DE2942519A1

DE2942519A1 - Gabelkopf zur befestigung von rotorblaettern an einem hubschrauber-rotormast

Info

Publication number: DE2942519A1
Application number: DE19792942519
Authority: DE
Inventors: Vas Hubert Brogdon; David Larry Williams
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1979-10-20
Publication date: 1980-05-08
Also published as: IL58425A; IT1162460B; AU528951B2; GB2033861A; JPS5583698A; JPS63280B2; MX6195E; CA1102774A; ES485421A1; FR2439709A1; DE2942519C2; IT7950645A0; FR2439709B1; US4293276A; AU5183579A; BR7906961A; GB2033861B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Gabelkopf für Hubschrauberrotoren, gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Rotorblätter eines Hubschrauber-Rotors sind üblicherweise über einen Gabelkopf mit einem Rotormast verbunden, wobei mehrere Freiheitsgrade bestehen. Da an dieser Stelle starke Belastungen auftreten, und zwar sowohl durch Zentrifugalkraft als auch durch Torsionskräfte, stellen Gabelköpfe wichtige Hubschrauberbauteile dar. Jedes Rotorblatt muß sich außerdem zur Blattverstellung um seine Längsachse drehen können. Ferner muß es senkrecht zur Rotorebene schlagen können, um Vertikalbeanspruchungen standzuhalten. In bestimmten Betriebsfällen muß das Blatt auch in der Rotorebene verschwenkbar sein, um eine Vorlauf-Rücklaufsteuerung zu gestatten. Von der Art der Rotorblattbefestigung hängt es ab, wie ein Hubschrauber im Flug steuerbar ist.

Zur Verbindung von Rotorblättern und Rotormast sind bereits zahlreiche Konstruktionen bekannt. Hierzu zählen beispielsweise Metallgelenke, die jedoch aus Gewichts-, Kosten- und Wartungsgründen sowie aufgrund ihrer geringen Lebensdauer nachteilig sind. Man hat daher versucht, die

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Zahl der Gelenkverbindungen in derartigen Kupplungen zu reduzieren. So ist es aus den US-Patentschriften 3 804 552 und 3 652 185 bekannt, Rotornaben oder Gabelköpfe mit Hilfe einer nachgiebigen ebenen Platte am Rotormast anzulenken, welche ein Schlagen der Rotorblätter zuläßt.

Es ist ferner bekannt, die Verbindung zwischen Rotormast und Rotorblättern mit Hilfe von Glasfasern oder mit anderen Verbundstoffen vorzunehmen. In einer bekannten Ausführung ist der Gabelkopf aus Drahtschleifen gebildet, die senkrecht zur Mittelebene der Schleife verlaufende Kreuzstränge aufweisen. Gegenüber geschmiedeten Metallteilen sind Glasfasern und andere Verbundstoffe von größerer Lebensdauer und besserer Trägheitseigenschaft. Außerdem sind sie wirtschaftlicher. Schwierigkeiten traten jedoch an der Übergangsstelle zum Rotormast bzw. Rotorblatt auf, wo Haltekräfte abgefangen werden müssen. Außerdem müssen an diesen Stellen häufig Dämpfungseinrichtungen für Rotorblattschwingungen unterbringbar sein.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Verbindung von Rotormast und Rotorblatt zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale. Danach ist ein lami-

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nierter Gabelkopf unmittelbar mit den anderen Teilen des Hubschrauberrotors verbindbar, ohne daß zusätzliche Klemmelemente erforderlich sind. Dieser Verbundgabelkopf läßt sich leichter mit einem vorgegebenen Blattkegelwinkel herstellen, so daß die Blätter im Ruhezustand sowie bei langsamer Drehung den gewünschten Kegelwinkel beibehalten.

Vorzugsweise besteht der erfindungsgemäße Verbundgabelkopf aus einer aus mehreren Schichten aufgebauten länglichen Schleife. Jede dieser Schichten besitzt in einer bestimmten Richtung verlaufende Glasfasern. Die in jeder Schicht vorgesehenen Glasfasern liegen zueinander parallel, um die Herstellung des Gabelkopfes zu erleichtern. Die Herstellung des Gabelkopfes erfolgt durch Übereinanderlegen von Schichten mit gleichgerichteten Glasfasern, wobei abwechselnd dazwischen zur Verstärkung querverlaufende Faserschichten eingelegt werden. Füllschichten sind zu beiden Seiten der Querfaserschichten zwischen die Längsfaserschichten eingebracht. In den Längsseitenbereichen der Schleife sind ferner Bereiche von vermindertem Querschnitt gebildet, die die gewünschten Biegeeigenschaften liefern. Der erfindungsgemäße Gabelkopf hält in seiner Ebene auftretenden Scherkräften gut stand; darüber hinaus ist er unmittelbar mit dem Rotormast verschraubbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

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Figur 1 eine Draufsicht auf einen Hubschrauber-Gabelkopf;

Figur 2 eine Seitenansicht Figur 1 ;

des Gabelkopfes gemäß

Figur 3 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 3-3 aus Figur 1 in Richtung der Pfeile gesehen;

Figur 4 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils des in Figur 2 dargestellten Gabelkopfes;

Figur 5 eine auseinandergezogene Darstellung des erfindungsgemäßen Gabelkopfes;

Figur 6 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen eingebauten Gabelkopf; und

Figur 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
des montierten Gabelkopfes gemäß Figur 6.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt einen Gabelkopf 10 für die Befestigung an einem Rotormast 12 sowie an zwei sich in Richtung der Pfeile 14 und 16 erstreckenden Rotorblättern. Die Grundform des Gabelkopfes 10 ist eine längliche Schleife oder eine Acht. Sie weist zwei im Abstand zuein-

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ander liegende längliche Seitenteile 18 auf, die durch einen Mittelteil 20 quer miteinander verbunden sind. Die Enden der länglichen Seitenteile 18 sind durch abgerundete Außenteile 22 miteinander verbunden. Der Rotormast 12 sitzt in einem im Mittelteil 20 vorgesehenen Loch, so daß die Achse des Rotormastes 12 mit der Mittellinie des Gabelkopfes 10 zusammenfällt. Der Gabelkopf 10 besteht aus einem Laminataufbau, der ohne besondere Klammern oder sonstige Befestigungseinrichtungen unmittelbar verschraubbar ist. Figur 2 zeigt im länglichen Seitenteil 18 des Gabelkopfes 10 vorgesehene Einbuchtungen 24. Diese beiden Einbuchtungen 24 vermindern den Querschnitt und liegen außerhalb des Mittelteils 20. Dadurch können sich die Hubschrauberblätter in Richtung der Pfeile 26 und 28 mit etwa in den Einbuchtungen 24 liegenden Drehpunkten bewegen. Die Größe der Einbuchtungen 24 hängt von den jeweils erforderlichen Blattauslenkungen ab.

Figur 3 zeigt den Aufbau des Gabelkopfes 10, wobei der Rotormast 12 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurde. Der Gabelkopf 10 besteht aus einem Laminataufbau aus Glasfasermaterial. Hierzu sind die verschiedensten Faserstoffe verwendbar. Vorzugsweise verwendet man in Epoxidharz getränkte Glasfasern oder vorimprägnierte Glasfasergewebe.

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Der Gabelkopf 10 besitzt eine Vielzahl von Schleifenschichten 30 und Verstärkungsschichten 32, die parallel zueinander angeordnet sind. Die jeweilige Anzahl von Schichten 30 und 32 hängt von der jeweiligen Rotorkonstruktion ab. Die Schichten 30 und 32 wechseln einander ab. Die Schleifenschichten 30 besitzen gleichgerichtete Faserverläufe, die entsprechend der den Gabelkopf 10 bildenden Schleife verlaufen. Die jede der Schleifenschicht 30 bildenden Fasern sind nebeneinander in ebener Konfiguration angeordnet und erstrecken sich somit innerhalb der länglichen Seitenteile 18 in deren Längsrichtung. Es wird darauf hingewiesen, daß in Figur 3 ein Teil der rechten Hälfte dieser Figur aus Platzgründen weggelassen worden ist. Die Verstärkungsschichten 32 enthalten Fasern, die gegenüber den Fasern der Schleifenschichten 30 vorgespannt angeordnet sind. Vorzugsweise besteht jede der Verstärkungsschichten 32 aus sich unter 45 überkreuzenden Fasern. Die Verstärkungsschichten 32 erstrecken sich zur Gänze über den Gabelkopf 10 und bilden dessen Mittelbereich 20.

Da im Mittelbereich 20 des Gabelkopfes 10 keine Schleifenschichten 30 vorgesehen sind, sind an dieser Stelle Füllschichten 34 eingebracht. Diese haben im wesentlichen die gleiche Dicke wie die Schleifenschichten 30; sie erstrekken sich lediglich im Mittelbereich 20 des Gabelkopfes 10

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zwischen den länglichen Seitenteilen 18. Die Füllschichten 34 halten die Verstärkungsschichten 32 praktisch koplanar zum Mittelbereich 20. Hierzu ist jeder geeignete Füllstoff verwendbar. Vorzugsweise sind die Füllschichten 34 zusätzliche Faserbahnen mit sich überkreuzenden Fasern. Die Verstärkungsschichten 32 sind mit Ausnahme in der Nachbarschaft der Einbuchtungen 24 innerhalb der länglichen Seitenteile 18 und der Außenteile 22 zusammenhängend. Der Gabelkopf 10 hat somit einen Laminataufbau aus einer Vielzahl von Schichten, in denen Fasern jeweils in vorgegebener Weise angeordnet sind.

Figur 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Einbuchtung 24 des Gabelkopfes 10. Hierbei sind einige der Verstärkungsschichten 32 im Bereich der länglichen Seitenteile 18 unterbrochen. Hingegen erstreckt sich jede Schleifenschicht 30 innerhalb der länglichen Seitenteile 18 in ununterbrochener Weise. Zur einfacheren Darstellung sind lediglich die beiden mittleren Verstärkungsschichten 32a und 32b innerhalb der Seitenteile 18 zusammenhängend dargestellt. Bei den übrigen Verstärkungsschichten 32 sind im Bereich der Einbuchtungen 24 Abschnitte weggelassen, die dadurch den Querschnitt reduzieren. Vorzugsweise erstreckt sich mindestens eine Verstärkungsschicht 32 ohne Unterbrechung durch jede der Einbuchtungen 24. Es ist klar, daß die Anzahl der sich ohne Unter-

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brechung durch die Einbuchtungen 24 erstreckenden Verstärkungsschichten 32 von der angestrebten Biegsamkeit des Gabelkopfes 10 abhängt.

Figur 5 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundgabelkopfes 10. Zunächst wird hierzu ein Bindegerät 36 mit einer Ausnehmung 38 für die Aufnahme der einzelnen Gabelkopfschichten ausgewählt. Hierauf wird eine erste Schleifenschicht 30 mit in gleicher Richtung verlaufenden Fasern in das Bindegerät 36 eingelegt. Eine erste Verstärkungsschicht 32 der zuvor beschriebenen Art wird dann über die erste Schleifenschicht 30 gelegt. Hierauf werden eine mittlere FUIlschicht 34 und eine weitere Schleifenschicht 30 (mit in einer Richtung verlaufenden Fasern) über die zuvor aufgelegte Verstärkungsschicht 32 gelegt. Auf diese Weise läßt sich eine beliebige Anzahl von Schichten 30, 32 und 34 übereinander stapeln. In einer Ausführung der Erfindung liegen beispielsweise zwischen sieben Schleifenschichten 30 sechs Verstärkungsschichten 32. Nach dem erwähnten Zusammenlegen werden die Schichten 30, 32 und 34 zwischen einer Druckplatte 40 und dem Bindegerät 36 zusammengepreßt. Auf diese Weise werden die einzelnen Schichten zur Bildung eines Laminataufbaus verschweißt. In einem Prüfversuch wurde der Gabelkopf 10 bei etwa 120° C ungefähr eine Stunde lang einem Druck von 3 bis 7 kg/cm ausgesetzt und dabei ausgehärtet.

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Obgleich in den Figuren die Schichten 32 und 34 jeweils mit einer Öffnung für die Aufnahme des Rotormastes 12 dargestellt sind, ist es klar, daß diese Öffnung oder Bohrung erst nach der Herstellung des Gabelkopfes 10 herstellbar ist.

Da alle zum Aufbau des Gabelkopfes 10 dienenden Schichten parallel liegen, ist das Montageverfahren im wesentlichen auf einen Stapelvorgang reduziert. Ein derartiges Verfahren ist äußerst zeitunaufwendig und einfach. Durch die parallele Anordnung der Schichten 30, 32 und 34 läßt sich ein Kegelwinkel vorfertigen, der dem Grundkegelwinkel des Gabelkopfes 10 entspricht. Der erfindungsgemäße Gabelkopf besitzt ferner in der Blattebene überlegene Scherfestigkeit, so daß er ohne zusätzliche Befestigungeinrichtungen am Rotormast verschraubbar ist.

Die Figuren 6 und 7 zeigen einen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Gabelkopfes 10 montierten Rotorkopf. Der Gabelkopf 10 verbindet zwei Rotorblätter 42 und 44 mit dem Rotormast 12. Ein ähnlicher zweiter Gabelkopf 46 befestigt zwei weitere, nicht dargestellte Rotorblätter am Rotormast 12. Obgleich in dieser Ausführung die Befestigung von vier Rotorblättern dargestellt ist, ist es klar, daß auch eine andere Anzahl von Rotorblättern auf diese Weise mit dem Rotormast verbunden werden kann. Die

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beiden Gabelköpfe 10 und 46 sind in einem am Rotormast 12 angebrachten Nabenstück 48 befestigt. Das Nabenstück 48 weist ein kerbverzahntes Anpassungsstück 50 sowie zusammen mit dem Rotormast 12 drehbare Platten 52 und 54 auf. Durch die länglichen Seitenteile des Gabelkopfs 10 erstrecken sich Bolzen 56, die die beiden Platten 52 und 54 miteinander verschrauben. In ähnlicher Weise erstrecken sich Bolzen 58 durch die länglichen Seitenteile des zweiten Gabelkopfes 46 und verschrauben die Platten 52 und 54. Ferner erstrecken sich dritte Bolzen 60 durch die Mittelteile der Gabelköpfe 10 und 46 und umgeben den Rotormast 12.

Die Rotorblätter 42 und 44 sind mit dem Gabelkopf 10 über Blattspindeln 62 und 64 verbunden. Der radial außen liegende Teil der Spindel 62 ist mit Hilfe eines Kugelgleitlagers 66 über Bolzen 68 mit einem Außenteil des Gabelkopfs 10 verbunden. Ebenso ist das äußere Ende der zweiten Spindel 64 mit dem äußeren Teil des Gabelkopfes 10 über ein Kugelgleitlager 70 mit Hilfe von Bolzen 72 verbunden. Die Kugelgleitlager 66 und 70 erlauben eine Vorlauf-Verzögerungssteuerung der Rotorblätter 42 und 44. Das radial innen liegende Ende der Spindel 62 ragt durch ein in einer Dämpfungseinrichtung 78 liegendes inneres Kugelgleitlager und ist mit einem Blattverstellhorn 80 verbunden. Die Dämpfungseinrichtungen 74 und 78 sind un-

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mittelbar mit dem Gabelkopf 10 verschraubt. Die zum Gabelkopf 46 gehörenden Rotorblätter sind auf ähnliche Weise angebracht.

Die Erfindung schafft somit einen laminierten Gabelkopf für Hubschrauberrotoren, der gegenüber dem Stand der Technik zahlreiche Vorteile aufweist. Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, daß der erfindungsgemäße Gabelkopf unmittelbar mit dem Rotormast verschraubbar ist, ohne daß zusätzliche Klemmeinrichtungen erforderlich sind. Ferner hält der Gabelkopf den im Bereich der Befestigungsbolzen auftretenden Haltekräfte leicht stand. Die Dauerfestigkeit sowie die Scherfestigkeit in der Rotorebene sind ebenfalls besser als beim Stand der Technik. Außerdem ist der Gabelkopf einfacher und wirtschaftlicher herstellbar. Weitere Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann aus dem Gesamtzusammenhang erkennbar.

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ANSPRÜCHE

Gabelkopf zur Befestigung von Rotorblättern an einem Hubschrauber-Rotormast, gekennzeichnet durch eine Anzahl von schleifenförmigen, aus zusammenhängenden Fasern gebildeten ersten Schichten (30) und durch eine Anzahl zweiter Schichten (32), die zwischen den ersten Schichten (30) liegen und sich überkreuzende Fasern aufweisen, wobei die beiden Schichten (30; 32) im wesentlichen parallel zueinander liegen und eine längliche Schleife mit Seitenteilen und Außenteilen bilden.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (30) aus in Klebstoff eingebetteten Glasfasern besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (30) aus in Klebstoff eingebetteten Glasfasermatten gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schichten (32) aus in Klebstoff eingebetteten Glasfasern gebildet sind, die schräg zueinander verlaufen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweiten Schichten (32) in den Seitenteilen (18) der Schleife erstrecken und einen Mittelteil bilden, und daß im Mittelteil des Gabelkopfes (10) eine Anzahl von Füllschichten (34) zwischen den zweiten Schichten (32) liegt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der zweiten Schichten (32) in den Seitenteilen zur Bildung von die Flexibilität des Gabelkopfs (10) erhöhenden Einbuchtungen (24) unterbrochen sind.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in den ersten Schichten (30) alle in einer Richtung verlaufen; daß sich die Fasern der zweiten Schichten (32) überkreuzen, daß abwechselnd erste Schichten (30) und zweite Schichten (32) übereinander angeordnet sind, und daß im Mittelteil des Gabelkopfes (10) zwischen den Seitenteilen (18) der ersten Schichten (30) Füllschichten (34) eingelegt sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelteil (20) des Gabelkopfes (10) eine Öffnung für die Aufnahme des Rotormastes (12) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der zweiten Schichten (32) zur Bildung von Einbuchtungen (24) in den Seitenteilen (18) unterbrochen ist.
10. Verfahren zum Herstellen eins Gabelkopfes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd erste Schichten (30) mit parallel verlaufenden Fasern und zweite Schichten (32) mit sich überkreuzenden Fasern übereinander gelegt werden, und daß zur Formung eines Laminates Druck und

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Hitze über einen bestimmten Zeitraum auf die übereinander gelegten ersten und zweiten Schichten (30; 32) aufgewendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelteil (20) Fullschichten (34) eingelegt werden.

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