DE2916727A1

DE2916727A1 - Rotor eines drehfluegelflugzeugs

Info

Publication number: DE2916727A1
Application number: DE19792916727
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Mautz; Alois Dipl Ing Schwarz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 1977-03-23
Filing date: 1979-04-25
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE2916727C2

Description

Rotor eines Drehflügelflugzeugs
Das Hauptpatent ........... (Patentanmeldung P 27 12 706.6-22) betrifft einen Rotor gemäß dem Oberbegriff des Patent an spruchs 1, welcher im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen mit zentralem Kopfteil ganz oder größtenteils aus hochfestem metallischen Werkstoff den Vorteil eines erheblich geringeren Gewichts ohne Minderung der Betriebszuverlässigkeit bzw. Belastbarkeit hat. Außerdem ist ein weiterer wesentlicher Vorteil in der besonders einfachen und billigen Herstellung zu sehen, was sich beispielsweise dadurch verdeutlichen läßt, daß das zentrale Kopfteil im Grunde aus einer stoffschlüssigen Vereinigung zweier deckungsgleicher Platten über ein koaxiales (u.U. auch unterteiltes oder/und hohles) Zwischenstück resultieren kann. Werden aber diese Platten in üblicher Weise in einem Lsminierverfahren aus mehreren sternförmig zugeschnittenen (kunstharzgetränkten Glasfaser -)Gewebelagen bzw. -matten aufgebaut, so müssen die aufgrund der Sternform der Platten gabelförmig ausgebildeten Blatthalterungen (sog. Rotorarme) an ihren freien (Gabel-)Schenkelenden aus Festigkeitsgründen relativ breit ausgebildet sein, um dort ohne Hinderung der Bruchsicherheit überhaupt die für die bestimmungsgemäße Verwendung nötigen Anschlußbohrungen für Befestigungsbolzen von Abstützungs- bzw. tagerungsmitteln der Rotorblätter vorsehen zu können. Diese breitschenklige Ausbildung der jeweiligen Blatthalterung erfordert unter Berücksichtigung des Krite- riums "größtmögliche Freigängigkeit des Rotorblattes für die BlatteinstellwinkeLbewegungen" einen großen Plattenabstand (Gabelhöhe der Blatthalterung) mit der Folge einerseits einer eine erhöhte Biegebeanspruchung der Befestigungsbolzen bedingenden Bolzenlänge und andererseits einer aus aerodynamischen Gründen unerwünscht großen Bauhöhe des Kopfteils. Im übrigen wird die Gewebestruktur aus Festigkeitsgründen der Anwendung des Kopfteiles Grenzen setzen, d.h.
die Anwendung auf Rotoren für geringere Drehzahlen beschränken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Rotor der eingangs genannten Art ein von den aufgezeigten baulichen Nachteilen freies und zugleich hochbelastbares zentrales Kopfteil zu schaffen, das sich damit auch für Rotoren mit höheren Drehzahlen eignet, bei denen also die Blattfliehkräfte gegenüber den Blattschlag- und Blattschwenkmomenten relativ groß sind.
Diese Aufgabe ist gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Hiernach ist der Grundgedanke der Erfindung nicht bloß in der Verwendung von für die Blattfliebkraftaufnahme und -ubertragung besonders geeigneten Elementen mit unidirektionaler Faserorientierung, nämlich Faserschlaufen und -gliedern zu sehen. Vielmehr ist auch die Erwägung ausschlaggebend, daß solche praktisch nur auf Zug hochbelastbaren Elemente in jeder gewünschten Ausführung ohne Schwierigkeiten herstellbar und somit dem gewünschten gedrungenen Aufbau des Kopfteils anpaßbar sind, außerdem bei gleichem Querschnitt wie eine Reingewebestruktur unter Zugbelastung etwa die dreifache Festigkeit aufweisen und schließlich in der beanspruchten Vereinigung-mit zug- und druckbelastbaren Zwischenlagen einen Schichtkörper (als Kopfteil) ergeben, welcher für den Fall einer Beschädigung einer Faserschlaufe bzw. eines Faserschlaufengliedes sogar funktionsmäßig redundant ausgebildet werden kann. Hierbei läßt sich durch die in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen ohne Schwierigkeiten je nach Anforderung größtmögliche Kompaktheit in allen Belastungsrichtungen des Kopfteiles erreichen, welches nicht zuletzt, für eine serienmäßige Herstellung ausgerichtet, die Forderung nach Reproduzierbarkeit hervorragend erfüllt.
Fin Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 von einem Vierblattrotor das zentrale Kopfteil als komplette Einheit (Fig. 1.2) und in Explosionsdarstellung nur der Grundbausteine (Fig. 1.2), Fig. 2 einen Schnitt gemäß Schnittlinie II-II der Fig. 1.1 in einem größeren Maßstab, Fig. 3 bis 5 je eine Lage der gemäß Fg, 2 als Schichtkbrper ausgebildeten Platten gemäß Fig. 1.
Bei einem Rotor eines Drehflügelfugzeugs hat gemäß Fig. 1.1 ein zentrales Kopfteil 1 für vier nicht dargestellte Rotorblätter vier (paarweise einander diametral gegenüberliegende) gabelförmige Blatthalterungen (bzw. Rotorarme)2 bis 5, wobei es wie dasjenige des Hauptpatents ein integraler Körper aus Faserverbundwerkstoff ist, beispielsweise Glasfasern in einer Kunstharzmatrix. Die Aufhängung des jeweiligen Rotor- blattes in einer Blatthalterung 2 bis 5 kann z.B. mittels der im Zusatzpatent .............. (Patentanmeldung P 28 27 320.3) zum Hauptpatent beschriebenen Rotorblattabstützung bzw. -Lagerung erfolgen, so daß hierauf nicht weiter eingegangen wird. Gemäß Fig. 1.2 sind bei dem Kopftell 1 zwei deckungsgleiche, sternförmige Platten 50 in koaxialer Anordnung über ein kreiszylindrisches Distanzstück 51 unter beidseitiger Zwischenfügung von zwei zentrierenden Ringplatten 52 verbunden. Diese in Fig. 1.2 nur zur besseren Veranschaulichung voneinander getrennten Teile werden bereits bei der Herstellung z.B. im noch nicht voll ausgehärteten bzw. nur vorgehärteten Zustand zusammengefügt und unter Druck gemeinsam ausgehärtet mit der zwangslåufigen Folge eines innigen, unlösbaren Verbundes. Bei diesem Kopfteil 1 ist gegenüber demjenigen des Hauptpatents das Distanzstück 51 auf Grund der gewählten kreiszylindrischen Form nach einem Rovingwickelverfahren herstellbar und somit bei mindestens gleicher Festigkeit wesentlich leichter als ein massives Teil. Die zur Zentrierung des Distanzstückes 51 mit einem Bördelrand 52.1 versehenen Ringplatten 52 sind vorzugsweise Formpreßteile aus einem gewebeverstärkten Laminat und somit, wie das Distanzstück 51, auch serienmäßig einfach und billig herstellbar.
Hiervon abgesehen ist der wesentliche Unterschied des vorliegenden Kopfteils 1 gegenüber demjenigen des Hauptpatents im gemäß Fig 2 mehrlagigen Aufbau der Platten 50 zu sehen.
Hierbei besteht - bei der gewählten Zahl von vier Rotorarmen, also zwei Rotorblattpaaren - jede Platte 50 mindestens aus den beiden in Fig; 3 und 4 dargestellten Lagen 53 bzw. 54 mit einer Zwisthenlage 55 gemäß Fig. 5. Je nach Festigkeitsanforderung kann aber gemäß Fig. 2 auch ein Mehrfaches die- ser Lagen 53, 54 mit Zwischenlagen 55 sowie eine abschließende Decklage 56 gewählt werden. Die beiden Lagen 53, 54 gemäß Fig. 3 bzw. 4 unterscheiden sich voneinander nur durch ihre Positionierung im jeweiligen Plattenverbund, und zwar folgt gemäß Fig. 2, unter Zwischenfügung einer Zwi-schenlage 55 gemäß Fig. 5, jeweils auf eine Lage 53 gemäß Fig. 3 eine Lage 54 gemäß Fig. 4 (oder umgekehrt), wobei die beiden Lagen 53, 54 entsprechend ihrer Positionierung in Fig.3 und 4 zueinander um 1800 gedreht sind. Für die jeweilige Lage 53,54 gemäß Fig. 3 bzw. 4 sind - entsprechend der für jeweils eine Rotorblattabstützung erforderlichen Anzahl von (beispielsweise zwei) Anschlußbohrungen 57 - in Erstreckungsrichtung des einen (nicht dargestellten) Paares einander diametral gegenüberliegender Rotorblätter zwei (im Kopfteil - bzw. Platten-bzw. Lag.ezentrum) durchgehende endlose Faserschlaufen 58 nebeneinander liegend und in Erstreckungsri chtung des anderen (ebenfalls nicht dargestellten) Rotorblattpaares auch nebeneinander liegend zwei Paare Faserschlaufenglieder 59 vorgesehen. Als Paar gelten hier jeweils die beiden in der Erstrecknngsrichtung des zugehörigen Rotorblattpaares auf ein anderfolgenden Faserschlaufenglieder 59, welche also durch die in derselben Ebene angeordneten Faserschlaufen 58 voneinander getrennt sind. Somit resultieren aus der vorerwähnten gegenseitigen Verdrehung der beiden Lagen 53, 54 (Fig. 3 bzw. 4) zueinander, daß bei der jeweiligen Platte 50 lagenweise abwechselnd auf eine Faserschlaufe 58 in der gleichen Erstreckungsrichtung ein Paar Faserschlaufenglieder 59 folgt und umgekehrt. Ihr stoffschlüssiger Verbund ist gemäß Fig. 2 von Lage 53 zu Lage 54 über die jeweilige Zwischenlage 55 gemäß Fig. 5 hergestellt, welche wie die Decklage 56 zur Aussteifung des gesamten Verbundes des Kopfteils 1 aus einem Gewebelaminat besteht. Das gilt ebenso für zusätzliche Stützkörper 58.1, 59.1 der Faserschlaufen 58 bzw. -glie- der 59 sowie für an deren Längsrändern anschließende Füllstükke 60, welche (wie die Stützkörper) mit der ihren Flächenabmessungen entsprechend zwischen den Faserschlaufen 58 und -gliedern 59 der beiden jeweils verbundenen Lagen 53, 54 herausragenden Zwischenlage 55 stoffschlüssig- vereinigt sind. Da sehließlich auch je Lage 53 bzw. 54 ein Stoffschluß sowohl zwischen den Stützkörpern 58.1, 59.1 und den zugehörigen Faserschlaufen 58 bzw. -gliedern 59 als auch zwischen den Füllstücken 60 und den daran jeweils angrenzenden Faserschlaufen 58 bzw. Faserschlaufengliedern 59 besteht, haben diese Stützkörper 58.1, 59.1 und Füllstükke 60 an der Biegesteifigkeit der betreffenden Platte 50 einen beträchtlichen Anteil. Hierbei wirken sie zudem in Blattschlag- und Blattschwenkrichtung in hohem Maße stützend auf die Faserschlaufen 58 und -glieder 59, so daß diese für die ihnen zugedachte Funktion als Blattfliehkräfte aufnehmende und übertragende Elemente ausschließlich ausgelegt werden können. Im übrigen hat diesbezüglich der beschriebene Verbund der jeweiligen Platte 50 noch den Vorteil, daß, wie die Anschlußbohrungen 57 in den Blatthalterungen 2 bis 5, auch weitere Anschlußbohrungen 61 für eine nicht dargestellte Verbindung mit einer Rotorwelle innerhalb der Faserschlaufen 58 und -glieder 59 ausschließlich durch Gewebelaminatmaterial verlaufen, daß also keinerlei Faserstränge der Faserschlaufen 58 und -glieder 59 durchtrennt werden. In diesem Zusammenhang ist zu dem jeweiligen Paar Faserschlaufenglieder 59 hervorzuheben, daß es in dem beschriebenen Verbund verglichen mit einer Faserschlaufe 58 in der bestimmungsgemäßen Funktion "Fliehkräfte aufnehmen und übertragen" allenfalls im Platten- bzw. Lagezentrum um etwa 10 % weniger wirksam ist. Folglich kann das jeweilige Faserschlaufenglied 59 in diesem Bereich, d.h. im Bereich der Anschluß- bohrungen 61 auch offen ausgebildet sein.
Nicht zuletzt ist von Bedeutung, daß sämtliche der vorbeschriebenen (gemäß Fig. 1.2 ursprünglich einzelnen) Teile einschließlich weiterer - verbleibende Einbuchtungen bzw.
Hohlräume auskleidender bzw. einebnender - Füllstücke 62 bzw. 63 für eine Serienfertigung geeign-et, also einwandfrei maschinell reproduzierbar sind und daß somit das Kopfteil 1 nach einem Baukastensystem, also besonders wirtschaftlich erstellt werden kann. Bei Bedarf können derartige Kopfteile auch für Rotoren mit mehr als zwei Rotorblattpaaren geschaffen werden. Dann wird man dem dargestellten Kopfteil 1 (nur für zwei R-otorblattpaare mit zwei Anschlußbohrungen 57 je Blatthalterung 2 bis 5 undPlstte50) gegenüber je Lage 53 bzw 54 weitere Faserschlaufengliederpaare je nach Zahl der weiteren Rotorblattpaare und weiteren Anschlußbohrungen für Rot orblatt ab stüt zungen vorsehen. Im übrigen können sämtliche Anschlußbohrungen 57 und 61 jeweils mit einer druckbelastbaren Buchse ausgekleidet sein, gemäß Fig. 2 beispielsweise mit einer Bundbuchse 64 aus Metall mit aufgeschrumpfter Sicherungsscheibe 64.1, so daß die übliche Verwendung von sogenannten Dehnschra.uben (als Verbindungsmittel zwischen Kopfteil und Rotorwelle bzw. Rotorblattabstützung) nicht zu Verformungen der Faserverbundstruktur des Kopfteils 1 führen kann.
Leerseite

Claims

Rotor eines Drehflügelflugzeugs Zusatz anmeldung zu Patentanmeldung P 27 12 ?O.6-22 P a t e n t a n s p r ü c h e Rotor eines Drehflügelfugzeugs mit am Rotorkopf über Blattwinkellager in radial nach außen sich erstreckenden Blatthalterungen eines zentralen Kopfteiles drehwinkelbeweglich abgestützten Rotorblättern, wobei das Kopfteil ein integraler Faserverbundwerkstoffkö'rper ist aus zwei im wesentlichen deckungsgleichen, sternförmigen Platten in koaxialer Anordnung unter stoffschlüssiger Zwischenfügun-g zumindest eines Distsnzstückes, gemäß Patent ......................... (Patentanmeldung P 27 12 706.5-22), mit einer geraden Anzahl von paarweise einander diametral gegenüberliegenden Rotorblättern, insbesondere vier Rotorblättern, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß jede Platte aus mindestens einer der Zahl der Rotorblattpaare entsprechenden Zahl Lagen (53, 54) jeweils von wenigstens einer zwischen dem einen Rotorblattpaar durchgehend sich erstreckenden Faserschlaufe (58) und von (je Rotorblattpaar) wenigstens zwei in aufeinanderfolgender Erstreckung zwischen dem (o.der den) anderen Blattpaar(en) durch diese Faserschlaufe (58) getrennten Baserschlaufengliedern (59) besteht, wobei lagenweise abwechselnd auf eine Faserschlaufe (58) in der gleichen Erstreckungsrichtung ein Faserschlaufengliederpaar (59, 59) folgt und zwischen jeweils zwei Lagen (53, 54) die Faserschlaufen und -glieder (58, 59) über eine eine kreuzweise Faserorientie--rung aufweisende Zwischenlage (55) stoffschlüssig vereinigt sind.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Zahl von am Plattenrand jeweils zum Befestigen der Abstützung eines Rotorblattes erforderlichen Anschlußbohrungen (57) je lage (53 bzw. 54) tür die Zahl der Faserschlaufen bzw. -gliederpaare (58 bzw. 59, 59) maßgebend ist und sie zu mehreren Faserschlaufen bzw. -gliederpaaren gleicher Erstreckungsri chtung nebeneinander liegend angeordnet sind.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t-, daß jede Faserschlaufe (58) bzw. jedes Faserschlaufenglied (59) einen eine kreuzweise Faserorientierung aufweisenden Stützkörper (5&.1 bzw. 59.1) stoffschlüssig umfaßt.
4. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß je Lage (53 bzw 54) die Faserschlaufe(n) (58) mit den aserschlauSengliedern (59) über an ihren Längsrändern anschließende, eine kreuzweise Faserorientierung aufweisende Füllstücke (60) stoffschlüssig vereinigt sind.
5. Rotor nach Anspruch 1 und 4, dadurch g e k- e n n z e i c h -n e t , daß die den Flächenabmessungen -der Füllstücke (60) entstrechend zwischen den Faserschlaufen und -gliedern(58, 59) der betreffenden Lagen (53, 54) herausragende Zwischenlage (55) mit den Füllstücken stoffschlüssig vereinigt ist.
6. Rotor nach Anspruch 3 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Stützkörper (58.1,59.1) mit der Zwischenlage (55) stoffschlüssig vereinigt sind.
7. Rotor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Distanzstück (51) der Platten (50) ein kreiszylindrischer Körper ist, der über ihn mittels eines Bördelrandes (52.1) überragende Ringplatten (52) gegenüber den Platten zentriert ist.
8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Distanzftück (55) ein Wickelkörper ist.
9. Rotor nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Ringplatten (52) eine kreuzweise Faserorientierung aufweisen.
10. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Anschlußbohrungen (57bzw.61), insbesondere für die Rotorblattabstützung und für die Verbindung des Kopfteils (1) mit einer Rotorwelle, ausschließlich durch die Kopfteilbereiche (Zwischenlagen 55, Stützkörper 58.1, 59.1, Füllstücke 60, Ringplatten 52) verlaufen, welche eine kreuzweise Faserorientierung aufweisen.
11. Rotor nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Anschlußbohrungen (57, 61) jeweils mit einer druckbelastbaren Buchse (64) ausgebildet sind.