DE1169306B

DE1169306B - Device for suspending propeller blades using spring packages

Info

Publication number: DE1169306B
Application number: DED39992A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Theodor Laufer
Original assignee: Dornier Werke GmbH
Current assignee: Dornier Werke GmbH
Priority date: 1962-10-06
Filing date: 1962-10-06
Publication date: 1964-04-30

Description

Einrichtung zum Aufhängen von Luftschraubenblättern unter Verwendung von Federpaketen Die Erfindung befaßt sich mit der Anordnung von Luftschraubenblättern, insbesondere mit der Aufhängung von Hubschrauberrotoren an der Rotornabe. Man unterscheidet hierbei einen starren und einen gelenkigen bzw. beweglichen Blattanschluß. Beim gelenkigen Blattanschluß sind die Luftschrauben- oder Rotorblätter über Gelenke mit dem Rotorkopf verbunden. Eine horizontale Gelenkachse gestattet den Rotorblättern eines Hubschraubers eine Schlagbewegung, also ein Ausweichen der Rotorblätter nach oben und unten, während eine vertikale Gelenkachse ein Vorwärts- und Rückwärtsschwenken der Rotorblätter, also ein Vor- bzw. Nacheilen während des Umlaufs, zuläßt. Außer Schlag- und Schwenkgelenk ist noch eine Lagerung des Rotorblattes erforderlich für eine Drehbewegung des Blattes um seine Längsachse, d. h. zur Einstellung des Blattwinkels.Device for hanging propeller blades using of spring assemblies The invention is concerned with the arrangement of propeller blades, especially with the suspension of helicopter rotors on the rotor hub. One distinguishes here a rigid and an articulated or movable blade connection. At the articulated blade connection are the propeller or rotor blades via joints connected to the rotor head. A horizontal hinge axis allows the rotor blades of a helicopter a flapping movement, i.e. the rotor blades dodging up and down, while a vertical pivot axis pivots back and forth the rotor blades, so a lead or lag during the revolution, allows. Except Flapping and swivel joint is still required for the rotor blade to be supported a rotational movement of the blade about its longitudinal axis, d. H. for setting the blade angle.

Eine bekannte Art der beweglichen Blattaufhängung verwendet Pakete von langgestreckten Blattfedern, die an der Rotornabe befestigt sind und die Blattfliehkräfte aufnehmen. Die Federpakete liegen dabei in parallelen Ebenen und gestatten durch ihre Elastizität sowohl eine Bewegung des Luftschraubenblattes um die Schlagachse, d. h. bei Hubschrauberrotoren ein Ausweichen der Rotorblätter nach oben, als auch eine Bewegung des Luftschraubenblattes um seine Längsachse, d. h. eine Torsionsbewegung zur Blattwinkeleinstellung. Eine Bewegung der Rotorblätter um die Schwenkachse, d. h. eine Bewegung parallel zu den Ebenen der Federblätter, wird jedoch bei dieser Anordnung durch die infolge der Hiehkräfte gespannten Federn weitgehend unterdrückt. Die Federpakete ersetzen also bei dieser bekannten Anordnung einfach die Schlaggelenke und die Lagerung für die Drehbewegung um die Blattlängsachse.One known type of moveable sheet suspension uses packages of elongated leaf springs that are attached to the rotor hub and the centrifugal forces take up. The spring assemblies lie in parallel planes and allow through their elasticity as well as a movement of the propeller blade around the flapping axis, d. H. in the case of helicopter rotors, the rotor blades move upwards, as well a movement of the propeller blade about its longitudinal axis, d. H. a torsional movement for blade angle adjustment. A movement of the rotor blades around the pivot axis, d. H. a movement parallel to the planes of the spring leaves, however, will occur in this case Arrangement largely suppressed by the springs tensioned as a result of the lifting forces. The spring assemblies thus simply replace the flapping hinges in this known arrangement and the bearing for the rotary movement about the longitudinal axis of the blade.

Bei den obengenannten starren Blattanschlüssen für die Rotoren wird auf die Schlag- und Schwenkgelenke völlig verzichtet. Die- entsprechenden Bewegungen werden durch die Elastizität der Rotorblätter ersetzt. Diese Ausbildung bedingt eine erhöhte Beanspruchung des Holmes bzw. Rotorblattes. Außerdem ergibt sich die Notwendigkeit, das große Biegemoment an der Blattwurzel aufnehmen und die zyklische bzw. allgemeine Blattwinkelverstellung unter der Belastung durch dieses Moment vornehmen zu lassen, wobei sich noch eine Überlagerung der Belastung durch die Fliehkräfte ergibt. Die Lagerung der Rotorblätter am Rotorkopf bereitet dadurch Schwierigkeiten. Neben diesen stark ins Gewicht fallenden Nachteilen hat ein starrer Rotorblattanschluß gegenüber einem gelenkigen Rotorblattanschluß aber auch Vorteile, denn er läßt eine größere Schwerpunktswanderung des Flugzeuges zu und gibt dem Flugzeug eine geringere dynamische Unstabilität. Hinzu kommt noch eine erhöhte zulässige Vorwärtsgeschwindigkeit durch Zulassung eines lateralen Momentes. Schließlich ist beim starren Rotorblattanschluß die konstruktive Ausbildung gegenüber dem gelenkigen Anschluß wesentlich einfacher. Diese genannten Vorteile sind aber in mancher Hinsicht so wertvoll, daß man trotz der genannten Nachteile für bestimmte Fälle doch noch einen starren Rotorblattanschluß wählt.With the above-mentioned rigid blade connections for the rotors completely dispensed with the flapping and swivel joints. The corresponding movements are replaced by the elasticity of the rotor blades. This training is conditional increased stress on the spar or rotor blade. In addition, the Need to absorb the large bending moment at the blade root and the cyclical or make general blade angle adjustment under the load of this moment to let, whereby there is still a superposition of the load by the centrifugal forces results. The storage of the rotor blades on the rotor head causes difficulties. In addition to these significant disadvantages, there is a rigid rotor blade connection compared to an articulated rotor blade connection but also advantages, because it leaves one greater migration of the aircraft's center of gravity and gives the aircraft less dynamic instability. In addition, there is an increased permissible forward speed by admitting a lateral moment. Finally, with the rigid rotor blade connection the structural design compared to the articulated connection is much simpler. In some respects these advantages are so valuable that despite of the disadvantages mentioned still a rigid rotor blade connection for certain cases chooses.

Der erste genannte Nachteil, nämlich die erhöhte Blattbeanspruchung, ist in der Natur der starren Rotorblattaufhängung begründet und unvermeidlich. Wollte man durch erhöhte Elastizität der Rotorblätter die Beanspruchungen herabsetzen, so würden die obengenannten Vorteile, mit Ausnahme der vereinfachten Konstruktion, wieder völlig zunichte gemacht werden. Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist es aber durchaus möglich, die bei einer starren Rotorblattaufhängung auftretende Blattbeanspruchung technologisch zu beherrschen. Der andere genannte nachteilige Gesichtspunkt, der die Lagerung des Rotorblattes am Rotorkopf betrifft, führt zu komplizierten Anordnungen. Insbesondere bei Hubschraubern, deren Rotoren durch Strahlreaktion angetrieben werden, und bei denen durch Rotornabe und Rotorblatt das Antriebsgas geleitet werden soll, ergeben sich hierbei Schwierigkeiten. Da für die Gasführung ein gewisser freier Mindestquerschnitt erforderlich ist, werden die Lager der Rotorblätter in untragbarer Weise groß und schwer.The first disadvantage mentioned, namely the increased stress on the blade, is due to the nature of the rigid rotor blade suspension and is inevitable. Wanted to the stresses are reduced by increasing the elasticity of the rotor blades, so the advantages mentioned above, with the exception of the simplified construction, be completely wiped out again. According to the current state of the art but it is quite possible that that occurs with a rigid rotor blade suspension To master blade stress technologically. The other named disadvantageous Aspect relating to the mounting of the rotor blade on the rotor head leads to complicated arrangements. Especially with helicopters, the rotors of which are caused by a jet reaction are driven, and where the drive gas is through the rotor hub and rotor blade is to be managed, difficulties arise here. As for the gas flow a certain free minimum cross-section is required, the bearings of the rotor blades unacceptably large and heavy.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Aufhängen von Luftschraubenblättern zu schaffen, mit den vorteilhaften Eigenschaften der starren Rotorblattaufhängung, jedoch ohne deren obengenannte Nachteile. Die Erfindung geht dabei von Anordnungen aus, bei denen Federpakete zur Befestigung der Rotorblätter an der Rotornabe und zur Aufnahme der Blattfiiehkräfte verwendet werden. Das Ziel wird erfindungsgemäß durch eine solche symmetrische Anordnung von mehr als zwei Blattfedern oder Federpaketen erreicht, daß die an der Schnittlinie der Federblattebene liegende Symmetrieachse mit der Drehachse der Blattwinkelverstellung, vorzugsweise der Blattschwerachse, zusammenfällt. Auf diese Weise zeigt die Einrichtung ein Verhalten wie eine starre Rotorblattaufhängung, doch sind die bisher erforderlichen großen und schweren Lager vermieden, denn die Gaszufuhr kann mit Hilfe von elastischen Elementen, z. B. Schläuchen, leicht durchgeführt werden. Im Betriebszustand sind die Federblätter durch die Fliehkräfte gespannt und bilden so einen steifen Rahmen, der das Biegemoment des Blattes sowohl vertikal als auch horizontal übertragen kann. Um seine Längsachse jedoch läßt sich das Rotorblatt zwecks Blattwinkelverstellung reibungslos verdrehen. Die Aufhängung ist in dieser Beziehung also elastisch. Dabei wird eine besondere Lagerung für diese Bewegung vermieden.The invention was based on the object of a device for hanging of propeller blades, with the beneficial properties of rigid ones Rotor blade suspension, but without it disadvantages mentioned above. The invention is based on arrangements in which spring assemblies for fastening the rotor blades on the rotor hub and used to absorb the blade pulling forces will. According to the invention, the goal is achieved by such a symmetrical arrangement of more than two leaf springs or spring assemblies achieved that at the cutting line the axis of symmetry lying on the spring leaf plane with the axis of rotation of the leaf angle adjustment, preferably the center of gravity of the blade, coincides. This way the establishment shows a behavior like a rigid rotor blade suspension, but are the ones previously required Avoid large and heavy bearings, because the gas supply can be made with the help of elastic Elements, e.g. B. tubing, can be easily performed. Are in operating condition the spring leaves are tensioned by the centrifugal forces and thus form a stiff frame, which can transfer the bending moment of the blade both vertically and horizontally. However, the rotor blade can be adjusted about its longitudinal axis for the purpose of blade angle adjustment twist smoothly. The suspension is therefore elastic in this respect. Included a special storage for this movement is avoided.

An Hand der Zeichnung sei nachstehend die Erfindung beschrieben. An Hand der F i g.12 und 3 sei die Wirkung der Erfindung im Prinzip erläutert. Mit 1 ist ein Rotorblatt bezeichnet, das in einem Rotorfuß 2 endigt. Im Rotorkopf 8 ist der Rotorfuß 2 an der Stelle 3 beweglich gelagert. Die Aufhängung des Rotorblattes erfolgt im Ausführungsbeispiel durch vier Federpakete 11, 12, 13 und 14, die bei 10 am Rotorblatt bzw. am Rotorkopf in nicht näher beschriebener Weise befestigt sind.The invention is described below with reference to the drawing. At 12 and 3, the effect of the invention is explained in principle. With 1 denotes a rotor blade which ends in a rotor foot 2. In the rotor head 8 the rotor base 2 is movably supported at point 3. The suspension of the rotor blade takes place in the exemplary embodiment by four spring assemblies 11, 12, 13 and 14, which at 10 attached to the rotor blade or to the rotor head in a manner not described in detail are.

Die besondere Anordnung der Federpakete geht aus Fig. 1 hervor. Die für das Beispiel angenommenen vier Federpakete 11, 12, 13 und 14 sind so symmetrisch angeordnet, daß die Schnittlinie der einzelnen Federblattebenen die Symmetrieachse der gesamten Federanordnung bildet und diese Symmetrieachse mit der Drehachse 20 der Blattwinkelverstellung zusammenfällt. Die Drehachse 20 zur Blattwinkelverstellung fällt vorteilhafterweise mit der Schwerachse des Rotorblattes zusammen. Diese Achse 20 verläuft also vom Rotorblatt 1 durch den Rotorfuß 2, die Lagerung 3 und die Rotornabe 8 bis zur Rotorachse 5. Im Betrieb wirken die vier Federpakete 11 bis 14 in der obengenannten Weise als steifer Rahmen, gestatten aber eine Verwindung, d. h. eine Blattwinkelverstellung.The special arrangement of the spring assemblies is shown in FIG. The four spring assemblies 11, 12, 13 and 14 assumed for the example are arranged symmetrically so that the intersection line of the individual spring leaf levels forms the axis of symmetry of the entire spring arrangement and this axis of symmetry coincides with the axis of rotation 20 of the blade angle adjustment. The axis of rotation 20 for the blade angle adjustment advantageously coincides with the center of gravity of the rotor blade. This axis 20 therefore runs from the rotor blade 1 through the rotor base 2, the bearing 3 and the rotor hub 8 to the rotor axis 5. In operation, the four spring assemblies 11 to 14 act in the above-mentioned manner as a rigid frame, but allow twisting, ie an adjustment of the blade angle .

Mit 5 ist in F i g. 2 die Rotordrehachse bezeichnet. Außerdem sind in der Rotorachse noch die zur Blattwinkelverstellung dienenden Glieder, nämlich Spinne 6 und Stange 7, dargestellt. Die Stange 7 greift an den Steuerhebeln 4 und 4' an, die ihrerseits am Rotorfuß 2 bzw. 2' befestigt sind. Die Blattwinkelverstellung um die Drehachse 20 erfolgt durch Heben und Senken bzw. Neigen der Spinne in üblicher und hier nicht näher dargestellter Weise. Vom Rotorkopf führt ein elastisches Element, z. B. ein Schlauch 19, das Antriebsgas zum Rotorblatt. Im Beispiel der F i g. 2 und 3 sind Federpakete angenommen, die vom Rotorblatt auf der einen Seite bis zum gegenüberliegenden Rotorblatt durchgeführt sind. Zur Befestigung der Federpakete sind am Rotorkopf Platten oder Laschen 9 bzw. 9' vorgesehen.With 5 in FIG. 2 denotes the rotor axis of rotation. In addition, the members used for blade angle adjustment, namely spider 6 and rod 7, are also shown in the rotor axis. The rod 7 engages the control levers 4 and 4 ', which in turn are attached to the rotor base 2 and 2', respectively. The blade angle adjustment about the axis of rotation 20 is carried out by raising and lowering or tilting the spider in a conventional manner that is not shown in detail here. An elastic element, e.g. B. a hose 19, the drive gas to the rotor blade. In the example of FIG. 2 and 3, spring assemblies are assumed, which are carried out from the rotor blade on one side to the opposite rotor blade. Plates or tabs 9 or 9 'are provided on the rotor head to fasten the spring assemblies.

In F i g. 4 ist andeutungsweise eine Abwandlung des Erfindungsgedankens gezeigt. Während in den F i g. 1 bis 3 die einzelnen Federpakete immer den gleichen gegenseitigen Abstand aufweisen, ist hier in F i g. 4 der Fall angenommen, daß die Federpakete als Mantellinie auf einem Kegel liegen, dessen Spitze von der Rotordrehachse 5 weggerichtet ist. Der Kegelmantel ist in Fi g. 1 durch den gestrichelt eingezeichneten Kreis 18 angedeutet. Deutlich ist in F i g. 4 der sich verändernde Abstand der Federpakete 11 und 12 zu erkennen. Ferner ist hier noch der Fall angenommen, daß die Federpakete nicht von einem Rotorblatt über den Rotorkopf hinweg zum anderen Rotorblatt reichen, sondern daß für jedes Blatt getrennte Federpakete verwendet werden. Es ist dadurch möglich, die Anordnung auch bei Rotoren mit beliebig hoher Blattanzahl, z. B. mit fünf Rotorblättern, anzuwenden. Die Federpakete für ein gegenüberliegendes Rotorblatt sind bei 11' und 12' angedeutet. Weiter zeigt F i g. 4 noch eine Ausbildung, bei der das Rotorblatt 1 nicht in einen Rotorfuß übergeht, der in der Rotornabe 8 gelagert ist. Die Blattwinkelverstellung wird hier über ein parallel zur Blattlängsachse 20 liegendes Rohr oder Gestänge 21 durchgeführt. Dieses Rohr 21 ist am Rotorkopf in der Stelle 23 in entsprechender Weise gelagert, wie der Rotorfuß in F i g. 2. Über einen Arm 25 ist das Rohr 21 mit der Spinnenanordnung 6 und 7 verbunden. Die Verbindung vom Rohr 21 zum Rotorblatt 1 erfolgt über einen Querhebel 22 mit den beiden Seitenstangen 24. Bei einer Betätigung der Spinne wird das Rohr 21 um die Achse 20 verschwenkt und dabei der Blattwinkel verstellt. Das am Rotorblatt 1 angelenkte Rohr 21 überträgt nicht nur die Steuerbewegung auf das Rotorblatt, sondern übernimmt auch im Stand das Biegemoment des Blattes, indem es sich zwischen seine Lagerung 23 am Rotorkopf und den Anschlag oder Vorsprung 26 am Rotorblatt einklemmt.In Fig. 4 shows a modification of the inventive concept. While in FIGS. 1 to 3, the individual spring assemblies always have the same mutual spacing, is shown here in FIG. 4 the case is assumed that the spring assemblies lie as a surface line on a cone, the tip of which is directed away from the rotor axis 5. The cone shell is in Fi g. 1 indicated by the circle 18 drawn in dashed lines. It is clear in FIG. 4 the changing distance between the spring assemblies 11 and 12 can be seen. Furthermore, the case is also assumed here that the spring assemblies do not extend from one rotor blade over the rotor head to the other rotor blade, but that separate spring assemblies are used for each blade. This makes it possible to use the arrangement even for rotors with any number of blades, e.g. B. with five rotor blades to apply. The spring assemblies for an opposite rotor blade are indicated at 11 ' and 12'. Furthermore, FIG. 4 another embodiment in which the rotor blade 1 does not merge into a rotor base which is mounted in the rotor hub 8. The blade angle adjustment is carried out here via a tube or rod 21 lying parallel to the blade longitudinal axis 20. This tube 21 is mounted on the rotor head at point 23 in a manner corresponding to that of the rotor base in FIG. 2. The tube 21 is connected to the spider arrangement 6 and 7 via an arm 25. The connection from the tube 21 to the rotor blade 1 takes place via a transverse lever 22 with the two side rods 24. When the spider is actuated, the tube 21 is pivoted about the axis 20 and the blade angle is adjusted in the process. The tube 21 articulated on the rotor blade 1 not only transmits the control movement to the rotor blade, but also takes over the bending moment of the blade when it is stationary by being wedged between its bearing 23 on the rotor head and the stop or projection 26 on the rotor blade.

In F i g. 5 ist die Anordnung des in F i g. 4 gezeigten Steuergestänges im Querschnitt dargestellt. Gleichzeitig ist in dieser Figur eine weitere Anordnungsmöglichkeit für die Federpakete gezeigt. Prinzipiell ist jede symmetrische Anordnung von mehr als zwei Federpaketen möglich, also z. B. drei Federpakete. Hier im Beispiel der F i g. 5 ist die Anordnung von sechs Federpaketen 11 bis 16 gezeigt. Die Ausbildung ist hier so gewählt, daß zwischen die in F i g. 1 dargestellten Federpakete 11 und 12 bzw. 13 und 14 jeweils noch ein Federpaket 15 bzw. 16 eingefügt ist. Es ist sogar möglich, ein weiteres Federpaket 17 in der Symmetrieachse selbst anzuordnen. Diese Anordnung ist dann möglich, wenn die Gaszuführungsleitung 19 für den Strahlantrieb des Hubschrauberrotors zweigeteilt ist.In Fig. 5 is the arrangement of the device shown in FIG. 4 control linkage shown shown in cross section. At the same time, there is another possible arrangement in this figure shown for the spring assemblies. In principle, every symmetrical arrangement is more possible as two spring assemblies, e.g. B. three spring packages. Here in the example of the F i g. 5 shows the arrangement of six spring assemblies 11 to 16. Training is chosen here so that between the in F i g. 1 illustrated spring assemblies 11 and 12 and 13 and 14 each have a spring assembly 15 and 16 respectively inserted. It is even possible to arrange another spring package 17 in the axis of symmetry itself. These Arrangement is possible if the gas supply line 19 for the jet propulsion of the helicopter rotor is divided into two parts.

Es sei noch erwähnt, daß es auch möglich ist, die Federpakete in einer der obengenannten Ausführungsformen so anzuordnen, daß die Symmetrieachse 20 bzw. die Rotorlängsachse des Rotorblattes 1, 1' gegenüber der Rotordrehachse 5 bzw. der Rotordrehebene einen Konuswinkel u einschließt (F i g. 6). In allen gezeigten oder sonst möglichen Ausbildungsformen verleiht die symmetrische Anordnung der Federpakete dem Rotorblatt das Verhalten eines starren Anschlusses bei gleichzeitiger leichter Blattwinkelverstellung. Auf diese Weise ist es möglich, mit einfachen Mitteln eine als starr wirkende Rotorblattaufhängung zu erhalten, die mit den Nachteilen der üblichen starren Rotorblattaufhängung nicht behaftet ist. Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht in der Möglichkeit, die maximalen Biegemomente beliebig begrenzen zu können. Dadurch ist es möglich, die Anordnung der der jeweiligen Blattkonstruktion entsprechenden Festigkeit anzupassen. Auf diese Weise können unzulässig hohe Momente ausgeschaltet werden. Wächst nämlich das belastende Moment über das gewollte Moment, so wird bei der beschriebenen Anordnung das Rotorblatt einfach eine Schlagbewegung vollführen, wobei sich die unteren Federn bzw. Federpakete um ihre Abstützungen abrollen werden, während die oberen Federn entlastet werden und sich gegebenenfalls ausbeulen werden.It should also be mentioned that it is also possible to arrange the spring assemblies in one of the above-mentioned embodiments in such a way that the axis of symmetry 20 or the longitudinal axis of the rotor blade 1, 1 'includes a cone angle u with respect to the axis of rotation of the rotor 5 or the plane of rotation of the rotor (F i g. 6). In all the embodiments shown or otherwise possible, the symmetrical arrangement of the spring assemblies gives the rotor blade the behavior of a rigid connection with a simultaneous slight blade angle adjustment. In this way it is possible, with simple means, to obtain a rotor blade suspension which acts as a rigid and which does not suffer from the disadvantages of the conventional rigid rotor blade suspension. Another advantage of the arrangement is the possibility of being able to limit the maximum bending moments as desired. This makes it possible to adapt the arrangement to the strength corresponding to the respective blade construction. In this way, impermissibly high torques can be switched off. If the loading moment increases beyond the desired moment, the rotor blade will simply perform a flapping movement in the described arrangement, the lower springs or spring assemblies rolling around their supports, while the upper springs are relieved and possibly bulge.

Claims

Claims: 1. Device for hanging up propeller blades, z. B. helicopter rotors, using the centrifugal blades absorbing and spring assemblies attached to the rotor hub, characterized by such symmetrical arrangement of more than two leaf springs or spring assemblies that the axis of symmetry with the axis of rotation lying in the line of intersection of the spring leaf planes the blade angle adjustment, preferably the blade center of gravity, coincides.

2. Device according to claim 1, characterized in that the axis of symmetry of the Spring assemblies with the rotor axis encloses a cone angle.

3. Set up after Claim 1 and 2, characterized in that the axes of the individual spring assemblies Form surface lines of a cone, the tip of which is directed away from the rotor axis and whose axis coincides with the axis of symmetry of the spring assemblies.

4. Establishment according to claim 1 to 3, characterized by an additional one in the axis of symmetry arranged spring package.