DE3201269A1

DE3201269A1 - Zusammengesetzte nabe fuer einen hubschrauber-rotor

Info

Publication number: DE3201269A1
Application number: DE19823201269
Authority: DE
Inventors: Fiorenzo 20100 Milano Mussi; Emilio 21010 Cardano al Campo Pariani
Original assignee: Costruzioni Aeronautiche Giovanni Agusta SpA 21017 Cascina Costa Di Samarate Varese; Costruzioni Aeronautiche Giovanni Augusta SpA
Current assignee: Agusta SpA
Priority date: 1981-02-05
Filing date: 1982-01-16
Publication date: 1982-10-07
Also published as: IT1143358B; GB2092541A; FR2499017A1; US4425082A; IT8167153A0; JPS57147996A; GB2092541B; FR2499017B1; JPH0240560B2

Description

Beschreibung 333a3BSS3SSSS3S=a:3S33S=

Die Erfindung betrifft eine Nabe für einen Hubschrauber-Rotor, welche zur Halterung einer Anzahl von Rotorblättern bestimmt iat, die mittels zugeordneter elastischer Kupplungen an der Nabe selbst anschließbar sind»

Es ist bekannt, bei Hubschrauber-Rotoren Naben zu verwenden, die von einer flachen Platte gebildet werden, welche in der Draufsicht eine im wesentlichen reguläre polygonale Form hat, wobei die Anzahl der Polygonseiten - normalerweise vier - gleich der. Anzahl der zu halternden Rotorblätter ist. Die besagte ebene Platte wird normalerweise von einer einstückigen Platte aus Metallmaterial oder auch aus laminiertem Kunststoffmaterial gebildet, welche jeweils in der Nähe ihrer Eoken mit Durchgangsöffnungen versehen ist, welche außen durch einen umlaufenden Arm oder Steg geschlossen sind. Jedes Rotorblatt ist normalerweise mit einem Befestigungskopf versehen, der eiiie zugeordnete Durchgangsöffnung der Platte durchsetzt und unter Einfügung eines normalerweise kegelstumpfförmigen elastischen Blocks vorn zugeordneten Steg gehalten wird, wobei seine Achse koplanar nur besagten Platte verläuft und zur Rotationsachse des Rotors gerichtet ist.

Aus dem vorstehend Dargelegten ergibt sich, daß alle von der Nabe auf das Rotorblatt übertragenen Kräfte und alle von den Rotorblättern auf die Nabe einwirkenden Kräfte über diese Umfangsarme oder Stege

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übertragen werden, deren AnscUlußbereich mit den übrigen Nabenteilen daher mit Sicherheit die am höchsten beanspruchten Bereiche der Nabe selbst sind. Insbesondere ist die an den Enden dor Stugo auftretende Spannungskonzentration normaltirvei se so groß, daß relativ große Materialdicken erforderlich sind, um sie aufzunehmen.

iiin erster Nachteil der vorstehend beschriebenen be kannten Naben liegt in der Tatsache, daß das verwendete Material im allgemeinen in den Bereichen größter Spannungskonzentration gerade hinreichend stark "bemessen ist, während es in allen anderen Bereichen mit Sicherheit stärker als erforderlich ist. Dies führt ersichtlich zu einer Verringerung der "Nutzlast¹¹, bezogen auf gleiche installierte Leistung.

Ein weiterer Nachteil der beschriebenen bokuuu Nab«n liegt in der Tatsache, daß der monolithische Aufbau der Naben selbst die Entstehung möglicher Brüche begünstigt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Nabe zu schaffen, deren Aufbau so getroffen ist, daß die auf sie einwirkenden Kräfte entlang vorgegebener Spannungswege übertragen werden, so daß die strukturellen Teilabschnitte auf die gleiche Belastung minimiert und daher auch das Gewicht entsprechend verringert wird, wobei die Gefahr, daß auftrc tend« Lirdche durch die gesamt« Struktur hindurch verlaufen und d*r*n völliges Zubruchgehen verursachen, wird.

Ausgehend von einer zusammengesetzten Nabe für einen Hubschrauber-Hotor in Konn einer ebenen Platte mit einer Anzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen um eine mittige Rotor-Drehachse verteilt angeordneten Uurchgangsöffnungen, von denen jede zur Aufnahme einer elastomereη Kupplung für den Anschluß eines zugehörigen Rotorblatts geeignet ausgebildet ist, wird diese Aufgabe erfind ungs gemäß dadurch gelöst, daß die Platte eine laminierte Struktur mit einem die eingeleiteten Kräfte verteilenden, eine mittige ebene Lage der Struktur bildenden Plattenelement hat, daß auf jeder Seite des Plattenelements eine Anzahl von in rechtwinklig zur Drehachse verlaufenden Ebenen liegenden, plattenförmigen Kadialelementen angeordnet ist, die radial zur Drehachse verlaufen, daß auf jeder Seite des Plattenelements je ein platteriförmiges Ringelement angeordnet ist, welches in einer rechtwinklig zur Drehachse verlaufenden Ebene an den freien Enden der zugeordneten Anzahl von Radlalelenienten anschließt, und daß eine Anzahl von sdxh jeweils parallel zur Drehachse erstreckenden Axialelementen vorgesehen ist, die in Anlage am Plattenelement und an den zugeordneten Radialelementen stehen.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung eines Ausfühx-ungsbeisp.i.els hervor, und zwar zeigtt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer in

der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Nabe;

Fig.. 2 eine perspektivische ExpJ osionsdar-

steliung der in Fig. 1 gezeigten Nabe;

Fig. 3 «ine perspektivische iüxplosionadaratellung einer ersten Unterbaugi'uppe der in Fig. 2 dargestellten Nabu; und

Fig. k eine perspektivische ExpJ.o&iunsdar-

8teilung einer zweiten Unterbaugruppe der in Fig. 3 dargestellten liaugruppe der erfindungsgemäßen Nabe.

In Fig. 1 ist die Nabe eines Hubschrauber-Ro Lors dargestellti die von einer ebenen Platte 1 gebildet wird, die in der Draufsicht eine im wesentlichen quadratische Form mit abgeschrägten tcken hat.

Die Platte 1 ist in der Nähe Jeder Ecke tn.it ei nur Durchgangsöffnung 2 versehen, die zur AuA nähme υ Ines (nicht gezeigten) an sich bekannten elastischen Körpers dient, der eine elastische Kupplung für den Anschluß eines (ebenfalle nicht gezeigten) zugeordneten Rotorblatts an der Platte 1 selbst bildet.

Die Öffnungen 2 sind in gleichen Vinkelabständeii um die mittige Drehachse der Platte 1 verteilt angeordnet und bilden auf der Platte einen Mittelkörjjer 3 »'it einer koaxial zur Drehachse verlaufenden mittigeu Durchgangsöffnung k, in welcher eine (nicht gezeigte) Antriebswelle befestigbar ist. Die Öffnungen 2 bilden auf der Platte 1 außerdem viel' radiale »ruio ^r>, «i i« sich vom Mittelkörper 3 aus radial, tiaclt i>uü«n erstrecken, und außerdem einen äußeren Rahmen t> mi t vier Stegen 7t die sich jeweils zwischen den ivnclen eines zugeordneten Paares von benachbarten radialen Armen 5 erstrecken und so die Außenseite einer zugeordneten Durchgangsöffnung 2 schließen.

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Wie in Flg. k gezeigt ist, weist die Platte 1 ein mittiges Plattenelement 8 auf, welches aus einer Schicht von faserverstärktem Kunstharz gebildet wird. Das Plattenelement 8 hat in der Üraufsioht eine mit der Platte 1 im wesentlichen identische Form und ist mit vier Uurchgaugsöffnungen versehen, die mit den Öffnungen 2 übereinstimmen, die ihrerseits wiederum vier radiale Arme 10 auf dein Plattenelement 8 bilden. Die radialen Arme 10 sind an ihren radial inneren Enden durch einen Zentralkörper 11 mit einer mittigen Durchgangsöffnung verbunden, welche einen mittigen Abschnitt der Durchgangsöffnung k bildet, und an den radial äußeren Enden sind die radialen Arme durch einen im wesentlichen quadratischen ringartig geschlossenen Rahmen 13 verbunden» von welchem vier, Jeweils mit einer Durchgangebohrung 15 versehene Laschen Ik naoh außen vortreten* Ein Ring von Durchgangsbohrungen l6 umgibt die mittige Durchgangsöffnung

Die in dem das Plattenelement 8 bildenden Kunstharz eingebetteten Fasern sind vorzugsweise entlang von zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Achsen orientiert, von denen Jede im wesentlichen parallel zu einem Paar gegenüberliegender Seiten des ringartig geschlossenen Rahmens 13 verläuft.

In Anlage an den gegenüberliegenden Fläciien des Plattenelemente 8 sind zwei Gruppen von Kadialelementen oder Speichen vorgesehen, von denen die oberen mit 17 und die unteren mit 18 bezeichnet sind.

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Jede der radialen Speichen 17» 18 wird von einer Platte aus faserverstärktem Kunstharz (, deren Fasern nicht gezeigt sind) gebildet, die vorzugsweise entlang zweier rechtwinklig zueinander versetzter Richtungen verlaufen, von denen die eine parallel zur Achse der zugeordneten radialen Speiche verläuft, die an einem Ende von einer gekrümmten Fläche 19 begrenzt wird, die - zusammen mit den Flächen 19 der anderen Speichen - eine kreisförmige Öffnung 20 (Fig. 3) bildet, weiche einen Teil der mittigen Durchgängeöffnung k darstellt und mittjg zu dem Zentralkörper ausgerichtet ist, von dem sich die ^Speichen radial nach außen erstrecken. Jede Speiche 17» 18 wird von einer Anzahl von üurchgangsbohrungen 21 durchsetzt, die jeweils mit. den zugeordneten Durchgangsbohrungen 16 des Plattenelements 8 fluchten.

Die Anordnung des Plattenelements 8 und der Speichen 17 und 18 bildet, wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine Unterbaugruppe 22 der Platte 1, die durch Hinzufügen eines oberen Ringelements 23« eines unteren Ringelements 24 und von vier AxialelemonUn 2¹} vervollständigt wird und dann die in Fig. 2 mit :ib bezeichnete weitere Unterbaugruppe bildet.

Die Ringelemente 23 und 2k bestehen jeweils aus einem Streifen von Kunstharz, der mit (nicht gezeigten) Fasern verstärkt ist, die vorzugsweise gleichgerichtet und parallel zur Längsachse des Streifens selbst verlaufen. Die Ringelemente 23 und 2k sind in An Lage an den gegenüberliegenden Flächen des Rahmens 13 so angeordnet, daß sie diesen Rahmen 13 wenigstens

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im Bereich einer äußeren, die Laschen Ik tragende Umfangazone abdecken. An ihrer inneren Begrenzung stehen die Ringelemente 23 und Zk jeweils in Berührung mit den äußeren Enden der Speichen 17 und 18.

Jedes Axialelement 25 wird von einem aus einem faserverstärkten Band C-förraig gefalteten Kragen gebildet. Die (nicht gezeigten) Fasern sind dabei vorzugsweise in zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen orientiert, die jeweils lint er Winkeln von 45 zur Drehachse der Platte 1 verlaufen. Jedes Axialelement 25 wird in eine zugeordnete Durchgangsöffnung 9 des Plattenelements « eingesetzt und in Berührung mit dem Plattenelement und den die Durchgangsöffnung 9 umgebenden seitlichen Rändern der Speichen 17 und 18 so angeordnet, daß sie den Teil der Fläche der zugeordneten Durchgangsöffnung (Fig. l) bilden, welche dem Steg 7 (Fig. 1) dieser Öffnung gegenüberliegt.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird die Platte 1 gemiiß Fig. 1 erhalten, indem von der Unterbaugruppe 2b gemäß Fig. 2 ausgegangen wird. Dieser Unterbaugruppe 26 wird eine obere Abdeckung 27 zugefügt, welche mit axial in die Durchgangsöffnungen 2, und zwar in Anlage an den zugeordneten Axialelementen oder Kragen 25 eingesetzten hälftigen Kragen-Ansätzen 28 versehen ist, und eine untere Abdeckung 29» welche mit axial in die Durchgangsöffnungen 2, und zwar in Anlage an den zugeordneten Axialelementen oder Kragen 25 eingesetzten

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hälftigen Kragen-Ansätzen 3° versehen ist. Zusammen mit den hälftigen Kragen-Ansätzen 2b decken die Kragen-Ansätze 30 die Axialelemente 25 ab. An der Unterbaugruppe 2b werden weit ei' vier seitliche Abdeckungen 3I angebracht, die jeweils eine zugeordnete Lasche Ik und einen Toil des an diese Lasche anschließenden Halimuns 1'j abdecken, wobei sie außen an die lUugeleniHnto ;.''j und 24 anschließen. Außerdem werden vier U-rörnii{.;o Metallbacken 32 mit ihrem Hohlraum nach auüeu weisend rittlings auf den Ringelementen 23 und 2*1 angeordnet, und zwar jeweils so in Übereinstimmung mit einör zugeordneten Durchgangsöffnung 2, daß s:i e den zugeordneten Steg 7 l^Fig· 1) begrenzt.

Die Abdeckungen 27 und 29 haben in der Draui"sieht die Form der von den Speichen 17 und 18 tiebiJ deten Anordnung und sind jeweils mit einer koaxial -au den Öffnungen 20 ausgerichteten mittigen Üui'chgangsörfnung 33 versehen. Jede üurchgaii(jsiHi'iHmt; Tl bildet einen äußeren Abschnitt der mittigen Durcligangsöffnung k (Fig. 1) und wird von einoin Rinc von Bohrungen 3k umgeben, die mit den zugeordneten Bohrungen 21 in den Speichen 17 und IB fluchten.

Die Abdeckungen 27 und 29 sind vorzugsweise aus einem Kunstharz gebundenen Gewebe hergestellt, dessen Dicke im Vergleich zur Dicke der anderen, die Platte bildenden Schichten relativ verringert ibt.

Jede der seitlichen Abdeckungen 31 ist aus einer oberen Abdeckungshälfte 35 und einer unteren Abdeckungshälfte 36 zusammengesetzt, von denen j

einen Abschnitt des zugeordneten Kinkel unten ts 2'J abdeckt und mit einem Flansch 37 versehen ist, der mit dem ringartig geschlossenen Rahmen IJ in Anlage steht. Jeder Flansch 37 weist eine Lasche 3Ö auf, die mit einer koaxial zu einer zu^eordneten Bohrung 15 ausgerichteten Bohrung 39 versehen ist. Die Bohrung 39 in den beiden gegenüberliegenden Flanschen 37 und die zugeordnete Bohrung 15 werden von einer Metallbüchse 40 durchsetzt, welche die Lagerschale für einen (nicht gezeigten) Kugelkopf eines (ebenfalls nicht gezeigten) Kugelgelenks bildet, mit welchem ein (nicht gezeigter) Stoßdämpfer an der Platte 1 anschließbar ist, dor zwischen der Platte 1 und dem jeweils zugeordneten (nicht gezeigten) an ihr befestigten Rotorblatt angeordnet ist.

Auf den Abdeckungen 27 und 29 sind zwei kreisförmige Anschlußplatten 4l und 42 angeordnet, von denen jede mit einer koaxial zur Durchgangsöffnung 4 (Fig. l) ausgerichteten axialen Öffnung 43 versehen ist, die ihrerseits von einem Ring von Bohrungen 44 umgeben ist, welche mit den Bohrungen 21 fluchten.

Jede Bohrung 44 der Anschlußplatte 4l ist mit der entsprechenden Bohrung 44 der Anschlußpiaüte 42 mit einer Metallbüchse 45 (Fig. l) verbunden, welche eine der Bohrungen 34 in der Abdeckung 27» eine der Bohrungen 21 in einer Speiche 17» eine Durchyantfabohrung 16, eine weitere Bohrung 21 in einer Speiche 18 und eine weitere Bohrung 31 in der Abdeckung 29 durchsetzt.

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Es ist ersichtlich, daü alle die Platte 1 bildenden, aus Kunstharz hergestellten Bauelement« derart zusammen polymerisiert werden können, daß sie eine monolithische Plattenstruktur bilden.

Einer Betrachtung dex- Platte 1 ist entneJimbui·, in welcher Weise ihre Bauelemente so ausgestaltet sind, daß sie optimal gegen eine bestimmte <v.rt von Kräften widerstandefähig sind, und daü die Bauelemente in ihrer Gesamtanordnung alle aui die Platte 1 einwirkenden Kräfte aufzunehmen vermögen, wodurch die Möglichkeit ausgeschlossen wird, daß in verschiedenen Einzelbereichen der Platte {jei'iilirliche Kräfte oder Spannungskonzentratioiien auftreten können.

Insbesondere wirken auf die Platte 1 normalerweise ein Widerstandsmoment und ein Antriebsmoment, liubkräfte und radiale Zentrifugalkräfte ein. Von diesen Momenten und diesen Kräften werden wenigstens die radialen Zentrifugalkräfte, welche über die Backen 32 direkt auf die Ringelemente 23 und 24 einwirken, auf das zentrale Plattenelement 8 übertragen, welches ale Kraftverteiler dient. Kin erster Teil dieser Kräfte, insbesondere die auf das Antriebs- und das Widerstandsmoment zurückgehenden und in der fcbeu der Platte 1 wirkenden Kräfte werden von Speichen 17 und 18 aufgenommen, zusammen mit den Kräf ten au.s den durch Schubparallel zur Drehachse erzeugten Munienten und infolge des Hubes.

Ein zweiter Teil der besagten Kräfte, insbesondere die parallel zur Drehachse gerichteten Scherkräfte,

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werden von den Axialelementen 25 aufgenommen und über die hälftigen Kragenansätze 28 und 30 aul' die Abdeckungen 27 und 29 übertragen. Die Abdeckungen 27 und 29 haben - unter der Voraussetzung, daß sie relativ bruchanfällig sind - die Tendenz zu brechen, bevor die anderen Bauelemente der Platte 1 zu Bruch gehen und dienen so als beobachtbare Indikatorelemente für einen möglichen Verachlechterungszustand der Platte 1.

Wie oben erwähnt wird schließlich noch ein weiterer Teil der auf die radialen Zentrifugalkräfte zurückzuführenden Kräfte direkt von den die Ringelemente 23 und 2k bildenden einseitig gerichteten Bändern aufgenommen.

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Claims

PATENTANWÄLTE HELBER S ZENZ- QIESBEFf W»EQ «47 «SI*»-* Z vi I N<3 E>N B E R G TEL. 0 63 51-7.4106 A 8105 COSTRUZIONI AßRONAUTICHE GIOVANNI AGUSTA S.p.A., 1-21017 Cascina Costa di Samarate (Varese - Italien) Zusammengesetzte Nabe für einen Hubschrauber-Rotor Patentansprüche

1. Zusammengesetzte Nabe für einen Hubschrauber-Rotor in Form einer ebenen Platte (1) mit einer Anzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen um eine mittige Rotor-Drehachse verteilt angeordneten Durchgangsöffnungen (2), von denen jede zur Aul nähme einer elaetomeren Kupplung für den Anschluß eines zugehörigen Rotorblatts geeignet ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (l) eine laminierte Struktur mit einem die eingeleiteten Kräfte verteilenden, eine mittige ebene Lage der Struktur bildenden Plattenelement (8) hat, daß auf jeder Seite des Plattenelements (8) eine Anzahl von in rechtwinklig zur Drehachse verlaufenden Ebenen liegenden, plattenförmigen Radlalelemeiiten (17; 18) angeordnet ist, die radial zur Drehachse verlaufen, daß auf jeder Seite des Plattenelements

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(8) je ein plattenförraiges Ringelement (23; 24) angeordnet ist, welches in einer rechtwinklig zur Drehachse verlaufenden Ebene an den freien Enden der zugeordneten Anzahl von Radialeleraenten (17 j 18} anschließt, und daß eine Anzahl von sich jeweils parallel zur Drehachse erstreckenden Axialelementen (25) vorgesehen ist, die in Anlage em Plattenelement (8) und an den zugeordneten Radialelementen (17i 18) stehen.

2. Nabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kräfte verteilende Plattenelement (8) in der Draufsicht eine im wesentlichen der Platte (1) entsprechende Form hat.

3. Nabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Anzahl von Radialelementen (17J 18) einen im wesentlichen koaxial zur Drehachse liegenden Zentralkörper bildet, von dem Speichen radial bis zur inneren Begrenzung des jeweils zugeordneten Ringelements (23; 24) vorspringen·

4. Nabe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialelemente (25) von jeweils einem, im wesentlichen C-förmigen Kragen gebildet werden, der mit seiner konkaven Seite nach außen weisend angeordnet ist, und daß jeder Kragen einen Teil der Oberfläche einer zugeordneten Durchgangsöffnung (2) bildet.

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Nabe nach einem der Ansprüche 1 bin k, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kräfte verteilende Plattenelement (8) eine Anzahl von radial vorspringenden Laschen {lk) aufweist, von denen
jede mit einem Sitz (Büchse 40) für ein kugelgelenk versehen ist.