DE3226152C2

DE3226152C2 - Pendelanordnung zur Dämpfung bzw. Tilgung niedriger Anregungsfrequenzen eines Hubschrauberrotorblattes o.dgl.

Info

Publication number: DE3226152C2
Application number: DE3226152A
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: 1984-07-19
Also published as: GB8316043D0; IT1164293B; DE3226152A1; GB2123371A; IT8321928A0; US4527951A; GB2123371B; FR2530216A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pendel zur Dämpfung bzw. Unterdrückung niedriger Anregungsfrequenzen eines Hubschrauberrotorblatts (1). Das Pendel (5) ist mit dem Rotorblatt in der Nähe des Rotorkopfes (3) verbunden. Um mit einem solchen Pendel mehrere Anregungsschwingungen des rotorblatts zu unterdrücken, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, das Pendel aus mehreren gekoppelten Pendelkörpern (9, 14) zusammenzusetzen, die so aufeinander abgestimmt sind, daß das Mehrfachpendel mehrere Eigenfrequenzen aufweist. Vorzugsweise ist das Mehrfachpendel als Doppelpendel ausgebildet und weist einen hohlen Pendelkörper (9) auf, in dem eine Lauffläche (13) für einen Rollkörper (14) vorgesehen ist, auf der der Rollkörper in Schwingungsrichtung des integrierten Doppelpendels abrollt und Rollschwingungen um seine Ruhelage ausführen kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pendelanordnung zur Dämpfung bzw. Tilgung niedriger Anregungsfrequenzen eines Hubschrauberrotorblattes oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Pendelanordnung ist aus der DE-OS 36 340 bekannt. Die Pendelanordnung besteht hierbei aus zwei mechanisch miteinander gekoppelten Pendeln, die zu beiden Seiten eines Rotorblattes angeordnet sind. Die Pendel selbst sind mit einer Achse mechanisch gekoppelt, um die sich die Pendelanordnung drehen kann.

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) können 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 3 Ω- und 5 Ω-Momente am Rotorblattfuß für die niederfrequenten Zellenvibrationen ausschlaggebend, wobei Ω die sogenannte Nennfrequenz ist und z. B. beim betrachteten Hubschrauber ca. 7 Hz entsprechend 44,4 rad/s beträgt Der Schwingungstilger — in dem hier beschriebenen Fall als Fliehkraftpendel ausgeführt —

ίο muß nun auf die entsprechende zu tilgende Frequenz, hier z. B. von 3 Ω = 21 Hz ausgelegt werden, so daß durch die vom Hubschrauberrotorblatt in die Hubschrauberzelle übertragbaren, mit 3 Ω periodischen Kräfte und Momente von Schwingungstilgern absorbiert werden.

Bei der bekannten Pendelanordnung werden bei laufendem Rotor die Pendelgewichte aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen gedrückt werden und dort gehalten, solange auf sie keine anderen äußeren Kräfte einwirken. Die erwähnten periodischen Kräfte und Momente verursachen eine Verschiebung der Pendelgewichte, wodurch diese mit der Frequenz der in der Rotorebene auftretenden Schwingungen schwingen und diese dämpfen bzw. tilgen. Hierbei ist es möglich, die Pendelanordnung durch Verschieben der Pendelgewichte oder durch Hinzufügen oder Wegnahme von Gewichten auf die auftretende Frequenz abzustimmen. Zur weiteren Reduzierung der Vibration in der Hubschrauberzelle wäre es noch zweckmäßig, die nächsthöheren harmonischen Kräfte, hier z. B. die 5 Ω-Kräfte und Momente zu reduzieren. Um dies zu erreichen, müßte ein weiterer Schwingungstilger, hier z. B. ein zusätzliches 5 Ω-Fliehkraftpendel, angebaut werden. Dies ist jedoch wegen der beschränkten Platzverhältnisse nur sehr schwer durchführbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Konstruktion für eine Pendelanordnung der in Frage stehenden Art anzugeben, mit der 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 eine Pendelanordnung verwendet, bei der jedes Pendel als Mehrfachpendel mit mehreren aufeinander abgestimmten Pendelkörpern ausgebildet ist, so 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 Rolikörper 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 ver-

wirldicht 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 Ω und die zweite Eigenfrequenz bei 5 Ω Hegt

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 stellt dar

F i g. 1 eine Teildarstellung eines Hubschrauberrotorblattes mit einem integrierten Doppelpendei gemäß der Erfindung;

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Doppelpendelanordnung gemäß der Erfindung;

F i g. 3a und 3b einen Quer- bzw. Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines integrierten Doppeipende's gemäß der Erfindung;

Fig.4a und 4b einen Quer- bzw. Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines integrierten Doppelpendels gemäß der Erfindung;

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

In der F i g. 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 angeordnete Einzelpendeln 5, die auf einer gemeinsamen, quer zur Blattlängsrichtung verlaufenden Welle 6 fest montiert sind. Die Welle 6 ist in Kugellagern 7 gelagert; die Doppelpendelanordnung ist auf dem Rotorblatt 1 verschraubt Die beiden Doppelpendel 5 schwingen durch die feste Verbindung mit der Welle 6 synchron.

Jedes Doppelpendei besteht seinerseits aus einem mit der Welle 6 verbundenen Pendelschaft 8, an dessen Ende ein hohler Pendelkörper 9 angeordnet ist Dieser Pendeikörper 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 rait M1 bezeichnet.

Die halbkugelige Innenfläche der Hohlhalbkugel 11 dient als Lauffläche 13 für eine Kugel 14 aus Vollmaterial, deren Mittelpunkt mit M 2 bezeichnet ist.

Das zweite Doppelpendel ist identisch aufgebaut

Das beschriebene integrierte Doppelpendel hat zwei Eigenfrequenzen, deren Schwingungsform schematisch in der F i g. 5 dargestellt ist Bei der ersten Eigenfrequenz schwingen der hohle Pendelkörper und der innere Rollkörper, in diesem Falle die Kugel, gleichphasig; vgl. F i g. 5a. Bei der zweiten Eigenfrequenz schwingen der hohle Pendelkörper und der Rollkörper gegenphasig; vgl. F i g. 5b. Die Ausmaße des integrierten Doppelpendels und die einzelnen Pendelmassen sind so aufeinander abgestimmt, daß die beiden Eigenfrequenzen den jeweiligen Anregüngsfrequenzen für das Rotorblatt entsprechen, so z. B. 3 Ω und 5 Ω betragen. Für den Fall, daß das Doppelpendel .riter Fliehkrafteinfluß arbeitet.

passen sich die von der Nenndrehzahl Ω abhängigen Eigenfrequenzen bei Drehzahländerung automatisch an.

In den F i g. 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 8' auf, an dessen Ende ein hohler Pendelkörper 9' in Form eines Hohlzylinders befestigt ist Die Zylindermittelachse M 1' 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 MT bezeichnet ist.

Der Radius der Lauffläche 13' ist mit r 1, der Radius des Vollzylinders 14' mit rl bezeichnet. Die Seitenflächen des Vollzylinders 14' sind kegelig abgeschrägt, wie dieses in F i g. 3b mit 15 angedeutet ist wobei die Kegelspitzen 16 sich an den Seitenwänden des Hohlzylinders 9' abstützen. Hierdurch wird der Vollzylinder 14' bei cpinpr RrJIcnhwincninor trpfiihrt

Auch bei einem solchen integrierten Loppelpendel 5' entsprechen die beiden Eigenschwingungen den in den Fig. 5aund5bgezeigten Schemadarstellungen.

In den F i g. 4a und 4b ist ein weiteres Ausführungsbeispiei eines integrierten Doppelpendels dargestellt Hier sind wiederum für gleiche oder gieichwirkende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 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 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 Kugeischale mit MX" und der Radius der Kugelschale mit rl" bezeichnet sind. Der Mittelpunkt MV liegt auf der Pendelschaftachse zwischen dem .glockenförmigen Teil 17 und der Welle 6". Auf der Lauffläche 13" der Kugelschale 18 rollt eine Vollkugel 14" mit dem Radius r2". Der Mittelpunkt der VoWkugel 14" ist mit M 2" bezeichnet.

Die in Fig.4 angegebene Konstruktion eines integrierten Doppelpendel gibt die Möglichkeit, die Abmessungen des Krümmungsradius rl" der Lauffläche 13" in weiten Grenzen an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen. Die Wirkungsweise dieses integrierten Doppelpendels entspricht derjenigen der obigen Ausführungsbeispiele; ebenso sind die Schwingungsformen der beider Eigenschwingungen entsprechend F i g. 5.

Ein integriertes Doppelpendel gemäß der Erfindung hai eine sehr einfache Konstruktion und ict vollständig wartungsfrei. Selbstverständlich wären auch Mehrfachpendel mit mehr als zwei Eigenfrequenzen nach dem gleichen Prinzip zu konstruieren, um noch weitere Anregungsschwingui.gen des Rotorblattes zu unterdrükken. Üblicherweise haben jedoch die höheren Anregungsschwingungen nur sehr geringe Amplituden, so daß sie ohne weiteres von dem Materia! des Rotorblattes selbst aufgenommen werden können.

Hierzu- 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pendelanordnung zur Dämpfung bzw. Tilgung niedriger Anregungsfrequenzen eines Hubschrauberrotorblattes, wobei die Pendolanordnung mit dem Rotorblatt in der Nähe des Rotorkopfes verbunden ist, vorzugsweise mit mehreren mechanisch gekoppelten Pendeln versehen ist und eine einer kritischen Anregungsfrequenz des Rotorblattes entsprechende Eigenfrequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Pendel (5) der Pendelanordnung (4) als Mehrfachpende! mit mehreren Pendelkörpern (8, 14) ausgebildet ist, die so aufeinander abgestimmt sind, daß das Mehrfachpendel mehrer Eigenfrequenzen aufweist

2. Pendelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes 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*s Schwingungsrichtung des Doppelpendels abrollt und Rollschwingungen um seine Ruhelage ausführen kann.

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

4. Pendelanordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rolikörper eine Kugei (14,14") und die Lauffläche (13,13") eine Kugelschale ist.

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

6. Pendelanordnung nach einei.. 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. Pendelanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelpendel (5) in einem Fliehkraftfeld angeordnet ist, wodurch sich die Abstimmungsfrequenzen automatisch an Drehzahländerungen anpassen.