DE102006029057A1

DE102006029057A1 - Verstellpropeller

Info

Publication number: DE102006029057A1
Application number: DE102006029057A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Dr.-Ing. Neitzke; Andreas Dipl.-Ing. Ulrich
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-06-24
Filing date: 2006-06-24
Publication date: 2008-01-03
Also published as: WO2008001299A2; EP2032435A2; CN101479151B; BRPI0714069A2; RU2009101980A; EP2032435B1; ATE465083T1; CA2655236A1; JP2009541143A; DE602007006014D1; CN101479151A; RU2446989C2; US8109728B2; WO2008001299A3; US20090297348A1

Abstract

Ein Verstellpropeller mit einer Anzahl von Propellerblättern (1, 2, ...), die zwischen Anstellwinkeln, bei denen der Propeller (10) Schub erzeugt, und Anstellwinkeln, bei denen der Propeller bei gleicher Drehrichtung Gegenschub erzeugt, verstellbar sind, und mit einer Verstelleinrichtung (9) zum Verstellen des Propellerblätteranstellwinkels, wobei die Propellerblätter (1, 2, ...) beim Verstellen durch eine kritische Zone gedreht werden, in der sie weder Schub noch Gegenschub erzeugen. Die Propellerblätter (1, 2, ...) sind in mindestens eine erste Gruppe (A) von Propellerblättern und eine zweite Gruppe (B) von Propellerblättern gruppiert, und die Verstelleinrichtung (9) ist so ausgebildet, dass die Propellerblätter der einen Gruppe (B) durch die kritische Zone gedreht werden, während sich die Propellerblätter der anderen Gruppe (A) nicht in der kritischen Zone befinden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Leistungsfähige Propellerflugzeuge verfügen über Verstellpropeller, bei denen der Anstellwinkel der Propellerblätter an die jeweiligen Flugbedingungen (Start, Steigflug, Reiseflug, Sinkflug, Landung) angepaßt und in der Endphase des Landevorgangs auf Gegenschub zum Abbremsen eingestellt werden können. Für den Flugmodus haben die Propellerblätter einen definiertermaßen positiven Anstellwinkel, im Gegenschubmodus ist, bei gleicher Drehrichtung des Propellers, der Anstellwinkel der Propellerblätter negativ.
Beim Übergang vom Schub- in den Brems- oder Gegenschub-Modus müssen die Propellerblätter vom positiven in den negativen Anstellwinkelbereich gedreht werden. Dabei wird der Propeller vom Fahrtwind angetrieben. In einer kritischen Zone beim Übergang vom positiven in den negativen Anstellwinkelbereich, also wenn der Propeller weder Schub noch Gegenschub erzeugt, steigt die Propellerdrehzahl aufgrund des dann geringen aerodynamischen Widerstands der Propellerblätter auf einen hohen Wert an. Dies führt zu einer hohen Belastung des gesamten Antriebsystems, insbesondere einer darin enthaltenen Turbine. Nach dem Stand der Technik versucht man, dieses Problem zu überwinden durch eine große Verwindung der Propellerblätter, eine überdimensionierte Auslegung der beanspruchten Antriebskomponenten und/oder ein besonders schnelles Durchlaufen der kritischen Zone, in welcher weder Schub noch Gegenschub erzeugt wird. Jede dieser Maßnahmen ist jedoch mit Nachteilen verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Verstellpropeller zu schaffen, welcher bei der Schubumkehr das Antriebssystem wenig belastet.
Diese Aufgabe wird durch einen Verstellpropeller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verstellpropellers sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird ein Verstellpropeller mit einer Anzahl von Propellerblättern, die zwischen Anstellwinkeln, bei denen der Propeller Schub erzeugt, und Anstellwinkeln, bei denen der Propeller bei gleicher Drehrichtung Gegenschub erzeugt, verstellbar sind, und mit einer Verstelleinrichtung zum Verstellen des Propellerblätteranstellwinkels geschaffen, wobei die Propellerblätter beim Verstellen durch eine kritische Zone gedreht werden, in der sie weder Schub noch Gegenschub erzeugen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Propellerblätter in mindestens eine erste Gruppe von Propellerblättern und eine zweite Gruppe von Propellerblättern gruppiert sind, und dass die Verstelleinrichtung so ausgebildet ist, dass die Propellerblätter der einen Gruppe durch die kritische Zone gedreht werden, während sich die Propellerblätter der anderen Gruppe nicht in der kritischen Zone befinden.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellpropellers ist es vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung so ausgebildet ist, dass nur die Propellerblätter der einen Gruppe durch die kritische Zone gedreht werden, um Gegenschub zu erzeugen, wobei der von den durch die kritische Zone gedrehten Propellerblättern erzeugte Gegenschub größer als der von den nicht durch die kritische Zone gedrehten Propellerblättern erzeugte Schub ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellpropellers ist es vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung so ausgebildet ist, dass die Gruppen von Propellerblättern zu verschiedenen Zeiten durch die kritische Zone gedreht werden, so dass die Propellerblätter der einen Gruppe Schub oder Gegenschub erzeugen, wenn die Propellerblätter der anderen Gruppe weder Schub noch Gegenschub erzeugen, und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellpropellers sind die Propellerblätter an einer Blattwurzel um eine sich radial zur Propellerachse erstreckende Blattachse drehbar gelagert, und die Verstelleinrichtung umfaßt mindestens ein in Längsrichtung der Propellerachse verschiebbares Joch und gelenkig zwischen das Joch und exzentrisch zur Blattachse an der Blattwurzel des jeweiligen Propellerblattes vorgesehene Kraftangriffspunkte gekoppelte Zwischenglieder, die bei einer Verschiebung des Jochs in Längsrichtung der Propellerachse eine Drehung des Propellerblattes um dessen Achse bewirken, wobei die Kraftangriffspunkte der einen Gruppe von Propellerblättern und der anderen Gruppe von Propellerblättern so gegeneinander versetzt sind, dass die Propellerblätter der einen Gruppe durch die kritische Zone gedreht werden, während sich die Propellerblätter der anderen Gruppe nicht in der kritischen Zone befinden.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellpropellers hat der Propeller eine gerade Anzahl von Propellerblättern, die in zwei Gruppen von jeweils einzeln zueinander versetzten Propellerblättern gruppiert sind.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Verstellpropellers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine vergrößerte perspektivische Detailansicht der Blattwurzel eines Propellerblattes des in 1 gezeigten Verstellpropellers;
3a) und b) schematisierte Darstellungen einer Verstelleinrichtung zum Verstellen der Propellerblätter des in 1 gezeigten Propellers, wobei eine senkrechte Ansicht auf die in 2 gezeigte Blattwurzel von der Propellerachse her gezeigt ist; und
4 eine graphische Darstellung, welche den Anstellwinkel von zwei Gruppen von Propellerblättern in Abhängigkeit von einem Bezugsanstellwinkel zeigt.
In 1 ist perspektivisch ein Propeller 10 eines modernen Hochleistungspropellerflugzeugs dargestellt, der eine Anzahl von Propellerblättern 1, 2, ... aufweist. Der Propeller 10 kann insbesondere von einer Turbine angetrieben sein. Die Propellerblätter 1, 2, ... sind einzeln in ihrem Anstellwinkel verstellbar, so dass die Stellung der Propellerblätter an den Flugzustand des Flugzeugs angepaßt werden kann, als da sind, Start, Landung, Reiseflug, Sink- oder Steigflug. Weiterhin kann der Anstellwinkel der Propellerblätter 1, 2, ... auch so verstellt werden, dass der Propeller bei gleicher Drehrichtung Gegenschub erzeugt, so dass in der letzten Phase des Landevorgangs durch Gegenschub das Flugzeug gebremst werden kann. Für den Schubmodus ist der Anstellwinkel der Propellerblätter 1, 2, ... definiertermaßen positiv, für den Gegenschubmodus negativ. Die Propellerblätter 1, 2, ... sind jeweils um eine Achse Y drehbar, welche im wesentlichen in Längsrichtung eines jeden Propellerblattes 1, 2, ... und radial zur Propellerachse X verläuft.
In 2 ist vergrößert und vereinfacht die Blattwurzel 93 des Propellerblatts 1 von 1 gezeigt. Die in Blickrichtung davorliegende Propellernabe 11 ist lediglich durch gestrichelte Linien angedeutet.
3a) und b) zeigt schematisiert eine Verstelleinrichtung 9, welche zum Verstellen der Propellerblätter 1, 2, ... dient. Diese Verstelleinrichtung 9 verfügt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein in Richtung der Propellerachse X verschiebbares Joch 94 und gelenkig zwischen das Joch 94 und die Blattwurzel 93 des jeweiligen Propellerblattes 1, 2, ... gekoppelte Zwischenglieder 91 bzw. 92. An der Blattwurzel 93 sind die Zwischenglieder 91, 92 an jeweiligen Kraftangriffspunkten 95, die exzentrisch zur Blattachse Y angeordnet sind, nach Art einer Kurbel angekoppelt. Bei einer Verschiebung des Jochs 94 in Richtung der Propellerachse X erfolgt somit eine Drehung des Propellerblattes 1, 2, ... um dessen Achse Y. Anstelle dieser Art kann die Verstelleinrichtung 9 auch auf eine andere geeignete Weise, beispielsweise mit Zahnrädern, Zahnstangen oder anders verwirklicht sein.
Die Propellerblätter 1, 2, ... des Propellers 10 sind in mindestens eine erste Gruppe A von Propellerblättern und eine zweite Gruppe B von Propellerblättern gruppiert, und die Verstelleinrichtung 9 ist so ausgebildet, dass die Propellerblätter der einen Gruppe B durch die bereits eingangs diskutierte kritische Zone, in welcher die Propellerblätter weder Schub noch Gegenschub erzeugen und damit einem nur geringen aerodynamischen Widerstand ausgesetzt sind, gedreht werden, während sich die Propellerblätter der anderen Gruppe A nicht in der kritischen Zone befinden, bzw. umgekehrt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verstelleinrichtung 9 so ausgebildet, dass nur die Propellerblätter der einen Gruppe B durch die kritische Zone gedreht werden, um Gegenschub zu erzeugen, während die anderen Propellerblätter, nämlich die der Gruppe A weiterhin, zumindest in einem gewissen Maße, Schub erzeugen. Dieser Sachverhalt ist in 4 dargestellt. In dieser ist der Anstellwinkel der Propellerblätter der Gruppe A durch einen strichpunktierte Linie, der Anstellwinkel der Propellerblätter der Gruppe B in Form einer durchgezogenen Linie dargestellt und zwar in Abhängigkeit von einem Referenzanstellwinkel, welcher oberhalb 20° im wesentlichen dem Anstellwinkel der Propellerblätter 1, 2, ... entspricht.
Bei einer Verminderung des Anstellwinkels von einem anfänglichen Wert von etwa 48° vermindert sich der Anstellwinkel der Propellerblätter beider Gruppen A, B zunächst in gleichem Maße, bis bei einem Anstellwinkel von etwa 20° eine Differenzierung zwischen den Propellerblättern der Gruppe A und den Propellerblättern der Gruppe B erfolgt. Während bei Verminderung des Referenzwinkels der Anstellwinkel der Propellerblätter der Gruppe A bei ungefähr 18° stagniert, also nicht weiter abnimmt, erfolgt eine weitere Abnahme des Anstellwinkels der Propellerblätter der Gruppe B über den Nulldurchgang hinaus bis zu einem Anstellwinkel von etwa –15°. Das bedeutet, die Propellerblätter der Gruppe B erzeugen einen Umkehrschub, während die Propellerblätter der Gruppe A weiterhin in einem geringen Maße auf Schub eingestellt sind. Der von den durch die kritische Zone gedrehten Propellerblättern der Gruppe B erzeugte Gegenschub ist dabei größer als der von den nicht durch die kritische Zone gedrehten Propellerblättern der Gruppe A erzeugte Schub, um in der Summe den gewünschten Gegenschub zu erzeugen.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verstelleinrichtung 9 so ausgebildet, dass sowohl die Propellerblätter der Gruppe A als auch die Propellerblätter der Gruppe B durch die kritische Zone gedreht werden, jedoch zu verschiedenen Zeiten, so dass die Propellerblätter der einen Gruppe B Schub oder Gegenschub erzeugen, wenn die Propellerblätter der anderen Gruppe A weder Schub noch Gegenschub erzeugen, sich also in der kritischen Zone befinden, und umgekehrt. So ist sichergestellt, dass die Propellerblätter der einen Gruppe, die sich nicht in der kritischen Zone befinden, genügend Widerstand erzeugen, um ein Überschreiten der zulässigen Drehzahl des Propellerantriebs zu verhindern.
Bei dem in 3a) und b) schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lage der Kraftangriffspunkte 95 an den Blattwurzeln 93 zusammen mit der Länge der Zwischenglieder 91 bzw. 92 und der Lage des mindestens einen Jochs 94 bezüglich der Propellerachse X so gewählt, dass die Propellerblätter der einen Gruppe B gerade dann durch die kritische Zone gedreht werden, während sich die Propellerblätter der anderen Gruppe A noch nicht oder nicht mehr in der kritischen Zone finden. Dies ist durch die umfangsmäßig unterschiedlichen Lagen der Kraftangriffspunkte 95 an der Blattwurzel 93 und die verschiedenen Lagen des Jochs 94 bezüglich der Propellerachse X schematisiert dargestellt.
Der beschriebene Verstellpropeller hat eine Reihe von Vorteilen. Die sich bei der Schubumkehr einstellende Leerlaufdrehzahl kann auf einem niedrigen Wert gehalten werden, durch welchen keine übermäßige Belastung der Komponenten des Propellerantriebs auftritt. Die Komponenten des Propellerantriebs, wie insbesondere einer den Propeller antreibenden Turbine müssen nicht für eine übermäßige Belastung im kritischen Bereich ausgelegt werden, was zu einer Gewichtseinsparung führt. Die Verwindung der Propellerblätter kann für den Reiseflug optimiert werden, da nicht erforderlich ist, durch eine extra große Verwindung der Propellerblätter deren aerodynamischen Widerstand für den kritischen Bereich zu erhöhen. Die kritische zone muß nicht besonders schnell durchlaufen werden, der Gegenschub des Verstellpropellers läßt sich gut einstellen. Der Verstellpropeller kann auch für eine Gierwinkelkontrolle im Abbremsvorgang bei Seitenwind verwendet werden.

1, 2, ...: Propellerblätter
9: Verstelleinrichtung
10: Propeller
11: Nabe
91, 92: Zwischenglieder
93: Blattwurzel
94: Joch
95: Kraftangriffspunkt

Claims

Verstellpropeller mit einer Anzahl von Propellerblättern (1, 2, ...), die zwischen Anstellwinkeln, bei denen der Propeller (10) Schub erzeugt, und Anstellwinkeln, bei denen der Propeller bei gleicher Drehrichtung Gegenschub erzeugt, verstellbar sind, und mit einer Verstelleinrichtung (9) zum Verstellen des Propellerblätteranstellwinkels, wobei die Propellerblätter (1, 2, ...) beim Verstellen durch eine kritische Zone gedreht werden, in der sie weder Schub noch Gegenschub erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter (1, 2, ...) in mindestens eine erste Gruppe (A) von Propellerblättern und eine zweite Gruppe (B) von Propellerblättern gruppiert sind, und dass die Verstelleinrichtung (9) so ausgebildet ist, dass die Propellerblätter der einen Gruppe (B) durch die kritische Zone gedreht werden, während sich die Propellerblätter der anderen Gruppe (A) nicht in der kritischen Zone befinden.
Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (9) so ausgebildet ist, dass nur die Propellerblätter der einen Gruppe (B) durch die kritische Zone gedreht werden, um Gegenschub zu erzeugen, wobei der von den durch die kritische Zone gedrehten Propellerblättern (B) erzeugte Gegenschub größer als der von den nicht durch die kritische Zone gedrehten Propellerblättern (A) erzeugte Schub ist.
Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (9) so ausgebildet ist, dass die Gruppen (A, B) von Propellerblättern zu verschiedenen Zeiten durch die kritische Zone gedreht werden, so dass die Propellerblätter der einen Gruppe (B) Schub oder Gegenschub erzeugen, wenn die Propellerblätter der anderen Gruppe (A) weder Schub noch Gegenschub erzeugen, und umgekehrt.
Verstellpropeller nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter (1, 2, ...) an einer Blattwurzel (93) um eine sich radial zur Propellerachse (X) erstreckende Blattachse (Y) drehbar gelagert sind, und die Verstelleinrichtung (9) mindestens ein in Längsrichtung der Propellerachse (X) verschiebbares Joch (94) und gelenkig zwischen das Joch (94) und exzentrisch zur Blattachse (Y) an der Blattwurzel (93) des jeweiligen Propellerblattes (1, 2, ...) vorgesehene Kraftangriffspunkte (95) gekoppelte Zwischenglieder (91, 92) umfaßt, die bei einer Verschiebung des Jochs (94) in Längsrichtung der Propellerachse (X) eine Drehung des Propellerblattes (1, 2, ...) um dessen Achse (Y) bewirken, wobei die Kraftangriffspunkte (95) der einen Gruppe (A) von Propellerblättern und der anderen Gruppe (B) von Propellerblättern so gegeneinander versetzt sind, dass die Propellerblätter der einen Gruppe (B) durch die kritische Zone gedreht werden, während sich die Propellerblätter der anderen Gruppe (A) nicht in der kritischen Zone befinden.
Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (10) eine gerade Anzahl von Propellerblättern (1, 2, ...) aufweist, die in zwei Gruppen (A, B) von jeweils einzeln zueinander versetzten Propellerblättern gruppiert sind.