DE2945195A1 - Hubschrauberrotor - Google Patents

Description

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Dlpl.-lng. A. Wasmeier Dipl.-lng. H. Graf

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8 München 2 Telegramm Begpatent Rgb.

Telex 6 5709 repat d Ihr Zeichen Ihr· Nachricht Unter Zeichen Tag 5· November 1979 Your ReI. Your Letter Our Ref. Date

W/p 10.054

Anmelder: WESTLAND AIRCEAPT LIMITED, Yeovil/Somerset, England

Titel: "Hubschrauberrotor"

Priorität: Großbritannien Nr. 44 721/78 vom 16. November 1978

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Konten: Bayerische Verelntbank (BLZ 750 200 73) 5 839 300 Gerichtsstand Reaensbura Postscheck München 893 69-801

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"Hubschrauberrotor"

Die Erfindung bezieht sich auf Hubschrauberrotoren und insbesondere auf Gegendrehmoment- oder Schwanzrotoren für Hubschrauber.

Schwanzrotoren weisen üblicherweise einen oder mehrere Paare von diametral gegenüberliegenden ßotorblättern auf, und es wurde bereits vorgeschlagen, solche Paare von Blättern durch eine Biegevorrichtung miteinander zu verbinden, die einen Gurt aufweist, der entweder integral mit den entsprechenden ßotorblättern oder als getrenntes Bauteil, mit dessen Enden die entsprechenden Blätter befestigt sind, ausgebildet ist. Der Gurt, der z.B. aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist, ist üblicherweise in der Rotationsebene des Rotors abgeflacht, um das Antriebsdrehmoment zu übertragen, und ist gegen Torsion und in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene des Rotors flexibel, so daß Steigungsänderungen und die damit zusammenhängenden Schwingungsbewegungen sowie nach oben gerichteten (coning) Bewegungen der Rotorblätter ermöglicht werden.

Bekannte Ausführungsformen derartiger Rotoren sind beispielsweise in der GB-PS 1.476.462 und US-PS 4.008.980 beschrieben und dargestellt ; derartige Rotoren sind in der Technik als Querbalkenoder gegurtete Rotoren (cross-beam or strapped rotors) bekannt geworden.

Bei diesen bekannten Rotoren dienen die Querverbindungs-Gurtbauteile zu-r Übertragung von Zentrifugalbelastungen, die durch die rotierenden Blätter erzeugt werden, und dies spielt eine entscheidende Rolle bei der Auslegung der Gurtbauteile.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Hubschrauberrotor mit zwei diametral gegenüberliegenden Rotorblättern, die um die Achse drehbar angeordnet und mit Hilfe eines Gurtbauteiles miteinander verbunden sind, das gegen Torsion und in einer Ebene senkrecht xur Rotationsebene flexibel sowie in einer mit der Rotati onseber.f;

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zusammenfallenden Ebene im wesentlichen steif ist, vorgeschlagen,

mit
daß ein torsionsflexibler Zuganker einem Zugelastizitätsmodul größer als der des Gurtbauteiles zwischen Schwenkverbindungen in der Nähe entgegengesetzter Enden des Gurtbauteiles angeordnet ist, welche Relativschwenkbewegungen in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse zulassen.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann das Gurtbauteil zwei im Abstand voneinander versetzte parallele Arme aufweisen, von denen jeweils einer auf jeder Seite der Rotationsachse und in einer mit der Rotationsebene des Rotors zusammenfallenden Ebene angeordnet ist. Die Arme sind dabei z.B. in der Rotationsebene abgeflacht.

Vorzugsweise ist der Zuganker zentrisch innerhalb der im Abstand angeordneten Arme des Gurtbauteiles angeordnet, so daß er in der Rotationsachse liegt. Benachbarte Enden der Gurtbauteile sind dabei miteinander über ein Anschlußbauteil verbunden, das' einen integralen, nach innen gerichteten Backenteil aufweist, der die Schwenkbefestigung für die Enden des Zugankers ergibt. Das Anschlußbauteil kann einen integralen, nach außen gerichteten Bakenteil besitzen, der zur Befestigung des entsprechenden Rotorblattes dient.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein zentrischer Bereich eines jeden der im Abstand versetzten Arme mit diametral entgegengesetzten Flanschen befestigt, die auf einer axial verlaufenden rohrförmigen Rotorantriebswelle ausgebildet sind. Zweckmäßigerweise ist eine axial bewegliche rohrförmige Rotorsteuerwelle konzentrisch durch die Antriebswelle hindurch vorgesehen und erstreckt sich durch die im Abstand versetzten Arme des Gurtbauteiles; an einem äußeren Ende, das radial verlaufende Blattsteigungssteuerarme aufnimmt, deren Anzahl gleich der Anzahl von Rotorblättern ist und die antriebsmäßig damit verbunden sind. Die Rotorsteuerwelle weist beispielsweise axial verlaufende Schlitze

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für den Durchtritt des Zugankers auf.

Vorzugsweise "bestehen die Gurtbauteile aus faserverstärktem Kunststoff, und der Zuganker ist aus Stahl hergestellt.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung; anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Teil eines Hubschrauberrotors nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 2 eine Teilschnittansicht längs der Linie A-A der Fig. l,und Fig. 3 eine Teilseitenansicht in Sichtung des Pfeiles B der Fig.

Nach den Figuren 1 und 2 weist ein Hubschrauberschwanzrotor 10 zwei diametral gegenüberliegende Paare von Rotorblätter^ 11 (es ist nur ein Paar dargestellt) auf, die rechtwinkelig zueinander drehbar in axial getrennten parallelen Ebenen um eine Achse 12 ausgebildet sind.

Die Rotorblätter 11 eines jeden Paares von Blättern sind mit den Enden von Gurtbauteilen I3 befestigt, die im Abstand versetzte, parallele Arme 13a, 13b und 13c, 13<A aufweisen, welche in einer mit der Rotationsebene des Rotors 10 zusammenfallenden Ebene abgeflacht sind. Die Arme 13a» 13b, 13c und 13d sind aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt.

Metallanschlußteile 14 stellen eine Verbindung der Rotorblätter 11 mit den entsprechenden Gurtbauteilen I3 dar, wobei die Enden der Arme 13a, 13b und 13c, 13d in Backenteilen 26 angeordnet sind, die auf den Anschlußteilen 14 ausgebildet und durch Schrauben 15 befestigt sind, wodurch auch benachbarte Enden der Arme 13a, 13b und 13c, 13d der entsprechenden Gurtbauteile 13 miteinander verbunden werden. Nach außen gerichtete Backenteile 27, die auf den Anschlußteilen 14 ausgebildet sind, ergeben eine befestigung der Rotorblätter 11.

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Diese Anordnung, die nur in Verbindung mit den äußeren Armen 13a und 13b dargestellt ist, ist auch typisch für die Verbindung der inneren Arme 13c und 13d mit den entsprechenden Rotorblättern.

Der zentrische Bereich eines jeden Armes 13a, 13b und 15c, 13d der Gurtbauteile I3 ist mit diametral gegenüberliegenden Flanschen 16 verschraubt, die auf einer rohrförmigen Rotora^triebswelle 17 ausgebildet sind, welche um die Achse 12 mit Hilie eines Getriebes (nicht dargestellt) drehbar sind, das von der Antriebsvorrichtung des Hubschraubers angetrieben wird. Innerhalb der Rotorantriebswelle 17 ist eine rohrförmige Rotorsteuerwelle 18 konzentrisch angeordnet, die nach außen zwischen den im Abstand versetzten Armen 13a, 13*> und 13c, 13d der Gurtbauteile I3 bis zu einem äußeren Ende vorsteht, das radial verlaufende Steuerarme 19 aufnimmt, deren Anzahl gleich der Anzahl von Rotorblättern 11 ist. Äußere Enden der Arme 19 sind über Universalgelenke 20 mit integral mit den Anschlußteilen 14 ausgebildeten Blattwinkelverstellhebeln 21 verbunden.

Die Rotorsteuerwelle 18 ist in axialer Richtung durch ein Rotorsteuersystem (nicht dargestellt) in der Weise verschiebbar, daß die Einstellung der gemeinsamen Blattsteigung der Rotorblätter 11 gleichzeitig verändert wird.

Ein nach innen vorstehender Backenteil 22 ist iitegral mit jedem Anschlußteil 14- so ausgebildet, daß er zwischen den Armen 13a, 13b, 13c und 13d der Gurtbauteile 13 angeordnet ist; die Backen eines jeden Teiles 22 sind dabei senkrecht zur Rotationsebene des Rotors 10 angeordnet.

Entgegengesetzte Enden eines torsionsflexiblen Zugankers 23 aus Stahl sind in den Backenteilen 22 der diametral gegenüberliegenden Anschlußteile 14 angeordnet und mit ihnen über Metallbolzen 24 befestigt, die in öffnungen durch die Ba'ckenteile 22 eingepaßt sind. Jeder Zuganker 23 erstreckt sich über die Rotationsachse 12

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und ist zentrisch zu den Armen 13a, 13b und 13c, 13d entsprechender Gurtbauteile 13 und über axial verlaufende Schlitze 25 in der Wand der rohrförmigen Steuerwelle 18 angeordnet.

Die Zuganker 23 verbinden somit diametral gegenüberliegende Anschlußteile 14- miteinander, damit gegenüberliegende Rotorblätter 11 miteinander in Verbindung stehen; die Enden eines jeden Zugaukers 23 können dabei frei in bezug auf die entsprechende Befestigung mit den Anschlußteilen 14 in einer Ebene senkrecht zur Rotations-ebene des Rotors 10 verschwenkt werden. Somit wird jeder Zuganker 23 nur durch die Schwenkendbefestigungen abgestützt und ist über seine gesamte Länge frei von jedem anderen Zwang.

Nach Fig. 3 sind die Arme 13c und 13d des inneren Gurtbauteiles . 13 mit den an der Rotorantriebswelle 17 angefonnten Flanschen 16 verschraubt. Der zugeordnete Zuganker 23 ist durch axial verlaufende Schlitze 28 durchgehend angeordnet, die durch diametral gegenüberliegende Ansätze 29 hindurch ausgebildet sind, welche von der Antriebswelle 17 ausgehen und mit äußeren Enden versehen sind, die weitere Flansche 16 (von denen nur einer dargestellt ist) zur Befestigung der Arme 13a und 13b des äußeren Gurtbauteiles 13 aufweisen . Der besseren Übersicht wegen ist die Rotorsteuerwell 18 in Fig. 3 weggelassen.

Die Versetzung zwischen den inneren und äußeren Paaren von axial versetzten Rotorblättern in dem dargestellten vierblättrigen Rotor ist somit außerordentlich gering.

Im Betrieb wird eine Drehung der Rotorantriebswelle 17 auf die Gurtbauteile 13 übertragen, die aufgrund ihrer abgeflachten Gestalt in der Rotationsebene ausreichend steif zur Drehmomentübertragung sind, um die entsprechenden Paare von Rotorblättern 11 um die Rotationsachse 12 zu drehen. Weil der Zugelastizitätsmodul der Zuganker 23 aus Stahl wesentlich höher ist als der der Gurtbauteile 13 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, wird der größte Teil der Zentrifugalbelastung, der von jedem Paar von rotierenden Blättern '. erzeugt wird, durch die entsprechende Verbindungszugstai.·:-*? .-.'?;

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aufgenommen, wodurch das Gurtbauteil 13 von solchen Belastungen entlastet wird.

Die Gurtbauteile IJ und die Zuganker 23 sind in Torsionsrichtung flexibel, so daß eine axiale Bewegung der Rotorsteuerwelle 18 über die Steuerarme 19 übertragen wird, damit die äußeren Enden der Gurtbauteile 13 gedreht werden und gleichzeitig die Blattsteigungseinstellung aller Rotorblätter 11 verändert wird. Veränderungen der BlattSteigungseinstellung der Rotorblätter 11 ergebenwahrend des Betriebes Blattschlagbewegungen, d.h. eine Bewegung des Blattes 11 in einer Ebene senkrecht zu seiner Rotationsebene, und die nach oben gerichtete Bewegung der Rotorblätter (coning movement), wenn jedes Blatt 11 eines entsprechenden Paares in der gleichen Richtung und um den selben Betrag schlägt; diese Bewegungen werden im Falle vorliegender Erfindung durch Biegen der Gurtbauteile 13 zugelassen.

Während solcher Biegebewegungen des Gurtes 13 kann sich der zugeordnete Zuganker 23 frei in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene des Rotors, d.h. in der Blattschlagebene, bewegen, so daß er sich selbst bei Bedingungen ausrichtet, die während der Blattschlagbewegungen und der nach oben gerichteten Bewegungen (coning) der Blätter selbst wieder ausrichtet. Eine derartige Wiederausrichtung wird oh-ne Biegen der Zugstange 23 dadurch erreicht, daß die Zugstange 23 nur durch ihre Schwenkendbefestigungen abgestützt wird, die relative Schwenkbewegungen in der Ebene senkrecht zur Rotationsebene ermöglichen, und durch die Anordnung der axialen Schlitze 25 in der Steuerwelle 18, durch die hindurch die Zugstangen 23 positioniert sind.

Geringe Änderungen in den relativen Dimensionen der Gurtbauteile 13 und der zugeordneten Zugstangen 23 während solcher Schlagbewegungen und nach oben gerichteten Bewegungen werden durch den unterschiedlichen Zugelastizitätsmodul der Teile aufgenommen, wodurch gewährleistet ist, daß während solcher Bewegungen die Zugstangen

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23 den Hauptteil der in Betaieb auftretenden Zsntrifugalbelastungen aufnehmen.

Bei dem Rotor nach vorliegender Erfindung sind die Zugstangen 23 für den größten Teil der Zentrifugalbelastungen zuständig, wodurch die Gurtbauteile 13 entlastet werden, so daß letztere so ausgelegt werden können, daß sie in bezug auf die relative Steifigkeit bei Torsion und bei Biegung optimale Eigenschaften besitzen, damit die Betriebseigenschaften des Rotors verbessert werden. Die Auslegung der Zugstange 23 nach vorliegender Erfindung reduziert auch in erheblichem Maße die Steuerkräfte, die erforderlich sind, um die Blattsteigungseinstellung während des Aufgebens der kollektiven Blattsteigung aufgrund der Reduzierung der Zentrifugalkräfte zu ändern, die von dem zugeordneten Gurtbauteil 13 aufgenommen werden. Da die Zugstange 23 nur durch ihre Schwenkendbefestigungen abgestützt ist, so daß sie in Hinblick auf andere Begrenzungen frei ist, bewirkt eine Kopplung der Blattsteigungs- und -schlagbewegunge die aufgrund der Begrenzung des Steuersystems auftreten, wenn, die Blätter eines Paares in entgegengesetzten Richtungen schlagen, daß die Enden der Zugstange 23 in der gleichen Richtung gedreht werden. Dies hat einen wichtigen Einfluß auf die Arbeitsbedingungen der Zugstange 23, derart, daß die Zugstange 23 von zyklischen 'Verdrehbewegungen entlastet wird und deshalb nur der statischen Verdrehung während des Aufgebens der gemeinsamen Blattwinkelsteigung ausgesetz ist.

Vorstehend wurde eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beschrieben und dargestellt; die Erfindung ist aber nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise können die Verbindungsgurtbauteile 13 integral mit dem entsprechenden Paar von Rotorblättern ausgebildet sein, insbesondere bei einem Rotor, bei dem die Blätter selbst vollständig oder teilweise aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind. Bei der Herstellung der Gurtbauteile 13 und der Zugstangen 23 können auch andere geeignete Materialien verwendet werden. Die Arme eines jeden Gurtbauteiles l'i

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können über ihren Enden verbunden und als integrale Anordnung hergestellt sein, um sie in einer entsprechend modifizierten
Anschlußvorrichtung 14 festzulegen. Die Blattsteigungssteuerhebel 21 können getrennt von den Anschlußteilen 14 angeordnet und mit ihren entsprechenden Rotorblättern 11 durch geeignete Mittel befestigt sein.

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Claims (1)

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   Patentansprüche:

   1. Hubschrauberrotor mit zwei diametral gegenüberliegenden Rotdblättern, die um eine Achse drehbar angeordnet und mit Hilfe eines Gurtbauteiles miteinander verbunden sind, das gegen Torsion und in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene flexibel sowie in einer mit der Rotationsebene zusammenfallenden Ebene im wesentlichen steif ist,

   dadurch gekennzeichnet, daß ein torsionsflexibler Zuganker (2$)mit einem Zugelastizitätsmodul größer als der des Gurtbauteiles (1$) zwischen Schwenkverbindungen (22, 24-) in der Nähe entgegengesetzter Enden des Gurtbauteiles (13) angeordnet ist, welche Relativschwenkbewegungen in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse zulassen.

   2. Hubschrauberrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gurtbauteil (IJ) zwei im Abstand versetzte parallele Arme (13a, 13b) aufweist, und daß jeweils ein Arm (13a, 13^) auf jeder Seite der Rotationsachse (12) und in der Rotationsebene angeordnet ist.

   3. Hubschrauberrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand versetzten Arme (13a, 13b) in der Rotationsebene abgeflacht ausgebildet sind.

   4. Hubschrauberrotor nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (23) zentral innerhalb der im Abstand versetzten Arme (13a, 13b) des Gurtbauteiles (13) angeordnet ist und sich durch die Rotationsachse (12) erstreckt.

   5. Hubschrauberrotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Enden des Gurtbauteiles (13) durch ein Anschlußteil (14) mit einem integralen, nach innen gewandten Backenteil (22) verbunden sind, welches die Schwenkverbindung (22, 24) für die Enden des Zugankers (23) ergibt.

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   6. Hubschrauberrotor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Anechlußteil (14) einen integralen, nach außen gerichteten Backenteil (27) aufweist, der mit dem Rotorblatt (11) befestigbar ist.

   7. Hubschrauberrotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentrischer Bereich eines Jaden der im Abstand voneinander angeordneten Arme (13a, lbb) mit diametral entgegengesetzten Planschen (16) verbunden ist, die auf einer axial verlaufenden, rohrförmigen Rotorantriebswelle (17) ausgebildet sind.

   8. Hubschrauberrotor nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine axial verschiebbare rohrförmige Rotorsteuerwelle (18) konzentrisch innerhalb der Rotorantriebswelle (17) angeordnet ist und nach außen durch die im Abstand versetzten Arme (13a, IJh) bis zu einem äußeren Ende vorsteht, das radial verlaufende Steuerarme (19) aufnimmt, deren Anzahl der Anzahl von Rotorblättern (11) entspricht und die antriebsmäßig damit verbunden sind, und daß die Rotorsteuerwelle (18) axial verlaufende diametral gegenüberliegende Schlitze (25) für den Durchtritt des Zugankers (23) besitzt.

   9. Hubschrauberrotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerarme (19) über Universalgelenke (20) mit integral mit den Anschlußteilen (14) ausgebildeten Blattwinkelverstellhebeln (21) verbunden sind.

   10. Hubschrauberrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

   η gekennzeichnet, daß zwei diametral gegeüberliegende Paare von Rotorblättern rechtwinkelig zueinander angeordnet und in axialer Richtung zur Ausbildung eines inneren Paares und eines äußeren Paares versetzt sind.

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   11. Hubschrauberrotor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand versetzten Arme (13a, 13b) des Gurtbauteiles (I3) des äußeren Paares zentrisch mit diametral gegen überliegenden Flanschen (16) an den Enden von axial von der Rotorantriebswelle (17) ausgehenden Ansätzen (29) befestigt sind, und daß axial verlaufende Schlitze (28) durch die Ansätze (29) hindurch für den Durchtritt des dem Gurtbauteil (13) des inneren Paares von Rotorblättern zugeordneten Zugankers (23) vorgesehen sind.

   12. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gurtbauteil (I3) aus faserverstärktem Kunststoff besteht.

   13. Hubschrauberrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (23) aus Stahl hergestellt ist.

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