DE2538304A1

DE2538304A1 - Halbstarre rotoranordnung fuer drehfluegelflugzeuge

Info

Publication number: DE2538304A1
Application number: DE19752538304
Authority: DE
Inventors: Kenneth Watson
Original assignee: Westland Aircraft Ltd
Current assignee: Westland Group PLC
Priority date: 1974-09-06
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1976-03-18
Also published as: FR2283822A1; US4021141A; GB1458874A; IT1048307B

Description

An das	2	Unser Zeichen Our Ref.	D 8400 REGENSBURG 2
		W/p 8273	GREFLINGER STRASSE 7 TELEFON (09 41) 5 47 53
Deutsche Patentamt	Ihre Nachricht Your Letter	TELEGR. BEGPATENT RGB. TELEX 6 5709 repat d
8000 München		Tag Date
		26. August 1975 W/Ja
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WESTLAM) AIRCRAFT LIMITED, Yeovil, Somerset, England

Halbstarre Rotoranordnung für Drehflügelflugzeuge

Zusammenfassung:

Gegenstand der Erfindung ist eine halbstarre Rotoranordnung, bei der jedes Rotorblatt mit einer Nabe über eine Blatthalterung verbunden ist, die einen inneren, Schlagbewegungen aufnehmenden Teil und einen äußeren, Schwenkbewegungen aufnehmenden Teil besitzt. Bei der Anordnung nach vorliegender Erfindung weist der äußere Teil einer jeden Blatthalterung eine von dem inneren Teil ausgehende Spindel und einen von einem drehbar auf der Spindel befestigten Gehäuse ausgehenden Arm auf, wobei der Arm sich nach außen zu einem äußeren Ende erstreckt, das mit einem Rotorblatt|/erbunden ist und in radialer Richtung von einem äußeren Ende der Spindel versetzt ist. Eine Zugstange verbindet das äußere Ende des Armes und die Spindel miteinander und es sind Mittel vorgesehen, um das Gehäuse in Drehung zu versetzen, damit Änderungen des Rotorblattverstellwinkels während des Betriebes erzielbar sind.

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Konto: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 804248 Postscheckkonto München 89369-801

Gerichtsstand Regensburg

j Halbstarre Rotoren sind gekennzeichnet durch das Fehlen von Gelenken, dig die Rotorblätter rait der Rotornabe für Schlag- und Schwenkbewegungen gelenkig verbinden, wobei diese Bewegungen durch Blatthalterungen aufgenommen werden, die entsprechende elastische Biegeeigenschaften besitzen und die die Blätter mit der Nabe verbinden. Eine derartige halbstarre Rotorkonstruktion ist in DT-PS «... (dt. Patentanmeldung P 2 150 761) beschrieben und dargestellt. Bei dieser Anordnung sind die Rotorblätter mit einer Rotornabe über in radialer Richtung nach außen verlaufende Blatthalterungen verbunden, deren jede innere und äußere, über ein Blattwinkelverstellgelenk verbundene Teile aufweist. Während des Betriebes werden Blattschlagbewegungen durch nachgiebiges Auslenken der inneren

^: Teile und Blattschwenkbewegungen durch nachgiebiges Auslenken der äußeren Teile ermöglicht. Zentrifugalbelastungen werden über Zugstäbe übertragen, die durch die Mitten der Blattwinkelverstellgelenke gehen und die inneren und äußeren Teil der zugeordneten Blatthalterungen verbinden.

Wegen der Lage des Zugstabes müssen die Blattwinkelverstellgelenklager verhältnismäßig große Durchmesser besitzen, sie machen ein Blattwinkelverstellgelenkgehäuse mit großem Durchmesser erforderlich, das aerodynamisch ungünstig ist, und sie können zu unannehmbaren Luftwiderstandsbelastungen führen, die die sonst günstigen Eigenschaften des halbstarren Rotors herabsetzen. Ferner macht die notwendige Länge des äußeren Teiles J der Blatthalterung, die in bezug auf das Blattwinkelverstellgelenk vollj ständig außen angeordnet ist, eine lange Blatthalterung erforderlich, die die Luftwiderstandsbelastungen weiter vergrößert.

Gemäß der Erfindung wird bei einem halbstarren Rotor für ein Drehflügelflugzeug mit einer drehbar um eine etwa vertikale Achse angeordneten Rotornabe und einer Vielzahl von Rotorblättern, deren jedes mit der Nabe über Blatthalterungen verbunden ist, die einen inneren, von der Nabe ausgehenden Teil, der in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene elastisch

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nachgiebig ausgebildet ist, um Blattschlagbewegungen während des Betriebes aufzunehmen, und einen äußeren Teil aufweisen, der von dem inneren Teil zur Befestigung der Rotorblätter ausgeht und elastisch nachgiebig in einer Ebene ausgebildet ist, die mit der Rotationsebene zusammenfällt^ um die Blattschwenkbewegungen während des Betriebes aufzunehmen, vorgeschlagen, daß jeder äußere Teil eine von einem äußeren Ende des inneren Teiles ausgehende Spindel, ein drehbar auf der Spindel befestigtes Gehäuse , einen längs einer äußeren Fläche des Gehäuses in der Rotationsebene befestigten und nach außen zu einem äußeren, mit dem Rotorblatt verbundenen und in radialer Richtung von einem äußeren Ende der Spindel im Abstand angeordneten Ende verlaufenden Arm, eine das äußere Ende des Armes und das Ende der Spindel miteinander verbindende Zugstange, und eine Vorrichtung zum Drehen des Gehäuses und damit zur Erzielung von Blattv/inkelverstelländerungen des Rotorblattes aufweist.

Das Gehäuse ist vorzugsweise in Lagern befestigt, die in der Nähe eines jeden Endes der Spindel angeordnet sind, und die Lager können entweder mechanische oder elastomere Lager sein.

Zweckmäßigerweise ist die Oberfläche des Gehäuses, mit der der Arm befestigt ist, zum Zeitpunkt der Drehung des Rotors eine hintere Fläche.

Die Zugstange kann zwischen einem Gabelendbauteil, das auf dem äußeren Ende der Spindel festgeschraubt ist, und nach innen gerichteten Backen, die am äußeren Ende des Armes vorgesehen sind, befetigt sein. Jede Zugstange kann dabei über Bolzen, die in der Rafationsebene des Rotors liegen, befestigt sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Schwenkdämpfer zwischen dem äußeren Ende des Armes und dem Gehäuse eingeschaltet und kann so angeordnet sein, daß er in der Rotationsebene des Rotors und auf der ent-

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gegengesetzten Seite des Gehäuses in bezug auf den Arm liegt. Der Schwenkdämpfer ist dabei beispielsweise als elastomerer Dämpfer ausgebildet.

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

Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines halbstarren Rotors gemäß der Erfindung, und
Fig. 2 eine Seitenansicht längs eines Pfeiles A der Fig. 1.

Der dargestellte halbstarre Rotor weist eine Rotornabe 11 auf, die in
Richtung des Pfeiles B um eine etwa vertikale Achse 12 drehbar angeordnet isto Jedes der Rotorblätter (nicht dargestellt) ist mit der Nabe über , Blatthalterungen 13 verbunden, die in radialer Richtung von der Nabe 11 ^; ausgehen und einen inneren Teil 14 sowie einen äußeren Teil 15 besitzen.

Der innere Teil 14, der sich über den Abstand C in Fig. 1 erstreckt, ist einteilig mit der Nabe 11 ausgebildet und verjüngt sich von einem Querschnitt mit etwa parallelen Seiten, die an der Nabe 11 in einer horizontalen Ebene verlängert sind, zu einem etwa kreisförmigen Querschnitt am ;

j '

äußeren Ende und ist in einer Ebene etwa senkrecht zur Rotationsebene i

(der Schlagebene) nachgiebig elastisch ausgebildet. I

Der äußere Teil 15, der sich über den Abstand D in Fig. 1 erstreckt, ' weist eine Spindel 16 auf, die einteilig mit einem äußeren Ende des
inneren Teiles 14 geformt ist und sich in radialer Richtung dazu er- | streckt, sowie einen Arm 17, der von einem zylindrischen Gehäuse 18 ι aufgenommen ist, das in Rotationsrichtung in Lagern 19 befestigt ist, \ welche an jedem Ende der Spindel 16 angeordnet sind. Der Arm 17 ist ein-' teilig mit dem Gehäuse 18 ausgebildet, mit letztem über etwa die gesamte j Länge des Gehäuses 18 verbunden und bei der dargestellten Ausführungsform

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in der Rotationsebene und auf der hinteren Seite des Gehäuses angeordnet^, wie sich in bezug auf die Rotationsrichtung, die durch den Pfeil B ange-< geben ist, ergibt. Der Arm 17 erstreckt sich nach außen in einer Schlei-ι fe und endet in einem äußeren Ende 20, das zur Befestigung einesRotorblattes (nicht dargestellt) ausgebildet ist; das äußere Ende 20 ist da- j bei in radialer Richtung von dem äußeren Ende der Spindel 16 versetzt. ; Der äußere Teil 15, der die Spindel 16 und den Arm 17 aufweist, ist nachigiebig flexibel in einer Ebene, die etwa mit der Rdationsebene zusammen-! ! fällt (Schwenkebene), und besitzt einen kreisförmigen oder anderen ent- ! ! sprechenden Querschnitt, durch den gewährleistet ist, daß seine Steifig- ; keit in der Schlagebene der Steifigkeit in der Schwenkebene angepaßt ist.

Ein Gabelende 21 ist auf einem mit Schraubgewinde versehenen Abschnitt am äußeren Ende der Spindel 16 aufgeschraubt, und das äußere Ende 20 ist mit nach innen gerichteten Backen versehen. Eine Zuf-Torsions-Stange 22 ist zwischen den Backen am äußeren Ende 20 und den Gabelende 21 angeordnet und ist durch Bolzen 23 und 24, die in der Rotationsebene liegen, befestigt, so daß die Stange 22 das äußere Ende 20 des Armes 17 mit dem äußeren Ende der Spindel 16 verbindet und den Arm 17 in Betriebsposition hält. ■

Bei der dargestellten AusfUhrungsform ist ein Schwenkdämpfer 26, vorzugs+·

weise ein elastomerer Schwenkdämpfer, in der Rotationsebene und entgegengesetzt dem Arm 17 zwischen einem Ansatz auf dem äußeren Ende 20 und j einem auf dem Gehäuse 18 ausgebildeten Ansatz angeordnet, wobei der An- : satz auf dem Gehäuse 18 sich nach innen erstreckt und einen einteiligen ■ j Arm 25 ausbildet, der an seinem inneren Ende zur Verbindung mit Flug- |

j ,

Steuerungen (nicht gezeigt) angeordnet ist. Eine Bewegung des Armes 25 i

] bewirkt eine Drehung des Gehäuses 18 um die Spindel 16, wodurch ein Blatjt winkelverstellgelenk erzielt wird, um Winkelverstelländerungen des Blat-j

tes (nicht dargestellt) über den Arm 17 zu erreichen. j

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Die Lage der Stange 22 außerhalb des Blattwinkel^yerstellgelenkes ermöglicht die Festlegung des Durchmessers der Spindel 16 nur in bezug auf die gewünschte Festigkeit und Steifigkeit, wobei in Rotationsrichtung die minimale praktisch mögliche Fläche erzielt wird, wie Fig_o 2 zeigt, in der der Dämpfer 26 weggelassen ist. Weil ein Teil der Länge des Armes 17 die Länge der Spindel 16 überlappt, während die Spindel 16 auch als Teil des äußeren Teiles 15 für Betriebszwecke arbeitet, wird ferner die Gesamtlänge des äußeren Teiles 15 und damit der gesamten Blatthalterung 13 außerordentlich klein.

Die Stange 22 gewährleistet, daß der äußere Teil 15 während des Betriebes von Zentrifugalbelastungen entlastet wird, die über die Stange 22, die Spindel 16 und den inneren Teil 14 auf die Nabe 11 übertragen werden.

Ein geeignetes Material für die inneren und äußeren Teile 14 und 15 der Blatthalterungen 13 ist Titan, wobei der innere Teil 14 einteilig mit der Nabe 11 geschmiedet wird. Die Lager 19 können entweder mechanische

ι Rollenlager oder elastomere Lager sein, werden elastomere Lager verwendet,

'■ können sie so ausgelegt sein, daß sie eine Schwenkdämpfung ergeben, so daß ein getrennter Schwenkdämpfer, wie der Schwenkdämpfer 26, nicht er- ; forderlich ist.

Beim Betrieb eines derartigen halbstarren Rotors nimmt das nachgiebige Auslenken der inneren Teile 14 den größten Teil der Blattschlagbewegungen aller einzelnen Teile der Anordnung innerhalb des Abstandes C nach Fig. auf, während eine nachgiebige Auslenkung der äußeren Teile 15 mit dem Arm 17 und der Spindel 16 den größten Teil der Blattschwenkbewegungen aller einzelnen Teile der Anordnung innerhalb des Abstandes D der Fig. 1 aufnehmen. Blattverstellwinkeländerungen werden über die Drehung des Blattwinkelverstellgelenkes durch Bewegung des Armes 25 aufgenommen, der eine Rotation des äußeren Endes 20 des Armes 17, mit dem das Blatt befestigt ',

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■ist, bewirkt.

Obgleich der größte Teil der Bewegungen in der Schwenkebene durch Biegeauslenkung außerhalb des äußeren Endes der inneren Teile 14 (Fig. l) ^; aufgenommen wird, bringt die angepaßte Steifigkeit der äußeren Teile 15 : in den Schlag- und Schwenkebenen eine unerwünschte Erscheinung, die als Biege- Torsions-Kopplung bezeichnet wird, auf ein Minimum und vermeidet : dadurch nachteilige Kippmomente und Torsionsauslenkungen der Rotorblätter!

,die durch Blattschlag- und Blattschwenkbewegungen verursacht werden. Die j j

Auslegung der inneren und äußeren Teile 14 und 15 gewährleistet, daß keine Torsionsmomente auf den inneren Teil 14 einwirken, das somit in bezug auf Torsion flexibel ist, wodurch eine hohe Grundtorsionseigenfrequenz des Blattes erzielt werden kann - eine außerordentlich erwünschte Eigenschaft vom aeroelastischen Standpunkt aus. Schlag- und Schwenkgrundfrequenzen werden individuell durch die inneren und äußeren Teile 14 und 15 der Blatthalterungen 13 gesteuert, so ddB die kritischen Wurzelendbeanspruchun·- gen der Rotorblätter weitgehend von den Problemen der Erzielung der gewünschten Grundschlag- und Grundschwenkfrequenzen getrennt werden. Der Rotor ergibt eine gute Handhabung und Stabilität,, in dem er ein gutes Ansprechen auf die Steuereingänge kombiniert mit einer hohen aerodynami- . sehen Dämpfung gewährleistet. ;

[Die gewünschten Betriebseigenschaften der halbstarren Rotorkonstruktion j nach vorliegender Erfindung werden bei der Konstruktion vorliegender Erj findung im Vergleich zu bekannten Anordnungen dadurch verbessert, daß der* ' aerodynamische Widerstand während des Betriebes aufgrund des sehr flachen ,Profiles und der sauberen Linien des Rotors in der Rotationsebene, was , j durch Trennen der Zugstange 22 von dem Blattwinkelverstellgelenk, und ι ι durch Verringerung der Gesamtlänge, die durch das Überlappen des Armes ; ■ 17 mit der Spindel 16 und durch Verwendung der Spindel 16 als Teil des ι

j äußeren Teiles 15 für Betriebszwecke erreicht wird, auf ein Minimum herabj-

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gesetzt wird.

Der vorbeschriebene halbstarre Rotor ist ein subkritischer Rotor, da*

j heißt ein Rotor mit einer ersten Nacheilbetriebsfrequenz unterhalb der j

normalen Betriebsdrehfrequenz des Rotors· i

Es ist zwar nur eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben und dargestellt worden, es können jedoch verschiedene Änderungen im Rahmen vor- \ liegender Erfindung als unter die Erfindung fallend vorgenommen werden. Beispielsweise können die inneren Teile 14 individuell hergestellt und mit der Nabe Π durch Verschrauben befestigt werden. Verbundmaterialien, wie z.B₀ solche mit Glas- oder Kohlenstoffasern, können zur Herstellung wenigstens einiger der Teile verwendet werden. Auch können die Lager 19 aus elastomerem Material bestehen, so daß der Rotor vollständig ohne mechanische Lager oder Gelenke auskommt, wodurch die Integrität des Rotors verbessert und damit die Anforderungen an die Wartung der Rotoren weiter verringert werden. Bei anderen Ausführungsformen kann jeder äußere Teil 15 einen zweiten Arm 17 aufweisen, der in der Rotationsebene auf der entgegengesetzten Seite des Gehäuses 18 angeordnet ist, damit das Profil des Rotors in der Rotationsebene nicht nachteilig beeinflußt wird_o

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Claims

253R304 Patentansprüche ■. · — ·

1. Halbstarrer Rotor für ein Drehflügelflugzeug mit einer drehbar um eine etwa vertikale Achse angeordneten Rotornabe und einer Vielzahl von Rotorblättern, deren Jedes mit der Nabe über Biatthalterungen verbunden ist, die einen inneren, von der Nabe ausgehenden Teil, der in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene elastisch nachgiebig ausgebildet ist, um Blattschlagbewegungen während des Betriebes aufzunehmen, und einen äußeren Teil aufweisen, der von dem inneren Teil zur Befestigung der Rotorblätter ausgeht und elastisch nachgiebig in einer Ebene ausgebildet ist, die mit der Rotationsebene zusammenfällt, um die Blattschwenkbewegungen während des Betriebes aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder äußere Teil (15) eine von einem äußeren Ende des inneren Teiles (14) ausgehende Spindel (16), ein ärsnbar auf der Spindel (16) befestigtes Gehäuse (IS), einen längs einer äußeren Fläche des Gehäuses (18) in der Rotationsebene befestigten und nach außen zu einem äußeren, mit dem Rotorblatt verbundenen und in radialer Richtung von einem äußeren Ende der Spindel (16) im Abstand angeordneten Ende (20) verlaufenden Arm (17), eine das äußere Ende (20) des Armes (17) und das Ende der Spindel (16) miteinander verbindende Zugstange (22) und eine Vorrichtung (25) zum Drehen des Gehäuses (18) und damit zur Erzielung von Blattwinkelverstelländerungen des Rotorblattes aufweist.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) in Lagern (19) befestigt ist, die in der Nähe eines jeden Endes der Spindel (16) angeordnet sind.

3. Rotor nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (19) elastomere Lager sind·

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4. Rotor nach eine» der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dal die Oberfläche des Gehäuses (18) mit der der Arm (17) befestigt 1st, zum Zeitpunkt der Drehung des Rotors eine hintere Fläche ist.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (22) zwischen einem Gabeiendbauteil (21), das auf dem äußeren Ende der Spindel (lo) festgeschraubt ist, und nach innen gerichteten Backen, die am äußerer» Ende (20) des Armes (17) vorgesehen sind, befestigt ist.

ό. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,- da3 die Zugstange (22) über Bolzen (23, 24), die in der Rotationsebene des Rotors liegen^ befestigt ist.

7. Rotor nach einee der Ansprüche 1 bis O₄, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwenkdörapfer (26) zwischen dem äußeren Ende (20) des Armes (17) und dem Gehäuse (18) eingeschaltet ist.

8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Scbwenkdäropfer (26) in der Rotationsebene des fetors und auf der entgegengesetzten Seite des Gehäuses (18) zum Arm (17) angeordnet ist·

9. Rotor nach Anspruch 7 oder 8_r dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenk-■ dötnpfer (26) ein elastoaerer Däwpfer ist.

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