DE2949156A1 - Hubschrauberrotor - Google Patents

Description

Hubschrauberrotor

Die Erfindung bezieht sich auf Hubschrauberrotoren mit einer geraden Anzahl von Blättern, wobei die entgegengesetzt zueinander angeordneten Blätter ein gemeinsames Teil in Form eines biegsamen Holms haben, der sich über die Rotorachse erstreckt. Ein solcher Rotor wird hier als Querholmrotor bezeichnet. Der Holm wird vorzugsweise aus in einer Richtung laufenden, hoch zugfesten Fasern hergestellt, die miteinander verklebt sind, und hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Verbesserungen der Konfiguration des Holmquerschnitts können zu ei~ ner Änderung von dessen Gestalt führen, liegen aber außerhalb der Erfindung, da diese verschiedene Gestalten annehmen kann. Der Holm nimmt die Zentrifugalkraft zwischen entgegengesetzt zueinander angeordneten Blättern auf und kann sich über die volle Spannweite beider Blätter bis zu jeder Spitze erstrecken oder an einem Blattbefestigungsanschluß in einer zweckmäßigen

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Radialposition endigen. Die Ausführungsform, in der der Holm voll von einer bis zur anderen Spitze reicht, ist im allgemeinen nur bei Hubschrauberheckrotoren anwendbar, da ein Hauptrotor mit einer Holmlänge, die gleich dem Rotordurchmesser ist, zur Handhabung im Feld als einzelne Einheit zu sperrig sein würde. Der Holmquerschnitt ist so ausgelegt, daß er den gewünschten Grad an Steifigkeit in der Rotorebene und in Schlagrichtungen für die Blattbiegung sowie für eine Drehbiegsamkeit für Blattverstellbewegungen ergibt. Blattverstellbewegungen werden in dem Blatt vorgenommen, indem das Holmteil verdreht wird. Die Erfindung nutzt die Vorteile der bekannten Konfigurationen, die das Verdrehen und Biegen des Holms zwischen Lagerträgern gestatten, welche auf entgegengesetzten Seiten der Rotorachse angeordnet sind, und verbessert diese Vorteile weiter, indem sie Einrichtungen schafft, die dem Holm gestatten, sich über eine längere Strecke zu biegen und zu verdrehen, d.h. jenseits der Lagerträger bis zu der radialen Befestigungsposition, wo die Holm-Blatt-Befestigungsstelle angeordnet ist. Wenn somit die Holmbiegung und -Verdrehung bis zu ihrem maximalen Grad auftritt, führt die erfindungsgemäße Verbesserung zu einer kleineren Winkelbiegung des Holms und demgemäß zu kleineren Spannungswerten. Bei Verwendung in einem Hauptrotor wird die Blattradialpositionsbefestigungsstelle so gewählt, daß der Holm eine ausreichend große freie Länge hat, um sämtliche Biegungen bei niedriger Beanspruchung aufzunehmen, und gleichzeitig kurz genug ist, um auf einer maximalen Länge der Blattspannweite das Herstellen der Flügelprofilkontur zu gestatten.

In ihrer frühesten Form führten die Entwicklungsanstrongungen der Anmelderin, die auf die Beseitigung der herkömmlichen Rotorstapellager zu gunsten eines flexiblen Querholmrotors gerichtet waren, zu der in der CA-PS 951 301 beschriebenen Ausführungsform. Gemäß dieser Patentschrift werden flexible HoImbänder zwischen zwei Nabenplatten angeordnet und die Blattverstellungen erfolgen mittels eines Mantels, der an dem flexiblen Band an einer Stelle befestigt ist, die ungefähr 30% des Rotorradius ausmacht. Durch Blattverstellbewegungen wird

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das Band innenbords der Radialposition, wo es durch die Nabenteile starr eingespannt ist, verdreht. Die geschlitzten Nabenplatten, in die die Blattholmteile eingesetzt sind, übertragen den Antrieb zwischen den an der Antriebswelle befestigten Nabenplatten und den Blättern. Die US-PS 3 484 174 beschreibt eine zweite Ausführungsform eines Querholmrotors mit einem kardanisch aufgehängten Schlaggelenk. Die Verbindung des flexiblen Teils mit dem Gelenkteil sorgt für eine gleiche begrenzte Torsionsbiegung wie in der CA-PS 951 301, da die Holmteile ebenfalls starr eingespannt sind. Der Antrieb wird von der Antriebswelle über eine keilverzahnte Verbindung in der Jochanordnung auf einen unregelmäßig geformten Einsatz und einen Ring übertragen, der an dem Mittelteil des Holms in dessen ausgespreizter Lage bei dessen Umlauf um die Rotorachse in Anlage bringbar ist.

Die US 3 874 820 beschreibt eine weitere Entwicklung auf dem Gebiet der Erfindung und befaßt sich hauptsächlich mit der Winkelbeziehung zwischen dem Flügelprofilteil und dem tragenden Holmteil. Die Blattragvorrichtung ist zwar nicht gezeigt, die für Flugzeuge benutzte Vorrichtung besteht jedoch aus einem oberen und einem unteren Spannteil, die ähnlich der in der CA-PS 951 301 beschriebenen Vorrichtung funktionieren. Noch eine weitere Entwicklung ist in der US-PS 4 008 980 dargestellt, die die in der oben erwähnten US-PS 3 874 820 angesprochene Tragvorrichtung zeigt. Diese Vorrichtung ist weiter in der Druckschrift "Composite Bearingless Tail Rotor for UTTAS", Mai 1976, von R. Fenaughty und W. Noehren beschrieben, die diese auf dem 32. Jährlichen Nationalen V/STOL-Forum der American Helicopter Society vorgelegt haben. Die US-PS 3 874 beschreibt einen weiteren Fortschritt auf dem Gebiet durch Einführen von flexiblen Querpolstern anstelle der starren Einspannungen der CA-PS 951 301 und anderen oder der metallischen Kardanlager der US-PS 3 484 174. Mittels der Lagerkonsole oder des Biegeteils, das quer zu dem Holmteil angeordnet ist, wird die Flexibilität geschaffen, die gestattet, daß Biegeauslenkun-

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gen, welche durch Blattschlagen verursacht werden, innenbords der Radialposition der Lagerkonsole auftreten können, wobei es sich um ein Merkmal handelt, das zuvor nicht bekannt war. Ähnlich wie bei der CA-PS 951 301 sind die aus der US-PS 3 874 815 bekannten Holmteile an ihren Rändern zwischen verschraubten Nabenplatten, von denen die untere mit der Antriebswelle verbunden ist, festgehalten.

Die aus jüngerer Zeit stammende US-PS 4 053 258 beschreibt die bekannte starre Einspannverbindung zwischen dem Querholmteil und den einander gegenüberliegenden Nabenplatten.

Die wichtigste und neueste Entwicklung auf diesem Gebiet, die der Anmelderin bekannt ist, ist in der US-PS 4 093 400 beschrieben, gemäß welcher der Querholm an den Rotornabenarmen durch sphärische elastomere Lager abgestützt ist, wodurch jede Notwendigkeit beseitigt wird, das Holmteil zu verdrehen, wenn eine zyklische Blattverstellung vorgenommen wird. Der Anstellwinkel des nach vorn gehenden Blattes wird vergrößert und der Anstellwinkel des nach hinten gehenden Blattes wird verkleinert, indem einfach der Holm geneigt wird. Dieser Vorteil wird erreicht, ohne den aus der US-PS 3 874 815 bekannten Vorteil zu opfern, nämlich das Gestatten der Holmbiegung über der Rotorachse in der Schlagrichtung.

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit dem immer vorhandenen Konstruktionsziel, eine bekannte Vorrichtung zu verbessern, ohne die beträchtlichen Vorteile dieser Vorrichtung zu opfern. Die aus der US-PS 4 093 400 bekannte Konfiguration gestattet, wie oben erwähnt, das Auftreten einer Biegung in Schlagrichtung über der Rotorachse zwischen den Traglagern, wodurch sich eine niedrigere Blattbeanspruchung ergibt, während gleichzeitig eine Torsionsbeanspruchung durch die zyklische Blattverstellung beseitigt wird. Die in der US-PS 3 484 174 beschriebene Vorrichtung umfaßt die Verwendung eines elastomeren Lagers oder Dämpfers, der zwischen dem Holm und dem inneren Ende des Torsionsrohres oder Steuerhorns angeordnet ist. Der

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Dämpfer hält den gegenseitigen Abstand zwischen dem gehaltenen Holm und dem ansonsten beweglichen Blattsteuerungshorn aufrecht und verhindert so das Auftreten einer Kopplung zwischen Blattverstellung und Schlagen. Diese drei vorteilhaften Eigenschaften des Standes der Technik werden bei der Erfindung beibehalten und gleichzeitig werden Einrichtungen geschaffen, die dem Holm eine Biegung über einen größeren Teil seiner Länge für ein Blatt desselben Durchmessers und derselben Verstellung gestatten. Diese Verbesserung gestattet insbesondere, daß die Holmbiegung über der vollen Holmlänge erfolgen kann, d.h. zwischen den Befestigungsstellen, an denen zueinander entgegengesetzte Blatteile an dem Holm und dem Torsionsteil befestigt sind, während die aus der US-PS 4 093 400 bekannte Konfiguration den Holm an der Nabe einspannt. Diese verbesserte Biegefreiheit ist in beiden Biegeebenen ausnutzbar. Das Konzept, das diese Eigenschaften gestattet und die hier beschriebene Verbesserung umfaßt, ist das Befestigen des Blattes an der Nabe mittels Lagereinrichtungen, die zwischen dem Innenbordende des Torsionsteils und dem zugeordneten Nabenarm angeordnet sind, wobei die Lagereinrichtungen die alleinige und einzige Abstützung des Blattes an der Nabe sind. Diese Konstruktion gestattet sowohl beim Verdrehen als auch beim Biegen zwischen den Blattbefestigungsstellen einen größeren Grad an ungehinderter Bewegung des Holms, der nicht an der Nabe befestigt ist und nicht dujrch ein Traglager behindert wird. Da das innere Ende des Torsionsteils einschließlich dessen Blattsteuerungshorn in der Lage an der Nabe gehalten wird, wird eine unerwünschte Blattverstellkopplung vermieden, ohne daß ein zusätzliches Dämpferlager erforderlich ist.

Die Erfindung schafft einen Rotor, bei dem die Vertikalbewequngen eines flexiblen Holms aufgrund des zyklischen Schiagens und der nach oben und nach unten gerichteten Winkelstellung der Rotorblätter durch Biegung des Holms über der Rotorachse aufgenommen werden.

Zweitens schafft die Erfindung einen Rotor, bei dem die Hori-

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zontalbewegungen eines flexiblen Blattholms aufgrund von Vorwärtsschwenk- und Rückwärtsschwenkauslenkungen, die im normalen Flugbetrieb auftreten, wenn die sich nach vorn und hinten bewegenden Blätter nach- bzw. voreilen, oder aufgrund von Trägheitswirkungen beim Starten und Stoppen, ebenfalls durch Biegung des Holms über der Rotorachse aufgenommen werden.

Drittens schafft die Erfindung einen Rotor, bei dem zyklische Blattverstellungen keine oszillierenden Torsionsspannungen hervorrufen.

Viertens schafft die Erfindung einen Rotor mit Einrichtungen zum Minimieren der Blattverstellkopplung.

Fünftens schafft die Erfindung einen Rotor mit Einrichtungen zum Minimieren von stetigen statischen Blattorsionsspannungen.

Sechstens schafft die Erfindung einen integrierten Rotor, der alle vorgenannten Merkmale aufweist und dabei eine kurze Holmlänge beibehält und ein besseres Biegevermögen durch Maximieren der effektiven Holmlänge, über der das Biegen stattfinden kann, schafft.

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

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines vierblätt

rigen Querholmhubschrauberrotors, der der Übersichtlichkeit halber nur zum Teil dargestellt ist,

Fig. 2 eine isometrische Ansicht des Rotors von

Fig. 1, der aber in auseinandergezogener Darstellung gezeigt ist, um den Querholm deutlicher sichtbar zu machen,

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die Fig. 3a - 3c in Seitenansicht, Draufsicht, bzw. Endansicht einen zweiblättrigen Rotor des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Typs,

die Fig. 4a und 4b in Seitenansicht bzw. Draufsicht den

bekannten Rybicki-Rotor gemäß der DE-OS 27 55 557, welcher in einer Linie mit den Fig. 3a und 3b gezeigt ist,

die Fig. 5A und 5B schematisch in Seitenansicht den bekannten Rybicki-Rotor und den Rotor nach der Erfindung, wobei gezeigt ist, wie die Holme in einer Biegemode oder Biegeschwingungsart wirken,

die Fig. 6A und 6B in ähnlichen Seitenansichten wie die

Fig. 5A und 5B für dieselben Rotoren eine zweite Biegemode,

die Fig. 7A und 7B in Draufsichten ähnlich den Fig. 5A und

5B sowie 6A und 6B für dieselben Rotoren eine dritte Biegemode,

die Fig. 8A und 8B in Draufsichten ähnlich den Fig. 5A, 5B,

6A, 6B, 7A und 7B für dieselben Rotoren eine vierte Biegemode,

die Fig. 9a bis 9c in Seitenansicht, Draufsicht bzw. Endansicht eine etwas modifizierte Konfiguration des in den Fig. 1, 2, 3a und 3b dargestellten Rotors und

die Fig. 10a bis 10c in Seitenansicht, Draufsicht bzw. Endansicht eine zweite, etwas modifizierte Konfiguration des in den Fig. 1, 2, 3a und 3b dargestellten Rotors.

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Die Erfindung ist in Fig. 1 insgesamt als ein Hubschrauberrotorkopf 10 mit einer Achse 12 dargestellt, der für eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn vorgesehen ist. Eine gerade Anzahl von Rotorblättern 14 (nur eines ist gezeigt) erstreckt sich paarweise in zueinander entgegengesetzten Richtungen. Jedes Blattpaar ist mit einem gemeinsamen biegsamen Holm verbunden, der an der Rotorkopfnabe 28 nicht befestigt ist, um eine austauschbare Einheit zu schaffen. Wenn zwei oder mehr als zwei Blattpaare in einem Rotor benutzt werden, gehen die Holme jedes Paares in getrennten Ebenen in ausreichendem gegenseitigen Abstand durch die Rotorachse. Die Anzahl der Blattpaare ist für die Erfindung nicht wichtig.

Der Typ der Radialpositionsbefestigungsstelle 15, an der das Ende des Holms 16 an dem Flügelprofilteil des Blattes 14 befestigt ist, ist für die Erfindung unwesentlich, ausgenommen, daß sie starr sein muß. Bei Verwendung in einem Hauptrotor kann es erwünscht sein, daß die Befestigungsstelle 15 lösbar ist, weshalb geeignete Schrauben und Büchsen in den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Löchern 20 benutzt werden. Außerdem ist an der Befestigungsstelle 15 das äußere Ende eines starren Torsionsteils 22 befestigt, welches an seinem inneren Ende ein Blattsteuerungshorn 24 hat. Die Form des Torsionsteils 22, des Holms 16 und des inneren Endes des Blattes 14 ist jeweils insgesamt elliptisch oder rechteckig. Die volle Flügelprofilkontur des Blattes erstreckt sich von der Befestigungsstelle außenbords zu der Spitze. Bei Verwendung als Heckrotor mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 3 bis 3,6 m (ten to twelve feet) können die Blattbefestigungsstellen 15 mit entgegengesetzten Enden des Holms 16 dauerhaft verbunden sein und der Holm kann sich radial außenbords soweit erstrecken, wie es aus Blattkonstruktionsabstützgründen erwünscht sein kann. Das Torsionsteil 22 erstreckt sich innenbords der Blatt/Holm/ Torsionsteil-Befestigungsstelle 15 in insgesamt konisch auseinanderlaufender Form, wobei es den Holm 16 umhüllt und Zwischenraum für das Verdrehen und Biegen des Holms innerhalb der Grenzen des Torsionsteils 22 läßt. Die oben erwähnte US-PS 3 874 820 zeigt diese Konstruktion. Das konische Torsions-

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teil endigt innenbords und bildet das Steuerungshorn 24, dessen vorderer Rand eine gegabelte Befestigung 26 zum Anschließen der herkömmlichen Blattverstelldruckstangen (nicht gezeigt) bildet. I

Sämtliche Befehle für die zyklische und kollektive Blattverstellung des Rotors gehen über das Torsionsteil 22 zu dem Gelenk 15, mit welchem der Holm, das äußere Ende des Torsionsteils und das eigentliche Blatt verbunden sind. Der Holm 16 ist so aufgebaut, daß er flexibel ist und torsionsmäßig sämtliche durch Blattverstellung hervorgerufenen Winkelbiegungen sowie Biegungen in Schlagrichtung aufnimmt. Das Torsionsteil 22 ist starr und deshalb insgesamt als ein geschlossenes Teil ausgebildet, es kann aber verschiedene Formen haben, die den Blättern und ihren Querholmen Spielfreiheit geben. Das Torsionsteil kann als Fachwerk oder offener Kasten ausgebildet sein. Die bevorzugte Ausführungsform ist ein geschlossenes Rohr, das als stromlinienförmige Verkleidung dient und einen minimalen Luftwiderstand hat.

Die Rotornabe 28 hat einen zentralen Teil 30 und weist in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ein oder mehrere Paare von nach oben vorstehenden flachen und zueinander entgegengesetzten Nabenarmen oder Konsolen 32 und 34 für die Blattbefestigung auf. Konsolenpaare 32 sind in einer höheren Ebene angeordnet als Konsolenpaare 34. Das Schlüsselelement der vorliegenden Erfindung, welches gestattet, alle erwünschten Merkmale zu erzielen, ist das Konzept des Befestigens jedes Rotornabenarms an dom inneren Ende des zugeordneten Torsionsteils, während bei der Rybicki-Anordnung und anderen ähnlichen Anordnungen die Nabe direkt an dem flexiblen Holm befestigt wird. Diese Befestigung behindert den Holm und verhindert dessen Biegung über einen großen Teil seiner Länge zwischen den Blattbefestigungsstellen. Gemäß der Erfindung erfolgt die Befestigung über einen Satz von unteren und oberen, sphärisch geformten elastomeren Lagern 38 und 40, die auf entgegengesetzten Seiten der Lagerkonsolen 32 und 34 an-

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geordnet sind und deren innere Lagerplatten 42 durch die Konsolen 32 und 34 miteinander verschraubt sind, während ihre äußeren Lagerplatte 44 mit dem Hornteil 2 4 des Torsionsteils 22 verschraubt sind. In den Fig. 1 und 2 sind die Lager und die den Konsolen 34 zugeordneten Lager der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden. Die Verwendung eines Satzes von elastomeren, sphärischen Lagern, die an dem Torsionsteil befestigt sind, gleicht dem Stand der Technik, wie er beispielsweise aus der US-PS 4 087 203 hervorgeht, mit dem Unterschied, daß der Holm 16 weder an dieser Befestigung beteiligt noch Teil der Rotorantriebsverbindung ist.

Es sei beachtet, daß das Wichtige an der Erfindung die Verwendung eines Lagers als alleinige und einzige Abstützung zwischen dem Nabenarm 32 und dem inneren Ende des Torsionsteils 22 statt der spezifischen Anzahl oder Konfiguration von Lagern ist. Bei der Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung können somit die Lager 38 und 4 0 als Teile eines einzigen Lagers oder als ein Satz von zwei gesonderten Einheiten beschrieben werden. Wenn elastomere Lager statt vollständig aus Metall bestehenden Lagern benutzt werden, sind auf jeder Seite des Nabenarms Teile erforderlich, um das Ausüben von Zugkräften auf das Elastomer zu verhindern. Zum Isolieren des Holms 16 ist gemäß den Fig. 1 und 2 eine Aussparung 50 für die Konsole 32 und das zucyc-ordnete untere und obere Lager 38 bzw. 40 durch Ausbildung des Holms in Doppelbändern 52, 54, wo der Holm die radiale Stelle der Konsole 32 und der Lager und 40 passiert, vorgesehen. Die Aussparung 50 kann eine ausgewählte Form und Größe haben, je nach der erforderlichen Holmsteif igkeit, des für die Verdrehung erforderlichen Raums, der Materialdikke, usw.

Die Traglager 38 und 40 sowie das Steuerungshorn 24 sind jeweils an der Stelle maximaler Holmbiegung angeordnet. Diese gemeinsame Positionierung führt zur Minitnierung der Kopplung zwischen Blattverstellung und Schlagen. Zahlreiche Konfigurationen können als Alternativen zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Aus führungs form ge-

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schaffen werden, wie sie im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben sind, ein gemeinsames und notwendiges Merkmal ist aber die vorgenannte direkte Verbindung der Nabe 28 mit dem inneren Ende des Torsionsteils 22.

Ein spezifischerer Vergleich zwischen den konstruktiven Aspekten der Erfindung und der Rybicki-Anordnung (US-PS 4 093 400) ist in den Fig. 3 bzw. 4 gezeigt. Die Fig. 3a, 3b und 3c sind Teilansichten der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Konfiguration in ziemlich schematischer Form, wobei nur ein Querholm gezeigt ist. Die Fig. 4a und 4b des Rybicki-Patents sind in einer Linie mit den Fig. 3a und 3b gezeichnet und der Rotor hat denselben Blattverstellversatz und dieselbe Holmlänge.

Bei der Konfiguration von Fig. 3 und 4 wird, wie bei der mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen, jeweils ein Querholm 16 benutzt, der an seinen äußeren Enden mit dem äußeren Teil eines Torsionsteils 22 und dem Wurzelende des Blattes 14 verbunden ist. Der Holm 16 ist nicht an der Nabe befestigt. Blattverstellungen erfolgen über das innere Ende des Torsionsteils an der Befestigungsstelle 26. Die Nabe 28 hat sich nach oben erstreckende Arme für die Rotorblattbefestigung. In der Konfiguration von Fig. 3 weisen die Befestigungseinrichtungen Doppelkonsolen 32 zum Miteinanderverbinden des unteren und des oberen elastomeren Lagers 38 bzw. 40 auf, die über ihre äußeren lagerplatten mit der Innenfläche des Horns 24 des Torsionsteils 22 verbunden sind. In der Rybicki-Konfiguration von Fig. 4 enthält die Befestigungseinrichtung ähnliche Befestigungsarme 32 für das untere und das obere elastomere Lager 38 bzw. 40, diese Lager sind aber an dem Holm 16 befestigt. In der Konfiguration von Fig. 4 umschließen die nach oben vorstehenden Nabenkonsolen 32 den Holm, statt durch ihn hindurchzugehen.

Durch einen Vergleich der in einer Linie angeordneten Fig. 3a und 4a ist zu erkennen, daß beide Konfigurationen insgesamt eine freie Bewegung (Biegung) des Holms über der Rotorachse

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beim zyklischen Schlagen und ir. der nach oben und nach unten gerichteten Winkelstellung der Rotorblätter gestatten. Ebenso zeigt ein Vergleich der Fig. 3b und 4b, daß der Holm in der Rotorebene über der Rotorachse frei ist, wenn die Blätter bestrebt sind, entweder im normalen Flug oder während des Startens und Stoppens des Rotors vor- oder nachzueilen. Drittens zeigt ein Vergleich zwischen den Konfigurationen außerdem, daß zyklische Blattverstellungen der Blattpaare dazu führen, daß diese um die Rotorachse geneigt werden statt verdreht zu werden, wie in den Ausführungsformen, wo der Holm starr an der Rotornabe eingespannt ist. Der Vergleich zeigt ferner, daß beide Holmteile sich über der Rotorachse und innerhalb des Torsionsteils als Ergebnis einer kollektiven Blattverstellung frei verdrehen können. Das Verdrehen erfolge zwischen einander entgegengesetzten Blattradialpositionsbefestigungsstellen von zueinander entgegengesetzten Blättern und über der gesamten Länge der Holme, statt nur radial innenbords der eingespannten Holmstelle, wie bei den oben erwähnten Konfigurationen mit eingespanntem Holm. Qualitativ sind die Biege- und Torsionsfreiheiten für die Holmbewegungen und Holmauslenkungen, welche unter dem Gesichtspunkt der Erzielung niedriger Blattbeanspruchungen alle vorteilhaft sind, in den Konfigurationen von Fig. 3 und 4 die gleichen. In dem Grad der Winkelbiegefreiheit bei zyklischem Schlagen und kollektiver nach oben und nach unten gerichteter Winkelstellung der Rotorblätter sowie bei Voreilung und Nacheilung in der Rotorebene schafft jedoch die Erfindung eine Verbesserung, wenn derselbe Durchmesser und derselbe Versatz vorliegen. Die Verbesserung besteht darin, daß die Holmbiegeflexibilität so ausgedehnt wird, daß sämtliche oben erwähnten Biegefreiheiten vollen Vorteil aus der Holmlänge zwischen den Blattradialpositionsbefestigungsstellen ziehen. Dagegen zeigen die in den Fig. 4a und 4b dargestellten Konfigurationen, daß der Holm behindert ist und aufgrund der an dem Holm montierten Lager keine freie vertikale oder horizontale Translationsbewegung ausführen kann. Das Beseitigen dieser Behinderung gestattet, bei äquivalenter Holmgeometrie die Beanspruchung zu verringern.

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Die Fig. 5 bis 8 setzen den Vergleich zwischen den indan Fig. 3 und 4 dargestellten Konfigurationen fort, wobei die Fig. 5A, 6A, 7A und 8A die Winkellage der Holmbiegung für einen spezifischen Blattwinkel bei zyklischem Schlagen, kollektiver nach oben und nach unten gerichteter Winkelstellung der Rotorblätter (collective coning), bei Voreilung/Nacheilung in normalem Flug und bei Voreilung/Nacheilung beim Starten und Stoppen des in Fig. 4 gezeigten Rybicki-Patents zeigen. Die Fig. 5B, 6B, 7B und 8B zeigen für die Konfiguration von Fig. 3 die Winkellage der Holmbiegung für denselben Blattwinkel und für dieselben Vorgänge. Die vertikalen Blattschlagbewegungen, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind, veranschaulichen, daß für dieselbe Blattwinkellage gegen eine Horizontalebene bei einem Vergleich der Fig. 5A und 5B sowie der Fig. 6A und 6B die Holmbiegewinkel in der Darstellung in den Fig. 5B und 6B infolge der Freiheit des Holms, sich vertikal von der Lagerstelle wegbewegen zu können, kleiner sind. Die horizontalen Blatt- und Holmverlagerungen aufgrund von Blattpendelschwingungen sind in den Fig. 7 und 8 für einen zweiblättrigen, gegenläufig .rotierenden Rotor gezeigt, wobei zu erkennen ist, daß für dieselbe Blattwinkellage der Biegung in der Rotorebene die Holmwinkel in den Darstellungen in den Fig. 7B und 8B kleiner als in den Darstellungen in den Fig. 7A und 7B sind. Der Grund ist, daß der Holm in der Konfiguration nach der Erfindung sich außerdem frei horizontal gegenüber den Traglagern verlagern kann. Der Grad der Biegung in der Rotorebene ist zwar kleiner als der bei Biegung in Schlagrichtung, und zwar aufgrund der Geometrie des Holms und aufgrund von dessen größerer Steifigkeit in der Ebene der Rotorscheibe, es muß jedoch noch darauf geachtet werden, daß Beanspruchungen für eine bestimmte Geometrie, ein bestimmtes Gewicht, usw. minimiert werden.

Die Gruppierungen, die in den Fig. 9 und 10 gezeigt sind, stellen alternative Ausführungsformen der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform dar und dienen dazu, klarzumachen, daß die direkte Befestigung der Rotornabe 28 an

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dem Torsionsteil 22 in verschiedenerlei Weise möglich ist. Die Fig. 9a, 9b und 9c zeigen Ansichten einer Konfiguration, in der die Lager 38 und 40 außerhalb des Torsionsteils angeordnet sind und mit ihren inneren Lagerplatten an den äußeren Flächen des Horns 24 des Torsionsteils 22 befestigt sind. Die äußeren Lagerplatten der Lager 38 und 40 sind an den Innenflächen eines ziemlich breiten Flansches 33 befestigt, der als integrales Teil der Nabe 28 ausgebildet sein kann und ähnlich wie die Nabenkonsole 32 der bevorzugten Ausführungsform funktioniert. Da der Holm durch den Flansch 33 umhüllt ist, ist es nicht notwendig, eine Aussparung für das Spiel in dem Holm vorzusehen. Die Ausführungsform von Fig. 10a, 10b und 10c gleicht der der Fig. 9a, 9b und 9c dahingehend, daß der Nabenflansch 33 den Holm 16 umhüllt. Der Unterschied besteht darin, daß die Lager 38 und 40 mit ihren inneren Lagerplatten an der Außenfläche des Flansches 33 und mit ihren äußeren Lagerplatten anderinnenflache des Horns 24 des Torsionsteils 22 befestigt sind.

In der bekannten Konfiguration von Querholmrotoren, bei denen die flexiblen Holme starr an der Rotornabe befestigt sind, ist es erforderlich, Dämpferlager zwischen dem Holm und dem inneren Ende eines Torsionsrohres vorzusehen, um Blattverstellkopplungseffekte zu vermeiden, weil ein sonst ungedämpftes Torsionsrohr infolge der Holmbiegung seine Position verschieben könnte. Wenn das innere Ende des Torsionsteils in der erfindungsgemäßen Weise festgehalten ist, wird diese Blattverstellkopplung verhindert. In den Querholmkonfigurationen, die in den Fig. 1 bis 4, 9 und 10 gezeigt sind, werden elastomere Lager benutzt, die insgesamt aus Anordnungen von dünnen Metall- und Elastomerschichten bestehen, welche abwechselnd übereinandergeschichtet sind. Die Fähigkeit dieser Lager, eine Axial- sowie eine Drehbewegung zu gestatten, wird vorteilhaft ausgenutzt, indem die Verwendung eines flexiblen Holms innerhalb eines starren Torsionsrohres gestattet wird. Die geringe Verkürzung des Holms, die relativ zu dem Torsionsteil fester Länge auftritt, wird durch die Axialbewegungsmöglichkeit

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des elastomeren Lagers aufgenommen. Metallager können in diesen Anwendungsfällen bei Bedarf benutzt werden, vorausgesetzt, daß sie so ausgebildet sind, daß sie denselben axialen Freiheitsgrad gestatten. Ein einzelnes Metallager kann die
hier dargestellten elastomeren Lager 38 und 40 ersetzen. Andere flexible Abstutζvorrichtungen, die dieselbe Funktion wie das elastomere Lager erfüllen, können im Rahmen der Erfindung ebenfalls benutzt werden.

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Claims (10)

Patentansprüche :

1. Hubschrauberrotor mit einem oder mehreren Paaren von zueinander entgegengesetzten Blättern, wobei jedes Paar durch einen gemeinsamen Holm verbunden ist, der verdreh- und biegbar ist, mit einer Rotornabe, mit einer starren Blattbefestigungsstelle, die zwischen dem Holm und jedem zugeordneten Blatt gebildet ist, mit einem steifen Torsionsteil, das an der Blattbefestigungsstelle befestigt ist und sich von dieser aus radial nach innen erstreckt, und mit einer Blattverstellanschlußvorrichtung, die an den inneren Enden des Torsionsteils vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt (14) durch ein Lager (38, 40) abgestützt ist, von welchem eine Lagerplatte (42) an der Nabe (28) und die andere Lagerplatte (44) an dem Torsionsteil (22) des Blattes befestigt ist, daß der Holm (16) nicht an der Nabe befestigt ist und daß das Lager die alleinige und einzige Abstützung des Blattes an der Nabe bildet, um eine unbehinderte Torsions- und Biegefreiheit zwischen einander gegenüberliegenden Blattbefestigungsstellen zu gestatten.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionsteil (22) als ein im wesentlichen elliptisches Rohr ausgebildet ist, in welchem Spiel für den umschlossenen Holm (16) vorgesehen ist.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen, die dem Lager (38, 40) zugeordnet sind, eine relative Dreh- und Axialbewegungsfreiheit zwischen dem Holm (16) und dem Torsionsteil (22) schaffen.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (38, 40) sphärisch geformt ist und abwechselnde Schichten von Metallaminaten und Elastomer aufweist.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm (16) gegabelt ist und daß das Lager (38, 40) das zwischen dem Torsionsteil (22) und der Nabe (28) befestigt ist, zwischen den Schenkeln (52, 54) des Holms hindurchgeht.

6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (28) zwei nach oben vorstehende Arme (32, 34) aufweist, an denen die innere Lagerplatte (42) des Lagers (38, 40) befestigt ist und die im wesentlichen in der Ebene des Holms (16) liegen.

7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattverstellanschlußvorrichtungen und das Blatttraglager (38, 40) im wesentlichen um dieselbe Strecke radial versetzt von der Rotorachse (12) angeordnet sind.

8. Rotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben vorstehenden Nabenarme (32, 34) einen zentralen Spieldurchgang haben, durch den der Holm (16) hindurchgeht.

9. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (38, 40) aus zwei Hälften besteht, die über seine innere Lagerplatte (42) auf entgegengesetzten Seiten mit dem Nabenarm (32, 34) verbunden sind.

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10. Hubschrauberrotor, mit

A) einer um eine Drehachse drehbar gelagerten Nabe ;

B) einem flexiblen Holmteil, das sich im wesentlichen radial um gleiche Strecken auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse erstreckt und so hergestellt ist, daß es um eine zu der Drehachse im wesentlichen rechtwinkelige Achse torsionsflexibel ist;

C) einem Hubschrauberblatt, das mit den entgegengesetzten Enden des Holmteils verbunden ist, so daß es radial äußere Fortsätze desselben bildet;

D) Vorrichtungen, die die Blätter so mit dem Holmteil verbinden;

E) einem Blattverstellteil, das mit dem Innenbordende jedes Blattes verbunden ist und sich von diesem aus radial nach innen und mit Abstand von dem Holmteil erstreckt, und

F) einem sphärischen Lagerteil, das jedes Blattverstellteil konzentrisch zu der Nabe positioniert, so daß die Bewegung des Blattverstellteils zur Torsionsbiegung des Holmteils und zur Blattverstellbewegung der Blätter führt,

dadurch gekennzeichnet,

daß der flexible (16) nicht an der Nabe (28) befestigt ist und daß das Lager (38, 40) die alleinige und einzige Abstützung des Blattes (14) an der

Nabe bildet, um eine unbehinderte Holmtorsions- und -biegefreiheit zwischen entgegengesetzten Blattbefestigungsstellen (15) zu gestatten.

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