DE69203219T2

DE69203219T2 - Mehrblattverstellrotor, insbesondere Gegendrehmomentvorrichtung eines Drehflügelflugzeuges.

Info

Publication number: DE69203219T2
Application number: DE69203219T
Authority: DE
Inventors: Bruno Guimbal; Jean-Pierre Jalaguier
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2012-11-11
Also published as: CA2083904C; EP0545750A1; JP3409869B2; CA2083904A1; DE69203219D1; US5249925A; FR2684351B1; FR2684351A1; JPH05221389A; EP0545750B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Mehrblattrotor mit veränderlichem Blattwinkel, der besonders als Gegendrehmoment-Heckrotor des verkleideten Typs für ein Drehflügelluftfahrzeug Verwendung findet.
Aus Dokument FR-A-2 542 695 ist bereits ein Mehrblattrotor mit veränderlichem Blattwinkel dieser Art bekannt, der umfaßt:
- eine zentrale Welle, die um eine zentrale Achse in Drehung versetzt wird;
- eine Nabe, die bei Drehung mit der zentralen Welle um die zentrale Achse verbunden ist;
- um die zentrale Achse herum verteilte Blätter, die jeweils mit der zentralen Wellen durch ein Torsionselement verbunden sind;
- eine Scheibe zur Blattverstellung, die bei Drehung mit der zentralen Welle verbunden ist, jedoch axial zu dieser verschoben werden kann; und
- Mittel zur Steuerung der Verschiebung der Blattverstellscheibe an der zentralen Welle.
Bei diesem bekannten Mehrblattrotor hat jedes Blatt einen zylindrischen Blattfuß, der in Lagern in der Nabe angebracht ist und von der Blattverstellscheibe gesteuert wird. Dieser zylindrische Blattfuß besteht zum Beispiel aus einer Leichtmetallegierung, während seine Auflagen an den Lagern harte Beschichtungen, zum Beispiel aus Chromoxid, erhalten müssen. Da das Blatt selbst außerdem im allgemeinen aus einem Verbundmaterial, zum Beispiel auf der Grundlage von Kohlenstoffasern, besteht, muß an einem Ende des Blatts eine kegelförmige Aufweitung zum Einstecken in den Blattfuß vorgesehen werden. Daraus ergibt sich, daß die Kosten für einen derartigen bekannten Mehrblattrotor hoch sind.
Gegenstand dieser Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und einen Mehrblattrotor mit veränderlichem Blattwinkel unter Reduzierung von Kosten und Masse mit einer kleinen Anzahl von Einzelteilen herzustellen, so daß der Einsatz eines solchen Rotors an einem Leichthubschrauber ökonomisch möglich wird.
Dazu ist der Mehrblattrotor mit veränderlichem Blattwinkel des obigen Typs erfindungsgemäß dadurch bemerkenswert, daß der Fuß jedes Blatts mit einem Auflagequerhebel zur Blattverstellung verbunden ist, der einen Steuerhebel darstellt, dessen eines Ende an der Nabe und dessen anderes Ende an der Blattverstellscheibe angelenkt ist.
Durch Steuerung der Axialverschiebung der Blattverstellscheibe kann so die Steigung des Blatts verändert werden, das damit um das Gelenk des Hebelendes an der Nabe geschwenkt wird.
Zur Erzielung flacher Blattfüße ist es vorteilhaft, wenn die Längsabmessung des Hebels wenigstens annähernd parallel zur Sehne des zugehörigen Blattes verläuft. Der Hebel kann an das Blatt angesetzt oder integrierender Bestandteil desselben sein. Ein Blatt und/oder sein Auflage- und Verstellhebel können aus Verbundmaterial oder aus Metall bestehen. Wenn der Hebel angesetzt ist, ist es vorteilhaft, wenn er im Querschnitt einen Winkel darstellt, dessen einer Schenkel zur Anlenkung des Hebels an der Nabe und an der Blattverstellscheibe dient, während der andere Schenkel des Winkels zur Befestigung des Hebels am Blattfuß dient.
Vorzugsweise haben die Nabe und die Blattverstellscheibe jeweils die Form einer konkaven Schale, wobei die Vertiefungen der Schalen zueinander gerichtet sind und die Hebel an den einander gegenüberliegenden Rändern der Schalen angelenkt sind. Durch eine derartige Anordnung können Nabe und Blattverstellscheibe eine gegenüber dem axialen Bereich der Vorrichtung geschlossene Einheit bilden, so daß die Luftzirkulation zwischen den Blättern durch zentrifugales Pumpen verringert und demzufolge die aerodynamischen Verluste reduziert werden. Zur Vereinfachung der Herstellung der Gelenkgabeln der Hebel ist es vorteilhaft, wenn die Ränder der Schalen als Gabeln dienende Zähne haben, die so angeordnet sind, daß die Zähne der einen in die Zähne der anderen eingreifen und daß jeder Hebel zwischen einer Gabel einer Schale und einer Gabel der anderen Schale angelenkt ist.
Vorteilhafterweise ist die Vorderkante jedes Blattes nach der Seite des Gelenks zwischen Hebel und Blattverstellscheibe gerichtet.
Damit wird durch den Schub des Blattes die Verstellung zur Vergrößerung des Blattwinkels unterstützt, so daß die erforderliche Verstellkraft gering ist. Eine Servosteuerung zur Blattverstellung braucht deshalb also nicht vorgesehen zu werden.
Bei einer vorteilhaften Anordnung befindet sich das Gelenk zwischen Hebel und Blattverstellscheibe vor (bezogen auf die Drehrichtung des Rotors) der Vorderkante des Blattes und das Gelenk zwischen Hebel und Nabe ebenfalls vor der Hinterkante des Blattes.
Wie in Dokument FR-A-2 542 695 beschrieben, kann das Torsionselement zwischen jedem Blatt und der zentralen Welle aus einem radialen Torsionsbündel (zum Beispiel aus Metall oder hochfesten Fasern) bestehen, das gegebenenfall einen Holm des Blattes bildet. In diesem Fall verläuft das radiale Torsionsbündel jedoch zwischen den beiden Gelenken des Hebels an der Nabe und an der Blattverstellscheibe und kann demzufolge nicht mehr entsprechend der Steigungsachse angeordnet werden, so daß es vorteilhaft ist, wenn für die Verbindung der Torsionsbündel untereinander an der zentralen Welle ein Ring vorgesehen wird, der die zentrifugalen Kräfte aller Blätter aufnimmt und axial an der zentralen Welle verschiebbar ist, so daß die Befestigungen der Torsionsbündel am Ring bei Änderungen der Blattverstellung den Bewegungen der Blattfüße parallel zur zentralen Achse folgen können.
Es ist zu bemerken, daß sich, da die beiden Gelenke eines Hebels beiderseits des Torsionsbündels angeordnet sind, für die Blattverstellung ein großer Hebelarm erzielt werden kann, durch den die Verstellkräfte weiter reduziert werden.
Die Gelenke zwischen einem Hebel einerseits und der Nabe und der Blattverstellscheibe andererseits können je ein Kugelgelenk haben. Wenn für die Schlagbewegung der Blätter jedoch eine hohe Starrheit wünschenswert ist, kann zumindest am Gelenk zwischen Hebel und Nabe ein eingelassenes Doppellager vorgesehen werden, dessen Achse quer zur zentralen Achse verläuft.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Figuren werden ähnliche Elemente mit identischen Bezugsnummern bezeichnet.
Figur 1 ist die Ansicht eines Axialschnitts eines erfindungsgemäßen Gegendrehmoment-Systems mit verkleidetem Rotor für Hubschrauber.
Figur 2 ist ein vergrößerter halber Axialschnitt des Rotors des Gegendrehmoment-Systems von Figur 1 entsprechend Linie II-II von Figur 3.
Figur 3 ist ein Teilschnitt nach Linie III-III von Figur 2.
Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht des Rotors des Gegendrehmoment-Systems der Figuren 1 bis 3.
Figur 5 ist ein Querschnitt eines Blatts nach Linie V-V von Figur 3.
Figur 6 zeigt perspektivisch Auflage und Anlenkung eines Blatts an der Nabe und an der Verstellscheibe.
Figur 7 veranschaulicht ähnlich wie Figur 6 eine Variante für Auflage und Anlenkung eines Blatts an der Nabe.
Das in Figur 1 gezeigte Gegendrehmoment-System für Hubschrauber ist wie üblich in der Nähe des Endes von Heck 1 des Hubschraubers angeordnet. Es hat eine Verkleidung 2, die einen zylinderförmigen Tunnel 3 begrenzt, dessen X-X-Achse quer zur Längsachse Y-Y des Hubschraubers verläuft. Im Tunnel 3 ist ein hinteres Getriebe 4 angebracht, das durch Tragarme 5 koaxial zur Achse X-X gehalten wird. Das hintere Getriebe 4 hat seinereits einen Rotor 6 mit einer Vielzahl radialer Blätter 7, wobei die Achse von Rotor 6 mit der X-X-Achse zusammenfällt.
Wie üblich ist das hintere Getriebe 4 mit einem Hauptgetriebe (nicht dargestellt, aber in der Nähe des oder der Hubschraubermotoren angebracht) über eine Drehantriebswelle 8, die mindestens annähernd parallel zur Längsachse Y-Y verläuft, verbunden. Über ein Vorgelege 9 versetzt die Drehantriebswelle 8 die Welle 10 (mit der Achse X-X) von Rotor 6 in Drehung.
Wie in Figur 1 gezeigt, sind die Wellen 8 und 10 in Gehäuse 11 des hinteren Getriebes 4 natürlich in Wälzlagern 12 und 13 gelagert.
Außerdem ist die Welle 10 von Rotor 6 hohl. Durch sie verläuft in Längsrichtung eine Stange zur Blattverstellung 14 (mit der Achse X-X), die mit der Welle 10 zum Beispiel durch ein System von Längsriefen 15 (siehe auch Figur 2) verbunden ist, so daß die Stange zur Blattverstellung 14 bei Drehung mit der Welle 10 verbunden, gegenüber derselben jedoch parallel zur X-X-Achse verschiebbar ist.
Zur Verschiebung der Blattverstellungsstange 14 hat das Gegendrehmoment-System eine Steuerstange 16, die in 17 an einen Winkelhebel 18 angelenkt ist, der seinerseits in 19 an das Gehäuse 11 des hinteren Getriebes 4 angelenkt ist. Das andere Ende des Winkelhebels 18 ist in 20 an eine Stange 21 mit geführter Verschiebung an der X-X-Achse angelenkt, so daß sich die Stange 21 an der Achse unter dem Einfluß von Winkelhebel 18 verschieben kann. Durch ein Wälzlagersystem 22 ist die Stange 21 bei Verschiebung, jedoch nicht bei Drehung, mit der Steuerstange 14 verbunden.
Wie die Figuren 2 bis 4 in vergrößertem Maßstab zeigen, ist an der Welle 10 von Rotor 6 eine Nabe 23 in Form einer konkaven Schale vorgesehen. Außerdem ist am freien Ende der Blattverstellungsstange 14 eine Blattverstellscheibe 24 vorgesehen. Die Vertiefungen von Nabe 23 und Blattverstellscheibe 24 sind einander zugewandt. Außerdem haben die einander gegenüberliegenden Ränder von Nabe 23 und Blattverstellscheibe 24 Zähne 25 bzw. 26, die so angeordnet sind, daß ein Zahn 25 zwischen zwei Zähnen 26 und umgekehrt liegt, so daß zwischen Nabe 23 und Blattverstellscheibe 24 ein kreisrunder zickzackförmiger Spalt 27 entsteht (siehe hauptsächlich Figur 4 und den nicht aufgeschnittenen vereinfachten oberen Teil von Rotor 6 in Figur 1).
Der Fuß jedes Blattes 7 ist mit einem winkelförmigen Hebel 28 verbunden oder an diesem befestigt. Ein Schenkel 28a von Hebel 28 hat ein Ende, das über ein Gelenk 29 mit einer x-x-Achse quer zur X-X- Achse an eine aus einem Zahn 25 von Nabe 23 bestehende Gabel angelenkt ist, während das andere Ende des Schenkels 28a über ein Gelenk 30, dessen Achse quer zur X-X-Achse verläuft, an die aus dem folgenden Zahn 26 der Blattverstellscheibe 24 gebildete Gabel angelenkt ist.
Jedes der Gelenke 29 oder 30 hat ein Kugelgelenk 32, beispielsweise aus Karbid, durch das ein Bolzen 31 verläuft, dessen Achse rechtwinklig zu Schenkel 28a angeordnet ist. Jedes dieser Kugelgelenke 32 ist in eine zylindrische Muffe 33 eingesetzt, die in einer Bohrung des betreffenden Zahns 25 bzw. 26 in Richtung seiner Dicke angebracht ist.
In dem in den Figuren 2 und 3 veranschaulichten Beispiel wird der andere Schenkel 28b von Hebel 28 zur Befestigung des Fußes von Blatt 7 mit einer Gegenplatte 34 und durchgängigen Befestigungsmitteln 35 genutzt. Die Vorderkante 36 von Blatt 7 ist auf der Seite von Gelenk 30 an der Blattverstellscheibe 24 angebracht, während die Hinterkante 37 von Blatt 7 an der Seite von Gelenk 29 an der Nabe 23 angebracht ist. Die Längsabmessung des Schenkels 28a von Hebel 28 verläuft mindestens annähernd parallel zu Profilsehne C von Blatt 7.
Außerdem ist an der Drehwelle 10 ein Gleitring 38 mit Stiftbolzen 39 angebracht, deren Achse parallel zur X-X-Achse verläuft.
Jedes Blatt 7 ist mit einem Stiftbolzen 39 über ein radiales Torsionsbündel 40 verbunden. Ein derartiges Torsionsbündel verläuft zwischen den Gelenken 29 und 30 und kann für Blatt 7 einen Holm darstellen. In der Nähe eines Stiftbolzens 39 teilt sich jedes Torsionsbündel 40 in zwei Zweige 40a und 40b, die um den entsprechenden Stiftbolzen 39 eine Schleife bilden.
Jedes Torsionsbündel 40 sichert also die Stabilität des entsprechenden Blattes 7 gegenüber der Zentrifugalkraft. Schub und Widerstand jedes Blattes werden dagegen von den beiden Kugelgelenken 32 an den Enden von Hebel 28 aufgenommen.
Wie in Figur 3 zu sehen ist, sind die beiden Kugelgelenke 32 vor der Vorderkante 36 bzw. der Hinterkante 37 von Blatt 7 angeordnet. Dazu kann Blatt 7 in der Nähe seines Fußes in seiner Hinterkante eine Aussparung 45 haben.
So ist zu sehen, daß durch diese Anordnungen für den Abstand zwischen den Achsen der beiden Kugelgelenke 32, der dem Hebelarm der Blattverstellung entspricht, jeder gewünschte Wert gewählt werden kann.
Wenn die Stange 16 durch den Winkelhebel 18 und die Stange 21 bezogen auf den Hubschrauber nach vorne gezogen wird, wird die Stange 14 in Figur 1 nach rechts gedrückt, so daß die Blattverstellscheibe 24 von der Nabe 23 abgestellt wird (siehe Pfeil F in Figur 6). Daraus ergibt sich die Drehung der Hebel 28 und der Blätter 7 in Richtung Blattwinkelvergrößerung (siehe Pfeil R in Figur 6) gegen das bei Torsion durch die Torsionsbündel 40 ausgeübte Rückholmoment, wobei diese Drehung um die x-x-Achse von Kugelgelenk 32 der Gelenke 29 zwischen den Hebeln 28 und der Nabe 23 erfolgt.
Es ist zu bemerken, daß:
- für den Abstand zwischen den Achsen der beiden Kugelgelenke 32 eines Blattes 7 (Hebelarm) jeder gewünschte Wert gewählt und dieser damit so bestimmt werden kann, daß die Verstellkräfte von Scheibe 24 klein sind und der Weg von Stange 21 ausreicht, jegliches Spiel zu beseitigen;
- durch das Fehlen zylindrischer Lager am Blattfuß praktisch keine Reibungen auftreten
- die x-x-Achse zur Verstellung eines Blatts 7 sehr weit hinter dem aerodynamischen Mittelpunkt (zum Beispiel bei 70 % der Sehne) liegt. Durch den Auftrieb P wird folglich auf Blatt 7 ein hohes Moment mit gleicher Richtung wie die Blattverstellung ausgeübt (siehe Figur 6).
Die Steuerkraft F ist also gering, so daß für die Blattverstellung keine Servosteuerung vorgesehen werden muß.
Bei der Ausführungsvariante von Figur 7 ähnelt das Gelenk 30 zwischen Hebel 28 und Verstellscheibe 24 dem oben Beschriebenen. Dagegen weist das Gelenk 29 zwischen Hebel 28 und Nabe 23 eine unterschiedliche Struktur auf, durch die Blatt 7 bei der Schlagbewegung eine größere Starrheit erhält. Dazu hat das Gelenk 29 von Figur 7 einen Gelenkbolzen 41 in einer Gabel 42, die aus einem Zahn 25 und einem parallelen Zahn 25' besteht, die mit der Nabe 23 verbunden sind. Außerdem hat der Hebel 28 eine winkelförmige Lasche 43, die zusammen mit dem nach der Hinterkante 37 gerichteten Teil von Schenkel 28a eine weitere Gabel bildet, die mit Hebel 28 verbunden ist und an Bolzen 41 angelenkt ist.
Die Blätter 7 können aus Metall bestehen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Hebel 28 in die Blätter integriert sind.
Die Blätter 7 können ebenfalls aus einem Faser-Harz-Verbundmaterial bestehen. Es ist zu bemerken, daß dann durch die flache Form der Blätter (ohne zylindrischen Blattfuß) die Fertigungsvorgänge sehr vereinfacht werden. Alle Blätter 7 können zusammen mit ihren Torsionsbündeln 40 in einem einzigen Arbeitsgang in einer ebenen zweiteiligen Form geformt werden.

Claims

1. Mehrblattrotor (6) mit veränderlichem Blattwinkel, mit besonderer Verwendung als Gegendrehmoment-Heckrotor für Drehflügelluftfahrzeuge, derart, daß er umfaßt:

- eine zentrale Welle (10), die um eine zentrale Achse (X-X) in Drehung versetzt wird;

- eine Nabe (23), die bei Drehung mit der zentralen Welle (10) um die zentrale Achse (X-X) verbunden ist;

- Blätter (7), die um die zentrale Achse (X-X) verteilt und jeweils mit der zentralen Welle (10) durch ein Torsionselement (40) verbunden sind;

- eine Scheibe (24) zur Verstellung der Blätter (7), die bei Drehung mit der zentralen Welle (10) verbunden, jedoch axial zu dieser verschiebbar ist; und

- Mittel (16 bis 22) zur Steuerung der Verschiebung der Blattverstellscheibe (24) an der zentralen Welle (10),

dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß jedes Blattes (7) mit einem als Steuerhebel ausgebildeten Auflage-Querhebel (28) zur Blattverstellung verbunden ist, dessen eines Ende an der Nabe (23) und dessen anderes Ende an der Blattverstellscheibe (24) angelenkt ist.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabmessung von Hebel (28) mindestens annähernd parallel zur Sehne (C) des zugeordneten Blattes (7) verläuft.

3. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (28) integrierender Bestandteil des Blattes (7) ist.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (28) an Blatt (7) angesetzt ist.

5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (28) im Querschnitt einen Winkel darstellt, dessen einer Schenkel (28a) zur Anlenkung des Hebels (28) an der Nabe (23) und an der Blattverstellscheibe (24) dient, während der andere Schenkel (28b) des Winkels zur Befestigung des Hebels (28) an Blatt (7) genutzt wird.

6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (23) und die Blattverstellscheibe (24) jeweils die Form einer konkaven Schale haben, wobei die Vertiefungen der Schalen zueinander gerichtet sind und die Hebel (28) an den einander gegenüberliegenden Rändern der Schalen angelenkt sind.

7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Ränder der Schalen Zähne (25,26) haben, die so angeordnet sind, daß die Zähne der einen in die Zähne der anderen eingreifen, und dadurch, daß jeder Hebel (28) zwischen einem Zahn (25) einer Schale und einem Zahn (26) der anderen Schale angelenkt ist.

8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (36) jedes Blattes (7) nach der Seite des Gelenks (30) zwischen Hebel (28) und Blattverstellscheibe (24) gerichtet ist.

9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gelenk (30) zwischen Hebel (28) und Blattverstellscheibe (24) vor der Vorderkante (36) von Blatt (7) befindet, und dadurch, daß sich das Gelenk (29) zwischen Hebel (28) und Nabe (23) vor der Hinterkante (37) von Blatt (7) befindet.

10. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Torsionselement zur Verbindung jedes Blattes (7) mit der zentralen Welle (10) aus einem radialen Torsionsbündel (40) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Verbindung der Torsionsbündel (40) an der zentralen Welle (10) einen Ring (38) hat, der axial an dieser verschiebbar ist.

11. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (29,30) zwischen Hebel (28) einerseits und Nabe (23) und Blattverstellscheibe (24) andererseits ein Kugelgelenk (32) haben.

12. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Gelenk (29) zwischen Hebel (28) und Nabe (23) einen festen Bolzen (41) mit einer quer zur zentralen Achse (X-X) verlaufenden Achse (x-x) hat.