WO2004089745A1 - Gelenkloser rotor mit plattenförmigem rotorkopfelement sowie drehflügelflugzeug mit einem solchen rotor - Google Patents

Gelenkloser rotor mit plattenförmigem rotorkopfelement sowie drehflügelflugzeug mit einem solchen rotor Download PDF

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WO2004089745A1
WO2004089745A1 PCT/EP2004/003640 EP2004003640W WO2004089745A1 WO 2004089745 A1 WO2004089745 A1 WO 2004089745A1 EP 2004003640 W EP2004003640 W EP 2004003640W WO 2004089745 A1 WO2004089745 A1 WO 2004089745A1
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WO
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rotor
plate
arms
mast
connection arms
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PCT/EP2004/003640
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerold Becker
Rupert Pfaller
Original Assignee
Eurocopter Deutschland Gmbh
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Publication date
Application filed by Eurocopter Deutschland Gmbh filed Critical Eurocopter Deutschland Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/32—Rotors
    • B64C27/33—Rotors having flexing arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/32—Rotors

Definitions

  • the present invention relates to a jointless rotor with a plate-shaped rotor head element and a rotary-wing aircraft with such a rotor.
  • the invention has the object or the technical problem of providing a hingeless rotor, which has a high strength, low weight, a low impact joint spacing and in at least one embodiment, a high pivoting stiffness. Furthermore, a rotary wing aircraft is to be provided with such a rotor.
  • This jointless rotor comprises a rotor mast, a rotationally fixedly arranged on the rotor mast torque transmission element, and at least one plate-shaped rotor head element through which the rotor axis of rotation extends and which has two different groups of arms, of which the first group has flexible, centrifugal force-removing rotor blade connection arms, in each case one Rotor blade is connectable, and of which the second group has flexurally soft, centrifugal force-free rotor mast connecting arms, where the plate-shaped rotor head element is rotatably connected via the torque transmission element to the rotor mast.
  • the flexible, centrifugal force-removing rotor blade connection arms are preferably flexible in the direction of impact of the rotor blades, i. here flawless executed. In the pivoting direction, however, they are preferably rigid, i. designed swivel-stiff here.
  • rotor blade connection arms in the direction of impact and pivoting can basically be designed according to the given requirements.
  • RotormastanParkarme means in the context of the invention that these arms structurally pliable designed and so separated from the centrifugal load path of the rotor blades are so loaded on the rotor head and that they are not burdened by the occurring in rotor operation due to the rotating rotor blades very high centrifugal forces Therefore, in comparison with conventional flexible rotor elements, they have a particularly high bending softness even in rotor operation, ie, those areas which remove the rotor blade centrifugal forces and those which transmit a drive torque from the rotor mast to the rotor head are functional formed separately from each other in a common component.
  • the plate-shaped rotor head element with its rotor blade and rotor mating connection arms can be dimensioned very compactly and easily; Nevertheless, a very high strength of these elements can be achieved. Since, as already mentioned, the rotor mast connecting arms ablate or absorb almost no centrifugal forces and the rotor blade connection arms in turn must have no components for torque introduction into the plate-shaped rotor head element, the rotor mast and rotor blade connection arms and adjacent areas of the plate-shaped rotor head element can in fact over the entire radial width of the plate-shaped rotor head element, ie even beyond the rotor axis, between the rotor mast terminals in the direction of impact bend elastically unhindered.
  • the rotor mast connection arms may bend elastically relative to the rotor blade connection arms. This results in a very small (virtual) hinge distance, which can be up to 0%.
  • a so-called gimbal rotor can be realized without discrete components and only through the elasticity or flexibility of the plate-shaped rotor head element.
  • a rotor with a low impact distance is used by passengers Rotary aircraft in general also from the flight behavior ago felt pleasant.
  • the embodiment of the invention allows a reduction of the vibrations occurring on the rotor.
  • the partial length of the available rotor circle radius which is necessary for the formation of the virtual impact joint, is very small compared to conventional jointless or rotorless rotors.
  • the thus saved sections of the rotor circle radius are ergo available for aerodynamically effective profile areas of a rotor blade.
  • the plate-shaped rotor head element consequently the aerodynamics of the rotor is improved.
  • the rotor according to the invention can in principle be designed both with a high and low pivoting stiffness.
  • the plate-shaped rotor head element in particular enables the simple embodiment of a pivotally rigid connection of the rotor blades to the rotor head in the case of a broad cross-section of the rotor blade connection arms.
  • the object underlying the invention is achieved according to a second aspect by an inventive rotary wing aircraft, in particular a Helicopters, in particular a tiltrotor helicopter, with the features of claim 13.
  • an inventive rotary wing aircraft in particular a Helicopters, in particular a tiltrotor helicopter, with the features of claim 13.
  • Figure 1 is a schematic plan view of a substantial portion of a rotor according to the invention according to a first embodiment.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view taken along line II-II of Fig. 1, during operation of the rotor;
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a substantial portion of a rotor according to the invention according to a second embodiment
  • Fig. 4 is a schematic sectional view taken along the line IV-IV of Fig. 3;
  • Fig. 5 is a schematic perspective view of an essential portion of a rotor according to the invention according to a third embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a substantial region of a jointless or bearingless, four-bladed rotor according to the invention in accordance with a first embodiment.
  • the rotor comprises a rotor mast 2, a torque transmission element 4 arranged non-rotatably on the rotor mast, as well as at least one thin, plate-shaped rotor head element 6, made of fiber composite material, through which the rotor axis of rotation A extends.
  • the plate-shaped rotor head element 6 will be referred to below briefly as plate 6.
  • the plate 6 has two different groups of star-shaped arms 8, 10.
  • the first group has four bending and torsionally soft, centrifugal force-removing rotor blade connecting arms 8, to each of which a rotor blade (not shown) can be connected.
  • the torsional softness here allows a bearing-free blade angle adjustment of the connected rotor blade.
  • the second group has four very flexible, centrifugal force-free rotor mast connection arms 10, on which the plate 6 is rotatably connected via the torque transmission element 4 to the rotor mast 2. This can be done by suitable fasteners, such as bolts or the like (not shown).
  • the rotor mast connection arms 10 engage with their free arm ends on the torque transmission element 4.
  • the torque transmission element 4 or its connection areas to the rotor mating connection arms 10 are shown only hatched for the sake of simplicity. The pointing to the center of the plate 6 arm portions of
  • Rotor blade connecting arms 8 and the middle plate region or the imaginary crossing region of the individual arms 8, 10 of the plate 6 is substantially completely free of fastening or connecting elements or clamping points, which would prevent unimpeded deformation of the plate 6 during rotor operation.
  • the rotor blade connection arms 8 have a flat, wide cross-section, so that a shock-resistant, pivot-rigid blade connection is realized.
  • the above-mentioned different groups of arms 8, 10 are an integral part of the plate 6. Relative to the rotor circuit plane, the rotor blade connection arms 8 are offset relative to the rotor mast connection arms 10 by an angle ⁇ (here: 45 °). The rotor mating connection arms 10 and the rotor blade connection arms 8 are located in the rotor blade plane. To avoid stress cracks, the transitions between the rotor blade and rotor mast connecting arms 8, 10 should be made soft and rounded.
  • a respective rotor mating terminal arm 10 may be e.g. have at its radially outer free end a separation point for releasably securing a rotor blade (not shown).
  • the plate 6, as shown in Fig. 1 have a central opening 12 through which the roller mast 2 or a part thereof without connection (ie without direct connection to the plate 6 or with play to the plate 6).
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view taken along the line II-II of Fig. 1, during operation of the rotor.
  • the rotor mast is omitted in the sectional view for better clarity. From the drawing it can be seen that the rotor mast connection arms 10 and adjacent plate areas can deform relative to the rotor blade connection arms 8 over substantial areas of the plate 6 away very easily bending elastic. This results in This embodiment, a virtual Schlaggelenkabstand of 0%, similar to a so-called. Gimbalrotor.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a substantial region of a jointless and bearingless four-bladed rotor according to the invention in accordance with a second embodiment.
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view taken along the line IV-IV of Fig. 3.
  • the plate 6 has a cross-shaped outline shape.
  • two rotor mast connection arms 14 are provided which, relative to the direction of the rotor axis A, extend above and below a respective rotor blade connection arm 8 in the same radial directions as the respectively associated rotor blade connection arm 8 but in different planes thereto.
  • the rotor mast connection arms 14 extend obliquely upwards or downwards. In principle, however, they could also extend partially parallel to the rotor blade connection arms 8 or in other suitable orientations relative thereto.
  • the rotor blade connection arms 8 and the rotor mast connection arms 14 may extend in different radial directions relative to the rotor circuit plane.
  • the rotor mast connection arms 14 would then, unlike in FIG. 3, be rotated relative to the rotor blade connection arms 8 by an angle (similar to that in FIG. 1).
  • the rotor blade connection arms 8 and the rotor mast connection arms 14 are made, for example, as an integral part of the plate 6. However, they may also be made up of a plurality of separate plate members joined together to form the plate-shaped rotor head member (e.g., a plate member for the rotor blade connection arms 8 and two plate members for the upper and lower rotor mating connection arms 14). Such assembly can already take place in the production of the plate 6 in an intermediate stage.
  • Fig. 5 shows a schematic perspective view of an essential portion of a rotor according to the invention according to a third embodiment.
  • the rotor blade connection arms 8 each have one (or at least one) slotted, "notched", and angled in the direction of the rotor axis A out of the plate plane up or down inner arm region 14.
  • this Arm portions 14 are angled upward and downwards at two rotor blade connection arms 8 (a notch or angling in only one of these directions is of course also possible.)
  • these angled or “notched” arm portions 14 each form a rotor mating connection arm 14 the rotor blade connection arms 8 and the rotor mast connection arms 14 in relation to the rotor circuit plane in each case in different planes and in the same radial directions.
  • the rotor blade connection arms 8 are given a loop-like ground plan shape by this design, as can be clearly seen in FIG. 5.
  • the slots or Ausklinklonne are expediently not subsequently, but taking into account the preferred
  • the loop-type rotor blade connection arms 8 and the rotor mast connection arms 14 can also be manufactured separately and assembled into a unit in the configuration described above.
  • the rotor according to the invention is preferably used in a rotary wing aircraft, in particular a helicopter or a tiltrotor helicopter.
  • the number of rotor blade and rotor mast connecting arms of the plate-shaped rotor head element may vary depending on the application and be smaller or larger than in the above examples. It is also possible that the number of rotor blade and rotor mast connection arms is different for a given plate-shaped rotor head element, e.g. four rotor blade connection arms and only two rotor mast connection arms, or vice versa.
  • the plate-shaped rotor head element can be single-layered or multi-layered or have one or more plate-like parts and / or have a constant material thickness or different material thicknesses in different plate regions. In particular, in the plate center region, the material thickness to achieve a certain bending or impact behavior can be thinner than at the rotor blades associated ends of the rotor blade connection arms.
  • Portions of the disc-shaped rotor head member may include inserts, reinforcements, or adapters made of metal or other suitable material.
  • the arm cross sections of the rotor blade connection arms may have other than purely strip-shaped cross-sectional shapes.
  • the cross-sectional shape can also have regions with different material thicknesses and / or slotted sections, the latter primarily influencing the torsional behavior of the arms.
  • the arms may be equipped with one or more over and / or juxtaposed arm strands.
  • the plate and its arms need not have the rectangular or polygonal layouts shown greatly simplified in the accompanying drawings, but of course may also have softer shapes with more fluid transitions.
  • Reference signs in the claims, the description and the drawings are only for the better understanding of the invention and are not intended to limit the scope.

Abstract

Rotor, umfassend einen Rotormast (2), ein drehfest an dem Rotormast (2) angeordnetes Drehmomentenübertragungselement (4), sowie mindestens ein plattenförmiges Rotorkopfelement (6), durch welches die Rotordrehachse (A) verläuft und welches zwei unterschiedliche Gruppen von Armen (8, 10, 14) besitzt, von denen die erste Gruppe biegeweiche, fliehkraftabtragende Rotorblattanschlussarme (8) aufweist, an denen jeweils ein Rotorblatt anschliessbar ist, und von denen die zweite Gruppe biegeweiche, fliehkraftfreie Rotormastanschlussarme (10; 14) aufweist, an denen das plattenförmige Rotorkopfelement (6) über das Drehmomentenübertragungselement (4) drehfest mit dem Rotormast (2) verbunden ist.

Description

Gelenkloser Rotor mit plattenförmigem Rotorkopfelement sowie Drehflügelflugzeug mit einem solchen Rotor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen gelenklosen Rotor mit einem plattenförmigen Rotorkopfelement sowie ein Drehflügelflugzeug mit einem solchen Rotor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, einen gelenklosen Rotor zu schaffen, der über eine hohe Festigkeit, ein geringes Gewicht, einen geringen Schlaggelenksabstand sowie in mindestens einer Ausführungsform über eine hohe Schwenksteifigkeit verfügt. Ferner soll ein Drehflügelflugzeug mit einem solchen Rotor bereit gestellt werden.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch einen erfindungsgemäßen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dieser gelenklose Rotor umfasst einen Rotormast, ein drehfest an dem Rotormast angeordnetes Drehmomentenübertragungselement, sowie mindestens ein plattenformiges Rotorkopfelement, durch welches die Rotordrehachse verläuft und welches zwei unterschiedliche Gruppen von Armen besitzt, von denen die erste Gruppe biegeweiche, fliehkraftabtragende Rotorblattanschlussarme aufweist, an denen jeweils ein Rotorblatt anschließbar ist, und von denen die zweite Gruppe biegeweiche, fliehkraftfreie Rotormastanschlussarme aufweist, an denen das plattenformige Rotorkopfelement über das Drehmomentenübertragungselement drehfest mit dem Rotormast verbunden ist.
Die biegeweichen, fliehkraftabtragenden Rotorblattanschlussarme sind vorzugsweise in Schlagrichtung der Rotorblätter biegeweich, d.h. hier schlagweich ausgeführt. In Schwenkrichtung hingegen sind sie vorzugsweise biegesteif, d.h. hier schwenksteif ausgestaltet. Die Biegeeigenschaften der
Rotorblattanschlussarme in Schlag- und Schwenkrichtung können jedoch grundsätzlich jeweils entsprechend den gegebenen Erfordernissen ausgelegt werden.
„Biegeweiche, fliehkraftfreie" Rotormastanschlussarme bedeutet im Sinne der Erfindung, dass diese Arme konstruktiv biegeweich ausgestaltet und derart am Rotorkopf angeordnet und von dem Fliehkraft-Lastpfad der Rotorblätter getrennt sind, dass sie nicht durch die im Rotorbetrieb infolge der drehenden Rotorblätter auftretenden sehr hohen Fliehkräfte belastet werden. Deshalb besitzen sie im Vergleich zu konventionellen biegeweichen Rotorelementen selbst im laufenden Rotorbetrieb eine besonders hohe Biegeweichheit. Bei dem erfindungsgemäßen Rotor sind also diejenigen Bereiche, welche die Rotorblatt-Fliehkräfte abtragen und diejenigen Teile, welche ein Antriebsdrehmoment vom Rotormast auf den Rotorkopf übertragen, funktional voneinander getrennt in einem gemeinsamen Bauteil ausgebildet.
Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Konstruktionsweise kann insbesondere das plattenformige Rotorkopfelement mit seinen Rotorblatt- und Rotormastanschlussarmen sehr kompakt und leicht dimensioniert werden; dennoch ist eine sehr hohe Festigkeit dieser Elemente erzielbar. Da, wie bereits erwähnt, die Rotormastanschlussarme nahezu keine Fliehkräfte abtragen bzw. aufnehmen und die Rotorblattanschlussarme wiederum keine Komponenten für die Drehmomenteneinleitung in das plattenformige Rotorkopfelement besitzen müssen, können sich die Rotormast- und Rotorblattanschlussarme und angrenzende Bereiche des plattenförmigen Rotorkopfelementes faktisch über die gesamte radiale Breite des plattenförmigen Rotorkopfelementes, d.h. sogar über die Rotorachse hinweg, zwischen den Rotormastanschlüssen in Schlagrichtung ungehindert elastisch verbiegen. Ferner können sich die Rotormastanschlussarme relativ zu den Rotorblattanschlussarmen elastisch verbiegen. Daraus resultiert ein sehr geringer (virtueller) Schlaggelenkabstand, der bis zu 0% betragen kann. Dadurch ist ohne diskrete Bauteile und nur durch die Elastizität bzw. Biegsamkeit des plattenförmigen Rotorkopfelementes z.B. ein sog. Gimbalrotor realisierbar. Ein Rotor mit einem geringen Schlaggelenkabstand wird von Passagieren eines Drehflügelflugzeugs im allgemeinen auch vom Flugverhalten her als angenehm empfunden. Zudem gestattet die erfindungsgemäße Ausgestaltungsweise eine Reduzierung der am Rotor auftretenden Vibrationen.
Darüber hinaus ist die zur Ausbildung des virtuellen Schlaggelenks erforderliche Teillänge des zur Verfügung stehenden Rotorkreisradius gegenüber konventionellen gelenk- bzw. lagerlosen Rotoren sehr gering. Die so eingesparten Abschnitte des Rotorkreisradius stehen ergo für aerodynamisch wirksame Profilbereiche eines Rotorblattes zur Verfügung. In Verbindung mit der per se dünnen Bauweise des plattenförmigen Rotorkopfelements wird folglich die Aerodynamik des Rotor verbessert. Der erfindungsgemäße Rotor kann grundsätzlich sowohl mit einer hohen als auch geringen Schwenksteifigkeit ausgestaltet werden. Das plattenformige Rotorkopfelement ermöglicht bei einem breiten Querschnitt der Rotorblattanschlussarme jedoch insbesondere die einfache Ausführung einer schwenksteifen Anbindung der Rotorblätter an den Rotorkopf.
Dies ist in Verbindung mit dem erzielbaren geringen Schlaggelenkabstand für spezielle Anwendungsfälle, wie zum Beispiel bei einem Kipprotor für einen Kipprotorhubschrauber oder - flugzeug, von großem Vorteil. Denn auf diese
Weise lassen sich die ansonsten beim Schlagen des Rotorblattes entstehenden Schwenkverformungen aus Corioliskräften vermeiden. Auch somit ist eine hohe Festigkeit des Rotors erreichbar. Bei einer schwenksteifen Konstruktion eines Rotors mit großem Schlaggelenkabstand und folglich ungeminderter Corioliskraft hingegen kann es u.U. unmöglich werden, eine hinreichende Stabilität des Rotors zu gewährleisten.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Rotors sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 12.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, insbesondere ein Kipprotorhubschrauber, mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Mit dem erfindungsgemäßen Drehflügelflugzeug sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile zu erzielen, wie sie bereits weiter oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotor erläutert wurden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen wesentlichen Bereich eines erfindungsgemäßen Rotors gemäß einer ersten Ausgestaltungsform;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie ll-ll von Fig. 1 , im laufenden Betrieb des Rotors;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen wesentlichen Bereich eines erfindungsgemäßen Rotors gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von Fig. 3; und
Fig. 5 eine schematische Perspektivansicht eines wesentlichen Bereichs eines erfindungsgemäßen Rotors gemäß einer dritten Ausgestaltungsform.
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich ist. Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen wesentlichen Bereich eines erfindungsgemäßen gelenk- bzw. lagerlosen, vierblättrigen Rotors gemäß einer ersten Ausgestaltungsform. Der Rotor umfasst einen Rotormast 2, ein drehfest an dem Rotormast angeordnetes Drehmomentenübertragungselement 4, sowie mindestens ein im Wesentlichen aus Faserverbundwerkstoff hergestelltes, dünnes, plattenformiges Rotorkopfelement 6, durch welches die Rotordrehachse A verläuft. Das plattenformige Rotorkopfelement 6 wird nachfolgend kurz als Platte 6 bezeichnet werden. Wie in der Fig. 1 erkennbar, besitzt die Platte 6 zwei unterschiedliche Gruppen von sternförmig angeordneten Armen 8, 10. Die erste Gruppe weist vier biege- und torsionsweiche, fliehkraftabtragende Rotorblattanschlussarme 8 auf, an denen jeweils ein Rotorblatt (nicht gezeigt) anschließbar ist. Die Torsionsweichheit gestattet hierbei eine lagerlose Blattwinkelverstellung des angeschlossenen Rotorblattes.
Die zweite Gruppe weist vier sehr biegeweiche, fliehkraftfreie Rotormastanschlussarme 10 auf, an denen die Platte 6 über das Drehmomentenübertragungselement 4 drehfest mit dem Rotormast 2 verbunden ist. Dies kann durch geeignete Befestigungselemente, wie zum Beispiel Bolzen oder dergleichen (nicht gezeigt), erfolgen. Bei diesem Beispiel greifen die Rotormastanschlussarme 10 mit ihren freien Armenden an dem Drehmomentenübertragungselement 4 an. In der Zeichnung ist das Drehmomentenübertragungselement 4 bzw. sind dessen Anschlussbereiche zu den Rotormastanschlussarmen 10 der Einfachheit halber nur schraffiert dargestellt. Die zur Mitte der Platte 6 weisenden Armabschnitte der
Rotorblattanschlussarme 8 und der mittlere Plattenbereich bzw. der gedachte Überkreuzungsbereich der einzelnen Arme 8, 10 der Platte 6 ist im Wesentlichen gänzlich frei von Befestigungs- oder Anbindungselementen oder Einspannstellen, welche ein ungehindertes Verformen der Platte 6 im laufenden Rotorbetrieb verhindern würden. Wie in der Draufsicht gemäß Fig. 1 angedeutet ist, besitzen die Rotorblattanschlussarme 8 bei dieser Variante einen flachen, breiten Querschnitt, so dass ein schlagweicher, schwenksteifer Blattanschluss realisiert ist.
Die zuvor genannten unterschiedlichen Gruppen von Armen 8, 10 sind integraler Bestandteil der Platte 6. Bezogen auf die Rotorkreisebene sind die Rotorblattanschlussarme 8 gegenüber den Rotormastanschlussarmen 10 um einen Winkel α (hier: 45°) versetzt angeordnet. Die Rotormastanschlussarme 10 und die Rotorblattanschlussarme 8 liegen in der Rotorblattebene. Zur Vermeidung von Spannungsrissen sollten die Übergänge zwischen den Rotorblatt- und Rotormastanschlussarmen 8, 10 weich und gerundet ausgestaltet sein. Ein jeweiliger Rotormastanschlussarm 10 kann z.B. an seinem radialen äußeren freien Ende eine Trennstelle zum lösbaren Befestigen eines Rotorblattes besitzen (nicht gezeigt). Ebenso ist es erfindungsgemäß jedoch auch möglich, einen jeweiligen Rotorblatlanschlussarm 8 als integralen Bestandteil eines Rotorblattes auszubilden. Dies dürfte in der Praxis jedoch nur bei Rotoren mit einem relativ kleinen Rotorkreisdurchmesser sinnvoll sein.
In Abhängigkeit der jeweiligen Rotorkopfkonstruktion sowie insbesondere der Ausgestaltung des Drehmomentenübertragungselementes 4 und dessen Anbindung an den Rotormast 2 kann die Platte 6, wie in Fig. 1 gezeigt, eine zentrale Öffnung 12 aufweisen, durch die sich der Rolormast 2 oder ein Teil davon anbindungsfrei (d.h. ohne direkte Verbindung zu der Platte 6; bzw. mit Spiel zu der Platte 6) erstreckt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie ll-ll von Fig. 1 , im laufenden Betrieb des Rotors. Der Rotormast ist in der Schnittdarstellung der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen. Aus der Zeichnung ist erkennbar, dass sich die Rotormastanschlussarme 10 sowie angrenzende Plattenbereiche relativ zu den Rotorblattanschlussarmen 8 über wesentliche Bereiche der Platte 6 hinweg sehr leicht biegeelastisch verformen können. Dadurch ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel ein virtueller Schlaggelenkabstand von 0%, ähnlich wie ein sog. Gimbalrotor.
In der Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf einen wesentlichen Bereich eines erfindungsgemäßen gelenk- und lagerlosen, vierblättrigen Rotors gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform dargestellt. Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von Fig. 3. Bei dieser Variante besitzt die Platte 6 eine kreuzförmige Grundrissgestalt. Und pro Rotorblattanschlussarm 8 sind jeweils zwei Rotormastanschlussarme 14 vorgesehen, die sich bezogen auf die Richtung der Rotorachse A oberhalb und unterhalb eines jeweiligen Rotorblattanschlussarms 8 in gleichen radialen Richtungen wie der jeweils zugehörige Rotorblattanschlussarm 8 jedoch in unterschiedlichen Ebenen zu diesem erstrecken. Die Rotormastanschlussarme 14 verlaufen hierbei schräg nach oben bzw. unten. Grundsätzlich könnten die sich jedoch auch teilweise parallel zu den Rotorblattanschlussarmen 8 oder in anderen geeigneten Orientierungen relativ dazu erstrecken.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass sich die Rotorblattanschlussarme 8 und die Rotormastanschlussarme 14 bezogen auf die Rotorkreisebene in unterschiedlichen radialen Richtungen erstrecken. Die Rotormastanschlussarme 14 wären dann anders als in Fig. 3 gegenüber den Rotorblattanschlussarmen 8 um einen Winkel verdreht (ähnlich wie in Fig. 1 ). Die Rotorblattanschlussarme 8 und die Rotormastanschlussarme 14 sind beispielsweise als integraler Bestandteil der Platte 6 gefertigt. Sie können indes auch aus mehreren separaten Plattenteilen hergestellt sein, welche zu dem plattenförmigen Rotorkopfelement zusammengefügt sind (z.B. ein Plattenteil für die Rotorblattanschlussarme 8 und zwei Plattenteile für die oben und unten liegenden Rotormastanschlussarme 14). Ein solches Zusammenfügen kann bereits bei der Herstellung der Platte 6 in einem Zwischenproduktstadium erfolgen.
Fig. 5 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines wesentlichen Bereichs eines erfindungsgemäßen Rotors gemäß einer dritten Ausgestaltungsform. Bei dieser Variante weisen die Rotorblattanschlussarme 8 jeweils einen (bzw. mindestens einen) geschlitzten, „ausgeklinkten", und in Richtung der Rotorachse A aus der Plattenebene heraus nach oben bzw. unten abgewinkelten inneren Armbereich 14 auf. Genauer gesagt, sind an zwei Rotorblattanschlussarmen 8 diese Armbereiche 14 nach oben und an zwei Rotorblattanschlussarmen 8 nach unten abgewinkelt (eine Ausklinkung bzw. Abwinkelung nur in einer dieser Richtungen ist natürlich ebenfalls möglich). Diese abgewinkelten bzw. „ausgeklinkten" Armbereiche 14 bilden in diesem Ausführungsbeispiel jeweils einen Rotormastanschlussarm 14. Hierbei erstrecken sich die Rotorblattanschlussarme 8 und die Rotormastanschlussarme 14 bezogen auf die Rotorkreisebene jeweils in unterschiedlichen Ebenen und in gleichen radialen Richtungen. Gleichzeitig erhalten die Rotorblattanschlussarme 8 durch diese Bauweise eine schlaufenartige Grundrissform, wie in der Fig. 5 deutlich zu erkennen ist. Die Schlitze bzw. Ausklinklungen werden zweckmäßigerweise nicht nachträglich, sondern unter Berücksichtigung der bevorzugten
Faserverbundwerkstoffbauweise der Platte 6 schon bei deren Herstellung durch entsprechend ausgestaltete und angeordnete Fasergelege und eine Fixierung und endgültige Formgebung durch eine ausgehärtete Harzmatrix erzielt. Die schlaufenartigen Rotorblattanschlussarme 8 und die Rotormastanschlussarme 14 können ebenso auch separat gefertigt und zu einer Einheit in der zuvor beschriebenen Konfiguration zusammengebaut werden.
Auch Mischformen aus den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Varianten sind realisierbar.
Der erfindungsgemäße Rotor ist vorzugsweise bei einem Drehflügelflugzeug, insbesondere einem Hubschrauber oder einem Kipprotorhubschrauber verwendbar.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen, beschränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs kann der erfindungsgemäße Rotor vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen.
Insbesondere kann die Anzahl der Rotorblatt- und Rotormastanschlussarme des plattenförmigen Rotorkopfelementes je nach Anwendungsfall variieren und kleiner oder größer als in den obigen Beispielen sein. Auch ist es möglich, dass die Anzahl der Rotorblatt- und Rotormastanschlussarme bei einem gegebenen plattenförmigen Rotorkopfelementes unterschiedlich ist, z.B. vier Rotorblattanschlussarme und nur zwei Rotormastanschlussarme, oder umgekehrt. Das plattenformige Rotorkopfelement kann ein- oder mehrschichtig sein bzw. ein oder mehrere plattenartige Teile besitzen und/oder eine konstante Materialstärke oder aber in verschiedenen Plattenbereichen unterschiedliche Materialstärken aufweisen. Insbesondere im Plattenmittenbereich kann die Materialstärke zur Erzielung eines bestimmten Biege- oder Schlagverhaltens dünner als an den den Rotorblättern zugeordneten Enden der Rotorblattanschlussarme sein.
Teilbereiche des plattenförmigen Rotorkopfelements, wie zum Beispiel die mit dem Drehmomβntenübertragungselβment zu verbindenden freien Enden der Rotormastanschlussarme können Einlagen, Verstärkungen oder Adapter aus Metall oder einem anderen geeigneten Werkstoff aufweisen. Insbesondere die Armquerschnitte der Rotorblattanschlussarme können andere als rein streifenförmige Querschnittsformen besitzen. Die Querschnittform kann hierbei auch über Bereiche mit unterschiedlichen Materialdicken und/oder geschlitzte Abschnitte verfügen, wobei letztere primär das Torsionsverhalten der Arme beeinflussen. Ebenso können die Arme mit einem oder aber mehreren über- und/oder nebeneinander angeordneten Armstränge ausgestattet sein. Zu beachten ist ferner, dass die Platte und ihre Arme in einer praktischen Ausführungsform nicht die in den beiliegenden Zeichnungen stark vereinfacht dargestellten recheckigen oder polygonen Grundrissformen aufweisen müssen, sondern natürlich auch weichere Formen mit fließenderen Übergängen besitzen können. Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste
Es bezeichnen:
2 Rotormast
4 Drehmomentenübertragungselement
6 Plattenformiges Rotorkopfelement / Platte
8 Rotorblattanschlussarme
10 Rotormastanschlussarme
12 Zentrale Öffnung in 6
14 Rotormastanschlussarme
Winkel zwischen 8 und 10 A Rotordrehachse

Claims

Patentansprüche
1. Gelenkloser Rotor, umfassend einen Rotormast (2), ein drehfest an dem Rotormast (2) angeordnetes Drehmomentenübertragungselement (4), sowie mindestens ein plattenformiges Rotorkopfelement (6), durch welches die Rotordrehachse (A) verläuft und welches zwei unterschiedliche Gruppen von Armen (8, 10; 8, 14) besitzt, von denen die erste Gruppe biegeweiche, fliehkraftabtragende Rotorblattanschlussarme (8) aufweist, an denen jeweils ein Rotorblatt anschließbar ist, und von denen die zweite
Gruppe biegeweiche, fliehkraftfreie Rotormastanschlussarme (10; 14) aufweist, an denen das plattenformige Rotorkopfelement (6) über das Drehmomentenübertragungselement (4) drehfest mit dem Rotormast
(2) verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Gruppen von Armen (8, 10; 8, 14) integraler
Bestandteil des plattenförmigen Rotorkopfelements (6) sind.
3. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Rotorkreisebene die Rotorblattanschlussarme (8) gegenüber den Rotormastanschlussarmen (10) um einen Winkel (α) versetzt angeordnet sind.
4. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotormastanschlussarme (10) in der Rotorblattebene liegen.
Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattanschlussarme (8) jeweils mindestens einen geschlitzten, ausgeklinkten, und in Richtung der Rotorachse (A) aus der Plattenebene heraus nach oben oder unten abgewinkelten Armbereich (14) besitzen, welcher jeweils einen Rotormastanschlussarm (14) und eine schlaufenartige Grundrissform des jeweiligen Rotorblattanschlussarms (8) bildet.
6. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Rotorblattanschlussarm (8) jeweils zwei Rotormastanschlussarme (10) vorgesehen sind, die sich bezogen auf die Richtung der Rotorachse (A) oberhalb und unterhalb eines jeweiligen Rotorblattanschlussarms (8) erstrecken.
7. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rotorblattanschlussarme (8) und die Rotormastanschlussarme (10;
14) bezogen auf die Rotorkreisebene jeweils in unterschiedlichen Ebenen in jeweils gleichen radialen Richtungen erstrecken.
8. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rotorblattanschlussarme und die Rotormastanschlussarme bezogen auf die Rotorkreisebene jeweils in unterschiedlichen Ebenen in unterschiedlichen radialen Richtungen erstrecken.
9. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Rotormastanschlussarm (10, 14) an seinem radialen äußeren freien Ende eine Trennstelle zum lösbaren Befestigen eines Rotorblattes besitzt.
10. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Rotorblattanschlussarm (8) integraler Bestandteil eines Rotorblattes ist.
11. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattanschlussarme (8) und die Rotormastanschlussarme (14) jeweils Bestandteil von mindestens zwei separaten Plattenteilen sind, welche zu dem plattenförmigen Rotorkopfelement (6) zusammengefügt sind.
12. Rotor nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenformige Rotorkopfelement (6) eine zentrale Öffnung (12) aufweist, durch die sich der Rotormast (2) oder ein Teil davon anbindungsfrei erstreckt.
13. Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, insbesondere ein Kipprotorhubschrauber, umfassend mindestens einen Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12.
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