DE2228831A1

DE2228831A1 - Rotorblatt

Info

Publication number: DE2228831A1
Application number: DE2228831A
Authority: DE
Inventors: Thomas Paige Dixon
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1973-01-11
Also published as: US3734642A; GB1323280A; FR2143695A1; IT956852B; FR2143695B1; CA954109A

Description

Patentanwalt

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

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

209882/0657

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?

209882/0657

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

209882/0657

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

209882/0657

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 3_f 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

209882/0657

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

209882/065 7

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.

2098 82/0 65 7

Claims

PATENTANSPRUECHE.

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

209882/0657

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