DE2228831A1 - Rotorblatt - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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- B64C11/02—Hub construction
- B64C11/04—Blade mountings
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- B64C27/46—Blades
- B64C27/473—Constructional features
- B64C27/48—Root attachment to rotor head
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
United Aircraft Corporation β-5??11^ Bec^er
6830 Bingen-Sponsheim
4OO Main Street Römersir. 10 - TeL 06721/5811
East Hartford, Connecticut 06108
Rotorblatt,
Priorität: U.S.A. Nr. 157.968
Patentanmeldung vom 29.Juni 1971
Patentanmeldung vom 29.Juni 1971
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rotorblatt mit einem Blattholm und einer Vorrichtung zur Verbindung des Blattholmes
mit einer zentralen Rotornabe.
Zum Befestigen eines Rotorblattes an einer Rotornabe wird üblicherweise das Wurzelende des Blattholmes mit einem Blattbeschlag
verschraubt und der Blattbeschlag wird über Stapellager mit der Rotornabe verbunden (siehe z.B. die U.S.' Patentschriften
3.428.132 und 3.369.611). Falls das Blatt oder der Blattholm aus einem Verbundmaterial, wie z.B. Borfasern und Epoxydharz
besteht wird ein metallischer Beschlag mit dem Holm verklebt und der Plansch des Beschlages wird mit der Rotornabe verschraubt«
Dies ist erforderlich, da das Verbundmaterial nicht unmittelbar mit der Nabe oder mit anderen Teilen verschraubt werden kann,
da das Verbundmaterial infolge seiner faserförmigen Beschaffenheit
besonders an den Bolzenlöcher eine geringe Scherfestigkeit aufweist. Dementsprechend kann eineBeschädigung der Klebeverbin .-dung
zwischen dem Blattholm aus Verbundmaterial und dem metallischen
Beschlag sich so schnell fortpflanzen, dass der drohende Blattfehler dem Pilot nicht schnell genug für eine Landung mitgeteilt
werden kann. Alle bekannten Warneinrichtungen bezüglich
R einer HolmbeschSdigung, wie z.B. die BIK Anzeigevorrichtungen
nach den U.S. Patentschriften 3.417.727 und 3.269.186 können
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dem Pilot keine Warnung hinsichtlich des drohenden Kolm-oder
Holir.befestigungsfehlers während dem Flug geben, sondern dienen nur dazu um während der Pachtung zwischen zwei Flügen einen
Blattfehler anzuzeigen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte
Vorrichtung sum Befestigen eines Blattes oder Blattholmes an einer Rotor- oder Propellernabe zu schaffen, welche
insbesondere zum Verblendung bei Blattholmsn aus Verbundmaterial
geeignet sein soll, welche betriebssicher ist, und den Pilot
während dem Fluge im Falle eines drohenden Blatt-oder Holmfehlers
sofort warnt«
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist das Wurzelende
des Verbundholmes mit einer ersten Hülse und einer zweiten koaxial dazu angeordneten Hülse derart verklebt, dass die Blattbelastung
normäerweise durch die. erste Hülse auf die Rotornabe
übertragen wird, fahrend Sie zweite Hülse normalerweise unbelastet
ist, und von der Zentrifugalkraft nur im Falle einer Zerstörung der Klebeverbindung zwischen der ersten Hülse und dem Holm
belastet wird« Falls die zweite Hülse belastet wird, erfolgt durch eine radiale Bewegung des Holmes mit der zweiten Hülse ein
Zusammendrücken einer zerbrechlichen Scheibe mit kleinem Elastizitätsmodul und durch diese radial nach aussen gerichtete Bewegung
des Blattes oder des Holms? wird während dem Flug eine Schwingung von 1/y erzielt und sorait erhält der Pilot eine augenblickliche
Warnung beim Auftreten eines Blattfehlers,,
Falls die Klebeverbindung zwischen dent Verbundholm und der
ersten Hülse zerstört ist, so v?isä der Vsrbundholm dennoch durch
die einen, erweiterten Querschnitt oäev eine konische Form aufweisende
erste Hülse zurückgehalten und wird dabei infolge der
am Blattholm angreifenden Zentrifugalkraft in die erste Hülse
hineingepresst und die Elattbslastung wird nun über die zweite
Hülse, welche sich κit dam Blattholz na^h aussen bewegt ,hat auf
die Nabe übertragen*
•AusiiCfhrimgsbeispiele der Erfliidiißg werden nun anhand der Zeichnung
beschrieben, es zeigen?
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Figur 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der Verbindung zwischen dem Blatt und der Rotornabe.
Figur 2 eine vergrösserte Darstellung der Stelle 2 nach Figur 1.
Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Verbindung zwischen dem
Flatt und der Rotornabe.
In der Figur 1 ist ein Rotor 10 dargestellt welcher mehrere, vorzugsweise identische Blätter 12 aufweist, die miteiner um eine
Achse 16 drehende Rotornabe 14 verbunden sind. Das Blatt 12 hat einen Blattholm 18, der an dem nabenseitigen Ende 20 hohl· ist, und
sich in Blattlängsrichtung entlang der Blatteinstellachse 22 erstreckt.
Die erste Hülse 24 ist auf der Holmaussenseite angeordnet
und umhüllt das nabenseitige Ende 20 des Holmes 18. Die Form* der Hülse 24 ist derjeningen des Holmes angepasst um eine wesentliche
überlappungsflSche 27 zwischen diesen beiden Bauteilen zu
schaffen. Der Holm 18 und die erste Hülse 24 sind an der Überlappungsfläche
26 miteinander verklebt. Die erste Hülse 24 ist durch mehrere Bolzen 28 mit der Rotornabe 14 verschraubt. Die
Bolzenlöcher 30 erstrecken sich durch den Umfangsflansch 30 der Hülse 24. Die Klebeve rb inding 26, die erste Hülse 24 und die
Schrauben 28 bilden einen ersten Weg für die Übertragung der Blatt belastung von Holm 18 auf die Nabe 14. Dieser erste Weg 34 für
die Übertragung der Blattbelastung ist der einzige Belastungsübertragungsweg
während dem normalen Rotorbetrieb. Eine zweite Hülse 36 liegt in dem hohlen Holm 18 an seinem nabenseitigen
Ende 2o und berührt den Holm 18 an einer wesentlichen überlappungs flache 38. Die Hülse 36 ist an der Überlappungsfläche 38 mit dem
Holm 18 verklebt. Die Hülse 36 hat einen radial nach aussen weisenden Flansch 40, welcher eine Schulter 42 aufweist, siehe
Figur 2, die in Zusammenwirkung mit einer radial verlaufenden Schulter 44 an der Hülse 24 einenSpalt 46-bildet. Ein zerbrechlicher
Abstandsring 48 mit kleinem Elastizitätsmodul, oder ein Federing, ist in dem Umfangsspalt 46 angeordnetind bleibt unbelastet
während dem normalen Betrieb, wenn die Zentrifugalbelastung des Blattes 12 vom Holm entlang dem ersten Weg 34 zur Nabe
14 verläuft. Durch die Verwendung dieses Abstandsringes 48 erreicht man, dass während der Herstellung des Blattes der Spalt
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zwischen den Schultern 42 und 44 beibehalten wird, falls die zweite
Hülse 16 zur Verklebung in das Innere des Holmes eingeführt
wird. Die zum Zusammendrücken des Abstandsringes 46 erforderliche
Kraft muss grosser sein als diejenige die z,ur Herstellung der
Klebeverbindung an der Uberlappungsfläche 38 durch den Gewindering
43 ausgeübt wird. Der Gewindering 43 kann nach der Verklebung entfernt werden. Durch die Anwendung des Abstandsringes 48 wird
ausserdem die nach aussen gerichtete Bewegung des Blattes bei einer Zerstörung der Klebeverbindung zwischen dem Holm und der
ersten Hülse abgedämpft. Falls diese Dämpfung nicht erfolgen würde, könnte durch den Ruck der plötzlichen Blattbewegung die
Klebeverbindung zwischen der zweiten Hülse und dem Holm ebenfalls zerstört werden. Unter der hohen Stossbelastung wird der Abstandsring
48 aus dem Spalt 46 herausgepresst. Die Klebeverbindung an der Überlappungsfläche 38, die zweite Hülse 36, die erste Hülse
24 sowie die Bolzen 28 bilden einen zweiten Weg 50 für die Belastungsübertragung von dem Holm 18, zur Nabe 14, und dieser
zweite Weg 50 ist während dem normalen Betrieb unbelastet, und überträgt die Zentrifugalkraft nur nach einer zerstörung der
Klebeverbindung 26 zwischen dem Holm 18 und der Hülse 24. Nach
einer Zerstörung der Klebeverbindung an der überlappungsflache
26 wird, die am Blattholm 18 angreifende Zentrifugalbelastung des Blattes 12 über die Klebeverbindung an der überlappungsfläche
38 auf die zweite Hülse 36 übertragen. Die Zentrifugalbelastung ist hoch genug um den zerbrechlichen Abstandsring 48 zusammenzupressen,
wodurch gleichzeitig die Zentrifugalbelastung des Blattes auf die erste Hülse 24 und über die Bolzen 28 auf die
Nabe 14 übertragen wird. Durch die Zentrifugalbelastung bewegt sich ausserdem der Blattholm 18 mit der zweiten Hülse 36 inbezug
zu der Rotorachse 16 radial nach aussen, so dass das Blatt 12 einen neuenSchwerpunkt erhält. Dieses Blatt 12 unterscheidet sich
somit von den übrigen Blätter des Rotors und es erzeugt eine Schwingung von l/u und somit kann der Pilot während dem Flug
erkennen, dass ein Blattfehler vorliegt.
Der zerbrechliche Abstandsring 48 kann aus einem Elastomer, einem Weichmetall oder einem Bienenwabenmaterial hergestellt sein, und
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kann einen vollen oder einen offenen, z.B. C-förmigen Querschnitt aufweisen.
Aus Figur 1 ist ausserdem noch zu erkennep, dass der Blattholm
18 und die Hülsen 24 und 26 an ihren nabenseitigen Enden nach
aussen erweitert sind, so dass nach einer Zerstörung der Klebeverbindung
26 zwischen dem Blattholm und der ersten Hülse 24 der Holm durch die Zentrifugalbelastung des Blattes in die erste
Hülse 24 hineingepresst wird, so dass auf diese Weise die zweite
Hülse neben dem zweiten^ Belastungsübertragungsweg 50 auch noch zum Festhalten des Blattes beiträgt. Es sei dementsprechend
hervorgeholer*, dass in der Ausfuhrungsform nach Figur 1 und in
der Ausführungsform nach Figur 3f die im späteren erläutert'wird,
der Verbundholm 18, der aus einem Epoxydharz und Borfaserη oder
aus einem anderen bekannten Verbundmaterial bestehen katin, durch ein Klebstoff, wie z.B. ein Epoxydharz oder dergleichen mit dem
metallischen Hülsen 24 und 36 verklebt ist, welche vorzugsweise aus Titan bestehen. Diese metallische Hülsen sind ihrerseits mit
der Nabe verschraubt, so dass keine Schraubverbindung zwischen dem Verbundmaterial und der Nabe erfordert ist.
In-der Figur 3 ist eine abgeänderte Vorrichtung zum Befestigen
des Blattes an der Nabe dargestellt, Die Ausführungsform
nach Figur 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 1 darin, dass die erste Hülse 24* im Innern des Holmes 18' angeordnet ist
und die zweite Hülse 36* auf der Aussenseite des Holmes 18* liegt,
jede Hülse 24· und 36* ist mit dem Holm 18' durch eine erste
Klebeverbindung 26* beziehungsweise eine zweite Klebeverbindung
38* befestigt. Die erste Hülse 24* hat einen Umfangsflanseh 32·
mit mehreren in Urafangsrichtung verteilt angeordneten Bolzenlöcher
30*. Die zweite Hülse 36* hat einen Umfangsflanseh 60 der an dem
Flansch 32' liegt und ebenfalls eine Anzahl in Umfangsrichtung
verteilt angeordnete Bolzenlöcher 62 mit grösserem Durchmesser als die Bolienlöcher 30* aufweist. Die Bolzenlöcher 30* und 62
fluchten miteinander und sind konzentrisch inbezug zur Bolzenachse 64. Der Bolzen 66 ist in ein Gewinde 68 der Rotornabe 14'
eingeschraubt und hat einen zylindrischen Schaffteil 70, der genau
in das Bolzenloch 30' passt sowie einen grösseren zylindrischen
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Schaftteil 72, welcher genau in dem Bolzenloch 62 anliegt und der Bolzen hat desveiteren eine Schulter 74, die sich am Plansch 32·
abstützt. Der Bolzen 66 hat ausserdem einen Kopf 75, der zusammen
mit dem Flansch 60 einen Spalt 76 begrenzt falls die Schulter 74 am Flansch 32 anliegt. In dem Spalt 76 ist eine Abstandsscheibe
68 angeordnet, die vorzugsweise aus einem leicht zerbrechlichen Material mit !deinem Elastizitätsmodul besteht.
Bei der Ausführungsform nach Figur 2 führt der erste Belastungsübertragungsweg
34' zwischen dem Holm 18' und der Nabe 14' durch die erste Klebeverbindung 26·, die erste Hülse 24· und dien Bolzen
66, während der zweite Belastungsübertragungsweg 5O' durch die Klebeverbindung 38' die zweite Hülse 36·, die zerbrechlichen
Scheiben 78 und die Bolzen 66 führt. Genau wie bei der AusfUhrungsform
nach Figur 1 ist auch hier ein Spalt 76 vorgesehen, so dass während dem normalen Betrieb die Belastung nur entlang dem ersten
Weg 34' übertragen wird und erst nach einer Zerstörung der Klebeverbindung 26* die Belastung entlang dem zweiten Weg 50' vom Blatt
auf die Nabe übertragen wird. Nach einer solchen Zerstörung der Klebeverbindung 26* wir die Zentrifugalbelastung vom Holm 18' auf
die zweite Hülse 36* übertragen und diese Zentrifugalbelastung is.t gross genug um den Holm 18 mit der Hülse 36* radial nach aussen
zu bewegen und dabei die Abstandsscheiben 78* zusaramenzupresften ,
ao dass der Flansch 60 gegen den Bolzenkopf 75 zu liegen kommt und somit die Zentrifugalbelastung.des Blattes über die Bolzen 66
auf die Nabe 14' übertragen wird» Bei dieser radialen Verstellung
des Holmes 18' und der Hülse 36' wird gleichzeitig die Lage des Blattschwerpunktes geändert, so dass dieses Blatt sich störend
von den anderen Blätter des Rotor 10* unterscheidet und ein·
Schwingung vom 1/υ im Rotor 10' erzeugt, wodurch der Pilot eine
Warnung erhält.
Es ist somit ersichtlich, dass in den beiden Ausführungsbeispielen
nach der Figur 1 und der Figur 3 zwei Belastungsübertragungswege zwischen dem Holm und der Nabe vorliegen, dass der Verbundholm
in keinem dieser Belastungswege durch eine Schraubverbindung unmittelbar an der Nabe befestigt ist und dass durch die besondere
Holiribefestigungsvorrichtung nach der .Erfindung während dem Flug
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eine Störgrösse erzeugt-wird, woraus der Pilot erkennen kann
dass ein Fehler der Holmbefestigung vorliegt.
Es sei noch hervorgehoben, dass die Befestigungsvorrichtung nach dieser Erfindung unabhängig vom Material des Bfettes oder des
Holmes anwendbar ist, und auch bei anderen Schäden der Blattbefestigungshülse
als die hierin beschriebene Zerstörung der Klebeverbindung die erforderliche Warnung hervorgerufen wird.
So wird z.B. auch im Falle eines Bruches der Hülse 24 oder 24* die Zentrifugalbelastung über die zweite Hülse und die Befestigungsschrauben
auf die -Nabe 14 oder 14 · übertragen.
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Claims (10)
1.Rotorblatt mit einem Blattholm und einer Vorrichtung, zur
^-Befestigung desselben an der Rotornabe, dadurch gekennzeichnet
dass eine erste Hülse zur Befestigung des Blattholmes an der Rotornabe mit dem Blattholm verklebt ist und die Zentrifugalbelastung
des Blattes normalerweise auf die Nabe übertragt, und dass eine zweite Hülse zur Befestigung des Blattholmes an der
Rotornabe mit dem Blattholm verklebt ist und normalerweise unbelastet ist, wobei die zweite Hülse zusammen mit dem Blattholm
unter der Einwirkung der Blattzentrifugalbelastung nach einer Zerstörung der Klebeverbindung der ersten Hülse in Radialrichtung
des Blattes nach aussen verstellbar ist, um somit eine störende Schwingung während der Rotation des Rotors zu erzeugen.
2. Rotorblatt nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dass die
erste Hülse innerhalb oder ausserhalb des Holmes angeordnet ist und mit demselben um eine wesentliche Fläche überlappt ist,
und dass die zweite Hülse auf der entgegengesetzten Seite des Holmes inbezug zu der ersten Hülse angeordnet ist und mit demselben
um eine wesentliche Fläche überlappt ist.
3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet
dass ein zerbrechliches Bauteil vorgesehen ist, welches nach einer
Zerstörung der Kleberverbindung zwischen dem Holm und der ersten
Hülse zusammenpressbar ist, damit der Holm und die zweite Hülsesich aus ihrer üblichen Stellung bewegen können.
4. Rotorblatt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der zerbrechliche Bauteil eine Abstandsscheibe oder ein Abstandsring
ist.
5. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der Holm, die erste Hülse und die zweite Hülse an ihren nabenseitigen Enden erweitert sind.
6. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Holm aus einem Verbundmaterial und die Hülsen aus Titan bestehen.
7. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die
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erste Hülse an der Aussenseite des Holmes an seinem nabenseitigen Ende und die zweite Hülse im Innern des Holmes an dem
nabenseitigen Ende desselben angeordnet ist und dass beide Hülsen sich gegenseitig überlappende Schultern aufweisen, die in Abstand
zueinander angeordnet sind und in dem Abstand ein zerbrechlicher Abstandsring zwischen den Schultern angeordnet und ,derart bemessen ist, dass er während dem normalen Betrieb unbelastet ist
und bei einer Zerstörung der Klebeverbindung zwischen dem Holmund der ersten Hülse zusammengepresst wird.
8. Rotorblatt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass Mittel vorgesehen sind um die Spaltbreite zu regeln.
9. Rotorblatt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass ein Gewindering in die erste Hülse eingeschraubt ist und zur Regelung
der Spaltbreite zwischen den sich überlappenden Schultern der
ersten und der zweiten Hülse gegen die zweite Hülse festgezogen werden kann.
10. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die
erste Hülse innerhalb des Holmes an seinem nabenseitigen Ende und die zweite Hülse ausserhalb des Holmes an dem nabenseitigen
Ende desselben angeordnet ist, dass die beiden Hülsen aneinanderliegende Flansche mit fluchtenden Oeffnungen zur Aufnahme vor?
Blattbefestigungsschrauben aufweisen, wobei'mindestens eine
Schraube in der Nabe festgeschraubt ist und durch ein Schrauhenloch
in der ersten- Hülse verläuft und eine Schulter dieser Schraube an dem Flansch der ersten Hülse anliegt währenä das entsprechende
Schraubenloch in der zweiten Hülse die Schulter der Schraube umgibt, und wobei während dem normalen Betrieb äer
Schraubenkopf zur Bildung eines Spaltes in Abstand zu dem Flansch der zweiten Hülse angeordnet ist, und dass eine zerbrechliche
Abstandsscheibe in dem Spalt angeordnet und derart bemessen ist,
dass sie während dem normalen Betrieb unbelastet ist«,
209882/0657
Applications Claiming Priority (1)
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