ES2250849T3 - Dispositivo combinado amortiguador-rotula para rotor de helicoptero. - Google Patents

Abstract

Dispositivo combinado amortiguador-rótula destinado a ser montado entre, por una parte, un brazo flexible (1) que une una pala de helicóptero a un eje rotor y, por otra parte, un manguito (2) de mando de paso de dicha pala y que incluye dos módulos elementales con, cada uno, un amortiguador plano laminado (7, 7¿) y un elemento de rótula laminado (6, 6¿), extendiéndose el amortiguador laminado (7, 7¿) entre un extremo externo y un extremo interno y con, en su extremo externo, un elemento de montaje (10, 10¿) en el manguito (2) de mando de paso de dicha pala de helicóptero, y presentando el elemento de rótula laminado (6, 6¿) un apilamiento de capas metálicas y de elastómero, siendo el amortiguador laminado (7, 7¿) solidario por su extremo interno de un extremo externo del elemento de rótula (6, 6¿) cuyo extremo interno presenta un elemento de fijación (8, 8¿) en dicho brazo flexible (1), caracterizado porque incluye por lo menos un elemento de unión (3, 4, 4¿, 35, 41, 41¿, 46) que asegura una unión de rigidificación entre los extremos externos (9, 15, 9¿, 15¿) de los dos elementos de rótula (6, 6¿) de los dos módulos elementales que constituyen el dispositivo combinado.

Description

Dispositivo combinado amortiguador-rótula para rotor de helicóptero.

La presente invención se refiere a un dispositivo combinado amortiguador-rótula destinado a ser montado entre, por una parte, un brazo flexible de unión de una pala de helicóptero a un eje de un rotor y, por otra, un manguito de mando de paso de dicha pala.

Se conoce, mediante la Patente US 4,244,677 y EP 451084 (UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION) un dispositivo combinado que consta de dos módulos elementales que incluyen, cada uno, un amortiguador laminado y un elemento de rótula laminado. El amortiguador laminado incluye un apilamiento de capas metálicas y capas de elastómero alternadas, y se extiende entre un extremo externo y un extremo interno del amortiguador. En su extremo externo, el amortiguador laminado incluye un elemento de montaje en el manguito de mando de paso, y es solidario, por su extremo interno, de un extremo externo del elemento de rótula del módulo, cuyo extremo interno presenta un elemento de fijación en el brazo flexible.

Dicho dispositivo combinado (también denominado "snubber-vibration damper" o "snubber-damper") se utiliza con un brazo flexible ("yoke" o "spar") de un eje rotor que no presenta el cojinete de rodamiento de bolas (rotor BMR o "bearingless main rotor"), y tiene como función proporcionar un posicionamiento de los componentes del rotor (palas/lámina flexible/tapa o manguito de mando de paso) y una amortiguación del propio modo de las palas.

Un eje rotor de los denominados "BMR" está formado por una estructura flexible "spar o yoke", es decir, un brazo o lámina generalmente de material compuesto de la pala unida al eje motor y tensada por la fuerza centrífuga impuesta por la rotación del rotor alrededor de dicho eje. Un manguito ("torque tube"), que rodea dicha lamina, está fijado a la base de la pala y tiene como función imponer una rotación alrededor del eje principal común a la pala y al manguito. Este mando, llamado "de paso", permite el pilotaje del helicóptero.

Habida cuenta de los esfuerzos y desplazamientos resultantes de dicho mando de paso impuesto y de la interacción aerodinámica de la pala con el aire ambiente, así como de la interacción entre el conjunto rotor y la estructura del helicóptero, es necesario:

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mantener el posicionamiento (centrado) del "torque tube" o manguito con relación a la lámina o "spar o yoke". Es la función de tope, o "snubber", destinada a soportar básicamente en compresión los esfuerzos de movimiento de la pala.

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Desacoplar en rotación el manguito y la lámina alrededor de su eje común. En efecto, la rotación impuesta por el mando de paso se traduce por una rotación muy distinta entre el manguito y la lámina debido a la geometría del sistema. El dispositivo combinado debe pues acomodarse a esta rotación diferencial.

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Permitir un desplazamiento de traslación ligado a la estela aerodinámica de la pala asociada a su rotación. La estela impone un cizallamiento alternativo en el plano general del rotor, perpendicularmente al plano de la excitación de movimiento descrita anteriormente.

Los dos documentos (US 4,244,677 y EP 451084) mencionados anteriormente describen un elemento combinado ("snubber damper") formado por un apilamiento de una parte generalmente esférica y una parte plana realizadas, cada una, en un material distinto y que permiten cumplir correctamente las tres funciones mencionadas anteriormente.

La estructura laminada "laminated" aporta la resistencia a los esfuerzos de compresión o de movimiento. La geometría general esférica permite, además, el desacoplamiento en rotación del sistema. La parte plana permite acomodar el movimiento de traslación ligado a la estela aerodinámica.

Estos elementos combinados amortiguador-rótula ("snubber damper") están asociados pies contra cabeza para formar un conjunto destinado a la instalación y funcionamiento de cada una de las palas del rotor.

La Patente US 4,244,677 describe esencialmente un medio de aplicación externo de una pretensión. Esta pretensión se aplica simultáneamente a cada uno de los dos módulos que asocian un amortiguador plano y un elemento de rótula, con objeto de garantizar la ausencia de tensión de tracción en la estructura de cada elemento y prolongar su vida útil. Sin embargo, se observa que dicha pretensión es la misma para el amortiguador plano y para el elemento de rótula.

La Sociedad Solicitante ha puesto en evidencia que una estructura combinada amortiguador/rótula como la descrita anteriormente plantea dos problemas fundamentales que no permiten finalmente un funcionamiento óptimo del rotor y los propios combinados amortiguadores.

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El desacoplamiento en rotación realizado por la parte esférica del combinado no es perfecto debido a la flexibilidad general de los combinados amortiguadores.

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La combinación de cargas y desplazamientos impuestos sólo puede calcularse teniendo en cuenta la interacción mutua de dichas cargas y desplazamientos, así como de su interacción con la flexibilidad particular de los elementos combinados amortiguador alrededor de sus distintos ejes,

lo que ocasiona que el centro de rotación instantáneo del manguito dependa de la combinación de desplazamientos y cargas impuestos y no se sitúe ni en el centro geométrico de la instalación del combinado amortiguador, ni en el eje principal de simetría del manguito.

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La combinación de cargas resultante de las flexibilidades es compleja, y depende de la realización particular de las estructuras de los elementos combinados amortiguador.

De lo anterior, resulta que existe una necesidad de mejorar la vida útil de dichos dispositivos combinados amortiguador-rótula, aportando un remedio a por lo menos uno de los problemas mencionados.

La presente invención se basa especialmente en el reconocimiento del hecho que, en presencia de esfuerzos de cizallamiento en modo de estela aerodinámica, los dos armazones intermedios que aseguran la unión entre las partes esféricas y las partes planas no quedan paralelos.

La idea básica de la presente invención es introducir una unión de rigidificación o solidarización entre los dos módulos a nivel de la interfaz entre el amortiguador laminado plano y el elemento de rótula.

Por lo tanto, la invención se refiere a un dispositivo combinado amortiguador-rótula destinado a ser montado entre, por una parte, un brazo flexible de unión de una pala de helicóptero a un eje rotor y, por otra, un manguito de mando de paso de dicha pala, y que incluye dos módulos elementales que constan, cada uno, de un amortiguador laminado y un elemento de rótula laminado, cuyo amortiguador puede ser aportado, de forma conocida, mediante goma o un dispositivo hidráulico interno, que se extiende entre un extremo externo y un extremo interno y presenta, en su extremo externo, un elemento de montaje en el manguito de mando de paso de dicha pala de helicóptero, y el elemento de rótula laminado que presenta un apilamiento de capas metálicas y de elastómero, siendo el amortiguador laminado solidario en su extremo interno de un extremo externo del elemento de rótula cuyo extremo interno presenta un elemento de fijación a dicho brazo flexible, caracterizado porque incluye por lo menos un elemento de unión que asegura una unión de rigidificación entre los extremos externos de los dos elementos de rótula de los dos módulos elementales que constituyen el dispositivo combinado.

Dicha solidarización entre el extremo interno del elemento laminado plano y el extremo externo del elemento de rótula puede realizarse por medio de por lo menos un armazón intermedio.

Según una primera variante, el dispositivo se caracteriza porque el elemento de unión es un tubo que rodea los dos elementos de rótula y asegura dicha solidarización entre los amortiguadores laminados y los elementos de rótula de los dos módulos elementales que constituyen el dispositivo combinado.

Según una segunda variante, el dispositivo se caracteriza porque el elemento de unión es un tubo abierto que asegura la solidarización entre un amortiguador laminado y un elemento de rótula de uno de los dos módulos elementales, siendo los bordes abiertos de dicho tubo abierto solidarios del extremo externo del elemento de rótula del otro módulo elemental.

Según otra variante, un elemento de unión es una pieza que une los extremos externos situados frente a los dos elementos de rótula del dispositivo combinado. Dicha pieza es ventajosamente curvilínea y presenta una concavidad dirigida hacia los elementos de rótula del dispositivo combinado, lo que permite rodear lateralmente el brazo flexible.

Según otra variante, dicha pieza en un tirante, siendo cuatro los tirantes, por ejemplo.

Según una variante preferida, el dispositivo se caracteriza porque incluye un par de elementos de unión, de los que cada uno presenta un área central que forma una unión entre el extremo interno de un amortiguador laminado y el extremo externo de un elemento de rótula, y que está bordeada, por lo menos en un lateral, por un área lateral solidarizada a un área lateral correspondiente del otro elemento de unión del par.

El o los elementos de unión pueden estar dimensionados ventajosamente de manera que, tras el montaje del dispositivo combinado entre un brazo flexible y un manguito de mando de paso, se aplique una primera pretensión de compresión a los dos elementos de rótula del dispositivo combinado.

Los elementos de montaje del dispositivo combinado en el manguito de mando de paso están dimensionados ventajosamente de manera que, tras el montaje del dispositivo combinado, se aplique una segunda tensión de compresión a los elementos laminados.

La primera y la segunda pretensión pueden tener distintos valores, lo que permite elegirlos de manera óptima para cada uno de los elementos (amortiguador o elemento de rótula) del dispositivo combinado.

La invención se refiere asimismo a un rotor de helicóptero que incluye, por lo menos, un dispositivo combinado como el definido anteriormente, montado entre un brazo flexible y un manguito de mando de paso de una pala de helicóptero. Este montaje puede efectuarse de manera a aplicar una primera pretensión de compresión a los elementos de rótula, y/o una segunda pretensión de compresión a los amortiguadores laminados, siendo la primera y la segunda pretensión ventajosamente distintas.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán mejor mediante la lectura de la siguiente descripción realizada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que las figuras 1 a 5 representan unos modos de realización de la invención, y las figuras 6 y 7 ilustran unas ventajas de la invención.

En la figura 1, un rotor incluye, para el mando de una pala, una lámina 1, generalmente de material compuesto, y un manguito 2 ("torque tube") que rodea la lámina 1 y que, por la acción de un elemento de accionamiento de paso 51 desplazable en la dirección F y unida en 52 al contorno del manguito 2, permite el mando del paso de la pala y, por lo tanto el pilotaje del helicóptero.

El dispositivo combinado presenta dos módulos montados a cada lado de la lámina 1, cada uno de los cuales presenta de serie un elemento de rótula laminado (6, 6') y una amortiguador laminado plano (7, 7').

La fijación del elemento de rótula laminado (6, 6') a la lámina 1 queda asegurada por medio de la placa interna (8, 8') que presenta un contorno curvado (81, 81') correspondiente a la capa más interna de la estructura laminada metálica/elastómero cilíndrica o hemisférica, que constituye cada elemento de rótula (6, 6').

En el exterior, el elemento de rótula (6, 6') presenta una placa externa (9, 9') a la que se fija, por medio de tornillos 32, una placa interna (15, 15') de un elemento amortiguador laminado plano (7, 7'). Finalmente, cada elemento laminado plano (7, 7') presenta una placa externa (10, 10') cuya parte central 11' corresponde al apilamiento de las capas laminadas, y que está bordeada a cada lado por unas prolongaciones (12, 12') que permiten su fijación a los extremos 21 del manguito 2 mediante tornillos (14, 14').

Según la invención, el plano común a los elementos 6 y 7, materializado por la placa 9 ó 15, es solidarizado en el plano común a los elementos 6' y 7', materializado por la placa 9' ó 15' por medio de uno o varios elementos de unión.

Esto permite evitar que, por la acción del cizallamiento generado por las fuerzas de estela T de la pala (véase figura 6), que son recuperadas por el brazo 1 con translación relativa (flecha X) entre el brazo 1 y el manguito 2 (véase las dos posiciones en trazo continuo y discontinuo en la figura 6), se produzca un fallo de paralelismo entre los planos mencionados (rotación \theta1 de la placa 9 en la figura 6), que se debe especialmente al hecho de que el elemento laminado plano no puede volverse lo bastante rígido como para impedir una rotación.

Esto también permite evitar que, durante una rotación relativa \theta entre la lámina 1 y el manguito 2, debida al mando de paso, se produzca un desfase anti-simétrico en el plano de estela entre los armazones 9 y 9' (flechas X' de la figura 7).

Según la invención, se añade una estructura intermedia 3 abierta o cerrada que forma, por ejemplo, un "anillo de acoplamiento", que rodea la lámina 1 ("spar" o "yoke") y situado en el interior del manguito 2 ("torque tube").

Cada elemento de combinado amortiguador incluye un armazón intermedio de transición (9, 9') que asegura la unión entre la parte esférica (rótula 6, 6') y la parte plana (amortiguador 7, 7').

Los dos armazones intermedios pertenecen, cada uno, a uno de los módulos del dispositivo combinado y están unidos mediante dicha estructura intermedia 3.

Esta estructura presenta una forma adecuada y está constituida por un material adaptado (por ejemplo, metal o un material sintético reforzado con fibras, llamado "compuesto") para unir, de forma suficientemente rígida, los dos armazones intermedios mencionados.

A1)

De esta manera, y se trata de una diferencia importante, se asegura un casi paralelismo de los dos armazones intermedios y su rotación y/o traslación simultánea de una pieza. La función de desacoplamiento de la rotación queda entonces asegurada de manera mucho más rigurosa. Por ello, la combinación de desplazamiento y de cargas es mucho más favorable. Los elementos amortiguadores planos (7, 7') están sensiblemente menos solicitados en rotación/flexión, mientras que los elementos de rótula (6, 6') están menos solicitados en traslación.

A2)

Por otra parte, el trabajo entre los dos módulos que forman el dispositivo combinado amortiguador-rótula está mejor repartido. Esto mejora también el funcionamiento de los amortiguadores planos. En la configuración de la técnica anterior, la rotación y la traslación se añaden para uno de los módulos del dispositivo combinado, mientras que estas dos solicitaciones principales se restan para el segundo módulo dispuesto al otro lado de la lámina 1. De ello resulta una disimetría de funcionamiento importante que queda en gran parte corregida en el caso de la presente invención.

Por otra parte, procediendo al ensamblaje del combinado amortiguador, es posible aplicar una pretensión distinta en la parte de rótula y la parte amortiguador plano. Esto puede realizarse sin perjudicar especialmente el método general de ensamblaje de los elementos combinados amortiguadores en el rotor, bien en su parte central en la lámina 1, bien en su parte externa, manguito 2 o "torque tube". Esta pretensión diferenciada entre los dos elementos (amortiguador plano y elemento de rótula de un mismo módulo) obtenida mediante el dimensionamiento de las piezas 10, 10' y de los elementos de unión permite ajustar la misma, en la medida de lo posible, a la combinación de cargas descrita para cada uno de dichos elementos.

Esto es probablemente más eficaz que la aplicación de un valor medio común como en la Patente US 4 244 677, que puede revelarse demasiado bajo para uno de los elementos y demasiado alto para el otro.

La incorporación de una unión de rigidificación según la invención permite así, sin modificar notablemente el diseño del dispositivo combinado, una ganancia importante sobre las fuerzas de tracción resultantes de la combinación de los desplazamientos y esfuerzos, por lo que se incrementa notablemente la vida útil del dispositivo combinado. A esto se añade un desacoplamiento de las solicitaciones de estela e incidencia de la pala, y un mejor posicionamiento relativo del manguito 2 con relación a la lámina 1.

En la figura 1, la rigidificación queda asegurada por uno o dos elementos 3 que son fijados mediante los tornillos 32 entre los extremos 91 y 91' frente a las placas 9 y 9'. Puede tratarse de elementos continuos (por ejemplo una placa curvada con su concavidad vuelta hacia la lámina 1, como se muestra en la figura 1) o de elementos discontinuos, por ejemplo unos tirantes 35, como se muestra en la figura 5.

En la figura 2, la unión mecánica queda asegurada mediante unas prolongaciones 41, 41' de placas intermedias 49, 49' alojadas entre los elementos (6 y 7, 6' y 7'). Dichas prolongaciones 41, 41' presentan unas patas de fijación 42, 42' que permiten un montaje por medio de tornillos 45.

Asimismo, se puede moldear un elemento de rigidificación en un elemento de rótula laminado, por ejemplo a continuación de un armazón intermedio 9, 9'. A continuación, los elementos moldeados se fijan entre sí para asegurar la rigidificación.

En la figura 3, la unión mecánica queda asegurada por un tubo 40 que presenta una parte plana 44 alojada entre los elementos 6 y 7, y una parte plana 42 alojada entre los elementos 6' y 7', y del que el resto del contorno 41 asegura la unión mecánica requerida.

En la figura 4, la unión mecánica queda asegurada por un tubo abierto que presenta una parte plana 48 alojada entre los elementos 6' y 7' y del que el resto del contorno 46 asegura la unión mecánica requerida. A tal efecto, los extremos 49 del tubo abierto se fijan mediante los tornillos 32 en los extremos 91 de la placa 9 situada entre los elementos 6 y 7.

Claims (16)

1. Dispositivo combinado amortiguador-rótula destinado a ser montado entre, por una parte, un brazo flexible (1) que une una pala de helicóptero a un eje rotor y, por otra parte, un manguito (2) de mando de paso de dicha pala y que incluye dos módulos elementales con, cada uno, un amortiguador plano laminado (7, 7') y un elemento de rótula laminado (6, 6'), extendiéndose el amortiguador laminado (7, 7') entre un extremo externo y un extremo interno y con, en su extremo externo, un elemento de montaje (10, 10') en el manguito (2) de mando de paso de dicha pala de helicóptero, y presentando el elemento de rótula laminado (6, 6') un apilamiento de capas metálicas y de elastómero, siendo el amortiguador laminado (7, 7') solidario por su extremo interno de un extremo externo del elemento de rótula (6, 6') cuyo extremo interno presenta un elemento de fijación (8, 8') en dicho brazo flexible (1), caracterizado porque incluye por lo menos un elemento de unión (3, 4, 4', 35, 41, 41', 46) que asegura una unión de rigidificación entre los extremos externos (9, 15, 9', 15') de los dos elementos de rótula (6, 6') de los dos módulos elementales que constituyen el dispositivo combinado.

2. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye por lo menos un armazón intermedio (9, 9', 49, 49', 15, 15') que asegura dicha solidarización entre el extremo interno del amortiguador laminado (7, 7') y el extremo externo del elemento de rótula (6, 6').

3. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el elemento de unión es un tubo (41, 42, 44) que rodea los dos elementos de rótula y asegura dicha solidarización entre los amortiguadores laminados (7, 7') y los elementos de rótula (6, 6') de los dos módulos elementales que constituyen el dispositivo combinado.

4. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el elemento de unión es un tubo abierto (46, 48) que asegura la solidarización (48) entre un amortiguador laminado (7') y un elemento de rótula (6') de uno de los dos módulos elementales, siendo los bordes abiertos (49) de dicho tubo abierto solidarios del extremo externo del elemento de rótula (6) del otro módulo elemental.

5. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque dicho elemento de unión es una pieza (3, 35) que une los extremos externos situados frente a los dos elementos de rótula del dispositivo combinado.

6. Dispositivo, según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho elemento de unión (3) está curvado y presenta una concavidad dirigida hacia dichos elementos de rótula (6, 6') del dispositivo combinado.

7. Dispositivo, según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha pieza es un tirante (35).

8. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye un par de elementos de unión (4, 4'), cada uno de los cuales presenta un área central (49, 49') que forman una unión entre el extremo interno de un amortiguador laminado (7, 7') y el extremo externo de un elemento de rótula (6, 6') y que está bordeada por lo menos en un lado lateral por un área lateral (41, 41') solidarizada a un área lateral correspondiente (41', 41) del otro elemento de unión (4, 4') del par.

9. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de unión está moldeado en un elemento de rótula (6).

10. Dispositivo, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el o los elementos de unión (3, 4, 4', 35, 41, 41', 46) están dimensionados de manera que, tras el montaje del dispositivo combinado, se aplique una primera pretensión de compresión a los elementos de rótula (6, 6').

11. Dispositivo, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de montaje (10) en el manguito (2) de mando de paso están dimensionados de manera que, tras el montaje del dispositivo combinado, se aplique una segunda pretensión de compresión a los amortiguadores laminados (7, 7').

12. Dispositivo, según las reivindicaciones 10 y 11 en su conjunto, caracterizado porque la primera y la segunda pretensión tienen distintos valores.

13. Rotor de helicóptero caracterizado porque incluye por lo menos un dispositivo combinado, según una de las reivindicaciones anteriores, montado entre dicho brazo flexible (1) y dicho manguito (2) de mando de paso.

14. Rotor de helicóptero, según la reivindicación 13, caracterizado porque por lo menos un dispositivo combinado está montado con una primera pretensión aplicada a los elementos de rótula (6, 6').

15. Rotor de helicóptero, según una de las reivindicaciones 13 ó 14, caracterizado porque por lo menos un dispositivo combinado está montado con una segunda pretensión de compresión aplicada a los elementos laminados (7, 7').

16. Rotor de helicóptero, según las reivindicaciones 14 y 15, caracterizado porque la primera y la segunda pretensión tienen distintos valores.