ITMI980075A1

ITMI980075A1 - Rotore multipale per un velivolo ad ala rotante

Info

Publication number: ITMI980075A1
Application number: IT98MI000075A
Authority: IT
Inventors: Horst Bansemir
Original assignee: Eurocopter Deutschland
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-16
Also published as: US6039538A; FR2758524A1; DE19701403C1; JPH10218098A; IT1298145B1; FR2758524B1

Description

di punti di fissaggio (20) lato-pilone, che sono sfalsati in direzione periferica del rotore rispetto ai bracci di raccordo delle pale.

(Figura 1)

Descrizione del trovato

L' invenzione si riferisce ad un rotore multipale, privo di snodi verticali, per un velivolo ad ala rotante conformemente alla definizione introduttiva della rivendicazione 1.

I rotori privi di snodi verticali di questo genere, come quelli noti ad esempio dal US 5 263 821, contengono una parte a piastra centrale, di elevata rigidezza in materiale composito in fibre, che è accoppiata rigidamente con il pilone rotorico ed è dotata di bracci di raccordo delle pale, che sono sagomate a ridosso in un unico pezzo, si estendono radialmente verso l'esterno, formano gli snodi verticali fittizi e, corrispondente a ciò, devono essere eseguiti necessariamente ad elasticità flessionale. Affinché i bracci di raccordo delle pale resistano sicuramente alle elevate sollecitazioni di coppia flessionale nonché delle forze trasversali e centrifughe durante l'esercizio devono presentare necessariamente una grande lunghezza flessionale, con la conseguenza che gli snodi verticali fittizi sono distanziati in misura relativamente ampia dalla mezzeria del rotore, e precisamente con una distanza pari a circa il 10% del raggio del rotore e di conseguenza durante il volo si verificano sull'elicottero fenomeni vibratori estremamente svantaggiosi .

Inoltre dal WO 87/04402 oppure dal US 4568 244 è noto il fatto di eseguire i bracci di raccordo delle pale staccati dalla piastra rigida della testa rotorica e di sostenerli su questa, movibile secondo angoli di battimento ad esempio tramite supporti elastomeri vicini all'asse rotorico. In tal modo è possibile ridurre in verità le distanze degli snodi verticali dalla mezzeria del rotore ad una misura desiderata, e precisamente a circa il 5% del raggio del rotore e sopprimere in tal modo ampiamente fastidiosi fenomeni vibratori da parte del rotore, tuttavia un raccordo di tale tipo delle pale è costruttivamente assai costoso e/oppure suscettibile di usura, cosicché rotori di tale tipo solo in misura limitata soddisfano al requisito relativo ad una modalità costruttiva robusta e richiedente poca manutenzione.

L'invenzione si pone il compito di realizzare un rotore multipale del genere menzionato all'inizio, in cui i bracci di raccordo delle pale, in maniera costruttivamente semplice e sicura relativamente al carico, senza interposizione di punti di supporto movibili secondo angoli di battimento, sono disposti sulla piastra della testa rotorica, e ciò nonostante viene mantenuta assai piccola la distanza fra gli snodi verticali fittizi e la mezzeria del rotore .

Questo problema viene risolto secondo l'invenzione mediante il rotore multipale caratterizzato nella rivendicazione 1.

Basandosi sul concetto di una piastra flessibile della testa rotorica secondo l'invenzione le zone della piastra, contigue lateralmente ai bracci di raccordo delle pale, vengono incluse nella deformazione flessionale di battimento dei bracci di raccordo delle pale e di conseguenza la lunghezza di flessione radiale dei bracci di raccordo delle pale viene ingrandita in ragione della lunghezza di deformazione circonferenziale dei segmenti di piastra, cosicché le zone degli snodi verticali fittizie senza pregiudicare la resistenza sotto carico possono essere avvicinate in sostanza maggiormente alla mezzeria del rotore, e precisamente con una distanza di circa il 5% del raggio del rotore e pertanto si ottiene un comportamento vibratorio similmente vantaggioso come per i rotori noti con bracci di raccordo delle pale movibili secondo l'angolo di battimento separatamente dalla piastra della testa rotorica, ma in modo costruttivamente considerevolmente più semplice e soprattutto di più sicuro funzionamento .

Per motivi di ridondanza costruttiva delle zone di deformazioni circonferenziali della piastra della testa rotorica questa conformemente alla rivendicazione 2 è suddivisa in modo particolarmente preferito in più segmenti di piastra che sono reciprocamente distanziati radialmente rispetto alla mezzeria del rotore. In questo caso il segmento di piastra interno in relazione ad una conformazione secondo la rivendicazione 3, più vantaggiosa per quanto riguarda carico e flessibilità, è eseguito preferibilmente nella forma di parte di piastra composita in fibre, chiusa in maniera continua e collegante fra di loro con elasticità flessionale radialmente alla mezzeria del rotore i bracci di raccordo delle pale.

Mentre gli ammortizzatori, agenti nel senso di orientamento, nel caso di un rotore di elicottero in generale devono essere disposti necessariamente all'esterno della piastra della testa rotorica, per il rotore secondo l'invenzione è possibile ottenere una sistemazione, di montaggio particolarmente vantaggioso, degli ammortizzatori di orientamento nella zona interna della piastra della testa rotorica, in quanto gli ammortizzatori di orientamento vengono disposti rispettivamente fra uno dei segmenti di piastra e i bracci di raccordo delle pale. In questo caso il segmento di piastra conformemente alla rivendicazione 5 possiede preferibilmente due sezioni di segmento, che sono sovrapposte nella direzione assiale del rotore e si impegnano sul relativo braccio di raccordo della pala bilateralmente, rispettivamente con interposizione di un ammortizzatore elastomero, per cui si ottengono un ammortizzamento di orientamento altamente efficace e un collegamento, fra braccio di raccordo della pala e segmento di piastra, sicuro sotto carico in direzione di battimento.

Per aumentare l'elasticità di battimento dei bracci di raccordo delle pale, i 'segmenti di piastra vengono conformati ad elasticità flessionale e/oppure ad elasticità torsionale attorno ad un asse perpendicolare al piano di battimento. In caso di conformazione ad elasticità torsionale i segmenti di piastra conformemente alla rivendicazione 6 opportunamente nel piano di rotazione rotorico, e perpendicolarmente a questo, sono eseguiti con rigidezza alle forze trasversali, per cui si assicura una trasmissione, ampiamente stabile alle deformazioni, degli alti carichi trasversali, agenti dai lati delle pale rotoriche, dai bracci di raccordo delle pale ai punti di fissaggio lato-pilone.

Per motivi di fabbricazione, e soprattutto di resistenza, conformemente alla rivendicazione 7 è consigliabile sagomare a ridosso dei bracci di raccordo delle pale almeno un segmento di piastra con struttura a fibre continua in un unico pezzo.

Aggiuntivamente alla geometria della sezione trasversale anche la forma superficiale dei segmenti di piastra, a seconda del comportamento di elasticità richiesto, può essere realizzata con ampia variabilità. Nel caso più semplice, come preferito secondo la rivendicazione 8, si sceglie una forma del segmento di piastra ad anello concentricamente alla mezzeria del rotore. Conformemente alla rivendicazione 9 si ottiene una conformazione particolarmente adeguata al carico e al complesso di fibre, in quanto il segmento, rispettivamente i segmenti, di piastra corrispondentemente al numero delle pale rotoriche a forma di polinomio con i punti di fissaggio lato-pilone sono disposti in corrispondenza dei vertici e dei bracci di raccordo delle pale circa nel centro dei lati del polinomio.

Conformemente alla rivendicazione 10 infine come materiale composito in fibre per la piastra della testa rotorica inclusi i bracci di raccordo delle pale, in relazione alle vantaggiose proprietà dei materiali, opportunamente si utilizza un complesso di fibre di carbonio.

L'invenzione viene ora illustrata più dettagliatamente in base a più esempi di realizzazione in combinazione con i disegni.

In particolare, in rappresentazione fortemente schematizzata:

la figura 1 mostra un rotore a quattro pale con una piastra della testa rotorica flessibile e bracci di raccordo delle pale sagomate a ridosso in un unico pezzo, in modalità costruttiva composita di fibre nella vista dall'alto;

la figura 2 mostra una seconda forma di realizzazione di una piastra di testa rotorica di conformazione flessibile con ammortizzatori di orientamento integrati;

la figura 3 mostra una sezione schematica lungo la linea III-III della figura 2;

la figura 4 mostra un quarto esempio di realizzazione di una piastra di testa rotorica a quattro pale, formata da un unico segmento di piastra flessibile che collega fra di loro integralmente i bracci di raccordo delle pale; e la figura 5 mostra una sezione lungo a linea V-V della figura 4.

Il rotore a quattro pale rappresentato in figura 1 contiene una piastra di testa rotorica flessibile 2 di materiale composito in fibre con bracci 4 di raccordo delle pale, che sono sagomati a ridosso in un unico pezzo e ai quali le pale rotoriche 6 (solo una di queste è rappresentata in figura 1) sono raccordate tramite elementi intermedi 8 elastici alle torsioni e agli orientamenti, laddove la torsione degli elementi intermedi 8 a scopo di regolazione dell'angolo delle pale in maniera usuale avviene con l'ausilio di un manicotto di comando 10, che dal lato della base della pala è fissato alla pala rotorica 6, con un corno di comando 12 per trasmettere i comandi di regolazione dell'angolo delle pale.

Per formare gli snodi verticali fittizi i bracci di raccordo 4 delle pale sono eseguiti ad elasticità flessionale di battimento e la piastra 2 della testa rotorica per mezzo di fessure 14 a forma di arco di circonferenza è suddivisa in un segmento 16, rispettivamente 18, radialmente interno ed in uno radialmente esterno, concentrico alla mezzeria del rotore, mediante i quali segmenti i bracci di raccordo 4 delle pale vengono accoppiati fra di loro in direzione periferica del rotore, laddove i punti di fissaggio 20 lato-pilone del rotore della piastra 2 della testa rotorica sul segmento di piastra esterno 18 in direzione periferica del rotore sono disposti sfalsati rispetto ai bracci di raccordo 4 delle pale, e precisamente circa nel centro fra questi, cosicché il movimento flessionale di battimento delle pale rotoriche 6 non viene provocato unicamente dalla deformazione elastica flessionale dei bracci di raccordo 4 delle pale estendentisi radialmente, ma prosegue con una deformazione circonferenziale dei segmenti di piastra 16, 18 fino ai punti di fissaggio 20 lato-pilone. In tal modo si riesce ad avvicinare assai gli snodi verticali fittizi, e precisamente fino a circa il 5% del raggio del rotore, alla mezzeria del rotore e ad eseguire ciò nonostante la piastra 2 della testa rotorica, inclusi i bracci di raccordo 4 delle pale, nella forma di struttura composita in fibre integrale, in un unico pezzo, di elevata resistenza. Per il complesso di fibre opportunamente si sceglie un materiale composito in fibre di carbonio con una struttura di strati di fibre multiassiale, come quella indicata in figura 1 mediante le zone della piastra tratteggiate in direzioni differenti.

Il rotore secondo le figure 2 e 3, dove gli elementi strutturali corrispondenti al primo esempio di realizzazione sono caratterizzati da un contrassegno aumentato in ragione di 100, si distingue da questi in primo luogo per un'altra conformazione e un'altra geometria della sezione trasversale dei segmenti di piastra 116 e 118 nonché per l'inclusione di un ammortizzamento di orientamento nella piastra 102 della testa rotorica flessibile, in questo esempio di realizzazione i segmenti di piastra 116 e 118 nella vista dall'alto secondo la figura 2 formano rettangoli concentrici fra di loro e rispetto alla mezzeria del rotore, in corrispondenza dei quali i bracci di raccordo 104 sono disposti circa nel centro dei lati del rettangolo, laddove i punti di fissaggio 120 lato-pilone sono situati ai vertici del segmento di piastra esterno 118. Il pilone 122 del rotore possiede una sezione trasversale a raggiera e — come del resto anche nel primo esempio di realizzazione — termina poco al disotto della piastra 102 della testa rotorica, per creare lo spazio libero necessario per la deformazione elastica della piastra 102 della testa rotorica. Fra i bracci di raccordo 104 delle pale e i punti di fissaggio 120 il segmento di piastra esterno 112 è torsionalmente cedevole, ma nel piano di rotazione rotorico e perpendicolarmente a questo è eseguito rigido alle forze trasversali, come indicato in figura 3 mediante la geometria a croce della sezione trasversale del segmento di piastra 118.

Nell'esempio di realizzazione secondo le figure 4 e 5, dove le parti strutturali corrispondenti al primo esempio di realizzazione sono caratterizzate da un contrassegno aumentato di 200, la piastra flessibile 202 della testa rotorica è costituita di un unico segmento di piastra 216, a forma di anello concentricamente alla mezzeria del rotore, a ridosso del quale sono sagomati i bracci di raccordo 204 delle pale con struttura fibrosa continua in un unico pezzo. Il segmento 216 di piastra a sua volta tramite punti di fissaggio 220, situati in direzione periferica del rotore circa centralmente fra i bracci di raccordo 204 delle pale, con interposizione di elementi distanziatori 230 (figura 5) è accoppiato rigidamente con l'estremità superiore del pilone 222 del rotore. Inoltre i bracci di raccordo 204 delle pale in corrispondenza delle loro estremità radialmente interne tramite punti di fissaggio 232 sono raccordati al pilone 222 del rotore. In questo esempio di realizzazione di nuovo il raccordo delle pale rotoriche ad elasticità di battimento aggiuntivamente all'elasticità di battimento dei bracci di raccordo 204 delle pale viene ottenuto mediante una deformazione elastica del segmento 216 di piastra fra braccio di raccordo 204 delle pale e punto di fissaggio 220 lato-pilone e di conseguenza risulta possibile un posizionamento, vicino all'asse del rotore, degli snodi verticali fittizi con una distanza di circa il 5% del raggio del rotore.

Al posto di un raccordo a quatto pale, il rotore multipale secondo l'invenzione può presentare anche un altro numero pari o dispari di pale rotoriche. Inoltre conformazione e geometria della sezione trasversale dei segmenti di piastra non sono limitate alla descritta forma circolare o rettangolare, rispettivamente alla sezione trasversale a forma di croce o di rettangolo, ma a seconda delle esigenze di resistenze e di elasticità dei segmenti di piastra flessibili possono essere conformate differentemente. Nell'ambito dell'invenzione inoltre è possibile eseguire il segmento di piastra intero invece che con un'apertura centrale come parte di piastra a complesso di fibre, chiusa in maniera continua e flessibile. I punti di fissaggio sono aree localmente delimitate, nelle quali la piastra della testa rotorica tramite uno oppure anche più elementi di accoppiamento è fissata rigidamente sul pilone del rotore.

Claims

Rivendicazioni 1. Rotore multipale privo di snodi di battimento per un velivolo ad ala rotante, con una piastra di testa rotorica di materiale composito in fibre che è fissata al pilone del rotore ed è dotata di bracci di raccordo delle pale ad elasticità flessionale in direzione di .battimenti, caratterizzato dal fatto che la piastra (2; 102; 202) della testa rotorica è formata da almeno un segmento di piastra (16, 18; 116, 118; 216), che fissa bilateralmente con elasticità flessionale in direzione di battimento i bracci di raccordo (4; 104; 204) delle pale con distanza radiale dalla mezzeria del rotore e questo segmento è dotato di punti di fissaggio (20; 120, 220) lato-pilone del rotore, che in direzione periferica del rotore sono sfalsati rispetto ai bracci di raccordo delle pale.
2. Rotore multipale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la piastra (2; 102) della testa rotorica è suddivisa in più segmenti di piastra (16, 18; 116, 118) distanziati reciprocamente radialmente rispetto alla mezzeria del rotore.
3. Rotore multipale secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il segmento di piastra (16; 116) radialmente interno è eseguito nella forma di parte di piastra di complesso di fibre chiusa in maniera continua e ad elasticità flessionale.
4. Rotore multipale secondo la rivendicazione 2 oppure 3, caratterizzato dal fatto che i bracci di raccordo (104) delle pale, rispettivamente con interposizione di un ammortizzatore di orientamento (128), sono raccordati ad uno dei segmenti di piastra (116).
5. Rotore multipale secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il segmento di piastra (116) contiene due sezioni di segmento (124, 126), che sono sovrapposte nella direzione assiale del rotore e si impegnano al disopra del relativo braccio di raccordo (104) di pala ai due lati, rispettivamente con l'interposizione di un ammortizzatore elastomero (128).
6. Rotore multipale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno un segmento di piastra (118) è eseguito torsionalmente cedevole ma rigido alla forze trasversali nel piano di rotazione del rotore e perpendicolarmente a questo.
7. Motore multipale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno un segmento di piastra (16, 18; 118; 216) con struttura fibrosa continua in un unico pezzo è sagomato a ridosso dei bracci di raccordo (4; 104; 204) delle pale.
8. Rotore multipale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i segmenti di piastra (16, 18; 116, 118; 216) si estendono ad anello concentricamente alla mezzerìa del rotore.
9. Rotore multipale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i segmenti di piastra (116, 118), corrispondentemente al numero delle pale rotoriche, sono conformati a forma di polinomio con i punti di fissaggio (120) lato-pilone in corrispondenza dei vertici e i bracci di raccordo (104) delle pale nel centro dei lati del polinomio.
10. Rotore multipale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che come materiale composito in fibre è previsto un complesso di fibre di carbonio .