DE3226152A1

DE3226152A1 - Pendel zur daempfung bzw. tilgung niedriger anregungsfrequenzen eines hubschrauberrotorblattes oder dergleichen

Info

Publication number: DE3226152A1
Application number: DE19823226152
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dr.-Ing. 8000 München Trier
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-07-13
Filing date: 1982-07-13
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3226152C2; GB2123371A; GB8316043D0; GB2123371B; IT8321928A0; US4527951A; FR2530216A1; IT1164293B

Description

MESSERSCHMITT BÖLKOW BLOHM GMBH Ottobrunn, den 07.07.82

BTOI-Cy-Bi-ma

9208

Pendel zur Dämpfung bzw. Tilgung niedriger Anregungsfrequenzen eines Hubschrauberrotorblattes oder dergleichen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pendel zur Dämpfung bzw. Tilgung niedriger Anregungsfrequenzen eines Hubschrauberrotorblattes oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei Hubschraubern werden die Vibrationen in der Hubschrauberzelle hauptsächlich durch periodische Kräfte und Momente, die von den Hubschrauberrotorblättern in die Hubschrauberzelle ,übergeleitet werden, hervorgerufen. Bedingt durch die übertragung dieser Lasten vom drehenden System (Hubschrauberrotor) in das feststehende System (Hubschrauberzelle) kennen nur, von der Anzahl der Rotorblätter abhängig, bestimmte, sogenannte rotorharmonische Kräfte und Momente übertragen werden. Im Falle eines gelenklosen Hubschrauberrotors mit 4 Rotorblättern sind dadurch die 3Q - und 5 Q. -Momente am Rotorblattfuß für die niederfrequenten Zellenvibrationen ausschlaggebend, wobei Ώ- die sogenannte Nenndrehfrequenz ist und z. 3. beim betrachteten Hubschrauber ca. 7 Hz entsprechend 44,4 rad/s beträgt. Der Schwingungstilger - in dem hier beschriebenen Fall als Fliehkraftpendel ausgeführt - muß nun auf die entsprechende zu. tilgende Frequenz, hier z. B. von 3.Q.-=· 21 Hz ausgelegt werden, so daß dadurch die vom Hubschrauberrotorblatt in die Hubschrauberzelle übertragbaren, mit 3X1

periodischen Kräfte und Momente vom Schwingungstilger absorbiert werden. Zur weiteren Reduzierung der Vibrationen in der Hubschrauberzelle wäre es noch zweckmäßig, die nächsthöheren harmonischen Kräfte/hier z. B. die 5 Sl.-Kräfte und Momente zu reduzieren. Um dies zu erreichen müßte ein weiterer Schwingungstilger, hier z. B. ein zusätzliches 5.Q.-Fliehkraftpendel, angebaut werden- Dies ist jedoch wegen der beschränkten Platzverhältnisse nur sehr schwer durchführbar. ■
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pendel der infrage stehenden Art so weiter zu verbessern, daß mit diesem Pendel mehrere Anregungsfrequenzen unterdrückt werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß wird zur Schwingungsunterdrückung ein Pendel mit mehreren gekoppelten Pendelkörpern verwendet, die so aufeinander abgestimmt sind, daß das Mehrfachpendel mehrere Eigenfrequenzen aufweist. Diese Eigenfrequenzen sind dann auf die entsprechenden Anregungsfrequenzen des Rotorblattes abzustimmen. Eine Möglichkeit für eine Konstruktion eines derartigen Mehrfachpendels, z. B. eines Doppelpendels liegt darin, zwei normale Pendel über ein Lagergelenk miteinander zu verbinden. Bei der ersten Eigenfrequenz schwingen dann die beiden Pendel in Phase, während sie bei der zweiten Eigenfrequenz in Gegenphase schwingen. Allerdings ist die Verbindung der beiden Pendel über ein Gelenklager eine recht aufwendige Konstruktion. Zudem müßte dieses Lager geschmiert und gewartet werden.

Vorzugsweise wird daher ein Doppelpendel mit einem hohlen Pendelkörper realisiert, in dem eine Lauffläche für einen Rollkörper vorgesehen ist, auf der dieser Rollkörper in

Schwingungsrichtung des Doppelpendels abrollt und Rollschwingungen um seine Ruhelage ausführen kann. Der Rollkörper in dem hohlen Pendelkörper wirkt als zweite Pendelmasse, so daß mit dieser sehr einfachen Konstruktion ein integriertes Doppelpendel zur Unterdrückung zweier Anregungsfrequenzen verwirklicht wird. Bei der ersten Eigenfrequenz schwingen der hohle Pendelkörper und der Rollkörper gleichphasig, während sie bei der zweiten Eigenfrequenz gegenphasig schwingen. Für den oben erwähnten Fall eines Hubschraubers sind die beiden Eigenfrequenzen so abzustimmen, daß die erste Eigenfrequenz bei 3 H und die zweite Eigenfrequenz bei 5JQ. liegt.

Als Rollkörper können z. B. eine Kugel oder ein Zylinder verwendet werden. Die Lauffläche für den Rollkörper ist hierbei gekrümmt, um somit ein Rollenpendel zu schaffen.

Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Figur 1 eine Teildarstellung eines Hubschrauberrotorblattes mit einem integrierter Doppelpendel gemäß der Erfindung;

Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Doppelpendelanordnung gemäß der Erfindung;

Figuren

3a und 3b einen Quer- bzw. Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines integrierten Doppel

pendels gemäß der Erfindung;

Figuren

4a und 4b einen Quer- bzw. Längsschnitt durch eine

weitere Ausführungsform eines integrierten Doppelpendels gemäß der Erfindung; 5

Figuren

5a und 5b schematische Darstellungen zur Erläuterung der Schwingungsformen bei den zwei Eigenfrequenzen eines Doppelpendels gemäß der Erfindung.

In der Figur 1 ist eine Teilaufsicht auf ein Hubschrauberrotorblatt 1 dargestellt, welches am Blattansatz über ein Lager 2 mit einem Rotorkopf 3 verbunden ist. Mit dem Rotorkopf sind weitere hier nicht dargestellte Rotorblätter verbunden. In dem verjüngten Abschnitt des Hubschrauberblatts am Blattansatz ist eine Pendelanordnung 4 aus zwei integrierten Doppelpendeln mit dem Rotorblatt verbunden. Diese Pendelanordnung 4 besteht aus zwei zu beiden Seiten des Rotorblattes 1 angeordneten Einzelpendeln 5, die auf einer gemeinsamen, quer zur Blattlängsrichtung verlaufenden Welle fest montiert sind. Die Welle 6 ist in Kugellagern 7 gelagert; die Doppelpendelanordnung ist auf dem Rotorblatt 1 verschraubt. Die beiden Doppelpendel 5 schwingen dur*ch die feste Verbindung mit der Welle 6 synchron.

Jedes Doppelpendel besteht seinerseits aus einem mit der Welle 6 verbundenen Pendelschaft 8, an dessen Ende ein hohler Pendelkörper 9 angeordnet ist. Dieser Pendelkörper 9 weist zunächst ein mit der Pendelschaftachse koaxiales Zylinderteil 10 auf, an den sich ein halbkugeliges Hohlstück 11 anschließt. Der Mittelpunkt dieser Halbhohlkugel 11 ist mit M1 bezeichnet.

_M 7 —

Die halbkugelige Innenfläche der Hohlhalbkugel 11 dient als Lauffläche 13 für eine Kugel 14 aus Vollmaterial, deren Mittelpunkt mit M2 bezeichnet ist.

Das zweite Doppelpendel ist identisch aufgebaut.

Das beschriebene integrierte Doppelpendel hat zwei Eigenfrequenzen, deren Schwingungsform schematisch in der Figur dargestellt ist. Bei der ersten Eigenfrequenz schwingen der hohle Pendelkörper und der innere Rollkörper, in diesem Falle die Kugel gleichphasig; vgl. Figur 5a. Bei der zweiten Eigenfrequenz schwingen der hohle Pendelkörper und der Rollkörper gegenphasig; vgl. Figur 5b. Die Ausmaße des integrierten Doppelpendels und die einzelnen Pendelmassen sind so aufeinander abgestimmt, daß die beiden Eigenfrequenzen den jeweiligen Anregungsfrequenzen für das Rotorblatt entsprechen, so z.B. 3-n.und 5-Π-betragen. Für den Fall, daß das Doppelpendel unter Fliehkrafteinfluß arbeitet, passen sich die von der Nenndrehzahl J~L abhängigen Eigenfrequenzen bei Drehzahländerung automatisch an.

In den Figuren 3a und 3b ist eine weitere Ausführungsform eines integrierten Doppelpendels dargestellt. Gleiche und gleichartige Teile sind hier mit den gleichen Bezugszeichen wie zu dem obigen Ausführungsbeispiel bezeichnet, denen jedoch ein Strich {') beigefügt ist.

Das integrierte Doppelpendel 5' weist wiederum einen Pendelschaft 8¹ auf, an dessen Ende ein hohler Pendelkörper 9' in Form eines Hohlzylinders befestigt ist. Die Zylindermittelachse M1' ist parallel zu der Achse der die beiden Pendel verbindenden Welle 6'. Auf der Innenfläche 13' des Hohlzylinders rollt ein Vollzylinder 14' , dessen Zylinderachse mit M2¹ bezeichnet ist.

ό IΊ b 1 b

Der Radius der Lauffläche 13" ist mit r1,der Radius des Vollzylinders 14' mit r2 bezeichnet. Die Seitenflächen des Vollzylinders 14' sind kegelig abgeschrägt, wie dieses in Figur 3b mit 15 angedeutet ist, wobei die Kegelspitzen sich an den Seitenwänden des Hohlzylinders 9' abstützen. Hierdurch wird der Vollzylinder 14' bei seiner Rollschwingung geführt.

Auch bei einem solchen integrierten Doppelpendel 5' entsprechen die beiden Eigenschwingungen den in den Figuren 5a und 5b gezeigten Schemadarstellungen.

In den Figuren 4a und 4b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines integrierten Doppelpendels dargestellt. Hier sind wiederum für gleiche oder gleichwirkende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 2 verwendet, denen jedoch ein Doppelstrich (") beigefügt ist.

Das Doppelpendel 5" weist einen Pendelschaft 8" auf, der mit der Welle 6" verbunden ist, an deren anderem Ende ein zweites identisches Doppelpendel befestigt ist. Am Ende des Pendelschaftes 8" ist ein hohler Pendelkörper 9" befestigt, der aus einem glockenförmigen, nach unten offenen Teil 17 und einem gekrümmten Teil 18 besteht, welches in das untere offene Ende des glockenförmigen Teiles 17 eingeschraubt ist. Dieses untere Teil 18 ist ein Ausschnitt aus einer Kugelschale, wobei der Mittelpunkt der Kugelschale mit M1" und der Radius der Kugelschale mit r1" be- zeichnet sind. Der Mittelpunkt M1" liegt auf der Pendelschaf tachse zwischen dem glockenförmigen Teil 17 und der Welle β". Auf der Lauffläche 13" der Kugelschale 18 rollt eine Vollkugel 14" mit dem Radius r2". Der Mittelpunkt der Vollkugel 14" ist mit M2" bezeichnet.

Die in Figur 4 angegebene Konstruktion eines integrierten Doppelpendels gibt die Möglichkeit, die Abmessungen des Krümmungsradius r1" der Lauffläche 13" in weiten Grenzen an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen. Die Wirkungsweise dieses integrierten Doppelpendels entspricht derjenigen der obigen Ausführungsbeispiele; ebenso sind die Schwingunpformen der beiden Eigenschwingungen entsprechend Figur 5.

Ein integriertes Doppelpendel gemäß der Erfindung hat eine sehr einfache Konstruktion und ist vollständig wartungsfrei. Selbstverständlich wären auch Mehrfachpendel mit mehr als zwei Eigenfrequenzen nach dem gleichen Prinzip zu konstruieren, um noch weitere Anregungsschwingungen des Rotorblattes zu unterdrücken, üblicherweise haben jedoch die höheren Anregungsschwingungen nur sehr geringe Amplituden, so daß sie ohne weiteres von dem Material des Rotorblatts selbst aufgenommen werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Pendel zur Dämpfung bzw. Tilgung niedriger Anregungsfrequenzen eines Hubschrauberrotorblattes oder dergleichen, wobei das Pendel mit dem Rotorblatt in der Nähe des Rotorkopfes verbunden ist und eine einer kritischen Anregungsfrequenz des Rotorblattes entsprechende Eigenfrequenz aufweist, dadurch ge kennzeichnet , daß das Pendel (5) mehrere gekoppelte Pendelkörper (8, 14 ) aufweist, die so aufeinander abgestimmt sind, daß das Mehrfachpendel mehrere Eigenfrequenzen aufweist.

2. Pendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrfachpendel als Doppelpendel (5) ausgebildet und einen hohlen Pendelkörper (9) aufweist, in dem eine Lauffläche

(13) für einen Rollkörper (14) vorgesehen ist, auf der der Rollkörper in Schwingungsrichtung des Doppelpendels abrollt und Rollschwingungen um seine Ruhelage ausführen kann.

3. Pendel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (13) für den Rollkörper (14) gekrümmt ist.

4. Pendel nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollkörper eine Kugel (14, 14") und die Lauffläche (13, 13") eine Kugelschale ist.

5. Pendel nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollkörper ein Zylinder (14') und die Lauffläche (13') eine Zylinderfläche ist.

6. Pendel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei identische Mehrfachpendel (5) mit einer gemeinsamen, quer zur Längsrichtung des Rotorblattes (1) drehbar gelagerten Welle (6) starr verbunden sind.

7. Pendel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelpendel (5) in einem Fliehkraftfeld angeordnet ist, wodurch sich die Abstimmungsfrequenzen automatisch an Drehzahländerungen anpassen.