DE1481673B1

DE1481673B1 - Rotorkopf fuer ein Drehfluegelflugzeug

Info

Publication number: DE1481673B1
Application number: DE19661481673
Authority: DE
Inventors: Arcidiacono Peter Joseph
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1965-12-20
Filing date: 1966-12-19
Publication date: 1970-01-02
Also published as: US3308888A; GB1145887A; FR1505127A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug mit Rotorblättern, die eine Schlagbewegung ausführen können, und mit einer ersten Taumelscheibe, die zur gemeinsamen und zyklischen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter axial verschiebbar und neigbar ist.
Es ist ein Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug bekannt, der Rotorblätter aufweist, die eine Schlagbewegung ausführen können und dessen Rotornabe zur gemeinsamen und zyklischen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter axial verstellbar und neigbar ist (USA.-Patentschrift 1992 015).
Es ist weiter aus der USA.-Patentschrift 2 256 635 ein Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug mit Rotorblättern, die eine Schlagbewegung ausführen können, und mit einer Taumelscheibe bekannt, wobei die Taumelscheibe zur zyklischen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter neigbar ist. Aus der gleichen Veröffentlichung ist es bekannt, eine solche Taumelscheibe zur gemeinsamen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter auch axial verstellbar zu machen. Schließlich ist es ebenfalls aus dieser Veröffentlichung bekannt, bei einem Rotor zur zyklischen Steuerung der Anstellwinkel eine axial feststehende, neigbare erste Taumelscheibe und oberhalb der ersten Taumelscheibe und unterhalb des Rotors eine von dieser unabhängig verstellbare zweite Taumelscheibe vorzusehen, die zur gemeinsamen Steuerung der Anstellwinkel axial verschiebbar, jedoch nicht neigbar ist.
Bei den bekannten Rotorköpfen sind sich etwa in Umfangsrichtung erstreckende Hörner zum Verstellen des Anstellwinkels der Rotorblätter vorgesehen, wobei jedes Horn mit einem Rotorblatt fest verbunden ist. Führt ein Rotorblatt eine Schlagbewegung, beispielsweise nach oben, aus, dann bewirkt sein Horn eine Verringerung seines Anstellwinkels, was auch zu einer Verringerung des Schlagwinkels führt. Mit dieser negativen Rückkopplung des Schlagwinkels wird daher dessen Stabilisierung erreicht. Diese gilt jedoch nur so lange, wie das Rotorblatt auch bei seinem Rücklauf gegen die Flugrichtung an seiner Vorderkante angeströmt wird. Dagegen führt eine Anströmung des Rotorblattes von seiner Rückseite bei einer Schlagwinkelvergrößerung zu einer positiven Rückkopplung und damit zu einer Instabilität. Um diese zu vermeiden, war man seither bei Drehflügelflugzeugen auf eine Beschränkung der Höchstgeschwindigkeit angewiesen. Dieser Nachteil machte sich besonders bei Verbundhubschraubern bemerkbar, die neben einem Rotor zusätzliche Antriebsmittel aufweisen und die bei höheren Geschwindigkeiten in den Tragschrauberbetrieb übergehen. Hier mußte die Höchstgeschwindigkeit seither mit Rücksicht auf die sonst auftretende Instabilität des Rotors gegenüber der an sich mit den zusätzlichen Antriebsmitteln erreichbaren Geschwindigkeit sehr stark beschränkt werden. Der Nachteil tritt jedoch auch bei anderen Drehflügelflugzeugen auf, da schon vor einer Umkehr der Anströmrichtung der Rotorblätter mit geringer werdender Anströmgeschwindigkeit eine erhöhte Empfindlichkeit gegen atmosphärische Turbulenzen und ähnliche Störungen auftritt, die hier ebenfalls zu einer Instabilität führen können.
Neben dem erwähnten Nachteil bringt die Rückkopplung des Schlagwinkels bei den bekannten Rotorköpfen das Problem mit sich, daß die Rotorblätter beim Rücklauf einer Torsionsbeanspruchung unterworfen werden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug zu schaffen, bei dem die Schlagbewegung des Rotorblattes bei allen Flugzuständen, insbesondere auch bei Anströmung des Rotorblattes von dessen Rückseite, eine im Sinne einer Dämpfung der Schlagbewegung wirkende und durch Steuereingriff in ihrer Größe und Richtung bestimmbare Änderung des Anstellwinkels des Rotorblattes bewirkt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Rotorkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß oberhalb der ersten Taumelscheibe und unterhalb des Rotors eine zweite Taumelscheibe angeordnet ist, die mit der ersten Taumelscheibe axial verschiebbar und neigbar, aber gegenüber dieser durch Steuereingriff seitlich verstellbar ist und die auf ihrem Umfang einen mit dem Rotor sich drehenden Ring trägt, der über nach oben gerichtete Steuerstangen mit den Enden der sich etwa in Umfangsrichtung erstreckenden Hörner zum Verstellen des Anstellwinkels der Rotorblätter verbunden ist, wobei jedes Horn gegenüber der Umfangsrichtung um eine Achse schwenkbar ist, die etwa parallel zur Rotordrehachse und nahe der Schlagachse des Rotorblattes verläuft.
Bei dem neuen Rotorkopf ist die Rückkopplung des rücklaufenden Rotorblattes bei steigender Fluggeschwindigkeit gegenüber der Rückkopplung des Schlagwinkels eines vorlaufenden Rotorblattes so durch Steuereingriff verstellbar, daß trotz Nachlassens der Anströmung des rücklaufenden Rotorblattes eine gleich gute Stabilität des Schlagwinkels in allen Stellungen der Umlaufbahn der Rotorblätter erreicht wird. Damit wird auch die Torsionsbeanspruchung der Rotorblätter verringert. Bei einer Umkehr der Anströmrichtung der rücklaufenden Rotorblätter, beispielsweise bei einem Übergang in den Tragschrauberbetrieb, ist die Wirkung der Rückkopplung der rücklaufenden Rotorblätter gegenüber derjenigen der vorlaufenden Rotorblätter umkehrbar, so daß jetzt bei den rücklaufenden Rotorblättern eine Schlagwinkelvergrößerung zu einer Anstellwinkelvergrößerung führt, die aber hier - im Gegensatz zum Fall der Anströmung der Blattvorderkante -ebenfalls eine Verringerung des Schlagwinkels und damit dessen Stabilität bewirkt.
Bei einem bestimmten Verbundhubschrauber, der bei hoher Geschwindigkeit in den Tragschrauberbetrieb übergeht und bei dem seither die bekannte, stets negative Rückkopplung des Schlagwinkels vorgesehen war, konnte eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 560 km/h zugelassen werden. Bei Anwendung des neuen Rotorkopfes kann diese Geschwindigkeit bis auf etwa 800 km/h gesteigert werden. Außerdem wird schon bei geringen Geschwindigkeiten eine verbesserte Stabilität gegen Schlagbewegungen bei Turbulenzen erreicht, und die Torsionsbeanspruchung der Rotorblätter ist vermindert.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es ist ein mit einer Antriebswelle 38 verbundener Rotor 10 vorgesehen, an welchem Rotorblätter 12 angelenkt sind. Diese können jeweils um Achsen 14 eine Schlagbewegung ausführen. Bei einer Verstellung ihres Anstellwinkels drehen sie sich um ihre Längsachsen in Festlagern, die in Gehäusen 16 ge halten sind.
Zur Verstellung des Anstellwinkels sind sich etw< in Drehrichtung erstreckende Hörner 18 vorgesehen wobei jedes Horn 18 gegenüber der Drehrichtung un eine Achse 19 schwenkbar ist, die bei Schlagwinke: Null und Anstellwinkel Null der Rotorblätter paralle: zur Rotordrehachse sowie senkrecht zur Schlagachse eines Rotorblattes 12 und durch diese hindurch verläuft.
Weiter ist zur Anstellwinkelverstellung eine erste Taumelscheibe 28 vorgesehen, die auf einem sphärischen Lager 40 neigbar und mit diesem entlang der Antriebsachse 38 verschiebbar ist. Sie wird mittels Betätigungsstangen 42 verstellt. Oberhalb der ersten Taumelscheibe 28 und unterhalb des Rotors 10 ist eine zweite T aumelscheibe 24 angeordnet. Diese weist Beine 26 auf, die sich von ihr nach abwärts erstrecken und deren Füße in Schienen 32 der ersten Taumelscheibe 28 geführt sind. Die Füße sind vorzugsweise mit Rollen 30 versehen.
Die zweite Taumelscheibe 24 ist mit der ersten Taumelscheibe 28 axial verschiebbar und neigbar, aber gegenüber dieser durch Steuereingriff seitlich verstellbar. Der Steuereingriff erfolgt über ein an Gelenken 36 befestigtes Gestänge 34. Dieses kann von Hand oder mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit betätigt sein.
Die zweite Taumelscheibe 24 ist mit einem Ringteil 22 umgeben. Dieser besteht aus einem auf dem äußeren Umfang der Taumelscheibe 24 getragenen, sich mit dem Rotor 10 drehenden Ring 21 und aus nach oben gerichteten Steuerstangen 20, die den Ring 21 mit den Enden der Hörner 18 verbinden.
Wird die zweite Taumelscheibe 24 durch Steuereingriff aus ihrer zur Rotordrehachse konzentrischen Stellung in die in der Zeichnung gezeigte Stellung verschoben, so laufen die Enden der Hörner 18 auf einer gegenüber der Kreisbahn der Achsen 19 exzentrischen Kreisbahn um. Das in der Figur rechte Horn 18 eines vorlaufenden Rotorblattes 12 wird daher nach außen, das in der Figur linke Horn 18 eines rücklaufenden Rotorblattes 12 nach innen geschwenkt. Führt das vorlaufende Rotorblatt 12 eine Schlagbewegung nach oben aus, so wird sein Anstellwinkel verringert, während im gleichen Fall der Anstellwinkel des rücklaufenden Rotorblattes 12 vergrößert wird. Bei entgegengesetzten AnstrÖmrichtungen wird daher in beiden Fällen eine Stabilisierung des Schlagwinkels erreicht. Der Ringteil 22 wird von dem Rotor 10 mittels des Gestänges 44 mitgenommen. Durch die seitliche Verstellung der zweiten Taumelscheibe 24 wird ein Gegengewicht 46 zum Ausgleich der sonst entstehenden Unwucht verschoben. Das Gegengewicht 46 sitzt am Ende eines zweiarmigen, an der Rotorwelle 38 mittels eines Drehgelenks 50 angelenkten Hebels 48, dessen anderes Ende über einen Lenker 52 mit dem Ring 21 verbunden ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Rotorkopf für ein Drehflügelflugzeug mit Rotorblättern, die eine Schlagbewegung ausführen können und mit einer ersten Taumelscheibe, die zur gemeinsamen und zyklischen Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter axial verschiebbbar und neigbar ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß oberhalb der ersten Taumelscheibe (28) und unterhalb des Rotors (10) eine zweite Taumelscheibe (24) angeordnet ist, die mit der ersten Taumelscheibe axial verschiebbar und neigbar, aber gegenüber dieser durch Steuerungseingriff seitlich verstellbar ist und die auf ihrem Umfang einen mit dem Rotor sich drehenden Ring (21) trägt, der über nach oben gerichtete Steuerstangen (20) mit den Enden der sich etwa in Umfangsrichtung erstreckenden Hörner (18) zum Verstellen des Anstellwinkels der Rotorblätter (12) verbunden ist, wobei jedes Horn gegenüber der Umfangsrichtung um eine Achse (19) schwenkbar ist, die etwa parallel zur Rotordrehachse und nahe der Schlagachse des Rotorblattes verläuft.
2. Rotorkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Beine (26), die sich von der zweiten Taumelscheibe (24) nach abwärts erstrecken und deren Füße in Schienen (32) der ersten Taumelscheibe (28) geführt sind, wobei die Füße vorzugsweise mit Rollen (30) versehen sind.
3. Rotorkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die seitliche Verstellung der zweiten Taumelscheibe (28) ein Gegengewicht (46) zum Ausgleich der sonst entstehenden Unwucht verschoben wird.
4. Rotorkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht (46) am Ende eines zweiarmigen, an der Rotorwelle (38) angelenkten Hebels (48) sitzt, dessen anderes Ende über einen Lenker (52) mit dem Ring (21) verbunden ist.