlaufe 2 sich einstellende Querkontraktion sind die zusätzliehen Zwischenlagen 6 aufgrund ihrer 9O°-orientierten Faserstränge 6.1 eine Verstärkung des schiaufensextigen Randes der Blatthaut 3· Die folgende gleichmäßige Veränderung der Winkellage der Faserstränge 6.2 bis 6.η in Blattlängsrichtung und die daraus resultierende Veränderung des Schub-

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moduls von den Gurten 2.1 zur Blatthaut 3 bewirkt eine gleichmäßige Lasteinleitung in die Blatthaut»

Nur am Rande bleibt zu bemerken, daß der aus Fig. 3 noch ersichtliche Teil 7 bloß ein Füllkern zum Beispiel aus einem Schaumstoff ist, der ebenso wie die an den beiden Schmalseiten/des Blatthalses Ί senkrecht auslaufenden Enden der Faserstränge 6.1 bis 6.η zur vorbeschriebenen Problemlösung nichts beizutragen hat.

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Leerseite

Claims

Gegenstand aus faserverstärktem Kunststoff' insbesondere in Form eines Rotorblattes*·. ··' ■>■·." Pat ent a η s ρ r ü c h?. e ".-

1.· Anordnung zur Aufnahme von Längs- und/oder Biegekräften "bei" einem Gegenstand aus faserverstärktem Kunststoff^; insbesondere in Porm eines Rotorblattes mit' in Längsrichtung verlaufenden Pas ersträngen, deren Gesamtheit zu mindestens, zwei im Blattwurselbereich zu einer Schlaufe gelegten Gurten ausam- · mengefaßt ist, welche bis zur Schlaufe über eine faserverstärkte . Blatthaut verbunden sind, die eine kreuzweise Faserorientierung aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens im Übergangsbereich (5) ·' Schiaufe(2)/Blatthals (1) zwischen den Gurten (2.1) und der Blatthaut (3) beiderseits der Schlaufe mindestens je eine Lage Paserstränge ■ (6.1 bis 6.e) eingefügt ist, welche als Decklage (6¹) der Schlaufe eine hierzu parallele Pas er orientierung aufweisen, die beim Übergang der Paserstränge als Lage zwischen den Gurten und der Blatthaut so geändert ist, daß diese Zwischenlage (6) eine kreuzweise Faserorientierung mit in Blattlängsrichtung abnehmender Winkellage.der Paserstränge zur Blattlängsachse (4) aufweist. ' . ' .·.".■ ·.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Änderung der Faserorientierung beim Übergang der Faserstränge (6.1 bis 6.n) als Lage (6) zwischen den Gurten (2.1) und der Blatthaut (3)j bei der die Faserstränge aus der jeweiligen weiteren Gurteratreckungsrichtung in der Reihenfolge ihrer Verlegung von innen nach außen mit von Strang zu Strang zunehmend kleinerem Winkel zur Blattlängsachse (4) abgelenkt sind.

3· Anordnung nach Anspruch 1 und 2 bei einer Faserorientierung der Blatthaut von ± 4-5° zur Blattlängsachse, gekennzeichnet durch eine gleichmäßig abnehmende Ablenkung der Faserstränge (6.1 bis 6.n) je Gurterstreckungsrichtung beginnend mit einer Winkellage des jeweils innenliegenden Faserstranges (6.1) von 90° bis zu einer Winkellage des jeweils außenliegenden Faserstranges (6.n) von 45° zur Blattlängsachse (4).

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