DE3236027A1 - Drive for a helicopter - Google Patents
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Abstract
Description
Antrieb für einen HubschrauberDrive for a helicopter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für einen Hubschrauber mit zwei oberhalb der Zelle angeordneten gegenläufigen Rotoren.The invention relates to a drive for a helicopter with two counter-rotating rotors arranged above the cell.
Der Antrieb für die bekannten Koaxialrotorsysteme ist stationär in der Zelle angeordnet. Dadurch ist durch die koaxiale Anordnung der Antriebswellen für die Rotoren eine aufwendige Konstruktion erforderlich, die außerdem wartungsintensiv ist.The drive for the known coaxial rotor systems is stationary in arranged in the cell. This is due to the coaxial arrangement of the drive shafts an elaborate construction required for the rotors, which is also maintenance-intensive is.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfachen kostengünstigen Antrieb zur Verfügung zu stellen, ohne auf die Vorzüge eines Koaxialrotorsystems verzichten zu müssen. Gleichzeitig soll sich eine leichte Manövrierbarkeit des gesamten Hubschraubers ergebe-n.The object of the present invention is to provide a simple, inexpensive one Provide drive without sacrificing the benefits of a coaxial rotor system to have to do without. At the same time it should be easy maneuverability of the whole Helicopter result-n.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb zwischen den Rotoren angeordnet und gemeinsam mit diesen als Einheit verschwenkbar ist. Durch diese Konstruktion ergibt sich ein leichtes Gerät, das kostengünstig herstel Ibar und aufgrund seines einfachen Aufbaus wartungsfreundlich ist und nur eine geringe Störanfälligkeit /eiqt In Ausgestaltung der Erfindung urnfaßt der Antrieb ein von einem Antriebsaggregat wie zum Beispiel einer Turbine oder zum Beispiel zwei gegenüberliegende Kolbenmotoren vorzugsweise mit je einer Freilaufkupplung zwischen Getriebe und Motor betätigtes Untersetzungsgetriebe in Form eines drei Kegel räder aufwisenden Kegelra:lg(^-triebes, von denen lwei keqer koaxial zueinander angeordnet sind und von denen jeweils ils f in Hals ausgeht, der mit einem der Rotorköpfe verbunden ist. Dabei sind bei der Verwendung von zwei oder mehr Antriebsaggregaten entsprechend vier oder mehr Kegelräder vorgesehen. Durch die Anordnung des Kegelradgetriebes mit dem dieses antreibenden Antriebsaggregats können die Rotoren auf einfache Weise in gegenläufige Drehung versetzt werden. Dabei ist das Getriebe von einem Gehäuse umgeben, an dem zum einen das Antriebsaggregat befestigt wie zum Beispiel angeflanscht ist und das zum anderen mit einem von der Zelle ausgehenden Rohr drehsteif verbunden ist. Mit anderen Worten bilden die Rotoren zusammen mit dem Antrieb eine Einheit, die über das Chassisrohr mit der Zelle drehsteif verbunden ist. Dabei ist diese Einheit kardanisch verschwenkbar. Daraus resultiert eine einfache Manövrierfähigkeit. Die kardanische Verschwenkbarkeit des Rohres, das im oberen und unteren Kegeiradhals durch je ein Nadel lager gestützt ist und -wie erwähnt- mit dem Getriebegehäuse starr verbunden ist, ergibt sich dadurch, daß es von einer in der Zelle horizontal oder nahezu horizontal verlaufenden tragenden Verstrebung ausgeht, die ihrerseits um ihre Längsachse drehbar und um eine senkrecht zur Längsachse verlaufende Achse verschwenkbar ist.The object is achieved in that the drive between the rotors are arranged and can be pivoted together with them as a unit. By this construction results in a lightweight device that can be manufactured inexpensively and due to its simple construction it is easy to maintain and only minimal Susceptibility to failure / eiqt In an embodiment of the invention, the drive comprises one of a drive unit such as a turbine or for example two opposing piston engines preferably each with an overrunning clutch between Gear and motor operated reduction gear in the form of three bevel gears facing Kegelra: lg (^ - drive, of which lwei keqer arranged coaxially to one another and from each of which ils f starts in the neck, which is connected to one of the rotor heads is. When using two or more drive units, the same applies four or more bevel gears are provided. Due to the arrangement of the bevel gear With the drive unit that drives this, the rotors can be easily operated are set in opposite rotation. The transmission is in a housing surrounded, to which on the one hand the drive unit is attached, for example flanged is and on the other hand torsionally rigid connected to a pipe extending from the cell is. In other words, the rotors and the drive form a unit, which is torsionally rigidly connected to the cell via the chassis tube. Here is this Gimbal swiveling unit. This results in easy maneuverability. The gimbal swiveling of the tube in the upper and lower neck of the Kegeirad is supported by a needle bearing and -as mentioned- with the gear housing is rigidly connected, results from the fact that it is horizontal from one in the cell or almost horizontally running supporting strut, which in turn rotatable about its longitudinal axis and about an axis perpendicular to the longitudinal axis is pivotable.
Dabei kann diese Achse auf der Längsachse des Rohres liegen.This axis can lie on the longitudinal axis of the pipe.
Alternativ dazu kann die Schwenkachse auch außermittig angeordnet sein, wobei dann der Drehpunkt in Richtung des Antriebsaggregats versetzt sein sollte.As an alternative to this, the pivot axis can also be arranged eccentrically The pivot point should then be offset in the direction of the drive unit.
Um eine problemlose Versorgung des Antriebsaggregats und eine Verstellung von zumindest der Rotorblätter des oberen Rotors zu ermöglichen, verlaufen Steuervorrichtungen sowie Versorgungsleitungen innerhalb des Rohres.A problem-free supply of the drive unit and an adjustment To allow at least the rotor blades of the upper rotor, control devices extend as well as supply lines within the pipe.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verstrebung drehfest mit einem einen Steuerknüppel aufweisenden weiteren Rohr verbunden, entlang dem zwei Steuerstangen zum gleichzeitigen oder entkoppel ten Verstellen der Rotorblätter geführt sind. Durch Verschwenken des Steuerknüppels ist dann die Rotoren-Antriebs-Einheit verschwenkbar.In a further embodiment of the invention, the strut is non-rotatable connected to a further tube having a control stick, along the two control rods for simultaneous or decoupled adjustment of the rotor blades are led. The rotor drive unit is then set by pivoting the control stick pivotable.
Der Steuerknüppel selbst befindet sich am unteren Ende des weiteren Rohres und umfaßt insgesamt drei Griffe. Davon sind zwei (äußere) Griffe vorzugsweise diametral zueinander angeordnet und gehen von einer drehbar angeordneten mit der Steuerstange für die Rotorblätter des unteren Rotors bestimmten Steuerstange in Verbindung stehende Manschette aus, wohingegen der dritte Griff, mittig unterhalb des Rohres angeordnet ist und in die mit einem Abschnitt innerhalb des Rohres verlaufende Steuerstange für die Blätter des oberen Rotors in Verbindung steht. Dabei ist eine Verbindung zwischen dem inneren und den äußeren Griffen über Stellmechanismen derart gegeben, daß bei Verdrehen des inneren Griffs eine sychrone axiale Verschiebung beider Steuerstangen erfolgt, wohingegen bei Drehen der äußeren Griffe, also bei Verdrehen der Manschette um das Rohr nur eine axiale Verschiebung der die Blätter des unteren Rotors verstellbaren Steuerstange gegeben ist.The joystick itself is at the lower end of the wider Rohres and includes a total of three handles. Of these, two (outer) handles are preferred arranged diametrically to each other and go from a rotatably arranged with the Control rod for the rotor blades of the lower rotor dedicated control rod in Connecting cuff, while the third handle, in the middle below of the tube is arranged and in the extending with a section within the tube Control rod for the blades of the upper rotor is in communication. There is one Connection between the inner and outer handles via adjusting mechanisms in this way given that when the inner handle is rotated, a synchronous axial displacement both control rods takes place, whereas when turning the outer handles, so at Twisting the sleeve around the tube only causes an axial displacement of the leaves of the lower rotor adjustable control rod is given.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.Further details, advantages and features of the invention result from the following description of an embodiment shown in the drawing.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebs für einen Hubschrauber einschließlich Steuerung und Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Steuerungsmechanismus.1 shows a schematic representation of a drive for a helicopter including controls and FIG. 2 is an enlarged view the control mechanism.
In Fig. 1 sind oberhalb einer Hubschrauberzel ie 10, die unter anderem einen Sitz 12 und einen Tragrahmen 14 umfaßt, Rotoren 20 und 22 angeordnet, die koaxial zueinander angeordnet und in gegenläufige Drehbewegungen versetzbar sind. Zwischen den Rotoren 20 und 22 befindet sich erfindungsgemäß deren Antrieb, der im Ausführungsbeispiel aus einem Untersetzungsgetriebe in Form eines Kegelradgetriebes 24 besteht, das seinerseits von einer Turbine 26 angetrieben ist, die gleichfal Is zwischen den Rotoren 20 und 22 angeordnet ist.In Fig. 1 are above a helicopter cell ie 10, which among other things comprises a seat 12 and a support frame 14, rotors 20 and 22 arranged, the are arranged coaxially to each other and can be set in counter-rotating movements. According to the invention, their drive, the in the exemplary embodiment from a reduction gear in the form of a bevel gear 24 consists, which in turn is driven by a turbine 26, the same Is is arranged between the rotors 20 and 22.
Das Kegelradgetriebe 24 umfaßt insgesamt drei Kegelräder 28, 30 und 32, von denen die beiden letzteren koaxial zueinander angeordnet sind und von denen Hälse 34 und 36 ausgehen, die jeweiis mit einem Rotorkopf 38 bzw. 40 zum Antrieb der Rotoren verbunden sind. Bei Verwendung von zwei oder mehr Antriebsaggregaten sind entsprechend vier oder mehr Kegelräder vorgesehen. Das Getriebe 24 ist mit einem Gehäuse 42 verbunden, an das das Antriebsaggregat 26 befestigt wie zum Beispiel angeflanscht ist. Es sei auch erwähnt, daß zwischen dem oder den Antriebsaggregaten und dem Getriebe eine Schaltkupplung oder ein Freilauf vorgesehen ist.The bevel gear 24 comprises a total of three bevel gears 28, 30 and 32, of which the latter two are arranged coaxially to one another and of which Necks 34 and 36 go out, each with a rotor head 38 and 40 for the drive of rotors are connected. When using two or more drive units four or more bevel gears are provided accordingly. The gear 24 is with connected to a housing 42 to which the drive unit 26 is attached such as, for example is flanged. It should also be mentioned that between the drive unit or units and a clutch or a freewheel is provided for the transmission.
Ferner ist das Gehäuse 42 fest mit einer Chassisstange 16 verbunden, die ihrerseits drehbar mit der Zelle 10 über eine Verstrebung 18 verbunden ist. Das Chassisrohr 16 verläuft innerhalb der hohl ausgebildeten Hälse 34 und 36 und ist gegenüber diesen über je ein Nadel lager 44 bzw. 46 abgestützt. Zwischen dem Gehäuse 42 und der Außenfläche der Hälse 34 und 36 befinden sich außerdem Kegelrollenlager 48, 50, 52, 54. Innerhalb des Chassisrohres 16 verlaufen sodann die Versorgungsleitungen für das Antriebsaggregat 26 sowie eine Steuerstange 56 zum Verstellen der Rotorblätter 58 des Rotors 22.Furthermore, the housing 42 is firmly connected to a chassis rod 16, which in turn is rotatably connected to the cell 10 via a strut 18. The chassis tube 16 extends within the hollow necks 34 and 36 and is supported against these via a needle bearing 44 and 46, respectively. Between the Housing 42 and the outer surface of necks 34 and 36 also have tapered roller bearings 48, 50, 52, 54. The supply lines then run within the chassis tube 16 for the drive unit 26 and a control rod 56 for adjusting the rotor blades 58 of the rotor 22.
Diese Steuerstange 56 münclet sodann in ein im Bereich des Rotorkopfes 38 vorhandenes Steuergestänge 6G, um den Stellwinkel der Rotorblätter 58 variieren zu können.This control rod 56 then münclet in a in the area of the rotor head 38 existing control linkage 6G to vary the setting angle of the rotor blades 58 to be able to.
Die Chassisstange 16 ist -wie erwähnt- drehsteif mit der Zelle 10 über die Verstrebung 18 verbunden. Diese ist ihrerseits um ihre Längsachse 62 verdrehbar sowie um eine senkrecht zu der Längsachse verlaufende Achse 64 schwenkbar. Das Verschwenken wird im Ausführungsbeispiel durch den Winkel angedeutet, wohingegen das Verdrehen durch einen um die Achse 62 gezogenen offenen Kreis angedeutet wird. Liegt im Ausführungsbeispiel die Drehachse 64 außerhalb der Achse des Chassisrohres 16 in Richtung des Antriebsaggregats 26 versetzt, so kann selbstverständlich auch eine mittige Achsenanordnung erfolgen.As mentioned, the chassis rod 16 is torsionally rigid with the cell 10 connected via the strut 18. This in turn is about its longitudinal axis 62 rotatable and pivotable about an axis 64 running perpendicular to the longitudinal axis. The pivoting is indicated in the exemplary embodiment by the angle, on the other hand the rotation is indicated by an open circle drawn around the axis 62. In the exemplary embodiment, the axis of rotation 64 lies outside the axis of the chassis tube 16 offset in the direction of the drive unit 26, so can of course also a central axis arrangement take place.
Durch das Verschwenken um die Achsen 62 und 64 ergibt sich eine kardanische Verschwenkbarkei t der Rotoren-Antriebs-Einheit, wodurch mit konstruktiv einfachen Mitteln eine hohe Manövrierbarkeit gegeben ist.The pivoting about the axes 62 and 64 results in a cardanic Pivotability of the rotor drive unit, which means that it is structurally simple Means a high maneuverability is given.
Die kardanische Verschwenkbarkeit als auch die Verstel Ibarkeit der Rotorblätter wird mittels eines Steuerknüppels 66 durchgeführt, der am Ende eines mit der Verstrebung 18 drehsteif verbundenen Rohres 68 angeordnet ist. Innerhalb des Rohres 68 wird ein in die Steuerstange 56 übergehende Steuerstange 70 geführt. Außerhalb des Rohrs 68 verläuft eine Steuerstange 72 zum Verstellen der Rotorblätter 76 des Rotors 20, geht also oberhalb der Verstrebung 18, das Chassisrohr 16 axial verschiebbar umgebend in ein Gestänge 74 über, durch die die Verstellung der Blätter 76 erfolgt. Wird nun der Steuerknüppel 66 in Achsrichtung des Hubschraubers bewegt, also zum Piloten hingezogen oder von diesem weggedrückt, so erfolgt ein Verschwenken der Rotoren-Antriebs-Einheit um die Achse 64, so daß dadurch ein Vorwärts- bzw. Rückwärtsflug eingeleitet wird. Dagegen wird der Seitwärtsflug dann ermöglicht, wenn der Steuerknüppel 66 nach der Seite parallel zur Querachse des Hubschraubers verschwenkt wird.The gimbal pivotability as well as the adjustability of the Rotor blades is carried out by means of a control stick 66, which is at the end of a with the strut 18 torsionally rigidly connected tube 68 is arranged. Within of the tube 68, a control rod 70 passing over into the control rod 56 is guided. A control rod 72 for adjusting the rotor blades runs outside the tube 68 76 of the rotor 20, that is, the chassis tube 16 extends axially above the strut 18 slidably surrounding in a linkage 74 through which the adjustment of the leaves 76 takes place. If the control stick 66 is now moved in the axial direction of the helicopter, that is, if it is drawn towards the pilot or pushed away from it, pivoting takes place of the rotor drive unit around the axis 64, so that a forward or Reverse flight is initiated. On the other hand, the sideways flight is then enabled, when the joystick 66 sideways parallel to the transverse axis of the helicopter is pivoted.
Der Steuerknüppel 66 umfaßt -wie Fig. 1 verdeutlicht- drei Griffe, die sich in einen mittleren Griff 78 sowie in zwei vorzugsweise diametral oder nahezu diametral zueinander angeordneten äußeren Griffen 80 und 82 aufteilen. Die Griffe 80 und 82 münclen in einer drehbar um das Rohr 68 angeordneten Manschette 84. Die innerhalb des Rohres 68 verlaufende Steuerstange 70, die das Verstellen der Rotorblätter 58 bewirkt, geht in den Griff 78 über. Wird nun der Griff 78 gedreht, so erfolgt unter anderem eine Axialbewegung der Stange 70. Damit die Radial bewegung in eine Axialbewegung umgesetzt wird, ist die Stange 70 von einer Hülse 86 umgeben, die über einen Stift 88 mit der Stange 70 verbunden ist. Die Hülse 86 ist nun vorzugsweise mit einem Trapezgewinde versehen, welches mit einem Gegengewinde 110 in Wechselwirkung tritt. Dabei ist das Gegengewinde 110 ein Abschnitt eines hohlzylinderförmigen Rohres 92, das mit dem Rohr 68 über zum Beispiel Nieten oder ähnliches starr verbunden ist.The control stick 66 comprises - as Fig. 1 illustrates - three handles, which is in a middle handle 78 and in two, preferably diametrically or nearly Divide diametrically arranged outer handles 80 and 82. The handles 80 and 82 coins can be rotated in one the tube 68 arranged Cuff 84. The control rod 70 extending within the tube 68, which the Adjustment of the rotor blades 58 is effected, goes into the handle 78. Will now be the If handle 78 is rotated, an axial movement of the rod 70 takes place, among other things the radial movement is converted into an axial movement, the rod 70 of a sleeve 86 which is connected to the rod 70 via a pin 88. The sleeve 86 is now preferably provided with a trapezoidal thread, which with a mating thread 110 interacts. The mating thread 110 is a Section of a hollow cylindrical tube 92 connected to the tube 68 via for example Rivets or the like is rigidly connected.
Von der Hülse 86 und einer weiteren Hülse 120, welche von einem Stift 90 befestigt wird, ist ein hohlzylinderförmiges Element 100 aufgenommen, das einen in ein Lang loch 102 hineinragenden Stift 104 aufweist. Dabei ist das Lang loch 102 in dem in das Rohr 68 übergehenden Abschnitt 92 eingelassen und verläuft in dessen Längsrichtung. Dadurch bedingt führt der hohlzylinderförmige Körper 100 eine in Längsrichtung des Rohrs 68 verlaufende Bewegung aus, wenn die Hülse 86 entlang des Trapezgewindes 110 verdreht wird. Der Körper 100 weist ein Außengewinde auf, das wiederum mit einem von der Manschette 84 angeordneten Innengewinde 98 in Wechselwirkung tritt. Ferner ist die Manschette 84 über ein Verbindungselement 106 mit der Steuerstange 72 verbunden.From the sleeve 86 and a further sleeve 120, which from a pin 90 is attached, a hollow cylindrical element 100 is received, the one has in a long hole 102 protruding pin 104. This is the long hole 102 let into the section 92 merging into the tube 68 and runs in its longitudinal direction. As a result, the hollow cylindrical body 100 leads a movement in the longitudinal direction of the tube 68 when the sleeve 86 along of the trapezoidal thread 110 is twisted. The body 100 has an external thread, which in turn interacts with an internal thread 98 arranged by the sleeve 84 occurs. Furthermore, the cuff 84 is connected to the control rod via a connecting element 106 72 connected.
Die Funktionsweise des zuvor beschriebenen Steuermechanismus ist nun wie folgt. Werden die diametral oder nahezu diametral zueinander angeordneten Griffe 80 und 82 um die Längsachse des Rohrs 68 gedreht, so wird die Manschette 84 durch das Zusammenwirken mit dem Außengewinde des hohlzylinderförmigen Körpers 100 axial verschonen. Das bedeutet, daß die Steuerstange 72 gleichfalls axial verschoben wird, um somit eine Blattverstel lung am Rotor 20 zu ermöglichen. Da gleichzeitig die Blattstellung des Rotors 22 unverändert bleibt, erfolgt ein Drehen um die Hochachse des Hubschraubers.The operation of the previously described control mechanism is now as follows. Are the diametrically or nearly diametrically arranged handles 80 and 82 rotated about the longitudinal axis of the tube 68, so the cuff 84 is through the interaction with the external thread of the hollow cylindrical body 100 axially spare. This means that the control rod 72 is also displaced axially, in order to enable a blade adjustment on the rotor 20. Since at the same time the Blade position of the rotor 22 remains unchanged, there is a rotation about the vertical axis of the helicopter.
Wird dagegen der mittlere Griff 78 und damit die Steuerstange 70 gedreht, so wird deren axiale Bewegung über den hohlzylinderförmigen Körper 100 auf die Manschette 84 übertragen, so daß eine sychrone Blattverstellung der Rotoren 20 und 22 gegeben ist, also ein Steigen bzw. Sinken ermöglicht wird.If, on the other hand, the middle handle 78 and thus the control rod 70 are rotated, so their axial movement over the hollow cylindrical body 100 on the cuff 84 transmitted, so that a synchronous pitch of the rotors 20 and 22 is given is, so a rise or fall is made possible.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag werden demzufolge aufgrund des vereinfachten Steuermechanismus alle Steuerfunktionen über einen einzigen Steuerknüppel ausgeführt, also auf diesen zentralisiert.The proposal according to the invention are therefore due to the simplified control mechanism all control functions via a single control stick executed, so centralized on this.
Erkennbar wird durch den erfindungsgemäßen Antrieb und der zugehörigen Steuerung für einen Hubschrauber mit gegenläufigen Rotoren eine leichtere Bauweise im Vergleich zu den bekannten Koaxialrotorsystemen ermöglicht, wodurch ein günstiges Nutzlastverhältnis erzielt wird. Auch ist der Hubschrauber konstruktionsbedingt kostengünstig in Herstellung und Betrieb. Durch die leichte Manövrierbarkeit kann eine Führung sogar zum Beispiel von einem Ouerschn ittgel ähmten erfolgen.Can be recognized by the drive according to the invention and the associated Control for a helicopter with counter-rotating rotors a lighter design in comparison to the known Koaxialrotorsystemen allows, whereby a favorable Payload ratio is achieved. The helicopter is also due to its design inexpensive to manufacture and operate. Due to the easy maneuverability a tour can even be done, for example, by an ouerschn ittgelmte.
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