DE3244725C1 - Rotor blade made of fiber composite plastic - Google Patents
Rotor blade made of fiber composite plasticInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein zumindest im Blattwurzelbereich aus Faserverbundkunststoff aufgebautes Rotorblatt zum Anschluß an einer Rotornabe in der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Wei-The invention relates to a rotor blade made of fiber-reinforced plastic, at least in the blade root area for connection to a rotor hub in the manner described in the preamble of claim 1
4040
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Bei einem derartigen durch die DE-OS 30 06 088 bekannten Rotorblatt ist der Faserstoffaufbau der Blattwurzel mit Lagen von das Blattwinkellager umschlingenden Faserschlaufen versehen unter der Annahme, daß man bezüglich der Zugspannungen in Blattfliehkraftwirkungsrichtung im Blattwurzelbereich nicht ohne den — aufgrund der Schlaufenform — endlosen Faserstrang auskommt. Der schlaufenförmige Faserstrang bedingt dabei jedoch einen beträchtlichen Fertigungsaufwand, weil er zur Anwendung von manuellen Faserlegetechniken zwingt.In such a rotor blade known from DE-OS 30 06 088, the fiber structure is the Blade root provided with layers of fiber loops wrapping around the blade angle bearing under the Assumption that with regard to the tensile stresses in the direction of the centrifugal force of the blade in the blade root area cannot do without the - due to the loop shape - endless fiber strand. The loop-shaped one However, fiber strand requires a considerable manufacturing effort because it is used for manual fiber laying techniques.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Rotorblatt der eingangs genannten Art auf Faserschlaufen im Blattwurzelbereich zu verzichten, ohne dessen Festigkeit zu mindern.The invention is therefore based on the object of a rotor blade of the type mentioned at the beginning To do without fiber loops in the leaf root area without reducing its strength.
Diese Aufgabe ist gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst durch einen quasiisotropen Faserstoffaufbau der einzelnen Kreuzfaserlage, welche durch den vorgeschlagenen Wechsel der Faserorientierung mit der Folge einer Minderung der Faserwinkeldifferenz in der Kreuzfaserlagenebene nicht nur — durch das Blattwinkellager und hierfür eingebrachte Anschlußbohrungen — bedingte Unterbrechungen der jeweiligen Unidirektionalfaserlage zu überbrücken vermag, sondern auch ihrerseits zur Aufnahme von hohen Lochleibungskräften in der Lage ist. Das wird, nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und der in den Unteransprüchen gekennzeichneten bevorzugten Ausgestaltungen weiter verdeutlicht. Hierzu zeigt die Zeichnung inAccording to the characterizing part of claim 1, this object is achieved by a quasi-isotropic Fiber structure of the individual cross-fiber layer, which is caused by the proposed change in fiber orientation with the consequence of a reduction in the fiber angle difference in the cross-fiber layer plane not only - through the blade angle bearing and the connection bores made for this purpose - conditional interruptions of the able to bridge the respective unidirectional fiber layer, but also in turn to accommodate high embedment forces. This is explained below using an exemplary embodiment of Invention and the preferred embodiments characterized in the subclaims further clarified. The drawing in
F i g. 1 in perspektivischer Ansicht die für einen Rotorblattanschluß an einem Rotorkopf eines Drehflügelflugzeuges einander zugeordneten Bauteile;F i g. 1 is a perspective view for a rotor blade connection on a rotor head of a rotary wing aircraft components associated with one another;
Fig.2 einen vergrößerten vertikalen Längsschnitt durch die Blattwurzel des Rotorblattes gemäß Fig. 1;FIG. 2 shows an enlarged vertical longitudinal section through the blade root of the rotor blade according to FIG. 1;
F i g. 3 in Explosionsdarstellung eine der Kreuzfaserlagen der gemäß F i g. 2 mehrlagigen Blattwurzel;F i g. 3 shows, in an exploded view, one of the cross-fiber layers according to FIG. 2 multi-layered leaf roots;
Fig.4 eine der Unidirektionalfaserlagen der mehrlagigen Blattwurzel gemäß F i g. 1 bzw. 2.4 one of the unidirectional fiber layers of the multilayer Leaf root according to FIG. 1 or 2.
Gemäß F i g. 1 ist bei einem Rotor eines Drehflügelflugzeuges ein sternförmiger Rotorkopf 1 mit (beispielsweise) vier Blatthalterungen 2 bis 5 versehen, die sich jeweils in Form einer Gabel radial nach außen erstrecken. Zum Anschluß des jeweiligen Rotorblattes bzw. seiner Blattwurzel 6 an der zugehörigen Blatthalterung 2 dient ein Axial-Radial-Elastomerlager 7, welches in der dazu zu einer Lasche mit entsprechendem Auge 8 geformten Blattwurzel 6 eingebaut wird. Während dieses Axial-Radial-Elastomerlager 7 die Funktion einer die Blattfliehkräfte aufnehmenden, d. h. druckbelastbaren, dabei aber Blattdrehwinkelbewegungen zulassenden Verbindung zwischen der Blattwurzel 6 und den beiden Gabelschenkeln der zugeordneten Blatthalterung 2 erfüllt, hat ein an der Wurzel derselben sitzendes Radial-Elastomerlager 9 nur eine Stützfunktion; zugleich kann dessen blattwurzelseitiger Lagerteil 9.1 zur Anlenkung eines Blattsteuerhebels genutzt werden.According to FIG. 1 is a star-shaped rotor head 1 with (for example) four blade holders 2 to 5 are provided, each in the form of a fork radially outwards extend. To connect the respective rotor blade or its blade root 6 to the associated blade holder 2 is an axial-radial elastomer bearing 7, which in which the leaf root 6, which is formed into a tab with a corresponding eye 8, is installed. While this axial-radial elastomer bearing 7 has the function of a absorb the centrifugal forces of the blades, d. H. pressure-resistant, but allowing blade rotation angle movements Connection between the blade root 6 and the two fork legs of the associated blade holder 2 fulfilled, a radial elastomer bearing 9 seated at the root of the same has only a support function; simultaneously its blade root-side bearing part 9.1 can be used to link a blade control lever.
Für diesen Blattanschluß unter Verzicht auf sonst übliche Blattbeschläge ist für das Rotorblatt bzw. insbesondere dessen Blattwurzel 6 ein mehrlagiger Aufbau aus faserverstärktem Kunststoff vorgesehen, beispielsweise Glasfasern in einer Kunstharzmatrix. Hierbei folgt gemäß Fig.2 von außen nach innen lagenweise abwechselnd auf eine Lage 10 von Fasern in zur Blattlängsachse kreuzweiser Orientierung eine Lage 11 von Fasern in unidirektionaler Orientierung zur Blattlängsachse, wobei zumindest zwei KreuzfaserlagenFor this blade connection, dispensing with the otherwise usual blade fittings, the rotor blade resp. in particular the leaf root 6 of which is provided with a multilayer structure made of fiber-reinforced plastic, for example glass fibers in a synthetic resin matrix. This follows from the outside to the inside as shown in FIG one layer alternating in layers on a layer 10 of fibers in a crosswise orientation to the longitudinal axis of the blade 11 of fibers in a unidirectional orientation to the longitudinal axis of the blade, with at least two cross-fiber layers
10 mit einer zwischengefügten Unidirektionalfaserlage10 with an interposed unidirectional fiber layer
11 zu wählen sind. Der Unterschied im Faseraufbau dieser in F i g. 3 und 4 gesondert dargestellten Faserlagen 10 bzw. 11 ist zum einen durch die unterschiedlichen Ursachen der Blattwurzelbelastung begründet, nämlich sowohl Blattfliehkräfte als auch Biegemomente aus den Blattschlag- und Blattschwenkbewegungen. Um hierbei aus Gründen der Fertigungsvereinfachung in den Unidirektionalfaserlagen 11 ohne Faserschlaufen um das Blattwurzelauge 8 auszukommen, ist für die Kreuzfaserlagen 10 (vgl. insb. F i g. 3) der Dicke nach eine wechselnde Faserorientierung gewählt derart, daß, ausgehend von der jeweiligen Unidirektionalfaserlage 11, in Richtung Blattäußeres die einzelne Kreuzfaserlage 10 einen Faserschichtaufbau aufweist aus mindestens einer ersten Schicht 10.1 mit 90° /0°- Faserorientierung (zur Blattlängsachse), einer zweiten Schicht 10.2 mit ±45°-Faserorientierung, einer dritten Schicht 10.3 mit +45°-Faserorientierung und einer vierten Schicht 10.4 mit 0°/90°-Faserorientierung (im Übergang zur nächsten Unidirektionalfaserlage 11). Dieser spiegelsymmetrische Faserschichtaufbau, bei welchem in der einzelnen Kreuzfaserlage 10 von außen nach innen jeweils auf eine Faserorientierung im11 are to be selected. The difference in the fiber structure of these in FIG. 3 and 4 shown separately Fiber layers 10 and 11 are due to the different causes of the leaf root stress on the one hand justified, namely both centrifugal forces and bending moments from the blade flapping and blade pivoting movements. In order to simplify production in the unidirectional fiber layers 11 without Fiber loops around the leaf root eye 8 are used for the cross fiber layers 10 (cf. in particular FIG. 3) Thickness according to an alternating fiber orientation selected in such a way that, starting from the respective unidirectional fiber layer 11, in the direction of the outside of the sheet, the individual cross-fiber ply 10 has a fiber layer structure of at least one first layer 10.1 with 90 ° / 0 ° fiber orientation (to the longitudinal axis of the blade), a second Layer 10.2 with ± 45 ° fiber orientation, a third layer 10.3 with + 45 ° fiber orientation and one fourth layer 10.4 with 0 ° / 90 ° fiber orientation (in the transition to the next unidirectional fiber layer 11). This mirror-symmetrical fiber layer structure, in which in the individual cross fiber layer 10 from the outside inwards each to a fiber orientation in
rechten Winkel zur Blattlängsachse zumindest eine kreuzweise Faserorientierung mit einem Bruchteil (im Beispiel mit der Hälfte) dieser Faserwinkelung folgt, hat den bereits vorstehend hervorgehobenen Vorteil einer geringen Faserwinkeldifferenz in der Faserlagenebene insgesamt. Damit ist die einzelne Kreuzfaserlage 10 besonders befähigt zu einem Ausgleich der unvermeidbaren Schwächung der Unidirektionalfaserlagen 11 durch das Auge 8 und Anschlußbohrungen 12 (der Elastomerlager 7 und 9); hier erfüllen je zwei Kreuzfaserlagen 10 eine hervorragende Überbrükkungsfunktion zwischen den unterbrochenen Faserstrangabschnitten der zwischenliegenden Unidirektionalfaserlage 11. Zugleich ist die einzelne Kreuzfaserlage 10 durch Lochleibungskräfte besonders hoch belastbar. Da sämtliche Faserlagen 10 und 11 leicht maschinell reproduzierbar sind, kann das Rotorblatt besonders wirtschaftlich hergestellt werden.Right angle to the longitudinal axis of the blade, at least one crosswise fiber orientation with a fraction (im Example with half) this fiber angulation follows, has the advantage already highlighted above small fiber angle difference in the fiber layer plane overall. The individual cross-fiber layer is thus 10 particularly capable of compensating for the unavoidable weakening of the unidirectional fiber layers 11 through the eye 8 and connection bores 12 (of the elastomeric bearings 7 and 9); here meet two Cross fiber layers 10 have an excellent bridging function between the interrupted fiber strand sections the intermediate unidirectional fiber layer 11. The single cross fiber layer is at the same time 10 particularly highly resilient due to embedding forces. Since all fiber layers 10 and 11 are easily machined are reproducible, the rotor blade can be manufactured particularly economically.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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