DE2521363A1

DE2521363A1 - Hubschrauber-rotorblatt

Info

Publication number: DE2521363A1
Application number: DE19752521363
Authority: DE
Inventors: James Lee Braswell; Cecil Edward Covington; Nolan Bryant Phillips; David Edward Snyder
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1974-05-16
Filing date: 1975-05-14
Publication date: 1975-12-04
Also published as: AU8117075A; FR2271122A1; JPS5123999A; FR2271122B1; CA1017732A; US4120610A; GB1461723A; IT1035748B; DE2521363C2; JPS5950558B2

Description

USXkOlI. & ST^lBERG PATENTANWÄLTE

2 HAMBURG 52

BESELERSTFtASSE 4

DR. J.-O. FRHR. von UEXKÜLL

fcV'fe IwVw OR. ULRICH ORAF STOLBERQ

DIPL.-INQ. JÜRGEN SUCHANTKE

Textron Inc. (Prio: 16. Mai 1974

40 Westminster Street ^{US 47}° ⁵²° " ¹²²⁸⁶>

Providence, Rhode Island / V.St.A.

Hamburg, den 13. Mai 1975

Hubschrauber-Rotorblatt

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubschrauber-Rotorblatt und insbesondere auf ein Rotorblatt des Hauptrotors, bei dem die Gefahr eines Bruches infolge Alterung oder Materialermüdung wesentlich verringert ist.

Bei Hubschraubern liefern die Rotorblätter des Hauptrotors die wesentliche Auftriebskraft, mit der der Hubschrauber im Flug in der Luft gehalten wird.

Üblicherweise enthält jedes Rotorblatt des Hauptrotors eines Hubschraubers einen sich in Längsrichtung des Rotorblattes erstreckenden Nasenholm, der mit einem Ende mit der Rotorachse bzw. dem Pylon gekoppelt ist. Der Nasenholm bildet die Hauptkraftübertragung für die Zentrifugalkräfte, die auf die Rotorblattelemente wirken. Zur Erzielung von Auftriebsflächen ist am. Nasenholm ein hinterer

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Blattüberzug angebracht und von diesem gehalten. Am dem Rumpf des Hubschraubers abgewandten, also äußeren Ende des Nasenholms ist ein Blattspitzenelement befestigt, das das äußere Ende des Rotorblattes abdichtet. An der inneren Seite des Nasenholms ist ein hinteres, sich entlang dem Nasenholm erstreckendes Verschlußelement angebracht. Der übrige Teil des Rotorblattes ist mit leichtem Material ausgefüllt, um dem Blatt Steifigkeit und Festigkeit zu geben.

Während der Drehung des Hauptrotors werden in den Rotorblättern Schwingungen und Zentrifugalkräfte erzeugt. Diese können in einigen Fällen Ermüdungsbrüche im Nasenholm herbeiführen, wodurch das entsprechende Rotorblatt bricht und das Flugzeug ohne Warnung für den Benutzer seinen Auftrieb verliert und abstürzt.

Fortgeschrittene Ermüdungsschaden von Rotorblättern sind nur als kleine Brüche oder Risse im Blatt erkennbar und sehr schwer feststellbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Rotorblatt zu schaffen, das auch nach Ausfall des Nasenholms noch in der Lage ist, für eine begrenzte Zeitspanne die Zentrifugalkräfte aufzunehmen, so daß der Hubschrauber flugfähig bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ganz allgemein gesagt zusätzlich zu dem die Kräfte aufnehmenden, metallischen Nasenholm ein zweites Zentrifugalkräfte aufnehmendes Element vorgesehen, das bei Ausfall

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des Nasenholms während einer kurzen Zeitspanne die zentrifugalen Blattkräfte aufnimmt und so ein sicheres Landen des Flugzeugs ermöglicht.

Die Erfindung betrifft somit ein Hubschrauber-Rotorblatt mit einem sich in Längsrichtung an der Vorderkante erstreckenden Nasenholm und einer vom Nasenholm gehaltenen hinteren Blattstruktur und zeichnet sich aus durch einen Verschlußholm mit die Innenflächen der Hinterkanten des Nasenholms überdeckenden, oberen und unteren Flanschen sowie durch mindestens ein in einer Richtung verlaufendes, an den oberen und unteren Flanschen befestigtes Fiberglasband, das sich ein sekundäres Spannelement bildend in Längsrichtung des Rotorblattes erstreckt.

Das oder die Fiberglasbänder haben einen Elastizitätsmodul, der wesentlich geringer als der des Nasenholms ist und bilden so eine zusätzliche Aufnahme für Zentrifugalkräfte, falls der Nasenholm während des Betriebes ausfällt, d.h. bricht oder reißt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt in einer Draufsicht ein Rotorblatt gemäß der Erfindung.

Figuren zeigen vergrößert Schnitte durch das Rotorblatt gemäß Fi-

2 bis 6 .
gur 1.

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Figur 7 zeigt in auseinandergezogener Darstellung die Anordnung zur Verbindung der Fiberglasbänder mit einer Spule.

Figur 8 zeigt in perspektivischer Darstellung eine andere Verbindung für die Fiberglasbänder, wobei ein Teil der oberen Blattfläche weggeschnitten ist.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche oder entsprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Das in Figur 1 dargestellte Rotorblatt 10 hat einen Nasenholm 12 und obere und untere Blattüberzugsabschnitte 14 und 16, die miteinander durch einen hinteren Kantenholm 18 verbunden sind. Eine Endkappe 22 ist am Nasenholm 12, an den Blattüberzugsabschnitten 14 und 16 und am hinteren Kantenholm 18 befestigt.

An der Blattwurzel des Rotorblattes 10 ist ein Blattbefestigungsbereich 30 zur Verbindung mit dem Nabenkopf einer sich drehenden Rotorachse vorgesehen, wie dies bei üblichen Hubschraubern der Fall ist. Der Blattbefestigungsbereich 30 weist an der Vorderkante obere und untere Blattanschlußteller 32 und an der Hinterkante obere und untere Blattanschlußteller 34 auf. In den Blattanschlußtellern und 34 sitzen Lager 36 zur Aufnahme von zur Befestigung am Nabenkopf dienenden Befestigungselementen. Die Druckfestigkeit erhält der Befestigungsbereich mittels einer Gurtspule 40 und faserigem Blockmaterial 42.

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In Richtung der Längsachse des Rotorblattes 10 erstrecken sich von den Blattanschlußtellern 32 und 34 Verstärkungsstreifen 44 bis Jeder dieser Verstärkungsstreifen ist im wesentlichen V-förmig und verläuft über die Breite des tragenden Blattbereiches. Die Verstärkungsstreifen 44 bis 47 sind ein Laminat bildend mit den der Blattwurzel zugewandten Enden der Blattüberzugsabschnitte 14 und 16 verbunden.

Wie insbesondere den Figuren 2 bis 6 zu entnehmen ist, weist der Nasenholm 12 einen Verschlußholm 60 auf, der sich entlang dem Nasenholm erstreckt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Verschlußholm 60 aus Fiberglas, bei dem die Glasfasern in ihrer Längsrichtung unter 45 χ 45° ausgerichtet bzw. orientiert sind. Der Verschlußholm 60 ist jeweils an den Innenflächen des oberen hinteren Flansches 62 und des unteren hinteren Flansches 64 des Nasenholms 12 befestigt. Der Nasenholm 6 hat einen oberen Flansch 66 und einen unteren Flansch 68 und ändert seine Querschnittsform über seine Längserstreckung. Der obere Flansch 66 ist an der Innenfläche des oberen Flansches 62 und der obere Flansch 68 an der Innenfläche des unteren Flansches 64 des Nasenholms 12 befestigt. Der Verschlußholm 60 ist so angeordnet, daß seine Flansche 66 und 68 die Kanten der Flansche 62 und 64 überlappen, um eine Fläche zur Anbringung der Blattüberzugsabschnitte 14 und 16 am Nasenholm 12 zu bilden.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist an der Innenfläche der Flansche 66 und 68 in einer Richtung ausgerichtetes Fiberglasmaterial be-

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festigt. Die Glasfasern dieses Materials verlaufen entlang der Längsrichtung des Verschlußholms und sind an den Innenflächen der Flansche 66 und 68 befestigt, beispielsweise mit ihnen verklebt. Das Fiberglasinaterial hat die Form von zwei Bändern 72 und 74, von denen eines sich entlang dem oberen Flansch 66 und das andere sich entlang dem unteren Flansch 68 erstreckt.

Die näher an der Blattwurzel liegenden Enden der Bänder 72 und 74 sind um eine Spule 40 gelegt. Diese Verbindung ist in Figur 7 zu erkennen. Der Verschlußholm 60 ist als außerhalb, d.h. von der Rotorachse entfernt vor dem Lager 36 endend dargestellt. Das obere Band 72 ist in Fasergruppen 76 und 78 und das untere Band 74 in Fasergruppen 80 und 82 unterteilt. Die Fasern der Gruppen 76 und 82 sind eine Schlaufe 84 bildend mit den Fasern der Gruppen 78 und 80 verbunden. Die Spule 40 hat einen oberen Flansch 88 und einen unteren Flansch 90, die die zylindrische Aufnahmefläche 92 be-

grenzen. Die Schlaufe 84 wird um die Aufnahmefläche 92 gelegt, und eine sich durch die Spule 40 erstreckende axiale Bohrung 94 dient zur Befestigung der Spule an der Blattwurzel des Rotorblattes 10, wozu das büchsenförmige Lager 36 in die Bohrungen 94 und 96 gesteckt wird.

In den innerhalb der Schlaufe 84 gebildeten Raum 101 kann ein Füllstoff block 100 eingesetzt werden, um die Festigkeit des Aufbaus zu erhöhen, über das Äußere dieser Anordnung wird ein Anpassungselement 110 geschoben, so daß dessen von der Rotorachse abgewandtes Ende das der Rotorachse zugewandte Ende des Verschlußholms 60 überdeckt,

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während die der Rotorachse zuwandten Enden der Flansche des Anpassungselementes 110 an den Flanschen 88 und 90 der .Spule 40 anliegen.

In einem anderen Ausführungsbeispiel (Figur 8) sind die Bänder 72 und 74 so unterteilt, daß sie senkrecht um die Fläche eines Druckblockes 42 gelegt werden können. Der Druckblock 42 nimmt das Lager 36 auf. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist das obere Band 72 in Fasergruppen 76 und 78 und das untere Band 74 in Fasergruppen 80 und 82 unterteilt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 bilden die Fasern der Gruppe 76 jedoch eine Einheit mit den Fasern der Gruppe 82 oder sind mit diesen verbunden, so daß eine Schlaufe 84a gebildet ist, während die Fasern der Gruppe 78 eine Einheit mit den Fasern der Gruppe 80 bilden oder mit diesen verbunden sind, so daß eine Schlaufe 84b entsteht.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird für die Bänder ein Fiberglasmaterial gewählt, dessen Elastizitätsmodul wesentlich kleiner ist als der des Nasenholms 12. Dieser erhebliche Unterschied in der Größe des Elastizitätsmoduls läßt den Nasenholm 12 wesentlich größere Spannungen und Kräfte aufnehmen als das Fiberglasmaterial, wodurch sichergestellt wird, daß das Fiberglasmaterial eine längere Lebensdauer als der Nasenholra 12 hat und erst später bricht oder ausfällt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Nasenholm aus Stahl mit einem Elastizitätsmodul von 26 χ 10 , einer

3 2
Dauerfestigkeit von 1,41 χ 1O kg/cm und einer Bruchfestigkeit von

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4 2
1,05 χ 10 kg/cm , während das Fiberglasmaterial für die Bänder einen Elastizitätsmodul von 6 χ 10 , eine Dauerfestigkeit von 1,41 χ

3 2 4 2

10 kg/cm und eine Bruchfestigkeit von 1,27 χ 10 kg/cm hat.

Infolge des verhältnismäßig geringen Elastizitätsmoduls des Fiberglasmaterials nimmt der Nasenholm 12 die höheren Spannungen während des Flugs des Hubschraubers auf. Die zyklische Belastung des Rotorblattes während des Flugs kann in einigen Fällen dazu führen, daß der Nasenholm 12 infolge Ermüdung bricht oder reißt. In diesem Fall nehmen die Bänder 72 und 74 aus Fiberglasmaterial die vollen Kräfte auf und verhindern, daß das Rotorblatt 10 zerreißt. Die Lebensdauer der Bänder 72 und 74 ermöglicht die Fortsetzung des Flugs des Hubschraubers für eine kurze Zeit, in der eine sichere Landung erfolgen kann.

Es ist klar, daß auch andere Materialien zur Herstellung eines Rotorblattes benutzt werden können, die eine Sicherheit gegen Ausfall infolge Materialermüdung bilden. Auch die Verwendung anderer Materialien und Formen fällt daher unter die Erfindung.

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Claims

Ansprüche

. ]Hubschrauber-Rotorblatt mit einem sich in Längsrichtung an der Vorderkante erstreckenden Nasenholm und einer vom Nasenholm gehaltenen hinteren Blattstruktur, gekennzeichnet durch einen Verschlußholm mit die Innenflächen der Hinterkanten des Nasenholms überdeckenden, oberen und unteren Flanschen und durch mindestens ein an den oberen und unteren Flanschen befestigtes Fiberglasband mit in einer Richtung verlaufenden Fasern, das sich ein sekundäres Spannelement bildend in Längsrichtung des Rotorblatts erstreckt.
2. Rotorblatt nach Anspruch 1 mit einem an der Blattwurzel im Nasenholm vorgesehenen Lager zur Verbindung des Rotorblattes mit der Rotorachse, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Fiberglasbandes bzw. der Fiberglasbänder eine Schlaufe bilden, die am Lager befestigbar ist.
3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nasenholm und der Verschlußholm miteinander zu einer Einheit verbunden sind.
4. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich nahe der Blattwurzel eine Anzahl von äußeren Verstärkungsstreifen über die Breite.der Blattwurzel erstreckt.

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5. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Nasenholm ein Druckblock befestigt ist und daß das Fiberglasband bzw. die Fiberglasbänder von der oberen zur unteren Fläche des Blocks um das der Blattwurzel zugewandte Ende des Blocks gelegt sind.
6. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul des Materials für das Fiberglasband wesentlich geringer als der Elastizitätsmodul des Nasenholmmaterials ist.
7. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager aus einer Buchse besteht."

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