DE3111376A1

DE3111376A1 - Hubschrauber-rotoranordnung

Info

Publication number: DE3111376A1
Application number: DE19813111376
Authority: DE
Inventors: Harold Edminston Arlington Tex. Lemont
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1982-03-11
Also published as: CA1166228A; GB2072601A; JPS56138099A; JPH0247400B2; FR2479134A1; ES267982U; AU6732781A; GB2072601B; FR2479134B1; AU540193B2; IT8148024A0; IT1142349B; ES267982Y; IL62492A; AR226884A1; BR8101767A

Description

Beschreibung

Bei den meisten der heutigen Hubschrauber wird ein Heckrotor zur Erzeugung eines Gegenmomentes verwendet. Durch den Einsatz eines derartigen Heckrotors ergeben sich jedoch verschiedene Schwierigkeiten, und Heckrotoren werden häufig benachbart zu vertikalen Flossen befestigt, die dem Hubschrauber Stabilität verleihen. Dabei erzeugt der Rotor einen Luftstrom in Querrichtung, der auf die Flosse auftrifft, was zur Verringerung des Rotorschubes und zum Verbrauch zusätzlicher Leistung führt. Durch die Kombination von Flosse mit Heckrotor entsteht außerdem eine unterbrochene Strömungsverteilung, die die Richtungsstabilität des Hubschraubers verringert. Die Größe eines Heckrotors ist verhältnismäßig begrenzt, und um die gewünschten aerodynamischen Eigenschaften zu erzielen, muß der Heckrotor mit hoher Winkelgeschwindigkeit angetrieben werden. Im Betrieb erzeugt der Heckrotor erhebliche Geräusche. Die vom Hauptrotor und vom Heckrotor hervorgerufenen Wirbel wirken derart zusammen, daß sie die Wirksamkeit des von den Rotoren erzeugten Schubes verringern, während der Geräuschpegel infolge der Wirbelinterferenzen erhöht wird.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer Hubschrauber-Rotoranordnung, sowohl für einen Hauptrotor als auch

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für einen Heckrotor, durch die der Rotorschub erhöht; der Geräuschpegel verringert und die Richtungsstabilität verbessert wird, während der Rotor gleichzeitig geschützt ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hubschraubei—Rotoranordnung erfindungsgemäß derart ausgestaltet, durch einen Schubring, deseen Mittelöffnung einen geringfügig größeren Durchmesser hat als der Rotor und der koaxial bezüglich des Rotors und in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Ebene des Rotors gehalten ist, so daß er die im Abstrom (wash) des Rotors erzeugten Wirbel einfängt .

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht einen Hubschrauber mit einem von einem Schubring umgebenen Heckrotor.

Fig. 2 zeigt schematisch die Luftströmung durch einen üblichen Heckrotor.

Fig. 3 zeigt schematisch die Luftströmung durch einen von einem Schubring umgebenen Heckrotor.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Schübe, die von einem von einem Schubring umgebenen Rotor, von einem Rotor allein und von einem üblichen Rotor mit einer vertikalen Flosse erzeugt wenden.
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Fig. 5 zeigt in einem Diagramm die Richtungssteuerung eines von einem Schubring umgebenen Heckrotors . und eines üblichen Heckrotors.

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Geräuschentwicklung eines von einem Schubring umgebenen Heckrotors, des Rotors ohne Schubring und eines Üblichen Heckrotors, wobei das zur Messung verwendete Mikrofon sich in einer Lage unter 45° weg von der Heckrotornabe befand.

Fig. 7 zeigt in einem Diagramm die Geräuschentwicklung eines von einem Schubring umgebenen Heckrotors, des Rotors ohne Schubring und eines üblichen Heckrotors, wobei sich das Mikrofon in der Ebene des Heckrotors befand.

Fig. 8 zeigt in einer Ansicht die Kombination von Heckrotor, Schubring und Flosse.
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Fig. 9 zeigt in einer anderen Ansicht die Kombinat ion von Heckrotor, Schubring und Flosse gemäß Fig. 8.

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Fig. 10 zeigt die Kombination von Heckrotor, Schubring und Flosse gemäß Fig. 8 in einer Ansicht von hinten.

Fig. 11 zeigt einen Heckrotor und einen Schubring, wobei der Schubring Belüftungsöffnungen zum Austritt oder zum Ansaugen von Luft bezüglich des vom Heckrotor erzeugten Wirbels aufweist.

Fig. 12 zeigt in einer Ansicht die Kombination von Heckrotor, Schubring und horizontalem Stabilisator.

Fig. 13 zeigt in einer anderen Ansicht die Kombination

aus Fig. 12.
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Fig. 14 zeigt in einer Ansicht einen Hubschrauber, bei dem ein Schubring einen unten befestigten Hauptrotor umgibt.

Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf den Hubschrauber aus Fig. 14.

Fig. 16 zeigt in einer Seitenansicht einen üblichen Hubschrauber mit von einem Schubring umgebenen Hauptrotor.

Der in Fig. 1 dargestellte Hubschrauber 10 hat einen Leitwerkträger 14, der an seinem hinteren Ende einen Heckrotor 14 trägt. Dieser Heckrotor erzeugt ein Gegenmoment zur Querstabilisierung des Hubschraubers 10. Parallel zum Heckrotor 14 und geringfügig stromabwärts von diesem ist ein Schubring 16 in Form eines dünnen Profils befestigt, der am Leitwerkträger 12 mittels fester Streben 18, 20, 22 und 24 angebracht ist.

Der Schubring 16 führt zu mehreren Vorteilen gegenüber üblichen Heckrotoranordnungen, einschließlich solcher, bei denen benachbart zum Heckrotor 14 eine senkrechte Flosse angeordnet ist. Eine derartige Flosse blockiert teilweise den vom Heckrotor erzeugten Nachstrom (wake), während der Schubring 16 diesen ohne Behinderung durch seine Mittelöffnung hindurchtreten läßt. Der Schubring 16 hat einen ausreichenden Seitenbereich, um die von einer üblichen, vertikalen Flosse gebildete Querstabilität herbeizuführen, und an den Blattspitzen des Rotors 14 erzeugte Wirbel werden im Bereich benachbart der stromabwärts liegenden Fläche des Schubringes 16 eingefangen. Die eingefangenen Wirbel bilden eine zirkulierende Luftverteilung, die als Pumpe wirkt, durch die aus dem Bereich benachbart zur stromaufwärts liegenden Fläche des Schubringes 16 zusätzliche Luft durch dessen Mitte hindurchbefördert wird. Die zirkulierende Luftver-

teilung und dieses Entweichen bzw. Hindurchtreten von zusätzlicher Luft vergrößert den Durchmesser des Nachstroms und das Luftvolumen, das vom Rotor 14 befördert wird. Der Nachstrom des Rotors 14 bewegt sich infolge der Wirkung des Schubringes 16 mit einer geringeren Rate, enthält jedoch eine größere Luftmasse, wodurch sich ein größerer Wirkungsgrad im Betrieb des Rotors 14 ergibt.

Durch den Schubring 16 wird ferner der Geräuschpegel des Rotors 14 verringert. Der vom Rotor 14 infolge des Schubringes 16 erzeugte erhöhte Nachstrom dient zur Erhöhung des vom Hauptrotor des Hubschraubers 10 erzeugten Gesamtauftriebes. Gleichzeitig wird durch die Steuerung der Heckrotor-Wirbel die Vibration des Hubschraubers 10 verringert, die normalerweise durch das Zusammenwirken der Ablenkung des Hauptrotors nach unten und der vom Heckrotor erzeugten Wirbel verursacht wird.

Die Richtungsstabilität des Hubschraubers 10 wird durch die Wirkung des Schubringes 16 vergrößert, so daß der Pilot ein besseres "Gefühl" für die Seitensteuerung des Hubschraubers hat.

Der Schubring 16 dient darüber hinaus als den Rotor 14 umgebender Schutz, durch den die Gefahr von Verletzun-

OA.

gen des Bodenpersonals verringert und Abstürze infolge Berührung des Rotors mit Hindernissen, etwa Bäumen oder Stromleitungen vermieden werden.

Die Luftströmung durch den in Fig. 1 dargestellten Heckrotor, jedoch ohne Schubring ist in Fig. 2 dargestellt, in der der Durchmesser des Heckrotors 14 mit D bezeichnet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß der vom Rotor 14 erzeugte Nachstrom den Durchmesser der Strömung stromabwärts vom Rotor verringert. Im Abstand von 1,8 des Durchmessers vom Rotor 14 hat der Nachstrom eine Breite von etwa 0,7 des Durchmessers des Rotors 14. Der Rotor 14 erzeugt an den äußeren Blattspitzen Wirbel 30, die die Neigung haben, die Rotorspitzen von der stromabwärts liegenden Seite zur stromaufwärts liegenden Seite zu umströmen und als zirkulierende Luftverteilung in den Strömungspfad zurückzukehren. Die Zirkulation dieser Wirbel setzt sich im stromabwärts liegenden Teil des Nachstromes fort, und die zur Erzeugung dieser Wirbel eingesetzte Leistung ist verloren.

Der Luftstrom durch einen von einem Schubring 16 umgebenen Heckrotor 14 ist in Fig. 3 gezeigt, wobei der Schubring 14 geringfügig in Stromabwärtsrichtung des Abstroms aus der Ebene des Rotors 14 versetzt ist. Der Schubring 16 hat einen aerodynamischen Querschnitt, des-

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sen vordere Kante der Mitte des Ringes zugewandt ist. Er kann jedoch auch eben ausgebildet sein und einen dünnen, rechteckförmigen Querschnitt haben.

Der vom vom Schubring 16 umgebenen Rotor 14 erzeugte Nachstrom unterscheidet sich ganz erheblich von demjenigen gemäß Fig. 2. Die vom Rotor 14 erzeugten Wirbel werden im Bereich benachbart zur stromabwärts liegenden Seite des Schubringes 16 eingefangen und erzeugen dort eine kontinuierliche Luftzirkulation 32. Diese Luftzirkulation 32 der Rotorwirbel bewirken, daß zusätzliche Luft aus dem Bereich nahe der stromaufwärts liegenden Seite des Schubringes 16 durch dessen Mittelöffnung in den vom Rotor erzeugten Nachstrom hineingezogen wird.

Die zirkulierende Luft wirkt wie eine Schmiermitteloder Kugellager-Zwischenschicht zwischen der sich bewegenden und der ruhenden Luft. Darüber hinaus haben die Wirbel in der zirkulierenden Luft 32 die Neigung, den Nachstrom aufzuweiten, so daß er einen wesentlich größeren Durchmesser hat als der Nachstrom gemäß Fig. 2. So beträgt sein Durchmesser im Abstand von etwa 0,5 des Durchmessers des Rotors 14 1,25 des Rotordurchmessers, d.h. dieser Durchmesser des Nachstroms ist wesentlich größer als der des Nachstroms, der bei Fehlen des Schubringes entsteht.

Der durch die Kombination von Rotor 14 und Schubring 16 erzeugte Nachstrom hat etwa den dreifachen Bereich des Nachstroms, der vom Rotor 14 allein erzeugt wird, und der Nachstrom hat ein größeres Luftvolumen, das sich mit geringerer Geschwindigkeit bewegt. Infolge des Schubringes 16 wird vom Heckrotor 14 bei gegebener Antriebsleistung eine größere Energiemenge auf die Luft übertragen, so daß ein Teil der Leistung, die normalerweise zur Erzeugung von Wirbeln verbraucht wird, wirksam ausgenutzt wird. Darüber hinaus verringert das Einfangen der Wirbel, die von einem Blatt des Rotors erzeugt werden, die Turbulenz, auf die das nachfolgende Rotorblatt auftrifft.

In Zusammenhang mit den Figuren 1 und 3 sei darauf hingewiesen, daß der Schubring geringfügig gegenüber dem Rotor versetzt ist und daß die Öffnung des Schubringes größer ist als der Durchmesser des Rotors. Eine weitere Aufgabe des Schubringes besteht im Schutz des Rotors, und er dient dazu, Bodenpersonal gegen Verletzungen zu schützen und zu verhindern, daß der Heckrotor im Flug infolge Berührung von Gegenständen, etwa Bäumen oder Stromleitungen beschädigt wird. Eine verhältnismäßig geringe Berührung mit einem ungeschützten Rotor kann zu erheblichen Schaden führen und den Hubschrauber unsteuerbar machen, so daß er abstürzt. Der

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Schubring bildet einen wesentlichen Schutz des Rotors und kann sogar durch einen Aufschlag verformt werden, ohne daß er den Heckrotor beeinträchtigt, weil der Schubring eine kurze Strecke aus der Ebene des Rotors b versetzt ist.

Ein Schubring 16 gemäß Fig. 1 und 3 wurde an einem Beil-Hubschrauber Modell 206B getestet, und verschiedene Ergebnisse der Flugtests und der statischen Tests des Schubringes sind in den Figuren 4 bis 7 dargestellt.

Fig. 4 zeigt einen Vergleich der Wirkungsgrade eines üblichen Heckrotors, sowie eines Heckrotors mit und ohne Schubring. Auf der horizontalen Achse des Diagramms gemäß Fig. 4 ist der Schub in Pounds und auf der vertikalen Achse das Verhältnis von Schub zu Leistung aufgetragen. Das Verhalten eines üblichen Heckrotors mit vertikaler Flosse zeigt die Kurve 38, während das Verhalten eines Rotors ohne Flosse und ohne Schubring durch die Kurve 40 dargestellt ist. Die Kurve 42 zeigt das Verhalten eines Heckrotors mit Schubring 16 gemäß Fig. 1. Es sei darauf hingewiesen, daß bei allen Schubwerten über 5 Pounds der Rotor mit Schubring einen wesentlich größeren Wirkungsgrad hat, als die beiden anderen Ausführungsformen. Der relative Prozentsatz der Verbesserung wird sogar bei hohen Schubwerten noch deut-

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licher. Das Wesentliche des größeren Wirkungsgrades eines zusammen mit einem Schubring benutzten Heckrotors besteht darin, daß weniger Leistung für den Antrieb des Heckrotors benötigt wird, so daß sich der Brennstoffverbrauch des Hubschraubers verringert. Ferner kann der Heckrotor um etwa 20 % kleiner ausgebildet werden, um ein äquivalentes Verhalten zu vorhandenen Heckrotoranordnungen zu erzielen.

Die Vorteile des Schubringes bei seitlichem Flug sind in Fig. 5 gezeigt, in der auf der horizontalen Achse die Quergeschwindigkeit und auf der vertikalen Achse der zur Erzeugung der entsprechenden seitlichen Geschwindigkeit erforderliche Prozentsatz der Pedalablenkung aufgetragen ist. Das Verhalten des Hubschraubers mit üblicher Heckrotoranordnung zeigt die Kurve 48.

Der Pilot hat die beste Steuerung des Hubschraubers, wenn der Gradient der in Fig. 5 gezeigten Kurven derart verläuft, daß eine kleine Änderung in der Lage eines Steuerpedals zu einer entsprechenden Änderung dor Geschwindigkeit führt. Es sei darauf hingewiesen, daß bei der Kurve 48 im Bereich von 0 Meilen/Stunde bis 15 Meilen/Stunde für eine Bewegung nach links und im Bereich von 15 Meilen/Stunde bis 25 Meilen/Stunde für eine Bewegung nach rechts eine sehr flache Neigung gegeben

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ist. In diesen Bereichen reagiert die Pedalsteuerung nicht auf die Befehle des Piloten. Demgegenüber wird das Verhalten des Hubschraubers beim seitlichen Flug durch den Schubring 16 erheblich verändert.
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Bei dem durch die Kurve 50 in Fig. 5 gezeigten Verhalten war ein Schubring unter einem Winkel von 5 bezüglich der Längsachse des Hubschraubers vorgesehen, und diese Kurve hat keine konstanten Abschnitte, in deren Bereich die Steuerung des Hubschraubers nicht auf die Befehle des Piloten reagieren würde. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der Gradient dieser Kurve wesentlich größer ist als der der Kurve 48, so daß der Pilot ein besseres "Gefühl" für die Steuerung des Hubschraubers hat.

Die Geräuschpegel, die von verschiedenen Heckrotoranordnungen erzeugt werden, sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt, wobei auf der horizontalen Achse der Schub des Heckrotors pro Umdrehung und auf der vertikalen Achse die Geräuschamplitude, gemessen in DBA aufgetragen ist (DBA ist ein Standardmaß bei Geräuschmessungen). Die Messung der Geräuschamplitude gemäß Fig. 6 erfolgte mit einem Mikrofon, das unter einem Winkel von. 45 bezüglieh der Ebene der Rotorscheibe und in einem Abstand des 1,5-fachen Rotordurchmessers von dessen Nabe ange-

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ordnet war. Der von einer üblichen Rotoranordnung bei verschiedenen Schüben erzeugte Geräuschpegel ist durch die Kurve 52, der Geräuschpegel eines Rotors allein durch die Kurve 54 und der Geräuschpegel eines von einem Schubring umgebenen Heckrotors durch die Kurve 56 dargestellt. Ein typischer Schubwert im Betrieb des Heckrotors ist durch die Linie 58 bezeichnet. Bei diesem Schubwert liegt die Geräuschamplitude des von dem Schubring umgebenen Heckrotors etwa 7 db unterhalb der Geräuschamplitude einer üblichen Heckrotoranordnung. Da die Größe DBA ein logarithmisches Maß ist, bedeutet die Verringerung um 7 db, daß der Schubring die Schallenergie um etwa 1/4 gegenüber derjenigen verringert hat, die von einer üblichen Heckrotoranordnung erzeugt wird.

Fig. 7 ähnelt Fig. 6, jedoch war das Mikrofon zur Durchführung der Messungen der Geräuschamplitude in der Ebene des Rotors und in einem Abstand des 1,5-fachen des Rotordurchmessers von der Nabe angeordnet. Die Kurve 60 zeigt die Werte für eine übliche Heckrotoranordnung, die Kurve 62 die Werte für einen Heckrotor allein und die Kurve 64 die Werte für einen von einem Schubring gemäß Fig. 1 umgebenen Heckrotor. Es sei darauf hingewiesen, daß bei diesem Meßwinkel der Schubring eine Geräuschverringerung von etwa 5 db erbringt.

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Ein erheblicher Teil des von einem Hubschrauber hervorgerufenen Lärms wird infolge seiner hohen Winkelgeschwindigkeit vom Heckrotor erzeugt. Durch verschiedenste Lärmvorschriften wird der Betrieb von Hubschraubern immer mehr eingeschränkt, um auf diese Weise Belastungen der Umwelt zu vermeiden, so daß eine deutliche Verringerung des von einem Hubschrauber erzeugten Lärms einen erheblichen Vorteil darstellt.

Es hat sich bei Versuchen mit dem Schubring gezeigt, daß sich für den Hubschrauber ein glatter Übergang vom Autorotationsflug in den Normalflug ergibt, während dieser Übergang bei einer üblichen Heckrotoranordnung mit Flosse im allgemeinen turbulent erfolgt.

In den Figuren 8 bis 10 ist ein an einem Leitwerkträger 66 befestigter Heckrotor 64 gezeigt, der vorzugsweise ein kollektive Blattverstellung aufweist. Eine Kombination 68 von Schubring und Flosse ist mit ihrer vorderen Kante mittels eines Arms 70 am Leitwerkträger 66 befestigt und nahe ihrer hinteren Kante von in der Senkrechten voneinander entfernten Armen 72 und 74 gehalten.

Der Arm 70 ist über ein Kugelgelenk 70a mit der Kombination 68 verbunden, während die Halterung durch die Arme 72 und 74 über Kugelgelenke 72a und 74a erfolgt.

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Der Arm 70 ist am Leitwerkträger 66 angebracht, und die Arme 72 und 74 sind mit Kniehebeln 76 und 77 verbunden. Der Kniehebel 76 steht in Verbindung mit einer linear wirkenden elektrischen Betätigungseinrichtung 78 und der Arm 74 über den Kniehebel 77 mit einer entsprechenden, nicht dargestellten Betätigungseinrichtung, die direkt unterhalb der Betätigungseinrichtung 78 befestigt ist.

Jeder der Betätigungseinrichtungen kann die Kombination 68 getrennt positionieren, und wenn die beiden Betätigungseinrichtungen abgestimmt bewegt werden, wird die Kombination 68 um Schräglage-Winkel bezüglich der Längsachse des Hubschraubers verschwenkt. Werden die beiden Betätigungseinrichtungen jedoch unterschiedlich angetrieben, wird die Kombination 68 von der senkrechten Achse des Hubschraubers weggekippt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Kombination 68 aus Schubring und Flosse 8,5 nach außen aus der Mittellage und 10 nach innen bewegt werden. In Abhängigkeit von dem unterschiedlichen Betrieb der Betätigungseinrichtungen läßt sich die Kombination 68 in beiden Richtungen aus der Senkrechten 10 aus ihrer Mittelstellung bewegen. Die Kombination 68 kann gleichzeitig bezüglich der Längsachse und der Vertikalachse des Hubschraubers gekippt werden.

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Die Kombination 68 aus Schubring und Flosse wird vom Piloten entweder durch Trimmung oder in Zusammenhang mit der kollektiven Steuerung des Hubschraubers positioniert. Es sei erwähnt, daß die Hinterkante der Kombination 68 gemäß Fig. 9 eine größere Profiltiefe hat als seine Vorderkante. Die Kombination 68 aus Schubring und Flosse führt nicht nur zu dem vorstehend beschriebenen verbesserten Schub und den anderen vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schubringes, sondern ersetzt auch vollständig die bisher bei Hubschraubern dieser Art verwendete, übliche vertikale Flosse.

Die Kombination 68 aus Schubring und Flosse wird vorzugsweise aus einem Graphit/Epoxid-Material mit einem geschäumten Kern hergestellt.

In Fig. 11 ist ein Schubring 88 dargestellt, der einen von einem Leitwerkträger 92 gehaltenen Heckrotor 90 umgibt und der im wesentlichen in gleicher Weise arbeitet, wie der Schubring 32 gemäß Fig. 3. Der Schubring 88 weist jedoch einen Innenkanal 94 und einen diesen mit der Umgebung verbindenden Schlitz 96 auf. In einem ersten Betriebszustand wird Druckluft in den Kanal 94 gepumpt und kann durch den Schlitz 96 austreten. Dadurch wird die mit dem Schubring 88 verbundene Grenzschicht aktiviert und ein erhöhter Luftstrom durch die

Mittelöffnung des Schubringes bewirkt. Dies hat seinerseits infolge der Bewegung einer größeren Luftmasse eine Vergrößerung des Schubes zur Folge.

In einem zweiten Betriebszustand der Anordnung gemäß Fig. 11 wird Luft aus dem Kanal 94 abgesaugt, um über den Schlitz 96 eine Saugwirkung auf verschiedene Abschnitte der stromabwärts liegenden Seite des Schubringes 88 auszuüben und so das Aufbauen einer Grenzschicht zu verhindern und den vom Heckrotor 90 erzeugten Luftstrom zu verstärken.

In den Figuren 12 und 13 ist ein an einem Leitwerkträger 104 gehalterter Heckrotor 102 gezeigt, der von einem entsprechend der Befestigung gemäß Fig. 1 und 3 am Leitwerkträger 104 befestigten Schubring 106 umgeben ist. Mit dem Schubring 106 ist über Streben 108a und 108b ein Y-förmiger, horizontaler Stabilisator 108 verbunden, der auch vom Leitwerkträger 104 gehalten wird.

Die Kombination von Schubring 106 und horizontalem Stabilisator 108 gemäß Fig. 12 und 13 führt zu allen vorstehend in Zusammenhang mit dem Einsatz eines Schubrings bei dem Heckrotor eines Hubschraubers beschriebenen Vorteilen. Der Schubring 106 wirkt außerdem als vertikale Flosse bzw. Stabilisator, so daß das Kombina-

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tionsprofil aus Schubring 106 und Stabilisator 108 sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Stabilisierung des Hubschraubers bewirkt.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde der Schubring in Zusammenhang mit dem Heckrotor eines Hubschraubers eingesetzt. Man erhält jedoch auch erhebliche Vorteile, wenn man den Schubring in Zusammenhang mit dem Hauptrotor eines Hubschraubers verwendet, wie dies beispielsweise in den Fig. 14 und 15 gezeigt ist. Am dargestellten Hubschrauber 114 ist der Hauptrotor 116 an der Unterseite befestigt und von einem Schubring" 118 umgeben. Der Hubschrauber 114 hat einen Mittelrumpf 120, der die Passagierkabine aufnimmt und die Antriebseinrichtung enthält. Der Vorwärtsschub und die Auftriebskraft werden von einer Turbine 122 geliefert. Am Heck des Hubschraubers ist ein Rotor 124 zur Erzeugung eines Gegenmomentes befestigt, der von einem Schubring 126 der vorstehend beschriebenen Art umgeben ist. Der Hubschrauber weist Landeeinrichtungen 128 und 130 auf.

Der Schubring 118 hat am vorderen Ende des Hubschraubers im Querschnitt 118a die Form eines Tragflächenprofils, etwa eines NACA-Profils 23015, und ein ähnliches, jedoch verlängertes Profil 118b ist am hinteren Ende des Hubschraubers vorgesehen. Es sei darauf hingewie-

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sen, daß der Anstellwinkel des Profilabschnittes 118b größer ist als der Anstellwinkel des Profilabschnittes 118a.. Der Unterschied in den Anstellwinkeln kann im übrigen auch bei den anderen, in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Schubringes vorgesehen werden.

Wie in Zusammenhang mit Fig. 3 gezeigt, hat ein Rotor einen größeren Schub-Wirkungsgrad, wenn er zusammen mit einem Schubring benutzt wird, d.h. durch Verwendung des Schubringes 118 zusammen mit dem Hauptrotor 116 erhält man für eine gegebene, zugeführte Antriebsleistung einen größeren Auftrieb. Darüber hinaus können die Blätter des Rotors 116 ein größeres Flächendichteverhältnis haben, als bei üblichen Hauptrotorblättern. Das größere Flächendichtenverhältnis ermöglicht die Verwendung wesentlich kürzerer Hauptrotorblätter für eine gegebene Auftriebskraft. Es hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, das Flächendichteverhältnis der Rotorblätter bei Einsatz eines Schubringes zu vergrößern, und der vergrößerte Bereich der Blattspitze vergrößert die Wirbelerzeugung, die ihrerseits den Luftstrom durch den Schubring erhöht. Ferner ergeben sich auch die weiteren Vorteile, etwa verringerte Geräuschentwicklung, weniger Vibrationen und größere Stabilität.

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Der Heckrotor 24 und der Schubring 126 sind ähnlich den entsprechenden Elementen aus Fig. 3 aufgebaut.

Auch bei einem üblichen Hubschrauber, wie er in Fig. 16 dargestellt ist, läßt sich ein Schubring einsetzen. Der dargestellte Hubschrauber 136 hat einen Hauptrotor 138 und einen Heckrotor 140. Der Schubring 142 des Hauptrotors ist am vorderen Ende des Hubschraubers mittels einer Strebe 144 und am hinteren Ende durch den Schubring 146 des Heckrotors gehalten.

Der Querschnitt 142a an der vorn liegenden Kante des Schubringes 142 hat eine geringere Wölbung als der hintere Querschnitt 142b, und auch die Profiltiefe des Querschnittes 142a ist geringer als die des Querschnittes 142b.

Die Schubringe 142 und 146 wirken in gleicher Weise, wie in Zusammenhang mit den Schubringen gemäß Fig. 1 und 3 beschrieben und führen zu entsprechenden Vorteilen, etwa größerem Wirkungsgrad und Auftrieb, verringerter Geräuschentwicklung, geringerer Vibration und größerer Stabilität. Durch den Einsatz des Schubrings 142 läßt sich der Durchmesser des Rotors 138 auf etwa 80 % des Durchmessers eines Rotors ohne Schubring verringern.

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Als allgemeines Beispiel für die Form eines Schubringes gemäß der Erfindung sei auf Fig. 3 Bezug genommen. Es hat sich gezeigt, daß die optimale Lage der Ebene des Schubringes in einem Abstand von 0,05 des Radius des Rotors stromabwärts von der Rotorebene ist und daß die Profiltiefe bzw. die Länge der Profilsehne vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,25 des Radius des Rotors liegt. Die Mittelöffnung des Schubringes ist geringfügig größer als der Durchmesser des Rotors, doch ist der Freiraum zwischen Rotor und Schubring nicht kritisch. Der Schubring hat vorzugsweise im Querschnitt eine aerodynamische Form, etwa die Form eines NACA-Profils 23015. Andere Formen, etwa die Form von ebenen Platten oder kreisförmige Querschnitte sind jedoch ebenfalls brauchbar. Jeder Querschnitt, der den vom Rotor erzeugten Wirbel einfängt, pumpt Luft und führt zu den verschiedenen Vorteilen der Erfindung.

Die Erfindung betrifft somit einen Schubring für einen Hubschrauber, welcher die Form eines ringförmigen Tragflächenprofils hat und dessen Innenöffnung etwas größer ist als der Durchmesser des Hubschrauberrotors. Der Schubring ist in einer solchen Stellung gehalten, daß er geringfügig stromabwärts im Luftstrom des Rotors 2b liegt, so daß die vom Rotor erzeugten Wirbel an derstromabwärts liegenden Seite des Schubringes von diesem

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eingefangen werden. Die eingefangenen Wirbel wirken im wesentlichen als Pumpe, um zusätzliche Luft durch die Mittelöffnung des Schubringes zu saugen und dadurch den Durchmesser des vom Rotor erzeugten Nachstroms zu vergrößern. Der vergrößerte Durchmesser des Nachstroms und die größere Masse der strömenden Luft erhöht den Wirkungsgrad des Rotors, so daß eine Vergrößerung des Schubs eintritt oder ein äquivalenter Schub mit geringerer Antriebsleistung erreicht wird. Darüber hinaus werden durch den Schubring die Geräuschentwicklung und die Vibration verringert und der Rotor geschützt, so daß Verletzungen des Bodenpersonals sowie Schaden am Hubschrauber vermieden werden.

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Claims

Ansprüche

1. Hubschrauber-Rotoranordnung, gekennzeichnet durch einen Schubring (z.B. 16), dessen Mittelöffnung einen geringfügig größeren Durchmesser hat als der Rotor (z.B. 14) und der koaxial bezüglich des Rotors (14) und in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Ebene des Rotors (14) gehalten ist, so daß er die im Abstrom des Rotors (14) erzeugten Wirbel (30) einfängt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene des Schubringes (16) stromabwärts bezüglich der Ebene des Rotors (14) versetzt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubringquerschnitt gewölbt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubringquerschnitt im bezüglich des Hubschraubers (z.B. 114) vorn liegenden Bereich (118a) eine geringere Wölbung hat als der Schubringquerschnitt im bezüglich des Hubschraubers (114) hinten liegenden Bereich (118b).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profiltiefe des Schubringes (z.B. 142) im bezüglich des Hubschraubers (136) vorn liegenden Bereich (142a) geringer ist als im bezüglich des Hubschraubers hinten liegenden Bereich (142b).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante des Querschnittes des tragflächenprofilförmigen Schubringes der Mitte dieses Schubringes zugewandt ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für den Heckrotor eines Hubschraubers, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante des Schubringes halbkreisförmig und die Hinterkante abgeflacht ausgebildet ist.

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8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubring (68) bezüglich der Ebene des Rotors (64) verschwenkbar ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubring (106) mit einem horizontalen Stabilisator (108) verbunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubring (68) über Arme (70, 72)

mit dem Leitwerkträger (66) verbunden ist und daß

mindestens einer der Arme (72) in Verbindung mit

einer Verstelleinrichtung (78) zur Änderung der

Lage des Schubringes (68) bezüglich der Ebene des Rotors (64) in Verbindung steht.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Arm (72) an eine Verschwenkeinrichtung (76,-78) angeschlossen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung des Schubringes (68) ein fester vorderer Arm und zwei in der Senkrechten im Abstand voneinander angeordnete, bewegbare, hintere Arme (72) vorgesehen sind, die mit einer Verschwenkeinrichtung (76, 78) verbunden sind.

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13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkeinrichtungen jeweils eine Betätigungseinrichtung (78) aufweisen, die am Leitwerkträger (66) befestigt und über eine Schwenkverbindung (76) mit dem zugehörigen Arm (72) verbunden sind.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubring aus einem im wesentlichen ebenen Bauteil besteht, dessen vorderer, den Schubring bildender Bereich einstückig mit einer hinteren, vertikalen Flosse zur Querstabilisierung ausgebildet ist.

15. Verfahren zur Verbesserung des Betriebes eines Hubschrauber-Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom vom Rotor durch die Kreisöffnung eines Schubringes geleitet und die an den Blattspitzen des Rotors erzeugten Wirbel eingefangen werden, so daß im Bereich benachbart zur stromabwärts liegenden Fläche des Schubringes ein Luftstrom zirkuliert, der Luft vom Bereich benachbart zur stromaufwärts liegenden Seite des Schubringes durch dessen Öffnung saugt.