IT9067262A1 - Rotore principale per elicotteri - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

dell'Invenzione industriale dal titolo:

"Rotore principale per elicotteri."

R I A S S U N T O

Rotore (1) principale per elicotteri provvisto di una pluralità di pale (7), ed in cui un albero motore (2) supporta, alla propria estremità superiore, un mozzo (6) definito da un corpo toroidale (17) basculante, le cui periferie interna ed esterna sono accoppiate all'albero motore (2) tramite rispettivi giunti elastomerici sferici (33,39) con centro comune (A) su di un asse (9) dell'albero motore (2) stesso. Il corpo toroidale (17) supporta sospeso un corpo tubolare (27) rigido sostanzialmente coassiale all'albero motore (2). Ciascuna pala (7) è accoppiata al mozzo (6) tramite un elemento (40) di attacco estendentesi attraverso sia al corpo tubolare (27) che al corpo toroidale (17), e rispettivamente collegato ad essi tramite un primo (51) ed un secondo cuscinetto elastomerico (53).

La presente invenzione è relativa ad un rotore principale per elicotteri.

In particolare, la presente invenzione è relativa ad un rotore del tipo comprendente un albero motore girevole attorno ad un proprio asse; un mozzo; primi mezzi di collegamento interposti fra l'albero motore ed il mozzo per portare il mozzo stesso in rotazione con l'albero motore attorno al detto asse, e permettere al mozzo di basculare attorno ad un punto del detto asse; una pluralità di pale estendentisi verso l'esterno dal mozzo in direzione sostanzialmente radiale e comprendenti, ciascuna, un dispositivo di attacco per il proprio accoppiamento al mozzo; un dispositivo di cambio passo accoppiato ai detti dispositivi di attacco; e secondi mezzi di collegamento di ciascun detto dispositivo di attacco al mozzo.

In generale, i rotori noti del tipo sopra descritto sono rotori cosiddetti "sferici".

In un rotore sferico, i primi mezzi di collegamento sopra citati devono essere progettati in modo tale da permettere la trasmissione di una coppia motrice dall'albero motore al mozzo, e devono essere in grado di trasmettere all'albero motore la portanza ed i tagli nel piano del rotore e, contemporaneamente, di consentire al mozzo di basculare attorno ad un punto dell'asse dell’albero motore generando, allo stesso tempo, un appropriato momento di controllo. Inoltre, i citati primi mezzi di collegamento devono essere tali da garantire, in qualunque posizione di basculamento del mozzo rispetto all’albero motore, una trasmissione omocinetica fra albero motore e mozzo.

Nei rotori sferici noti, il soddisfacimento dei requisiti parzialmente contrastanti sopra esposti viene, almeno in parte, ottenuto, tramite l'utilizzazione di un numero elevato di componenti dedicati. Per esempio, la trasmissione della portanza e dei tagli fra mozzo e albero motore ed il basculamento del mozzo rispetto all'albero motore vengono resi, in generale, possibili collegando il mozzo all'albero motore tramite un giunto sferico centrale; mentre la coppia viene trasmessa tramite dei compassi e/o una membrana, la quale è, inoltre, in grado di generare i momenti di controllo e di garantire la trasmissione omocinetica, ma non è in grado di supportare le pale a rotore fermo, per cui si rende necessaria l'utilizzazione di organi mobili di supporto del tipo normalmente utilizzato sui rotori articolati.

In definitiva, quindi, si può ragionevolmente affermare che i rotori sferici noti presentano una struttura estremamente complessa sia meccanicamente che cinematicamente, e risultano molto poco "interessanti" sia dal punto di vista economico, che dal punto di vista della sicurezza.

Scopo della presente invenzione e quello di realizzare un rotore del tipo sopra descritto, la cui struttura sia estremamente semplice, compatta e di realizzazione relativamente economica.

Scopo ulteriore della presente invenzione è quello di realizzare un rotore del tipo sopra descritto, il quale renda superflua l'utilizzazione di organi quali i citati compassi ed i citati organi mobili di supporto delle pale a rotore fermo.

Secondo la presente invenzione, viene realizzato un rotore del tipo sopra specificato, e caratterizzato dal fatto che il detto mozzo comprende un corpo toroidale ed un corpo tubolare sostanzialmente coassiali fra loro ed al detto albero motore; i detti primi mezzi di collegamento essendo interposti fra il detto corpo toroidale ed il detto albero motore per permettere al corpo toroidale stesso di basculare attorno al detto punto del detto asse; il detto corpo tubolare essendo sospeso al detto corpo toroidale ed essendo supportato dal corpo toroidale stesso; ed i detti secondi mezzi di collegamento comprendendo un primo cuscinetto elastomerico interposto fra un relativo detto dispositivo di attacco ed il detto corpo tubolare e definente un punto focale per una relativa detta pala, ed un secondo cuscinetto elastomerico interposto fra ciascun detto dispositivo di attacco ed il detto corpo toroidale.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura 1 è una sezione trasversale, con parti asportate per chiarezza, di una preferita forma di attuazione del rotore per elicotteri della presente invenzione; e

la figura 2 è una sezione secondo la linea II-II della figura 1.

Nelle figure allegate, con 1 è indicato, nel suo complesso, un rotore principale di un elicottero non

tubolare estendentesi in direzione sostanzialmente verticale ed accoppiato angolarmente, alla propria estremità inferiore, all'uscita di una scatola di riduzione {non illustrata) a sua volta collegata all'uscita di un gruppo motore (non illustrato) del citato elicottero.

Con riferimento alla figura 2, l'albero 2 comprende, superiormente, una prima porzione 3 chiusa superiormente da una parete trasversale piana 4, ed una seconda porzione 5 di diametro inferiore a quello della prima e costituita da un'appendice tubolare estendentesi verso l'alto da una porzione centrale della parete 4 e coassiale alla porzione 3. Le porzioni 3 e 5 dell'albero 2 sono accoppiate ad un mozzo 6 per il collegamento, all'albero 2, di una pluralità di pale 7 estendentisi verso l'esterno dal mozzo 6 stesso in direzione sostanzialmente radiale.

In particolare, l'accoppiamento fra la porzione 3 dell’albero 2 ed il mozzo 6 è reso possibile da una pluralità di piastre piane 8, le quali sono leggermente inclinata verso l'alto, e si estendono verso l'esterno dalla periferia esterna della parete 4 lungo una superficie conica ad asse coincidente con un asse 9 dell'albero 2 stesso.

Le piastre 8 sono uniformemente distribuite attorno all'albero 2, sono pari in numero alle pale 7, e portano, ciascuna, collegata, alla propria superficie superiore e tramite bulloni 10, un braccio 11 di una rispettiva staffa 12 conformata sostanzialmente a L, un cui secondo braccio 13 si estende all'esterno della estremità radiale esterna della relativa piastra 8 e verso l'alto in direzione sostanzialmente parallela all’asse 9.

Il braccio 13 costituisce la scarpa interna di un rispettivo cuscinetto elastomerlco 14 ad andamento sferico, il cui centro "A" coincide con il centro degli altri cuscinetti 14 ed è disposto sull’asse 9 e sostanzialmente su di un piano (P) individuato dai baricentri (non illustrati) delle pale 7 quando le pale 7 stesse si dispongono sul cosiddetto ''precono" di volo stazionario stabilizzato.

La scarpa esterna di ciascun cuscinetto elastomerico 14 è costituita da un elemento 15 ricurvo solidale alla superficie interna di una porzione anulare 16 intermedia di un corpo toroidale 17, il quale e preferibilmente costituito di materiale sintetico composito, e si estende attorno all'albero 2 in posizione sostanzialmente coassiale all'asse 9.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il corpo toroidale 17 presenta, in sezione, una forma sostanzialmente a C con concavità rivolta verso l'asse 9, e comprende, oltre alla porzione anulare 16, due flange anulari 18 e 19 estendentisi verso l'interno dalle estremità superiore e, rispettivamente, inferiore della porzione intermedia 16 al disopra e, rispettivamente, al disotto dei cuscinetti 14.

Sia la porzione anulare 16 che la flangia superiore 18 sono elementi a parete doppia e comprendono la prima una parete interna 20 ed una parete esterna 21 fra loro a contatto, e la seconda una parete interna 22 raccordata alla parete 20, ed una parete esterna 23 divergente dalla parete 22 e raccordata alla parete 21. Inoltre, le periferie interne delle pareti 22 e 23 della flangia 18 sono rese fra loro solidali tramite l'interposizione di un anello 24 coassiale all'asse 9 e realizzato di materiale sintetico composito.

Secondo quanto illustrato, in particolare, nella figura 2, la flangia 18 è collegata, tramite viti 25 ed in corrispondenza dell'anello 24, alla superficie inferiore di una flangia anulare 26 estendentesi verso l'esterno dalla estremità superiore di un corpo tubolare 27 rigido, il quale è preferibilmente costituito di materiale metallico, ed è sospeso alla flangia 18 in posizione sostanzialmente coassiale all'asse 9.

Il corpo tubolare 27 è sospeso al corpo toroidale 17 al disopra della parete 4, ed è attraversato dall'appendice tubolare 5, la quale comprende una porzione superiore 28 a diametro ridotto, che è raccordata alla parte inferiore dell'appendice 5 stessa tramite uno spallamento anulare 29, e termina superiormente con un tratto filettato 30. La porzione 28 dell'appendice 5 impegna un foro diametrale passante di una rotula sferica 31 con centro in "A" e bloccata assialmente contro lo spallamento 29 tramite una ghiera 32 montata sul tratto filettato 30.

La rotula 31 costituisce la scarpa interna di un giunto elastomerico indicato nel suo complesso con 33 e comprendente una scarpa anulare esterna 34 accoppiata alla scarpa interna tramite l'interposizione di due corone 35 di materiale elastomerico e provvista alle proprie estremità opposte, di una flangia anulare superiore 36 ed una flangia anulare inferiore 37. La flangia 36 si estende con la propria periferia esterna al disopra della flangia 26 del corpo tubolare 27, ed è fissata alla flangia 26 stessa tramite le viti 25. La flangia 37 presenta una periferia esterna disposta a contatto, almeno lungo parte del proprio sviluppo, di una superficie cilindrica interna 38 del corpo tubolare 27 per rendere il corpo 27 stesso solidale con la scarpa esterna 34 e mobile con essa attorno al punto "A".

Dalla descrizione che precede risulta, quindi, che il corpo toroidale 17 ed il corpo tubolare 27 sono collegati in modo elastico alla sommità dell'albero 2 per basculare attorno al punto "A" a seguito della presenza, fra il corpo toroidale 17 ed il corpo tubolare 27 da una parte e l'albero 2 dall'altra, del giunto elastomerico sferico 33, con centro in "A" ed interposto fra la periferia interna del corpo toroidale 17 e l'albero 2, e di un ulteriore giunto elastomerico sferico 39 con centro in "A" e definito dall'assieme dei cuscinetti elastomerici 14.

In particolare, il giunto elastomerico 39 è interposto fra l'albero 2 e la periferia esterna del corpo toroidale 17 e presenta una rotula sferica interna definita dall'assieme dei bracci 13, le cui superfici si estendono lungo una corona sferica coassiale all'asse 9 e disposta al disotto del punto "A" in modo da permettere al giunto 39 di trasmettere la portanza fra il mozzo 6 e l'albero 2.

L'estremità interna di ciascuna pala 7 è collegata al corpo tubolare 27 tramite un elemento di attacco 40 estendentesi in direzione sostanzialmente radiale rispetto al corpo tubolare 27 stesso lungo un relativo asse 41 coincidente con l'asse della relativa pala 7. Ciascun elemento di attacco 40 comprendente, alla propria estremità esterna, una forcella 42 accoppiata ad una estremità interna della rispettiva pala 7 tramite due bulloni 43 ad asse sostanzialmente parallelo all'asse 9, e, alla propria estremità interna, uno stelo 44 integrale con la forcella 42 e presentante un foro assiale 45 impegnato da un'asta cilindrica 46, la quale fuoriesce dal foro 45 verso l'asse 9, e termina con una testa sferica 47, un cui centro "B" è disposto sull'asse 41.

Ciascun elemento di attacco 40 impegna un foro 48 sostanzialmente radiale ricavato attraverso il corpo tubolare 27 in posizione intermedia fra una rispettiva coppia di piastre 8 adiacenti, ed un foro 49 sostanzialmente radiale ricavato attraverso la porzione anulare 16 del corpo toroidale 17 fra una rispettiva coppia di elementi 15 ricurvi.

Ciascun foro 48 è impegnato dalla scarpa esterna 50 di un rispettivo cuscinetto elastomerico 51 sferico, la cui scarpa interna è definita dalla rispettiva testa sferica 47, la quale è accoppiata alla relativa scarpa esterna 50 tramite uno strato 52 si materiale elastomerico armato.

Ciascun elemento di attacco 40 è ancorato al corpo toroidale 17 tramite un ulteriore cuscinetto elastomerico 53 sferico (o conico) montato con la propria concavità rivolta verso l'asse 9. Ciascun cuscinetto 53 presenta un centro (o vertice) "C" disposto sul rispettivo asse 41 all'interno del corpo toroidale 17, e comprende una scarpa esterna 54 anulare solidalmente collegata alla porzione anulare 16 e coassiale al rispettivo foro 49, ed una scarpa interna 55 anulare coassiale al rispettivo asse 41 ed accoppiata alla scarpa esterna 54 tramite uno strato anulare 56 di materiale elastomerico armato. La scarpa interna 55 è solidale alla estremità di un manicotto 57, il quale è calzato sul relativo stelo 44, ed è attraversato da due bulloni diametrali 58 fra loro perpendicolari e disposti assialmente sfalsati lungo il manicotto 57 stesso per rendere solidali fra loro il manicotto 57, il relativo stelo 44 e la relativa asta 46.

Ciascuna testa 47 porta collegato, dalla parte opposta della relativa asta 46 ed in posizione coassiale alla stessa, un perno 59 disposto all'interno dell'albero 2 e portante calettata una rispettiva forcella 60, la quale si estende radialmente verso l'esterno dal relativo perno 59 e porta incernierata, tramite un giunto sferico 61, l'estremità superiore di un'asta 62. Le aste 62 sono aste di comando, le quali si estendono lungo l'albero 2 ed attraverso rispettivi fori 63 ricavati nella parete 4, e costituiscono gli organi di uscita di un dispositivo 64 di comando di cambio passo a comandi interni di tipo noto.

E' assolutamente superfluo specificare, in questa sede, che un simile dispositivo di cambio passo "a comandi interni" può essere facilmente sostituito, con semplici modifiche alla portata di un qualsiasi tecnico del ramo, con un dispositivo di comando di cambio passo (non illustrato) del tipo cosiddetto "a comandi esterni" di per sé universalmente noto.

Al contrario, risulta opportuno puntualizzare alcuni particolari strutturali ed alcune caratteristiche funzionali del collegamento fra le pale 7 ed il mozzo 6, e del collegamento del mozzo 6 all'albero motore 2.

La caratteristica strutturale più importante del rotore 1 descritto è costituita dalla presenza del corpo toroidale 17, il quale permette di sospendere il corpo tubolare 27, e di realizzare un rotore estremamente compatto e aerodinamicamente "pulito".

Infatti, i giunti elastomerici 33 e 39 permettono di guidare il corpo toroidale 17 su di una superficie sferica di centro "A" durante i suoi spostamenti rispetto all'albero 2. Di conseguenza, il corpo toroidale 17 tende a disporsi, nelle normali condizioni di funzionamento in volo traslato, nel piano del rotore 1 determinando uno sfalsamento {misurato lungo l'asse 9) relativamente ridotto degli assi 41 delle coppie di pale 7 opposte e, quindi, momenti di controllo relativamente ridotti, i quali vengono ricondotti a valori accettabili dai momenti di reazione introdotti dal giunto elastomerico 33 e, in particolare, dal giunto elastomerico 39, il quale assolve anche al compito di trasmettere una parte prevalente della coppia motrice e della portanza fra il mozzo 6 e l'albero motore 2.

Come precedentemente detto, il corpo toroidale 17 tende a disporsi nel piano del rotore, ossia nel cosiddetto piano di riferimento di rotazione, e, inoltre, collega fra loro tutte le pale 7. Di conseguenza, i tagli e le tensioni circonferenziali trasmessi al corpo toroidale 17 da ogni singola pala vengono, in generale, almeno parzialmente compensati dalle corrispondenti tensioni trasmesse dalle altre pale. Le pale 7 presentano, pertanto, movimenti di flappeggio e, quindi, movimenti di lead-lag relativamente contenuti, e non necessitano necessariamente di ammortizzatori nel piano del rotore.

Inoltre, a seguito dei ridotti movimenti di lead-lag delle pale, il rotore 1 descritto sarà sostanzialmente esente da problemi di risonanza a terra, è può fare a meno di dispositivi mobili di supporto delle pale a rotore fermo, dal momento che i cuscinetti elastomerici 53 risultano più che sufficienti a sostenere le pale a riposo.

A proposito di quanto sopra esposto, è opportuno notare che, come già detto in precedenza, i cuscinetti elastomerici 53 possono essere concepiti sia di forma sferica che di forma conica, dal momento che queste due forme sono sostanzialmente equivalenti in vista del compito precipuo che i cuscinetti 53 sono chiamati a svolgere, e che è quello di scaricare sul corpo toroidale 17 le forze centrifughe generate dalle rispettive pale 7.

Claims (1)

1. R IV E N D I C A Z I O N I 1.- Rotore principale per elicotteri, del tipo comprendente un albero motore (2) girevole attorno ad un proprio asse (9); un .mozzo (6); primi mezzi di collegamento (33,39) interposti fra l'albero motore (2) ed il mozzo (6) per portare il mozzo (6) stesso in rotazione con l'albero motore (2) attorno al detto asse (9), e permettere al mozzo (6) di basculare attorno ad un punto (A) del detto asse; una pluralità di pale (7) estendentisi verso l'esterno dal mozzo (6) in direzione sostanzialmente radiale e comprendenti, ciascuna, un dispositivo di attacco (40) per il proprio accoppiamento al mozzo (6); un dispositivo di cambio passo (64) accoppiato ai detti dispositivi di attacco (40); e secondi mezzi di collegamento (51,53) di ciascun detto dispositivo di attacco (40) al mozzo (6); caratterizzato dal fatto che il detto mozzo (6) comprende un corpo toroidale (17) ed un corpo tubolare (27) sostanzialmente coassiali fra loro ed al detto albero motore (2); i detti primi mezzi di collegamento (33,39) essendo interposti fra il detto corpo toroidale (17) ed il detto albero motore (2) per permettere al corpo toroidale (17) stesso di basculare attorno al detto punto (A) del detto asse (9); il detto corpo tubolare (27) essendo sospeso al detto corpo toroidale (17) ed essendo supportato dal corpo toroidale (17) stesso; ed i detti secondi mezzi di collegamento (51,53) comprendendo un primo cuscinetto elastomerico (51) interposto fra un relativo detto dispositivo di attacco (40) ed il detto corpo tubolare (27) e definente un punto focale per una relativa detta pala (7), ed un secondo cuscinetto elastomerico (53) interposto fra ciascun detto dispositivo di attacco (40) ed il detto corpo toroidale (17). 2.- Rotore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il detto corpo toroidale (17) presenta, in sezione, una forma sostanzialmente a C con concavità rivolta verso il detto asse (9), e comprende una porzione anulare intermedia (16) sostanzialmente cilindrica, ed una prima ed una seconda flangia anulari (18,19) estendentisi verso 1'interno in direzione sostanzialmente radiale da una estremità superiore e, rispettivamente, da una estremità inferiore della detta porzione anulare intermedia (17). 3.- Rotore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i detti primi mezzi di collegamento (33,39) comprendendo un primo (33) ed un secondo giunto elastomerico sferico (39) con centri coincidenti con il detto punto (A) del detto asse (9). 4.- Rotore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il detto primo giunto elastomerico sferico (33) è interposto fra una periferia interna della detta prima flangia (18) ed una prim porzione (5) del detto albero motore (2), e comprend una rotula sferica (31) solidale all'albero motore (2) e con centro nel detto punto (A). 5.- Rotore secondo la rivendicazione 3 o 4 caratterizzato dal fatto che il detto secondo giunto elastomerico sferico (39) è interposto fra la porzione anulare intermedia (16) del detto corpo toroidale (17 ed una seconda porzione (3) del detto albero motore (2) la detta seconda porzione (3) essendo disposta inferiormente alla detta prima porzione (5), ed il secondo giunto elastomerico (39) comprendendo una rotula interna (11), la cui superficie si estende lungo almeno parte di un segmento sferico con centro nel detto punto (A) del detto asse (9), e disposto al disotto del detto punto (A). 6.- Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, caratterizzato dal fatto che il detto secondo giunto elastomerico sferico (39) comprende una pluralità di ulteriori cuscinetti elastomerlci sferici (14) uniformemente distribuiti attorno al detto asse (9) e presentanti rispettivi centri coincidenti fra loro e con il detto punto (A) del detto asse (9); i detti ulteriori cuscinetti elastomerici sferici (14) essendo pari, in numero, alle dette pale (7). 7.- Rotore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il detto corpo tubolare (27) presenta una estremità superiore (26) accoppiata ad una porzione periferica interna della detta prima flangia (18); il detto corpo tubolare (27) essendo sospeso alla detta prima flangia (18) in posizione affacciata alla detta porzione anulare intermedia (16). 8.- Rotore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il detto corpo toroidale (17) è realizzato di materiale sintetico composito. 9.- Rotore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che ciascuno detto primo cuscinetto elastomerico (51) è sferico. 10.- Rotore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che ciascun detto secondo cuscinetto elastomerico (53) è sferico, ed è montato con la propria concavità rivolta verso il detto albero motore (2). 11.- Rotore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che ciascun detto secondo cuscinetto elastomerico (53) è conico, ed è montato con la propria concavità rivolta verso il detto albero motore (2). 12.- Rotore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il detto punto (A) del detto asse (9) è sostanzialmente disposto su di un piano (P) individuato dai baricentri delle dette pale (7) quando le pale (7) stesse si dispongono sul cosiddetto "precono" di volo stazionario stabilizzato. 13.- Rotore per elicotteri, sostanzialmente come descritto con riferimento alle figure annesse.