DE3528219A1

DE3528219A1 - Flexibles taumelscheibenzentrierteil

Info

Publication number: DE3528219A1
Application number: DE19853528219
Authority: DE
Inventors: Donald L. Newton Conn. Ferris; Michael J. Orange Conn. Marchitto
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1984-08-23
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1986-03-06
Also published as: GB2163395B; GB8520686D0; IT1200718B; US4588355A; GB2163395A; IT8521975A0; JPS6160397A; FR2569387A1; FR2569387B1; JPH0829758B2

Description

Flexibles Taumelscheibenzentrierteil

Die Blatteinstellwinkelsteuerung bei einem Hubschrauberhauptrotor erfolgt typisch durch eine Taumelscheibe, die einen feststehenden und einen drehbaren Ring hat, zwischen denen ein Lager angeordnet ist. Der drehbare Ring ist mit Blattverstellhörnern an den Rotorblättern gekuppelt. Der feststehende Ring ist mit Stellantrieben gekuppelt, die auf Eingaben durch den Piloten oder eine Flugregelanlage ansprechen. Die kollektive Steuerung erfolgt durch Verschieben der Taumelscheibe in bezug auf die Rotorwelle nach oben und nach unten, und die zyklische Steuerung erfolgt durch Neigen der Taumelscheibe relativ zu der Rotorwelle. Zu diesem Zweck ist der feststehende Ring durch ein Kugelgelenk um die Rotorwelle zentriert, welches das Neigen gestattet, und durch ein Steigrohr, welches die Verschiebung gestattet, welche beide koaxial zu der Rotorwelle sind. Ein Scherengestänge ist an einem Ende an der Zelle und am anderen Ende an dem feststehenden Ring befestigt, um dessen Drehung zu verhin-

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zentrierung der Taumelscheibe ohne Kugelgelenk, Steigrohr und Scherengestänge zu erreichen, um dadurch Kosten, Gewicht und Komplexität sowie den Abstand zwischen dem Rotor und dem Getriebe zu verringern.

Gemäß der Erfindung ist der feststehende Taumelseheibenring durch ein flexibles Taumelscheibenzentrierteil um die Rotorwelle zentriert und befestigt. Das Zentrierteil ist wie ein Speichenrad durch seine Felge an dem feststehenden Ring der Taumelscheibe und durch seine Nabe an dem Getriebe befestigt. Flexible Speichen, die sich biegen und verdrehen, gestatten das Verschieben und Neigen der Taumelscheibe. Die Taumelscheibenverschiebung erfordert jedoch auch, daß sich die Speichen längen und in dem Verbindungspunkt mit der Taumelscheibe schrägstellen. Deshalb ist ein elastomeres Lager an den äußeren Enden der Speichen vorgesehen, welches ein Schubpolster, das das Längen gestattet, und ein zylinderisches Teil hat, das das Schrägstellen gestattet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer bekannten TaumelScheibensteuerung,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht, die das

flexible Taumelscheibenzentrierteil nach der Erfindung zeigt,

Fig. 3 in Draufsicht das Zentrierteil nach Fig. 2,

Fig. 3a in Draufsicht eine weitere Ausführungsform des flexiblen Taumelscheibenzentrierteils nach der Erfindung,

Fig. 4 in Draufsicht noch eine weitere Ausführungsform des flexiblen Taumelscheibenzentrierteils nach der Erfindung/

Fig. 5 ein Piktogramm, welches veranschaulicht, daß

sich die Speichen des flexiblen Taumelscheibenzentrierteils nach der Erfindung verlängern und schrägstellen müssen,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des elastomeren Lagers, welches den Speichen des flexiblen Taumelscheibenzentrierteils nach der Erfindung gestattet, sich zu verlängern und schrägzustellen,

Fig. 7 eine Endansicht einer anderen Ausführungsform des elastomeren Lagers der in Fig. 6 dargestellten Art und

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht, die noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Im Stand der Technik, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, hat eine Taumelscheibe 10 einen inneren Ring 12, der durch ein Scherengestänge 14 an einem Getriebe 13 stationär gehalten wird, und einen äußeren Ring 16, der durch ein Scherengestänge 18 mit einer Rotorwelle 17 gedreht wird. Der äußere Ring 16 ist an dem inneren Ring 12 drehbar gelagert. Der innere Ring 12 spricht über Gestänge und Stellantriebe 20 auf Eingaben des Piloten oder der automatischen Flugregel-

anlage an. Der äußere Ring 16 ist über Gestänge 22 mit einzelnen ßlattversteilhörnern verbunden, um die Rotorblätter entsprechend den Steuereingaben zu bewegen.

Ein starrer Arm 24 ist an seinem äußeren Endumfang an dem inneren Ring 12 und an seinem inneren Ende an einem Kugelgelenk 26 befestigt, das auf einem Steigrohr 28 frei verschiebbar ist, welches die Rotorwelle 17 umschließt. Das gestattet der Taumelscheibe 10, sich zur kollektiven und zyklischen Steuerung in bezug auf die Rotorwelle 17 nach oben und nach unten zu verschieben bzw. zu neigen, wobei sie um die Rotorwelle zentriert bleibt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Erfindung sind die stationären Scheren 14, das Kugelgelenk 26 und das Steigrohr 28 nicht erforderlich. Stattdessen hält ein flexibles Taumelscheibenzentrierteil 30 den inneren Ring 12 gegen Drehung fest, gestattet aber dessen Verschiebung und Neigung. Gemäß der Draufsicht in Fig. 3 hat das Zentrierteil 30 eine innere Nabe 32, die über Befestigungselemente 34 an dem Getriebe 13 befestigt ist. Von der Nabe 32 gehen radiale flache Speichen 36 aus, die entweder direkt oder über eine Zwischenfelge 38 an dem inneren Ring 12 befestigt sind.

Ein wesentliches Merkmale der Speichen 36 ist, daß sie senkrecht zu ihrer Ebene biegsam ausgebildet sind, was die Verschiebung der Taumelscheibe gestattet. Zu diesem Zweck ist es erwünscht, daß die Speichen 36 so lang wie möglich sind. Deshalb ist in Fig. 3a eine weitere Ausführungsform des Zentrierteils 30a gezeigt, bei welcher die Speichen 36a tangential zu der Nabe 32a und zu der Felge 38a hin spiralförmig sind, wodurch längere, flexiblere Speichen in demselben Raum möglich sind.

Wenn sich die Taumelscheibe neigt, sind die Speichen 36

(Fig. 2) Biege- und Verdrehmomenten ausgesetzt. Deshalb müssen sie auf ihrer Länge torsionsmäßig weich und ausserdem bezüglich der Biegung senkrecht zu ihrer Ebene flexibel sein. Anhand von Fig. 4 wird der Fall von vier Speichen 40-43 betrachtet. Wenn sich die Taumelscheibe um eine gedachte Achse 44 neigt, so daß die Speiche 40 in die Zeichenebene hinein und die Speiche 42 aus der Zeichenebene heraus gebogen wird, werden die auf der Achse 44 liegenden Speichen 41 und 43 verdreht statt gebogen. Das gilt für drei Speichen ebenso wie für vier Speichen, denn die Speichen werden bei der Taumelscheibenneigung verdreht und gebogen.

Das Piktogramm in Fig. 5 veranschaulicht die Auswirkung auf eine Speiche 46, wenn die Taumelscheibe aus einer neutralen Stellung heraus verschoben wird. Da das Nabenende der Speiche 46 relativ zu der Taumelscheibe fest ist, muß sich die Speiche biegen, wie es durch gestrichelte Linien gezeigt ist, um entweder eine positive oder eine negative Taumelscheibenverschiebung zuzulassen. Da die Taumelscheibe 10 während der Verschiebung zentriert bleibt und nicht einem gekrümmten Weg folgt, erfordert die Taumelscheibenverschiebung, daß sich die Speiche 46 sowohl verlängert als auch schrägstellt oder ihren Winkel mit Bezug auf die Taumelscheibe in dem Punkt ihrer Befestigung an derselben ändert. Diese Tendenzen sind im Stand der Technik (Fig. 1) nicht vorhanden, da das Steigrohr dem Arm 24 gestattet, der Taumelscheibenverschiebung zu folgen.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6 ist eine Lageranordnung 52 an dem äußeren Ende jeder Speiche 54, die den vorgenannten Speichen 36, 36a, 40-43 und 46 entspricht, vorgesehen, um das vorgenannte Verlängern und Schrägstellen zuzulassen, welches die Taumelscheibenverschiebung begleiten muß. Ein zylindrisches Lagerteil 56 ist an dem

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äußeren Ende der Speiche 54 quer angeordnet, um das Schrägstellen zuzulassen. Ein Schubpolsterteil 58 ist ebenfalls an dem Ende der Speiche 54 vorgesehen, um das Verlängern zuzulassen. Sowohl das zylindrische Lagerteil 56 als auch das Schubpolsterteil 58 sind elastomere Lager, die Schichten 60 aus Elastomer und Zwischenlagen 62 haben. Die Anzahl der elastomeren Schichten beschränkt s-ich nicht auf zwei, denn es könnten mehr als zwei Schichten oder sogar nur eine vorgesehen werden, wobei in letzterem Fall keine Zwischenlagen vorhanden wären.

Die innere Laufbahn des zylindrischen Lagerteils 56 ist als integrales Teil an der Speiche 54 angeformt. Das kann zweckmäßig durch Herstellen der Speiche aus Verbundmaterialien, wie beispielsweise KEVLAR^-'oder Graphit-Epoxy erfolgen, die außerdem bauliche Eigenschaften haben, welche der Speiche 54 das erforderliche weiche Verbiegen und Verdrehen gestatten. Die äußere Laufbahn des zylindrischen Lagerteils 56 weist zwei Distanzstücke 64 auf, die auf einer Seite, welche dem zylindrischen Lagerteil 56 zugewandt ist, konkav sind. Die andere Seite jedes Distanzstücks 64 ist eben und bildet ein Endstück für ein Schubpolsterteil 58. Das andere Endstück 66 jedes Schubpolsterteils 58 ist auf der dem Elastomer 60 zugewandten Seite ebenfalls eben und dient zur Befestigung mittels Flanschen 68 an der Felge 38 (Fig. 3).

Sowohl die Distanzstücke 64 als auch die Endstücke 66 sind zweckmäßig aus Verbundmaterialien hergestellt. Die Schubpolsterteile 58 könnten sich auch innerhalb des zylindrischen Lagerteils 56 statt außerhalb desselben, wie dargestellt, befinden. Weiter braucht sich das Schubpolsterteil 58 nicht an dem äußeren Ende der Speiche 54 zu befinden, sondern könnte irgendwo auf deren Länge angeordnet sein. Die zylindrischen Lagerteile 56 sind jedoch vorzugsweise am äußeren Ende der Speiche 54 angeordnet, wo das Neigen erfolgt,

und brauchen nicht elastomer zu sein, sondern könnten eine herkömmliche metallische Büchse sein.

Fig. 7 zeigt eine Endansicht einer weiteren Lageranordnung 52a. Eine Speiche 54a endet in einer sphärischen inneren Laufbahn für ein Lager 56a, das nicht nur das Neigen gestattet, sondern auch die Torsionsbeanspruchung der Speiche 54a, welche dem Neigen zugeordnet ist, beseitigt. Distanzstücke 64a bilden die äußeren Laufbahn des Lagers 56a und ein Endstück des Dämpfungslagers 62, das das Verlängern gestattet. Die Endstücke 66 sind die gleichen wie in Fig. 6, und die Speiche/Lager-Anordnung ist innerhalb der Felge 38 angeschraubt dargestellt.

Es ist bekannt, daß elastomere Lager mit Vorkompression gut arbeiten. Deshalb sind die Flansche 68 gezeigt, wobei die Schraubenlöcher 69 eines Flansches den Schraubenlöchern des anderen Flansches zugewandt sind, um die Möglichkeit des Druckvorbelastens der Lageranordnung 52 in Verbindung mit deren Befestigung an dem feststehenden Ring zu veranschaulichen.

Wie oben erwähnt, könnten die Speichen direkt an der Taumelscheibe über das Lager ohne die Felge befestigt sein. Ebenso könnten die Speichen an dem Getriebe oder irgendeinem anderen nichtdrehbaren (stationären) Zellenteil direkt an ihren äußeren Enden befestigt sein, wodurch die Nabe eliminiert würde. Wenn entweder die Nabe, die Felge oder beide vorgesehen sind, können diese aus Verbundmaterialien hergestellt und sogar einstückig mit den Speichen ausgebildet sein. Eine weitere Variation bestünde darin, ein flexibles Zentrierteil vorzusehen, das um die Taumelscheibe statt innerhalb derselben angeordnet ist und bei welchem der äußere Taumelscheibenring der stationäre Ring ist, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Auch in die-

sem Fall könnten die Speichen 70 mit oder ohne eine Felge und eine Nabe benutzt werden. Ein Lager, welches das Verlängern und Schrägstellen der Speichen gestattet/ wäre weiterhin erforderlich.

Die Steifigkeit in der Ebene sowie die Zug- und Drucksteif igkeit in Längsrichtung (statt die oben erläuterte Torsionssteifigkeit in Längsrichtung) müssen kontrolliert werden, um das Zentrieren zu gewährleisten, sind aber für die Erfindung nicht besonders relevant. In jedem Fall wird die Fähigkeit des Zentrierteils, den stationären Ring der Taumelscheibe am Drehen zu hindern, durch die Lageranordnung 52, 52a nicht beeinträchtigt.

Claims

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A. Patentansprüche :

1. Flexibles Taumelscheibenzentrierteil zum Zentrieren einer Hubschraubertaumelscheibe um eine Rotorwelle und zum Hindern der Taumelscheibe am Drehen relativ zu der Zelle und zum gleichzeitigen Gestatten, daß sich die Taumelscheibe relativ zu der Rotorwelle verschiebt und neigt, gekennzeichnet durch:

flexible Speichen (36, 36a, 40-43, 46, 54, 54a, 70), die an einem Ende an einem mit der Zelle verbundenen feststehenden Teil (13) des Hubschraubers befestigt sind, und ein Lager (52), das am anderen Ende jeder Speiche angeordnet ist, zum Befestigen der Speiche an der Taumelscheibe (10) derart, daß sich die Speiche relativ zu der Taumelscheibe bei der Taumelscheibenverschiebung verlängern und schrägstellen kann.

2. Flexibles Taumelscheibenzentrierteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (52) aufweist: ein Schubpolsterteil (58), welches das Verlängern der Speiche (54) bei der TaumelScheibenverschiebung gestattet, und

ein zylindrisches Teil (56), welches das Schrägstellen der Speiche (54) relativ zu der Taumelscheibe (1Π) . der Taumelscheibenverschiebung gestattet.

3. Flexibles Taumelscheibenzentrierteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (52) aufweist: ein elastomeres Schubpolsterteil (58), welches die Speichenverlängerung bei der Taumelscheibenverschiebung gestattet, und

ein elastomeres sphärisches Teil (56a), welches die Speichenschrägstellung relativ zu der Taumelscheibe (10) bei der Taumelscheibenverschiebung und das Beseitigen der Speichenverdrehung bei der Taumelscheibenneigung gestattet.

4. Flexibles Taumelscheibenzentrierteil zum Zentrieren des feststehenden Ringes einer Hubschraubertaumelscheibe um eine Rotorwelle und zum Hindern der Taumelscheibe am Drehen relativ zu der Zelle sowie zum gleichzeitigen Gestatten, daß sich die Taumelscheibe relativ zu der Rotorwelle verschiebt und neigt, gekennzeichnet durch:

eine Nabe (32, 32a), die an einem mit der Zelle verbundenen feststehenden Teil (13) befestigt ist, eine Felge (38), die an dem feststehenden Ring (12) befestigt ist,

flexible Speichen (36, 36a, 40-43, 46, 54, 54a, 70), die an einem Ende an der Nabe (32, 32a) und am anderen Ende an der Felge (38) befestigt sind,

ein elastomeres Schubpolster (58), das auf der Länge der Speiche eingefügt ist, um die Speichenverlängerung bei der Taumelscheibenverschiebung zu gestatten, und ein zylindrisches Lager (56), das an dem anderen Ende jeder Speiche angeordnet ist, zum Befestigen der Speiche an dem feststehenden Ring derart, daß es die Speichenschrägstellung relativ zu der Taumelscheibe (10) bei der Taumelscheibenverschiebung gestattet.