DE102009001393A1 - Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers vorgeschlagen, bei der jede Steuerstange (1) in Längsrichtung innerhalb vorgegebener Anschläge (8, 8'; 9, 9') zum Reduzieren von Vibrationen verstellbar ist, wobei die Anschläge (8, 8'; 9, 9') jeder Steuerstange (1) zum Verändern des Stellbereiches in Längsrichtung der Steuerstange (1) gemeinsam verstellbar sind.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
- Es ist bekannt, dass zum Beispiel bei Hubschraubern systembedingt ein hohes Vibrationsniveau auftritt, welches durch die drehenden Rotorblätter verursacht wird. Aus Festigkeitsgründen und zur Minderung der Pilotenbelastung werden für den Flugbetrieb bestimmte Grenzwerte für die Vibrationen beziehungsweise für die Unwucht vorgeschrieben. Mithilfe eines Meßsystems werden so genannte Trackflüge durchgeführt, um den Ist-Zustand zu ermitteln. Aus den gesammelten Messwerten wird die erforderliche Verstellung der Steuerstangen errechnet, um die Unwucht beziehungsweise die Vibrationen an dem Hubschrauber zu minimieren. Bei der bekannten Steuerstangenverstellung ist es jedoch erforderlich, dass der Hubschrauber jedes Mal landet, da sich die Verstellung nur am stehenden Rotor durchführen lässt. Nach jeder Verstellung erfolgt eine Überprüfung des Zustandes durch einen erneuten Flug, wobei diese Prozedur so lange wiederholt werden muss, bis die geforderten Grenzwerte eingehalten werden. Da die resultierende Unwucht flugzustandsabhängig ist, stellt diese bekannte Steuerstangenverstellung lediglich einen Kompromiss dar.
- Zudem ist aus der Druckschrift
US 5 511 944 A eine Steuerstange für ein Rotorblatt und eine automatische Verstellung der Steuerstange bekannt. Mit der aus dieser Druckschrift bekannten Verstellung kann ein fortlaufendes Tracken mit einer elektrisch vorstellbaren Steuerstange erreicht werden, somit ist es nicht mehr erforderlich, dass der Hubschrauber zum Verstellen der Steuerstange landen muss. Fehler bei der elektrischen Verstellung der Steuerstangenlänge sind nur in einem kleinen Stellbereich zulässig, der keine unzulässigen Vibrationen oder unzulässigen Autorotationsdrehzahlen ermöglicht. Dieser beschränkte Stellbereich wird durch den Einbau von Anschlägen erreicht. Somit können die Steuerstangen nur in dem von den Anschlägen begrenzten Stellbereich verstellt werden. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Steuerstangenanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der zum einen eine Verstellung der Steuerstangenlänge und zum anderen auch eine Veränderung des Stellbereichs während des Fluges sicher möglich sind.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
- Demnach wird eine Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers oder dergleichen vorgeschlagen, bei der jede Steuerstange in Längsrichtung innerhalb vorgegebener Anschläge zum Reduzieren von Vibrationen verstellbar ist, wobei erfindungsgemäß zudem vorgesehen ist, dass die Anschläge jeder Steuerstange zum Verändern bzw. Verschieben des Stellbereiches in Längsrichtung der Steuerstangen bzw. axial verstellbar ausgeführt sind.
- Auf diese Weise kann der gesamte zum Tracken benötigte Verstellbereich beziehungsweise Stellbereich an den Steuerstangen ausgenutzt werden, ohne die sonst für die erforderliche Sicherheit benötigten aufwändigen redundanten Bauweisen vorzusehen.
- Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuerstange zumindest einen oberen verstellbaren Anschlag und zumindest einen unteren verstellbaren Anschlag zum Begrenzen des Stellbereiches aufweist. Vorzugsweise können die zusammen verstellbaren Anschläge an einem Endabschnitt zumindest einer Führungsstange zum Führen der Steuerstange vorgesehen sein. Beispielsweise können jeder Steuerstange zwei parallel verlaufende Führungsstangen zugeordnet sein, so dass die Steuerstange z. B. über entsprechende Führungsarme zwischen den Anschlägen an jeder Führungsstange geführt ist und der axiale Stellbereich durch die Anschläge begrenzt ist. Es sind jedoch auch andere Bauweisen möglich, um die Längsverstellung beziehungsweise den Hub der Steuerstange entsprechend in axialer Richtung zu begrenzen.
- Um den Stellbereich verändern zu können, sind die Führungsstangen als Gewindebolzen ausgebildet, die durch entsprechendes Drehen verlängert oder verkürzt werden können, um dadurch die Anschläge gemeinsam bzw. den Stellbereich in axialer Richtung zu verschieben. Es sind auch andere Verstellmechanismen einsetzbar.
- Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Anschläge und die Steuerstange elektrisch jeweils über zumindest einen Aktor oder dergleichen verstellbar sind, wobei eine manuelle Umschaltung, zum Beispiel durch einen entsprechenden Schalter oder dergleichen, vorgesehen ist, so dass je nach Schaltrichtung entweder die Anschlagverstellung oder die Steuerstangenverstellung blockiert ist. Auf diese Weise kann die erforderliche Sicherheit bei der Verwendung von elektrisch verstellbaren Anschlägen und elektrisch verstellbaren Steuerstangen durch die manuelle Umschaltung gewährleistet werden. Eine unbewusste Verstellung des Stellbereiches kann somit sicher verhindert werden. Nur durch gezieltes manuelles Schalten und durch die nachfolgende Verstellung ist eine Positionierung der Steuerstangen über den zulässigen tolerierbaren Bereich hinaus möglich, um das Tracken und die Voreinstellung der Steuerstangenlänge zu realisieren.
- Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuerstange als Aktorik einen Spindeltrieb oder dergleichen umfasst, wobei die Spindel des Spindeltriebes über eine Zahnradstufe von einem Planetengetriebe antreibbar ist, welches mit einem Elektromotor gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Längenänderung der Steuerstange durch eine Spindelmutter erfolgen, die durch die Spindel axial verschoben wird. Der Antrieb der Spindel kann auch über einen Getriebemotor oder dergleichen erfolgen. Vorzugsweise ist der Spindeltrieb so ausgelegt, dass dieser den gesamten erforderlichen Stellbereich der Steuerstange abdeckt. Es sind jedoch auch andere Antriebe einsetzbar.
- Bei der Anschlagverstellung kann als Aktorik jeder Gewindebolzen über einen Elektromotor oder dergleichen angetrieben werden. Der Elektromotor kann zum Beispiel über ein Planetengetriebe mit dem Gewindebolzen gekoppelt sein. Es sind auch andere Übersetzungsmöglichkeiten zwischen dem Gewindebolzen und dem Elektromotor verwendbar.
- Die an den Gewindebolzen vorgesehenen Anschläge begrenzen den Hub der Steuerstangenverstellung, da die Steuerstange über Führungsarme oder dergleichen zwischen den Anschlägen an den Gewindebolzen geführt wird. Durch das Drehen der Gewindebolzen werden die Anschläge gemeinsam axial verschoben, so dass der Stellbereich ebenfalls axial verschoben wird, ohne dass der Abstand zwischen Anschlägen verändert wird.
- Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante kann für die Anschlagverstellung eines Rotorblatts mindestens ein erster Aktor und für die Steuerstangenverstellung eines Rotorblatts mindestens ein zweiter Aktor vorgesehen sein, wobei aus einer gemeinsamen Stromversorgung zwischen dem ersten und zweiten Aktor umgeschaltet werden kann.
- Durch ein manuelles Umschalten der Stromversorgung zwischen Aktoren desselben Rotorblatts wird der jeweils andere Aktor blockiert, so dass ein Überfahren des tolerierbaren Stellbereiches durch die Anschläge nicht möglich ist. Ist eine Selbsthemmung des Spindeltriebes nicht vorgesehen, kann dieses durch stromlos blockierende Bremsen oder Rasten erfolgen.
- Die Rotorblätter mit den ihnen zugeordneten Aktoren können in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf mehrere Stromversorgungen aufgeteilt werden, so dass die Aktoren eines Teils der gesamten Rotorblätter von einer ersten gemeinsamen Stromversorgung versorgt werden und die Aktoren eines anderen Teils der Rotoren von einer weiteren Stromversorgung versorgt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auch bei Teilausfällen der Stromversorgungen zumindest eine eingeschränkte Funktion erhalten bleibt. Die Aufteilung der Rotorblätter auf die Anzahl der Stromversorgungen ist hierbei so zu wählen, dass die von jeweils einer Stromversorgung versorgten Rotorblätter eine möglichst gleichmäßige Teilung aufweisen sollten.
- Sowohl die Steuerstangenverstellung als auch die Anschlagverstellung kann in Abhängigkeit von Sollvorgaben, Istpositionen und von Sensorsignalen geregelt und/oder gesteuert werden.
- Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
-
1 eine geschnittene, dreidimensionale Ansicht einer Steuerstange einer erfindungsgemäßen Steuerstangenanordnung; -
2 eine schematische teilgeschnittene Ansicht der Steuerstange; -
3A bis3D verschiedene Teilansichten der Steuerstange in verschiedenen Steuerstangenlängen; und -
4 ein Blockschaltbild der elektrischen Steuerstangen- und Anschlagverstellung der erfindungsgemäßen Steuerstangenanordnung. - Eine erfindungsgemäße Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers umfasst zumindest eine Steuerstange
1 , die in an sich bekannter Weise an ihrem einen Ende eine rotorblätterseitige Lageraufnahme und an ihrem anderen Ende eine motorseitige Lageraufnahme aufweist. Die Steuerstange1 ist in Längsrichtung innerhalb eines vorgegebenen Stellbereiches verstellbar ausgeführt. Zur Steuerstangenverstellung weist die Steuerstange1 zumindest einen Aktor14 auf, welche einen Spindeltrieb umfasst, der über ein Planetengetriebe2 von einem Elektromotor3 angetrieben wird. Der Spindeltrieb umfasst eine mit der Steuerstange1 verbundene Spindelmutter4 , die durch eine Spindel5 axial bewegt wird. Der Antrieb der Spindel5 erfolgt über eine Zahnrad- beziehungsweise Stirnradstufe6 , welche über das Planetengetriebe2 von dem Elektromotor3 angetrieben wird. Eine detaillierte Ansicht der Steuerstangenverstellung ist insbesondere in1 dargestellt. - Wie insbesondere aus den
2 und3A bis3D ersichtlicht ist, wird die Steuerstange1 über entsprechende Führungsarme21 ,21' an zwei parallel zueinander ausgerichteten Führungsstangen geführt. Die Führungsstangen sind als Gewindebolzen7 ,7' ausgebildet und weisen an ihrem Endabschnitt jeweils einen oberen Anschlag8 ,8' und einen unteren Anschlag9 ,9' auf. Der Abstand zwischen dem oberen Anschlag8 ,8' und dem unteren Anschlag9 ,9' bildet den Stellbereich der Steuerstange1 für die Längsverstellung. - Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stellbereich in axialer Richtung der Steuerstange
1 verschiebbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der obere Anschlag8 ,8' und der untere Anschlag9 ,9' gemeinsam verschoben werden kann, um den Stellbereich der Steuerstange1 zu verändern. Die gemeinsame Verschiebung der Anschläge8 ,8' ;9 ,9' wird durch jeweils einen Aktor13 ,13' realisiert, die die Gewindebolzen7 ,7' in Drehung versetzt, um somit die Anschläge8 ,8' ;9 ,9' je nach Drehrichtung in axialer Richtung gemeinsam zu verschieben. Der Aktor13 zur Anschlagverstellung umfasst zudem einen Elektromotor, der über ein Planetengetriebe11 ,11' mit dem jeweiligen Gewindebolzen7 ,7' gekoppelt ist, wobei der Elektromotor nicht weiter dargestellt ist. - In den
3A bis3D sind verschiedene Positionen bei der Steuerstangenverstellung und der Anschlagverstellung dargestellt, wobei lediglich Teilansichten der Steuerstange1 gezeigt sind. - In
3A wird die Steuerstange1 bis zur Anlage der Führungsarme21 ,21' an den oberen Anschlägen8 ,8' verstellt, welches durch den Pfeil 1 angedeutet ist. Somit ist eine erste Längenverstellungsposition10 (strichpunktierte Linie) erreicht. - Gemäß
3B wird nun durch entsprechendes Umschalten der Stromversorgung der Aktor13 zum Verstellen der Anschläge8 ,8' ;9 ,9' aktiviert, um die Gewindebolzen7 ,7' in axialer Richtung nach oben zu verlängern bis die Steuerstange1 mit ihren Führungsarmen21 ,21' an den unteren Anschlägen9 ,9' anliegt, welches durch den Pfeil 2 angedeutet ist. Somit wird eine axiale Verschiebung des Verstellbereiches bzw. der Anschläge8 ,8' ;9 ,9' erreicht. - Im nächsten Schritt wird gemäß
3C durch entsprechendes Umschalten der Stromversorgung der Aktor14 zum Steuerstangenverstellen wieder aktiviert, um die Steuerstange1 axial in der Zeichnungsebene nach oben zu verschieben, bis zur Anlage an den oberen Anschlägen8 ,8' , welches durch den Pfeil 3 angedeutet ist. Somit ist eine zweite Längenverstellungsposition23 (strichpunktierte Linie) erreicht. - Gemäß
3D kann nun die Stromversorgung wieder auf den Aktor14 der Anschlagverstellung umgeschaltet werden, so dass die Gewindebolzen7 ,7' wieder in axialer Richtung nach oben verlängert werden, bis die Steuerstange1 mit ihren Führungsarmen21 ,21' wieder an den unteren Anschlägen9 ;9' anliegt, welches durch den Pfeil 4 angedeutet ist. Somit wird eine axiale Verschiebung22 (strichpunktierte Linie) des Verstellbereiches bzw. der Anschläge8 ,8' ;9 ,9' erreicht. - Dies kann weitergeführt werden, um den Stellbereich der Steuerstange
1 in axialer Richtung nach oben weiter zu verlagern. In umgekehrter Richtung ist es auch möglich, die vorbeschriebene Verlagerung des Stellbereiches der Steuerstange1 in der Zeichnungsebene nach unten zu realisieren. - In
4 ist ein Blockschaltbild der elektrischen Steuerstangenverstellung und Anschlagverstellung der erfindungsgemäßen Steueranordnung beispielhaft dargestellt. Die Aktoren13 ,14 sind hierbei jeweils einem Rotorblatt A, B zugeordnet. Bei der dargestellten Variante sind anstelle einer Stromversorgung für alle Rotorblätter zwei Stromversorgungen U-1, U-2 als Bordnetze vorgesehen, die jeweils die Hälfte der Rotorblätter bzw. die den Rotorblättern A, B zugeordneten Aktoren13 ,14 versorgen. Dies geschieht in der Weise, dass beispielsweise bei sechs Rotorblättern, welche umlaufend nummeriert sind, die Aktoren13 ,14 des ersten, dritten und fünften Rotorblatts von der ersten Stromversorgung U-1 versorgt werden und die Aktoren13 ,14 des zweiten, vierten und sechsten Rotorblatts von der zweiten Stromversorgung U-2 versorgt werden. Diese gleichmäßige Verteilung über den Umfang des Rotors ist Voraussetzung für eine möglichst geringe Beeinträchtigung der Flugeigenschaften. Durch die Aufteilung der beiden Stromversorgungen auf sechs Rotorblätter bleibt auch bei Teilausfällen eine nur etwas eingeschränkte Funktion erhalten. - Über einen manuell zu betätigenden Schalter
12 kann der Pilot bewusst eine Umschaltung zwischen den aus einer gemeinsamen Stromversorgung versorgten Aktoren13 ,14 bewirken, so dass je nach Schaltrichtung entweder die Anschlagverstellung oder die Steuerstangenverstellung deaktiviert ist. Dadurch kann ausgewählt werden, welche der Aktoren13 ,14 mit Strom versorgt werden soll und somit aktiviert wird. - Eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
19 ermittelt anhand einer Istposition16 und der Sensoren17 ,18 Sollvorgaben15 . Der Betriebszustand der Anlage wird durch die Anzeigen20 dargestellt. Im gezeigten Beispiel ist der Aktor13 zum Verstellen der Anschläge aktiviert. Nun können in Abhängigkeit der Sollvorgaben15 die Anschläge8 ,8' ;9 ,9' in axialer Richtung gemeinsam bewegt werden, um den Stellbereich der Steuerstange1 zu verstellen bzw. zu verschieben. Wenn danach der Schalter12 umgeschaltet wird und somit der Aktor14 zum Verstellen der Steuerstange1 aktiviert wird, kann die Steuerstange1 , wie bereits beschrieben, entsprechend innerhalb des neuen Stellbereiches verstellt werden. -
- 1
- Steuerstange
- 2
- Planetengetriebe
- 3
- Elektromotor
- 4
- Spindelmutter
- 5
- Spindel
- 6
- Stirnradstufe
- 7, 7'
- Gewindebolzen
- 8, 8'
- oberer Anschlag
- 9, 9'
- untere Anschlag
- 10
- erste Längenverstellungsposition
- 11
- Planetengetriebe
- 12
- Schalter
- 13, 13'
- Aktor zur Anschlagverstellung
- 14
- Aktor zur Steuerstangenverstellung
- 15
- Sollvorgaben
- 16
- Istpositionen
- 17
- Sensor
- 18
- Sensor
- 19
- Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
- 20
- Ausgaben und Anzeigen
- 21
- Führungsarm
- 21'
- Führungsarm
- 22
- axiale Verschiebung des Stellbereiches
- 23
- zweite Längenverstellungsposition
- A
- Rotorblatt
- B
- Rotorblatt
- U-1
- erste Stromversorgung
- U-2
- zweite Stromversorgung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5511944 A [0003]
Claims (10)
- Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers, bei der jede Steuerstange (
1 ) in Längsrichtung innerhalb vorgegebener Anschläge (8 ,8' ;9 ,9' ) zum Reduzieren von Vibrationen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (8 ,8' ;9 ,9' ) der Steuerstange (1 ) zum Verändern des Stellbereiches in Längsrichtung der Steuerstange (1 ) gemeinsam verstellbar sind. - Steuerstangenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (
1 ) zumindest einen oberen verstellbaren Anschlag (8 ,8' ) und zumindest einen unteren verstellbaren Anschlag (9 ,9' ) aufweist. - Steuerstangenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (
8 ,8' ;9 ,9' ) an einem Endabschnitt zumindest einer Führungsstange zum Führen der Steuerstange (1 ) vorgesehen sind. - Steuerstangenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (
1 ) zwischen dem oberen Anschlag (8 ,8' ) und dem unteren Anschlag (9 ,9' ) mit Führungsarmen (21 ,21' ) an den als Gewindebolzen (7 ,7' ) ausgebildeten Führungsstangen geführt ist, wobei die Gewindebolzen (7 ,7' ) zum gemeinsamen Verschieben der Anschläge (8 ,8' ;9 ,9' ) in Längsrichtung der Steuerstange (1 ) drehbar ausgebildet sind. - Steuerstangenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (
8 ,8' ;9 ,9' ) und die Steuerstange (1 ) elektrisch jeweils über einen Aktor (13 ,13' ;14 ) verstellbar sind, wobei eine manuelle Umschaltung vorgesehen ist, sodass entweder die Anschlagverstellung oder die Steuerstangenverstellung blockiert ist. - Steuerstangenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (
14 ) zur Verstellung der Steuerstange (1 ) einen Spindeltrieb umfasst, wobei eine Spindel (5 ) des Spindeltriebs über eine Zahnradstufe (6 ) von einem über einen Elektromotor (3 ) angetriebenen Planetengetriebe (2 ) antreibbar ist, und wobei die Spindel (5 ) zur Verstellung der Steuerstange (1 ) eine Spindelmutter (4 ) axial bewegt. - Steuerstangenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (
13 ,13' ) zur Anschlagverstellung zumindest einen Elektromotor zum Drehen zumindest eines Gewindebolzens (7 ,7' ) aufweist. - Steuerstangenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor über ein Planetengetriebe (
11 ) mit dem Gewindebolzen (7 ,7' ) gekoppelt ist. - Steuerstangenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagverstellung eines Rotorblatts zumindest einen ersten Aktor (
13 ) und die Steuerstangenverstellung eines Rotorblatts zumindest einen zweiten Aktor (14 ) aufweist, die über eine gemeinsame Stromversorgung versorgbar sind, welche zwischen dem ersten Aktor (13 ) und dem zweiten Aktor (14 ) umschaltbar ist. - Steuerstangenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Aktor (
13 ,14 ) in Abhängigkeit von Sollvorgaben und von Istpositionen sowie von Sensorsignalen ansteuerbar sind.
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