DE3738785A1 - Gegenlaeufig rotierende flugzeug-antriebsschaufeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Flugzeug-Antriebssysteme und insbesondere auf ein Flugzeug-Antriebssystem mit gegenläufig rotierenden, stark gekrümmten, eine große Sehne aufweisenden und sehr dünnen Antriebs- bzw. Propulsorschaufeln, die hauptsächlich aus Verbundmaterialien aufgebaut sind.

Ein Flugzeugpropeller weist normalerweise zwei oder mehr Schaufeln auf, die mit einer zentralen Nabe verbunden sind, die durch eine Kraftmaschine des Flugzeugs angetrieben wird. Der Propeller zieht das Flugzeug durch die Luft, indem Schub erzeugt wird, der durch die Wirkung der rotierenden Schaufeln auf die Luft erhalten wird. Der Propeller wird im allgemeinen anhand der Vorderkante (der ersten Kante, die sich in die Luft schneidet), der Hinterkante (der letzten Kante, die mit der Luft in Berührung ist), der Frontseite oder -fläche und der Rück- oder Kammerseite beschrieben.

Das Propellersystem gemäß der Erfindung bezieht sich auf ein gegenläufig rotierendes Propellersystem mit einem vorderen Propeller, der fünf bis fünfzehn Schaufeln aufweist, und mit einem gegenläufig rotierenden, hinteren Propeller, der fünf bis fünfzehn Schaufeln aufweist.

Bekannte Propellerschaufel-Konstruktionen sind für einen Flug mit kleiner Geschwindigkeit angemessen. Es entstehen jedoch zahlreiche strukturelle Probleme, die durch eine verminderte Leistungsfähigkeit (performance) hervorgerufen werden, wenn diese Schaufeln bei großen (nahe Schallgeschwindigkeit) Drehgeschwindigkeiten verwendet werden. Die strukturellen Probleme für eine Schaufel, die bei einer sehr hohen Drehzahl bzw. Geschwindigkeit arbeitet, resultieren aus den Zentrifugal- und Luftturbulenzkräften und den Beanspruchungen, die auf die Schaufel ausgeübt werden. Eine Kraft, die auf eine Schaufel im Flug wirkt, ist eine Schubkraft, die durch Luft hervorgerufen wird, die gegen die Schaufel parallel zu der Vorschubrichtung reagiert. Diese Schubkraft erzeugt eine Biegespannung oder ein Drehmoment in der Schaufel. Eine andere Kraft ist die Zentrifugalkraft, die durch die Rotation des Propellers hervorgerufen wird, die die Tendenz hat, die Schaufel von der Rotationsachse radial nach außen zu schleudern. Die Zentrifugalkraft erzeugt Zugspannungen in der Schaufel. Eine weitere Kraft, die auf die Schaufeln wirkt, ist eine Torsionskraft, die durch die Luftströmung entlang den Rändern bzw. Kanten der Schaufel wirkt und eine verdrehende Kraft auf die Schaufel erzeugt. Diese Torsionskraft erzeugt eine Torsionsspannung in der Schaufel. Somit sind die Hauptkräfte, die auf eine mit hohen Drehzahlen rotierenden Schaufel einwirken, Biegespannungen, Zugspannungen und Torsionsspannungen.

Die Biegespannungen biegen die Schaufel nach vorne, wenn das Flugzeug durch den Propeller durch die Luft bewegt wird. Die Zugspannungen dehnen die Schaufel. Torsionsspannungen verdrehen die Schaufel. Zusätzlich werden Torsionsspannungen in rotierenden Schaufeln durch zwei Verdrehungsmomente erzeugt, d. h. durch das aerodynamische Verdrehungsmoment und das zentrifugale Verdrehungsmoment. Die Luftreaktion auf die Schaufel bewirkt das aerodynamische Verdrehungsmoment, und die Zentrifugalkraft bewirkt das zentrifugale Verdrehungsmoment. Während eines üblichen Propellerbetriebes haben die Torsionskräfte die Tendenz, die Schaufel in einen kleineren Schaufelwinkel zu verdrehen, was einen schlechteren Wirkungsgrad der Schaufel zur Folge hat. Zusätzlich ruft eine Luftturbulenz, die durch einen vorderen Propeller bzw. Propulsor in einem gegenläufig rotierenden Propellersystem erzeugt wird, zusätzlich Kräfte und Beanspruchungen auf den hinteren Propulsor hervor. Zusätzlich zu den Erfordernissen für einen normalen Betrieb muß die Schaufel in der Lage sein, einen Aufprall mit Fremdgegenständen, wie beispielsweise Vögeln und Steinschlag, zu widerstehen.

Hochgeschwindigkeits-Propeller bzw. -Propulsoren müssen in der Lage sein, zusätzlichen Beanspruchungen bei sehr hohen Spitzengeschwindigkeiten des Propulsors zu widerstehen. Dann bewegt sich die Spitze einer Propellerschaufel mit einer Geschwindigkeit, die der Schallgeschwindigkeit (d. h. Mach 1,0) nahekommt, und Flatter- oder Vibrationsbewegungen bewirken, daß sich noch weitere Beanspruchungen entwickeln. Wenn nur ein Abschnitt der Schaufel die Schallgeschwindigkeit überschreitet, kann eine Schockwelle erzeugt werden, wodurch die Leistungsfähigkeit der Schaufel in drastischer Weise herabgesenkt wird.

Ein Verfahren, um das Schockwellenproblem zu überwinden, besteht darin, die Vorder- und Hinterkanten der Schaufeln zu krümmen, so daß der resultierende Luftströmungsvektor selbst bei hohen Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten kleiner als Mach 1,0 ist. Die Krümmung (Sweeping) der Schaufel gibt eine Biegung der Schaufel in axialer Richtung in bezug auf die Bewegungsrichtung des Flugzeuges an, so daß die Vorderkante hinter einem radial inneren Abschnitt der Vorderkante zurückbleibt und so daß die Hinterkante hinter einem radial inneren Abschnitt der Hinterkante zurückbleibt. Beispielsweise beschreibt die US-PS 39 89 406 eine gekrümmte Schaufel zum Senken der Schock- bzw. Stoßwelle von der Vorderkante bei transonischen und supersonischen Rotorschaufeln in Turbofan-Triebwerken durch Krümmen der Vorderkante. Im Prinzip ist für eine bestimmte Schaufel der Luftgeschwindigkeitsvektor die Summe des senkrecht zueinander stehenden Luftgeschwindigkeitsvektors und des tangentialen Vektors. Der tangentiale Vektor wird für die meisten Zwecke vernachlässigt. Deshalb senkt die Schaufelkrümmung den resultierenden Luftgeschwindigkeitsvektor unter die supersonische Geschwindigkeit.

Eine strukturelle Lösung für das Schaufelbeanspruchungsproblem bestand in der Entwicklung von faserverstärkten, harzgebundenen strukturellen Verbundmaterialien. Diese Materialien haben eine neue Design-Flexibilität für Propeller kreiert. Es gibt drei Hauptvorteile für die Anwendung von faserverstärkten Verbundstoffen. Erstens können komplexe Schaufelkonfigurationen geformt werden. Zweitens erlauben Verbundmaterialien Gewichtseinsparungen. Drittens können die dynamischen Frequenzen und das strukturelle Ansprechverhalten des Schaufelelements an ihre Betriebsparameter angepaßt werden. Durch die Erfindung sollen die Probleme und Nachteile beim Stand der Technik vermieden werden, indem eine gekrümmte Propellerschaufel aus Verbundmaterialien aufgebaut wird, die die Festigkeit und die Schaufelkonfiguration haben, um eine effiziente Schaufel für ein gegenläufig rotierendes Propellersystem zu schaffen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, gegenläufig rotierendes Flugzeug-Propellersystem zu schaffen, das stark gekrümmte, eine große Sehne aufweisende, dünne Schaufeln für einen Betrieb bei transonischen und supersonischen Geschwindigkeiten aufweist. Ferner soll eine effiziente Propellerschaufel geschaffen werden, die aus faserverstärkten Verbundmaterialien aufgebaut ist. Insbesondere soll dabei eine gegenläufig rotierende Flugzeug-Propellerschaufel geschaffen werden, die die Kräfte und Beanspruchungen aushält, denen Schaufeln bei hohen Geschwindigkeiten ausgesetzt sind. Dabei soll durch diese Propellerschaufel auch die Effizienz eines gegenläufig-rotierenden Propellersystems verbessert werden. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Schaufel zu schaffen, die radial und in Sehnenrichtung symmetrisch bzw. ausgewuchtet ist, um eine im Gleichgewichtszustand befindliche Schaufel zu erhalten.

Im allgemeinen weist das Flugzeug-Antriebssystem mehrere (mehr als vier Schaufeln) stark belastete, verstellbare Propeller bzw. Propulsoren mit gekrümmten Schaufeln auf, die einen relativ dünnen Flügelabschnitt besitzen. Die Schaufeln haben eine große axiale Krümmung für hohe supersonische Fluggeschwindigkeiten. Das Propulsorsystem enthält einen (vorderen) Propeller bzw. Propulsor der ersten Stufe und einen koaxialen, gegenläufig rotierenden (hinteren) Propeller bzw. Propulsor der zweiten Stufe.

Eine typische Schaufel des Antriebssystems enthält einen stromlinienförmigen Abschnitt mit einem Spitzenende, ein Fußende, eine erste und eine zweite Oberfläche dazwischen, die in eine konvexe Vorderkante und eine konkave Hinterkante übergehen. Die erste Oberfläche ist im wesentlichen konvex und die zweite Oberfläche ist im wesentlichen konkav. Die erste Oberfläche ist aus einem ersten Schaufelmantel und die zweite Oberfläche ist aus einem zweiten Schaufelmantel gebildet. Jeder Mantel ist aus mehreren im Winkel geschichteten Verbundlaminaten gebildet, die miteinander verbunden sind. Jeder Mantel wird dadurch ausgebildet, daß jede Verbundlaminatschicht zu einem Muster geformt wird, das einen Bereich konstanter Dicke für den Querschnitt der Schaufel für jede Oberfläche darstellt. Ein metallischer Schaufelholm, der zwischen dem ersten und zweiten Mantel angeordnet ist, wird mit den Mänteln verbunden, um die Mantelflächen mit dem Fußende zu verbinden und für die Steifigkeit der Schaufel zu sorgen. Mit Schaum gefüllte Schaufelhohlräume werden zwischen den ersten und zweiten Mänteln angeordnet, um das Schaufelgewicht zu verkleinern. Mit der Vorderkante wird eine Umhüllung aus einer Metallplatte verbunden, um Erosion zu verhindern und für Blitzschutz zu sorgen.

Der metallische Schaufelholm weist ein Spitzenende, eine Vorderkante, eine Hinterkante, einen Schwalbenschwanz, eine vordere eingeschnittene Kammer, mehrere Kammern innerhalb des Schaufelholms und lageverstellbare Gegengewichte in dem Schaufelholm vor und hinter dem Schwalbenschwanz auf. Die Gegengewichte sorgen für eine statische Auswuchtung der Schaufel in einer radialen Richtung und in Sehnenrichtung. Die Hohlräume und Einschnitte verkleinern das Gewicht der Schaufel. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Taschenkammer mit einer Deckplatte überdeckt, um eine Blindkammer zu bilden. Die Deckplatte und Einschnitte sorgen für Schaufelfestigkeit und eine gesonderte Klebefläche für die im Winkel geschichteten Verbundlaminate. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind mehrere Holmkammern innerhalb der Schaufel ausgebildet.

An der Vorderkante ist eine Ummantelung aus einer Nickelplatte zum Schutz der Kante befestigt. Auf die äußere Oberfläche der Schaufel ist zum Schutz ein plastischer Polyurethanfilm aufgebracht.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 stellt ein gegenläufig rotierendes Propulsorsystem gemäß der Erfindung dar.

Fig. 2 zeigt die Struktur einer vorderen Schaufel.

Fig. 3 und 4 stellen zusammen Querschnitte einer vorderen Schaufel in Intervallen A-N dar.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Schaufel und beschreibt die Schaufel-Geometrie einer typischen Schaufel.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Schaufel und zeigt die Schaufel-Geometrie an einem mittleren Abschnitt einer typischen Schaufel.

Fig. 7 stellt die Schaufel-Geometrie des Fußabschnittes einer typischen Schaufel dar.

Fig. 8 ist eine Ansicht entlang der radialen Achse einer typischen Schaufel.

Fig. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie S-S einer vorderen Schaufel.

Fig. 11 zeigt das Spitzenende einer typischen Schaufel.

Fig. 12 ist der Fußabschnitt von einer typischen Schaufel und stellt die vorderen und hinteren Auswuchtgewichte dar.

Fig. 10 zeigt einen Erdungsdraht aus der Vorderkante des Schaufelholms.

Fig. 13 zeigt die Struktur einer hinteren Schaufel.

Fig. 14 zeigt die Struktur eines vorderen Schaufelholms.

Fig. 15 zeigt die Querschnitte für einen vorderen Schaufelholm.

Fig. 16 ist ein Diagramm des Schaufelholms und stellt die Blindkammer dar.

Fig. 17 zeigt die Struktur eines hinteren Schaufelholms.

Fig. 18A-B stellen Querschnitte für einen hinteren Schaufelholm dar.

Fig. 19 zeigt die Blindkammer für einen hinteren Schaufelholm.

Fig. 20 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Schaufelholms mit unterschiedlichen Hohlräumen bzw. Kammern.

Fig. 21 stellt die radiale Achse zum Auswuchten einer Schaufel dar.

Fig. 1 zeigt ein gegenläufig rotierendes Propulsorsystem gemäß der Erfindung. Im allgemeinen rotiert ein erster Propeller bzw. Propulsor 100 mit einer vorderen Schaufel 106 in der einen Richtung 102, während ein koaxialer hinterer Propeller bzw. Propulsor 104 mit einer hinteren Schaufel 108 in einer entgegengesetzten Richtung 105 rotiert. Alle Schaufeln auf dem vorderen Propulsor 100 sind gleich und alle Schaufeln des hinteren Propulsors 104 sind gleich, aber die vorderen und hinteren Schaufeln unterscheiden sich voneinander in den Abmessungen.

Die Struktur einer typischen vorderen Schaufel 106 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Stapelachse 301 ist als eine Referenzachse benutzt. Fig. 3 und 4 zeigen Querschnitte der Schaufel an verschiedenen Stellen. Beispielsweise ist der Schnitt F in Fig. 4 entlang der Linie F-F in Fig. 2 gelegt. Jeder Schnitt ist durch verschiedene Parameter definiert, die in den folgenden Tabellen 1 und 2 aufgelistet sind. Die Tabelle 1 bezieht sich auf eine typische vordere Schaufel 106, während Tabelle 2 sich auf eine typische hintere Schaufel 108 in Fig. 13 bezieht. Die Buchstaben für die Schnitte in der ersten Spalte entsprechen den in den Fig. 2-4 gezeigten Schnittbuchstaben.

Tabelle 1

Tabelle 2

Die Parameter der oberen Reihe in den Tabellen 1 und 2 beziehen sich auf die Stromlinien-Geometrie der Schaufeln. Die Schnitthöhe ist der Abstand von einem Schnitt zu einem vorbestimmten Punkt, beispielsweise der Schnitt A-A der Schaufel. Die Verdrehwinkel sind die Verdrehung (Verwindung, Torsion) in der Schaufel an jedem Schnitt. Die Dicke ist die Dicke der Schaufel. Die Parameter, wie beispielsweise die Sehne, in der oberen Reihe in den Tabellen 1 und 2 sind in Fig. 5 definiert, die ein verallgemeinerter Querschnitt ist, der auf alle Schnitte A-A bis N-N anwendbar ist. Die Tabelle 1 und 2 sind in Verbindung mit den Fig. 5 bis 8 aus sich heraus verständlich und beschreiben die Stromlinien-Geometrie der Schaufeln 106 und 108. Fig. 6 stellt die Lage des Schnittes J-J in bezug auf die Stapelachse dar. Fig. 7 zeigt die Lage des Schnittes B-B in bezug auf die Stapelachse. Fig. 8 ist eine Ansicht, wenn man von dem Spitzenende zum Fuß entlang der Stapelachse blickt.

In Fig. 2 ist eine Schaufel, wie beispielsweise eine Schaufel 106 des vorderen Propulsors bzw. Propellers, gezeigt. Die Schaufel hat einen stromlinienförmigen Abschnitt 310 mit einem Spitzenende 312 und einem Fußabschnitt 302. Der stromlinienförmige Abschnitt 310 weist eine vordere Oberfläche 309 und eine hintere Oberfläche 307 zwischen dem Spitzenende 312 und dem Fußabschnitt 302 auf und ist aus mehreren im Winkel geschichteten Verbundlaminaten aus durchgehenden Fibern bzw. Fasern aufgebaut, die in einem Matrixmaterial eingebettet sind. Die durchgehenden Fasern des Verbundlaminats erstrecken sich über den gesamten stromlinienförmigen Abschnitt. Die vordere Oberfläche 309 und die hintere Oberfläche 307 schneiden sich in einer konvex geformten Vorderkante und einer konkav geformten Hinterkante, die eine gekrümmte hintere Schaufelkonfiguration bildet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die vordere Oberfläche 309 und die hintere Oberfläche sind im wesentlichen konvex. Die Oberflächen bilden einen zusammengesetzten Mantel, in dem ein metallischer Schaufelholm 300 zwischen der vorderen Mantelfläche 309 und der hinteren Mantelfläche 307 angeordnet und mit den Mänteln verbunden ist, um die Mantelflächen mit dem Fußabschnitt 302 zu verbinden.

Für zusätzliche Festigkeit ist ein Kleber, wie beispielsweise GE-SPEC-A50TF218, zwischen dem Holm 300 und dem Inneren des Mantels 307 und 309 aufgebracht.

Zusätzlich sind mehrere Holmbefestigungsglieder 504 zum Festklemmen der Mäntel an dem Schaufelholm 300 durch den Holm 300, die Oberfläche 309 und die Oberfläche 307 eingesetzt. Die Holmbefestigungsglieder 504 drücken die Mäntel gegen den Schaufelholm für eine Halterung gegen die zentrifugale Belastung der Schaufel, wenn die Schaufel rotiert. Vorzugsweise sind die Holmbefestigungsglieder aus einem Verbundmaterial aus S-Glas und Epoxidharz hergestellt. Weiterhin sind mehrere vordere Befestigungsglieder 502 und hintere Befestigungsglieder 500 durch die Oberflächen 309 und 307 eingesetzt, um die Mäntel gegen die Ränder des Holms 300 zu drücken. Die vorderen und hinteren Befestigungsglieder hemmen eine Biegung der Schaufel 300 um eine radiale Achse 301 und die Achse NND (eine Sehnenachse in Fig. 2). Vorzugsweise ist eine vorderes oder hinteres Befestigungsglied eine versenkte Mutter und Bolzen, die aus einer hochfesten Legierung, beispielsweise Inconel, oder Stahl hergestellt sind. Die Oberflächen der Befestigungsglieder schließen bündig mit den Oberflächen 309 und 307 ab, um einen minimalen Strömungswiderstand zu wahren. Die vorderen, hinteren und Holmbefestigungsglieder trennen die Haltekräfte, wobei die vorderen und hinteren Befestigungsglieder die Schaufelbiegung hemmen und die Holmbefestigungsglieder für ein Festhalten gegen die zentrifugale Belastung sorgen.

Die Fasern bzw. Fibern des Verbundmantels sind unidirektional und Seite an Seite parallel in einem duktilen Matrixmaterial geringer Festigkeit und einem kleinen Elastizitätsmodul eingeschlossen, das eine Last von Faser zu Faser durch Scherung überträgt und die Wirkung des Versagens einer einzelnen Faser lokalisiert, indem die Last nahe den Enden der beschädigten Faser auf benachbarte Fasern verteilt wird. Typische Fasern sind aus Graphit-, Bor- oder S-Glasmaterial aufgebaut. Die Fasern, die in praktischen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet wurden, sind ein Verbundstoff aus 80% Graphit und 20% S-Glas. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Verbundmaterial auch andere Prozentsätze von Fasermaterial und unterschiedliche Fasermaterialien enthalten kann. Die Erfindung ist also nicht auf einem bestimmte Zusammensetzung des Fasermaterials oder des Matrixmaterials gerichtet. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Matrixmaterial Epoxidharz. Das Laminat ist geschichtet, wobei die Fasern jeder Schicht in einem abwechselnden Muster von -80°, -35°, 10°, -35° von der radialen Achse 301 ausgerichtet sind. Zwei aufeinanderfolgende Schichten können in dem gleichen Winkel geschichtet sein, aber wenn ein Winkel geändert wird, geschieht das in der vorgenannten Reihenfolge. Dieser Aufbau erzeugt eine aeroelastisch stabile Schaufel mit gut abgestimmten Schwingungsmoden.

Die Verbundlaminate sind aus festen, steifen, parallelen Fasern bzw. Fibern aufgebaut, die in einem duktilen Matrixmaterial mit geringer Festigkeit und kleinem Elastizitätsmodul gemeinsam umhüllt sind.

Die Fasern bzw. Fibern haben vorzugsweise einen Elastizitätsmodul von wenigstens 2 × 10⁶ kg/cm² (30 × 10⁶ psi).

Das Matrixmaterial ist aus einem wärmehärtbaren synthetischen Kunstharz aufgebaut.

Die im Winkel geschichteten Verbundlaminate sind derart geschichtet, daß die parallelen Fasern bzw. Fibern in abwechselnden Richtungen verlaufen.

Das Verbundlaminat weist einen Elastizitätsmodul von wenigstens 1 × 10⁶ kg/cm² (14 × 10⁶ psi) auf.

Es muß jedoch nicht notwendigerweise das vorstehend beschriebene Fasermuster verwendet werden. Vielmehr können zahlreiche Fasermuster verwendet werden, um den Aufbau des Laminates herbeizuführen.

Jede Schaufel enthält einen zentralen Schaufelholm 300, der aus einer hochfesten Legierung mit kleinem Gewicht aufgebaut ist, wie beispielsweise Titan oder Aluminium. Ein Schaufelholm 300 enthält einen Spitzenbereich 330, eine Vorderkante 332, eine Hinterkante 334, eine vordere unterschnittene Kammer 304, eine hintere unterschnittene Kammer 306 und einen Schwalbenschwanz 314. Der Holm 300, der zwischen den durch die Oberflächen 309 und 307 gebildeten Mänteln angeordnet ist, ist mit den Mänteln verbunden zum Versteifen und für eine Lastübertragung von dem stromlinienförmigen Abschnitt 310 auf den Schwalbenschwanz 314. Der Holm 300 hat einen Schwalbenschwanzabschnitt 302, der den Holm in einer rotierenden Nabe (nicht gezeigt) verriegelt. Die Einzelheiten des Schwalbenschwanzaufbaues sind allgemein bekannt und werden deshalb hier nicht mehr erläutert.

Eine Funktion des Holms 300 besteht darin, für eine Verbindung zwischen dem Rest der Schaufel und der rotierenden Nabe zu sorgen. Der Holm weist hohle unterschnittene Kammern auf, wie es durch die gestrichelten Linien 304 und 306 dargestellt ist, die maschinell in den Holm eingearbeitet sind. Das Innenmaterial ist beseitigt, um die Kammern bzw. Hohlräume auszubilden, während der äußere Oberflächenbereich des Holms 300 stehen gelassen ist für eine Anhaftung an dem Verbundmaterial. Für ein besseres Verständnis der Konfiguration und der funktionalen Kooperation der Komponenten, wie sie vorstehend kurz beschrieben sind, wird auf die Fig. 14 bis 19 verwiesen, in denen der Schaufelholm im Detail dargestellt ist.

Eine Vorderkantenkammer 318, die in Fig. 2 in gestrichelten Linien dargestellt ist, ist zwischen den Mänteln angeordnet, die durch die Oberfläche 309 und die Oberfläche 307 an der Vorderkante des Schaufelholms 300 gebildet sind. Die Kammer 318 ist mit einem Schaum geringer Dichte gefüllt, um die stromlinienförmige Form beizubehalten und zu verhindern, daß Wasser in die Kammer eintritt. Eine Hinterkantenkammer 320, die in Fig. 2 in gestrichelten Linien an der Hinterkante des Schaufelholms 300 angedeutet und zwischen den Oberflächen 307 und 309 angeordnet ist, ist mit einem Schaum geringer Dichte gefüllt, um die Form des stromlinienförmigen Abschnittes beizuhalten und zu verhindern, daß Wasser in die Kammer eintritt. Die Kammern 318 und 320 sind zwischen den Oberflächen 309 und 307 gebildet, um eine Verkleinerung des Gewichtes der Schaufel 106 zu erreichen. Zusätzlich sorgt der eine geringe Dichte aufweisende Schaum für eine Anpassung der Lastübertragung von dem stromlinienförmigen Abschnitt 310 auf den Schaufelholm 300.

Die Vorderkante 322 der Schaufel ist mit einem Nickelplattenmantel 324 überdeckt, um eine Erosion zu vermeiden und für einen Blitzschutz zu sorgen. Die ausgezogene Linie 326 entspricht der Hinterkante des Schutzmantels 324 auf der Oberfläche 309, während die gestrichelte Linie 327 der Hinterkante des Schutzmantels 324 auf der Oberfläche 307 entspricht. Der Schutzmantel 324 ist auf der vorderen Oberfläche 309 breiter als auf der hinteren Oberfläche 307, wie es durch die Linie 326 und die gestrichelte Linie 327 entlang der Vorderkante 322 gezeigt ist.

Die Verlängerung des Vorderkantenschutzes auf der Oberfläche 309 sorgt für einen größeren Schutz für die Oberfläche 309, da die vordere Oberfläche 309 sich in die Luft schneidet, während die hintere Oberfläche 307 während des normalen Betriebes nicht direkt auf die Luft aufprallt.

Im allgemeinen ist die Schaufel 106 nach hinten gekrümmt, um den an der Spitze 302 erzeugten Lärm zu verkleinern und um die aerodynamischen Verluste aufgrund von Wirkungen der Kompressierbarkeit zu senken. Die Stromlinienform ist zugeschnitten für einen maximalen Wirkungsgrad bei Reiseflug von 0,72 Mach in 10 000 m Höhe. Zwar wird die Erfindung im folgenden insbesondere in bezug auf diese Stromlinienform beschrieben, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Stromlinienform gemäß der Erfindung zugeschnitten werden kann für einen maximalen Wirkungsgrad bei anderen Reiseflugzuständen des Flugzeugs. Beispielsweise kann die Krümmung der Schaufel geändert werden für einen maximalen Wirkungsgrad bei einer anderen Reisefluggeschwindigkeit.

In Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht der Schaufel 106 entlang des Schnittes S-S gemäß Fig. 2 gezeigt. Die im Winkel geschichteten Verbundlaminatflächen 309 und 307 sind als die diagonale Fläche 332 gezeigt. Die Vorderkantenkammer 318 ist neben dem Schaufelholm 300 angeordnet und verjüngt sich in Richtung auf die Vorderkante. Die Hinterkantenkammer 320 ist neben der Hinterkante des Schaufelholms 300 gezeigt und verjüngt sich leicht in Richtung auf die Hinterkante der Schaufel 106. Der Nickelplattenmantel 324 ist mit der Vorderkante 322 der Schaufel 106 verbunden. Ein Epoxidmatrixmaterial 330 befestigt den Vorderkantenmantel 324 sicher an der Vorderkante 322 der Schaufel 106.

In Fig. 11 ist ein Schnitt Y-Y gemäß Fig. 2 gezeigt. Das im Winkel geschichtete Verbundlaminat 332 ist an dem Spitzenende der Schaufel 106 durch den Nickelplattenschutz 324 an der Vorderkante befestigt. Der Rand 326 liegt an dem Rand 327 des Vorderkantenschutzes 324 auf Spitze 312 der Schaufel an, um die Spitze zu schützen.

In Fig. 12 ist der Fußabschnitt 302 der Schaufel 106 gezeigt. Der Fußabschnitt 302 weist einen Schwalbenschwanz 314 auf zum Befestigen der Schaufel an einer rotierenden Nabe. Im allgemeinen enthalten die unterschnittenen Kammern 304 und 306 des Holms Gewichtsteile in Nuten 345 bzw. 343 zum statischen Auswuchten der Schaufel um eine radiale und in Sehnenrichtung verlaufende Bewegungsachse. In der Hohlkammer 304 ist ein vorderes Auswuchtgewicht 340 in der Nut 345 angeordnet. Ein Auswuchtgewicht enthält ein Gewichtsteil mit einer Bewegungskomponente in einer radialen Richtung entlang der Stapelachse 301 und einer Bewegungskomponente in einer Sehnenrichtung der Schaufel 106. Das Teil kann mit einem Gewinde versehen sein, um für eine Bewegung zu sorgen. Ein hinteres Auswuchtgewicht 342 in der Nut 345 hat eine Bewegungskomponente in einer radialen Richtung entlang der Stapelachse 301 und eine Bewegungskomponente in Sehnenrichtung der Schaufel 106. Das vordere Auswuchtgewicht 340 ist innerhalb der vorderen unterschnittenen Kammer 304 des Schaufelholms 300 angeordnet. Das hintere Auswuchtgewicht 342 ist in der hinteren unterschnittenen Kammer 306 des Schaufelholms 300 angeordnet. Zusätzliche Gewichte 344 können in jeder Nut hinzugefügt werden für ein zusätzliches Gewicht zu den unterschnittenen Abschnitten 304 oder 306, um ein Auswuchten der Schaufel herbeizuführen.

Fig. 10 zeigt eine Ansicht entlang der Achse AC-AC in Fig. 2. Fig. 10 zeigt einen Draht 350, der elektrisch mit dem Vorderkantenschutz 324 und dem Schaufelholm 300 verbunden ist. Der Draht ist elektrisch mit dem Schaufelholm 300 in der vorderen unterschnittenen Kammer 304 verbunden. Der Draht 350 erdet im wesentlichen den Vorderkantenschutz 324 mit dem Schaufelholm 300. Der Schaufelholm 300 ist mit dem Flugzeugrahmen geerdet über das Propulsorsystem des Flugzeugs. Der Draht gestattet, daß Elektrizität zum Rahmen des Flugzeugs fließt, um den Aufbau einer elektrischen Ladung auf der Ummantelung 324 zu verhindern. Zusätzlich zeigt Fig. 10, daß der untere Rand des vorderen Ausgleichgewichts 340 in die vordere unterschnittene Kammer 304 an der Vorderkante des Schaufelholms 300 eingesetzt ist.

In Fig. 13 ist eine Schaufel, wie beispielsweise eine Schaufel 108 des hinteren Propellers bzw. Propulsors, gezeigt. Im allgemeinen ist die hintere Schaufel 108 ähnlich wie die vordere Schaufel 106 und weist einen Luftströmungsabschnitt 410 mit einem Spitzendende 412 und einem Fußabschnitt 402 auf. Der Luftströmungsabschnitt 410 enthält eine vordere Oberfläche 409 und eine hintere Oberfläche 407, die aus mehreren im Winkel geschichteten Verbundlaminaten aus durchgehenden Fibern bzw. Fasern aufgebaut sind, die in ein Matrixmaterial eingebettet sind. Die durchgehenden Fasern des Verbundlaminates erstrecken sich über den gesamten Flügel. Die hintere Schaufel 108 ist wie die vordere Schaufel 106 aufgebaut, und deshalb wird deren Schaufelbau nicht noch einmal wiederholt.

Die Unterschiede zwischen der hinteren Schaufel 108 und der vorderen Schaufel 106 beziehen sich auf die Abmessung und die Form der Vorderkantenkammer 418, der Hinterkantenkammer 420 und des Vorderkantenschutzes 424. Der Vorderkantenkammer 418, die in Fig. 13 in gestrichelten Linien dargestellt ist, ist zwischen den Außenhüllen, die durch die Oberflächen 407 und 409 gebildet sind, und neben der Vorderkante des Schaufelholms 400 angeordnet. Die Hinterkantenkammer 420, die in Fig. 13 gestrichelt dargestellt ist, ist neben der Hinterkante des Schaufelholms 400 und zwischen den Oberflächen 407 und 409 angeordnet. Wie aus den Fig. 2 und 13 deutlich wird, sind aufgrund den Unterschieden zwischen der vorderen Schaufel und der hinteren Schaufel die Vorder- und Hinterkantenkammern auf der hinteren Schaufel dicker. Der Vorderkantenschutz 422 der Schaufel 108 ist mit einem Nickelplattenmantel 424 überdeckt, der eine Erosion verhindert und für einen Blitzschutz sorgt. Der Mantel 424 ist auf der vorderen Oberfläche 409 breiter als auf der hinteren Oberfläche 407, wie es entlang der Vorderkante 422 gestrichelt gezeigt ist. Die Verlängerung des Vorderkantenschutzes auf der Oberfläche 409 sorgt für einen größeren Schutz für die Vorderkante 422, da die vordere Oberfläche 409 die vordere Oberfläche ist, die sich in die Luft schneidet, während die hintere Oberfläche 407 während des normalen Betriebs nicht auf die Luft aufprallt.

Die Schaufel 108 ist nach hinten gekrümmt, um den an der Spitze 412 erzeugten Lärm zu vermindern und die aerodynamischen Verluste aufgrund der Komprimierbarkeitswirkungen zu verkleinern. Die nach hinten gekrümmte Konfiguration sorgt für eine schockfreie Strömung über die Schaufel. Die Stromlinienform ist zugeschnitten zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades bei Reiseflug von Mach 0,72 bei 10 000 m Flughöhe. Die Krümmung der Schaufel 108 kann jedoch verändert werden in Abhängigkeit von dem jeweiligen gewünschten Flugzeugstand.

Die Struktur eines typischen Schaufelholms 300 für eine vordere Schaufel ist in Fig. 14 gezeigt. Fig. 15 zeigt Querschnitte des Schaufelholms 300 an verschiedenen Stellen. Beispielsweise ist der Schnitt T-T in Fig. 15 entlang der Linie T-T in Fig. 14 gelegt. Insgesamt weist ein Schaufelholm ein Spitzenende 330, eine Vorderkante 332, eine Hinterkante 334, eine vordere unterschnittene Kammer 304, eine hintere unterschnittene Kammer 306 und einen Schwalbenschwanz 302 auf zur Halterung der Schaufel in einer rotierenden Nabe.

Der Schaufelholm 300 kann Kammern aufweisen zum Verkleinern des Gewichtes des Holmes 300, während die Oberfläche des Holms 300 beibehalten wird. Diese Hohlräume oder Kammern können die Form der ausgehöhlten Bereiche annehmen, die Taschen in dem Schaufelholm bilden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den Fig. 14 bis 19 dargestellt ist, weist der Schaufelholm 300 eine Platte 362 auf, die eine hohle Kammer 360 überdeckt, die in Fig. 14 gestrichelt dargestellt ist. Die Kammer 360 ist ausgefräst, beispielsweise durch Fräsen oder durch elektrochemische Bearbeitung, und die Platte 362 ist über der Kammer befestigt und bildet einen Blindraum 360. Gemäß einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Platte 302 über der hohlen Kammer durch Elektronenstrahlschweißen angebracht sein. Der Blindraum 360 dient dazu, das Gewicht des Schaufelholms 300 zu senken, während die Oberfläche des ursprünglichen Schaufelholms beibehalten wird, was wichtig ist, um für eine Verbindung mit dem Rest des Holms zu sorgen. Die Kammern können auch in unterschiedlichen Bereichen und mit unterschiedlichen Konfigurationen ausgebildet werden.

In Fig. 15 sind besonders deutlich die Holmeinschnitte 304 und 306 im Schnitt T-T und im Schnitt S-S gezeigt. Die Einschnitte verkleinern das Gewicht des Schaufelholms, während der ursprüngliche Oberflächeninhalt des Schaufelholms beibehalten wird. Der ursprüngliche Flächeninhalt wird beibehalten für eine Anhaftung der im Winkel geschichteten Verbundlaminate. Wie aus Fig. 15 deutlich wird, zeigen die Schnitte T-T durch AB-AB deutlich die Blindkammer 360, die von dem Schaufelholm gebildet wird, indem die Platte 362 an dem Schaufelholm 300 befestigt wird. Wie aus Fig. 15 ersichtlich ist, verkleinern die vordere eingeschnittene Kammer 304 und die hintere eingeschnittene Kammer 306 das Gewicht der Schaufel 108, indem Material in der Vorder- und Hinterkante des Schaufelholms weggenommen wird. Es ist deutlich sichtbar, daß die Einschnitte 304 und 306 den ursprünglichen Flächeninhalt des Schaufelholms beibehalten.

Die Auswuchtgewichte für den Schaufelholm sind in der vorderen eingeschnittenen Kammer 304 und der hinteren eingeschnittenen Kammer 306 angeordnet. Für eine detaillierte Beschreibung der Auswuchtgewichte innerhalb des Schaufelholms wird auf Fig. 18B verwiesen, in der die Position und Lage der Ausgleichgewichte im größeren Detail dargestellt sind.

Fig. 16 zeigt den Schaufelholm 300 enthalt der Sicht AG-AG. Die Form der Blindkammer 360 ist deutlich gezeigt. Die Platte 362 ist an dem Schaufelholm 300 befestigt, um die dreieckförmige Schaufelkammer 360 zu bilden. Die dreieckförmige Schaufelkammer 360 verkleinert das Gewicht des Schaufelholms 300, während der Flächeninhalt des Schaufelholms 300 beibehalten wird.

Fig. 17 bis 19 zeigen den Schaufelholm 400 für die hintere Schaufel 106. Der Schaufelholm 400 ist ähnlich wie der Schaufelholm 300 aufgebaut, abgesehen von der Größe und Form der Platte 462 und der Blindkammer 460. Fig. 17 zeigt eine Struktur eines typischen hinteren Schaufelholms. Fig. 18A-18B zeigen Querschnitte des Schaufelholms 400 an verschiedenen Stellen. Beispielsweise ist der Schnitt T-T in Fig. 18A längs der Linie T-T in Fig. 17 gelegt.

In den Fig. 18A-B ist die Blindkammer 460 gezeigt, die durch die Platte 462 gebildet ist, die durch Elektronenstrahlschweißen an dem Schaufelholm 400 angebracht ist. Die hintere Schaufel 108 enthält eine vordere eingeschnittene Kammer 404 und eine hintere eingeschnittene Kammer 406, wie es in Fig. 18A gezeigt ist, um das Gewicht des Schaufelholms 108 zu verkleinern. In Fig. 18B sind die vordere Nut 445 und die hintere Nut 443 gezeigt, um die vorderen Ausgleich- bzw. Auswuchtgewichte und die hinteren Ausgleich- bzw. Auswuchtgewichte zu befestigen, wie es vorstehend bereits erläutert wurde.

Fig. 19 zeigt den Schaufelholm 400 entlang der Linie AX-AX wie sie in Fig. 17 gezeigt ist. Die Blindkammer 460 wird dadurch gebildet, daß die Platte 462 an dem Schaufelholm 400 angeschweißt wird. Die Blindkammer 460 führt zu einer Verkleinerung des Gewichts im Schaufelholm, während der Flächeninhalt des ursprünglichen Schaufelholms 400 beibehalten wird. Die Blindkammer 460 wird durch Fräsen oder durch elektrochemische Bearbeitung ausgebildet. Die Schaufelholme 400 und 300 sind so aufgebaut, daß der Flächeninhalt des usprünglichen Holms beibehalten wird, während das Gewicht des Holms mit seinen Kammern, wie beispielsweise den eingeschnittenen Kammern und den Hohlkammern, verkleinert wird. Der Schaufelholm sorgt für eine Verbindung zwischen den im Winkel angeordneten Laminaten, den mit Schaum gefüllten Kammern und dem Schwalbenschwanz, wobei ein Lastübertragungsmechanismus mit kleinem Gewicht ausgebildet wird.

Fig. 20 und 21A-D zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des Schaufelholms 478, der mehrere Holmkammern 480 und 482 aufweist. Fig. 21A-D zeigen Querschnitte des Schaufelholms 478 an verschiedenen Stellen. Beispielsweise ist der Schnitt BB-BB entlang der Linie BB-BB in Fig. 20 gelegt. Die Kammern 482 und 480 sind durch den Schwalbenschwanzbereich und in das Holminnere geschnitten unter Verwendung von elektrochemischem Fräsen. Somit wird das zusätzliche Schweißen der Platte an den Holm vermieden. Die Kammern verkleinern das Gewicht des Holms, während die Oberflächenverbindungsfläche beibehalten wird.

Vorstehend ist also ein verbessertes, gegenläufig rotierendes Flugzeugpropulsor-System gezeigt, das stark gekrümmte, in Sehnenrichtung breite, dünne Schaufeln aufweist, wobei jede Schaufel in radialer Richtung und in Sehnenrichtung ausgewuchtet ist zur Erzielung einer ausgewuchteten Schaufel. Die Krümmung nach hinten verkleinert Stoß- bzw. Schockwellen und aerodynamische Verluste aufgrund von Komprimierbarkeitseffekten. Die Schaufel enthält einen Schaufelholm zum Übertragen einer Last von dem stromlinienförmigen Abschnitt auf eine rotierende Nabe des Antriebs- bzw. Propulsorsystems. Der Holm enthält Kammern zur Verkleinerung des Schaufelgewichtes, während der Flächeninhalt des Holms beibehalten wird.

Claims (43)

1. Schaufel mit einem stromlinienförmigen Abschnitt, der ein Spitzenende (312), ein Fußende (302) und erste und zweite Oberflächen (309, 307) dazwischen zur Bildung einer konvex geformten Vorderkante und einer konkav geformten Hinterkante aufweist, wobei die erste Oberfläche (309) im wesentlichen konvex und die zweite Oberfläche (307) im wesentlichen konkav ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Oberfläche (309, 307) aus mehreren im Winkel geschichteten Verbundlaminaten gebildet ist, die miteinander verbunden sind, und ein metallischer Schaufelholm (300; 400) zwischen den ersten und zweiten Oberflächen (309, 307) angeordnet und mit den Oberflächen verbunden ist zum Verbinden der Oberflächen mit dem Fußende (302).

2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaufelkammern (318, 320) zwischen den ersten und zweiten Oberflächen (309, 307) und neben dem Schaufelholm (300; 400) angeordnet sind zur Herbeiführung eines gewünschten Gewichts der Schaufel.

3. Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Vorderkantenschutz (324) zwei übereinander angeordnete Oberflächen aufweist, die mit der Vorderkante von dem Spitzenende zum Fußende verbunden sind zur Vermeidung von Erosion der Vorderkante.

4. Schaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ausgleichs- bzw. Auswuchtgewicht (340) und ein zweites Ausgleichs- bzw. Auswuchtgewicht (342) in dem Fußende (302) vorgesehen sind zum statischen Auswuchten der Schaufel um eine erste und zweite Momentachse.

5. Schaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelholm mehrere Holmkammern (304, 306) aufweist zum Verkleinern des Gewichts des Schaufelholms.

6. Schaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Holm eine Tasche (360) in der einen Seite des Schaufelholms bildet.

7. Schaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckplatte (362) über der Tasche (360) angepaßt und an dem Schaufelholm befestigt ist zur Bildung einer hohlen Holmkammer.

8. Schaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Holmkammern in dem Inneren des Holms eingeschlossen sind zur Aufrechterhaltung des Flächeninhalts des Schaufelholms.

9. Schaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Holmkammern durch das Fußende erstrecken.

10. Schaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelholm (300) einen Schwalbenschwanz (314) zur Halterung der Schaufel in einer rotierenden Nabe, eine erste eingeschnittene Kammer (304) in der Vorderkante (332) des Schaufelholms und eine zweite eingeschnittene Kammer (306) in der Hinterkante (334) aufweist zur Verkleinerung des Gewichts des Schaufelholms, wobei die Kammern den Flächeninhalt des Schaufelholms beibehalten.

11. Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Schaufelkammern wenigstens eine erste und eine zweite Schaufelkammer aufweisen, wobei die erste Schaufelkammer neben der Vorderkante des Schaufelholms und die zweite Schaufelkammer neben der Hinterkante des Schaufelholms angeordnet sind.

12. Schaufel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufelkammer mit einem Schaum geringer Dichte gefüllt ist zur Beibehaltung der Schaufelform und zum Verhindern des Eindringens von Wasser in die Kammer.

13. Schaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorderkantenschutz (324) aus Nickel aufgebaut ist.

14. Schaufel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eine superpositionierte Oberfläche des Vorderkantenschutzes weniger Vorderkante überdeckt zur Herbeiführung einer gewünschten Gewichtsverminderung der Schaufel.

15. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundlaminate aus festen, steifen, parallelen Fasern bzw. Fibern aufgebaut sind, die in einem duktilen Matrixmaterial mit geringer Festigkeit und kleinem Elastizitätsmodul gemeinsam umhüllt sind.

16. Schaufel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bzw. Fibern einen Elastizitätsmodul von wenigstens 2 × 10⁶ kg/cm² (30 × 10⁶ psi) haben.

17. Schaufel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus einem wärmehärtbaren synthetischen Kunstharz aufgebaut ist.

18. Schaufel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die im Winkel geschichteten Verbundlaminate derart geschichtet sind, daß die parallelen Fasern bzw. Fibern in abwechselnden Richtungen verlaufen.

19. Schaufel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundlaminat einen Elastizitätsmodul von wenigstens 1 × 10⁶ kg/cm² (14 × 10⁶ psi) aufweist.

20. Schaufel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die im Winkel geschichteten Verbundlaminate in einem abwechselnden Muster derart geschichtet sind, daß die Fasern bzw. Fibern Winkel von -80°C, -35°C, 10°C, -35°C von einer vorbestimmten radialen Achse der Schaufel bilden.

21. Schaufel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bzw. Fibern aus etwa 80% Graphitfasern und 20% S-Glasfibern aufgebaut sind.

22. Schaufel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ausgleichs- bzw. Auswuchtgewicht innerhalb der ersten eingeschnittenen Kammer mit einer Bewegungskomponente in radialer Richtung und einer Bewegungskomponente in Sehnenrichtung der Schaufel angeordnet ist und daß das zweite Ausgleichs- bzw. Auswuchtgewicht innerhalb der zweiten eingeschnittenen Kammer mit einer Bewegungskomponente in radialer Richtung der Schaufel und einer Bewegungskomponente in Sehnenrichtung der Schaufel angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Ausgleichs- bzw. Auswuchtgewichte ein Gleichgewicht der Schaufel um eine Sehnenmomentachse und eine radiale Momentachse herbeiführen.

23. Schaufel nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Ausgleichs- bzw. Auswuchtgewicht Gewindeglieder sind.

24. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Befestigungsglieder (504) die Oberflächen gegen den Schaufelholm drücken.

25. Schaufel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsglieder einen ersten Satz Befestigungsglieder (504) aufweisen, die sich durch den Schaufelholm erstrecken, der an den ersten und zweiten Oberflächen befestigt ist, zum Haltern der Oberflächen an dem Schaufelholm bei einer Zentrifugallast.

26. Schaufel nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Befestigungsglied des ersten Satzes ein Verbundmaterial aufweist.

27. Schaufel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsglieder einen zweiten und dritten Satz von Befestigungsgliedern (502, 504) aufweisen, die neben der Vorderkante bzw. der Hinterkante des Holms angeordnet sind und nur durch die ersten und zweiten Oberflächen hindurchführen zur Halterung gegen eine Schaufelbiegung.

28. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Oberflächen und dem Holm ein Kleber angeordnet ist für eine zusätzliche Haltekraft zwischen den Oberflächen und dem Holm.

29. Schaufel, gekennzeichnet durch:
mehrere im Winkel geschichtete Verbundlaminate, die eine erste und eine zweite Oberfläche bilden, die sich in einer Vorderkante, einer Hinterkante und einem Spitzenende schneiden, wobei die Vorderkante und die Hinterkante nach hinten gekrümmt sind zur Verringerung des Lärms, der an dem Spitzenende erzeugt ist, und zur Verkleinerung aerodynamischer Verluste aufgrund von Komprimierbarkeitswirkungen der Luft,
einen metallischen Holm, der zwischen den ersten und zweiten Oberflächen angeordnet und mit den Oberflächen verbunden ist zum Versteifen der Oberfläche, wobei der Holm ein Spitzenende, eine Vorderkante, eine Hinterkante und einen Schwalbenschwanz aufweist,
mehrere Schaufelkammern, die zwischen den ersten und zweiten Oberflächen angeordnet sind, zum Verkleinern des Schaufelgewichtes und
in ihrer Lage verstellbare Gegengewichte in dem Schaufelholmfluß vor und hinter dem Schwalbenschwanz zur Herbeiführung eines Radialmomentgleichgewichts und eines Sehnenmomentgleichgewichtes der Schaufel.

30. Schaufel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das im Winkel geschichtete Verbundlaminat aus parallelen Fasern bzw. Fibern aufgebaut ist, die in einer duktilen Matrix mit geringer Festigkeit und kleinem Elastizitätsmodul eingeschlossen sind.

31. Schaufel nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bzw. Fibern aus Graphit und S-Glas aufgebaut sind.

32. Schaufel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelkammern Schaufelkammern aufweisen, die neben der Vorder- und Hinterkante des Holms angeordnet und mit einem Schaum geringer Dichte gefüllt sind.

33. Schaufel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelvorderkante mit einem Metallplattenmantel überdeckt ist zur Verhinderung von Erosion an der Vorderkante.

34. Schaufel nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplattenummantelung aus Nickel aufgebaut ist.

35. Schaufel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallholm mehrere Holmkammern aufweist, die die Oberfläche des Holms nicht verändern.

36. Schaufel nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Holmkammern eine Taschenkammer auf einer ersten Seite des Holms aufweisen und eine Deckplatte an dem Holm befestigt ist zum Überdecken der Taschenkammer.

37. Schaufel nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Holmkammern einen Satz von Kammern aufweisen, die durch den Schwalbenschwanz hindurch in das Innere des Holms ragen.

38. Schaufel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kleber zwischen den Oberflächen und dem Holm angeordnet ist zum Verbinden der Oberflächen mit dem Holm.

39. Schaufel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Befestigungsglieder die Oberflächen mit dem Holm verbinden.

40. Schaufel nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsglieder einen ersten Satz von Befestigungsgliedern aufweisen, die durch den Holm hindurchführen.

41. Schaufel nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsglieder einen Satz von Befestigungsgliedern aufweisen, die neben den Rändern des Holms angeordnet sind und nur durch die Oberflächen hindurchführen zum Begrenzen der Schaufelbiegung.

42. Schaufel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des stromlinienförmigen Abschnitts der Schaufel durch die folgende Tabelle 1 definiert ist:

Tabelle 1

43. Schaufel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des stromlinienförmigen Abschnitts der Schaufel durch die folgende Tabelle 2 definiert ist:

Tabelle 2