DE2833813A1

DE2833813A1 - Hubschrauber-nabenfeder mit nichtlinearer federkonstanten

Info

Publication number: DE2833813A1
Application number: DE19782833813
Authority: DE
Inventors: Larry William Dooley; Jan Meijer Drees; William David Neathery
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1979-02-22
Also published as: IT7850673A0; FR2399945B1; FR2399945A1; GB2002308B; JPS5453497A; IT1107202B; JPS6239B2; GB2002308A; DE2833813C2; CA1113912A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Schlagsteuerung für Hubschrauberblätter, insbesondere eine Verbundnabenfeder mit nicht linearer Federkennlinie.

Es ist bereits bekannt, Hubschrauber mit Nabenfedern zur Dämpfum und Minimierung des Schlages von Hubschrauberblättern während Flugmanövern zu schaffen. Die US-PS 38 07 896 zeigt beispielsweise zwei sich entlang der hin- und herschwingenden Achse erstreckende konzentrische Rohre, die jeweils mit einem Blatt und dem Mast gekoppelt sind, um durch Verdrehung dem Blattschlag entgegen zu wirken. Ferner zeigt die US-PS 38 04 552 ein elastomeres Lager zwischen einem die Blätter um die Schlagachse drehenden Rotorjochflansch und einem am Mast befestigten Masthauptflansch.

Die Verwendung einer Nabenfeder induziert Kräfte, die dem Schlag entgegen wirken. Je nach Größe der Federkonstanten wird mehr oder weniger Schwingung vom Mast auf den Flugkörper übertragen. Große Federkonstanten sind zur Verhinderung eines übermäßigen Schiagens während Flugmanövern erwünscht. Bei Normalfluglagen sind jedoch geringe Federkonstanten zur Verringerung der Schwingungen für die Verbesserung der Stabilität wünschenswert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Nabenfeder mit einstellbarer Federkonstanten zu schaffen.

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Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Verbundnabenfeder, deren Federkonstante bei kleinen Schlagwinkeln klein ist, die sich aber von einem vorgegebenen Schlagwinkel an vergrößert. Die Vergrößerung der Federkonstanten ist auf die gewünschten Übertragungseigenschaften anpaßbar, um eine harte Berührung zwischen Rotor und Mast während großer Schlagwinkel zu verhindern oder zu minimieren.

Die erfindungsgemäße Verbundnabenfeder besitzt eine kleine Federkonstante bei kleinen Schlagwinkeln und eine große Federkonstante bei Schlagwinkeln, die größer als ein vorgegebener Schlagwinkel sind.

Vorzugsweise sind die Hauptrotorblätter eines Hubschraubers derart mit dem Hauptrotor gekoppelt, daß bei geringer Federkonstanten eine lineare Haltekraft ausgeübt wird. Ferner ist ein zusammen mit dem Rotor um die Schlagachse drehbarer Federblock vorgesehen, der eine hohe Federkonstante aufweist und eine große Rückhaltekraft vor einem harten Kontakt zwischen Rotor und Mast ausübt.

In einer Ausführung der Erfindung nimmt die Federkonstante des Federblock oberhalb eines vorgegebenen Schlagwinkels bei zunehmendem Schlagwinkel zu.

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In einer weiteren Ausführung der Erfindung erfoigt eine Änderung der Federkonstanten des Federblocks durch Veränderung der Größe der Kontaktzone zwischen dem Federblock und dem Mast, um eine nichtlineare Zunahme der Federkonstanten bei zunehmendem Schlagwinkel zu erzielen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Mast/Joch-Verbindung;

Figur 2: eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Verbindung gemäß Figur 1, und zwar entlang der Linie 2-2;

Figur 3: ein Diagramm des Betriebszustandes der Erfindung;

Figur 4: einen Schnitt einer rechtwinkligen Nabenfeder in Verbindung mit rohrförmigen Federeinsätzen;

Figur 5: eine geschnittene Seitenansicht einer Mast/Joch-Verbindung mit sich verjüngendem Federblock für eine nicht lineare Federkonstante;

Figur 6: eine Draufsicht auf die Verbindung gemäß Figur 5 unter teilweise geschnittener Darstellung des Federblocks .

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Mast/Joch-Verbindung 10 mit einer erfindungsgemäßen Verbundnabenfeder.

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Die Verbindung 10 umfaßt ein Stehlager 11 mit einer äußeren Lagerplatte 12, die mit Hilfe von Bolzen 13 am Stehlager 11 befestigt ist. Eine Nabenfederplatte 14 ist mit Hilfe von Bolzen 16 an einem Nabenzapfen 15 befestigt. Das Stehlager ist mit dem Nabenzapfen 15 mittels eines elastomeren Lagers 17, das auf einem Zylinder 18 in einer Bohrung des Stehlagers 11 sitzt, gekoppelt. Der Zylinder 18 ist mit Hilfe von Bolzen am Nabenzapfen 15 befestigt.

Das Lager 17 umfaßt laminierte elastomere Zylinder, die mit dünnen metallischen Zylindern verschachtelt sind und zwischen dem Stehlager 11 und dem Innenzylinder 18 sitzen.

An das Stehlager 11 ist ein Joch 19 angeformt, das an seiner Unterseite einen Ring 20 trägt. An den Innenwänden des Rings ist konzentrisch zum Hauptrotormast 22 ein elastomerer Federblock 21 angebracht. Die Innenfläche des Federblocks 21 ist konisch, wobei der Scheitel nahe der Achse des Nabenzapfens liegt.

Zwischen die Lagerplatte 12 und eine am Stehlager 11 anliegende Innenplatte 23 erstrecken sich Flansche 14a der Nabenfederplatte 14. Die Platten 12 und 23 sind mit Hilfe von Abstandhaltern 24 befestigt und mit Hilfe von Bolzen 13 am Stehlager 11 verankert. An den einander gegenüberliegenden Flächen der Platten 12 und 23 sowie am Flansch 14a sind elastomere Scherstreifen

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angeheftet.

Das elastomere Lager 17 läßt ein Schlagen der Hubschrauberblätter um die Achse des Nabenzapfens 15 zu. Die am Stehlager

11 befestigten Platten 12 und 23 drehen sich zusammen mit dem Stehlager 11 beim Blattschlag. Bei einer Drehung der Platten

12 und 23 werden die Scherstreifen 25 und 26 wegen des am Nabenzapfen 15 festsitzenden Flansches 14a Scherkräften unterworfen.

Bei großen Schlagwinkeln nähert sich der Ring 21 dem Mast 22. Bei Berührung des Ringes 21 mit dem Rotormast wird gemäß Erfindung jedoch ein harter Kontakt zwischen Rotormast und Verbindung 10 vermieden oder minimiert. Der Federblock 21 dient als Nabenfeder, die eine der Schlagwirkung entgegengerichtete Kraft erzeugt. Diese Kraft ist an die gewünschten Betriebseigenschaften anpaßbar.

Figur 3 zeigt ein Diagramm der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Blattschlag erzeugten Kraft.

Die vom elastomeren Lager 17 bei zunehmendem Schlagwinkel erzeugte Rückhaltekraft ist durch die Linie 30 angedeutet. Diese Rückhaltekraft steigt mit größer werdendem Schlagwinkel monoton an. Die Kombinationswirkung von elastomerem Lager 17

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und Schereinlagen 25 und 26 wird durch die Linie 31 verdeutlicht. Die dabei erhaltene kombinierte Rückhaltekraft verläuft im wesentlichen linear, jedoch mit größerer Steigung als die Linie 30.

Wird der Schlagwinkel der Verbindung 10 so groß, daß der Federblock 21 an den Mast 22 schlägt, dann ist die Rückhaltekraft durch die Linie 32 für eine Form des Federblocks 21 darstellbar. Die Verbundnabenfeder liefert somit eine durch die Linie 31 dargestellte lineare Rückhaltekraft bis der Federblock 21 den Rotormast 22 berührt, was durch den Punkt 33 angedeutet ist. Anschließend erhöht sich die Rückhaltekraft gemäß der Linie 32 stärker.

Figur 4 zeigt eine andere Ausführung der Nabenfeder 12, 14a und 26 aus Figur 2.

Gemäß Figur 4 ist ein kurzer Zylinder 40 mit Hilfe von Bolzen 43 zusammen mit einer Platte 42 am äußeren Ende eines Nabenzapfens 41 befestigt. Ein Stehlager 44 trägt Lagerschalen für den Nabenzapfen 41 und ein Außenzylinder 46 ist mit Hilfe von Bolzen 48 am Stehlager 44 befestigt. Eine elastomere zylindrische Schereinlage 50 ist an der Außenfläche des Zylinders 40 und an die Innenfläche des Zylinders 46 angeheftet.

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Im Betrieb wirkt auf die Schereinlage 50 eine Scherkraft, wenn sich das Stehlager 44 um den Nabenzapfen 41 dreht.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine andere Ausführung der Verbundnabenfeder gemäß Figuren 1 und 2.

Insbesondere zeigen die Figuren eine drehbar um einen Hauptrotormast 61 montierte Rotorverbindung 60. Die Rotorverbindung umfaßt ein Stehlager 62, ein daran angeformtes Joch 63 und ein ein nicht dargestelltes Rotorblatt am Joch 63 befestigendes Schlaggelenk 64 (Grip 64).

Der Rotormast 61 ist von einem Ring 65 umgeben, an dessen Innenfläche ein elastomerer Ring 66 befestigt ist. Die oberen und unteren Flächen des Rings 66 sind konisch und laufen zu einer den Mast 61 berührenden Nase zusammen. Man erkennt aus Figur 6 am deutlichsten, daß der Ring 66 den Mast 61 an senkrecht zur Schlagachse liegenden Punkten berührt. Der Ring 66 besteht vorzugsweise aus zwei gleichgeformten Hälften, die jeweils in Halbringen 65 und 65a befestigt sind. Die Halbringe 65 und 65 a sind durch Bolzen 67 miteinander verbunden und durch Bolzen 68 am Joch 64 befestigt. Durch die geteilte Ausführung der Ringe 65 und 66 kann die erfindungsgemäße nichtlineare Nabenfeder ohne größere Umbauten in bekannte Hubschrauber eingebaut werden.

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! · <τ(Μΐ>ΊΊί-..·">^ι λ r-'.um ForlfM'htof'k JM rV-r ' Aur?^rührunq 'jomäß F i qur 1 liefern die i'eden inge 66 eine nichtlineare Rückhaltekraft gemäß der Linie 34 in Figur 3. Diese Nichtlinearität ist durch eine bestimmte. Formgebung des Rings 66 einstellbar. Wählt man eine schmale Nase für den Ring 66, dann ist die anfängliche Rückhaltekraft klein, sie vergrößert sich jedoch bei zunehmender Kontaktfläche mit dem Mast 61. Die Nabenfeder kann/beispielsweise eine Form gemäß US-PS 3 807 896 haben. Die yon einer Verbundnabenfeder mit dem elastomeren Lager 171 den Schereinlagen 25 und 26 gemäß Figur 2 und dem Federring 66 erzeugte Rückhaltekraft ist für kleine Schlagwinkel durch den links vom Punkt 33 liegenden Teil der Linie 3T darstellbar. Schwankt die Rotorverbindung 60 jedoch mit zunehmendem Schlagwinkel, dann wird der Federring 66 durch Andrücken an den Mast 61 verformt. Dies wird durch den rechts vom Punkt 33 liegenden Teil der Linie 34 verdeutlicht, der eine dem Rotorschlag entgegenwirkende nichtlineare Rückhaltekraft angibt.

Die erfindungsgemäße Verbundnabenfeder besitzt somit eine beispielsweise beim Schwebeflug mit kleinem Schlagwinkel von einem kleinen Wert linear zunehmende Federkonstante, die sich bei Flugzuständen mit großen Schlagwinkeln schnell und nichtlinear vergrößert.

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BAD ORIGINAL

L e e r s e i f e

Claims

UEXKÜLL & STOLBERG PATENTANWÄLTE

BESELERSTPA 5SE 4
2OOO HAMBURG 52

DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLL

£ Q V J 0 I <} DR- ULRICH GRAF STOLBERG

Textron Ine . dipu-ing. Jürgen suchantke

Westminster Street

Providence, (Prio: 11. August 1977,

Providence County, US 823 6 24) 15148

Rhode Island

^V-^St-^A- 31. Juli 1978

Hubschrauber-Nabenfeder mit nicht linearer Federkonstanten

Ansprüche

Hubschrauber-Nabenfeder mit nichtlinearer Federkonstanten zur Steuerung der Schlageigenschaften von an
einem Hauptrotormast angelenkten Rotorblättern, gekennzeichnet durch ein die Rotorblätter mit dem Rotor mechanisch koppelndes, auf der Schlagachse sitzendes
elastomeres Lager (17) mit kleiner Federkonstanten zur Erzeugung einer ersten Rückhaltekraft, und durch einen mit dem Rotor um die Schlagachse drehbaren Federblock (21) mit höherer Federkonstanten zur Erzeugung einer größeren Rückhaltekraft bei einen vorgegebenen Winkel überschreitenden Schlagwinkeln.
2. Nabenfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Lager (17) zwei auf der Schlagachse
sitzende konzentrische Zylinder aufweist, von denen ein

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Zylinder auf der Schlagachse befestigt und der andere mit dem Rotorblatt zur Schlagbewegung drehbar ist, und daß die beiden Zylinder zur Erzeugung der ersten Rückhaltekraft durch federnde Scherzylinder mechanisch miteinander verbunden sind.
3. Nabenfeder für einen Hubschrauberrotor, die um einen Hauptrotormast drehbar und an einem Nabenzapfen angeschlossen ist, wobei ein Blattjoch die Hauptrotorblätter mit den Nabenzapfen koppelt, gekennzeichnet durch ein Federelement (21, 66), das den Mast (22, 61)nur beim überschreiten eines vorgegebenen Schlagwinkels berührt.
4. Nabenfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenfeder eine lineare Federkonstante besitzt und daß das Federelement eine mit zunehmenden Schlagwinkeln linear zunehmende Federkonstante aufweist.
5. Nabenfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch bekennzeichnet, daß das Federelement eine nicht lineare Federkonstante besitzt, die beim Überschreiten eines vorgegebenen Schlagwinkels zunimmt.
6. Nabenfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement aus zwei an den Innenflächen des Mastes (61) gegenüberliegenden elastomeren Ringhälften (66) mit konischen Flächen besteht,

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die zu einer den Mast (61) berührenden Nase zusammenlaufen, wobei die Nase bei größeren Schlagwinkeln zur Erzeugung einer größeren Rückhaltekraft verformbar sind,

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