DE69107653T2

DE69107653T2 - Helicopterrotor mit elastischen Blättern und verbesserten Vibrationsdämpfern zwischen Antriebswelle und dem elastischen Zwischenglied.

Info

Publication number: DE69107653T2
Application number: DE69107653T
Authority: DE
Inventors: Francis Edward Byrnes; Anna Frank Paul D
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2011-03-28
Also published as: JP2911630B2; EP0451084B1; EP0451084A3; US5092738A; JPH04228399A; EP0451084A2; DE69107653D1; CA2036598A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen elastomeren Befestiger und Schwingungsdämpfer, der zwischen dem flexiblen Holmteil und dem Verdrehrohr eines Biegeträgerhubschrauberrotors angeordnet ist, und, mehr insbesondere, auf einen Befestiger-Schwingungsdämpfer, bei dem die Laminate durchgehend sind, bei dem die Laminate in dem vollständigen Betriebsbereich unter Druckbeanspruchung gehalten werden und bei dem die elastomeren Laminate einen hohen Verlustfaktor haben, um eine Schwenkbewegung zwischen dem Verdrehrohr und dem flexiblen Holm aufzunehmen, damit ein größeres Lasttragvermögen erzielt wird, die Größe des Befestiger-Schwingungsdämpfers reduziert wird und eine Schwingungsdämpfungsfunktion erfüllt wird.

Hintergrund der Erfindung

Bei Biegeträgerhubschrauberrotoren, sei es, daß sie von Querträgerbauart mit gerader Blattzahl sind, wie sie in dem US- Patent Nr. 4 244 677 gezeigt ist, oder daß sie von der hier beschriebenen Bauart mit ungerader Blattzahl sind, ist es notwendig, eine Positionier- und Lastaufnahmeeinrichtung zwischen dem flexiblen Holm und dem ihn umhüllenden Verdrehrohr vorzusehen, die die Funktion der Positionierung des Holms zur Blattverstell- und Blattschlagbewegung um den Schnittpunkt der Blattverstell- und Blattschlagachsen positioniert, um die Blattsteuerungs- und andere Belastungen zwischen denselben zu übertragen und um eine Relativbewegung zwischen denselben zuzulassen. Der Befestiger- Schwingungsdämpfer 52 wird benötigt, um das Verdrehrohr in bezug auf den Biegeträger zu positionieren, wenn das Blatt seine verschiedenen Bewegungen durchläuft, welche Blattverstell-, Blattschlag- und Blattschwenkbewegungen beinhalten, da es sonst zu einer wesentlichen Relativbewegung zwischen dem Verdrehrohr und dem Biegeträger kommen würde und da das zu einem Verlust an Blattsteuerung führen würde.
Im Stand der Technik ist es bekannt, elastomere Lager zu benutzen, um diese Funktion zu erfüllen, indem solche Lager wie ein "Befestiger" zwischen dem Biegeträgerholm und dem Verdrehrohr angeordnet werden, und die elastomeren Lager vorzubelasten, so daß die elastomeren Laminate derselben in dem vollständigen Bereich der auf das Lager ausgeübten Belastung unter Druckbeanspruchung bleiben, weil das elastomere Material unter Zugbeanspruchung zum Versagen neigt. In dem bekannten Stand der Technik, wie z.B. dem nach dem US-Patent Nr. 4 244 677, hat die Vorkompression des elastomeren Lagers gelochte Laminate in dem elastomeren Lager verlangt, durch welche sich eine Vorbelastungsschraube erstreckt, um dadurch das Lager zwischen einer inneren Platte und einer äußeren Platte zu komprimieren. Das Lager wird dann in eine Schnell-Verbindungs-/Trenneinrichtung geschoben, welche die innere Platte mit einer ebenen Holmteilfläche verbindet, wodurch sich die Vorbelastungsschraube entfernen läßt. Ein derartiges Loch produziert eine beträchtliche Spannungskonzentration in den elastomeren Laminaten des elastomeren Lagers und führt deshalb zu einem Ermüdungsausfall des Elastomers.
Diese bekannten Befestiger wurden mit natürlichem Kautschuk als elastomerem Laminat hergestellt, und das war zwar für kleine Rotoren und Hubschrauberheckrotoren ausreichend, bei Hubschrauberhauptrotoren könnte jedoch, wenn Kautschuk für die elastomeren Laminate benutzt würde, die Größe des elastomeren Lagers, das notwendig ist, um die Belastungen aufzunehmen und die Bewegungen zuzulassen, die im Flug auftreten, nicht auf einem vernünftigen Raum untergebracht werden und würde deshalb die Größe des Verdrehrohres vergrößern, und dieses vergrößerte Verdrehrohr würde das Hubschraubergewicht und dessen Luftwiderstand vergrößern.
Die bekannten Befestiger mit Kautschuklaminaten sind außerdem nicht in der Lage, die Schwingungsdämpfung zu erzeugen, die von einem solchen Befestiger-Schwingungsdämpfermechanismus bei einem Hubschrauberhauptrotor verlangt wird, wo die Forderung nach einem elastomeren Laminat, das einen hohen Verlustfaktor hat, statt nach dem niedrigen Verlustfaktor von natürlichem Kautschuk besteht.

Darstellung der Erfindung

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, einen Befestiger-Schwingungsdämpfermechanismus zwischen dem Biegeträgerholm und dem Verdrehrohr eines Hubschrauberbiegeträgerrotors zu schaffen, bei dem ein elastomeres Lager benutzt wird, in welchem die elastomeren Laminate ununterbrochen sind, d.h. bei dem die elastomeren Laminate und die Laminate aus undehnbarem Material massiv sind und keine Durchgangslöcher haben.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen solchen Befestiger zu schaffen, bei dem die elastomeren Laminate des elastomeren Lagers aus einem Material bestehen, das einen hohen Verlustfaktor hat, um so in der Lage zu sein, die Funktion zu erfüllen, die verlangte Relativschwenkbewegung zwischen dem Holm und dem Verdrehrohr zuzulassen, um so in der Lage zu sein, Rotorschwingungen zu dämpfen, und um so in der Lage zu sein, die Blattsteuerbelastungen und andere Kräfte zu übertragen, die während des Fluges zwischen dem Verdrehrohr und dem Holm erzeugt werden, und das alles unter Positionierung des flexiblen Holmteils relativ zu dem Verdrehrohr.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen solchen Befestiger-Dämpfer der Bauart mit elastomerem Lager zu schaffen, der eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit gegenüber den bekannten Befestigern hat, im Feld gewartet werden kann und die kritische Entwurfsbeanspruchung und die Schwingungsdruckbeanspruchung in dem Elastomer um einen Faktor von etwa 2,3 gegenüber den bekannten Befestigern reduziert.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen solchen Befestiger-Schwingungsdämpfer der Bauart mit elastomerem Lager zu schaffen, bei dem die inneren Laminate des elastomeren Lagers in ihrer Form sphärisch sind, um so den Biegeträgerholm an dem Verdrehrohr um die Schnittstelle der Blattverstell- und Blattschlagachse zu positionieren, und bei dem die äußeren Laminate eben sind, um so eine Schwenkbewegung zwischen dem Holm und dem Verdrehrohr zuzulassen, welche die sphärischen inneren Laminate nicht zulassen können, und um eine Schwingungsdämpfungsfunktion zu erfüllen und einen Grad an relativer Radialbewegung zwischen dem Verdrehrohr und dem Biegeträgerholm zu gestatten.
Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß das innere Ende des Befestiger-Schwingungsdämpfers mit dem flexiblen Holmteil durch ein Schnell-Verbindungs-/Trennkupplung verbunden ist.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Befestiger-Dämpfer zu schaffen, bei dem sich die äußeren Laminate durch ein Loch in dem Verdrehrohr über eine ausgewählte Distanz erstrecken, so daß die Laminate auf Druck beansprucht werden können, wenn die Vorbelastungsplatte, mit der das äußere elastomere Laminat verbunden ist, an dem Verdrehrohr niedergedrückt und mit demselben verbunden wird, um so das elastomere Lager in einen ausgewählten Vorbelastungszustand zu bringen. Die Distanz, auf welcher sich die Laminate durch das Verdrehrohrloch erstrecken, und somit die Distanz, um die die Vorbelastungsplatte die Laminate niederdrückt, werden so ausgewählt, daß der Befestiger-Dämpfer alle Flug- und Blattverstellbelastungen aushalten kann, die auf ihn ausgeübt werden, ohne den Druckbeanspruchungszustand zu verlassen und ohne in einen zerstörerischen Zugbelastungszustand zu gelangen.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Lichte der folgenden Beschreibung derselben deutlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise weggebrochene Teildarstellung eines Hubschrauberbiegeträgerrotors, um die Erfindung in ihrer Umgebung zu zeigen.
Fig. 2 ist eine Ansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1, um den verbesserten Befestiger-Schwingungsdämpfermechanismus zu veranschaulichen, welcher sich zwischen dem Hubschrauberblattbiegeträgerholm und dem Verdrehrohr erstreckt.
Fig. 3 ist eine Ansicht des inneren Endes des erfindungsgemäßen Befestiger-Schwingungsdämpfers, um einen Teil des Schnell-Verbindungs-/Trennmechanismus zwischen dem Befestiger-Schwingungsdämpfer und dem Biegeträgerholm zu veranschaulichen.
Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils des Biegeträgerholms, wobei einer der beiden Haltemechanismen in Position ist, der mit dem Mechanismus nach Fig. 3 zusammenwirkt, um den Schnell-Verbindungs-/Trennmechanismus zwischen dem Holm und dem Befestiger-Dämpfer zu bilden.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Belastungen, die auf den erfindungsgemäßen Befestiger-Schwingungsdämpfermechanismus ausgeübt werden, um den Grad zu veranschaulichen, bis zu welchem er zur geeigneten Vorbelastung zusammengedrückt werden muß.
Fig. 6A ist eine perspektivische Darstellung von einem der durchgehenden elastomeren Laminate.
Fig. 6B ist eine Darstellung nach der Linie 6B-6B in Fig. 6A.
Fig. 7A ist eine perspektivische Darstellung eines bekannten gelochten elastomeren Laminats.
Fig. 7B ist eine Darstellung nach der Linie 7B-7B in Fig. 7A.
Fig. 8 ist ein Diagramm, in welchem die Scherspannung über der radialen Abmessung des durchgehenden elastomeren Laminats nach der Erfindung und des bekannten gelochten elastomeren Laminats aufgetragen ist, um die beträchtliche Differenz in der Scherspannungsverteilung zwischen denselben zu veranschaulichen.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt die maßgeblichen Teile eines Hubschrauberbiegeträgerrotors 10, welcher eine Antriebswelle 12 aufweist, die auf herkömmliche Weise durch ein Triebwerk 14, wahrscheinlich über ein Untersetzungsgetriebe (nicht dargestellt), um eine Drehachse 16 in Drehung versetzt wird. Eine Rotornabe 18 ist auf der Antriebswelle 12 zur Drehung mit derselben um die Achse 16 befestigt und trägt eine Reihe von Blattbaugruppen, von denen eine bei 20 gezeigt ist. Die Blattbaugruppe 20 hat einen Biegeträgerholm 22, der mit der Rotornabe 18 durch eine Verbindungsschraube 24 integral verbunden ist, so daß sie um eine Blattverstellachse 26 flexibel ist. Ein Verdrehrohr 28 umhüllt den Biegeholm 22 mit Abstand von demselben und ist mit demselben an dessen radialem äußeren Ende durch Verbindungsschrauben 30 verbunden und ist mit demselben durch den Befestiger-Schwingungsdämpfermechanismus, welcher Gegenstand der vorliegenden Erf indung ist, gelenkig verbunden. Das Verdrehrohr 28 ist mit einem aerodynamischen Blatteil 32 durch herkömmliche Verbindungsschrauben 34 verbunden, so daß, wenn sich die Antriebswelle 12 um die Drehachse 16 dreht, sich der Biegeträger 22, das Verdrehrohr 28 und der Blatteil 32 mit derselben drehen.
Fig. 1 zeigt zwar ein Biegeträgerholmteil 22, welches nur ein einzelnes Blatteil 32 trägt, der Grund dafür ist jedoch, daß die dargestellte besondere Konstruktion Teil eines Hubschrauberrotorsystems ist, welches eine ungerade Anzahl von Blättern hat. Wenn der Hubschrauber eine gerade Anzahl von Blättern hätte, könnte ein einzelnes Biegeträgerteil 26 benutzt werden, um diametral entgegengesetzte Blatteile zu tragen.
Blattverstellkräfte werden auf die Blattbaugruppe 20 durch Blattsteuerstangen 36 ausgeübt, die an einem Ende mit dem äußeren Umfang des Drehmomentrohres 28 durch eine herkömmliche Verbindungseinrichtung 38 drehbar verbunden sind. Die Blattsteuerstange 36 ist mit der Taumelscheibe 42 durch eine Verbindungsschraube 40 drehbar verbunden. Das Taumelscheibenteil 42 ist durch eine Scherenanordnung 44 mit der Rotornabe 18 verbunden, so daß sie sich mit derselben dreht. Die Taumelscheibe 42 empfängt Blattsteuereingangssignale von Steuerstangenteilen 46 her, um die Taumelscheibe 42 zu veranlassen, sich um den Punkt 48 zu neigen. Auf diese Weise bewirken die Blattsteuerbefehle, die durch die Taumelscheibensteuerstangen 46 ausgeübt werden, daß sich die Taumelscheibe 42 neigt, um so Blattverstellkräfte auf das Verdrehrohr 28 über die Blattsteuerstange 36 zu übertragen, was zur Blattverstellbewegung des Verdrehrohres 28 um die Blattverstellachse 26 führt. Diese Blattverstellbelastung wird auf den Biegeträger 22 über den Befestiger-Schwingungsdämpfermechanismus ausgeübt, welcher Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und in Fig. 2 dargestellt ist. Eingangssignale von Steuerstangen 50 aus bewirken, daß sich die Taumelscheibe 42 längs der Drehachse l6 verschiebt, um ebenso Blattsteuerbelastungen auf das Verdrehrohr 28 und somit auf die Blattbaugruppe 20 auszuüben. Wenn sich die Taumelscheibe 42 längs der Achse 16 verschiebt, bewirkt sie eine kollektive Blattverstellung der Blattbaugruppen 20, und wenn sie sich um den Punkt 48 neigt, bewirkt die eine periodische Verstellung der Blätter 20.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist der Biegeträger 22 mit dem radial inneren Ende des Verdrehrohres 28 über ein elastomeres Befestiger- und Schwingungsdämpferteil 52 verbunden. Der Biegeträger 22 ist dabei so aufgebaut, daß er einen rechteckigen Querschnitt und eine obere ebene Oberfläche 54 sowie eine untere ebene Oberfläche 56 hat, mit welchen die Befestiger-Schwingungsdämpfereinheiten 52 bzw. 53 auf im folgenden beschriebene Weise verbunden sind. Der Biegeträger 22 ist in der Lage, hohe Zugbelastungen aufzunehmen, und er ist um seine Längsachse biegsam, er widersetzt sich aber lateralen Biegebewegungen, weil er vorzugsweise aus hochfesten Faserteilen hergestellt ist, die sich in paralleler Beziehung radial längs desselben erstrecken und miteinander verbunden sind, so daß sie einen flexiblen Holm bilden, der eine hohe Zugfestigkeit hat und so geformt ist, daß er im Querschnitt rechteckig ist und eine ebene obere und eine ebene untere Oberfläche aufweist. Da die Konstruktionen der Befestiger-Schwingungsdämpfereinheiten 52 und 53 identisch sind, wird nur die Einheit 52 im folgenden beschrieben. Das äußere Ende des Befestiger-Schwingungsdämpfers 52 ist mit einem Vorbelastungsplattenteil 58 verbunden und erstreckt sich durch ein Loch 60 in dem Verdrehrohr 28 über eine ausgewählte Distanz, die im folgenden näher erläutert ist, so daß, nachdem das innere Ende der Befestiger-Schwingungsdämpfereinheit 52 bei der Montage mit dem Biegeträger 22 verbunden worden ist, wenn die Vorbelastungsplatte 58 zusammengedrückt und durch Schraubverbindung mit dem Verdrehrohr 28 über Schraubenteile 62 verbunden wird, wird der Befestiger-Schwingungsdämpfer 52 in einen ausgewählten Vorbelastungszustand versetzt wird, der im folgenden ausführlicher beschrieben ist.
Der Befestiger-Schwingungsdämpfer 52, der im Querschnitt vorzugsweise kreisförmig ist, weist einen inneren Teil 64 auf, bei dem es sich um ein sphärisches elastomeres Lager handelt, welches um den Biegeträger 22 in einer Position um die Schnittstelle 66 der Blattverstellachse 26 und der Blattschlagachse 68 konzentrisch ist und denselben trägt. Der äußere Teil 70 des Befestiger-Schwingungsdämpfers 52 ist ein ebenes elastomeres Lager. Sowohl der innere Teil 64 als auch der äußere Teil 70 besteht aus abwechselnden Laminaten aus elastomerem und undehnbarem Material, so daß die endständigen elastomeren Laminate des ebenen elastomeren Lagers 70 mit der Vorbelastungsplatte 58 bzw. einem Tragteil 72 verbunden sind und die endständigen elastomeren Laminate des sphärischen Teils 64 mit dem Bettungskörper 72 bzw. dem inneren Tragteil 74 verbunden sind. Dieses Verbinden erfolgt während der Herstellung des Befestiger-Dämpfers 52. Das Teil 74 ist Teil einer Schnell-Verbindungs-/Trennverbindungskupplung 75 zwischen dem Befestiger-Dämpfer 52 und dem Holm 22.
Elastomere Lager an sich sind bekannt und beschrieben in dem US- Patent Nr. 3 932 059 von Rybicki (1976), in meinem US-Patent Nr. 4 895 374 (1990) und in dem LASTOFLEX, Bearing Design Guide, Report No. PE 76-006, veröffentlicht am 30. Januar 1976 durch Lord Kinematics, Erie, Pennsylvania.
Bei Betrachtung von Fig. 2 ist zu erkennen, daß, wenn die Blattsteuerstange 36 Blattverstellbelastungen auf das Verdrehrohr 28 ausübt, das Verdrehrohr 28 und daher der Biegeträger 22 aufgrund der Wechselwirkung zwischen denselben über den Befestiger- Schwingungsdämpfer 52 veranlaßt wird, sich um die Blattverstellachse 26 zu bewegen. Der innere Teil des sphärischen elastomeren Lagers 64 läßt diese Blattverstellbewegung des Verdrehrohres 28 und des Biegeträgers 22 um die Blattverstellachse 26 zu. Das sphärische Lager 64 läßt außerdem eine Bewegung zwischen dem Verdrehrohr 28 und dem Holm 22 zu, wogegen der äußere Teil 70 nur bewirkt, daß Blattverstellbelastungen auf den inneren Teil 64 von dem Verdrehrohr 28 her übertragen werden, dient aber auch als ein Schwingungsdämpfer in bezug auf Rotorschwingungen, welche eine Relativschwenkbewegung zwischen dem Verdrehrohr 28 und dem Biegeträger 22 erzeugen.
Der Grund, daß sowohl der zentrale Teil 64 des sphärischen elastomeren Lagers als auch der äußere Teil 70 des elastomeren Lagers mit ebenen Laminaten notwendig sind, besteht darin, daß der sphärische, innere Teil 64 des Befestiger-Dämpfers 52 die Blattverstellrelativbewegung zwischen dem Holm 22 und dem Verdrehrohr 28 zuläßt, wogegen der ebene, äußere Teil 70 die Relativschwenkbewegung zwischen dem Holm 22 und dem Verdrehrohr 28 zuläßt.
In der in Fig. 2 und anderswo gezeigten Anordnung sind zwar das innere sphärische elastomere Lager und das äußere ebene elastomere Lager unausgerichtet gezeigt, das ist aber bloß gemacht worden, um eine Verdrehdifferenz zwischen dem Verdrehrohr und dem Biegeträger des besonderen Rotors, der entwickelt wird, aufzunehmen. Der innere Teil 64 und der äußere Teil 70 könnten ohne weiteres ausgerichtet sein.
Eine Betrachtung von Fig. 2 läßt erkennen, daß das äußere ebene elastomere Lager 70 aus einer Serie von abwechselnden ebenen ununterbrochenen Laminaten 76 und 78 aus elastomerem bzw. undehnbarem Material besteht, wobei das äußerste und innerste elastomere Laminat 76 während des Lagerfertigungsprozesses mit der Vorbelastungsplatte 58 bzw. dem Bettungskörper 72 verbunden werden. Ebenso ist bei dem sphärischen elastomeren inneren Teil 64 zu erkennen, daß es sphärisch geformte durchgehende und abwechselnd positionierte eleastomere Laminate 80 und Laminate 82 aus undehnbarem Material gibt und daß die äußersten und innersten elastomeren Laminate 80 mit dem Bettungskörper 72 bzw. dem inneren Verbindungsteil 74 während des Lagerfertigungsprozesses verbunden worden sind. Die Laminate 76 und 78 sind vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig und um die Achse 81 konzentrisch, wogegen die sphärischen Laminate 80 und 82 im Querschnitt ebenfalls kreisförmig und um eine Achse 83 konzentrisch sind. Jedes elastomere Laminat 76 und 80 wird mit jedem seiner benachbarten undehnbaren Laminate 78 und 82 während des Fertigungsprozesses verbunden.
Es ist zu erkennen, daß das innere Verbindungsteil oder der innere Bettungskörper 74 so geformt ist, daß er einen ebenen Teil 85 hat, von welchem aus ein sphärischer Teil 87 vorsteht, der so geformt ist, daß er mit dem innersten elastomeren Laminat 80 des Befestiger-Dämpferteils 52 zusammenpaßt und mit diesem verbunden werden kann. Ein zylindrischer Knopf 84 steht einwärts von dem ebenen Teil 85 in zu dem sphärischen Vorsprung 87 entgegengesetzter Richtung vor. Der innere Bettungskörper oder das innere Verbindungsteil 74 ist ausführlicher in Fig. 3 gezeigt, welche eine Unteransicht des Teils 74 ist, und es ist zu erkennen, daß das Teil 74 beabstandete ebene Seitenflächen 86 und 88 und kreisförmige oder auf andere Weise gekrümmte Endoberflächen 90 und 92 mit größerem Abstand zwischen denselben als die ebenen Oberflächen hat.
Das Teil 74 wirkt mit einem Halteteil 94 zusammen, das in Fig. 4 gezeigt ist, um eine Schnell-Verbindungs-/Trennverbindungskupplung 75 zwischen dem inneren Ende des Befestiger-Schwingungsdämpferteils 52 und dem Biegeträger 22 zu bilden. Der Halter 94 ist mit der oberen Oberfläche 54 des Biegeträgers 22 verbunden, und ein ähnlicher Halter 94, der nicht dargestellt ist, ist in Ausrichtung mit demselben mit der unteren Oberfläche 56 des Biegeträgers 22 verbunden.
Das Befestigungsteil 94 hat beabstandete U-Profil-Flansche 96 und 98, die sich in paralleler Anordnung auf entgegengesetzten Seiten desselben und beabstandet in Beziehung zu der Oberfläche 100 des ebenen Teils 101 des Halters 94 erstrecken, so daß zwischen ihnen parallele, beabstandete Kanäle 102 und 104 gebildet sind. Der Halter 94 hat ein zylindrisches Loch 106, welches so bemessen ist, daß der Knopf 84 des inneren Bettungsteils 74 in es hineinpaßt. Zusammengesetzte Wickelteile 112 und 114 erfüllen die Funktion, das Halteteil 94 daran zu hindern, sich in bezug auf den Holm 22 zu bewegen, wenn sie sich über die oberen Oberflächen 108 und 110 der Flansche 96 und 98 der Halteteile 94, die auf der oberen bzw. unteren Seite des Biegeträgers 22 angeordnet sind, und weiter um den Biegeträger 22 erstrecken.
Wenn das Halteteil 94 während der Montage des Befestiger-Schwingungsdämpfers 52 so positioniert wird, wird das Teil 52 durch das Verdrehrohrloch 60 auf den Biegeträger 22 abgesenkt. Der Bettungs- oder Anschlußkörper 74 wird so positioniert, daß sein Knopf 84 in das Loch 106 des Halters 94 einfaßt und daß sich die ebenen Oberflächen 86 und 88 parallel zu den Flanschen 96 und 98 erstrecken, woraufhin der Befestiger-Schwingungsdämpfer 52 um 90º gedreht wird, so daß die kreisförmigen Oberflächen 90 und 92 des Teils 74 in Eingriff mit den Kanälen 102 und 104 kommen. Die Vorbelastung, die spater auf den Befestiger-Schwingungsdämpfer 52 ausgeübt wird, hilft dabei, das Teil 74 in bezug auf den fixierten Halter 94 in seiner Position festzuhalten. Es ist somit zu erkennen, daß die Teile 74 und 94 zusammenwirken, um eine Schnell-Verbindungs-/Trennkupplung 75 zwischen dem inneren Ende des Befestiger-Schwingungsdämpfers 52 und dem Biegeträger 22 zu bilden.
Es ist eine wichtige Lehre der Erfindung, daß die Laminate des Befestiger-Schwingungsdämpfers 52 in dem vollständigen Betriebsbereich des Hubschraubers unter Druckbeanspruchung gehalten werden, da elastomere Lager keine Zugbelastung aushalten können. Demgemäß wird gemäß der Darstellung in Fig. 2 der Befestiger- Dämpfer 52 mit einer ausgewählten Höhe hergestellt, so daß, wenn der Verbinder 74 am inneren Ende der Einheit 52 mit dem Halter 94 auf dem Holm 22 verbunden wird, die Vorbelastungsplatte 58 um eine ausgewählte Distanz d außerhalb des Drehmomentrohres 28 positioniert wird. Wenn die Vorbelastungsplatte 58 durch Schrauben 62 niedergedrückt wird, die über eine kreisförmige Anordnung von ausgerichteten Löchern 116 und 118 in der Vorbelastungsplatte 58 bzw. dem Verdrehrohr 28 wirksam werden, um so die Vorbelastungsplatte 58 mit dem Verdrehrohr 28 zu verbinden, übt die resultierende Vorbelastungsauslenkung d des Befestiger-Schwingungsdämpfers 52 eine ausreichende Vorbelastung auf die Einheit 52 aus, um die Laminate des Teils 52 in dem vollständigen Betriebsbereich der Belastung, die auf sie ausgeübt wird, unter Druckbelastung zu setzen, wodurch vermieden wird, daß diese Laminate während des Betriebes unter eine potentiell zerstörerische Zugbelastung gesetzt werden.
Um zu erklären, wie groß das Ausmaß an Druckvorbelastung sein muß, die notwendigerweise auf die Teile 52 ausgeübt werden muß, und daher der Grad der Bewegung d, um die die Vorbelastungsplatte 58 niedergedrückt werden muß, um den Grad der Vorbelastung zu erzielen, wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen.
In Fig. 5 sind die Vorbelastungsplatten 58 der Befestiger-Dämpferteile 52 und 53 auf entgegengesetzten Seiten des Biegeträgers 22 gezeigt, und die Befestiger-Schwingungsdämpferteile 52 und 53 sind in der vertikalen Ebene als zwei Federn dargestellt, welche den Biegeträger 22 mit den Vorbelastungsplatten 58 verbinden, welche mit dem Verdrehrohr 28 verbindbar sind. In dieser Konfiguration ist die maximale Belastung, welcher der Befestiger- Schwingungsdämpfer 52 ausgesetzt sein wird, als Belastung Pmax dargestellt, und die vertikale Federsteife der Befestiger- Schwingungsdämpfer 52 und 53 ist als K in Pfund pro Zoll dargestellt. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 wird während der maximalen Blattverstellbelastung des Verdrehrohres 28 durch die Blattsteuerstange 36, bei welcher es sich um die maximale erwartete Belastung handelt, welche auf die Teile 52 und 53 ausgeübt werden wird, auf die obere Vorbelastungsplatte 58 eine Druckbelastung von Pmax/2 ausgeübt, wogegen auf die untere Vorbelastungsplatte 58 eine Zugbelastung von Pmax/2 ausgeübt wird. Um den Befestiger-Schwingungsdämpfer 52 in dem vollständigen Betriebsbereich, der eine maximale erwartete Belastung Pmax beinhaltet, unter Druckbeanspruchung zu halten, wird jeder Befestiger durch Niederdrücken der Vorbelastungsplatten 58 und damit der Teile 52 und 53 um eine Strecke, die gleich Pmax/2K ist, auf Druck vorbelastet, wenn die Vorbelastungsplatten 58 mit dem Verdrehrohr 28 durch die Wirkung der Schrauben 62 verschraubt werden.
Es ist weiter eine wichtige Lehre der Erfindung, daß sowohl die elastomeren Laminate als auch die Laminate aus undehnbarem Material sowohl des ebenen elastomeren äußeren Lagerteils 70 als auch des sphärischen elastomeren inneren Teils 64 ununterbrochen sind, d.h., daß sie keine Durchgangslöcher aufweisen. Die Wichtigkeit und der Vorteil dieser Lehre wird am besten anhand einer Betrachtung der Fig. 6A, 6B und 7A, 7B und 8 verständlich.
In Fig. 6A sehen wir meine durchgehenden Laminate, z.B. bei 76, bei welchen es sich entweder um ein elastomeres Laminat handeln kann, wie dargestellt, oder um ein Laminat 78 aus undehnbarem Material, und welches kreisförmig ist und einen Radius von 1,5 Zoll aufweist sowie eine Dicke von 0,10 Zoll hat. Das bekannte Laminat des im Stand der Technik nach dem US-Patent Nr. 4 244 677 benutzten Typs ist in Fig. 7A gezeigt. Das ist auch ein Laminat, welches einen Radius von 1,5 Zoll und eine Dicke von 0,10 Zoll hat, welches aber ein Loch oder eine Öffnung 116 in seinem Zentrum mit einem Durchmesser von 0,50 Zoll aufweist. Es ist zu erkennen, daß die Fig. 6b und 7B Querschnittdarstellungen der Laminate nach den Fig. 6A bzw. 7A sind und daß jedes so dargestellt ist, daß eine Belastung, die mit P bezeichnet ist, auf es ausgeübt wird.
Wenn wir nun Fig. 8 betrachten, so sehen wir ein Diagramm, das die Scherspannungsverteilung längs der massiven Elastomerlaminatkonstruktion nach Fig. 6A-B, gezeigt längs einer Linie 118, im Gegensatz zu der für die gelochte Konstruktion nach den Fig. 7A-B, gezeigt längs einer gestrichelten Linie 120, veranschaulicht. Es ist zu erkennen, daß es eine beträchtliche Differenz in der Scherspannung in Pfund pro Quadratzoll zwischen dem inneren Durchmesser des gelochten Laminats nach den Fig. 7A-B, wobei die Spannung bei 122 dargestellt ist, und dem äußeren Durchmesser gibt, wobei die Spannung bei 124 dargestellt ist. Konträr dazu gibt es eine beträchtlich verringerte Scherspannungsdifferenz bei dem durchgehenden Laminat nach den Fig. 6A-B, wie es längs der Linie 118 gezeigt ist. Fig. 8 zeigt, daß der innere Durchmesser des gelochten Laminats um die doppelte Größe des äußeren Durchmessers gedehnt wird. Die Scherspannungsdifferenz bei dem gelochten Laminat nach den Fig. 7A-B ist so, daß das gelochte Laminat eine wesentlich geringere Lebensdauer als das durchgehende Laminat hat. Zum Verlängern der Lebensdauer des gelochten Laminats wäre es notwendig, die Dicke jedes elastomeren Laminats auf 0,05 Zoll zu halbieren und die Anzahl sowohl der elastomeren als auch der undehnbaren Laminate zu verdoppeln, um dadurch die Größenhülle des Befestiger-Schwingungsdämpfers 52 sowie dessen Gewicht zu vergrößern. Das demonstriert, daß mein verbesserter Befestiger-Schwingungsdämpfer 52 mit durchgehenden Laminaten sowohl eine Größenreduzierung als auch eine Gewichtseinsparung gegenüber dem bekannten gelochten Dämpfer mit sich bringt, wenn er in dieser Befestiger- Schwingungsdämpfereinheit 52 benutzt wird.
Es ist deshalb zu erkennen, daß durch Schaffung eines Befestiger-Dämpfers 52 mit einem Vorbelastungsmechanismus, der keine gelochten Laminate verlangt, die Ermüdungsfestigkeit des Befestiger-Schwingungsdämpfers 52 wesentlich vergrößert worden ist. Meine Konstruktion gestattet außerdem einen kompakteren und leichteren Befestiger-Schwingungsdämpfer 52, da weniger Verstärkungsscheiben in den elastomeren Laminaten erforderlich sind.
Es kann mathematisch demonstriert werden, daß die kritische Entwurfsbeanspruchung, die herkömmlicherweise mit GAMMA bezeichnet wird, in der Befestiger-Schwingungsdämpfereinheit 52 im Falle eines typischen Hauptrotors 19,625 beträgt, wenn die Laminate Löcher haben, und 8,501, wenn die Laminate durchgehend sind und keine Löcher haben. Das demonstriert, daß meine Konstruktion die Schwingungsdruckbeanspruchungen in dem Elastomer um einen Faktor von 2,3 reduziert. Die mathematischen Berechnungen, die zu diesen Zahlen führen, finden sich in "Engineering Design With Natural Rubber" von P. B. Lindley, veröffentlicht von der Malaysian Rubber Research Association.
Eine weitere Verbesserung in meinem Befestiger-Schwingungsdämpfer 52 ist, daß, während bei den bekannten Befestigern natürlicher Kautschuk für die elastomeren Laminate benutzt wird, meine ebenen elastomeren Laminate 76 des äußeren Teils 70 des Befestiger-Dämpfers 52 entweder aus Polybutan oder Silikon hergestellt werden können, wogegen die sphärischen elastomeren Laminate 80 des inneren Teils 64 des Befestiger-Dämpfers 52 aus natürlichem Kautschuk hergestellt werden können. Natürlicher Kautschuk konnte bei den ebenen Laminaten des bekannten Befestigers benutzt werden, weil dieses Elastomer gemäß dem US-Patent Nr. 4 244 677 für die Verwendung bei einem kleinen Hubschrauberheckrotor vorgesehen war. Mein Befestiger-Schwingungsdämpfer 52 ist zur Verwendung bei einem Hubschrauberhauptrotor vorgesehen und muß deshalb nicht nur die Funktion erfüllen, größere Belastungen auszuhalten, sondern auch die Funktion, Schwingungen zu dämpfen.
Natürlicher Kautschuk hat einen Verlustfaktor von 0,05, wogegen Polybutan einen Verlustfaktor von 0,40 und Silikon einen Verlustfaktor von 0,65 hat. Die Bedeutsamkeit, daß die ebenen Laminate 76 aus Polybutan und Silikon höhere Verlustfaktoren als die bekannten Laminate aus natürlichem Kautschuk haben, besteht darin, daß die Laminate mit höherem Verlustfaktor eine größere Dämpfung erzeugen, wenn Scherbelastungen auf die ebenen elastomeren Laminate 76 durch die Schwenkbewegung des Blattes ausgeübt werden. Die Laminate aus natürlichem Kautschuk waren bei der bekannten Heckrotorkonstruktion nach dem US-Patent Nr. 4 244 677 brauchbar, weil dieser Befestiger keine Rotorschwingungsdämpfungsfunktionen zu erfüllen hatte.

Claims

1. Hubschrauberrotor (10) der Biegeträgerrotorbauart, mit:

a. einem Nabenteil (18), das zur drehbaren Lagerung um eine Drehachse (16) ausgebildet ist;

b. einem flexiblen, einstückigen Holmteil (22) mit hoher Zugfestigkeit, das durch das Nabenteil gehalten wird und sich von diesem aus radial zur Drehung um die Drehachse erstreckt und eine Blattverstellachse (26) sowie eine Blattschlagachse hat und im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und eine ebene obere (54) und eine ebene untere Oberfläche (56) aufweist;

c. einem Blatteil (32), das mit dem radial äußeren Ende des Holmteils zur Drehung mit demselben um die Drehachse und zur Blattverstellbewegung mit demselben um die Blattverstellachse und zur Blattschlagbewegung mit demselben um die Blattschlagachse und zur Schwenkbewegung verbunden ist;

d. einem Verdrehrohr (28), welches das Holmteil umhüllt und mit dem äußeren Ende des Holmteils verbunden ist und sich mit Abstand von demselben einwärts erstreckt und das Holmteil umhüllt sowie ein erstes und ein gegenüberliegendes zweites Loch mit Abstand von der ebenen oberen und unteren Holmteiloberfläche aufweist;

e. einem Befestiger- und Schwingungsdämpferteil, das an dem radial inneren Ende des Verdrehrohres angeordnet ist und einen oberen Teil (52) aufweist, der sich zwischen der ebenen oberen Holmoberfläche und auf einer ausgewählten Distanz durch das erste Loch erstreckt, sowie einen unteren Teil (53) aufweist, der sich zwischen der ebenen unteren Holmoberfläche und auf einer ausgewählten Distanz durch das zweite Loch des Verdrehrohres erstreckt;

f. einer Einrichtung (36, 38, 40, 42, 44, 46, 50) zum Ausüben einer Blattsteuerkraft auf das Verdrehrohr, um das Verdrehrohr zu veranlassen, sich um die Blattverstellachse zu drehen, so daß das Verdrehrohr durch Ausüben von Blattverstellkräften über das Befestiger- und Schwingungsdämpferteil bewirkt, daß sich das Holmteil biegt und daß sich das Blatt um die Blattverstellachse dreht; wobei

g. jeder der Befestiger-Schwingungsdämpferteile aufweist:

(1) ein durchgehendes, Vorbelastungsplatten- und äußeres Teil (58), welche dafür ausgebildet sind das Befestiger- und Schwingungsdämpferteil wahlweise vorzubelasten;

(2) ein durchgehendes inneres Plattenteil (74);

(3) abwechselnde durchgehende Laminate aus elastomerem Material (76, 80) und undehnbarem Material (78, 82), die zwischen dem Vorbelastungs- und inneren Plattenteil angeordnet sind, wobei das innerste elastomere Laminat mit dem inneren Plattenteil verbunden ist, wobei das äußerste elastomere Laminat mit dem Vorbelastungsplattenteil verbunden ist und wobei die elastomeren Zwischenlaminate mit dem undehnbaren Material verbunden sind, das auf entgegengesetzten Seiten derselben angeordnet ist; und

(4) wobei die Laminate des Befestiger- und Schwingungsdämpferteils von ausgewählter Anzahl und Größe und von ausgewähltem Material sind, so daß während der Montage, wenn die Vorbelastungsplatte niedergedrückt und mit dem Verdrehrohr verbunden wird, die elastomeren Laminate ausreichend vorbelastet werden, um unter der maximalen erwarteten Blattverstellbelastung unter Druckbeanspruchung zu bleiben; und

h. einer Schnell-Verbindungs-/Trenneinrichtung (75), welche das innere Plattenteil mit einer der ebenen Holmteiloberflächen verbindet.

2. Hubschrauberrotor nach Anspruch 1, wobei die maximale Blattverstellbelastung, von der erwartet wird, daß sie durch die Blattsteuereinrichtung auf das Verdrehrohr und das Befestiger- und Schwingungsdämpferteil ausgeübt wird, Pmax beträgt, wobei die vertikale Federkonstante des Befestiger- und Dämpferteils K ist und wobei die ausgewählte Distanz, auf der sich das Befestiger- und Schwingungsdämpferteil durch das Verdrehrohrloch erstreckt und niedergedrückt wird, wenn das Vorbelastungsplattenteil mit dem Verdrehrohr verbunden wird, Pmax/2K beträgt.

3. Hubschrauberrotor nach Anspruch 2, wobei die abwechselnden durchgehenden Laminate aus elastomerem und undehnbarem Material der Befestiger-Schwingungsdämpferteile eine innere Gruppe (64) der abwechselnden durchgehenden Laminate umfassen, die um die Schnittstelle von Blattverstell- und Blattschlagachse des Holmteils sphärisch sind und als ein Befestiger wirken, um das Holmteil zur Bewegung um die Achsen zu tragen, und einen äußeren Teil (70) von abwechselnden durchgehenden Laminaten aus elastomerem und undehnbarem Material, die eben sind, so daß sie die Relativschwenkbewegung zwischen dem Verdrehrohr und dem Holmteil aufnehmen und Schwingungen zwischen denselben dämpfen.

4. Hubschrauberrotor nach Anspruch 3, wobei jedes der Laminate im Querschnitt kreisförmig ist.

5. Hubschrauberrotor nach Anspruch 4, wobei die ebenen elastomeren Laminate aus einem Material bestehen, das einen Verlustfaktor von mehr als 1,0 hat.

6. Hubschrauberrotor nach Anspruch 4, wobei die ebenen elastomeren Laminate aus Polybutan bestehen und wobei die sphärischen elastomeren Laminate aus naturlichem Kautschuk hergestellt sind.

7. Hubschrauberrotor nach Anspruch 4, wobei die ebenen elastomeren Laminate aus Silikon bestehen und wobei die sphärischen elastomeren Laminate aus natürlichem Kautschuk hergestellt sind.

8. Hubschrauberrotor nach Anspruch 5, wobei die Schnell-Verbindungs-/Trenneinrichtung ein Halteteil (94) aufweist, das einen ebenen Teil hat, der die ebene Oberfläche des Holmteils erfaßt, und weiter beabstandete U-Profil-Flansche (96, 98), die sich in paralleler Beziehung auf entgegengesetzten Seiten des ebenen Teils und mit Abstand von demselben erstrecken, so daß sie parallele, beabstandete Kanale (102, 104) dazwischen bilden, wobei der Halter außerdem ein zylindrisches Loch (106) in dem ebenen Teil hat, Verbundwickelteile (112, 114), welche das Holmteil mit Abstand umschließen und das Halteteil erfassen, um das Halteteil an der ebenen Holmoberfläche festzuhalten, und wobei das innere Plattenteil des Befestiger-Schwingungsdämpferteils einen ebenen Teil (85) und einen sphärischen Teil (87) hat, der sich von dem ebenen Teil aus auf einer Seite desselben erstreckt und so geformt ist, daß er das innerste elastomere Laminat des Befestiger- und Schwingungsdämpferteils erfaßt und mit demselben verbindbar ist, und außerdem einen zylindrischen Knopf (84) aufweist, der von demselben aus in einer Richtung entgegengesetzt zu dem sphärischen Teil vorsteht, wobei der ebene Teil außerdem beabstandete, ebene Seitenflächen (86, 88) und kreisförmige Endoberflächen (90, 92) mit größerem Abstand zwischen sich als die ebenen Oberflächen hat, so daß, wenn er das Befestiger- und Schwingungsdämpferteil mit dem Holmteil verbindet, das innere Plattenteil des Befestiger- und Schwingungsdämpferteils durch das Loch des Drehmomentrohres in einer Orientierung hindurchgeführt wird, in der die ebenen Seitenflächen des inneren Plattenteils aisgerichtet mit den beabstandeten Kanälen des Halteteils angeordnet sind, um den zylindrischen Knopf des inneren Plattenteils in Halteeingriff mit dem zylindrischen Loch des Halteteils zu bringen, so daß das Befestiger- und Schwingungsdämpferteil dann um 90 Grad gedreht werden kann, um die zylindrischen Endteile und Oberflächen des inneren Plattenteils in Verriegelungseingriff mit den beabstandeten Kanälen des Halteteils zu bringen und so das Befestiger- und Schwingungsdämpferteil mit dem flexiblen Holmteil nach Art einer Schnell-Verbindungs-/Trennkupplung zu verbinden.