ITTO20070442A1 - Rotore per un elicottero comprendente un dispositivo di smorzamento delle vibrazioni e relativo metodo di riqualificazione - Google Patents

Description

D E S C R I Z IO N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un rotore per un elicottero comprendente un dispositivo di smorzamento delle vibrazioni e ad un metodo di riqualificazione di un rotore per un elicottero.

Sono noti elicotteri comprendenti essenzialmente una fusoliera, un rotore principale posto ad una sommità della fusoliera e girevole intorno ad un proprio asse, ed un rotore di coda posto ad un'estremità della fusoliera. Gli elicotteri di tipo noto comprendono, inoltre una coppia di superfici di coda orizzontali e una coppia di superfici di coda verticali .

In maggiore dettaglio, il rotore comprende, a propria volta, essenzialmente un mozzo girevole intorno al suddetto asse e provvisto di una pluralità di pale fissate radialmente a sbalzo al suddetto mozzo, ed un albero di comando collegabile ad un organo motore ed operativamente collegato al mozzo per trascinarlo in rotazione.

L'azionamento del rotore determina, in uso, la comparsa di vibrazioni di alta e bassa frequenza. Più precisamente, le vibrazioni di bassa frequenza sono generate dal distacco della scia dalle pale e dal centro del mozzo. Tale distacco avviene in corrispondenza del centro del mozzo ed impatta sulle superfici aerodinamiche verticali ed orizzontali di coda e sul rotore di coda stesso.

Allo scopo di contenere la generazione di tali vibrazioni di bassa frequenza, il rotore comprende un convogliatore di flusso montato superiormente al centro del rotore ed estendentesi anularmente intorno all'asse di rotazione del rotore stesso.

Più precisamente, il convogliatore di flusso è atto ad indirizzare il flusso generato dal rotore in modo tale da contenere gli effetti di distacco della scia allo scopo di evitare che la scia stessa impatti sul rotore di coda e sulle relative strutture di supporto.

La rotazione delle pale ad elevate velocità angolari determina, in uso, la generazione di ulteriori vibrazioni di alta frequenza, le quali vengono trasmesse all'albero di comando e, quindi, all'elicottero.

E' avvertita nel settore l'esigenza di contenere la generazione e la trasmissione di tali ulteriori vibrazioni all'albero di comando del rotore tramite dispositivi smorzatori portati dal rotore e sintonizzati su una o più frequenze delle suddette vibrazioni. Più precisamente, è avvertita l'esigenza che tali dispositivi smorzatori siano poco ingombranti e non richiedano di modificare la disposizione degli ulteriori elementi costituenti il rotore stesso.

E' avvertita, inoltre, nel settore l'esigenza che i dispositivi smorzatori, in caso di distacco dal rotore, non urtino il mozzo e le pale danneggiandoli in modo irreparabile.

E' avvertita, infine, l'esigenza che tali dispositivi smorzatori non interferiscano con il profilo aerodinamico dell'elicottero e del convogliatore di flusso in modo da non influenzare i flussi d'aria indotti dal rotore principale sul rotore di coda e sulle superfici aerodinamiche di coda.

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un rotore per un elicottero, il quale, consenta si soddisfare in modo semplice ed economico almeno una delle suddette esigenze.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione, in guanto essa è relativa ad un rotore per un elicottero come definito nella rivendicazione 1.

La presente invenzione è altresì relativa ad un metodo di riqualificazione di un rotore per un elicottero come definito nella rivendicazione 11.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene descritta nel seguito una preferita forma di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una vista laterale di un elicottero comprendente un rotore secondo la presente invenzione; e

- la figura 2 illustra in sezione il rotore di figura 1 con parti non completamente rappresentate per chiarezza.

Con riferimento alla figura 1, è indicato con 1 un elicottero comprendente essenzialmente una fusoliera 2, un rotore 3 principale posto ad una sommità della fusoliera 2 e girevole intorno ad un asse A, ed un rotore 4 di coda posto ad un'estremità della fusoliera 2 e girevole intorno a un proprio asse trasversale all'asse A. L'elicottero 1 comprende, inoltre, una coppia di superfici 4a, 4b di coda disposte rispettivamente in posizione verticale ed orizzontale.

In maggiore dettaglio, il rotore 3 comprende un mozzo 5 di asse A, cavo e portante a sbalzo una pluralità di pale 9, le quali si estendono radialmente all'asse A.

Il rotore 3 comprende, inoltre, un albero 6 di comando girevole intorno all'asse A, angolarmente solidale al mozzo 5, ed accoppiato, in modo non illustrato, con un organo motore, ad esempio una turbina, portato dall'elicottero 1. In particolare, l'albero 6 è cavo.

Più precisamente (figura 2), l'albero 6 è in parte alloggiato all'interno del mozzo 5 ed è angolarmente solidale al mozzo 5 stesso tramite un profilo scanalato e una coppia di cunei interposti radialmente tra l'albero 6 e il mozzo 5. In particolare, il profilo scanalato è assialmente interposto tra i suddetti cunei.

Il rotore 3 comprende, inoltre, un convogliatore 10 di flusso atto a guidare il flusso generato dalla rotazione del rotore 3 secondo un predeterminato percorso conformato in modo da contenere le vibrazioni generate dal distacco del suddetto flusso dalle estremità delle pale 9 disposte da parte opposta al mozzo 5.

In maggiore dettaglio, il convogliatore 10 è anulare, si estende intorno all'asse A, ed è disposto da parte opposta del mozzo 5 rispetto alla fusoliera 2.

Il convogliatore 10 ha conformazione a "cappello" ed è delimitato da una coppia di pareti 11, 12 assialmente affacciate tra loro; più in particolare, la parete 11 delimita il convogliatore 10 assialmente da parte opposta al mozzo 5 mentre la parete 12 delimita il convogliatore 10 assialmente da parte del mozzo 5.

La parete 11 è continua e si estende, procedendo in direzione radiale a partire dall'asse A, a distanze assiali decrescenti dal mozzo 5.

La parete 12 presenta un primo bordo 13 periferico circolare, e un secondo bordo periferico (non visibile in figura 2) opposto al bordo 13 e disposto radialmente più esterno del bordo 13 periferico. Il secondo bordo periferico della parete 12 è, inoltre, assialmente affacciato ad un bordo periferico 14 (figura 1) della parete 11.

Le pareti 11, 12 sono conformate in modo tale che la loro distanza assiale decresce, procedendo in direzione radiale a partire dall'asse A.

Più in particolare, la parete 12, procedendo dal bordo 13 verso il secondo bordo, dapprima si allontana dal mozzo 5 e poi si avvicina al mozzo 5 stesso.

Le pareti 11, 12 sono collegate tra loro da un corpo 7 tubolare tronco-conico, simmetrico rispetto all'asse A ed avente una superficie 8 laterale estendentesi tra le pareti 11, 12.

La superficie 8 è rastremata verso la parete 12. Vantaggiosamente, il rotore 3 comprende un dispositivo 15 di smorzamento delle vibrazioni, il quale comprende, a propria volta, una massa 17, e un'asta 16 elasticamente deformabile; l'asta 16 è supportata dall'albero 6 e collegata con la massa 17, si estende almeno in parte all'interno dell'albero 6, ed è allungata parallelamente all'asse A; la massa 17 vibra, in uso, con una frequenza tale da opporsi alla trasmissione all'albero 6 delle vibrazioni generate dalla rotazione del mozzo 5 e del pale 9.

Più precisamente, la rigidezza flessionale dell'asta 16 in un piano ortogonale all'asse A e l'entità della massa 17 sono tali che la massa 17 vibri, in uso, con un predeterminato valore di frequenza, il quale è associato ad almeno un valore di frequenza caratteristico delle vibrazioni generate dalla rotazione del rotore 3.

In altre parole, il dispositivo 15 è sintonizzato sulla frequenza delle vibrazioni generate dal rotore 3 ed esercita sull'albero 6 una forza tale da contrastare la trasmissione delle suddette vibrazioni all'albero 6 stesso, e, quindi, all'elicottero 1.

Il dispositivo 15 è alloggiato all'interno di un vano 30 radialmente delimitato dall'albero 6 e dalla superficie 8, ed assialmente delimitato, da parte opposta della fusoliera 2, dalla porzione della parete 11 estendentesi tra le pareti 8.

Il vano 30 è conformato in modo da isolare il dispositivo 15 dal mozzo 5 e dalle pale 9, in modo che l'eventuale distacco del dispositivo 15 dall'albero 6 non determini l'impatto del dispositivo 15 stesso contro il mozzo 5 e/o le pale 9 stesse.

Il rotore 3 comprende, inoltre, un corpo a tazza 20 di asse A, ed angolarmente solidale all'albero 6 e all'asta 16 in modo da collegare tra loro l'albero 6 e l'asta 16 stessi.

Più precisamente, il corpo a tazza 20 ha forma tubolare, si estende simmetricamente intorno all'asse A ed è radialmente più esterno dell'asta 16.

Il corpo a tazza 20 comprende una porzione principale 22 circondata dall'albero 6 ed allungata parallelamente all'asse A, e una superficie di testa 21 anulare e giacente su un piano ortogonale all'asse A.

La porzione principale 22 definisce, da parte opposta della superficie di testa 21, una sede 23 impegnata da un'estremità 18 assiale dell'asta 16. In particolare, l'estremità 18 è termicamente forzata all'interno della sede 23.

La superficie di testa 21 è serrata assialmente, tramite una pluralità di viti, contro una ghiera 29 filettata accoppiata con l'albero 6, ed è attraversata dall'asta 16.

La superficie di testa 21 definisce un'estremità assiale del corpo a tazza 20 rivolta verso il convogliatore 10 mentre la sede 23 è disposta in corrispondenza di un'estremità assiale del corpo a tazza 20 disposta da parte opposta della superficie di testa 21.

La sede 23 e l'estremità 18 sono attraversate, inoltre, da un tirante filettato ed estendentesi ortogonalmente all'asse A.

Preferibilmente, il corpo a tazza 20 è realizzato in lega leggera.

L'asta 16 comprende un'estremità 19 troncoconica opposta all'estremità 18 e accoppiata con una sede 25, anch'essa tronco-conica, definita dalla massa 17, in modo da fissare tra loro l'asta 16 e la massa 17.

L'asta 16 comprende, infine, un tratto intermedio tra le estremità 18, 19, rastremato a partire dall'estremità 18 verso l'estremità 19 stessa, e attraversante la superficie di testa 21.

L'estremità 18 dell'asta 16 è alloggiata all'interno dell'albero 6.

L'asta 16 è, inoltre, completamente alloggiata nel cilindro definito dal prolungamento dell'albero 6 verso il convogliatore 10.

La massa 17 è alloggiata all'interno del convogliatore 10. In particolare, la massa 17 è alloggiata all'interno di un vano delimitato radialmente dalla superfìcie 8, aperto assialmente verso il mozzo 5, e chiuso assialmente, da parte opposta al mozzo 5, dalla porzione della parete 11 interna alla superficie 8.

La massa 17 comprende un corpo principale 26 definente la sede 25 e una pluralità di lamine 27 collegate in modo rilasciabile al corpo principale 26 per poter variare la frequenza di vibrazione della massa 17 e quindi la frequenza di sintonizzazione del dispositivo 15.

Le lamine 27 sono costituiti da anelli coassiali all'asse A, sovrapposti tra loro e giacenti su rispettivi piani ortogonali all'asse A.

Le lamine 27 sono, inoltre, sono serrate a pacco una contro l'altra e contro il corpo principale 26 da una pluralità di viti.

In uso, l'albero 6 trascina i il mozzo 5, le pale 9 e il dispositivo 15 in rotazione intorno all'asse A.

La rotazione del mozzo 5 e delle pale 9 genera delle vibrazioni, le quali si trasmettono all'albero 6 e, da questi, all'elicottero 1.

La rotazione del dispositivo 15 determina, inoltre, grazie all'elasticità dell'asta 16, la vibrazione della massa 17. Più precisamente, la massa 17 ruota intorno all'asse A e vibra, in maniera preponderante, in un piano ortogonale all'asse A stesso.

Grazie alla conformazione di progetto dell'asta 16 e della massa 17, la frequenza di vibrazione della massa 17 stessa è tale da essere sintonizzata su una delle frequenze delle vibrazioni indotte dalla rotazione del rotore 3.

Pertanto, il dispositivo 15 esercita sull'albero 6 un'azione tale da contrastare la trasmissione delle suddette vibrazioni all'albero 6 stesso, e da quest'ultimo, all'elicottero 1.

Il dispositivo 15 può essere facilmente inserito in un rotore 3 pre-esistente comprendente il mozzo 5, l'albero 6 e le pale 9 in modo da riqualificare il rotore 3 stesso.

A tal scopo, è sufficiente fissare il corpo a tazza 20 all'albero 6, fissare l'asta 16 al corpo a tazza 20 e, da ultimo, fissare la massa 17 all'asta 16.

Da un esame del rotore 3 e del metodo di riqualificazione secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaqgi che essa consente di ottenere.

In particolare, il dispositivo 15 è girevole solidalmente all'albero 6 intorno all'asse A e non presenta masse rotanti in modo eccentrico rispetto all'asse A o punti di incernieramento all'albero 6 e/o al mozzo 5.

Ne segue che il dispositivo 15 è perfettamente equilibrato dinamicamente rispetto all'asse A e non determina, in uso, la comparsa di ulteriori velocità critiche nel rotore 3.

Il dispositivo 15 consente, inoltre, in modo semplice ed economico di contenere la trasmissione di vibrazioni all'albero 6 senza interferire con l'aerodinamica e il funzionamento del rotore 3 stesso e/o del convogliatore 10.

Infatti, dal momento che l'asta 16 è alloggiata, almeno in parte, all'interno dell'albero 6, e si estende parallelamente all'asse A, il dispositivo 15 presenta un ingombro radiale particolarmente limitato e contenuto nell'ingombro radiale dell'albero 6.

Ne segue che il dispositivo 15 non presenta ingombri radiali tali da interferire con il funzionamento corretto del convogliatore 10, del mozzo 5 e delle pale 9.

In particolare, il dispositivo 15 non disturba i flussi di aria che, a causa della rotazione del rotore 3, investono il rotore 4.

Il dispositivo 15 è, in aggiunta, completamente alloggiato all'interno del vano 30 definito dall'albero 6 e del convogliatore 10.

Pertanto, in caso di distacco dell'asta 16 dal corpo a tazza 20 e/o di distacco della massa 17 dall'asta 16, non vi è alcun pericolo che l'asta 16 e/o la massa 17 possano urtare contro le pale 9, compromettendo l'efficienza del rotore 3.

Inoltre, il dispositivo 15 essendo alloggiato all'interno del vano 30, non è soggetto a forze aerodinamiche, le quali potrebbero impedire la sintonizzazione del dispositivo 15 stesso sul suddetto valore di frequenza caratteristico delle vibrazioni generate dalla rotazione del rotore 3. Infine, il dispositivo 15 è facilmente integrabile nel rotore 3, essendo contenuto all'interno del vano 30 ed essendo, pertanto, non intrusivo con riferimento agli ulteriori componenti del rotore 3.

Il metodo di ri-qualificazione secondo l'invenzione risulta, infine, particolarmente vantaggioso in quanto non richiede di modificare il rotore 3 pre-esistente per creare nuovi alloggiamenti per il dispositivo 15.

A tal scopo è sufficiente, infatti, fissare il corpo a tazza 20 all'albero 6, fissare l'asta 16 al corpo a tazza 20, e fissare la massa 17 all'asta 16.

Risulta infine chiaro che al rotore 3 e al metodo di riqualificazione qui descritti e illustrati possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di protezione definito dalle rivendicazioni .

Claims (1)

1. R IV E N D IC A Z IO N I 1.- Rotore (3) per un elicottero (1), comprendente : - un mozzo (5) girevole intorno a un asse (A) e comprendente, a propria volta, una pluralità di pale (9); e - un albero (6) di comando almeno in parte cavo, collegabile ad un organo motore del detto elicottero (1) e operativamente collegato al detto mozzo (5) per trascinare il mozzo (5) stesso in rotazione intorno al detto asse (A); caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di smorzamento (15) delle vibrazioni comprendenti, a propria volta, una massa (17) e un elemento (16) elasticamente deformabile collegato alla detta massa (17) e supportato dal detto albero (6); il detto elemento (16) estendendosi almeno in parte all'interno del detto albero (6) ed essendo allungato in direzione trasversale al detto asse (A), e la detta massa (17) vibrando, in uso, con una frequenza tale da opporsi alla trasmissione al detto albero (6) delle vibrazioni generate dalla rotazione del detto mozzo (5) e delle detta pale (9). 2.- Rotore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un corpo di supporto (20) interposto tra il detto albero (6) e il detto elemento (16), ed angolarmente solidale al detto albero (6) e al detto elemento (16). 3.- Rotore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto corpo di supporto (20) comprende, in corrispondenza di proprie opposte estremità assiali, una sede (23) impegnata dal detto elemento (16) e una superficie di testa (21) fissata al detto albero (6). 4.- Rotore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il detto elemento (16) è un'asta (16) estendentesi parallelamente al detto asse (A), ed avente una prima estremità (18) assiale impegnante la detta sede (23) e una seconda estremità (19) assiale, opposta alla detta prima estremità (18), fissata alla detta massa (17); la detta asta (16) comprendendo, inoltre, una porzione intermedia tra le dette prima e seconda estremità (18, 19) ed attraversante la detta superficie di testa (21). 5.- Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta massa (17) comprende un corpo principale (26) ed almeno una lamina (27) vincolata in modo rilasciabile al detto corpo principale (26) in modo da poter rendere selezionabile la frequenza di vibrazione della detta massa (17). 6.- Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un convogliatore di flusso (10) collegato al detto mozzo (5) e atto a orientare il flusso di aria generato, in uso, dalla rotazione delle detta pale (9) secondo un percorso predeterminato. 7.- Rotore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il detto elemento (16) e la detta massa (17) sono alloggiati in un vano (30) definito dal detto convogliatore (10) e dal detto albero (6); il detto vano (30) isolando il detto dispositivo (15) e il detto mozzo (5). 8.- Rotore secondo al rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che la detta massa (17) è alloggiata all'interno del detto convogliatore di flusso (10). 9.- Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 8, caratterizzato dal fatto che il detto elemento (16), il detto corpo di supporto (20) e la detta massa (17) si estendono simmetricamente intorno all'asse (A). 10.- Elicottero (1), caratterizzato dal fatto di comprendere un rotore (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. 11.- Metodo di riqualificazione di un rotore (3) per un elicottero (1); il detto rotore (3) comprendendo: - un mozzo (5) girevole intorno a un asse (A) e comprendente, a propria volta, una pluralità di pale (9); e - un albero di comando (6) almeno in parte cavo, collegabile ad un organo motore del detto elicottero (1) ed operativamente collegato al detto mozzo (5) per trascinare il mozzo (5) stesso in rotazione intorno al detto asse (A); il detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - disporre un elemento (16) deformabile almeno in parte all'interno del detto albero di comando (6) e vincolarlo all'albero stesso (6); e - di interporre il detto elemento (16) tra il detto albero (6) e una massa (17); il detto elemento (16) e la detta massa (17) definendo mezzi di smorzamento (15) delle vibrazioni generate dalla rotazione del detto mozzo (5) e delle dette pale (7), e la detta massa (17) vibrando, in uso, con una frequenza tale da opporsi alla trasmissione al detto albero (6) delle vibrazioni generate dalla rotazione del detto mozzo (5) e delle detta pale (9).