DE202004006333U1 - Rotor blade, especially for helicopters, has flap pivoted by elastically deformable plate inside rotor blade chamber - Google Patents

Rotor blade, especially for helicopters, has flap pivoted by elastically deformable plate inside rotor blade chamber Download PDF

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Abstract

The blade (2) comprises a main profile body (4) containing at least one chamber (6) and a flap (16) pivotally connected to the rear of this body. A thin elastically flexible plate (18) inside the chamber extends through the latter, an opening (4a) in the rear side of the main body and a pivot bearing (20) for the flap to an attachment point on the latter. An actuator device (24) connected to at least one plate surface can be used to bend the plate in its thickness direction, causing the flap to pivot.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL TERRITORY

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, mit einer schwenkbaren Rotorblattklappe. Ferner betrifft die Erfindung ein Drehflügelflugzeug, insbesondere einen Hubschrauber, mit einem solchen Rotorblatt.The present invention relates to a rotor blade, especially for a rotary wing aircraft, with a swiveling rotor blade flap. The invention further relates to a rotary wing aircraft, in particular a helicopter with such a rotor blade.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Es sind Rotorblätter, insbesondere für Drehflügelflugzeuge, bekannt, umfassend: ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil mit einem Profil-Hauptkörper, der in seinem Innenraum über mindestens eine sich in Spannweiten- und in Profiltiefenrichtung erstreckende Hohlkammer verfügt; sowie eine Rotorblattklappe, die schwenkbar an einer Stirnseite, d.h. am Vorder- oder Hinterkantenbereich des Profil-Hauptkörper befestigt ist. Die Rotorblattklappe wird über einen Klappenantrieb betätigt. Rotorblätter mit derartigen Rotorblattklappen werden z.B. zur Minderung von Hubschrauber-Vibrationen und -außenlärm, Erhöhung der Blattdämpfung, Verringerung des Rotor-Leistungsbedarfs, sowie für eine Rotor-Gesamtsteuerung bzw. Rotorprimärsteuerung eingesetzt.They are rotor blades, especially for rotary wing aircraft, known, comprising: an aerodynamically effective rotor blade profile with a profile main body, the one in its interior at least one in the span and in the depth direction extending cavity has; as well as a rotor blade flap that can be swiveled on one end, i.e. attached to the front or rear edge area of the profile main body is. The rotor blade flap is over actuated a damper actuator. Rotor blades with such rotor blade flaps are e.g. to reduce helicopter vibrations and outside noise, increasing the Leaf loss, Reduction of the rotor power requirement, as well as for a total rotor control or primary rotor control used.

Bei vorbekannten Rotorblättern der zuvor beschriebenen Art ist der Klappenantrieb konstruktiv sehr aufwendig, schwer und oftmals störanfällig. Darüber hinaus treten bei den konventionellen Rotorblatt-Klappensystemen nicht unerhebliche Klappenamplitudenverluste auf, die u.a. durch Spiel in den an der Klappenkinematik, dem Klappenantrieb und der Kraftübertragung vom Klappenantrieb zur Rotorblattklappe beteiligten Komponenten bedingt sind. Zur Reduzierung dieser Verluste müssen die besagten Komponenten daher z.B. mittels Wälzlagern aufwendig gelagert und meist mechanisch stark vorgespannt werden.With previously known rotor blades The type of flap drive described above is very constructive complex, heavy and often prone to failure. Furthermore do not occur with conventional rotor blade flap systems insignificant valve amplitude losses, which among other things through game in the on the valve kinematics, the valve drive and the power transmission components involved from the flap drive to the rotor blade flap are conditional. In order to reduce these losses, the said components must therefore e.g. by means of rolling bearings are stored in a complex manner and are usually pretensioned mechanically.

Dadurch sind diese Bauteile oder -gruppen jedoch recht schwergängig und/oder unterliegen einem erhöhten Verschließ. Dies wiederum reduziert die Lebensdauer dieser Komponenten und macht kurze Wartungsintervalle erforderlich, was unvorteilhaft ist. Darüber hinaus unterliegen die Klappenlagerung und die Antriebseinrichtung extremem Fliehkraftbelastungen von bis zu ca. 1200 g, was bei den zuvor genannten konventionellen Konstruktionen aufwendige Zusatzeinrichtung zur Aufnahme oder Abstützung dieser hohen Kräfte erfordert. Da die räumlichen Einbauverhältnisse in einem Rotorblatt sehr beengt sind, ist es zumeist sehr schwierig, die verwendete Aktuatoreinrichtung hinreichend zu kühlen, was die für die Klappenbewegung zur Verfügung stehende Leistung reduziert und sogar zu strukturellen Problemen führen kann, da heutige Rotorblätter zumeist aus Faserverbundwerkstoff hergestellt sind, dessen Harzmatrix einen geringen Schmelzpunkt besitzt. Die genannten Nachteile bei dem Klappensystem führen insgesamt zu einer Verschlechterung der dynamischen und aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes und damit letztendlich eines mit einem solchen Rotorblatt ausgestatteten Rotors.This makes these components or -groups, however, quite stiff and / or are subject to an increased Occlusive. This in turn reduces the life of these components and makes them short Maintenance intervals required, which is disadvantageous. Furthermore the flap bearing and the drive device are subject to extreme conditions Centrifugal loads of up to approx. 1200 g, which is the case with the aforementioned conventional constructions complex additional equipment for Support or support of these high powers requires. Because the spatial installation conditions are very cramped in a rotor blade, it is usually very difficult the actuator device used to adequately cool what the for the flap movement is available Reduced performance and can even lead to structural problems because today's rotor blades mostly are made of fiber composite material, the resin matrix one has a low melting point. The disadvantages mentioned with the valve system to lead overall deterioration in dynamic and aerodynamic Properties of the rotor blade and ultimately one with such a rotor blade equipped rotor.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik möglichst weitgehend zu vermeiden und ein gattungsgemäßes Rotorblatt zu schaffen, welches über ein verbessertes Rotorblatt-Klappensystem und verbesserte dynamische und aerodynamische Eigenschaften verfügt. Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Aufgabe soll ein Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, mit einem solchen Rotorblatt bereit gestellt werden.The object of the invention is respectively based on the technical problem, the above-mentioned disadvantages of the prior art of technology if possible to be largely avoided and to create a generic rotor blade, which about an improved rotor blade valve system and improved dynamic and has aerodynamic properties. According to another aspect of this Task is supposed to be a rotary wing aircraft, in particular a helicopter, provided with such a rotor blade become.

Die zuvor genannte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The aforementioned task is carried out according to a first aspect solved by an inventive rotor blade with the features of claim 1.

Diese Rotorblatt, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, umfasst: ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil mit einem Profil-Hauptkörper, der in seinem Innenraum über mindestens eine sich in Spannweiten- und in Profiltiefenrichtung erstreckende Hohlkammer verfügt; eine Rotorblattklappe, die im Bereich der Hohlkammer schwenkbar an einer Stirnseite des Profil-Hauptkörpers befestigt ist; ein in der Hohlkammer angeordnetes, in Bezug zur Profildicke des Rotorblattes dünnes, elastisch biegbares Biegeplattenelement, welches sich ausgehend von einem profilkantennahen Befestigungspunkt im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung durch die Hohlkammer und durch eine Stirnseitenöffnung des Profil-Hauptkörpers und eine im Bereich dieser Stirnseitenöffnung angeordnete Klappen-Schwenklagereinrichtung hindurch zu der Rotorblattklappe erstreckt und fest mit dieser verbunden ist; und eine ansteuerbare Aktuatoreinrichtung, die mit mindestens einer Plattenfläche des Biegeplattenelements verbunden ist und bei Betätigung das Biegeplattenelement im Wesentlichen in Profildickenrichtung zwischen dem Befestigungspunkt und der Schwenklagereinrichtung kurvenförmig, elastisch verbiegt und dadurch einen Klappenausschlag der Rotorblattklappe um eine Schwenkachse der Schwenklagereinrichtung induziert.This rotor blade, especially for a rotary wing aircraft, includes: an aerodynamically effective rotor blade profile with a Profile main body, the over in his interior at least one in the span and in the depth direction extending cavity has; a rotor blade flap that can be swiveled in the area of the hollow chamber is attached to an end face of the profile main body; an Indian Hollow chamber arranged in relation to the profile thickness of the rotor blade thin elastically bendable bending plate element, which starts out from a fastening point close to the profile edge essentially in Profile depth direction through the hollow chamber and through an end opening of the Profile main body and a flap pivot bearing device arranged in the region of this front opening extends through to the rotor blade flap and firmly connected to it is; and a controllable actuator device with at least a plate surface the bending plate element is connected and when actuated Bending plate element essentially in the profile thickness direction between the attachment point and the pivot bearing device curved, elastic bends and thereby a flap deflection of the rotor blade flap induced about a pivot axis of the pivot bearing device.

Grundsätzlich ist die Rotorblattklappe des erfindungsgemäßen Rotorblattes sowohl als Hinterkantenklappe als auch Nasenklappe ausführbar. Demnach kann die genannte Stirnseite des Profil-Hauptkörpers sowohl eine Vorder- als auch Hinterkante bzw. ein entsprechender Vorder- oder Hinterkantenbereich des Profil-Hauptkörpers sein. Und unter dem profilkantennahen Befestigungspunkt ist folglich ein Punkt oder eine Befestigungsstelle zu verstehen, der/die in der Nähe der Profilvorderkante oder aber -hinterkante liegt.Basically the rotor blade flap of the rotor blade according to the invention Executable as a trailing edge flap as well as a nose flap. Therefore can said front side of the profile main body both a front and also the rear edge or a corresponding front or rear edge area of the profile main body. And therefore there is a point under the fastening point near the profile edge or to understand an attachment point near the front edge of the profile or the trailing edge.

Das Biegeplattenelement bildet einen dünnen, (groß-)flächigen, blatt- oder flossenartigen Biegeträger und kann über seine Erstreckung in Profiltiefenrichtung hinweg über eine gleichmäßige Dicke oder aber lokal variierende Dickenabmessungen verfügen. Obwohl es bevorzugt ist, dass das Biegeplattenelement eine einzige, durchgehende, geschlossene Plattenfläche aufweist, sind in bestimmten Anwendungsfällen auch Durchbrüche oder Durchgangsöffnungen in der Plattenfläche möglich. Zudem kann das Biegeplattenelement aus mehreren Einzelplattenelementen aufgebaut sein, die sich z.B. überlappen bzw. übereinander geschichtet und/oder in Spannweitenrichtung des Rotorblattes bzw. der Klappe nebeneinander angeordnet sind. Hierbei kann auch ein Zwischenraum zwischen benachbarten Biegeplattenelementen bestehen. Geschachtelte Anordnungen der Einzelplattenelemente sind ebenfalls denkbar.The bending plate element forms one thin, (Large) scale, leaf-like or fin-like bending beam and can over its Extent in profile depth direction over a uniform thickness or but have locally varying thickness dimensions. Although it is preferred that the bending plate element is a single, continuous, closed plate area has breakthroughs or in certain applications Through openings in the plate area possible. In addition, the bending plate element can consist of several individual plate elements be built up, e.g. overlap or on top of each other layered and / or in the span direction of the rotor blade or the flap are arranged side by side. This can also be a There is a space between adjacent bending plate elements. Nested arrangements of the individual plate elements are also conceivable.

Während das Biegeplattenelement in der Plattebene und insbesondere in Spannweitenrichtung sehr schubfest und steif ist (wobei in Spannweitenrichtung und in Profiltiefenrichtung unterschiedliche Steifigkeiten möglich sind), kann es in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Plattenebene, d.h. in Richtung der Profildicke des Rotorblattes, leicht durch die Aktuatoreinrichtung kurvenförmig, elastisch und reversibel gebogen werden, wobei die Biegekurve einen oder mehrere Wendepunkte aufweisen kann. Die Aktuatoreinrichtung ist für diese Betätigungsart vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie entgegengesetzte Längenänderungen bzw. Dehnungen in oder im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung an der Ober- und Unterseite des Biegeplattenelements erzeugt und die hierzu erforderlichen Kräfte möglichst großflächig in das Biegeplattenelement einleitet. Für diesen Zweck besonders geeignete Aktuatoreinrichtungen werden nachfolgend noch näher beschrieben werden.While the bending plate element in the plate plane and in particular in the span direction is very resistant to shear and stiff (whereby in the span direction and in Different stiffness are possible), it can be in a direction substantially perpendicular to the plate plane, i.e. in the direction of the profile thickness of the rotor blade, easily through the actuator device curved, elastic and are reversibly bent, the bending curve being one or more May have turning points. The actuator device is for this Actuation preferably designed such that they have opposite changes in length or strains in or essentially in the profile depth direction the top and bottom of the bending plate element generated and the forces necessary for this, if possible large area in initiates the bending plate element. Particularly suitable for this purpose Actuator devices will be described in more detail below.

Die Klappen-Schwenklagereinrichtung des Rotorblattes dient aufgrund der o.g. erfindungsgemäßen Ausgestaltungsweise nicht nur als Lager für die bewegliche Klappe selbst, sondern lagert und führt auch gleichzeitig einen Abschnitt des Biegeplattenelements.The flap swivel bearing device of the rotor blade is used due to the above Design according to the invention not just as a warehouse for the movable flap itself, but also supports and guides at the same time a section of the bending plate element.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt besitzt diverse Vorteile. So verfügt es infolge einer einfachen Teilegeometrie und einer geringen Anzahl von Einzelteilen über einen sehr simplen, homogenen Aufbau. Das dünne Biegeplattenelement einschließlich seiner Aktuatoreinrichtung lässt sich auf einfache Art und Weise gut geschützt in die Hohlkammer des Profil-Hauptkörpers integrieren, die für diese Komponenten einen geschützten Einbauraum darstellt. Das Biegeplattenelement ist nicht nur ein Betätigungselement und ein Teil der Gesamtlagerung und -befestigung der Rotorblattklappe, sondern bildet zusammen mit der Rotorblattklappe eine Einheit, welche faktisch das einzige bewegte Element des Klappensystems darstellt. Hierbei können Teilbereiche des Biegeplattenelementes sogar als Klappenkörper oder Teilabschnitte davon ausgebildet sein.The rotor blade according to the invention has various Benefits. So decreed it due to a simple part geometry and a small number of parts over a very simple, homogeneous structure. The thin bending plate element including its Actuator device leaves integrate easily and well protected into the hollow chamber of the profile main body, the for these components are protected Represents installation space. The bending plate element is not just one actuator and part of the total storage and mounting of the rotor blade flap, but forms a unit together with the rotor blade flap, which is actually the only moving element of the flap system. Here you can Parts of the bending plate element even as a valve body or Sub-sections thereof may be formed.

Da sich das großflächige Biegeplattenelement in Spannweitenrichtung des Rotorblattes über im Wesentlichen die gesamte Länge der Rotorblattklappe erstrecken kann, besitzt es eine inhärente Fliehkraftabstützungswirkung. Aufwendige Zusatzeinrichtungen zur Aufnahme der im Rotorbetrieb auftretenden hohen Fliehkraftbelastungen, wie sie beim Stand der Technik erforderlich sind, werden somit nicht benötigt. Aufgrund der großen Fläche des Biegeplattenelements ist gleichzeitig ein hervorragendes Fail-Safe-Verhalten gegen mechanisches Versagen realisierbar. Durch die erfindungsgemäße Bauweise des Rotorblattes mit dem Biegeplattenelement wird zudem die Lagerung der Rotorblattklappe sowie die gesamte Klappenkinematik erheblich vereinfacht. Wälzlager sind nicht mehr erforderlich. Verschleißteile sind faktisch nicht vorhanden.Since the large-area bending plate element in Span direction of the rotor blade over essentially the entire Length of Can extend rotor blade flap, it has an inherent centrifugal force support effect. Elaborate additional devices to accommodate the rotor operation occurring high centrifugal force loads, as in the state of Technology are required are therefore not required. by virtue of the big area of the bending plate element is also an excellent fail-safe behavior realizable against mechanical failure. Through the construction according to the invention of the rotor blade with the bending plate element is also the storage the rotor blade flap and the entire flap kinematics considerably simplified. roller bearing are no longer required. Wear parts are actually not available.

Es entfällt dadurch auch das beim Stand der Technik gegebene Erfordernis, die an der Klappenkinematik, dem Klappenantrieb und der Kraftübertragung vom Klappenantrieb zur Rotorblattklappe beteiligten Komponenten mechanisch stark vorzuspannen. Dies reduziert in erheblichem Maße die Reibungsverluste und den Verschleiß, erhöht die Lebensdauer dieser Komponenten und ermöglicht längere Wartungsintervalle. Mittels der elastischen, reversiblen Verformung des Biegeplattenelements ist auf einfache Art und Weise ein z.B. sinusförmiger Bewegungsablauf zur Betätigung der Rotorblattklappe ausführbar.This also eliminates the need for the stand the technology given requirement that the flap kinematics, the Damper actuator and power transmission components involved from the flap drive to the rotor blade flap mechanically strong preload. This significantly reduces friction losses and wear, elevated the lifespan of these components and enables longer maintenance intervals. through the elastic, reversible deformation of the bending plate element is a simple way e.g. sinusoidal movement activity the rotor blade flap can be executed.

Dank der großen Fläche des Biegeplattenelements können die von der Aktuatoreinrichtung auf das Biegeplattenelement wirkenden Kräfte günstig in dieses Bauteil eingeleitet werden. Darüber hinaus ist es möglich, sehr dünne, großflächige Aktuatoreinrichtungen zu verwenden und diese mit den Plattenflächen des Biegeplattenelements zu verbinden. Dies gewährleistet nicht nur eine sehr flache, kompakte Bauweise, sondern gestattet auch eine günstige Kraftübertragung durch eine auf eine große Fläche verteilte Aktuatorik, was wiederum ungünstige lokale Kraft- bzw. Belastungskonzentrationen vermeidet.Thanks to the large area of the bending plate element can those acting on the bending plate element from the actuator device personnel Cheap be introduced into this component. In addition, it is very possible thin, large area actuator devices to use and this with the plate surfaces of the bending plate element connect to. This ensures not only a very flat, compact design, but allowed also a cheap power transmission by one to one big Distributed area Actuator technology, which in turn is unfavorable avoids local force or load concentrations.

Infolge dieser großflächigen Anordnung ist wiederum eine hervorragende Fliehkraftabstützung und ein erheblich verbessertes Fail-Safe-Verhalten der Aktuatoreinrichtung selbst erzielbar. Die zuvor beschriebene Ausgestaltungs- und Anordnungsweise ermöglicht des Weiteren eine gute Aktuatorkühlung aufgrund einer großen Aktuatorfläche und der um diese Anordnung herum bestehenden Freiräume in der Hohlkammer. Dies ist der Leistung der Aktuatoreinrichtung zuträglich und vermeidet eine nachteilige thermische Beeinflussung der umgebenden Rotorblattstruktur. Bedingt durch die oben beschriebene Klappenanordnung und Betätigung mittels des besagten Biegeplattenelements sowie der zuvor genannten Ausgestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich der Aktuatoreinrichtung lassen sich im Vergleich zum Stand der Technik auch die Klappenamplitudenverluste erheblich senken. Als Folge der vereinfachten Bauweise des Klappensystems und seiner Funktionseinheiten ist außerdem eine erhöhte Betriebszuverlässigkeit und ein reduziertes Gewicht des gesamten erfindungsgemäßen Rotorblattes erzielbar.As a result of this large-area arrangement, excellent centrifugal force support and a considerably improved fail-safe behavior of the actuator device itself can be achieved. The design and arrangement described above also enables good actuator cooling due to a large actuator area and the free spaces in the hollow chamber surrounding this arrangement. This contributes to the performance of the actuator device and avoids an adverse thermal influence on the surrounding rotor blade structure. Due to the above-described flap arrangement and actuation by means of said bending plate element and the aforementioned configuration options with regard to the actuator device, in comparison to State of the art also significantly reduce the valve amplitude losses. As a result of the simplified design of the flap system and its functional units, increased operational reliability and a reduced weight of the entire rotor blade according to the invention can also be achieved.

Zusammenfassend wird durch die erfindungsgemäße Lösung somit ein verbessertes, einfaches und effektives Rotorblatt-Klappensystem bereit gestellt, welches die beengten räumlichen Einbauverhältnisse in einem Rotorblatt optimal nutzt und des Weiteren verbesserte dynamische und aerodynamische Eigenschaften des Rotorblattes sowie eines mit einem solchen Rotorblatt ausgestatteten Rotors ermöglicht.In summary, the solution according to the invention thus an improved, simple and effective rotor blade flap system provided which the cramped spatial installation conditions optimally used in a rotor blade and furthermore improved dynamic and aerodynamic properties of the rotor blade and one with such a rotor blade equipped rotor allows.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Rotorblatts sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 12.More preferred and advantageous Design features of the rotor blade according to the invention are the subject of subclaims 2 to 12.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Drehflügelflugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Dieses Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, umfasst wenigstens einen Rotor mit mindestens einem Rotorblatt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12. Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile erzielbar, die bereits zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotorblatt erläutert wurden.The basis of the invention Task is performed according to a second aspect solved by a rotary wing aircraft according to the invention with the features of claim 13. This rotary wing aircraft, in particular a helicopter, includes at least one rotor at least one rotor blade according to one or more of claims 1 to 12. With this solution according to the invention essentially the same benefits achievable as before were explained in connection with the rotor blade according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.Preferred embodiments of the invention with additional Design details and other advantages are below Reference to the attached Drawings closer described and explained.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Querschnittsansicht durch ein Profil eines mit einer schwenkbaren Rotorblattklappe ausgestatteten erfindungsgemäßen Rotorblattes; 1 a schematic cross-sectional view through a profile of a rotor blade equipped with a pivotable rotor blade flap according to the invention;

2 eine vergrößerte Ansicht des Bereiches X in 1, der eine erste Variante einer Klappen-Schwenklagereinrichtung des erfindungsgemäßen Rotorblattes von 1 veranschaulicht; 2 an enlarged view of the area X in 1 , The a first variant of a flap pivot bearing device of the rotor blade of the invention 1 illustrated;

3 eine schematische, vereinfachte Querschnittsansicht des Rotorblattes von 1 zur Darstellung eines bestimmten Verformungsverhaltens einer wesentlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Rotorblattes von 1; 3 is a schematic, simplified cross-sectional view of the rotor blade of 1 to illustrate a specific deformation behavior of an essential component of the rotor blade according to the invention from 1 ;

4 eine vergrößerte Detailansicht einer zweiten Variante der Klappen-Schwenklagereinrichtung; 4 an enlarged detail view of a second variant of the flap pivot bearing device;

5 eine vergrößerte Detailansicht einer dritten Variante der Klappen-Schwenklagereinrichtung; 5 an enlarged detail view of a third variant of the flap pivot bearing device;

6 eine vergrößerte Detailansicht einer vierten Variante der Klappen-Schwenklagereinrichtung; und 6 an enlarged detail view of a fourth variant of the flap pivot bearing device; and

7 eine vergrößerte Detailansicht einer fünften Variante der Klappen-Schwenklagereinrichtung. 7 an enlarged detail view of a fifth variant of the flap pivot bearing device.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELENPRESENTATION OF PREFERRED EMBODIMENTS

In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist.In the description below and in the figures are the same to avoid repetition Parts and components also marked with the same reference symbols, provided no further differentiation is necessary or makes sense.

In der 1 ist eine schematische Querschnittsansicht durch ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil eines erfindungsgemäßen Hubschrauber-Rotorblattes 2 dargestellt. Das Rotorblatt 2 ist in diesem Beispiel im Wesentlichen in Faserverbundwerkstoffbauweise hergestellt. Das Rotorblattprofil weist einen Profil-Hauptkörper 4 auf, der in seinem Innenraum über eine sich in Spannweiten- und in Profiltiefenrichtung des Rotorblattes 2 erstreckende Hohlkammer 6 verfügt. Diese Hohlkammer 6 wird von einer oberen Blatthaut 8 und einer unteren Blatthaut 10 umschlossen. Im Bereich der vorderen Stirnseite des Rotorblattes 2, d.h. an dem abgerundeten Blattnasenbereich, besitzt der Profil-Hauptkörper 4 ein im Wesentlichen C-förmiges Blattnasenelement 12, welches in diesem Fall aus unidirektionalem Glasfaser-Verbundwerkstoff gefertigt ist. In dem Blattnasenelement 12 ist ein Nasenblei 14 angeordnet. Aufgrund der nachstehend beschriebenen Zusatzkomponenten des erfindungsgemäßen Rotorblattes 2 muss das Nasenblei 14 im Vergleich zu einem konventionellen Rotorblatt ein etwas höheres Gewicht besitzen. Eine Rotorblatt-Hinterkantenklappe 16 (nachfolgend kurz Klappe 16 genannt) ist im Bereich der Hohlkammer 6 schwenkbar an einer hinteren Stirnseite, d.h. hier an einem Hinterkantenbereich des Profil-Hauptkörpers 6, fixiert. Zwischen der Klappe 16 und der Hinterkante des Profil-Hauptkörpers 4 ist ein geringfügiger Spalt vorhanden, der z.B. durch elastisch verformbare Dichtungselemente (nicht gezeigt) abgedichtet sein kann.In the 1 is a schematic cross-sectional view through an aerodynamically effective rotor blade profile of a helicopter rotor blade according to the invention 2 shown. The rotor blade 2 In this example, it is essentially manufactured using a fiber composite construction. The rotor blade profile has a profile main body 4 on that in its interior over a in the span and in the profile depth direction of the rotor blade 2 extending hollow chamber 6 features. This hollow chamber 6 is from an upper leaf skin 8th and a lower leaf skin 10 enclosed. In the area of the front face of the rotor blade 2 , ie on the rounded leaf nose area, the profile main body 4 a substantially C-shaped leaf nose element 12 , which in this case is made of unidirectional glass fiber composite. In the leaf nose element 12 is a lead 14 arranged. Due to the additional components of the rotor blade according to the invention described below 2 must the lead 14 have a slightly higher weight than a conventional rotor blade. A rotor blade trailing edge flap 16 (hereinafter briefly flap 16 is) in the area of the hollow chamber 6 can be pivoted on a rear end face, ie here on a rear edge region of the profile main body 6 , fixed. Between the flap 16 and the trailing edge of the profile main body 4 there is a slight gap, which can be sealed, for example, by elastically deformable sealing elements (not shown).

Die Befestigung und schwenkbare Lagerung der Klappe 16 erfolgt mit Hilfe eines in Bezug zur Profildicke des Rotorblattes 2 dünnen und elastisch biegbaren Biegeplattenelements 18 (nachfolgend kurz Flosse 18 genannt) sowie einer an dem Hinterkantenbereich vorgesehenen Klappen-Schwenklagereinrichtung 20. Die Flosse 18 ist aus Faserverbundwerkstoff, z.B. einem Glasfaser-Verbundwerkstoff, hergestellt. Wie in der 1 erkennbar, ist die Flosse 18 in der Hohlkammer 6 angeordnet und auf der Seite der Profilvorderkante an einem mittleren, der Hohlkammer 6 zugewandten Bereich des Blattnasenelementes 12 in einem Schlitz 12a fest verankert. Diese Verankerung bildet einen profilkantennahen, vorderen Befestigungspunkt P1 der Flosse 18. Ausgehend von P1 erstreckt sich die Flosse 18 in einer Neutralstellung (strichpunktierte Linie in 1) im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung von dem Blattnasenbereich zu dem Hinterkantenbereich des Profil-Hauptkörpers 4. Hierbei verläuft die Flosse 18 im Wesentlichen geradlinig durch die Hohlkammer 6 und durch eine Hinterkantenöffnung 4a des Profil-Hauptkörpers 4 und die Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 hindurch zu der Klappe 16 hin und ist fest mit dieser verbunden. Genauer gesagt, erstreckt sich die Flosse 18 in Profiltiefenrichtung in die Klappe 16 hinein und bildet einen wesentlichen Bestandteil derselben. Umgekehrt bildet die Klappe 16 einen hinteren Bereich der Flosse 18.The attachment and swivel mounting of the flap 16 takes place with the help of a in relation to the profile thickness of the rotor blade 2 thin and elastically bendable bending plate element 18 (hereinafter fin for short 18 called) and a flap pivot bearing device provided on the rear edge area 20 , The fin 18 is made of fiber composite material, e.g. a glass fiber composite material. Like in the 1 recognizable is the fin 18 in the hollow chamber 6 arranged and on the side of the profile front edge at a middle, the hollow chamber 6 facing area of the leaf nose element 12 in a slot 12a firmly anchored. This anchorage forms a front fastening point P1 of the fin near the profile edge 18 , The fin extends from P1 18 in a neutral position (dash-dotted line in 1 ) essentially in the profile depth direction from the sheet nose area to the rear edge area of the profile main body 4 , Here the fin runs 18 essentially straight through the hollow chamber 6 and through a trailing edge opening 4a of the profile main body 4 and the flap pivot bearing device 20 through to the flap 16 there and is firmly connected to it. More specifically, the fin stretches 18 in the depth of the profile in the flap 16 into it and forms an integral part of it. Conversely, the flap forms 16 a rear area of the fin 18 ,

Die zwischen dem vorderen Befestigungspunkt P1 und der Schwenklagereinrichtung 20 (hier: Befestigungspunkt P2; siehe unten) gemessene freie Biegelänge der Flosse 18 liegt im Neutralzustand in einem Bereich von ca. _ bis _ % der Profiltiefe des Rotorblattes 2 /des Profil-Hauptkörpers 4. Die Gesamttiefe der Flosse 18 wird primär von der verfügbaren Profiltiefe des Profil-Hauptkörpers 4 und der Klappe 16 bestimmt. Die Breite der Flosse 18 in Spannweitenrichtung des Rotorblattes 2 entspricht vorzugsweise im Wesentlichen der Spannweite der Klappe 16. Die Dicke der Flosse 18 liegt je nach Werkstoff und Profilabmessung vorzugsweise in einem Bereich von ca. 1 bis 10 %, insbesondere 3 bis 5% der Profildicke des Rotorblattes 2. Im vorliegenden Fall beträgt Sie ca. 2,5%. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Flosse 18 als ein einzelnes, durchgehendes Plattenelement ohne Durchgangsöffnungen ausgestaltet.The between the front attachment point P1 and the pivot bearing device 20 (here: attachment point P2; see below) measured free bending length of the fin 18 is in the neutral state in a range of approx. _ to _% of the profile depth of the rotor blade 2 / of the profile main body 4 , The total depth of the fin 18 is primarily based on the available profile depth of the profile main body 4 and the mouth 16 certainly. The width of the fin 18 in the span direction of the rotor blade 2 preferably corresponds essentially to the span of the flap 16 , The thickness of the fin 18 Depending on the material and profile dimensions, it is preferably in a range of approximately 1 to 10%, in particular 3 to 5%, of the profile thickness of the rotor blade 2 , In the present case it is approximately 2.5%. In this embodiment, the fin is 18 designed as a single, continuous plate element without through openings.

Im Bereich der an der Hinterkante des Profil-Hauptkörpers 4 angeordneten Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 ist die Flosse 18 und damit auch die Klappe 16 gelenkig eingespannt. Diese Einspannung (die einen hinteren Befestigungs- oder Aufhängepunkt P2 darstellt) ist so ausgeführt, dass sie die Flosse 18 in Profiltiefenrichtung elastisch weich (bzw. geringfügig in Profiltiefenrichtung verschiebbar) und in Profildickenrichtung elastisch steif (bzw. in Profildickenrichtung im Wesentlichen unverschiebbar) einspannt. Die gelenkige Einspannung gewährleistet, dass die Klappe 16 um eine parallel zur Hinterkante verlaufende Schwenkachse A nach oben oder unten schwenken kann.In the area of the rear edge of the profile main body 4 arranged flap pivot bearing device 20 is the fin 18 and with it also the flap 16 articulated. This clamping (which represents a rear attachment or suspension point P2) is designed so that it is the fin 18 clamped elastically soft in the depth direction (or slightly displaceable in the depth direction) and elastically stiff in the thickness direction (or essentially immovable in the thickness direction). The articulated clamping ensures that the flap 16 can pivot up or down about a pivot axis A running parallel to the rear edge.

Die elastisch weiche und elastisch steife Einspannung wird in diesem Ausgestaltungsbeispiel durch zwei liegende, U-förmige Federelemente 22 realisiert, die in der 2, welche eine vergrößerte Ansicht des Bereichs X in 1 zeigt, nochmals genauer erkennbar sind. Die U-förmigen Federelemente 22 sind fest in der Hinterkantenöffnung 4a fixiert und liegen mit einem Schenkel jeweils federnd auf der Ober- und Unterseite der Flosse 18 auf. Dieser eine Schenkel ist jeweils fest mit der Flosse 18 verbunden. Die offene Seite der U-förmigen Federelemente 22 weist zur Hohlkammer 6 hin. Die elastischen Eigenschaften dieser Federelemente 22, d.h. deren Weichheit bzw. Steifigkeit in zwei unterschiedlichen Richtungen, lassen sich u.a. durch den Federwerkstoff, die Federgeometrie, die Federabmessungen und die Anordnung der Federelemente 22 in Bezug zur Flosse 18 vorbestimmen.The elastically soft and elastically stiff clamping is in this embodiment example by two lying, U-shaped spring elements 22 realized in the 2 which is an enlarged view of the area X in 1 shows can be recognized more precisely. The U-shaped spring elements 22 are firmly in the trailing edge opening 4a fixed and are resilient with one leg on the top and bottom of the fin 18 on. This one leg is fixed to the fin 18 connected. The open side of the U-shaped spring elements 22 points to the hollow chamber 6 out. The elastic properties of these spring elements 22 , ie their softness or rigidity in two different directions, can be determined, inter alia, by the spring material, the spring geometry, the spring dimensions and the arrangement of the spring elements 22 in relation to the fin 18 predetermine.

Die Federelemente 22 bilden in Zusammenwirkung mit der Flosse 18 gleichzeitig ein virtuelles Schwenkgelenk mit der Schwenk- bzw. Gelenkachse A für die Flosse 18 und die Klappe 16. Dieses virtuelle Gelenk verfügt über keine drehenden Teile, wie z.B. ein Wälzlager oder eine Augen-Zapfen-Verbindung, und kann analog zur Hubschrauberfachterminologie als „lagerloses" Gelenk bezeichnet werden. In Profiltiefenrichtung fungieren die Federelemente 22 gewissermaßen als eine Art Loslager, welches eine geringfügige Verschiebung der Flosse 18 in Profiltiefenrichtung zulässt, während die Fixierung der Flosse 18 am vorderen Befestigungspunkt P1 gewissermaßen ein Festlager darstellt. Die U-förmigen Federelemente 22 sind aus Faserverbundwerkstoff gefertigt, wobei die Erfindung jedoch nicht auf dieses Material eingeschränkt ist. Grundsätzlich könnten z.B. auch Elastomere oder geeignete Metallwerkstoffe verwendet werden, wobei letztere jedoch ein höheres Gewicht als Faserverbundwerkstoff besitzen.The spring elements 22 form in cooperation with the fin 18 at the same time a virtual swivel joint with the swivel or joint axis A for the fin 18 and the mouth 16 , This virtual joint does not have any rotating parts, such as a roller bearing or an eye-pin connection, and can be called a "bearingless" joint analogous to the helicopter terminology. The spring elements function in the depth direction of the profile 22 to some extent as a kind of floating bearing, which has a slight displacement of the fin 18 in the depth direction of the profile while fixing the fin 18 at the front attachment point P1 represents a fixed bearing. The U-shaped spring elements 22 are made of fiber composite material, but the invention is not limited to this material. In principle, for example, elastomers or suitable metal materials could also be used, the latter, however, having a higher weight than fiber composite material.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt 2 verfügt des Weiteren über eine ansteuerbare Aktuatoreinrichtung, die im vorliegenden Fall mit beiden Plattenfläche der Flosse 18 verbunden ist und bei Betätigung die Flosse 18 im Wesentlichen in Profildickenrichtung zwischen dem vorderen Befestigungspunkt P1 und der Klappen-Schwenklagereinrichtung (hier: dem hinteren Befestigungspunkt P2 kurvenförmig, elastisch verbiegt (siehe durchgehende und gestrichelte Linie in 1) und dadurch einen Klappenausschlag der Klappe 16 um die Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 bzw. deren virtuelle Achse A induziert.The rotor blade according to the invention 2 also has a controllable actuator device, which in the present case with both plate surfaces of the fin 18 is connected and when actuated the fin 18 essentially in the profile thickness direction between the front attachment point P1 and the flap pivot bearing device (here: the rear attachment point P2 curved, elastically bent (see continuous and dashed line in 1 ) and thereby a flap deflection of the flap 16 around the flap pivot bearing device 20 or their virtual axis A induced.

Die Aktuatoreinrichtung umfasst dünne, flächige, plattenförmige Piezoaktuatoren 24, die auf der oberen und unteren Plattenfläche der Flosse 18 angeordnet und durch Verkleben oder eine andere geeignete Befestigungsmethode mit dieser verbunden sind. Wie in der 1 gut erkennbar, sind Piezoaktuatoren 24 zusätzlich auch auf der Ober- und Unterseite der Klappe 16 angeordnet, nämlich auf dem hinteren Abschnitt der Flosse 18, der einen Teil der Klappe 16 bildet. Die Piezoaktuatoren 24 besitzen dünne, piezokeramische Schichten, die sich in Abhängigkeit einer angelegten elektrischen Spannung (positiv oder negativ) zusammenziehen oder ausdehnen. Die Dicke der Piezoaktuatoren 24 trägt nur geringfügig auf die Flosse 18 auf, so dass die Gesamtdicke der aus der Flosse 18 und den Piezoaktuatoren 24 gebildeten Einheit weiterhin dünn in Bezug zu der Profildicke des Rotorblattes 2 ist (vgl. auch die schematische Darstellung in 1).The actuator device comprises thin, flat, plate-shaped piezo actuators 24 that are on the upper and lower plate surface of the fin 18 arranged and connected to it by gluing or another suitable fastening method. Like in the 1 Piezo actuators are clearly visible 24 also on the top and bottom of the flap 16 arranged, namely on the rear portion of the fin 18 that part of the flap 16 forms. The piezo actuators 24 have thin, piezoceramic layers that contract or expand depending on an applied electrical voltage (positive or negative). The thickness of the piezo actuators 24 only slightly on the fin 18 on so the total thickness of the from the fin 18 and the piezo actuators 24 formed unit continues to be thin in relation to the profile thickness of the rotor blade 2 is (see also the schematic representation in 1 ).

Die Piezoaktuatoren 24 sind mit einer nicht gezeigten Kontrolleinrichtung gekoppelt, welche die Betätigung der Aktuatoreinrichtung zur Erzeugung eines Klappenausschlags kontrolliert, d.h. z.B. steuert bzw. regelt. Zu diesem Zweck liefert die Kontrolleinrichtung jeweils entsprechende Steuerspannungen an die Piezoaktuatoren 24. Zur Induzierung einer Klappenbewegung werden die Piezoaktuatoren 24 auf der Ober- und Unterseite der Flosse 18 zumeist gegenläufig angesteuert bzw. erhalten eine Steuerspannung mit unterschiedlichem Vorzeichen. Somit führen die Piezoaktuatoren 24 an der Ober- und Unterseite entgegengesetzte Längenänderungen bzw. Dehnungen in Profiltiefenrichtung der Flosse 18 aus. Dadurch wird die Flosse 18 in Profildickenrichtung nach oben (durchgehende Linie in 1) oder nach unten (gestrichelte Linie in 1) elastisch verbogen bzw. führt im Takt der Ansteuerung der Piezoaktuatoren 24 eine entsprechende Biegeschwingung aus. Dies bedingt, dass der hintere Teil der Flosse 18 um die Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 bzw. die Achse A schwenkt, wodurch ein Klappenausschlag entsteht. Dieser Effekt wird durch die im Klappenbereich angeordneten zusätzlichen Piezoaktuatoren 24 entsprechend unterstützt.The piezo actuators 24 are coupled to a control device, not shown, which controls the actuation of the actuator device to generate a flap deflection, ie controls it, for example or regulates. For this purpose, the control device delivers corresponding control voltages to the piezo actuators 24 , The piezo actuators are used to induce a flap movement 24 on the top and bottom of the fin 18 mostly controlled in opposite directions or receive a control voltage with a different sign. The piezo actuators thus guide 24 opposite length changes or strains in the depth direction of the fin on the top and bottom 18 out. This will make the fin 18 in the profile thickness direction upwards (solid line in 1 ) or down (dashed line in 1 ) elastically bent or leads in time with the actuation of the piezo actuators 24 a corresponding bending vibration. This means that the rear part of the fin 18 around the flap pivot bearing device 20 or axis A swivels, causing a flap deflection. This effect is achieved by the additional piezo actuators arranged in the flap area 24 supported accordingly.

Die von der Kontrolleinrichtung zu liefernden Ansteuerungssignale sind nahezu beliebig wählbar und variierbar, was auch sehr hochfrequente Klappenausschläge ermöglicht. Durch das Ladungsverhalten der Piezoaktuatoren 24 lässt sich der Zustand der Kontrolleinrichtung automatisch überwachen.The control signals to be supplied by the control device can be selected and varied almost as desired, which also enables very high-frequency flap deflections. Due to the charge behavior of the piezo actuators 24 the status of the control device can be monitored automatically.

Infolge der Einspannungsverhältnisse der Flosse 18 sowie der Art und Weise der Ansteuerung der Piezoaktuatoren 24 besitzt die Flosse 18 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine S-förmige Biegekurve, wie in 1 deutlich zu erkennen ist. Werden die Piezoaktuatoren 24 an der Ober- und Unterseite der Flosse 18 z.B. durch eine sinusförmige Steuerfrequenz mit entgegengesetzten Vorzeichen angesteuert, führt dies zu einem entsprechenden, sinusförmigen Ausschlag der Klappe 16. Die Größe des Klappenausschlags kann sowohl durch die Größe der jeweiligen Steuerspannung als auch durch die lokale Änderung des Vorzeichens der von einem jeweiligen Piezoaktuator 24 bewirkten Längenänderung an einer jeweiligen Flossenseite (Ober- oder Unterseite) beeinflusst werden. Hierbei müssen nicht zwingender Weise alle Piezoaktuatoren 24 einer jeweiligen Flossenseite eine Steuerspannung mit gleichem Vorzeichen besitzen. Vielmehr können die Piezoaktuatoren 24 einer jeweiligen Flossenseite über die Profiltiefenrichtung hinweg auch mit unterschiedlichen Vorzeichen angesteuert werden, wie dies in 1 durch +/– Zeichen angedeutet ist (beachte insbesondere die dem Blattnasenelement 12 benachbarten Piezoaktuatoren 24). Durch diese Ansteuerungsweise lässt sich auch die Biegekurve (hier: S-förmig) der Flosse 18 gezielt beeinflussen.Due to the tension of the fin 18 and the way in which the piezo actuators are controlled 24 owns the fin 18 in the present embodiment, an S-shaped bending curve, as in 1 is clearly recognizable. Will the piezo actuators 24 on the top and bottom of the fin 18 For example, controlled by a sinusoidal control frequency with opposite signs, this leads to a corresponding, sinusoidal deflection of the flap 16 , The size of the flap deflection can be determined both by the size of the respective control voltage and by the local change in the sign of that of a respective piezo actuator 24 caused change in length on a respective fin side (top or bottom). Here, all piezo actuators do not necessarily have to 24 have a control voltage with the same sign on each fin side. Rather, the piezo actuators 24 of a respective fin side can also be controlled with different signs across the profile depth direction, as shown in 1 is indicated by +/- signs (note in particular that of the leaf nose element 12 neighboring piezo actuators 24 ). This control mode also enables the fin's bending curve (here: S-shaped) 18 influence specifically.

Insbesondere kann auf diese Weise die Lage der Wendepunkte W1 und W2 der S-förmigen Biegekurve der Flosse 18 manipuliert werden. Dies ist in 3 verdeutlicht, die eine schematische, vereinfachte Querschnittsansicht des Rotorblattes 2 von 1 zur Darstellung dieses Verformungsverhaltens der Flosse 18 zeigt. Bei einem großen Klappenausschlag (durchgehende Linie) befindet sich in diesem Fall der vordere Wendepunkt W1 näher an der Blattnase bzw. Profilvorderkante, während der hintere Wendepunkt W2 näher an der Profilhinterkante liegt. Bei einem kleineren Klappenausschlag (gestrichelte Linie) hingegen liegt der vordere Wendepunkt W1' etwas weiter von der Blattnase entfernt, während der hintere Wendepunkt verschwindet und nur ein Sattelpunkt S vorhanden ist. Man kann also sagen, dass sich die Größe des Klappenausschlags auch durch eine Variation der Wendepunkte der Biegekurve der Flosse 18 vorbestimmen lässt. Das zuvor genannte Verhalten der Wendepunkte der Biegekurve bezieht sich auf das vorliegende konkrete Ausführungsbeispiel. Je nach Ausgestaltungs- und Anordnungsweise der Flosse 18, ihrer jeweils resultierenden Biegekurve sowie der Anordnung und Ansteuerung der Piezoaktuatoren 24 kann natürlich auch ein anderes, für den genannten Zweck geeignetes Verhalten der Wendepunkte erzielt werden.In particular, the position of the turning points W1 and W2 of the S-shaped bending curve of the fin can in this way 18 be manipulated. This is in 3 which illustrates a schematic, simplified cross-sectional view of the rotor blade 2 of 1 to represent this deformation behavior of the fin 18 shows. In this case, with a large flap deflection (continuous line), the front turning point W1 is closer to the leaf nose or profile leading edge, while the rear turning point W2 is closer to the profile trailing edge. With a smaller flap deflection (dashed line), however, the front turning point W1 'is a little further away from the leaf nose, while the rear turning point disappears and only one saddle point S is present. So you can say that the size of the flap deflection is also due to a variation of the turning points of the bending curve of the fin 18 can be predetermined. The aforementioned behavior of the inflection points of the bending curve relates to the present specific exemplary embodiment. Depending on the design and arrangement of the fin 18 , their respective resulting bending curve and the arrangement and control of the piezo actuators 24 a different behavior of the turning points that is suitable for the stated purpose can of course also be achieved.

Es ist zu beachten, dass bei der zuvor beschriebenen Bewegung der Flosse 18 und der Klappe 16 der hintere Befestigungspunkt P2 im Takt der Steuerfrequenz leicht in Profiltiefenrichtung nach vorne oder hinten wandern wird (der vordere Befestigungspunkt P1 ist, wie bereits erwähnt, fest). Dies ist der Grund, warum es erforderlich ist, die Lagerung der Flosse 18 in Profiltiefenrichtung elastisch weich auszubilden, denn sie muss die durch die Verschiebung auftretenden geringfügigen Längenänderungen kompensieren können. Die bereits erwähnte, in Profildickenrichtung elastisch steife Einspannung der Flosse 18 wiederum gewährleistet, dass sich die Lage der Klappen-Schwenkachse A in Profildickenrichtung nicht wesentlich verändert und dadurch unerwünschte Klappenamplitudenverluste entstehen.It should be noted that in the previously described movement of the fin 18 and the mouth 16 the rear attachment point P2 will move slightly forwards or backwards in the depth of the tread at the control frequency (as already mentioned, the front attachment point P1 is fixed). This is the reason why it is necessary to store the fin 18 to be elastically soft in the depth direction of the profile, because it must be able to compensate for the slight changes in length caused by the displacement. The already mentioned clamping of the fin, which is elastically rigid in the direction of the profile thickness 18 in turn ensures that the position of the flap pivot axis A does not change significantly in the direction of the profile thickness and this results in undesired flap amplitude losses.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt 2 wird in den Rotor eines Hubschraubers eingebaut. Dieser Rotor kann ein- oder mehrblättrig ausgestaltet sein.The rotor blade according to the invention 2 is built into the rotor of a helicopter. This rotor can be configured with one or more blades.

4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer zweiten Variante der Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 des erfindungsgemäßen Rotorblattes. Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach 2 besitzt die Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 zwei U-förmige Federelemente 22, jedoch weist im vorliegenden Fall die offene Seite der U-förmigen Federelemente 22 zur Profilhinterkante bzw. zur Klappe. 4 shows an enlarged detail view of a second variant of the flap pivot bearing device 20 of the rotor blade according to the invention. Similar to the embodiment of FIG 2 has the flap pivot bearing device 20 two U-shaped spring elements 22 , however, in the present case faces the open side of the U-shaped spring elements 22 to the trailing edge of the profile or to the flap.

In der 5 ist eine vergrößerte Detailansicht einer dritten Variante der Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 dargestellt, welche meanderförmige Federelemente 26 verwendet.In the 5 is an enlarged detail view of a third variant of the flap pivot bearing device 20 shown which meandering spring elements 26 used.

Bei der in 6 in einer vergrößerte Detailansicht gezeigten vierten Variante der Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 sind in einem Bereich kurz vor der Hinterkantenöffnung 4a zwei einander gegenüberliegende, ortsfeste, abgerundete Lagerkörper 28 angeordnet, die zwischen sich eine freie Durchgangspassage 28a begrenzen. Die Flosse 18 erstreckt sich durch diese Durchgangspassage 28a hindurch zur Hinterkantenöffnung 4a. Die zwei Lagerkörper 28 spannen die Flosse 18 in Profildickenrichtung im Wesentlichen steif ein und bilden zusammen ein ortsfestes Schwenklager mit der Schwenkachse A für die Flosse 18 und damit die Klappe 16. Ausgehend von zwei gegenüberliegenden Seiten der Hinterkantenöffnung 4a erstrecken sich zwei langgestreckte Federelemente 30 in Profiltiefenrichtung schräg zu einem den Lagerkörpern 28 benachbarten Bereich der Flosse 18 und sind dort mit dieser verbunden. Die langgestreckten Federelemente 30 stellen in Zusammenwirkung mit der freien Durchgangspassage 28a die in Profiltiefenrichtung elastisch weiche bzw. verschiebliche Einspannung der Flosse 18 dar.At the in 6 fourth variant of the flap pivot bearing device shown in an enlarged detail view 20 are in an area just before the rear edge opening 4a two opposite, fixed, rounded bearing bodies 28 arranged between them a free passage 28a limit. The fin 18 extends through this passage 28a through to the trailing edge opening 4a , The two bearing bodies 28 stretch the fin 18 Essentially stiff in the profile thickness direction and together form a fixed pivot bearing with the pivot axis A for the fin 18 and with it the mouth 16 , Starting from two opposite sides of the trailing edge opening 4a extend two elongated spring elements 30 in the profile depth direction at an angle to one of the bearing bodies 28 adjacent area of the fin 18 and are connected to it there. The elongated spring elements 30 in cooperation with the free passage 28a the fin is elastically soft or slidable in the depth direction 18 represents.

7 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer fünften Variante der Klappen-Schwenklagereinrichtung 20. Anstelle der zuvor beschriebenen Federelemente und Lagerkörper ist die Flosse 18 am hinteren Befestigungspunkt P2 mit Hilfe von zwei Pendelgelenkkörpern 32 fixiert. Jeder Pendelgelenkkörper 32 besitzt zwei Gelenkachsen G1, G2. Bei dem oberen Pendelgelenkkörper 32 greift die eine Gelenkachse G1 an der oberen Profilhaut 8 des Rotorblattes und die andere G2 an der Oberseite der Flosse 18 an. Bei dem unteren Pendelgelenkkörper 32 greift die eine Gelenkachse G1 an der unteren Profilhaut 10 des Rotorblattes 2 und die andere G2 an der Unterseite der Flosse 18 an. Verschiebt sich bei einer Verbiegung der Flosse 18 aufgrund der weiter oben beschriebenen Effekte die Lage des Befestigungspunktes P2 in Profiltiefenrichtung, so schwenken die Pendelgelenkkörper 32 geringfügig in Profiltiefenrichtung nach innen oder außen mit und gestatten einen Längenausgleich. Hierbei wird die obere und untere Profilhaut 8, 10 geringfügig in Profildickenrichtung zusammengezogen bzw. wieder auseinandergedrückt. Gleichzeitig bilden die flossenseitigen Gelenkachsen G2 der Pendelgelenkkörper 32 die Schwenkachse für die Flosse 18 und damit die Klappe 16. 7 shows an enlarged detail view of a fifth variant of the flap pivot bearing device 20 , Instead of the spring elements and bearing body described above is the fin 18 at the rear attachment point P2 with the help of two pendulum joint bodies 32 fixed. Every pendulum joint body 32 has two hinge axes G1, G2. With the upper pendulum joint body 32 grips one joint axis G1 on the upper profiled skin 8th of the rotor blade and the other G2 on the top of the fin 18 on. With the lower pendulum joint body 32 grips one joint axis G1 on the lower profiled skin 10 of the rotor blade 2 and the other G2 at the bottom of the fin 18 on. Moves when the fin bends 18 due to the effects described above, the position of the attachment point P2 in the profile depth direction, the pendulum joint body pivot 32 slightly inwards or outwards in the profile depth direction and allow for length compensation. Here the upper and lower profiled skin 8th . 10 slightly contracted in the thickness direction or pushed apart again. At the same time, the fin-side joint axes G2 form the pendulum joint body 32 the pivot axis for the fin 18 and with it the mouth 16 ,

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen. Im Rahmen des Schutzumfangs kann das erfindungsgemäße Rotorblatt vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Obwohl die erfindungsgemäße Lösung oben in Zusammenhang mit einer Hinterkantenklappe beschrieben wurde, ist sie, wie schon erwähnt, gleichermaßen für eine Nasenklappe eines Rotorblattes realisierbar. Darüber hinaus ist im Sinne der Erfindung eine Variante denkbar, bei der das gesamte Rotorblattprofil mittels des innenliegenden Biegeplattenelementes und dessen entsprechender Aktuatorik in sich verwölbt wird, wobei sowohl Nasen- als auch Hinterklappenfunktionen ausführbar sind. Bereiche der Hohlkammer, welche nicht die Flosse bzw. das Biegeplattenelement aufnehmen, können z.B. ausgeschäumt oder mit einem anderen Zwischenlage-Material, wie z.B. einer Wabenstruktur, teilweise oder vollständig ausgefüllt sein. Obwohl in dem obigen Beispielen die Piezoaktuatoren auf beiden Plattenflächen der Flosse bzw. des Biegeplattenelements vorgesehen waren, kann es in bestimmten Anwendungsfällen sinnvoll sein , die Aktuatoren nur an einer Plattenfläche anzuordnen.The invention is not based on the above embodiments limited, which is only the general explanation of the core idea of the Serve invention. Within the scope of protection, the rotor blade according to the invention can rather, other configurations than those specifically described above accept. Although the solution according to the invention in connection with above a trailing edge flap has been described, it is, as already mentioned, equally for a nose flap of a rotor blade can be realized. In addition, in the sense of Invention a variant conceivable in which the entire rotor blade profile by means of the inner bending plate element and its corresponding actuator system warped in itself is, whereby both nose and rear flap functions can be performed. areas the hollow chamber, which is not the fin or the bending plate element can record e.g. foamed or with another liner material such as a honeycomb structure, partially or completely filled out his. Although in the above examples the piezo actuators on both plate surfaces the fin or the bending plate element were provided, can it in certain use cases it makes sense to arrange the actuators only on one plate surface.

Anders als bei der in den 1 bis 7 gezeigten Befestigungsweise ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der die Klappen-Schwenklagereinrichtung 20 die Flosse 18 bzw. das Biegeplattenelement zwar gelenkig aber in Profiltiefenrichtung fest einspannt und eine Längenausgleichseinrichtung am vorderen Befestigungspunkt P1 vorgesehen ist. Ferner umfasst die Erfindung eine Variante, bei welcher eine konstante Strecke P1–P2 vorgegeben ist, die sich auch bei einer Biegung der Flosse 18 nicht verändert. Hierbei muss eine Flosse 18 verwendet werden, die im Neutralzustand bereits kurvenförmig zwischen den fixen Punkten P1 und P2 vorgebogen bzw. vorgespannt ist. Bei einer Betätigung der Aktuatoreinrichtung kann die Flosse 18 dann zwischen einem in Profildickenrichtung nach oben und nach unten gebogenen Zustand flip-flop-artig hin und her springen. Diese Ausgestaltungs- und Ansteuerungsweise eignet sich besonders für Rotorblattklappen, die vorzugsweise nur zwischen zwei fest vorgegebenen Klappenpositionen (z.B. voll nach oben und voll nach unten) hin und her bewegt werden.Unlike the one in the 1 to 7 An embodiment is also possible in which the flap pivot bearing device is shown 20 the fin 18 or the bending plate element is articulated but firmly clamped in the profile depth direction and a length compensation device is provided at the front fastening point P1. Furthermore, the invention comprises a variant in which a constant distance P1-P2 is specified, which also changes when the fin bends 18 not changed. Here you need a fin 18 can be used, which is pre-bent or pre-tensioned in a curve between the fixed points P1 and P2 in the neutral state. When the actuator device is actuated, the fin can 18 then jump back and forth in a flip-flop-like manner between a state bent upwards and downwards in the profile thickness direction. This configuration and control method is particularly suitable for rotor blade flaps, which are preferably only moved back and forth between two fixed flap positions (for example fully up and fully down).

Obwohl die Flosse bzw. das Biegeplattenelement im obigen Beispiel aus einem Glasfaser-Verbundwerkstoff hergestellt wurde, sind auch andere Faserverbundwerkstoffe, z.B. mit Fasern aus Kohlenstoff oder Aramid, oder entsprechende Mischformen denkbar.Although the fin or the bending plate element in the example above made of a glass fiber composite other fiber composite materials, e.g. with fibers made of carbon or aramid, or appropriate mixed forms conceivable.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.Reference signs in the claims, the The description and the drawings serve only for a better understanding of the Invention and are not intended to limit the scope.

22
Rotorblattrotor blade
44
Profil-HauptkörperProfile main body
4a4a
Hinterkantenöffnung von 4 Trailing edge opening from 4
66
Hohlkammer von 4 Hollow chamber of 4
88th
Obere BlatthautUpper sheet skin
1010
Untere BlatthautLower sheet skin
1212
BlattnasenelementVesper element
12a12a
Schlitzslot
1414
Nasenbleinose lead
1616
RotorblattklappeRotor blade flap
1818
Flosse / Biegeplattenelementfin / Bending plate element
2020
Klappen-SchwenklagereinrichtungFlap swivel bearing means
2222
U-förmige FederelementeU-shaped spring elements
2424
Plattenförmige PiezoaktuatorenPlate-shaped piezo actuators
2626
Meanderförmige FederelementeMeandering spring elements
2828
Lagerkörperbearing body
28a28a
DurchgangspassageThrough passage
3030
Langgestreckte Federelementeelongated spring elements
3232
PendelgelenkkörperPendulum joint body
AA
Schwenkachse für 16, 18 Swivel axis for 16 . 18
G1G1
Erste Gelenkachse von 32 First hinge axis from 32
G2G2
Zweite Gelenkachse von 32 Second hinge axis from 32
P1P1
Vorderer Befestigungspunkt von 18 Front attachment point of 18
P2P2
Hinterer Befestigungspunkt von 18 Rear attachment point of 18
SS
Sattelpunktsaddle point
W1, W1'W1, W1 '
Vorderer Wendepunktfront turning point
W2'W2 '
Hinterer Wendepunktrear turning point
XX
Detailbereichdetail section

Claims (13)

Rotorblatt (2), insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, umfassend: – ein aerodynamisch wirksames Rotorblattprofil mit einem Profil-Hauptkörper (4), der in seinem Innenraum über mindestens eine sich in Spannweiten- und in Profiltiefenrichtung erstreckende Hohlkammer (6) verfügt; – eine Rotorblattklappe (16), die im Bereich der Hohlkammer (6) schwenkbar an einer Stirnseite (4a) des Profil-Hauptkörpers (4) befestigt ist; – ein in der Hohlkammer (6) angeordnetes, in Bezug zur Profildicke des Rotorblattes (2) dünnes, elastisch biegbares Biegeplattenelement (18), welches sich ausgehend von einem profilkantennahen Befestigungspunkt (P1) im Wesentlichen in Profiltiefenrichtung durch die Hohlkammer (6) und durch eine Stirnseitenöffnung (4a) des Profil-Hauptkörpers (4) und eine im Bereich dieser Stirnseitenöffnung (4a) angeordnete Klappen-Schwenklagereinrichtung (20) hindurch zu der Rotorblattklappe (16) erstreckt und fest mit dieser verbunden ist; und – eine ansteuerbare Aktuatoreinrichtung (24), die mit mindestens einer Plattenfläche des Biegeplattenelements (18) verbunden ist und bei Betätigung das Biegeplattenelement (18) im Wesentlichen in Profildickenrichtung zwischen dem Befestigungspunkt (P1) und der Klappen-Schwenklagereinrichtung (20; P2) kurvenförmig, elastisch verbiegt und dadurch einen Klappenausschlag der Rotorblattklappe (16) um eine Schwenkachse (A) der Schwenklagereinrichtung (20) induziert.Rotor blade ( 2 ), in particular for a rotary wing aircraft, comprising: - an aerodynamically effective rotor blade profile with a profile main body ( 4 ), which in its interior has at least one hollow chamber extending in the span and depth directions ( 6 ) has; - a rotor blade flap ( 16 ) in the area of the hollow chamber ( 6 ) swiveling on one end face ( 4a ) of the profile main body ( 4 ) is attached; - one in the hollow chamber ( 6 ) arranged in relation to the profile thickness of the rotor blade ( 2 ) thin, elastically bendable bending plate element ( 18 ), which, starting from a fastening point (P1) close to the profile edge, extends essentially in the profile depth direction through the hollow chamber ( 6 ) and through a front opening ( 4a ) of the profile main body ( 4 ) and one in the area of this front opening ( 4a ) arranged flap pivot bearing device ( 20 ) through to the rotor blade flap ( 16 ) extends and is firmly connected to it; and - a controllable actuator device ( 24 ) with at least one plate surface of the bending plate element ( 18 ) is connected and when actuated the bending plate element ( 18 ) essentially in the profile thickness direction between the fastening point (P1) and the flap pivot bearing device ( 20 ; P2) curved, elastically bent and thereby a flap deflection of the rotor blade flap ( 16 ) around a pivot axis (A) of the pivot bearing device ( 20 ) induced. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Biegeplattenelementes (18) in Spannweitenrichtung des Rotorblattes (2) im Wesentlichen der Spannweite der Hinterkantenklappe (16) entspricht.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the width of the bending plate element ( 18 ) in the span direction of the rotor blade ( 2 ) essentially the span of the trailing edge flap ( 16 ) corresponds. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Biegeplattenelementes (18) in einem Bereich von 1 bis 10 %, insbesondere 3 bis 5%, der Profildicke des Rotorblattes (2) liegt.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the thickness of the bending plate element ( 18 ) in a range from 1 to 10%, in particular 3 to 5%, of the profile thickness of the rotor blade ( 2 ) lies. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem profilkantennahen Befestigungspunkt (P1) und der Klappen-Schwenklagereinrichtung (20; P2) gemessene freie Biegelänge (P1–P2) des Biegeplattenelementes (18) in einem Bereich von % bis % der Profiltiefe des Rotorblattes (2)/des Profil-Hauptkörpers (4) liegt.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that between the fastening point (P1) near the profile edge and the flap pivot bearing device ( 20 ; P2) measured free bending length (P1 – P2) of the bending plate element ( 18 ) in a range from% to% of the profile depth of the rotor blade ( 2 ) / of the profile main body ( 4 ) lies. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Biegeplattenelement (18) in einem Neutralzustand im Wesentlichen geradlinig zwischen dem profilkantennahen Befestigungspunkt (P1) und der Schwenklagereinrichtung (20; P2) erstreckt.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bending plate element ( 18 ) in a neutral state essentially in a straight line between the fastening point (P1) near the profile edge and the pivot bearing device ( 20 ; P2) extends. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeplattenelement (18) im Neutralzustand kurvenförmig zwischen dem profilkantennahen Befestigungspunkt (P1) und der Schwenklagereinrichtung (20; P2) vorgespannt bzw. vorgebogen ist.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bending plate element ( 18 ) in the neutral state in a curve between the fastening point (P1) near the profile edge and the swivel bearing device ( 20 ; P2) is prestressed or pre-bent. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeplattenelement (18) aus Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bending plate element ( 18 ) is made of fiber composite material. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Biegeplattenelement (18) in Profiltiefenrichtung in die Rotorblattklappe (16) hinein erstreckt und einen wesentlichen Bestandteil derselben bildet.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bending plate element ( 18 ) in the profile depth direction in the rotor blade flap ( 16 ) extends into it and forms an integral part of it. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung flächige, plattenförmige Piezoaktuatoren (24) umfasst, die auf der oberen und/oder unteren Plattenfläche des Biegeplattenelementes (18) angeordnet und mit diesem verbunden sind.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the actuator device has flat, plate-shaped piezo actuators ( 24 ) which, on the upper and / or lower plate surface of the bending plate element ( 18 ) are arranged and connected to it. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass plattenförmige Piezoaktuatoren (24) zusätzlich auf der Ober- und/oder Unterseite der Rotorblattklappe (16; 18) angeordnet und mit dieser verbunden sind.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that plate-shaped piezo actuators ( 24 ) additionally on the top and / or bottom of the rotor blade flap ( 16 ; 18 ) are arranged and connected to it. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen-Schwenklagereinrichtung (20; 22; 26; 28; 32) das Biegeplattenelement (18) gelenkig (A) und in Profiltiefenrichtung elastisch weich bzw. geringfügig in Profiltiefenrichtung verschiebbar und in Profildickenrichtung elastisch steif einspannt.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the flap pivot bearing device ( 20 ; 22 ; 26 ; 28 ; 32 ) the bending plate element ( 18 ) articulated (A) and elastically soft in the profile depth direction or slightly displaceable in the profile depth direction and clamped elastically stiff in the profile thickness direction. Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen-Schwenklagereinrichtung (20) das Biegeplattenelement (18) gelenkig und in Profiltiefenrichtung fest einspannt.Rotor blade ( 2 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the flap pivot bearing device ( 20 ) the bending plate element ( 18 ) articulated and firmly clamped in the depth direction. Drehflügelflugzeug, insbesondere Hubschrauber, umfassend wenigstens einen Rotor mit mindestens einem Rotorblatt (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12.Rotary wing aircraft, in particular a helicopter, comprising at least one rotor with at least one rotor blade ( 2 ) according to one or more of claims 1 to 12.
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