-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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 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.
-
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.