DE3524483A1 - Rotorblatt - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/32—Rotors
- B64C27/325—Circulation-control rotors
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Description
Rotorblatt
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rotorblatt für ein Flugzeug, bei welchem ein Zirkulationssteuerungsrotorsystem
benutzt wird, und betrifft insbesondere den Aufbau eines in Richtung der Spannweite angeordneten Luftdurchlaßschlitzes
für das Rotorblatt.
Ein X-Flügel-Flugzeug ist ein Drehflügelflugzeug, bei welchem
ein starrer Rotor/Flügel benutzt wird, bei dem Zirkulationssteuerungsflügelprofilteile
verwendet werden. Der Rotor wird mechanisch angetrieben, und die Rotorblätter
arbeiten im wesentlichen mit festem Blatteinstellwinkel. Der Rotor kann sich wie bei einem Hubschrauber drehen
oder kann gestoppt und positioniert werden, so daß er sich wie ein Starrflügel verhält. Die kollektive und die zyklische
Steuerung erfolgen durch Steuern der Luftzirkulation
um eine Coanda-Oberflache an den Blattflügelprofilteilen.
Das erfolgt durch Blasen von Druckluft durch Vorder- und Hinterkantenkanäle in den Rotorblättern und durch Beeinflussen
der Luftmenge, die durch sich in Richtung der Spannweite erstreckende Schlitze an den Vorder- und Hinterkanten
der Rotorblätter ausgestoßen wird.
Das Rotorsystem für ein X-Flügel-Flugzeug hat eine Nabe
mit daran befestigten Rotorblättern und ein pneumatisches System zum Fördern von Druckluft gesondert zu der Vorderkante
und der Hinterkante der einzelnen Rotorblätter mit einem gewünschten Druck und Mengenstrom. Das pneumatische
System enthält einen Verdichter, eine Luftzufuhrkammer, Ventile zum Steuern der Luftströmung aus der Kammer zu den
Blättern und eine umlaufende Luftverteilanordnung zum getrennten Leiten der Luft zu der Vorderkante und der Hinterkante
der Blätter.
Bei Zirkulationssteuerungsflügelprofilteilen wird die Druckluft aus sich in Richtung der Spannweite erstreckenden öffnungen
oder Schlitzen längs der oberen Seite der abgerundeten Flügelprofilteil-Vorder-/Hinterkanten-Coanda-Oberflache
ausgestoßen. Die Luftströmung aus den Schlitzen haftet an der abgerundeten Vorder-/Hinterkante, wodurch die Zirkulation
gesteigert wird, um eine entsprechende Auftriebszunahme gegenüber einem Flügelprofilteil zu erzeugen, bei dem
keine Luft ausgestoßen wird. Bei einem gegebenen Blattinnendruck und einem gegebenen aerodynamischen Zustand ist die
Auftriebsänderung aufgrund der Zirkulationssteuerung bis zu einem gewissen Grenzwert proportional zu dem Querschnitt
der Schlitzöffnung. Wenn die Schlitzöffnung diesen Grenzwert übersteigt, wird kein zusätzlicher Auftrieb erzielt, wobei
es sich um einen Zustand handelt, der dem Strömungsabriß bei einem herkömmlichen Flügelprofilteil analog ist. Da ein X-Flügel-Zirkulationssteuerungsflügelprofilteil
um seine Halbsehne symmetrisch ist, wird die Vorderkante an der vorlau-
fenden Seite der Blattwegscheibe zu der Hinterkante an der
rücklaufenden Seite, und umgekehrt. Zum Maximieren der Leistung,
wenn der Rotor langsamer wird, ist es erwünscht, daß der "lokale" Vorderkantenschlitz in allen Azimutpositionen
geschlossen ist. Die Verwendung von herkömmlichen Vorspannfedern zum Schließen des Schlitzes ist nicht erwünscht,
und zwar hauptsächlich wegen des Gewichts, das damit verbunden wäre.
Ein Zirkulationssteuerungsrotorsystem ist in dem Bericht
"Circulation Control Rotor Flight Demonstrator" von David R. Barnes, Douglas G. Kirkpatrick und George A. McCoubrey
beschrieben, der auf dem American Helicopter Society Mideast Region Symposium im August 1976 präsentiert worden
ist. Der Bericht "Status Report on Advanced Development Program Utilizing Circulation Control Rotor Technology"
von Kenneth R. Reader, Douglas G. Kirkpatrick und Robert M. Williams, Druckschrift Nr. 44, präsentiert auf dem
Fourth European Rotorcraft and Powered Lift Aircraft Forum, Stresa, Italien, 13.-15. September 1978, beschreibt ein
X-Flügel-Entwicklungsprogramm.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Aufbau von sich in Richtung der Spannweite erstreckenden Luftdurchlaßschlitzöffnungen
in dem Rotorblatt eines Zirkulationssteuerungsflugzeugs zu schaffen.
Die Erfindung schafft ein Zirkulationssteuerungsrotorblatt, das sich in Richtung der Spannweite erstreckende Schlitzöffnungen
hat, deren Größe extern eingestellt werden kann und für die es eine die öffnung festlegende Struktur gibt,
bei der Vorspannung und Hub unabhängig voneinander einstellbar sind.
Ferner schafft die Erfindung ein Zirkulationssteuerungsro-
torblatt/ das sich in Richtung der Spannweite erstreckende, einstellbare Schlitzöffnungen hat, die durch ein Gebilde
festgelegt werden, bei dem keine Federn zur Betätigung benutzt werden und das leicht austauschbar ist.
Schließlich schafft die Erfindung ein Zirkulationssteuerungsrotorblatt
mit sich in Richtung der Spannweite erstreckenden, einstellbaren Schlitzöffnungen, die durch ein Gebilde festgelegt
werden, das aus Verbundmaterial besteht und Doppelbiegeteile hat zum Einstellen der Vorspannung und der maximalen
Schlitzöffnung und Toleranzvariationen zwischen den Rotorblättern zuläßt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Rotorblat
tes nach der Erfindung, dessen Schlitz im geschlossenen Zustand dargestellt
ist,
Fig. 2 eine gleiche Schnittansicht, welche
die Einstellschrauben in auseinandergezogener Darstellung und den Schlitz im geöffneten Zustand zeigt,
Fig. 3 ein Diagramm, in welchem die Schlitz
öffnung über der Schlitzdifferenzöffnung aufgetragen ist, und
Fig. 4 in Draufsicht einen Teil eines Ro
torblattes nach der Erfindung.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Rotorblattaufbau hat das Rotorblatt 10 einen Verbundaufbau und weist einen Holmabschnitt
3524Λ83
und einen Druckluftkanal 14 auf, wobei der Holmabschnitt
und der Druckluftkanal integral miteinander verbunden sind. Die Kante des Blattes, nämlich die Vorderkante und üblicherweise
auch die Hinterkante, ist durch eine Coanda-Oberflache
16 festgelegt. Diese Oberfläche kann entweder ein Teil des Druckluftkanals 14 sein, wie es dargestellt ist,
oder es kann sich um ein gesondertes Teil handeln. Eine flexible Platte 18 erstreckt sich in Richtung der Spannweite
längs der oberen Oberfläche des Rotorblattes 10 und begrenzt gemeinsam mit dem oberen Teil der Coanda-Oberflache
einen Schlitz 20, über den Druckluft aus dem Kanal 14 abgegeben werden kann.
Die flexible Platte 18 ist an der oberen Oberfläche des Rotorblattes
10 an mehreren Abstand voneinander aufweisenden Stellen längs der Blattspannweite oder längs eines Abschnitts
der Blattspannweite befestigt. In Fig. 1 ist der
hintere Teil 22 der Platte 18 durch zwei gleiche Schrauben 24 und 26 befestigt, welche in Befestigungselemente 28 bzw.
30 eingeschraubt sind, die in fester Position an dem oberen Teil 32 des Kanals 14 befestigt sind. Der vordere Teil 34 der
Platte 18 ist ebenfalls mit dem oberen Teil 32 des Kanals 14 verbunden, diese Verbindungen gestatten und steuern aber
die Biegung der Platte unter dem Einfluß der Druckluft innerhalb des Kanals 14. Eine Schraubverbindung 36, bei welcher
es sich um eine Differenz- oder Differentialgewindeschraube handelt, gestattet das Festlegen des Druckes, mit
welchem der vordere Teil 34 der Platte 18 gegen die Coanda-Oberflache
16 gedrückt wird. Eine ^Schraubverbindung 38 gestattet das Festlegen einer Grenze der Bewegung des vorderen
Teils 34 weg von der Oberfläche (offener Schlitz) aufgrund des Luftdrucks und somit eine Begrenzung der maximalen
Öffnung des Schlitzes 20.
Fig. 2 zeigt ausführlicher den Aufbau der Schraubverbindun-
gen 36 und 38, wobei der Schlitz vollständig offen ist. Die Schraubverbindung 36 besteht aus einer Vorspanneinstellmutter
40, einem Differenzgewindeeinstellschraubbolzen 42 und
einem Befestigungselement 44. Jedes Ende des Einstellschraubbolzens 42 ist mit Gewinde versehen, wobei beide Enden
mit Gewinden in derselben Richtung versehen sind und wobei das Gewinde des oberen Endes, das mit dem Gewinde in
der Mutter 40 zusammenpaßt, eine andere Steigung als das Gewinde des unteren Endes hat, welches mit dem Befestigungselement
44 zusammenpaßt. Die Mutter 40 ist an dem Mittelteil 46 der biegsamen Platte 18 befestigt, und das Befestigungselement
44 ist an dem oberen Teil 32 des Druckluftkanals 14 befestigt. Wegen der unterschiedlichen Gewinde
an dem Einstellschraubbolzen 42 ist eine relativ feine Steuerung der auf die biegsame Platte 18 ausgeübten Vorspannung
möglich.
Die Schraubverbindung 38 besteht aus einer Grenzeinstellschraube 48 und einem Befestigungselement 50, das an dem
Teil 52 des Druckluftkanals 14 befestigt ist. Die Grenzeinstellschraube 48 paßt lose in ein Senkloch 54 in der Nähe
des äußeren Randes der flexiblen Platte 18, und ein konisch erweiterter Kopf 56 der Schraube 48 ist mit dem versenkten
Teil des Loches 54 in Berührung bringbar. Die relative Axialposition der Grenzeinstellschraube 48 begrenzt die
Wegbewegung der Plattenaußenkante 58 von der Coanda-Oberflache
16. Die Lage der Schraube 48 in bezug auf den Schlitz 20 muß ausreichend weit von dem Schlitz nach hinten
entfernt sein, damit die Schraube 48 die Luftströmung durch die Schlitzöffnung nicht stört.
Beim Zusammenbauen der flexiblen Platte 18 mit dem Rotorblatt 10 wird die Platte, die aus Verbundmaterial besteht,
mittels der Schrauben 24 und 26 befestigt. Der Schraubbolzen 42 wird so eingestellt, daß der Schlitz 20 aufgrund
der Position der Plattenkante 58 geschlossen und die Entwurf svorspannung an der Platte festgelegt wird. Nachdem
die Kante 58 die Coanda-Oberflache 16 berührt, führt das
weitere Einstellen des Schraubbolzens 42, durch das die Platte 18 nach innen bewegt wird, zur Durchbiegung der
Platte längs des Bereiches 60 zwischen dem Schraubbolzen 42 und der Befestigungsschraube 24. Die Dicke und die
elastischen Eigenschaften dieses Plattenbereiches durch den Aufbau der Verbundstruktur werden speziell so ausgelegt,
daß sich die gewünschten Biegeeigenschaften ergeben. Die Vorspannung wird festgelegt, indem der Kanal 14 mit
Druck beaufschlagt und der Schraubbolzen 42 so eingestellt wird, daß der Schlitz 20 geschlossen bleibt, bis der gewünschte
Mindestbetrxebsdruck erreicht ist.
Nachdem die Vorspannung festgelegt worden ist, wird die
axiale Position der Grenzeinstellschraube 48 so eingestellt, daß die maximale öffnung des Schlitzes 20 festgelegt wird.
Das erfolgt durch Steigern des Druckes in dem Kanal 14 über
den Mindestbetriebsdruck hinaus bis zu dem gewünschten maximalen Betriebsdruck. Die Erhöhung des Druckes bewirkt,
daß sich der Teil der Platte 18, der zu der Kante des Rotorblattes 10 hin gelegen ist, von der Coanda-Oberflache
wegbiegt, wobei sich die Platte längs des Bereiches 62 zwischen den Einstellschrauben 36 und 38 biegt. Die Dicke und
die elastischen Eigenschaften dieses Plattenbereiches werden ähnlich wie bei dem Bereich 60 ausgelegt, damit sich
die gewünschten, aber anderen Biegeeigenschaften ergeben. Die Einstellschraube 38 wird in der gebogenen Position der
Kante 58 festgesetzt, wenn der Kanalluftdruck auf seinem maximalen Arbeitsdruckwert ist.
Während des Betriebes wird Luft mit variablem Druck dem Kanal
14 an dem Wurzelende des Blattes 10 zugeführt, die dann durch die Kanallöcher 64 (Fig. 1 und 2) hindurch zu dem
Schlitz 20 gelangt. Wegen der Vorspannung, die auf die Platte 18 ausgeübt wird und durch die Differentialgewindeschraubverbindung
36 festgelegt ist, ist der Schlitz 20 geschlossen, bis der Druck der Luft in dem Kanal 14 den
Mindestbetriebsdruck erreicht. Wenn der Luftdruck diesen Wert übersteigt, bewegt sich die Kante 58 von der Coanda-Oberflache
16 weg. Druckluft beginnt dann aus dem Kanal über die Coanda-Oberfläche 16 zu strömen. Wenn der Druck der
Luft steigt, wird sich die Kante 58 weiterhin von der Coanda-Oberflache 16 wegbewegen, bis bei dem maximalen
Betriebsdruck Kontakt mit dem konisch erweiterten Kopf der Schraubverbindung 38 hergestellt wird. Ein größerer
Luftdruck wird die öffnung des Schlitzes 20 nicht vergrössern.
Die tatsächliche Arbeitsweise des Schlitzes 20 ist in dem Diagramm in Fig. 3 gezeigt, wo 0^" DES die gewünschte maximale
Schlitzöffnung, PQ die Vorspanndruckeinstellung und P.. der Druck ist, bei dem die maximale öffnung auftritt.
Die in dem Diagramm gezeigte kleine Vergrößerung der Schlitzöffnung, die auftritt, wenn der Druck über P. ansteigt,
gibt die geringfügige Biegung der Platte 18 wieder, die an der Kante 58 außerhalb der Schraubverbindung 38 auftritt.
Die Steigung der Kennlinie zwischen den Punkten PQ und P1 wird gemäß den Leistungserfordernissen festgelegt
und steht in Beziehung zu den Biegeeigenschaften des Plattenbereiches 62 und kann durch diese Biegeeigenschaften verändert
werden.
Gemäß der Draufsicht in Fig. 4, die ein Rotorblatt nach der Erfindung zeigt, hat das Rotorblatt 10, welches eine Wurzel
66 und eine Spitze 68 hat, flexible Platten 18 und 70 an seiner Vorder- bzw. Hinterkante. Die Platte 18 ist an dem
Rotorblatt 10 durch parallele Reihen von Schrauben 24 und 26 einwärts von der Blattvorderkante befestigt, und die
Platte 70 ist an dem Rotorblatt 10 durch parallele Reihen von Schrauben 72 und 74 einwärts von der Blatthinterkante
befestigt. Eine Reihe von Schraubverbindungen 36 längs eines Mittelteils der Platte 18 dient zum Festlegen der Schlitzvorspannung
an Stellen längs der Plattenlänge, und ebenso dient eine Reihe von Schraubverbindungen 76 längs eines
Mittelteils der Platte 70 zum Festlegen der Schlitzvorspannung an Stellen längs dieser Plattenlänge. Die Schraubverbindungen
38 längs der Außenkante der Platte 18 gestatten das Einstellen der maximalen öffnung des Schlitzes zwischen der
Platte und der Vorderkanten-Coanda-Oberfläche 16, und Schraubverbindungen 78 längs der Außenkante der Platte 70
gestatten das Einstellen der maximalen öffnung des Schlitzes zwischen der Platte und der Hinterkanten-Coanda-Oberflache
Die Platte 18 und die Platte 70 erstrecken sich wie dargestellt nicht notwendigerweise über die volle Länge der Blattspannweite.
Es kann eine Anzahl zusätzlicher Platten längs der Spannweite vorgesehen werden, wie hier die Platte 82 neben
der Platte 18 und die Platte 84 neben der Platte 70. Ein Hauptgrund für einen Mehrplattenaufbau ist die leichte Austauschbarkeit
von Plattenabschnitten im Falle von Verschleiß oder Beschädigung. Der Abstand in Richtung der Spannweite
zwischen benachbarten Schrauben steht in Beziehung zu deren Auswirkung auf die Luftströmung durch den Schlitz und zu
der Druckluftbelastung der Platten.
Leerseite
Claims (12)
1. Rotorblatt für ein Zirkulationssteuerungsflugzeug, gekennzeichnet
durch eine Coanda-Oberflache (16) längs einer
Blattkante, durch einen Kanal (14) innerhalb des Blattes (10) zur Aufnahme von Druckluft, durch eine Einrichtung
(18), die in Zusammenwirkung mit der Coanda-Oberflache (16)
einen Schlitz (20) längs der Blattkante begrenzt, durch den Druckluft aus dem Kanal (14) abgegeben werden kann, wobei
die mit der Coanda-Oberflache zusammenwirkende Einrichtung
(18) eine Doppelbiegeeinrichtung (60, 62) hat, welcher Einrichtungen (36, 38) zum Festlegen eines Mindestluftdruckes
zum öffnen des Schlitzes (20) und zum Begrenzen der maximalen Größe des Schlitzes (20) zugeordnet sind.
2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitz (20) längs der oberen Oberfläche des Blattes
(10) erstreckt.
3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Coanda-Oberfläche (16) zusammenwirkende
Einrichtung im wesentlichen eine rechteckige Platte (18) ist.
4. Rotorblatt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (18) an dem Blatt (10) längs einer Kante der
Platte befestigt ist und daß die entgegengesetzte Kante (58) die Größe des Schlitzes (20) steuert.
5. Rotorblatt für ein Zirkulationssteuerungsflugzeug, gekennzeichnet
durch einen aus einer Coanda-Oberflache (16)
bestehenden Randabschnitt längs eines Teils seiner Spannweite, durch einen Kanal (14), der innerhalb des Randabschnitts
angeordnet ist, zum Liefern von Druckluft, um diese nahe des oberen Endes der Coanda-Oberflache (16) zum
Umströmen der Außenseite der Coanda-Oberflache (16) abzugeben,
und durch eine flexible Plattenvorrichtung (18) zum Steuern der Druckluftabgabe, wobei die Platte (18) eine
erste Kante (22) hat, die mit der oberen äußeren Oberfläche des Randabschnitts starr verbunden ist, und eine zweite
Kante (58), welche mit einem oberen Teil der Coanda-Oberflache
(16) einen sich in Richtung der Spannweite erstrekkenden
Schlitz (20) begrenzt, durch den Druckluft abgegeben wird, wobei die Platte (18; 70, 82, 84) außerdem eine
erste Biegeeinrichtung (60) hat, welcher eine erste Einrichtung (36; 76) zum Festlegen einer Vorspannung an der
zweiten Plattenkante (58) zugeordnet ist, so daß der Schlitz (20) geschlossen ist, bis ein Mindestluftdruck in dem Kanal
(14) erreicht ist, und eine zweite Biegeeinrichtung (62), der eine zweite Einrichtung (38; 78) zugeordnet ist,
zum Begrenzen der Bewegung der zweiten Plattenkante (58) auf den Luftdruck in dem Kanal (14) hin, um eine maximale
Schlitzöffnung festzulegen.
6. Rotorblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Festlegen der Vorspannung eine Differenzgewindeeinstelleinrichtung
(36; 76) aufweist.
7. Rotorblatt nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbegrenzungseinrichtung eine Einstellschraube
(38; 78) aufweist.
8. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen zum Pestlegen der Vorspannung und zum Begrenzen der Bewegung Einstelleinrichtungen
(36, 38; 76, 78) sind, welche in sich in Richtung der Spannweite erstreckenden und gegenseitigen Abstand aufweisenden
Reihen längs des Rotorblattes (10) angeordnet sind;
9. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Festlegen der Vorspannung
eine Einstelleinrichtung (36; 76) aufweist, die in der Nähe des Mittelteils der flexiblen Plattenvorrich- tung
(18) zwischen der ersten und der zweiten Plattenkante (22, 58) angeordnet ist, und daß die Bewegungsbegrenzungseinrichtung
eine Einstelleinrichtung (38; 78) zwischen der ersten Einrichtung und der zweiten Kante (58) der
flexiblen Platte aufweist.
10. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere flexible Platten (18, 70, 82, 84)
längs seiner Spannweite, wobei jede Platte die Einrichtungen (36, 38; 76, 78) zum Einstellen der Vorspannung
und zum Begrenzen der Bewegung hat.
11. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Festlegen der
Vorspannung Differenzgewindeeinrichtungen (36; 76) aufweist, die dieselbe Richtung und unterschiedliche Stei-
gungen haben.
12. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet/ daß die erste Biegeeinrichtung
(60) einen Verbundplattenlängenbereich besonderer Dikke und besonderen Aufbaus aufweist, der die gewünschten
Biegeeigenschaften ergibt, und daß die zweite Biegeeinrichtung (62) einen Verbundplattenlängenbereich
anderer besonderer Dicke und anderen besonderen Aufbaus aufweist, der andere Biegeeigenschaften als die der
ersten Biegeeinrichtung ergibt.
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Ipc: B64C 27/24 |
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