DE2829605C2 - Rotornabe - Google Patents

Description

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"· Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotornabe entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges aus der US-PS 29 49 967 bekanntes Rotorblatt eines Hubschraubers besteht im wesentlichen aus zwei gabelförmigen Befestigungsplatten mit zwei Gabelteilen in V-Form, die kreuzförmig ineinandergesteckt sifid und senkrecht zueinander durch ein Übergangselement gehalten werden, wobei die eine Befestigungsplatte kürzer ist als die andere Befestigungsplatte. Das Übergangselement weist abgeflachte Abschnitte auf, die jeweils fest mit einem Ende jeder Platte verbunden sind, die sich unter rechtem Winkel von einem Teil wegerstrecken, das jeweils zylindrisch bzw. sphärisch ausgebildet ist Diese abgeflachten Abschnitte des Übergangselementes weisen mehr oder weniger breite Schlitze auf, von denen GabeJ'eile der Befestigungsplatten aufgenommen werden. Die eine Befestigungsplatte biegt sich bei der Schlagbewegung. Diese Biegung wird bei Zugbeanspruchungen von einer Schwenkbewegung der gesamten Verbindungsvorrichtung um die Verdickungen von radialen Armen der Nabe begleitet, wobei diese Arme in den Schlitz des Übergangselementes eingreifen. Deshalb ist es erforderlich, bei der Verbindungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zwei getrennte Platten zu verwenden, um die Schlagbewegung, die Schwenkbewegung und die Blatteinstellwinkelbewegung aufzunehmen. Bei dieser Blattaufhängung läßt sich keine ausreichende Schwenkbewegungsdämpfung erzielen. Außerdem sind bei dem Stand der Technik der vorgenannten US-PS die Befestigungsplatten als Laminat ausgebildet, das aus Metallblechen bzw. -Folien besteht. Derartige Befestigungsplatten müssen widerstandsfähig, leicht und elastisch sein, se daß Metalle mit diesen drei Eigenschaften erforderlich sind. Von den Metallen hat jedoch nur Titan diese Eigenschaften, jedoch ist Titan ein teures Material.

Weiterhin ist es gemäß dem genannten Stand der Technik erforderlich, das Übergangselement mit zahlreichen Schlitzen für den Durchtritt und die Schwingbewegung der Befestigungsplatten wie auch mit einem Schlitz für die Aufnahme der Enden zu versehen, die als Gelenk für die Nebenarme ausgebildet sind. Die Konstruktion gemäß dieser US-PS benötigt damit eine große Zahl von Teilen, um so die gewünschte Gelenkverbindung sicherzustellen und die erforderlichen Schwenkbewegungen zu ermöglichen, woraus jedoch Schwieiigkeiten hinsichtlirh der Bearbeitung, der Einstellung und der Montage entstehen, weshalb eine solche Nabe schwer und in der Herstellung teuer ist.

Die Verbindungsvorrichtung gemäß der US-PS bewegt sich bei der Schlagbewegung, der Schwenkbewegung und der Einstellwinkelbewegung um ein und denselben Drehmittelpunkt, weswegen dieser Punkt als der geometrische Mittelpunkt des sphärischen Teiles des Ubergangselementes gilt. Daher treffen an diesem Punkt die Pseudo-Anlenkungen für die Schlagbewegung, die Schwenkbewegung und der Einstellwinkelbewegung zusammen.

Aus der DE-OS 24 21 764 ist ein Rotor bekannt, dessen radiale Arme der Nabe groß, abgeflacht und dreieckförmig sind, so daß eine Elastizität gegeben ist. die eine Schlagbewegung der Rotorblätter zuläßt, wobei die Zentrifugalkräfte auf die Nabe mittels einer Hülse übertragen werden, die an einem Elastomer-Metall-Kugelschalengelenk ist. welches in einer im Blatt ausgebildeten Öffnung angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotornabe und eine Befestigung der Blattwurzel eines Rotorblattes an der Rotornabe zu schaffen, durch die bei Gewährleistung eines guten aerodynamischen Verhaltens und unter Aufwendung einfacher Mittel und einer preisgünstigen Konstruktion die Schwenkbewegungen, die auf die Rotorblätter Wechselschub- bzw. 'Scherbeanspruchungen ausüben, in erheblichem Maße

gedämpft werden können, ohne die Funktion des Rotorblattes und die Einstellwinkelbewegung der Rotorblätter zu behindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ergebenden Merkmale im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffes gelöst

Die aus Elastomermaterial aufgebauten Dämpfungsplatten sind niciit an der Schlagbewegung oder an der Einstellwinkelbewegung der Blätter beteiligt, da ihre Steifigkeit gegenüber den Beanspruchungen in diesen Richtungen wesentlich höher ist als die des Kugelgelenks aus Schichtmaterial Andererseits werden diese Platten aus Elastomerstoff durch die erzwungenen Schwenkbewegungen des Rotorblattes verformt und bringen damit eine Dämpfung dieser Bewegungen mit sich. Damit wird eine gezielte Dämpfung der Schwenkbewegungen eines Rotorblatts erzielt, das eine ausreichend geringe Verwindungssteifigkeit aufweist, so daß keine übermäßig große Stellkraft zur Steuerung des Einstellwinkels erforderlich wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird nun die Erfindung unter Bezugnahme auf die Schemazeichnungen anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rotornabe für Hubschrauber näher beschrieben und erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Aufriß und teilweise im Schnitt;

Fi g. 2 eine Draufsicht entsprechend Fig. I:

F i g. 3 bis 8 jeweils Schnittansichten entlang den Linien III-I1I bis VIII-VIIl aus F i g. 2;

Fig.9 und 10 schematische Darstellungen entsprechend F i g. 1 und 2, die jeweils eine Schlag- und eine Schwenkbewegung eines Rotorblattes zeigen;

F i g. 11 eine Teildraufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 12 und 13 jeweils eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII aus F ig. 11 und XIII-XIII aus F ig. 12.

In Fig. 1 und 2 wurde vom Hauptteil einer Nabe eines Hauptrotors für Hubschrauber, beispielsweise eines Dreiblattrotors, nur der Teil 1 dargestellt, der einem der drei Rotorblätter entspricht. Dieser Nabenkörper ist am oberen Ende der Rotorwelle des Hubschraubers befestigt. Diese Rotornabe weist außerdem für jedes Rotorblatt als Blattwurzelarm eine elastische und verwindbare Platte 2 auf. die im wesentlichen in radialer Richtung angeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausf'"'hrungsbeispiel besteht die Platte 2 in an sich bekannter Form vorzugsweise aus einem flachen Strang aus Glasfasern, die mit einem warmgehärteten Kunstharz getränkt sind. Aus den Schnittansichten der F i g. 3 bis 8 sind die verschiedenen Veränderungen irr. Querschnitt, insbesondere in der Dicke der Platte 2 in deren Längsrichtung von ihrem inneren Ende, nahe dem Nabenkörper 1 (F i g. 3) bis zu deren äußerem Ende nahe der Wurzel des entsprechenden Rotorblattes (F i g. 8) ersichtlich. Aus den F i g. 1 bis 4 ist außerdem zu entnehmen, daß die Platte sich von ihrer mittleren Partie bis zu ihrem inneren Ende hin verbreitert und dicke»' wircLwo die die Platte bildenden Strangfasern so aufgeteilt sind, daß sie zwei Schlaufen 2a, 2b bilden, die jeweils eine Metallhülse 3a bzw. 3b umlaufen und keilförfnige Teile 4a und Ab umhüllen, die aus einem Material rtiit geringer Dichte, vorzugsweise zelligem Kunststoffihaterial, bestehen. Die gesamte Anordnung ist insbesondere mit einem Warmgehärteten Harz getränkt, so daß die Metallhülsen 3a und 3b unbeweglich im inneren dicken Ende der Platte 2 gehalten werden, wobei dieses Ende bei aem abgebildeten Ausführungsbeispiel zwischen zwei radialen Verlängerungen la und 16(Fig. l)des Nabenkörpers 1 in der Form eingespannt ist, daß die Bohrungen der Hülsen 3a und 3ό jeweils mit entsprechenden Bohrungen in den radialen Verlängerungen la und \b fluchten; das innere Ende der Platte 2 kann damit mittels der Spindeln 19a und 196 am Nabenkörper 1 befestigt werden, die durch die Bohrungen in den radialen Verlängerungen des Nabenkörpers 1 sowie durch die Metallhülsen 3a und 3b verlaufen und mit Hilfe bekannter Mittel fest in ihrer Lage gehalten werden.

Wie überdies die F i g. 1 bis 4 zeigen, ist der Abschnitt der Platte 2, der dem Nabenkörper 1 am nächsten liegt, in einer Umhüllung eingeschlossen, die vorzugsweise aus Folien aus Glasfasergewebe besteht, die ebenfalls mit einem warmgehärteten Kunstharz getränkt sind; diese Umhüllung 2c umschließt das innere Ende der Platte 2 vollständig, welches in dei orbeschriebenen Weise am Nabenkörper 1 angelenkt ist

Die mittlere Partie der Platte 2 ist ohne Berührung von einer steifen rohrförmigen Hülse 5 umschlossen, deren Querschnittsveränderungen in Plattenlängsrichtung eb nfalls aus den Schnittansichten der F i g. 4 bis 8 ersichtlich sind; bei dem hier angesprochenen Ausführungsbeispiel besteht sie vorzugsweise aus drei übereinandergelegten Schichten: einer Innenschicht 5a (F i g. 2), die aus überkreuzten Kohlenstoffasern besteht, wobei die beiden Richtungen im wesentlichen um 45° bezüglich der genannten Längsrichtung geneigt sind; einer mittleren Schicht 5b, die ebenfalls aus Kohlenstoffasern besteht die insgesamt im wesentlichen in der vorgenannte Längsrichtung ausgerichtet sind; und einer äußeren Schicht 5c. die aus Glasfasergewebefolien besteht, bei welchen die Glasfasern im wesentlichen unter einem Winkel von 45° überkreuzt und welches mit einem warmgehärteten Kunstharz getränkt ist; diese drei übereinanderliegenden Schichten haben beispielsweise jeweils eine Dicke von 2 mm.

Erfindungsgemäß sind die jeweiligen äußeren Enden der Platte 2 und der rohrförmigen Hülse 5 an der Spitze des Laufabschnitts des entsprechenden Ro'orblattes miteinander verbunden, das insgesamt in den F i g 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 6 angegeben ist. Bei dem hier angesprochenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Rotorblatt, das im wesentlichen aus einem plattenförmigen Blattlängsholm 6a besteht, den eine Profilhalbschale bb umhüllt; der Längsholm 6a besteht außerdem aus einen Strang aus Glasfasern, die mit einem warmgehärteten Kunstharz getränkt sind, wobei der Strang mit dem die Platte 2, die im vorhergehenden beschneien wurde, bildenden Strang einstückig ausgebildet ist. Außerdem ist die Profilhalbschale 6b des « Rotorblattes 6 einstückig mit der vorbescnriebenen rohrförmigen Hülse 5 ausgebildet oder besteht zumindest aus der Verlängerung deren äußerer Schicht 5c, die aus Folien aus Glasfasergewebe gebildet ist, das mit Kunstharz getränkt ist. Der Innenaufbau des Rotorblattes 6 wird durch einen langgestreckten Block aus Material mit geringer Dichte — beispielsweise aus zeliigem Kunststoff 6c — vervollständigt, der zwischen dem Längsholm 6a und die Austrittskante der Profilhalbschlae Sb des Rotorblattes eingesetzt wird. Eine Zwischenschicht aus Verbundmaterial 7 gestattet die Verbindung des Vorgenannten Blockes 6c mit einerri Block 5d mit derselben Zusammensetzung, der keilförmig ausgebildet ist und sich von der Wurzel des

• Rotorblattes 6 bis zum inneren Ende der rohrförmigen Hülse 5 erstreckt und innen entlang des Abschnitts der rohrförmigen Hülse verläuft, der sich in der Verlängerung der Austrittskante des Rotorblattes befindet. Dieser Block 5d, wie auch der Längsholm 6a des Rotorblattes 5, ist selbst wiederum in einer zur vorbeschriebenen analogen Umhüllung eingeschlossen, wobei die gesamte Anordnung so angebracht ist, daß ein Zwischenraum 8 (F i g. 2) zwischen dem Block 5d und dem Blatt 2 belassen wird, der die relativen Verschiebungen des Blattes 2 und der rohrförmigen Hülse 5 ermöglicht, die beispielsweise in Fig.9 und 10 dargestellt sind.

Das innere Ende der rohrförmigen Hülse 5 erstreckt sich nicht bis in den unmittelbar dem Nabenteil 1 benachbarten Bereich, sondern endet in einem gewissen Abstand von dessen radialen Verlängerungen la, 16. Da«; innere Ende der rohrförmigen Hülse 5 ist mit Hilfe jeder geeigneten Einrichtung fest mit einem starren Ring 9. vorzugsweise einem Metallring mit im wesentlichen ovaler Form (Fig.3) verbunden, der auf einem seiner kleinen Radien einen Ansatz 9a trägt, über weichen ein (nicht abgebildeter) Lenker zur Steuerung des Einstellwinkels des Rotorblattes 6 angelenkt ist Auf den Seiten der großen Radien des starren Ringes 9, die dem Nabenkörper 1 zugekehrt sind, sind mit Hilfe geeigneter Mittel zwei Stützen 10a und 106 befestigt, auf welchem jeweils Elastomer-Metall-Schichtlager 11a und 116 aufliegen (Fig. 1 und 3), die aus einem Elastomerschichtmaterial bestehen. Diese Schichtlager lld und 116 sind unter Kraftaufwand einerseits zwischen den äußeren Stützen 10a und 106, die bereits erwähnt wurden, und andererseits Innenstützen 12a und 126 eingepaßt, die aus Metall oder einem geformten Kunststoffmaterial bestehen, ebenso wie die äußeren Stützen 10a und 106. Die Schichtlager 11a und 116 bestehen aus übereinanderliegenden Schichten in Form von Kugelkalotten, die abwechselnd aus Metall und einem Elastomer bestehen. Die der Platte 2 zugekehrten Flächen der inneren Stützen 12a und 126 sind fest mit Metallplatten 13a und 136 verbunden, denen gegenüber zwei weitere Metallplatten 14a und 146 auf den großen Flächen der Platte 2 über deren äußeren Umhüllung 2c angelenkt sind. Wie Fig. 3 zeigt, können die beiden Metailplatten 14a und 146 Längskanten aufweisen, die dergestalt umgefalzt sind, daß sie die kleinen Seiten der Platte 2 überdecken. Zwischen den einandergegenüberliegenden Metallplatten, nämlich 13a und 14a einerseits und 136 und 146 andererseits, sind jeweils im wesentlichen rer^hteckförmige Dämpfungsplatten 15a und 156 eingesetzt, die aus einem Elastomermaterial mit großer Steifigkeit und großer Hysterese bestehen und deren große Flächen durch Vulkanisieren mit den genannten Metallplatten verbunden sind.

Die Platten aus hochsteifem und hochhysteretischem Elastomermaterial (15a und 156/, die zwischen die entsprechenden Metaliplatten eingesetzt sind, bilden jeweils Schwenkfrequenzadapter mit viskoelastischer Wirkung. Diese Elastomerplatten 15a und 156 selbst dienen aufgrund ihrer Biegeweichheit als Rückstellfedern und gleichzeitig werden ihrer großen Hysterese in dem sie bildenden Elastomermaterial als Dämpfungselemente.

Die Stellung der Schlagachse jedes Rotorblattes, die in F i g. 1 und 3 unter Cb eingezeichnet ist, wird in der entsprechenden elastischen Platte 2 durch die genannten Schichtlager 11a und 116 vorgegeben. Zu diesem Zweck sind die Schientlager 11a und 116 wie auch deren

jeweilige Stützen 10a, 106 bzw. 12a, 126 so ausgebildet, daß der Mittelpunkt Cb des Kugelgelenks, das sie bilden, im wesentlichen auf der Längsachse der elastischen Platte 2 liegt. Bei den jeweils in Aufriß Und Draufsicht gezeigten Schemadarstellungen der Fig.9 und 1Ö ist unter A die gerade Längsachse der Platte 2 bei Normaisteilung derselben angegeben, wo sie zur Längsachse des entsprechenden Rotorblattes 6 ausgerichtet ist, wenn dieses keinerlei Schlag¹ oder Schwenkbewegung ausführt. F i g. 9 zeigt die Stellung, die die Platte 2 bei einer Schlagbewegung des entsprechenden Rotorblattes 6 nach oben ausführt, deren Amplitude β durch den Winkel festgelegt ist, den die Verlängerung Ab der Längsachse des Rotorblattes 6, die sich mit der Achse A genau am Punkt Cb schneidet, mit der genannten Achse A einschließt. F i g. 9 zeigt außerdem die relativen Stellungen der Platte 2 und der rohrförmigen Hülse 5 bei der hier angesprochenen Schlagbewegung des Rotorblattes 6, sowie die Verformungen der beiden Schichtlager 11a und 116 aus Elastomerschichtmaterial, die diese Schlagbewegung des Rotorblattes genau gestatten.

Die Dicke der Platte 2 muß so gewählt werden, daß einerseits ihre Verformungen unter Biegebeanspruchung, wie sie beispielsweise in Fig.9 dargestellt sind, die Schlagbewegungen des Rotorblattes 6 ermöglichen, und df°> andererseits die Platte 2 dennoch eine ausreichende Steifigkeit und damit eine ausreichende Stärke aufweist, damit sie ohne Bruch und auch ohne übermäßige Durchbiegung nach unten das Gewicht des Rotorblattes 6 tragen kann, wenn bei Ruhestellung des Rotors das Gewicht des Rotorblattes nicht durch die Vertikalkomponente der Resultierenden der aerodynamischen Kräfte kompensiert wird, die bei Drehung des Rotors auf das Rotorblatt einwirken. Damit ist es wirklich möglich, besondere schwere und komplizierte Vorrichtungen wegzulassen, die sonst notwendig wären, um das Gewicht jedes Rotorblattes bei stehendem Rotor aufzunehmen (beispielsweise in Form eines Ringes auf beiden Seiten oder auch eines unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft einkiappbaren Anschlags). Damit dürfen weder die Steifigkeit der Platte 2 noch deren Stärke zu groß sein, damit verhindert wird, daß die Verwindung der Platte 2, die zur Verstellung des Einstellwinkels des Rotorblattes 6 erforderlich ist. keine übermäßig hohe Lenkkraft beansprucht. Eine große Lenkkraft bringt wirklich den Nachteil mit sich, daß es notwendig wird, Servosteuerungen vorzusehen, die kompliziert und kostspielig sind und gegebenenfalls einen doppelten Hydraulikkreis zur Erzielury der gewünschten Sicherheit aufweisen.

In der schematischen Draufsicht gemäß Fig. 10 ist mit A t die Verlängerung der Längsachse des Rotorblattes 6 in der Stellung angegeben, die sie bei einer Schwenkbewegung des Rotorblattes einnimmt, deren Amplitude durch den Winkel δ festgelegt ist, den diese Achse At mit der vorgenannten Achse A einschließt Die beiden Achsen A und At schneiden sich im Schwenkzentrum Ct, das in der Draufsicht gemäß F i g. 10 mit der vertikalen Schwenkachse eingezeichnet ist

Dieses Schwenkzentrum Ct befindet sich gegen die Mitte der Platte 2 zu. Fig. 10 zeigt außerdem, daß die rohrförmige Hülse 5 die fest mit der Profilhalbschale des Rotorblattes 5 verbunden ist, genau der Schwenkbewegung desselben folgt und zwar wegen der Verformung der Elastomerschichten der Kugelgelenksteile 11a und 116 unter Scherbeanspruchung einerseits und wegen

der Platten 15a und 156 aus hochsteifem und hochhysteretischem Elastomermaterial. Natürlich führen diese Verformungen der genannten Teile aus Elasföfneffnätefial zu einem Rückstellmoment der rohrförmigen Hülse 5 und des Rotorblattes 6, die damit fest verbunden ist, zur Ruhestellung hin, in welcher ihre gemetaiame Längsachse mit der Achse A (6 = 0) fluchtet, wie F i g. 2 zeigt. Die rohrförmige Hülse 5 muß dafür in der Weise ausgelegt werden, daß sie ausreichend steif ist. Die Rückstellbevtegung des Rotorblattes 6 und der rohrförmigen Hülse 5, die damit fest verbunden ist, zu deren Ruhestellung (<5 = 0) hin wird damit durch die Wirkung der Platten 15a und 156, die aus hochhysteretischem Elastomermaterial bestehen, gedämpft. Dasselbe gilt für die Schwenkschwingungen jedes Rotorblattes 6 gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese kombinierten Wirkungen in Elastizität and Dämpfung sind in Fig. 10 schematisch durch eine Federung rund ein Dämpfungselement a eingezeichnet, die zueinander parallel sind und zwischen einem Punkt der Platte 2, der nahe genug am Rotorkörper 1 liegt, damit er bezüglich desselben im wesentlichen fest steht, und einem Punkt der starren rohrförmigen Hülse 5, insbesondere deren Längsachse, liegen.

Die Breite der Platte 2 muß in Abhängigkeit von den folgenden Überlegungen gewählt werden:

Wie F i g. 2 zeigt, weist die Platte vorzugsweise eine in Richtung des Längsholms 6a des Rotorblattes 6 abnehmende Breite auf, so daß das Schwenkzentrum C 5 du- viskoelastischen Einrichtung a—r, die durch die Elemente 11a, 116, 15a, 156 gebildet wird, weiter entfernt wird.

Schließlich kann die Dimensionierung der Breite der

Platte 2 in der Weise durchgeführt werden, daß die Kreisfrequenz ω& die der Grundfrequenz der Eigen-

' Schwenkschwingung des Rotorblattes entspricht, der folgenden Beziehung folgt:

2) 0.7 Ω £ on £ 0,8 Ω

Würde man nun andererseits cöa so wählen, daß der Wert unter 0,7 Ω läge, so wäre die Dämpfung der Schwenkbewegungen durch die Platten aus hochhysteretischem Elastomermaterial (15a und 156,) nicht ausreichend; würde man aber ω,) so wählen, daß der Wert größer als 0,8 Ω ist, so würden die Amplitude der Schwenkbewegungen jedes Rotorblattes und die daraus resultierenden Beanspruchungen insbesondere der Platte 2 übermäßig groß.

Die Anmelderin hat nun einen Rotor der vorbeschriebenen Art geschaffen, der so ausgelegt ist, daß .-(Oi = 0,8 Ω, und daß ω« = 1,06 Ω beträgt, wobei <ua der Grundfrequenz der Eigenschlagschwingung des Rotorblattes entspricht; die optimale Auslegung der Platten des Frequenzadapters hat dazu geführt, daß sie mit einer Stärke von rund HOdaN/mm ausgelegt werden, so daß eine Schwenkschwingungsdämpfung der Rotorblätter von nur 4% bis 5% zu erreichen ist Es ist jedoch immer möglich, im Bedarfsfall die Dämpfung der Schwenkschwingungen der Rotorblätter dadurch zu erhöhen, daß man auf bekannte Vorrichtungen zurückgreift, insbesondere auf eine aerodynamische Dämpfung, die man dadurch erreicht, daß sogenannte »SchIag-EinstellwinkeI«-(Verbindung »k«)\ma »ScbJag-Schwenk«-kopplungen geschaffen werden. Greift man auf Verbindungen vom Typ »k« zurück, d.h. auf Kopplungen mittels Lenkhebeln zur Verstellung des Einstellwinkels jeglicher Art, ist es besonders einfach, die »k«-Verbindungen in dem Fall einer erfindungsgemäßen Rotornabe zu meistern, da die Stellung der Schlagachse jedes Rotorblattes genau festgelegt ist, wie bereits ausgeführt wurde.

Wie schon ausgeführt, werden die Veränderungen im Einstellwinkel des Rotorblattes 6, die den Schwenkbe- \Vegungen des Rotorblattes um dessen Längsachse entsprechen, über die starre rohrförmige Hülse 5 mittels des Metallringes 9 und des Lenkhebels zur Blattverstellung, der an dem Ansatz 9a angelenkt ist, auf das Rotorblatt übertragen; die rohrförmige Hülse 5 muß damit steif genug sein, damit sie das Moment zur Veränderung des Einstellwinkels des Rotorblattes 6 übertragen kann, während die Platte 2 nicht der Verschwenkung des Rotorblattes mit mehr als einem Gegenmoment entgegenwirken darf, welches ein mäßiges Verwindungsmoment darstellt, dem noch ein Rückstellmoment in gleicher Richtung überlagert wird, Aai diirrh die Verformungen der Kugeleelenksteile 11a. 116 und der Platten 15a und 156 aus Elastomermaterial mit großer Hysterese erzeugt wird.

Damit das resultierende Rückstellmoment keinen übermäßig großen Wert erreicht, der eine übermäßig hohe Lenkkraft erfordert, ist es insbesondere erforderlich, daß die Verwindungssteifigkeit der Schichtlager 11a, 116 vergleichsweise gering ist. Eine solche Dimensionierung der Schichtlager 11a und 116 weist damit den Nachteil auf, daß die Dämpfungsleistung der Platten 15a und 156 der Frequenzadapter vermindert wird. Bei einer Schwenkbewegung des Rotorblattes 6, wie sie beispielsweise in F i g. 10 dargestellt ist, führt die Scherbeanspruchung, der jedes Paar übereinanderliegender Elemente lla—15a und 116—156 unterliegt, zu Verformungen der beiden Elemente eines jeden Paares, die im wesentlichen im umgekehrten Verhältnis zu deren jeweiliger Steifigkeit stehen. Wenn folglich das Element lla bzw. 116 eine geringe Steifigkeit aufweist, so wird das entsprechende Element 15a bzw. 156 kaum verformt, auch wenn das dadurch erzeugte Rückstellmoment und die dem entsprechende Dämpfungswirkung nur gering sind. Die Festlegung der Steifigkeit der Kugelgelenksteile lla und 116 kann somit nur aus einem Kompromiß zwischen den beiden einander widersprechenden vorgenannten Forderungen resultieren.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel de· erfindungsgemäßen Rotornabe sind die Platten der Frequenzadapter so ausgelegt, daß sie jeweils in den Kugelgelenkteilen aus Elastomerschichtmaterial aufgenommen werden können. Bei dieser Ausführungsform ist es nun möglich, die Steifigkeit so gering zu gestalten, daß jedes Kugelgelenksteil dieser Art den Verformungen entgegenwirkt, die den Schwenkbewegungen des entsprechenden Rotorblattes entsprechen. Gleichzeitig ergibt sich daraus eine Erhöhung der Biegsamkeit bzw. Nachgiebigkeit bei Beanspruchung auf Verwindung der Kugelgelenkteile, d. h. der Steifigkeit, die jedes Teil dem Lenkmoment zur Veränderung des Einstellwinkels entgegensetzt, die darauf über den entsprechenden steifen Ring 9 übertragen werden.

Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rotornabe, das in F i g. 1 bis 8 dargestellt ist, bietet gegenüber allen bisher bekannten Rotornaben den Vorteil der sehr großen Einfachheit im Aufbau, da die Rotornabe praktisch auf den Nabenkörper 1 reduziert wird, an welcher die inneren Enden der Platten, beispielsweise 2, direkt befestigt sind, die eine direkte Verlängerung der Längsholme der Rotorblätter, beispielsweise 6, darstellen. Daraus ergibt sich natürlich eine beträchtliche Verminderung des Rotorgewichtes,

tine beträchtliche Verringerung der Untefhaltungs- und Wartungskosten und eine spürbare Verbesserung des •erodynamischen Verhaltens des Rotorkopfes.

Das schematisch in Fig. 11 bis 13 dargestellte Aüsführungsbeispiel der Erfindung entspricht einem Rotor mit einer gewissen Anzahl Von Rotorblattpaaren, insbesondere zwei einander gegenüberliegenden Rotor-Mattpaaren; es handelt sich hier insbesondere um einen Vierblattrotor, beispielsweise einen (gegenläufigen) ■'Meckrotor. Wie insbesondere Fig. 11 zeigt, ist eine gleiche Anzahl, insbesondere zwei, elastischer und verwindungsfähiger Platten 2Λ und 2ß so angeordnet, daß deren übereinanderliegende Mittelpartien in einem zweiteiligen Gehäuse 16a und 160 (vgl. auch Fig. 13) unbeweglich gehalten sind, das beispielsweise aus geformtem Metall besteht. Dieses Gehäuse, insbesondere dessen unterer Abschnitt 166, ist auf dem oberen Ende der Rotorwelle oder des Nabenkörpers 1 mittels 'BüiZcfi, beispielsweise 17, befestigt, die auch noch die Verbindung zwischen den beiden Teilen 16a und i6b des Gehäuses und der Mittelpartien der zwischen ihnen liegenden Platten 2/4 und 2b sicherstellen. Die beiden freien Abschnitte, beispielsweise 2/4 1 und 2/4 2, jeder Platte (beispielsweise der Platte 2A), die außerhalb des Gehäuses 16a— 16b liegen, bilden jeweils Platten, die radial zur erfindungsgemäßen Rotornabe liegen und eine zur Platte 2 analoge Funktion haben, wie sie in F i g. 1 bis 8 erläutert ist. Die beiden Platten 2A und 25 bestehen damit vorzugsweise aus einem Strang Glasfasern oder aus Kunststoffmaterial, wobei diese •!Fasern mit einem warmgehärteten Kunststoffmaterial umhüllt sind. Bei dem in Fig. 11 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht jedes der Rotorblätter, /beispielsweise Blatt 6Λ 1, aus einem plattenförmigen "ilängsholm, der einstückig mit der Platte 2Λ1 ausgebildet ist und deren Verlängerung nach rechts (Fig. 11 und 13) darstellt. Der Holm jedes Rotorblattes, beispielsweise von 6/41, ist außerdem mit einer Profilhalbschale 6b Umschlossen, die wie rechts in JFig. 13 zu erkennen ist, die beiden großen ebenen Flächen des Längsholmes eng umschließt, während zwischen den Kanten des Längsholmes und den inneren Abschnitten der Profilhalbschale 6b, die jeweils der ,Eintritts- und der Austrittskante des Rotorblattes 6Λ 1 ,entsprechen, Zwischenräume 18a und 18£> ausgespart sind. Nahe der Rotornabe weist die Profilhalbschale 6b jedes Rotorblattes 5/4 1 Veränderungen im Querschnitt auf, die in F i g. 11 und 13 deutlisch zu erkennen sind. Die Verlängerung der Profilhalbschale 6b des Rotorblattes 6/4 1 bildet eine steife rohrförmige Hülse 5, die ohne Berührung den entsprechenden Teil der Platte 5 Umschließt. Das innere Ende der rohrförmigen Hülse 5 ist fest mit einem starren Ring 9 verbunden, und es sind zwei Paare von Schichtlager Hal —I la 2 und Hol —1102 jeweils zwischen die beiden ebenen

lo' großen Flächen der elastischen Platte 2/4 1 und den starren Ring 9 so eingesetzt, daß der Mittelpunkt Cb des Kugelgelenks im wesentlichen auf der Längsachse der elastischen Platte 2A 1 liegt, wie Fi g. 12 und 13 zeigen; dabei bestehen die Paare von Kugelgelenksteilen ebenfalls aus Elastomerschichtmaterial. Weiterhin sind zwischen die inneren Stützen 12a und 126 von zwei Kugelgelenksteilpaaren und zwei die Platte 2-4 1 eng umschließende Metallplatten 14a und 14i(vgl. insbesondere Schnittansicht in F i g. 12) Flatten i5a und \5b aus

2ö hochsteifem Elastomermaterial mit großer Hysterese eingesetzt. Seitlich ist am starren Ring 9 mittels jeder geeigneten Einrichtung ein Ansatz 9a angebracht, an welchem wiederum der Lenkhebel zur Veränderung des Einstellwinkels (nicht abgebildet) angelenkt wird.

Die Bedingungen für die Dimensionierung und die Merkmale der Arbeitsweise der in den Fig. 11 bis 13 dargestellten und im vorhergehenden beschriebenen Rotornabe decken sich praktisch mit den Bedingungen, wie sie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 8 angegeben wurden. Auch im Fall dieses zweiten Ausführungsbeispieles kann die Dimensionierung so erfolgen, daß wj kleiner als die Geschwindigkeit im normalen Drehzahlbereich des Rotors ist, und das nicht nur ohne die Gefahr, daß Instabilitätserscheinungen auftreten, sondern auch unter Erzielung u. a. der folgenden Vorteile: die auf die im Gehäuse 16a— 166 eingespannten Abschnitte der Platten 2/4 und 2ß einwirkenden Schwenkmomente werden vermindert; damit wird es möglich, diese Platten aus einem Material herzustellen, dessen Elastizitätsmodul geringer ist, was günstig ist im Hinblick auf die Schlagbeanspruchung und die Gestehungskosten; und schließlich wird es dadurch möglich, die Breite der Platten 2A und 2ß und damit den Platzbedarf der Rotornabe und der rohrförmigen Hülsen zu verkleinern.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rotornabe, insbesondere für den Hauptrotor eines Hubschraubers, welche für jedes Rotorblatt einen biegeelastischen und verwindbaren Blattwurzelarm aufweist, der berührungsfrei von einer starren rohrförmigen Hülse umgeben ist, die an ihrem äußeren Ende mit dem Rotorblatt fest verbunden ist, wobei der Blattverstellhebel am inneren Ende der rohrförmigen Hülse an deren Außenseite befestigt ist und ein auf der Längsachse des Nabenarmes liegendes Kugelschalengelenk zwischen der rohrförmigen Hülse und dem Blattwurzelarm angeordnet ist und der Blattwurzelarm sich

in Richtung der Rotornabe über das innere Ende der ihn umgebenden Hülse hinaus zur Verbindung mit der Rotornabe fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der als annähernd in der Blattebene "iegende Platte ausgebildete, aus einem flachen, kunststoffgetränkten Faserbündel bestehende Blattwurzelarm (2) in Richtung der Rotornabe (1) die Fortsetzung des Blättlängsholmes {6a) darstellt und mit diesem in einem Stück ausgebildet ist, und daß zwischen einem starren Ring (9), der am inneren Ende der rohrförmigen Hülse (5) befestigt ist. und jeder der beiden ebenen Flächen des Blattwurzelarmes mindestens jeweils eine aus Elastomermaterial aufgebaute Dämpfungsplatte (15a. i5b) zur Dämpfung der Blattschwenkbewegungen und das als Elastomer-Metall-Schichtlager (lla. Ub) ausgebildete Kugelschalengelenk angeordnet ist.

2. Rotornabe nach Anspru-h 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Däinpfungsplatten (15a, i5b) jeweils zwischen den beiden gr. Jen ebenen Flächen der biegeweichen Platte (2) und den Elastomer-Metall-Schichtlager (1 la. 11 ^eingesetzt sind.

3. Rotornabe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte (2) mit der Rotorwelle (1) mittels zweier Bolzen (19a. 19b) verbunden ist. welche durch übereinstimmende Bohrungen im verdickten Endteil der Platte (2) und

in radialen Verlängerungen (la. \b)des Nabenkörpers (1) geführt sind.

4. Rotornabe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für einen Rotor mit Rotorblättern, deren Blattlängsholm (6a) von einer Profilhalbschale (6b) umgeben ist. dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende der rohrförmigen Hülse (5), die die Platte (2) unter Verlängerung des Blattlängsholmes (6a) umgibt, am inneren Ende der Profilhalbschale (66,) des entsprechenden Rotorblattes (6) verbunden ist.

5. Rotornabe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede rohrförmige Hülse (5) mit der Profilhalbschale (6/>,)dcs entsprechenden Rotorblattes (6) einstückig ausgebildet ist.