DE19841853A1

DE19841853A1 - Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberhauptrotor

Info

Publication number: DE19841853A1
Application number: DE1998141853
Authority: DE
Inventors: Oliver Kunze; Uwe Arnold; Gerd Makowski
Original assignee: ZF Luftfahrttechnik GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Technik GmbH
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: DE19841853B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauberhauptrotor mit einer aus einem nichtdrehenden (38) und einem drehenden Teil (16) bestehenden Taumelscheibe, die zur Übertragung von Steuerbewegungen von einem nichtdrehenden System (2) in ein drehendes System (4) dient und die von mindestens drei Steuerstangen (14) im nichtdrehenden System (2) betätigbar ist. Zwischen jeweils einem Anschluß (22) am drehenden Teil (16) der Taumelscheibe und Einstellwinkel-Steuerhebeln (18) der Rotorblätter (20) sind hydraulische Stellglieder (24) angeordnet, die von einer hydraulischen Leistungsversorgungseinrichtung (26) individuell ansteuerbar sind. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die hydraulische Leistungsversorgungseinrichtung (26) im drehenden System (4) angeordnet ist. Das erfindungsgemäße System ist leicht an vorhandene Hubschraubertypen nachrüstbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einzelblatt-Steuerungsvor richtung für einen Hubschrauberhauptrotor.

Übliche Steuerungsvorrichtungen für Hubschrauberhaupt rotoren weisen eine Taumelscheibe zur Übertragung von Steu erbewegungen des Piloten vom nichtdrehenden System der Hub schrauberzelle ins während des Betriebs drehende System des Hauptrotors auf. Die Taumelscheibe ist gegenüber dem Rotor mast zur zyklischen Rotorblattverstellung kippbar und zur kollektiven Rotorblattverstellung axial verschiebbar gela gert. Die Taumelscheibe wird von mindestens drei, unterhalb der Taumelscheibe angeordneten Stellgliedern bzw. Steuer stangen betätigt.

Ein niedrigeres Vibrationsniveau, bessere Flugleistun gen und eine geringere Geräuschemission können erzielt wer den, indem der kollektiven und zyklischen Einstellwinkel-Ver stellung individuell höherfrequente Einstellwinkel-Ände rungen überlagert werden, um beispielsweise rotorblattindu zierten Schwingungen entgegenzuwirken.

Aus der DE 196 27 869 A1 und aus dem Papier Nr. III.6.3.1, 16th European Rotorcraft Forum, Septem ber 18-21, 1990, Glasgow "Entwicklung und erste Tests von Aktuatoren für eine Einzelblatt-Steuerung", Peter Richter, Hans-Dieter Eisbrecher, Walentin Klöppel, sind Steuerungs vorrichtungen bekannt, die neben den unterhalb der Taumel scheibe angeordneten Stellgliedern, welche dem nichtdrehen den System zugeordnet sind, weitere hydraulische Stellglie der im drehenden System zur Überlagerung von individuellen Einstellwinkel-Änderungen umfassen. Eine Besonderheit bei dem System nach der DE 196 27 869 A1 ist, daß nur die über die Anzahl von drei hinausgehenden Rotorblätter von Stell gliedern im drehenden System betätigt werden. Die übrigen Rotorblätter werden direkt von herkömmlichen Steuerstangen betätigt.

Ein wesentlicher Vorteil des Konzepts der funktionel len Trennung der Primärsteuerung (kollektive und zyklische Blattverstellung) durch erste Stellglieder unterhalb der Taumelscheibe und der überlagerten individuellen Einstell winkel-Verstellung durch zweite Stellglieder oberhalb der Taumelscheibe ist die hohe Sicherheit.

Bei Ausfall eines Aktuators der individuellen Ein stellwinkel-Verstellung bleiben die überlebenswichtigen Funktionen - kollektive und zyklische Blattverstellung - der Primärsteuerung unberührt. Aus diesem Grund kann bei einem solchen System auf die komplexe und schwere, redun dante Anordnung von Stellgliedern der individuellen Ein stellwinkel-Steuerung verzichtet werden.

Aus der US 4,379,678 ist eine Einzelblatt-Steuerungs vorrichtung für einen Hubschrauberrotor bekanntgeworden, bei der sowohl die Primärsteuerung als auch die überlagerte individuelle Einstellwinkel-Verstellung von denselben Ak tuatoren ausgeführt wird. Wegen der hohen Sicherheitsanfor derungen enthält jeder der Aktuatoren drei hydraulisch un abhängige, mechanisch verbundene Kolben in abgetrennten Bereichen. Die Leistungsversorgungseinrichtung enthält so viele Pumpen, wie Kolben vorgesehen sind. Diese mehrfache Redundanz führt zu einem komplexen Aufbau und einem hohen Gewicht.

Ein System mit getrennter Primär- und individueller Einstellwinkel-Steuerung hat demgegenüber außerdem einen wesentlich geringeren Leistungsbedarf der Stellglieder im drehenden System, da ein Großteil der Einstellwinkel-Am plitude bereits von der Primärsteuerung erzeugt wird.

Die Eingriffe in das Steuersystem des Hubschraubers sind geringer, weswegen sich das Konzept der funktionellen Trennung besser für eine Um- bzw. Nachrüstung von Hub schraubertypen eignet, welche bislang noch über keine Ein zelblatt-Steuerungsvorrichtung verfügen.

Die Versorgung der hydraulischen Stellglieder im dre henden System erfolgt bei den oben genannten bekannten Ein zelblatt-Steuerungsvorrichtungen mit getrennter Primär- und individueller Einstellwinkel-Steuerung durch eine Lei stungsversorgungseinrichtung, die im wesentlichen im nicht drehenden System untergebracht ist und Komponenten, wie eine Pumpe, ein Ölreservoir, Filter, Flüssigkeitsakkumula toren, Kühler oder Steuerventile, umfaßt. Die erforderliche Leistung wird durch ein hydraulisches Drehübertragungssy stem - einen hydraulischen Schleifring - ins drehende Sy stem übertragen.

Das hydraulische Drehübertragungssystem ist jedoch konstruktiv aufwendig und beinhaltet eine Vielzahl von dy namisch hochbelasteten Dichtungen, welche hohem Verschleiß unterliegen. Ferner verschlechtert die räumliche Trennung der hydraulischen Druckerzeugung von den Verbrauchern die dynamischen Eigenschaften des Stellsystems.

Bei einer Um- bzw. Nachrüstung von bestehenden Typen macht insbesondere die Leistungsversorgungseinrichtung kon struktive Eingriffe in das Luftfahrzeug erforderlich, was oftmals aufgrund der erforderlichen Bauräume problematisch ist. Auch ein nachträglicher Abzweig von Leistung aus dem Antriebsstrang des Hubschraubers für den Pumpenantrieb kann aufwendig sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hubschrauber hauptrotor zu schaffen, welche die vorteilhaften Eigen schaften der oben genannten Systeme mit getrennter Primär- und individueller Einstellwinkel-Steuerung aufweist und darüber hinaus leichter nachrüstbar und weniger komplex ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine, auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs aufweisende Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, daß die hy draulische Leistungsversorgungseinrichtung im drehenden System untergebracht ist.

Eine Um- bzw. Nachrüstung von vorhandenen Hubschrau bertypen ist hierdurch wesentlich vereinfacht, da keine Elemente der hydraulischen Leistungsversorgungseinrichtung nachträglich in die Hubschrauberzelle integriert werden müssen. Die Anordnung der Leistungsversorgungseinrichtung in unmittelbarer Nähe der Aktuatoren der individuellen Ein stellwinkel-Verstellung bedingt ein günstigeres dynamisches Verhalten. Das System ist weniger fehleranfällig, da auf eine hydraulische Drehdurchführung verzichtet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die hy draulische Leistungsversorgungseinrichtung eine einzige Pumpe, welche von der Relativbewegung zwischen dem drehen den System und einer im nichtdrehenden System verankerten Momentenstütze angetrieben wird. Die Momentenstütze kann beispielsweise als einfache Hohlwelle ausgebildet sein, die in dem Gehäuse des Hauptgetriebes verankert ist. Sie ermög licht auf einfache Art und Weise, die von der hydraulischen Leistungsversorgungseinrichtung benötigte Antriebsleistung im drehenden System des Rotorkopfs abzuzweigen.

Eine platzsparende Anordnung der Momentenstütze ergibt sich, wenn der Rotormast einen zentralen Hohlraum aufweist, in welchem sich die Momentenstütze wenigstens teilweise erstreckt.

Eine koaxiale Anordnung der drehantreibbaren Pumpe ist vorteilhaft in bezug auf eine symmetrische Gewichtsvertei lung. Der rotierende Teil der Pumpe kann auf diese Weise direkt mit dem Rotormast und der nichtrotierende Teil der Pumpe direkt mit der Momentenstütze drehfest verbunden wer den.

Ist der Pumpe antriebsseitig ein Getriebe zur Dreh zahlerhöhung vorgeschaltet, wodurch eine höhere Relativ drehzahl zwischen Pumpenrotor und Pumpenstator erzeugt wird, kann eine kleinere Pumpe gewählt werden, was in bezug auf Gewicht und Bauraum vorteilhaft ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Leistungsversorgungseinrichtung in einer kompakten Einheit neben der Pumpe ein Ölreservoir, Filter, Flüssigkeitsakkumulatoren, Kühler oder Steuerventi le umfaßt. Gegenüber einer aufgelösten Bauweise mit einzel nen Bauteilen für diese funktionellen Komponenten werden weniger Hydraulikleitungen bzw. Verbindungsstellen benö tigt.

Die Umströmung des Rotorkopfs kann vorteilhaft zur Kühlung der Hydraulik verwendet werden, wenn im drehenden System ein Öl-/Luftwärmetauscher vorgesehen ist.

In vielen Fällen ist es vorteilhaft, die Leistungsver sorgungseinrichtung im wesentlichen oberhalb der Rotor blattebene anzuordnen, wo in der Regel freier Bauraum zur Verfügung steht.

Eine andere vorteilhafte Position der Pumpe ist unter halb des Rotormastes, wodurch der Bereich des Rotormastes für andere Bauteile frei bleibt. Die Pumpe ist bei dieser Anordnung innerhalb des Hauptgetriebegehäuses außerdem sehr gut geschützt.

Schließlich kann die Pumpe wenigstens teilweise auch radial innerhalb des Rotormastes angeordnet sein.

Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die bei liegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung und

Fig. 2 eine Teil-Darstellung einer weiteren Ausfüh rungsform
zeigen.

In Fig. 1 ist mit 2 das Hauptgetriebe und mit 4 der Rotorkopf eines Hubschraubers bezeichnet. Das Hauptgetriebe weist in der letzten Stufe z. B. zwei Stirnräder 6, 8 auf, welche ein gemeinsames Abtriebsrad 10 treiben. Das Ab triebsrad 10 ist drehfest mit dem Rotormast 12 verbunden. Der nichtdrehende Teil 38 der Taumelscheibe ist von Steuer stangen 14 im nichtdrehenden System betätigbar. Zwischen jeweils einem Einstellwinkel-Steuerhebel 18 jedes Rotor blatts 20 und einem Anschluß 22 am drehenden Teil 16 der Taumelscheibe ist ein hydraulisches Stellglied 24 angeord net. Damit kann der kollektiven und zyklischen Einstellwin kel-Verstellung, die von der Taumelscheibe ins drehende System übertragen wird, individuell eine höherfrequente Einstellwinkel-Änderung überlagert werden, um beispielswei se rotorblattinduzierten Schwingungen entgegenzuwirken.

Erfindungsgemäß ist die hydraulische Leistungsversor gungseinrichtung 26 bzw. Steuerung im drehenden System un tergebracht. Sie enthält eine einzige drehantreibbare Hy draulikpumpe 28, welche koaxial zum Rotormast 12 angeordnet ist. Der Rotormast 12 weist einen zentralen Hohlraum auf, durch den ein Standrohr 30 als Momentenstütze geführt ist, welches drehfest im Gehäuse 32 des Hauptgetriebes verankert ist. Das Standrohr 30 ist mit Eingangswelle 37 der Hydrau likpumpe 28 verbunden. Das Gehäuse der Hydraulikpumpe 28 dreht mit der Drehzahl des Rotorkopfs 4. Aus der Relativbe wegung zwischen drehendem System und dem Standrohr 30 wird die Antriebsleistung für die hydraulische Leistungsversor gungseinrichtung gewonnen.

In der Leistungsversorgungseinrichtung 26 sind in ei ner kompakten Einheit neben der Pumpe 28 ein Ölreservoir, Filter, Flüssigkeitsakkumulatoren sowie Steuerventile un tergebracht, die nicht dargestellt sind.

Die Stellglieder 24 sind über nicht dargestellte hy draulische Rohrverbindungen mit der Leistungsversorgungs einrichtung 26 verbunden.

Die im Leistungsversorgungssystem 26 anfallende Ver lustwärme kann vorteilhaft über einen Öl-/Luftwärmetau scher 34 abgeführt werden, welcher durch die Drehbewegung des Rotorkopfs 4 ständig umströmt wird.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Leistungs versorgungseinrichtung im wesentlichen im freien Bauraum oberhalb der Rotorblattebene angeordnet.

Demgegenüber ist die Pumpe 28 in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 teilweise unterhalb und teilweise radial in nerhalb des Rotormastes und innerhalb des Gehäuses des Hauptgetriebes angeordnet.

Auch bei dieser Anordnung sind keine hydraulischen Dreh durchführungen notwendig, da sich die Pumpenanschlüsse für die hydraulischen Versorgungsleitungen 40 im drehenden Sy stem befinden. Der Pumpe ist das schematisch dargestellte Getriebe 33 zur Drehzahlerhöhung vorgeschaltet.

Bezugszeichenliste

2

Hauptgetriebe

4

Rotorkopf

6

Stirnrad

8

Stirnrad

10

Abtriebsrad

12

Rotormast

14

Steuerstange im nichtdrehenden System

16

drehender Teil der Taumelscheibe

18

Einstellwinkel-Steuerhebel

20

Rotorblatt

22

Anschluß

24

Stellglied

26

Leistungsversorgungseinrichtung

28

Hydraulikpumpe

30

Standrohr

32

Gehäuse des Hauptgetriebes

33

Getriebe

34

Öl-/Luftwärmetauscher

37

Eingangswelle

38

nichtdrehender Teil der Taumelscheibe

40

hydraulische Versorgungsleitungen

Claims

1. Einzelblatt-Steuerungsvorrichtung für einen Hub schrauberhauptrotor

- mit einem von einem Hauptgetriebe drehantreibbaren Rotormast (12),
- mit einer aus einem nichtdrehenden (38) und einem bei Betrieb drehenden Teil (16) bestehenden Taumelscheibe, die zur Übertragung von Steuerbewegungen von einem nichtdrehenden System (2) in ein drehendes System (4) dient, welche gegenüber dem Rotormast (12) kippbar und axial verschiebbar gelagert ist, und die von minde stens drei am nichtdrehenden Teil (38) angelenkten Steuerstangen (14) im nichtdrehenden System betätigbar ist und
- mit mehreren gleichmäßig am Umfang einer Rotornabe angeordneten Rotorblättern (20), von denen jedes einen Einstellwinkel-Steuerhebel (18) aufweist, der gelenkig mit einem Anschluß (22) am drehenden Teil (16) der Taumelscheibe verbunden ist, wobei im drehenden Sy stem (4) zwischen den Anschlüssen am drehenden Teil (16) der Taumelscheibe und den Einstellwinkel-Steu erhebeln (18) hydraulische Stellglieder (24) ange ordnet sind, die von einer hydraulischen Leistungsver sorgungseinrichtung (26) individuell ansteuerbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die hydrauli sche Leistungsversorgungseinrichtung (26) im drehenden Sy stem angeordnet ist.

2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Lei stungsversorgungseinrichtung (26) eine einzige Pumpe (28) enthält, welche von der Relativbewegung zwischen dem dre henden System (4) und einer im nichtdrehenden System (2) verankerten Momentenstütze (30) angetrieben wird.

3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotormast (12) ei nen zentralen Hohlraum aufweist, in welchem sich die Momen tenstütze (30) wenigstens teilweise erstreckt.

4. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, daß die Pumpe (28) koaxial zum Rotormast (12) angeordnet ist.

5. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpe (28) ein Getriebe (33) zur Drehzahlerhöhung vorge schaltet ist.

6. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsversorgungseinrichtung (26) in einer kompakten Einheit neben der Pumpe (28) ein Ölreservoir, Filter, Flüs sigkeitsakkumulatoren oder Steuerventile umfaßt.

7. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im drehenden System ein Öl-/Luftwärmetauscher (24) angeordnet ist.

8. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsversorgungseinrichtung (26) im wesentlichen ober halb der Rotorblattebene angeordnet ist.

9. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (28) unterhalb des Rotormastes (12) angeordnet ist.

10. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (28) sich wenigstens teilweise radial innerhalb des Rotormastes (12) erstreckt.