DE2829542A1

DE2829542A1 - Hubschrauberblatt und damit ausgeruesteter hubrotor

Info

Publication number: DE2829542A1
Application number: DE19782829542
Authority: DE
Inventors: Robert Hugh Blackwell
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1977-07-13
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1979-01-25
Also published as: GB2001023A; IT1097240B; GB2001023B; US4130377A; IT7825635A0; FR2397328B1; JPS5420597A; FR2397328A1

Description

Hubschrauberblatt und damit ausgerüsteter Hubrotor

Die Erfindung bezieht sich auf Hubschrauberblätter und Hubrotoren, die so aufgebaut sind, daß sich eine bessere Blatt- und Rotorleistung ergibt, ohne daß zusätzliches Gerät erforderlich ist.

In der Hubschrauberrotortechnik ist bereits vorgeschlagen worden, die Rotorleistung dadurch zu verbessern, daß der Blatteinstellwinkel bei einer zweiten oder höheren Harmonischen der Rotordrehzahl verändert wird. Bei allen Versuchen zur Verbesserung der Rotorleistung, die bislang bekanntgeworden sind, ist aber zusätzliches Gerät über das normale Blatt- und Rotorsteuergerät hinaus erforderlich. Bei einer derartigen bekannten Konstruktion wird eine Taumelscheibe benutzt, die nicht nur kippbar ist, sondern die auch in ausgewählter Weise so geformt ist, daß einem herkömmlichen nichttorsionsnachgiebigen Rotorblatt durch das übliche Blatt-

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steuerungshorn normale Blatteinstellwinkeländerungen gegeben werden können und daß zweite Blatteinstellwinkeländerungsbefehle dem Blatt aufgrund der in ausgewählter Weise geformten Taumelscheibe gegeben werden können, um dadurch eine gewünschte Anzahl von Blatteinstellwinkeländerungen über der gesamten Spannweite des herkömmlichen Blattes bei einer Rotorumdrehung zu erzeugen. In einer zweiten bekannten Anordnung wird ein torsionsnachgiebiges Blatt mit dem herkömmlichen Blattsteuerungshorn zur Blatteins t el lwinkeländerung und mit einer zweiten Geräteanordnung benutzt, die im Innern des Blattes angeordnet und getrennt von dem Blattsteuerungshorn betätigbar ist, um eine Klappe an der Blattspitze zu steuern und Torsionsbiegungen des Blattes; in der gewünschten Weise während der Blattdrehung zu erzeugen. Bei diesen beiden bekannten Konstruktionen ist jedoch Extragerät und ein zweites Blatteinstellwinkeländerungssystem erforderlich, um den Blatteinstellwinkel über den normalen Eingabebefehl hinaus, den das Blattsteuerungshorn gibt, zu erzeugen. Das führt notwendigerweise zu unerwünschtem zusätzlichem Gewicht und das herkömmliche Hubschrauberblatt und der herkömmliche Hubschrauberrotor werden komplizierter.

Die Erfindung schafft ein verbessertes Hubschrauberblatt und einen verbesserten Hubschrauberrotor, bei welchen das Blatt aerodynamisch veranlaßt wird, in ausgewählten Azimutpositionen derartige Torsionsbiegungen auszuführen, daß der Rotorwirkungsgrad verbessert und die Gesamtleistung, die zum Antrieb des Rotors erforderlich ist, verringert wird, um dadurch insbesondere ein 2/U-Torsionsansprechverhalten und eine maximale Blatteinstellwinkelerhöhung in den Azimutpositionen 0° und 180° des Hubschraubers sowie einen minimalen

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Blatteinstellwinkel ungefähr in den Azimutpositionen 90° und 270° des Rotors zu erzeugen.

Gemäß der Erfindung wird ein Hubschrauberblatt so hergestellt, daß es torsionsnachgiebig ist und daß seine aerodynamische Mittelachse um eine ausgewählte Profilsehnenstrecke vorderhalb der Schwerpunktsachse und der elastischen Achse des Blattes in einem ausgewählten Teil der Blattspannweite oder des Blattradius liegt, so daß eine 2/U-Torsionsbiegung des Blattes erzeugt wird, und zwar mit Hilfe der aerodynamischen Belastung des Blattes und nicht durch zusätzliches Gerät, und vorzugsweise mit kleineren Steuerbelastungen.

Die Erfindung schafft also, kurz zusammengefaßt, ein torsionsnachgiebiges Hubschrauberblatt, dessen aerodynamische Mittelachse in ausgewählter Weise vorderhalb seiner Schwerpunktsachse und seiner elastischen Achse in einem ausgewählten Teil der Blattspannweite angeordnet ist, so daß auf das Blatt im Betrieb eine Luftkraft ausgeübt wird, die zu einer 2/U-Torsionsbiegung des Blattes führt und dadurch die Rotorleistung durch Verringern der Gesamtleistung, die für den Antrieb des Rotors erforderlich ist, verringert.

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

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Hubschrauber, die

die Bereiche hoher Belastung nahe den Azimutpositionen 90° und 270° und die Bereiche

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relativ niedriger Belastung nahe den Azimutpositionen 0° und 180 zeigt,

Fig. 2a ein herkömmliches Hubschrauberrotorblatt

der in modernen Hubschraubern benutzten Art, das nicht torsionsnachgiebig ist,

Fig. 2b ein torsionsnachgiebiges Rotorblatt mit

Blattspitzenpfeilung, aber ohne die ausgewählte Achsenversetzung gemäß der Erfindung und mit dem angegebenen Grad an Torsionsnachgiebigiceit und Steuersystemsteif igkeit,

Fig. 2c eine bevorzugte Ausführungsform des tor

sionsnachgiebigen Rotorblattes nach der Erfindung mit Blattspitzenpfeilung und ausgewählter Achsenversetzung sowie dem angegebenen Grad an Torsionsnachgiebigkeit und Steuersystemsteifigkeit,

Fig. 3 in einem Diagramm den Blattauftrieb über

dem Azimutwinkel, um den Gesamtauftrieb, der durch einen herkömmlichen Rotor erzeugt wird, welcher Blätter des in Fig. 2a dargestellten Typs hat, mit dem zu vergleichen, der durch einen Rotor erzeugt wird, welcher nachgiebige Torsionsblätter hat, die in der Längsachse eine 2/U-Torsionsbiegung erzeugen,

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Fig. 4 die sich auf Fig. 3 bezieht, ein

Diagramm der zum Antrieb des herkömmlichen Rotors erforderlichen Leistung über allen Azimutpositionen im Vergleich mit der Leistung, die zum Antrieb eines torsionsnachgiebigen Rotors erforderlich ist,

Fig. 5 eine Reihe von Kurven, die die auf ein

Hubschrauberrotorblatt bei dessen Drehung einwirkende Luftkraft in seinem gesamten Azimut in ausgewählten Spannweiten- oder Radialpositionen längs des Blattes zeigt,

Fig. 6a schematisch einen Querschnitt eines Hub

schrauberblattes in statischem Zustand zur Veranschaulichung der elastischen Achse,

Fig. 6b schematisch einen Querschnitt eines rotie

renden Hubschrauberblattes zur Veranschaulichung des Schwerpunkts, der elastischen Achse und des aerodynamischen Mittelpunktes des Blattes,

Fig. 6c schematisch eine bevorzugte Ausführungs

form des torsionsnachgiebigen Blattes in einem Querschnitt durch das Blatt, bei welchem die aerodynamische Mittelachse oder Auftriebsachse vorderhalb der sich miteinander deckenden Schwerpunktsachse und elastischen Achse angeordnet ist,

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Fig. 7 in einem Diagramm die Torsionssteifigkeit

des Blattes nach der Erfindung über der Blattspannweite,

Fig. 8 schematisch ein Hubschrauberblatt zur Ver

anschaulichung einer Methode des Erzeugens der gewünschten Achsenversetzung,

Fig. 9 ein Diagramm, welches den elastischen Ver-

"" ■ . ■ drehwinkel in einer ausgewählten Radialposition eines nachgiebigen Hubschrauberblattes der hier beschriebenen Art sowohl mit Achsenversetzung als auch mit Blattpfeilung im Vergleich zu einem solchen torsionsnachgiebigen Blatt, das nur eine Blattspitz enpfedLung und keine Achsenversetzung hat, zeigt, und

Fig. 10 die Differenz in dem elastischen Verdreh

winkel, der durch die beiden Blätter hervorgerufen wird und in Fig. £ gezeigt ist, um zu veranschaulichen, daß die erfindungsgemäße Achsenversetzung eine elastische 2/ü-Torsionsverformung erzeugt, die eine derartige Phasenlage hat, daß der Blattanstellwinkel in den ausgewählten Azimutpositionen, nämlich in der Längsachse, vergrößert wird.

Es kann gezeigt werden, daß bei einem herkömmlichen Hubschrauberrotor bei mäßigen bis hohen Fortschrittverhältnissen (M =0,2 bis 0,5), wie es am besten in Fig. 1 gezeigt ist,

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die Blätter in der 90°-Azimutpostion und in der 270°-Azimutposition stark belastet sind, während sie über dem Bug und dem Heck des Hubschraubers in der i80°-Azimutposition und in der 0 -Azimutposition relativ unbelastet sind. Darüberhinaus wird das Verhältnis von Blattauftrieb zu erforderlichem Antriebsdrehmoment in den Positionen vorlaufenden und rücklaufenden Blattes beträchtlich höher als in den 0°- und 180 -Positionen. Der Rotorwirkungsgrad könnte verbessert werden, wenn das Verhältnis von Auftrieb zu Antriebsdrehmoment in dem gesamten Azimutbereich im wesentlichen konstant wäre. Das würde eine Verringerung der Belastung in den 90°- und 270°-Azimutpositionen und eine Erhöhung der Blattbelastung in den 0°- und 180°-Azimutpositionen erfordern. Versuche der oben beschriebenen Art sind in der Vergangenheit gemacht worden, um dieses Ziel zu erreichen, jeder Versuch hat aber das Hinzufügen von schwerem und kompliziertem Gerät zu dem vorhandenen Rotorsteuersystem erfordert. Die Erfindung schafft diese Rotorwirkungsgradverbesserung, ohne daß zusätzliches Blattsteuergerät erforderlich ist. Dazu ist untersucht worden, ob die aerodynamische Belastung des Blattes, d.h. die Belastung durch Luftkräfte zum Erzeugen oder Annähern dieses Blattbelastungsausgleiches benutzt werden kann, und es haben sich ein Hubschrauberblatt und ein Hubschrauberrotor ergeben, die das ermöglichen. Zum besseren Verständnis der Konstruktion und der Betriebsweise des Blattes und Rotors wird auf die Untersuchungen Bezug genommen, die zu der Konstruktion der bevorzugten Ausführungsform geführt haben. Zu diesem Zweck wird auf die Fig. 2a bis 2c Bezug genommen, von denen Fig. 2a den herkömmlichen oder Grundrotor zeigt, der in modernen Hubschraubern benutzt wird und der torsionsunnachgiebig ist. Fig. 2b zeigt einen torsionsnachgiebigen Rotor mit einer gepfeilten Blattspitze,

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aber ohne Blattachsenversetzung, während Fig. 2c einen torsionsnachgiebigen Rotor mit Blattspitzenpfeilung und mit Blattachsenvers'etzung zeigt, was im folgenden noch näher beschrieben wird.

Ziel war es, festzustellen, ob die Torsionsbiegung des Blattes benutzt werden könnte, um den Anstellwinkel des Blattes über dem Bug und dem Heck zu verändern und die Blattbelastung zu erhöhen und entsprechend den Anstellwinkel in den 90 - und

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270 -Azimutpositionen zu verringern, um die Blattbelastung zu verringern und dadurch einen Rotor mit größerem Wirkungsgrad zu schaffen, der zu seinem Antrieb weniger Leistung erfordert. Zuerst erfolgte eine analytische Untersuchung der Größe der zum Antrieb des Rotors erforderlichen Leistung unter verschiedenen Bedingungen von elastischer Verdrehung bei verschiedenen Anzahlen von Rotorharmonischen, wie beispielsweise eine pro Umdrehung, zwei pro Umdrehung, drei pro Umdrehung usw., mit verschiedenen Graden elastischer Verdrehung bei diesen verschiedenen harmonischen Rotorfrequenzen, wobei die Spitze der elastischen Verdrehung in verschiedenen Azimutpositionen auftrat. Eine radiale Verteilung der Torsionsbiegung wurde als auf der ersten Torsionsmode des Blattes basierend angenommen. Als ein Ergebnis dieser Untersuchung wurde festgestellt, daß eine minimale Leistung zum Antrieb eines Rotors mit elastischer 2/U-Verdrehung in der Größenordnung von etwa plus 2° erforderlich war,

die in den 0°- und 1 80°-Azimutpositionen auftrat (elastischer Verdrehungswinkel an der Blattspitze = 2° cos 2Ψ). Ein solcher Rotor ist im folgenden und in den Ansprüchen als Rotor mit elastischer 2/ü-Verdrehung in der Flugzeuglängsachse oder 2/U-Längsachsentorsionsbiegung bezeichnet.

Fig.' 3 zeigt ein Diagramm, in welchem der Blattauftrieb über dem Azimutwinkel für einen herkömmlichen Rotor (Kurve a) und

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für einen Rotor mit 2/U-Verdrehung in der Flugzeuglängsachse (Kurve b) aufgetragen ist. Diese Kurven fallen zwar nicht zusammen, es kann jedoch an Hand von Fig. 3 gezeigt werden, daß der Gesamtauftrieb, der durch den Rotor mit elastischer 2/U-Verdrehung in der Flugzeuglängsachse erzeugt wird, gleich dem Gesamtauftrieb ist, der durch den herkömmlichen Rotor erzeugt wird. Gemäß Fig. 4 jedoch, die die zum Antreiben des herkömmlichen Rotors und eines Rotors mit 2/U-Verdrehung in der Flugzeuglängsachse erforderliche Leistung in Abhängigkeit von dem Azimutwinkel zeigt, die durch Kurven c beziehungsweise d dargestellt sind, kann durch einen Vergleich der Gesamtflächeninhalte unter den Kurven c und d, die die zum Antreiben des Rotors in seinem vollen Azimutwinkel erforderliche Leistung darstellen, gezeigt werden, daß die erforderliche Leistung für den torsionsnachgiebigen Rotor kleiner ist als für den herkömmlichen Rotor von Fig. 2a. Es ist deshalb klar, daß die zum Antreiben eines Hubschrauberrotors erforderliche Gesamtleistung verringert werden kann, wenn in den Blättern eine 2/U-Verdrehung in der Flugzeuglängsachse hervorgerufen werden kann, und daß diese Einsparung an Antriebsleistung ohne einen Verlust an Gesamtrotorauftrieb erzielt werden kann. Leistungseinsparungen zwischen 4 und 8%, die als wesentlich anzusehen sind, wurden für Fortschrittverhältnisse von 0,3 bis 0,4 und Blattbelastungswerte zwischen 0,07 und 0,10 vorhergesagt. Amplituden von 0, 1 , 2 und 3° der elastischen 2/U-Verdrehung in der Flugzeuglängsachse wurden untersucht. Es wurde vorausgesagt, daß maximale Leistungseinsparungen bei etwa 2° der 2/U-Verdrehung auftreten würden, mit derar-

tiger Phase, daß der Blatteinstellwinkel bei Azimutwinkeln von 0° und 180°. erhöht würde.

Zu diesem Punkt hatten die Untersuchungen gezeigt, daß durch

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Verwenden der oszillierenden 2/U-Verdrehung von etwa 2° mit derartiger Phasenlage, daß der Blatteinstellwinkel in den 0 - und 180 -Azimutpositionen vergrößert wird, mit einer entsprechenden Verringerung des Blatteinstellwinkels in den 90°- und 270°-Azimutpositionen, die Leistung zum Antreiben des Rotors während des normalen Hubschrauberflugbetriebes beträchtlich reduziert wird. Nachdem so die Vorteile demonstriert worden sind, sind durch ein so arbeitendes Blatt beziehungsweise durch einen so arbeitenden Rotor erzielt werden, wurde untersucht, ob ein Blatt hergestellt werden könnte, das eine 2/U-Längsachsentorsionsbiegung oder -Verdrehung hat, ohne daß zusätzliches Gerät erforderlich ist, um diese Torsionsbiegung hervorzurufen, bei dem vielmehr die gewünschte Torsionsbiegung durch die Luftbelastung des Blattes erreicht wird.

Zuerst wurde die Möglichkeit des Herstellens einer solchen Schaufel durch Verändern der Blattwölbung untersucht, was sich aber als nicht erfolgreich herausstellte. Dann wurden die Aussichten einer Verschiebung von einigen der Blattachsen in Richtung der Profilsehne untersucht, um festzustellen, ob ein ausgewähltes Anordnen von gewissen Blattachsen die gewünschte Torsionsbiegung auf Grund der aerodynamischen Luftbelastung des Blattes ergeben könnte. Das angewandte Verfahren zum Auswählen der Relativpositionierung der Blattachsen in der Profilsehne, des Spannweitenbereiches des Blattes, innerhalb welchem die Blattachsen zu versetzen waren, und der erforderlichen Blattorsionssteifigkeit ist unten erläutert.

Zuerst wurde untersucht, ob die Luftbelastung, die auf das Blatt einwirkt, so groß war, daß sie mit in ausgewählter Weise versetzten Achsen benutzt werden konnte, um die gewünschte

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2/u- Längsachsentorsionsbiegung zu erzeugen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Fig. 5 gezeigt, in welcher die Kurven 1,2,3 und 4 die auf das Blatt einwirkende Luftbelastung über dem vollen Rotorazimutwinkel bei 99%, 80%, 75% und 68% des Blattradius oder der Spannweite unter herkömmlichen Hubschrauberbetriebsbedingungen zeigen.

Aus Fig. 5 ist zu erkennen, daß die Kurve 1 zeigt, daß die Luftbelastungenan der Blattspitze ungefähr l/u veränderlich sind und deshalb die gewünschte 2/u- Biegung nicht aerodynamisch durch auf die Blattspitze einwirkende Luftbelastungen hervorgerufen werden konnte. Die Kurven 2, 3 und 4 zeigen jedoch, daß in diesen radial einwärts gelegenen Positionen zwischen 68% und 80% der BlattSpannweite oder des Blattradius die Luftbelastung bei Azimutwinkeln von 0° und 180° maximal und bei Azimutwinkeln von 90° und 270° minimal ist, so daß in diesen Blattspannweitenpositionen die Luftbelastung ausgenutzt werden konnte, um die gewünschte 2/U- Torsionsbiegung zu erzeugen. Das Diagramm von Fig. 5 zeigt, daß die gewünschte 2/U- Luftbelastungen zwischen den 68%- und 80%- Blattradialpositionen verfügbar sind und daß ausnutzbare Luftbelastungen zum Erzeugen der gewünschten Torsionsbiegung zwischen den 60% und 86%- Blattrad ialpositicnen vorhanden sind.

Die Untersuchungen wurden dann darauf gerichtet, festzustellen, ob diese günstige Luftbelastung in den in Fig. 5 gezeigten Spannweitenpositionen ausgenutzt werden könnten, um auf ein Hubschrauberblatt mit in ausgewählter Weise angeordneten Achsen so einzuwirken, daß die gewünschte 2/u- Längsachsentorsionsverformung des Blattes erzeugt wird.

Die Achsen, die einen Einfluß auf die Blattverdrehung haben

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und die deshalb in dieser Hinsicht verfügbar sind, sind die in den Fig. 6a, 6b und 6c gezeigten. Fig. 6a zeigt ein statisches Blatt mit einer elastischen Achse. Die elastische Achse ist diejenige Achse, in der,, wenn einfach aufwärts gegen die Unterseite des Blattes gedruckt wird, ein reine Biegebewegung in der Längsachse in dem Blatt hervorgerufen wird, statt einer Kombination aus einer Biegung in Längsrichtung und einer Torsionsbiegung des Blattes, die auftreten würden, wenn aufwärts gegen die Unterseite des Blattes auf einer Seite der elastischen Achse gedruckt würde. Das Blatt von Fig. 6a kann deshalb eine Torsionsbiegung erfahren, wenn auf ,es Drücke längs der Blattprofilsehne an Stellen ausgeübt werden, die gegenüber der elastischen Achse versetzt sind, wie es beispielsweise durch einen Belastungsvektor a angegeben ist. Wenn das Blatt rotiert, wie es in Fig". 6b dargestellt ist, steuert auf Grund der Wirkung der Zentrifugalkraft der Blattschwerpunkt in einem solchen rabferenden Blatt die Position,, um die die Schaufel in einem größeren Ausmaß verdreht wird, als es mit der Position der elastischen Achse erreichbar ist und es ist zu erkennen, daß eine Auftriebskraft, die vorderhalb von jeder-in Aufwärtsrichtung ausgeübt wird, eine Torsionsbiegung des Blattes in der Konfiguration von Fig. 6b im Uhrzeigersinn ergibt. In der bevorzugten Ausführungsform des Blattes nach der Erfindung fallen die elastische Achse und die Schwerpunktachse des Blattes zusammen, wie es Fig. 6c zeigt, und während der Blattdrehung erzeugen die auf das Blatt von Fig. 6c einwirkenden Luftbelastungen einen Auftriebsvektor L, der durch die aerodynamische Mittelachse des Blattes geht und deshalb ein im Uhrzeigersinn wirksames Moment auf das Blatt ausübt, durch das dieses im Uhrzeigersinn um die Schwerpunkt- und die elastische Achse, die zusammenfallen, verdreht wird.

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Betrachtet man die Lage der Achsen in Fig. 6c und die Luftbelastungsänderung des Blattes in Fig. 5, so ist klar, daß ein Blatt mit der Konfiguration von Fig. 6c veranlaßt wird, eine maximale Torsionsbiegung in den 180 — und 0 -Azimutpositionen des Rotors auszuführen, wodurch das Blatt einen maximal vergrößerten oder positiven Blatteinstellwinkel oder Blattverdrehwinkel in diesen Azimutpositionen erhält, während die Torsionsbiegung das Blatt veranlaßt, die Verdrehung oder den Blatteinstellwinkel in den 90°- und 270°- Azimutpositionen maximal zu verringern.

Die Untersuchungen haben ergeben, daß zum Erzielen der gewünschten 2/u- Längsachsentorsxonsbxegung auf Grund der aerodynamischen Luftbelastung es wichtig ist , daß das Rotorblatt torsionsnachgiebig ist, das heißt torsionsmäßig flexibel ist. Die Torsionsnachgiebigkeit kann auf verschiederlei Weise in ein Blatt eingebaut werden. Die Untersuchungen haben aber zu der in Fig.2c gezeigten bevorzugten Konstruktion geführt, in welcher die Steuersystemsteifigkeit, die dem Blatt eine Einstellwinkeländerungsbewegung über das Blattsteuerurigshorn 20 gibt, so ausgelegt ist, daß sie etwa zwei Drittel der Steifigkeit des Steuersystems eines herkömmlichen Rotois der in Fig. 2a gezeigten Art beträgt. Außerdem ist das Blatt nach der Erfindung gemäß Fig: 7, die die Torsionssteif igkeit über der Blattspannweite in Prozent zeigt, so ausgelegt, daß die Torsionssteifigkeit zwischen 50% Spannweite bis zur Blattspitze etwa ein Viertel der Torsionssteifigkeit des herkömmlichen Blattes beträgt, während radial einwärts davon das Blatt nach der Erfindung die herkömmliche Steifigkeit hat. Für das herkömmliche Blatt von Fig. 2a beträgt die entkoppelte Torsionsmodenfrequenz etwa 5,2 pro Umdrehung, während die entkoppelte Torsionsmodenfrequenz des nachgiebigen Rotors, der das Torsxonstexfigkextsprofil von

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Fig.8 hat, etwa 3,5 Schwingungen pro Umdrehung beträgt. Eine Blattkonstruktion, die diese Torsionssteifigkeit ergibt, welche in Fig. 7 gezeigt ist, ist ein torsxonsnachgxebxges, das heißt flexibles Blatt, das in der Lage ist, auf die 2/u-Luftbelastungen anzusprechen, die auf es einwirken, um die gewünschte 2/u— Torsionsbiegung, —Verdrehung oder —Blattein— Stellwinkeländerung zu erzeugen, so daß sie in positiver elastischer Blattverstellung über dem Bug und dem Heck maximal und in negativer elastischer Blattverstellung in den 90°- und 270 -Azimutpositionen maximal ist. Fig. 7 zeigt das Torsionssteifigkeitsprofil des nachgiebigen Blattes nach der Erfindung mit ausgezogenen Linien. Es ist klar, daß auch andere torsionsnachgiebige Blätter benutzt werden könnten. Beispielsweise wäre es möglich gewesen, die Torsionssteifig— keit des Blattes nach der Erfindung in seiner gesamten Spannweite zu verringern,so daß die Torsionssteifigkeit desselben im Vergleich zu der Torsionssteifigkeit des herkömmlichen Blattes der gestrichelten Linie in Fig. 7 entsprochen hätte, und zwar mit demselben Ergebnis und der entkoppelten Torsionsmodenfrequenz von 3,5 Schwingungen pro Umdrehung.

Die Torsionssteifigkeit längs der Spannweite des Blattes kann in verschiedernerlei Weise kontrolliert werden, indem beispielsweise die Wanddicke oder das Material, das in dem Blattholm benutzt wird, verändert wird, um dieses Torsionssteifigkeitsprofil zu erzeugen, oder indem in einem Verbundblatt die Anzahl der Schichten von verklärtem Material und die Schichtausrichtung verändert werden.

Danach wurde das Problem gelöst, die Größe der Achsenversetzung zu bestimmen. Gemäß Fig. 2c wurde in dem Blatt nach der Erfindung die aerodynamische Mittelachse um etwa 15% der Profil-

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sehnenabmessung vor der mit der elastischen Achse zusammenfallenden Schwerpunktsachse in dem gesamten Teil der Blattspannweite angeordnet, der sich am besten für die 2/u- Längs— achsentorsionsbiegung eignet,nämlich zwischen 63% und 86% des Blattradius oder der Spannweite. Es könnte zwar auch ein größeres Ausmaß der Versetzung dieser Achsen über einem geringeren Bereich der Blattspannweite benutzt werden, die in Fig. 2c dargestellte Ausführungsform ist jedoch unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit der Herstellung und der Blattstabilität als am besten anzusehen. Leistungseinsparungen von 2% bis 15% gegenüber einem herkömmlichen (unnachgiebigen) Rotor wurden für diesen Rotor während des Betriebes bei Fortschrittverhältnissen zwischen 0,3 und 0,4 und Blattbelastungswerten von 0,085 bis 0,115 vorausgesagt.

Es sei jedoch daran erinnert, daß das torsionsnachgiebige Blatt auch gemäß der Darstellung in Fig. 8 gebildet sein könnte, sodaß es eine herkömmliche Gestalt hat, wobei sich aber die aerodynamische Mittelachse, uie auch als Auftriebsachse bezeichnet werden könnte, längs einer geraden Linie erstreckt, während die Schwerpunktsachse und die elastische Achse zwischen den optimalen Radialpositionen, die oben beschrieben sind, zu der Blatthinterkante bewegt sind.

Da diese Positionierung der aerodynamischen Mittelachse des Blattes vorderhalb der mit der elastischen Achse zusammenfallenden Schwerpunktsachse Blattinstabilitätsprobleme hervorrufen könnte, selbst wenn nur über einem Teil der Blatt— Spannweite, ist eine 20°- Rückwärtspfeilung in den äußeren

der Blattspannweite vorgesehen, um jede Instabilität zu beseitigen.

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Bei dem Blatt nach der Erfindung ist es wichtig, daß es sowohl torsionsnachgiebig ist, wie oben beschrieben, als auch versetzte Achsen hat, wie sie in Fig. 2c dargestellt worden sind. Wenn versucht worden wäre, ein Blatt zu benutzen, das torsionsunnachgiebig ist, und wenn versucht worden wäre, die gewünschte Torsionsbiegung oder Verdrehung allein durch versetzte Achsen zu erzeugen, würde die Fertigung eines solchen Blattes große Probleme mit sich bringen und eine solche Konstruktion würde die Blattinstabilitätsprobleme vergrößern. Wenn andererseits ein Blatt mit sehr vergrößerter Torsionsflexibilität in Verbindung mit einer Achsenversetzung, die kleiner ist als bei dem Blatt von Fig. 2c, benutzt würde» würde ein solches Blatt eine sehr niedrige Torsionsfrequenz und unzuläßig hohe Werte des Torsionsansprechvermögens haben.

Zur Veranschaulichung der Wichtigkeit der Achsenversetzung bei dem Blatt nach der Erfindung wird auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen. In Fig. 9 ist die TorsionsVerdrehung, die bei dem Blatt von Fig. 2c erzielt wird, durch die mit ausgezogener Linie dargestellte Kurve gezeigt, während die Torsionsverdrehung für ein Blatt der in Fig. 2b dargestellten Art mit derselben Steifigkeit und Blattspitzenpfeilung, aber ohne nach vorn verlegte aerodynamische Mittelachse/ als gestrichelte Kurve gezeigt ist. Die Differenz zwischen den beiden Kurven von Fig. 9 zeigt demgemäß die Effektivität der nach vorn verlegten aerodynamischen Mittelachse bei der Erzeugung des 2/u- Längsachsentorsionsverlaufes, wie er in Fig. 10 gezeigt ist.

In der vorstehend beschriebenen Weise ist ein Hubschrauberblatt mit der gewünschten Torsionsnachgiebigkeit oder

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Flexibilität und mit der ausgewählten Versetzung der aerodynamischen Mittelachse auf der Profilsehne gegenüber der mit der elastischen Achse zusammenfallenden Schwerpunktsachse in einem ausgewählten Gebiet der Blattspannweite hergestellt worden, so daß eine 2/ü-Längsachsentorsionsbiegung des Blattes allein durch Luftbelastungen hervorgerufen wird, die auf das Blatt während der Drehung des Hubschrauberrotors ausgeübt werden.

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Claims

Patentansprüche:

Hubschrauberblatt, dadurch gekennzeichnet, daß es auf einem Teil der Blattspannweite torsionsnachgiebig ist und daß die aerodynamische Mittelachse des Blattes in ausgewählter Weise in Richtung der Profilsehne vor der Schwerpunktsachse und der elastischen Achse des Blattes in einem ausgewählten Teil der Blattspannweite angeordnet ist, um dadurch eine 2/U-Verdrehung des Blattes aufgrund der aerodynamischen Belastung desselben im Betrieb zu erzeugen und dadurch den Blattanstellwinkel in ausgewählter Weise zu verändern.
2. Blatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in der äußeren Hälfte seiner Spannweite torsionsnachgiebig ist.

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3. Blatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine herkömmliche Blattorsionssteifigkeit in der gesamten inneren Hälfte der Blattspannweite und ein Viertel der herkömmlichen Blattorsionssteifigkeit in der äußeren Hälfte der Blattspannweite hat.
4. Blatt nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine entkoppelte Torsionsmodenfrequenz von 3,5 Schwingungen pro Umdrehung infolge der Torsionssteifigkeitsverringerung in der äußeren Hälfte seiner Spannweite hat.
5. Blatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in der gesamten Blattspannweite torsionsnachgiebig ist und daß seine entkoppelte Torsionsmodenfrequenz infolge der Verringerung seiner Torsionssteifigkeit in seiner gesamten Spannweite 3,5 Schwingungen pro Umdrehung beträgt.
6. Blatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Teil der BlattSpannweite, in welchem die aerodynamische Mittelachse vor der Schwerpunktsachse und der elastischen Achse des Blattes angeordnet ist, ein ausgewählter Spannweitenbereich zwischen einer Position einwärts der Blattspitze und auswärts der Blattwurzel ist.
7. Blatt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Blattspannweitenteil zwischen etwa 0,60 und 0,86 der Blattspannweite liegt.
8. Blatt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamische Mittelachse um eine Strecke vor der Schwerpunktsachse und der elastischen Achse angeordnet ist, die gleich etwa 15% - 5% der Blattprofilsehnenabmessung ist.

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9. Blatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamische Mittelachse des Blattes um 15% - 5% der Profilsehnenabmessung vor der Schwerpunktsachse und der elastischen Achse des Blattes in dem ausgewählten Teil der Blattspannweite zwischen etwa 0,60 und 0,86 der Blattspannweite angeordnet ist, und daß es eine nach hinten gepfeilte Blattspitze mit einer Pfeilung von 20° auf etwa den äußeren 10% der Blattspannweite aufweist.
10. Hubrotor mit wenigstens zwei Blättern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt auf einem Teil der Blattspannweite torsionsnachgiebig ist und daß die aerodynamische Mittelachse des Blattes in ausgewählter Weise in Richtung der Profilsehne vor der Schwerpunktsachse und der elastischen Achse des Blattes in einem ausgewählten Teil der Blattspannweite angeordnet ist, um dadurch eine positive 2/U-Torsionsbiegung in den 0°- und 1 80°-Azimutpositionen und eine negative Torsionsbiegung in den 90 - und 270°-Azimutpositionen zu erzeugen und dadurch den Angriffs- und Belastungswinkel des Blattes selektiv zu verändern.

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