DE2541637A1 - Schwanzrotor fuer drehfluegelflugzeuge - Google Patents
Schwanzrotor fuer drehfluegelflugzeugeInfo
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Description
2541637 Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte
16. September 1975
Patentanmeldung
SOCIETE NATIONALE INDUSTRIELLE AEROSPATIALE 37, Boulevard de Montmoreney
Schwanzrotor für Drehflügelflugzeuge.
Die Erfindung betrifft einen Schwanzrotor für Drehflügelflugzeuge,
insbesondere in zweiflügeliger Ausbildung für leichte und wirtschaftliche Drehflügelflugzeuge mit einem im Mittelteil
zwischen zwei auf der Rotorwelle befestigten, die Rotornabe bildenden Platten eingespannten plattenförmigen biegsamen Holm,
dessen beide Hälften jeweils mit zwei die Rotorflügel bildenden Profilschalen derart verbunden sind, daß sein Mittelteil frei
liegt.
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— 2 —
Unter den zahlreichen Schwanzrotortypen für Drehflügelflugzeuge
oder Hubschrauber, welche als freie Schraube wirken, kennt man im wesentlichen Rotore mit zwei oder mehr Flügeln, welche getrennt
voneinander mit Schlag- und Trimmgelenken angelenkt sind. Diese Gelenkrotoren haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ
kompliziert sind, da ihre Schlag- und Trimmgelenke Kugellager, Nadellager oder Rollager aufweisen, welche sehr genau geschmiert
werden müssen, um im Betrieb Beschädigungen oder allzu hohen Verschleiß zu vermeiden. Tatsächlich sind diese Gelenke nicht
nur durch hohe Zentrifugalkräfte beaufschlagt, welche von den Flügeln herrühren, sondern sie sind auch Schwingbewegungen
unterworfen, welche ein Ausschlagen der Lager begünstigen.
Bei einem anderen bekannten Schwanzrotor für Hubschrauber besitzen
die zweiflügeligen sogenannten "ausgeglichenen" Rotorflügel für beide Flügel ein einziges Schlaggelenk, während die
beiden Flügel besondere Trimmgelenke aufweisen. Bei diesen Rotoren sind die beiden Flügel im allgemeinen starr ineinander
eingepaßt, wobei sie an ihrer Wurzel bedeutenden konstanten Biegemomenten unterworfen sind.
Bei einer anderen Ausbildung wurde eine Vereinfachung des Schwanzrotors dadurch erreicht, daß das Schlaggelenk auf einem
selbstschmierenden Ring angeordnet wurde und daß für die Trimmgelenke selbstschmierende Kugelgelenke verwendet wurden, welche
gleichzeitig zur Flügelbefestigung dienen. Da diese "Kugelgelenke
jedoch starken Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, welche von den Flügeln herrühren, unterliegen sie einem sehr schnellen
Verschleiß.
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Im Hinblick auf eine konstruktive Vereinfachung und eine Verminderung
der Wartung hat man sich außerdem bei der Ausbildung von Schwanzrotoren von Konstruktionen leiten lassen, welche im
wesentlichen ursprünglich für die Tragrotoren oder Tragflügel bestimmt waren, bei denen die Gelenke ausgeschaltet sind. So
kennt man Konstruktionen zweiflügeliger Hauptrotore, welche einen einteiligen hohlen Holm für beide einander gegenüberliegende
Flügel besitzen, welcher elliptischen Querschnitt aufweist und auf dem Rotormast mit Hilfe von Keilnuten befestigt ist. Dieser
aus glasfaserverstärktem Kunstharz bestehende Holm ist beiderseits des Rotormastes mit einer Glasfaserabdeckung verklebt und
trägt darunter eine Wabenmusterfüllung, sodaß ein Verbundflügel
entsteht.
Die Steuerung dieser Flügel beim Trimmen durch Verdrehung des Holmes über einen Teil seiner Länge an der Wurzel eines jeden
Flügels beaufschlagt das Gestänge sehr stark, sodaß Servosteuerungen
erforderlich werden, welche kostspielig sind und in ihrer Wartung besondere Sorgfalt erfordern.
Bei einer anderen Ausbildung des Hauptrotors, welcher vier paarweise
einander gegenüberliegende Flügel aufweist, wird jedes Flügelpaar von einem Holm mit rechteckigem Querschnitt getragen,
welcher auf dem Rotormast mittels zweier Ober- und Unterplatten befestigt ist, die eine Aufnahmenut für den Holm aufweisen. Dieser
Flügel besteht hierbei aus einer Schale, welche teilweise innig mit dem äußeren Ende des Holmes verbunden ist, während das nahe
dem Rotormast liegende Teil dieser Schale nicht am Holm befestigt
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ist und in eine Ausweitung ausläuft. Der flexible Holm ist hierbei
aus einem Material mit hohem Elastizitätsmodul hergestellt, der wenigstens 2,11 χ 10 kg/cm beträgt, wie beispielsweise aus
Borfasern mit einem Kern aus Wolframdraht und/oder aus Graphitfasern, die sehr preisaufwendig sind, was mit den für einen
leichten und wirtschaftlichen Hubschrauber vertretbaren Preisen
unvereinbar ist.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Schwanzrotor
für Drehflügelflugzeuge der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher ohne die Gelenke eines herkömmlichen Schwanzrotors
auskommt, die aufgezeigten Nachteile der vorbeschriebenen gelenklosen Rotoren behebt, sehr preiswert herstellbar und dabei praktisch
wartungsfrei ist.
Gekennzeichnet ist ein derartiger erfindungsgemäßer Schwanzrotor im wesentlichen dadurch, daß jede Profilschale im Bereich des
Flügelfußes progressiv im Querschnitt vom eigentlichen Flügelprofil in einem Umdrehungszylinder übergeht, der seinerseits
einen zylindrischen Flansch umfasst und damit verbunden ist, und daß innerhalb dieses zylindrischen Flansches beiderseits der die
Nabe bildenden Platten zwei biegsame Klötze angeordnet sind, welche paarweise jeweils einen Flansch mit der Rotornabe elastisch
verbinden.
Diese Klötze, welche vorzugsweise aus elastomeren Silikonblöcken
mit großer Elastizität bestehen, sind vorzugsweise symmetrische Umdrehungskörper mit zur Mitte hin fortschreitender Verjüngung,
was ihre ^iegung begünstigt. Der Durchmesser der Grundkreise dieser Klötze kann im wesentlichen gleich ihrer Höhe sein.
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Jeder zylindrische Plansch besitzt vorzugsweise einen kreisrunden
Versteifungsbund sowie einen Seitenhebel, welcher die Steuerung der Flügelsteigung erlaubt und direkt am Flansch
angeformt ist oder an diesem angesetzt ist.
Durch die zylindrische Form der Flansche wird es möglich, die gesamte Rotornabe ohne Schwierigkeiten mit einer Schutzverkleidung
zu umgeben, welche aus zwei im wesentlichen zylindrischen Halbschalen besteht, welche diese Flansche umfassen.
Bei dieser erfindungsgemäßen Konstruktion eines Schwanzrotors erfüllen die zylindrischen Flansche trotz äußerst einfacher
Konstruktion und Herstellung in äußerst vorteilhafter Weise vier wichtige Funktionen, und zwar:
bilden sie die Befestigungsteile für die Flügelschalen und helfen infolge ihrer der ebenfalls zylindrischen
Form der Flügelfüße zugeordneten zylindrischen Form mit, das Rückholmoment der Flügel herabzusetzen, und gewähr-'
leisten eine geeignete Verteilung der lokalen Kräfte der Steuerung der Steigung und der Stützkräfte im Pseudo-Schlaggelenk;
bilden sie starre Tragelemente für die elastischen Klötze, die sie mit der Rotornabe verbinden und welche
durch ihre Biegsamkeit ein Schlagen und eine Veränderung der Flügelsteigung erlauben;
liefern sie Ansatzpunkte für die Lenker der Flügelsteigung;
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erlauben sie einen äußerst einfachen Einbau einer Schutzhaube für die Rotornabe.
Der gesamte erfindungsgemäße Schwanzrotor ist in seinem Aufbau und in seiner Herstellung äußerst einfach und wesentlich preiswerter
als bisher bekannte Konstruktionen, und zwar sowohl im Hinblick auf die Herstellungskosten wie auf die Wartungskosten,
wobei letztere praktisch vollkommen entfallen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigen:
Figur 1 eine Draufsich auf einen erfindungsgemäßen Schwanzrotor,
wobei die Flügelenden fortgelassen wurden;
Figur 2 einen Schnitt durch Figur 1 längs der Linie II-II;
Figur ^ einen Schnitt durch Figur 2 längs der Linie III-III;
Figur 4 einen Schnitt durch Figur 2 längs der Linie IV-IV;
Figur 5 eine Seitenansicht des mit einer Schutzhabe abgedeckten
Mittelteiles; und
Figur 6 einen Schnitt durch Figur 5 längs der Linie VI-VI.
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Bei dem in den Figuren dargestellten zweiflügeligen Schwanzrotor für einen Hubschrauber besteht dieser Rotor 1 im wesentlichen
aus einem biegsamen und verdrehbaren Holm 2 mit abgeflachtem rechteckigem Querschnitt, der aus äußerst widerstandsfähigen
Pasern mit niedrigem Elastizitätsmodul hergestellt ist, welche mit unter Wärmeeinwirkung aushärtendem Kunstharz umhüllt sind
und somit ein Flügelblatt bilden, welches sich über die gesamte Spannweite des Rotors 1 erstreckt. Bei diesen Fasern handelt es
sich um Glasfasern, deren Verwendung dadurch möglich wird, daß es sich bei der ersten natürlichen Zugverformung um eine Verformung
mit zwei Knoten handelt. Tatsächlich werden die Bewegungen der Rotormitte, welche sich an einen Bauch der Verformung
legt, in diesem Fall, d.h. bei einem zweiflügeligen Rotor, durch die Biegsamkeit der Tragwelle des Rotors und durch die Gesamtheit
des Schwanzträgers des Hubschraubers ermöglicht. Unter diesen Umständen kann der Holm 2, ohne daß man übermäßige dynamische
Zugspannungen bei ausschließlicher Verwendung von Glasfasern befürchten muß, derart dimensioniert werden, daß die erste Zugart
über der Nenndrehzahl des Rotors liegt, sodaß beim Start und im Flug jegliche Resonanz ausgeschaltet wird.
Auf diesen Holm 2 und auf jedes seiner beiden Enden sind Verkleidungen
aufgezogen, welche aus zwei Schalen 3 und H- bestehen,
welche teilweise in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind und mit diesem Holm die beiden Flügel 5 und 6 des Rotors 1 bilden. Diese
Schalen 5 und 4, welche aus Leichtmetall, oder aus mit Glasgewebe verstärktem Kunststoff hergestellt sind, sind mit dem
Holm 2 über eine bestimmte Länge nahe seiner Enden verklebt,
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wobei die beiden Holmhälften im Bereich der Flügelwurzeln freigelassen
werden, sodaß durch Verbiegung des Holmes 2 ein Schlagen der Flügel und durch Verdrehung eine Veränderung der Flügel-Steigung
möglich ist.
Die Querschnittsform des Fußes eines jeden Flügels (Fig.2) entwickelt
sich progressiv zur Rotormitte hin, und zwar vom eigentlichen Flügelprofil aus, um schließlich einen zylindrischen
Nabenflansch 7 bezw. 8 zu bilden. Dieses Teil des Flügelfußes in Form eines Flansches ergibt einen ebenfalls zylindrischen
Flansch 9 bezw. 10 und ist mit diesem verklebt, wobei dieser Flansch 9 bezw. 10 jeweils einen kreisrunden Versteifungsbund
11 bezw. 41 aufweist.
Ein Steuerhebel 12 für die Flügelsteigung, welcher mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden ist, ist einteilig
mit dem Flansch 9 (Fig.l) ausgebildet. Wie Figur 1, rechte Hälfte, und Figur 4 zeigen, kann ein derartiger Hebel 13
auch am Bund 41 mittels einer Schraube 14 festgeschraubt sein.
Die zylindrische Form der Nabenflansche 7 und 8 sowie der Flansche
9 und 10 ist insofern äußerst vorteilhaft, als dadurch eine ausgewogene Verteilung der Trägheit um die der Drehachse bei der
Steigung entsprechende Längsachse möglich ist, sodaß die Steuerkräfte so weit herabgesetzt werden, daß zur Veränderung der
Steigung keine Servosteuerung mehr benötigt wird.
Auf das kegeistumpfförmige Ende 15 der Rotorwelle 16 (Fig.2)
ist der Stutzen 17 einer unteren Platte 18 aufgeschrumpft, in
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welchem eine Längsnut 19 ausgebildet ist (Fig.3)· In dieser
Längsnut ist der Holm 2 auf einem unteren Zwischenstück ruhend eingesetzt, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse des Schwanzrotors
liegt und die Mitte einer Bohrung 21 bildet. Dabei wird Vorsorge getroffen, daß zwischen dem Ende 22 der Welle 16 und
der Unterseite des Zwischenstückes 20 reichlich Spiel bleibt. Ein zweites Zwischenstück 23 ist derart auf dem Holm 2 angeordnet,
daß ein bündiger Abschluß mit der Oberseite 24 der Platte 18 erreicht wird. Auf letzterer und auf dem Zwischenstück
23 liegt eine obere Platte 25 auf. Die beiden Zwischenstücke
20 und 23 und der Holm 2 werden zwischen der Unterplatte
18 und der Oberplatte 25 mittels eines Schraubbolzens 26 festgepreßt,
der in eine Gewindebohrung im Ende der Rotorwelle l6 eingeschraubt ist, wobei die Oberplatte und die beiden Zwischenstücke
eine der Bohrung 21 des Holmes 2 entsprechende Bohrung aufweisen. Beiderseits dieses Befestigungsbolzens 26 sind zwei
Gewindespindeln 27 und 28 angeordnet, welche die beiden Platten l8 und 25, die die Rotornabe bilden, fest miteinander verbinden.
Die beiden Zwischenstücke 20 und 23 sind aus Glasgewebeplatten
hergestellt, die mit Kunstharz umhüllt sind und durch Polymerisation fest mit dem Holm verbunden sind. Sie sind über eine
begrenzte Länge zwischen den beiden Nabenplatten angeordnet, um jeden ungünstigen Kontakt zwischen dem Holm und den beiden
Platten zu verhindern.
Zwischen dem zylindrischen Flansch 9 (innerhalb desselben) und zwei abgeflachten Verlängerungen 29 bezw. 30 der Unterplatte 18
bezw. der Oberplatte 25 der Nabe, welche den Holm 2 zwischen
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sich festhalten, sind in der die Längsachse des Holmes und die Drehachse des Rotors enthaltenden Ebene parallel zur letztgenannten
Achse zwei elastische Klötze 31 angeordnet. Auch zwischen dem Plansch 10 und zwei einander gegenüberliegenden
Verlängerungen 32 und 33 dieser Platten sind zwei derartige
Klötze 31 angeordnet. Diese Klötze bestehen aus elastomeren
Silikonblöcken mit großer Elastizität, welche eine symmetrische Umdrehungsform aufweisen. Die Grundkreise eines jeden Klotzes
31 haben einen im wesentlichen der Klotzhöhe entsprechenden
Durchmesser, während der Klotz sich zur Mitte hin fortlaufend verjüngt, wodurch seine Biegsamkeit erleichtert wird.
Die Enden der Klötze 31 sind fest mit jeweils einer dünnen
Metallplatte J>k verbunden, welche in entsprechende Aufnahmen
eingesetzt sind, die einmal an der Innenseite der Plansche 9 und 10 und zum anderen in den abgeflachten Verlängerungen 29, 30,
32 und 33 der Nabe ausgebildet sind. Die Klötze 31 sind in ihren
Aufnahmen zusammengepreßt eingesetzt, wodurch sie ohne zusätzliche
Befestigung festgehalten werden und im Betrieb ohne langwierige Demontage ersetzt werden können. Sie dienen somit als
Abstützung für den Flügelfuß, und zwar hauptsächlich während des Startens oder in Ruhelage des Rotors, während die Zentrifugalkraft
nicht ausreicht, um den Holm zu spannen und zu stabilisieren. Andererseits erlauben sie infolge ihrer sehr großen
Biegsamkeit bei Veränderungen der Steigung relativ große Verschiebungen der Plansche 9 und 10 gegenüber der Nabe, und zwar
ohne ein zu ungünstiges Rückholmoment hervorzurufen, welches die Steuerungen stören würde. Sie bilden außerdem einen Gelenk-
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punkt für den gesamten Flügel 5» 6 während der Durchbiegung des
den Holm 2 bildenden Blattes, welches dem Rotor die Konizität verleiht. Schließlich sind diese Klötze auch dazu bestimmt,
stets mögliche Kopplungen zwischen den Schlagbewegungen und den Steigungsbewegungen zu vermeiden, und die Instabilität des
Rotors zu begrenzen, und zwar im wesentlichen durch eine Verstärkung der Steifheit beim Schlagen eines jeden Flügels und
seiner Befestigung.
Durch die zylindrische Form der beiden Flansche 9 und 10 ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit, die Rotornabe mittels
einer oberen Halbschale 35 und einer unteren Halbschale 36 windschlüpfig zu verkleiden. Diese beiden im wesentlichen zylindrischen
Halbschalen umfassen die beiden Flansche 9 und 10 mit einem derartigen Spiel, daß während der Flügelbewegungen jeglicher
Kontakt ausgeschlossen ist (Fig. 5 und 6). Die obere Halbschale 35 besitzt zwei seitliche Vertiefungen 37 und 38, die
beiderseits des Befestigungsbolzens 26 liegen und eine Verschraubung dieser Halbschale auf den oberen Enden der beiden
Gewindespindeln 27 und 28 ermöglichen, die zur Befestigung der beiden Platten l8 und 25 auf der Nabe vorgesehen sind. Die
untere Halbschale 36 besitzt entsprechend angepreßte Plansche
39 bezw. 40, sodaß sie an den unteren Enden der Gewindespindeln 27 und 2δ aufgeschraubt werden kann.
In den beiden Halbschalen 35 und 36 sind an der Stelle der Steigungshebel 12 und I3 nicht dargestellte Ausnehmungen ausgebildet,
um den Durchgang dieser Hebel und deren entsprechenden
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Ausschlag zu ermöglichen. Eine derartige Verkleidung setzt einmal den Luftwiderstand der Nabe wesentlich herab und ergibt
einen Nabenschutz, da jedes Eindringen von Wasser, Staub oder irgendeines anderen Fremdkörpers in die Aufnahme des flexiblen
Blattes oder Holmes 2 verhindert wird, was die Rotorfunktion durch Ausbildung einer Unwucht oder beispielsweise Verklemmen
stören würde.
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Claims (10)
- Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in EssenPatentansprüchej Schwanzrotor für Drehflügelflugzeuge, insbesondere in zweiflügeliger Ausbildung für leichte und wirtschaftliche Drehflügelflugzeuge mit einem im Mittelteil zwischen zwei auf der Rotorwelle befestigten, die Rotornabe bildenden Platten eingespannten blattförmigen biegsamen Holm, dessen beide Hälften jeweils mit zwei die Rotorflügel bildenden Profilschalen derart verbunden sind, daß sein Mittelteil freiliegt, dadurch gekenn zeichnet, daß jede Profilschale (3; 4) im Bereich des Flügelfußes progressiv im Querschnitt vom eigentlichen Flügelprofil in einen Umdrehungszylinder (7J 8) übergeht, der seinerseits einen zylindrischen Flansch (9ί 10) umfaßt und damit verbunden ist, und daß innerhalb dieses zylindrischen Flansches beiderseits der die Nabe bildenden Platten (l8; 25) zwei biegsame Klötze (31) angeordnet sind, welche paarweise jeweils einen Flansch mit der Rotornabe elastisch verbinden.
- 2. Schwanzrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Klötze (j51) in der die Längsachse des Holmes (2) und die Drehachse des Rotors (1) enthaltenden Ebene angeordnet sind, wobei das einem Flansch (9 oder 10) entsprechende Klotzpaar parallel zur letztgenannten Achse liegt.
- 3. Schwanzrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klötze (3I) symmetrische Umdrehungskörper mit zur Mitte hin fortschreitender Verjüngung sind und der Durchmesser ihrer Grundkreise praktisch gleich der Höhe des Klotzes ist.0 9 8 14/0396Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen- 14 -
- 4. Schwanzrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Klötze (31) zusammengepreßt zwischen dem zugeordneten Plansch (9 bezw. 10) und den gegenüberliegenden Teilen der die Nabe bildenden Platten (18; 25) eingesetzt sind.
- 5· Schwanzrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klötze (31) an jeder kreisrunden Stirnfläche mit einer dünnen Scheibe (34) verklebt sind, die jeweils in eine entsprechende Aufnahme eingelassen ist, welche in den Planschen (9;10) und den entsprechenden Teilen der die Nabe bildenden Platten (18; 25) ausgebildet sind.
- 6. Schwanzrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Klötze (31) aus elastomeren Silikonblöcken von großer Elastizität bestehen.
- 7. Schwanzrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umdrehungszylinder (7; 8) des Flügelfußes auf die Außenseite des entsprechenden zylindrischen Flansches (9 bezw. 10) aufgeklebt ist.
- 8. Schwanzrotor nach Anspruch 1 oder 7> dadurch gekennzeichnet, daß jeder zylindrische Plansch (9; 10) einen kreisrunden Versteifungsbund (11; 14) aufweist.8. Schwanzrotor nach Ansprach 1 oder r{, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zylindrische Flansch (9; 10) einen kreisrunden Versteifungsbund (11; 14) aufweist.6 0 9 R 1 4 / il ? 9 6Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen- 15 -
- 9. Schwanzrotor nach einem der Ansprüche 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem der beiden Plansche (9; 10) eine seitliche Verlängerung angeformt ist und einen Hebel zur Steuerung der Blattsteigung bildet.
- 10. Schwanzrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Rotornabe von einer aus zwei im wesentlichen zylindrischen Halbschalen (35> 56) bestehenden, die zylindrischen Flansche (9; 10) abdeckenden Verkleidung umhüllt ist.60981 4/0396Leerseite
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