DE2936163A1

DE2936163A1 - Rotornabenanordnung fuer einen hubschrauber

Info

Publication number: DE2936163A1
Application number: DE19792936163
Authority: DE
Inventors: Cecil Edward Covington; Wesley Louis Cresap; David Edward Snyder; Walter Gerd Oskar Sonneborn
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1978-09-11
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1980-03-27
Also published as: IL58218A; ES484030A1; IT7950224A0; JPH0138720B2; IL58218A0; FR2435390B1; CA1102772A; BR7905658A; MX6954E; IT1162418B; JPS5555098A; GB2030099B; AU5054179A; AU528307B2; FR2435390A1; GB2030099A; DE2936163C2; US4257739A; AR222664A1

Description

S 2 9 3 ö 1 S 3

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotornabenanordnung für Hubschrauber mit einem mit dem Rotorblatt verbundenen Blattanschlußkopf, der an dem der Rotorachse entfernteren Knde des Gabelkopfes angebracht ist.

Es ist bereits bekannt (US-PS 3 652 185), in Rotornabenanordnungen von Hubschraubern elastomere Lager vorzusehen, um die mechanische Abnutzung zu verhindern und Störungen zu vermeiden. Es besteht jedoch das Bedürfnis, eine Rotornabenanordnung zu haben, bei der die elastomeren Lager die vor- und rückeilende Bewegung (lead-lag motion) in der Rotorebene (im folgenden Ebenenbewegung genannt) aufnehmen und gleichzeitig eine Dämpfung der entsprechenden Schwingung (lead-lag oscillation) der Rotorblätter (im folgenden Ebenenschwingung genannt) zu dämpfen.

Durch die Erfindung wird daher eine Rotornabenanordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß durch ein zwischen dem Blattanschlußkopf und dem Gabelkopf vorgesehenes elastomeres Lager zur übertragung von Zentrifugalkräften auf den Gabelkopf und zur Aufnahme von Blattwinkelverstellungen, durch eine zwischen Rotorachse und elastomerem Lager zwischen einem Ende des Blattanschlußkopfes und einem Ende des Gabelkopfes vorgesehene Kopplung, die in der Rotorebene weich und außerhalb der Rotorebene starr

030013/0738

ist zur Ermöglichung einer Ebenenbewegung und zur Dämpfung des Blattanschlußkopfes bezüglich des Gabelkopfes und durch eine trägerartige, flexible Platte zwischen der Rotorachse und der Kopplung, welche einen Teil des Gabelkopfes bildet und unabhängig von der Kopplung Blattschläge aufnimmt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren erläutert.

Figur 1 zeigt teilweise aufgeschnitten in perspektivischer Darstellung die Rotornabenanordnung eines Hubschraubers.

Figur 2 zeigt teilweise aufgeschnitten in perspektivischer Darstellung die Rotornabenanordnung aus Figur 1.

Figur 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 aus Figur 1 durch ein Rotorgelenk.

Figur 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 4-4 aus Figur 1 durch einen Rotordämpfer.

In Figur 1 ist eine Rotornabenanordnung 10 gezeigt, die mittels eines Gabelkopfes 14, der an der Rotorwelle 12

030013/0738

2936183

des nicht dargestellten Hubschraubers über eine Wellennabe 16 mit der Rotorwelle verbunden ist. Der Gabelkopf 14 ist zur Aufnahme von Schlagbewegungen flexibel ausgebildet und hat einen der Rotorwelle näheren Abschnitt 18 und einen der Rotorwelle ferneren Abschnitt 19. Ferner weist der Gabelkopf 14 eine Innenöffnung 20 auf, die sich in Längsrichtung und durch den flexiblen Teil erstreckt.

Mit dem Gabelkopf 14 ist im Bereich der Abschnitte 18 und 19 ein Dämpfer 22 (lead-lag damper) verbunden, der die Innenöffnung 20 überbrückt. Dieser Dämpfer 22 weist eine Dämpferbrücke 24 auf, die von Dämpfersäulen 26 gehalten ist, die mittels Schrauben 28 am Gabelkopf 14 befestigt sind.

Ein gegabelter Blattanschlußkopf 30 ist mittels Halteschrauben 26 mit einem Rotorblatt 32 verbunden. Innerhalb der Innenöffnung 20 des Gabelkopfes 14 befindet sich ein Spindelelement 36, das einen Teil des Blattanschlußkopfes 30 bildet.

Der Blattanschlußkopf 30 überträgt über das Blatthaltelager Zentrifugalkräfte vom Rotorblatt auf den Gabelkopf 14. Im Blatthaltelager 38 befindet sich ein elastomeres Kugelelement 40, das Ebenenbewegungen (lead-lag motion) und einen Teil der Bewegung infolge Blattwinkeländerung aufnimmt, sowie ein elastomeres, konisches Element 42, das die übrige Blattdrehung um die Blattverstellachse bezüglich des Gabelkopfes 14 gestattet,

030013/0739

2936183

Am der Rotorachse näherliegenden Ende des Spindelelementes ist ein Lagerzapfen 46 vorgesehen, der sich durch den Dämpfer 22 erstreckt, und ein Blattsteuerungshorn 48 ist über einen Klemmabschnitt 50 mittels Schrauben 52 mit dem Lagerzapfen 46 verbunden.

Das Blatthaltelager 38 ist im einzelnen in den Figuren 2 und gezeigt. Das Kugelelement 40 ist vom konischen Element 42 durch eine Lagerscheibe 54 getrennt, die an der dem Kugelelement 40 zugewandten Seite eine Kugelfläche und an der dem konischen Element 42 zugewandten Seite eine konische Fläche aufweist. Eine kugelförmige Lagerplatte 56 ist entlang ihrer kugelförmigen Innenfläche mit dem Kugelelement 40 verbunden und mittels Stiften 58 am Spindelelement 36 befestigt. Die der Rotorachse entferntere Fläche des konischen Elementes 42 ist an einer konischen Lagerplatte 60 befestigt, die mittels Schrauben 64 mit einem Lageranpaßelement 62 verbunden ist, das mit einem Paar Schrauben 66 am Gabelkopf 14 befestigt ist. Durch die kugelförmige Lagerplatte 56, das Kugelelement 40, die Lagerscheibe 54, das konische Element 42 und die konische Lagerplatte 60 erstreckt sich eine konische öffnung 68, die den Raum zur Verformung der elastomeren Elemente bildet.

Der Dämpfer 22 ist im einzelnen in den Figuren 2 und 4 dargestellt. Seine Dämpferbrücke 24 erstreckt sich über die obere Fläche des Gabelkopfes 14 und wird von Dämpfersäulen 26 ge-

030013/0738

halten. An der unteren Fläche des Gabelkopfes 14 verläuft eine Dämpferbrücke 70 über die Innenöffnung 20 und wird von Dämpfersäulen 72 getragen. Die Dämpfersäulen 26 und 72 sind zusammen mit den Dämpferbrücken 24 und 70 auf dem Gabelkopf 14 festgeklammert und werden dort mittels Schrauben 28 gehalten. Der Gabelkopf 14 weist Anschlagelemente 76 auf, die sich in das Innere des Dämpfers 22 erstrecken.

Die Dämpferbrücke 24 hat einen länglichen Schlitz 78, in den eine Zwischenplatte 80 eingepaßt ist, die auch einen Teil der unteren Fläche der Dämpferbrücke 24 bedeckt. Entsprechend weist die Dämpferbrücke 70 an der Unterseite des Gabelkopfes 14 einen Schlitz 82 mit einer Zwischenplatte 84 auf. Ein oberes Dämpferpolster 86 ist mit der Zwischenplatte 80 verbunden, vorzugsweise verklebt, und ein unteres Dämpferpolster 88 ist entsprechend an der Zwischenplatte 84 angebracht.

Im Dämpfer 22 ist eine Buchse 90 um den Lagerzapfen 46 gepaßt, auf deren äußerer Fläche ein elastomeres Zylinderelement 92 befestigt, vorzugsweise verklebt ist, das außerdem mit einer elastomeren Lagerscheibe 94 verbunden ist. An der äußeren Fläche der elastomeren Lagerscheibe 94 ist ein elastomeres Teilkugelelement 96 angebracht, das mit seiner Außenfläche mit einem Lagergehäuse 98 verbunden ist. Die Lagerscheibe 94 hat eine zylindrische Innenfläche und eine kugelförmige Außenfläche, so daß diese Flächen an die entsprechenden elastomeren Elemente angepaßt sind. Ferner hat

030013/0738

das Lagergehäuse 98 eine kugelförmige Innenfläche zur Aufnahme des Teilkugelelementes 96.

Eine Verbindungsplatte 100 ist mit der oberen Seite des
Lagergehäuses 98 verbunden und am Dämpferkissen 86 befestigt. Entsprechend ist eine Lagerplatte 102 mit dem unteren Teil des Lagergehäuses 98 verbunden und am Dämpferkissen 88 angebracht.

An jeder Querseite des Lagergehäuses 98 sind elastomere Verzögerungsanschläge 104 (lag stops) vorgesehen, die mit den Anschlagelementen 76 fluchten. Diese Anschläge verhindern, daß das Spindelelement 36 und der Lagerzapfen 46 zu große
Querbewegungen ausführen und den Dämpfer 22 beschädigen.

Im Betrieb dient die Rotornabenanordnung 10 zur Übertragung von Zentrifugalkräften vom Rotorblatt 32 auf die Rotorachse 12. Ferner ermöglicht sie die Winkelsteuerung zur Wahl des gewünschten Anstellwinkels des Rotorblattes 32, die Ebenenbewegung (lead-lag motion) des Rotorblattes 32 um das Blatthaltelager 38, die Dämpfung der Ebenenbewegung des Rotorblattes 32 und die erforderliche Schlagbewegung der Rotorblätter.

Die vom Blatt 32 erzeugten Zentrifugalkräfte werden vom Blattanschlußkopf 30 über das Blatthaltelager 38 auf den Gabelkopf 14 übertragen, wobei, wie insbesondere Figuren 2 und 3 zeigen,

030013/0738

der Blattanschlußkopf 34 die Zentrifugalkraft auf die kugelförmige Lagerplatte 56 überträgt, die die elastomeren Elemente 40 und 42 gegen die konische Lagerplatte 60 zusammendrückt. Der Gabelkopf 14 ist über das Lageranpaßelement 62 starr mit der Lagerplatte 60 verbunden und nimmt daher die vom Rotorblatt 32 erzeugten Zentrifugalkräfte auf, die infolge der starren Verbindung des Gabelkopfes mit der Rotorachse 12 auf diese übertragen werden.

Das Rotorblatt 32 schwenkt bei seiner Ebenenbewegung um das Blatthaltelager 38. Dieser Umstand (lead-lag action) hat eine Scherkraft zur Folge, die vom Kugelelement 40 und vom konischen Element 42 aufgenommen wird. Der erforderliche Verformungsraum befindet sich im Blattanschlußkopf 30 entlang dessen Innenfläche und in der konischen Öffnung 68. Unter der Scherkraft verformen sich das Kugelelement 40 und das konische Element 42 zwischen der kugelförmigen Lagerplatte 56 und der Lagerscheibe 54, wobei das elastomere Element mit jedem dieser metallischen Elemente etwa durch Klebung verbunden ist.

Das Blattsteuerungshorn 48 wird von der Steuerung des Hubschraubers betätigt, um das Spindelelement 36 und den Blattanschlußkopf 30 um die Blattlängsachse (Nickachse) zu drehen und so das Rotorblatt 32 in den gewünschten Anstellwinkel zu bringen. Die Verstellbewegung des Blattanschlußkopfes 30 bezüglich des Gabelkopfes 14 wird von den elastomeren Elementen 40 und 42 aufgenommen, die beide einer Tor-

030013/0738

sionsscherbelastung zwischen den Platten 56 und 60 unterliegen.

Um die Bewegung des Rotorblattes 32 bezüglich seiner Ebenenschwingung (lead-lag oscillation) zu steuern und die Eigenfrequenz dieser Schwingung zu verringern ist es erforderlich, eine Dämpfung für die Bewegung des Blattes um den Schwenkpunkt innerhalb des Gelenkes 38 zu bewirken. Diese Dämpfung erfolgt durch den Dämpfer 22 (lead-lag damper), der insbesondere in den Figuren 2 und 4 zu erkennen ist. Das Spindelelement 36 verjüngt sich an seinem der Rotorachse näheren Ende zum Lagerzapfen 46, der durch den Dämpfer 22 verläuft und sich zur Klemme 50 des Blattsteuerungshorns erstreckt. Innerhalb des Dämpfers 22 ist der Lagerzapfen 46 mit einer Buchse 90 verbunden, die am elastomeren Zylinderelement 92 angebracht ist. Die Drehung des Lagerzapfens 46 um die Nickachse des Rotorblattes 32 wird durch die Scherbelastung der elastomeren Elemente 92 und 96 ermöglicht, die beide mit der elastomeren Lagerscheibe 94 verbunden sind, während das Teilkugelelement 96 mit dem Lagergehäuse 98 verbunden ist. Eine Drehung des Lagerzapfens 46 erzeugt somit eine Scherkraft für die Elemente 92 und 96, und diese ermöglichen eine Drehung des Lagerzapfens, wenn die Hubschraubersteuerung entsprechend arbeitet.

Die wesentliche Dämpfung durch den Dämpfer 22 wird mittels der Dämpferpolster 86 und 88 erreicht, die zwischen den

0300 1 3/0738

Verbindungsplatten 100 und 102 des Lagergehäuses 98 und den Zwischenplatten 80 und 84, die mit den Dämpferbrücken 24 und 70 verbunden sind, angeordnet sind. Wenn das Rotorblatt 32 um das Gelenk 38 schwenkt, wird das Lagergehäuse 98 in Querrichtung bewegt, so daß auf die Dämpferpolster 86 und 88 Scherkräfte wirken. Diese Dämpferpolster drücken das Lagergehäuse 98 in seine Mittelstellung zurück, nachdem die elastomere Verzögerungskraft wirksam geworden ist. Die Dämpferpolster bestehen aus einem elastomeren Material mit visco-elastischen Eigenschaften, und dieses visco-elastische Material zeigt bei oszillierender Scherbewegung eine Hysterese, durch die die Schwingung des Blattes um den Schwenkpunkt innerhalb des Blatthaltelagers 38 gedämpft wird.

Unter gewissen Bedingungen führt das Rotorblatt 32 eine sehr große Bewegung innerhalb der Ebene der Rotorscheibe aus. Diese große Bewegung wird durch das Auftreffen der elastomeren Anschläge 104 auf die Anschlagelemente 76 innerhalb des Dämpfers 22 absorbiert. Die Anschläge 104 befinden sich an jeder Seite des Lagergehäuses 98, so daß zu große Bewegungen des Rotorblattes 32 in jeder Richtung aufgenommen werden.

Die vorstehend beschriebenen elastomeren Elemente weisen abwechselnd Schichten eines elastomeren Materials, wie etwa natürlicher Kautschuk oder BTR IV der Firma Lord Kinematics, und Metallschichten, etwa aus Stahl oder rostfreiem Stahl auf.

030013/0739

Die typische Dicke einer elastomeren Schicht ist etwa 1 mm, während die Metallschichten typischerweise eine Dicke von 0,64 mm haben. Die elastomeren Schichten und die Metallschicht sind miteinander verbunden, etwa durch Klebung.

030013/073Ö

Claims

Ansprüche

1. Rotornabenanordnung für einen Hubschrauber mit einem mit dem Rotorblatt verbundenen Blattanschlußkopf, der an dem der Rotorachse entfernteren Ende des Gabelkopfes angebracht ist, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Blattanschlußkopf (30) und dem Gabelkopf (14) vorgesehenes elastomeres Lager (40) zur Übertragung von Zentrifugalkräften auf den Gabelkopf (14) und zur Aufnahme von Blattwinkelverstellungen, durch eine zwischen Rotorachse (12) und elastomerem Lager (40) zwischen einem Ende des Blattanschlußkopfes (30) und einem Ende des Gabelkopfes (14) vorgesehene Kopplung, die in der Rotorebene weich und außerhalb der Rotorebene starr ist zur Ermöglichung einer vor- und rückeilenden Bewegung in der Rotorebene und zur Dämpfung des Blattanschlußkopfes (30) bezüglich des Gabelkopfes (14) und durch eine träger-

030013/Ο73Θ

artige, flexible Platte (18) zwischen der Rotorachse (12) und der Kopplung, welche einen Teil des Gabelkopfes (14) bildet und unabhängig von der Kopplung Blattschläge aufnimmt.

2. Rotornabenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich zwischen elastomerem Lager (40) und Kopplung erstreckende Teil (19) des Gabelkopfes (14) die Eigenschaften einer flexiblen Platte hat, so daß sich der Gabelkopf (14) unter Schlagwirkung zwischen dem elastomeren Lager (40) und der Kopplung verformen kann.

3. Rotornabenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung ein elastomeres Dämpferpolster zur Aufnahme von Scherkräften zwischen Blattanschlußkopf (30) und Gabelkopf (14) aufweist.

4. Rotornabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Lager (40) ein elastomeres Zylinderelement zur Aufnahme von Blattwinkelverstellungen des Blattanschlußkopfes (30) und ein elastomeres Kugelelement (33) zur Übertragung der Zentrifugalkräfte vom Rotorblatt (32) aufweist.

030013/0739

5. Rotornabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gabelkopf (14) eine längliche Innenöffnung (20) vorgesehen ist, in die sich ein einstückig mit dem Blattanschlußkopf (30) ausgebildetes zylindrisches Spindelelement (36) erstreckt, daß das elastomere Lager (40) an dem der Rotorachse (12) entfernteren Ende des Spindelelementes vorgesehen ist und daß die Kopplung in Form eines elastomeren Dämpfers (22) das der Rotorachse (12) nähere Ende des Spindelelementes (36) mit dem Gabelkopf (14) verbindet,

6. Rotornabenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Dämpfer (22) an jeder Seite des Gabelkopfes (14) eine starre Brücke (24, 70) aufweist, die sich quer über die längliche Innenöffnung (20) des Gabelkopfes (14) erstrecken und zwischen denen mindestens ein elastomeres Polsterkissen (86, 88) vorgesehen ist.

7. Rotornabenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Lager (40) eine erste starre, mit dem Spindelelement verbundene, zu der der Rotorachse abgewandten Seite eine Kugelfläche aufweisende Lagerplatte, an deren Kugelfläche ein elastomeres Kugelelement befestigt ist, eine an¹der der Rotorachse zugewandten Seite eine Kugelfläche und an der der Rotorachse abgewandten Seite eine konische Fläche aufweisende Druckplatte, deren Kugelfläche mit der der Rotorachse

030013/0738

abgewandten Fläche des elastomeren Kugelelenientes verbunden ist, ein elastomeres, konisches Element, das mit seiner der Rotorachse zugewandten Fläche mit der konischen Fläche der Druckplatte verbunden ist, sowie eine zweite starr mit dem von der Rotorachse entfernteren Ende des Gabelkopfes verbundene Lagerplatte aufweist, die eine der Rotorachse zugewandte konische Fläche hat, die mit der der Rotorachse abgewandten Fläche des elastomeren konischen Elementes verbunden ist.

030013/073«