DE2600685A1 - Vorrichtung zur begrenzung der nach unten gerichteten winkelstellung der blaetter eines hubschrauberrotors mit elastischen lagern - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Begrenzung der nach unten gerichteten Winkelstellung der Blätter eines Hubschrauberrotors mit

elastischen Lagern

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hubschrauberrotorkopf, bei welchem die Blätter voll-gelenkig mit dreiachsiger Stützfreiheit gehaltert sind, die durch ein oder mehrere elastische Lager ermöglicht wird, welche auf die dreidimensionalen Blattablenkungen reagieren, und sie betrifft insbesondere eine statische und dynamische Stütz- und Begrenzungsvorrichtung für das Herabhängen der Blätter (d.h. für die nach unten gerichtete Winkelstellung der Blätter - im folgenden als "Abwärtswinkel¹¹ bezeichnet -), die zur Verwendung in einem Rotor bestimmt ist, welcher die Stützvorrichtungen für das Herabhängen der Blätter von den Auswirkungen der Blattaus-

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lenkungen beim Anstellen,Schwenken (d.h.bei der Voreil-Nacheil-Bewegung der Blätter um die Schwenkgelenke in der Drehebene) und Schlagen isoliert, so daß die Berührung zwischen den Abwartswxnkelbegrenzungsteilen nicht nur mögliche Kopplungseffekte verhindert, sondern auch durchgehende Vollbereichsberührungsflächen zwischen den Stützvorriehtungen für das Herabhängen der Blätter beim Reagieren dieser Vorrichtungen auf Schwerkraft- oder Schubbelastungen der Blätter schafft.

Zur Abwartswinkelbegrenzung dienen Vorrichtungen, die eine Vollbereichsberührung zwischen zwei aufeinanderstoßenden Flächen ergeben, welche Blattabwärtsbewegungen begrenzen, während Kopplungseffekte aufgrund einer Blattanstellwinkeländerung oder einer Blattschwenkung vermieden werden. Es ist jedoch zu beachten, daß der Rotorkopf, an welchen diese bekannten Vorrichtungen angepaßt sind, der voll-gelenkige Rotorkopf ist, welcher mehrere und gesonderte Einrichtungen zum Abstützen der Blätter an dem Rotorkopf mit Blattansteil-, Schwenk- und Schlagfreiheit hat. Ein Beispiel für diesen Stand der Technik zeigt die US-PS 2 614 640, welche eine Vorrichtung beschreibt, die von der Anmelderin lange für Hubschrauber vom Typ Sikorsky benutzt worden ist. Der aus dieser Patentschrift bekannte Abwärtswinkelbegrenzer umfaßt ein Widerlager an der Unterseite des Schlaggelenkstückes, das an dem Rotorblatt befestigt ist, und ein zusammenpassendes Widerlager, welches ein Ansatz des Schwenkgelenks ist. Die Auswirkungen einer Blattanstellkopplung werden verhindert oder isoliert, indem das erste Widerlager bezüglich der Blattwinkelverstellager (nicht dargestellt) innerhalb angebracht wird. Die Auswirkungen einer Schwenkkopplung werden verhindert, indem das zweite Widerlager bezüglich des Schwenkgelenks außerhalb angebracht wird. Das Schlaggelenk wird benutzt, um die Differentialschlagbewegung zwischen den beiden Widerlagern zu schaffen.

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Als eine Verbesserung auf dem Gebiet der Hubschrauberrotorköpfe tritt der Rotorkopf mit kugelförmigem lamelliertem elastischem Lager an die Stelle des voll-gelenkigen Rotorkopfes, der beispielsweise in der o.g. US-PS 2 614 beschrieben ist. Das bedeutende Merkmal dieser neuen Art von Konstruktion besteht darin, daß die gemäß dieser Patentschrift vorgesehenen gesonderten Stützlager für die Blattverstellung, das Schwenken und das Schlagen funktionsmäßig durch eine einzige elastische Einheit oder durch eine Anordnung von elastischen Einheiten ersetzt ist. Beispiele für diese beiden Arten von elastischen Rotorköpfen sind in den US-PS'en 3 778 189 und 3 782 854 beschrieben. Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um der Rotorkonfiguration mit elastischem Lager die Fähigkeit der Blattabwärtswinkelabstutzung und der -aufwärtswinkelbegrenzung zu geben, bei keinem von ihnen ist aber die Vollbereichslagerberührung der vorliegenden Erfindung für alle Kombinationen von Blattauslenkungen erreicht worden. Das elastische Lager hat zwar die Hauptfunktion, in Form einer einzeigen Einheit auf alle Blattbewegungen zu reagieren, wodurch es den potentiellen Vorteil einer erhöhten Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit eines ungeschmierten Teils bietet, es ist jedoch gerade dieses Merkmal der mehrfachen Reaktion, welches die Kopplungsschwierigkeiten mit sich bringt. Für Rotorköpfe mit elastischen Lagern sind Abwärtswinkelbegrenzungsvorrichtungen bekannt, welche eine Punkt- oder Linienberührung nur zwischen den Abwärtswinkelbegrenzeranlageteilen für alle Kombinationen von Blattbewegungen schaffen oder welche eine flache Lagerbereichsberührung nur für einen speziellen Schwenkwinkel ergeben. Folgen de Patentschriften kommen diesem Stand der Technik am nächsten:

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Die US-PS 3 282 350 zeigt in den Fig. 2 und 3 einen Rotorkopf mit elastischem Lager, welcher in drei Achsen voll-gelenkig ist, wobei das Mittel zum Begrenzen des Herabhängens der Rotorblatter die Berührung zwischen einem Schlagwinkelbegrenzer an der Nabe und dem gekrümmten Teil des Blattes ist. Es ist zu erkennen, daß der Grad des Herabhängens des Blattes eine Funktion der Größe der periodischen Blattverstellung ist und daß sich eine Vollbereichsberührung zwischen den aneinanderstoßenden Abwärtswinkelbegrenzungsteilen nur bei einem einzigen vorbestimmten Blattanstellwinkel ergeben wird.

Die US-PS 3 778 189 beschreibt eine Verbesserung gegenüber dieser US-PS 3 282 350. Der Blattverstellkopplungseffekt wird durch die Verwendung von Abwärtswinkelbegrenzungsteilen beseitigt, die so geformt sind, daß sie mit ihren speziell angeordneten Achsen einander schneidende Kegel bilden. Eine solche Konfiguration erzeugt einen Linienkontakt zwischen den Teilen, da zwischen ihnen bei den verschiedenen Kombinationen von Blattbewegungen ein reines Rollen auftritt, wenn die konischen Teile in Berührung sind. Die aus dieser Patentschrift bekannte Anordnung stellt außerdem eine Verbesserung gegenüber der aus der US-PS 3 501 250 bekannten Abwärtswinkelbegrenzungsvorrichtung dar, welche eine an der Nabe befestigte konische Unterlage und eine an dem Blatt befestigte Rolle enthält und weder eine reine Linienrollberührung noch eine VoIlbereichslagerberührung erzeugt.

Die US-PS 3 853 426 beschreibt Verbesserungen an elastischen Hubschrauberrotorköpfen mit dynamischen und statischen Blattschwenk- und Blattabwärtswinkelbegrenzungsanschlägen. Diese Patentschrift beschreibt eine gegenüber der o.g. US-PS 3 778 189 verbesserte Abwärtswinkelbe-

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grenzungsanschlagkonfiguration, bei welcher die statischen und die dynamischen Vorrichtungen durch dieselbe Halterung abgestützt sind und bei welchen Vorkehrungen getroffen sind, damit eine Fehlausrichtung des elastischen Hauptlagers nicht die Linienberührung zwischen den Abwartswinkelbegrenzungsteilen beeinträchtigt. Eine solche Konfiguration ist erfolgreich in einen H-53 Sikorsky-Hubschrauber mit sechs Blättern eingebaut und praktisch angewandt worden.

Die Anzahl, die Größe und das Gewicht der Blätter und des Rotors sind maßgebliche Faktoren bei der Konstruktion von Abwärtswinkelbegrenzungsvorrichtungen, da die Belastung der Teile nicht zur Erzeugung von mechanischen Spannungen führen darf, welche ein Versagen der Teile verursachen. Somit muß für gegebene Gewichte und Belastungen eine geeignete Berührungsfläche an den Widern lagerteilen vorgesehen werden und ihren Abstützstrukturen muß eine geeignete Festigkeit gegeben werden. Außerdem müssen Größe und Gewicht der Abwartswinkelbegrenzungs teile optimal sein, um nachteilige Widerstandseffekte und Leistungsbegrenzungen durch Übergewicht zu vermeiden.

Die Erfindung schafft eine Verbesserung gegenüber der oben genannten US-PS 3 853 426. Sie schafft nämlich eine Abwärtswinkelbegrenzungskonfiguration, welche für eine Vollbereichsberührung sorgt und dem Merkmal der Vollgelenkigkeit des elastischen Rotorkopfes anpaßbar ist. Für Rotorköpfe, bei welchen Größe und Gewicht größer sind als bei dem H-53 Sikorsky-Hubschrauber^ hat diese Konfiguration Vorteile hinsichtlich Gewicht und Beanspruchung mit sich gebracht.

Zum genaueren Erkennen dieser Vorteile muß beachtet werden, daß der Raum, der für den Einbau von η Abwärtswinkelbegrenzungsteilen bei einem Rotorkopf mit η Blättern

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zur Verfügung steht,insgesamt verringert wird,wenn die Anzahl der Blätter bei größeren Hubschraubern zunimmt,und daß auch die Blattgröße und -belastung, die auf diese Anschlagteile ausgeübt wird, zunimmt.Anschlagteile mit Flächenberührung sind im allgemeinen kleiner und leichter im Gewicht als Linienberührungsteile und bieten einen geringeren Stirnwiderstand. Folglich ist die Konfiguration nach der Erfindung attraktiv hinsichtlich der Beanspruchungs-, Gewichts- und Leistungsanforderungen. Der Mangel an Rollberührung verringert außerdem den Schmierungsbedarf.

Bei einem Hubschrauberrotorkopf, der sich mit niedriger Geschwindigkeit dreht oder der im Ruhezustand ist und bei weüiem die Blätter flexibel sind und aufgrund ihres Gewichts dazu neigen, an ihren Spitzen aus einer horizontal ausgestreckten Position herabzuhängen, oder bei welchem die flexiblen oder starren Blätter an der Nabe des Rotors gelenkig oder frei abgestützt sind, ist es möglich, daß dieses Herabhängen der Blätter dazu führt, daß die Blätter mit dem Boden und/oder dem Rumpf des Hubschraubers in Berührung kommen, sofern ihre Abwärtsneigung nicht durch geeignete Maßnahmen begrenzt wird. Weiter ist zu beachten, daß bei voller Drehzahl des Rotorkopfes die Zentrifugalbelastung der Blätter deren Schwerkraftbelastung überwindet und daß die scharfen Grenzen für das Herabhängen, die im Ruhezustand oder bei niedriger Drehzahl erforderlich sind, nicht benötigt werden und tatsächlich einen Nachteil darstellen, wenn sie nicht so verstellt werden, daß sie eine größere Abwärtswinkelauslenkung des Blattes gestatten. Verschiedene Bewegungen der Rotorblätter, ob bei voller oder bei niedriger Drehzahl, wie etwa bei plötzlichen Manövern im Flug oder sogar beim Gleiten über dem Boden, können bewirken, daß das Blatt die Sicherheitsauslenkgrenze erreicht, die durch die Abwärtswinkelbegrenzungsanschläge geschaffen wird. Gemäß dem bekannten Stand der Technik,

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der oben dargelegt worden ist, und insbesondere gemäß den Darlegungen in der US-PS 2 614 640 ist es bekannt, ein Blattauslenkungsbegrenzungs teil vorzusehen, welches als statischer Anschlag bezeichnet wird, der gebraucht wird, wenn der Rotor stillgesetzt ist oder sich langsam dreht, und einen zweiten Anschlag oder eine Verstelleinrichtung für den statischen Anschlag zu schaffen, welcher bzw. welche als dynamischer Anschlag bezeichnet wird und verwendet wird, wenn der Rotor sich mit größerer oder mit voller Drehzahl dreht. Es ist bekannt, das statische Anschlagteil sowohl mit einer Federvorspannung zu versehen, um es in seine Abwartswinkelbegrenzungsstellung bei niedriger Rotordrehzahl zu bringen, und mit einem zentrifugal betätigten Gegengewicht zu versehen, um das statische Anschlagteil in eine Beipaß- oder Nichtbeeinflussungsstellung zu bewegen, wenn der Rotorkopf sich mit höherer Drehzahl dreht. Es ist außerdem allgemein bekannt, Vollbereichsberührungsflächen für zusammenpassende Abwartswinkelbegrenzungsanschlagteile vorzusehen, wie in der US-PS

2 614 640 beschrieben, aber nur für Rotoren, welche nicht die Kopplungseffektprobleme erzeugen, die durch einen Rotor mit elastischem Lager erzeugt werden. Es ist aber das Hauptziel der Erfindung, zum ersten Mal die Vollbereichsberührung in dem elastischen Hauptrotorsystem vorzusehen und gleichzeitig Kopplungseffekte in der Abwartswinkelbegrenzungsvorrichtung zu vermeiden. Bei den früheren Entwicklungen, die in den US-PS'en

3 778 189 und 3 353 426 beschrieben sind, ging man davon aus, daß dieses Ziel der Eigencharakteristik der zusammengesetzten Bewegung dieser Art von Hauptlager wider spr icht.

Zur Veranschaulichung der Funktion der Erfindung wird ein typischer Ablauf dargelegt. Im geparkten Zustand mit ausgestreckten Rotorblättern muß jedes Blatt auf

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einen ersten Herabhäng- oder Abwärtswinkel begrenzt werden, beispielsweise auf 1/2 unterhalb der Horizontalen, und jedes Blatt wird durch seinen Dämpfer/ Versteller an seinen Voreilungs- oder Vorderanschlag gebracht. Wenn der Rotorkopf in Eingriff gebracht wird, indem die Rotorbremse gelöst wird, und wenn die Rotors nabe in der üblichen Weise im Gegenuhrzeigersinn angetrieben wird, bewirkt die Trägheit jedes Blattes, das in Ruhe bleiben möchte, daß eine Blatt/Rotornabe-Nacheilbewegung auftritt, bis das Blatt seinen Nacheilungs- oder Hinteranschlag berührt und beginnt, mit der Rotornabe in Rotation gezogen zu werden. Während dieser Bewegung bleibt das Blatt an seinem statischen Abwärtswinkelbegrenzungsanschlag und sein Anstellwinkel kann durch den Piloten verändert werden. Der statische Abwärtswinkel des Blattes darf nicht durch die oben genannte Nacheilbewegung und durch die Blattanstellwinkeländerung beeinflußt werden. Weiter, wenn die volle Drehzahl erreicht ist und wenn sich das Blatt von seinem statischen Anschlag abhebt, ist es erwünscht, daß die Abwärtswinkelbegrenzung auf einen Winkel von ungefähr 6° unterhalb der Horizontalen angehoben wird, um größere Blattspielraumgrenzen während des Fluges des Hubschraubers zu gestatten. Somit muß das statische Abwärtswinkelbegrenzungsteil automatisch seine Position in Abhängigkeit von dieser Drehzahländerung verschieben, und zwar in reversibler Weise. Die Abwärtswinkelbegrenzungsvorrichtung nach der Er~ findung erfüllt diese Forderungen in einem Rotorkopf mit elastischem Lager und schafft gleichzeitig eine Vollbereichslagerberührung sowohl für die statischen wie auch für die dynamischen Abwärtswinkelbegrenzungsteile .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Vorkehrungen

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getroffen für eine mögliche Fehlausrichtung des elastischen Hauptlagers infolge der Differenz in seiner Auswärtsauslenkung aufgrund des Grades der Zusammendrückung der Gummischichten, die durch die Belastung des Lagers unter der Zentrifugalkraft hervorgerufen werden, welche durch die Rotation des Blattes erzeugt wird, und infolge der Radialauslenkungen des Lagers, wenn seine Schichten eine Scherbewegung ausführen. Es ist beispielsweise bekannt, daß ein Blatt eines Hubschraubers mit einem Gesamtgewicht von ungefähr 40 000 #'s sein elastisches Lager bis zu 0,150" (3,8 mm) zusammendrücken wird. Somit müssen in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl und von der Zentrifugalbelastung des Blattes die Anschlagteile in der Lage sein, eine Verschiebung des Blattes nach außen von Null bis zu diesem Maximalwert aufzunehmen.

Gemäß der Erfindung ist ein erstes ebenes Widerlager oder eine erste Berührungsunterlage drehbar an und konzentrisch zu der Blattwinkeldrehachse an dem inneren Ende des Rotorblattes angebracht. Ein zweites ebenes Widerlager oder eine zweite Berührungsunterlage ist an der Rotornabe und konzentrisch zu der Schwenkgelenkachse angebracht. Mittels ihrer Lagerungen ist die erste Unterlage von der Blattverstellbewegung isoliert, und die zweite Unterlage ist von der Nabe isoliert und kann somit eine freie Schwenk(lead-lag)-Bewegung, aber nicht in einer Schlagrichtung, ausführen. Ein Verbindungsgestänge zwischen diesen beiden Unterlagen hält sie in richtiger Ausrichtung beim Aneinanderliegen, so daß ihre betreffenden Flächen in einer Position sind, in der sie einander voll berühren können, wenn das Blatt bis zu dem vorbestimmten Winkel der zweiten Unterlage herabhängt, ungeachtet des besonderen Blattschwenkwinkels oder Blattanstellwinkels.

Ein drittes ebenes Widerlager oder eine dritte Berührungs-

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unterlage ist an der ersten Unterlage mittels einer losen Stiftanordnung drehbar gelagert. Die dritte Unterlage begrenzt, wenn sie durch eine Vorspannfeder zwischen die erste und die zweite Unterlage gebracht ist, den Blattabwärtswinkel auf -1/2° unterhalb der Rotorebene und, wenn die Zentrifugalkraft mit der schnelleren Drehung der Rotornabe zunimmt, so daß sie die Federvorspannung überwindet, dreht sich die dritte Unterlage aus ihrer Lage zwischen der ersten und der zweiten Unterlage heraus und gestattet eine größere Blattabwärtswinkel^ grenze bis -6 unterhalb der Rotorebene, Die lose Stiftanordnung ermöglicht der dritten Unterlage, durch das Herabhängen des Blattes hervorgerufene Belastungen von der ersten Unterlage auf die zweite Unterlage zu übertragen, wenn sie zwischen der ersten und der zweiten Unterlage in der oben angegebenen Weise angeordnet ist, ohne daß diese Belastungen auf die Drehlagerung ausgeübt werden.

Das Merkmal, das die Äbwärtswinkelbegrenzungskonfiguration eine Fehlausrichtung ausgleichen kann, besteht aus einem kleinen Teil eines zylinderischen elastischen Lagerteils, welches in der an der Nabe angebrachten Unterlage vorgesehen ist. Durch das Vermögen des Lagers, Scherauslenkungen unter hohen Druckbelastungen auszuhalten, ist diese zweite Unterlage in der Lage, sich seitlich zu verschieben, um sich selbst wieder bei Verschiebung der an dem Blatt angebrachten Unterlage auszurichten, die aufgrund der Zusammendrückung oder der seitlichen Verschiebung des Hauptlagers oder des Zentrierlagers, das ebenfalls ein Lager elastischer Art sein kann, verschoben worden ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispeils der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 eine Teilseitenansicht eines gelenkigen

Hubschrauberrotorkopfes, der aus Darstellungsgründen teilweise weggebrochen ist, welche ein kugelförmiges elastisches Hauptlager zeigt, das das Rotorblatt derart abstützt, daß es eine .Anstell-, Schwenk- und Schlagfreiheit besitzt, und in welcher die Abwartswinkelbegrenzungsteile mit gestrichelten Linien in der Stellung des statischen Anschlags und bei niedriger Rotordrehzahl und mit ausgezogenen Linien bei voller Rotordrehzahl dargestellt sind, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Abwärtswinkelbe-

grenzungsteile allein sowie Zugfedern, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Hubschraubergelenkrotorkopf 10 der Gabel- oder Jochbauart, welcher um eine Drehachse 12 drehbar gelagert ist und ein kugelförmiges elastisches Lager 14 hat, das zwischen einem Nabenarm 16 an seinem äusseren Ende und dem Blattjoch 18 angebracht ist, um das Blatt 19 an der Nabe 21 mit Bewegungsfreiheit um die Achse für periodische Blattverstellung (Blattwinkeldrehachse) 26, die Schwenkgelenkachse 48 und die Schlaggelenkachse 25, die einander schneiden, abzustützen. Das eigentliche Rotorblatt ist mit diesem Joch 18 hauptsächlich durch seinen Blattwurzelverkleidungsanschluß 20 über geeignete Befestigungsmittel 22 und außerdem über eine nach innen gerichtete Zapfenwelle 24 verbunden, welche zu der Blattwinkeldrehachse 26 konzentrisch ist und an welcher der Zentrierstift 28 montiert ist, der als der innere Laufring 30 für ein elastisches Zentrierlager 32 dient. Der äußere Laufring 34 des Lagers 32 ist in dem Außenjochteil 36 des Rotornabenarms 16 ab-

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gestützt. Das Lager 14 hat die Funktion, durch Zusammendrückung auf die Zentrifugalbelastungen zu reagieren, die sich bei hohen Drehzahlen der Blätter ergeben,und durch Scherung auf die verschiedenen zusammengesetzten Bewegungen des Blattes zu reagieren, wenn es seinen Anstellwinkel sowohl zyklisch als auch kollektiv ändert und mehrere Bewegungen sowohl um die Schwenkgelenkachse (Horizontalbewegung) als auch um die Schlaggelenkachse (Vertikalbewegung) gleichzeitig ausführt. Da der gewöhnliche Flugbetriebszustand des Hauptrotors zu einem Aufwärtskegel der Rotorscheibe und zu einem kleinen Nacheilwinkel für sämtliche Blätter führt, kann es aus Beanspruchungsgründen erwünscht sein, das Hauptlager derart einzubauen, daß es in seinem Flugzustand eine im wesentlichen neutrale Biegemode annimmt. Fig. 1 zeigt das Lager in einem solchen Flugzustand und außerdem das Zentrierlager 36 in seinem Flugzustand, wobei die Zusammendrückung des Hauptlagers 14 gestattet, daß der Fokalpunkt beider Lager von dem Punkt A nach außerhalb zu dem Punkt B verschoben wird. Es handelt sich somit um den Punkt A, von welchem aus das Blatt in seinem statischen Zustand oder seinem Zustand mit niedriger Rotordrehzahl ausgestreckt ist oder herabhängt, während der Punkt B sein Grund- oder tatsächlicher Drehpunkt bei voller Rotordrehzahl ist. Aufgrund von Böen oder Flugbewegungen können radiale Belastungen, die auf das Zentrierlager und das Hauptlager einwirken, diese Punkte vorübergehend in einer radialen Richtung von der Blattwinkeldrehachse 26 weg verschieben.

Ein Abwärtswinkelbegrenzerteil 38 ist auf der Blattzapfenwelle 24 mittels Lagern 40, die zu der Blattwinkeldrehachse 26 konzentrisch sind, drehbar gelagert und hat einen örtlichen Vorsprung 42 mit einem ebenen Flächenbereich 44. Diese ebene Widerlagerfläche 44 liegt in einer Querebene, die zur Ebene der Fig. 1 senkrecht ist.

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So gehaltert ist das Abwartswinkelbegrenzerteil 38 mittels der Lager 40 von allen Bewegungen des Blattes um die Blattwinkeldrehachse 26 zwar isoliert, es macht jedoch Schwenk- und Schlagbewegungen des Blatts mit. Ein Abwärtswinkelbegrenzeranlageteil 46 ist konzentrisch zu der Blattschwenkgelenkachse 48 mittels Lagern 50 drehbar gelagert, die durch einen Ansatz 52 abgestützt sind, der mit dem Jochteil 36 des Rotornabenarms 16 mittels eines Bolzens 54 verbunden ist. Das Abwärtswinkelbegrenzeranlageteil 46 hat einen örtlichen Vorsprung 56 mit einer konvex-zylindrischen Außenfläche 58, die den inneren Laufring eines lameliierten zylindrischen elastischen Elements 60 bildet, welches abwechselnde, miteinander verbundene Schichten aus Elastomer und metallischen Zwischenlagen enthält. Eine konkav-zylindrische Fläche 64 eines Blockes 66 bildet den äußeren Laufring des elastischen Elements 60 und ist mit einer ebenen Widerlagerfläche 68 versehen, welche eine Querebene bildet, die zu der Zeichenebene von Fig. 1 senkrecht ist. Der Mittelpunkt für das zylindrische Element 60 liegt auf der Schwenkgelenkachse 48 und die zylindrischen Laufringe und metallischen Schichten des Elements sind zu der Fläche 68 tangential. Es sei beachtet, daß bei der in Fig. 1 gezeigten Darstellung des Blattes und der mit ihm verbundenen Teile im Rotorflugzustand die Ebenen der Flächen 44 und 68 mit dem Fokalpunkt B radial in einer Linie liegen. So angeordnet ergeben die Flächen 44 und 68 eine Vollbereichsberührung, wenn das Blatt in vollem Flugbetrieb um den Punkt B bis zu der vorbestimmten Winkelbegrenzung des Anschlagteils 46 abkippt.

Ein federbelasteter statischer Abwärtswinkelbegrenzer ist vorgesehen, um das Herabhängen des Blattes in dessen Ruhezustand oder bei niedriger Rotordrehzahl zu begrenzen. Der statische Abwärtswinkelbegrenzer 70 enthält

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ein Anlageteil 72, welches mit Armen 74 verbunden und ' durch einen Stift 76/ der an dem Abwärtswinkelbegrenzerteil 38 befestigt ist, mit Spielpassung schwenkbar gehaltert ist. Die Arme 74 sind durch Federn 75 vorgespannt, welche den Abwärtswinkelbegrenzer 70 bezüglich der Darstellung in Fig. 1 in Gegenuhrzeigersinn drängen, bis eine Fläche 78 die Fläche 44 des Abwartswinkelbegrenzerteils 38 berührt. In dieser vorgespannten Lage ist die gegenüberliegende Fläche 80 des Anlageteils 72 so ausgerichtet, daß sie auf die Fläche 68 des Abwärtswinkelbegrenzeranlageteils 46 trifft, wenn das Blatt bei niedriger Rotordrehzahl herabhängt. Das Blatt wird deshalb auf einen geringeren Abwärtswinkel begrenzt, als er für dynamische oder Zustände mit voller Rotordrehzahl zugelassen ist. Um eine volle Berührung mit den Flächen 44 und 68 der Begrenzerteile 38 und 46 zu schaffen, ist den Flächen 78 bzw. 80 eine Winkeloder Radiallage bezüglich des Scheitels in dem Punkt B gegeben worden, wodurch sich eine Keilform statt reiner Parallelität ergibt. Die lose Halterung des Stiftes 76 in dem Begrenzerteil 38 gestattet, daß durch Herabhängen des Blattes hervorgerufene Belastungen direkt und vollständig von dem Blatt auf das Begrenzerteil 46 und von diesem aus auf den Nabenarm 16 übertragen werden, ohne daß starke Belastungen auf die Arme 74 und den Stift 76 des statischen Begrenzerteils 70 ausgeübt werden. Die Anlageplatte 72 dient als ein Fliehgewicht, welches unter der Zentrifugallast, die durch die volle Drehzahl des Rotorkopfes hervorgerufen wird, ihre Federvorspannung überwindet und sich im Uhrzeigersinn in die Bereitschafts- oder Nichtbetriebssteilung bewegt, die in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt parallele Zugfedern 82 und 84, von deren

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Enden jeweils eines an dem zylindrischen Teil des Begrenzerteils 38 und das andere an dem zylindrischen Teil des Begrenzeranlageteils 46 befestigt ist. Diese Federn haben die Aufgabe, als ein Verbindungsgestänge oder als Scheren zu wirken, damit das Begrenzeranlageteil· 46 der Schwenkbewegung des Bl·attes folgt, wenn es sich um die vertikale Achse 48 dreht, damit das Begrenzerteil 38 ungeachtet des Blattanstellwinkels in richtiger Ausrichtung bleibt. Bei einer Drehung des Rotorkopfes im Gegenuhrzeigersinn zeigt Fig. 2 die fluchtende Ausrichtung der Begrenzerteilberührungs- ^ächen 44 und 68, wenn das zugeordnete Blatt seinen leichten Nacheilwinkel· hat, wie etwa in seinem Fiugzustand. Es sind zwar Doppel·federn 82 und 84 dargestel·^ und beschrieben, es ist jedoch mögiich, andere Vorrichtungen, wie beispieisweise Scheren oder eine Teleskopeinrichtung entweder einzeln oder al·s ein Paar zu verwenden. Die Federn werden wegen ihrer Einfachheit, ihres niedrigen Gewichts und der Vermeidung eines Schmierungsbedarfes bevorzugt.

Bei voller Drehzahl des Rotorkopfes 10, bei weicher die auf die Rotorbiätter durch ihr Gewicht ausgeübte Zentrifugaikraft die Eiastomerschichten des eiastischen Lagers 14 zusammendrückt, wird ein Dreh- oder Biattfokal·punkt in dem Punkt B von Fig. 1 auf der Biattwinkeidrehachse 26 gebiidet. In dem dargestesten el·astischen Rotorkopf, in welchem ein Zentrierlager 32 benutzt wird, bei welchem es sich ebenfa^s um ein iaminiertes eiastisches Lager handeit, ist zu erkennen, daß beide Lager 14 und 32 geringe radiaie Ablenkungen oder Auslenkungen dieses Drehpunktes exzentrisch zu der Blattwinkeidrehachse 26 sowie die vorgenannte Verschiebung iängs dieser Achse von dem Punkt A zu dem Punkt B gestatten. Das-ist ein Merkmal, das dem Rotorkopf mit elastischem Lager

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eigen ist und allein bei einem derartigen Rotorkopf vorkommt. Sollte der Hubschrauberpilot ein abruptes Manöver versuchen, welches erfordert, daß dem Rotorkopf eine große Eingangsgröße für die zyklische Blattverstellung zugeführt wird, so wird die Abwärtserstrekkung jedes Blattes, wenn es auf diese Eingangsgröße reagiert, verschiedentlich eine vorbestimmte untere Winkelgrenze erreichen und bestrebt sein, diese zu überschreiten. Diese Winkelgrenze ist durch den Winkel in dem Punkt B festgelegt, welcher zwischen der Fläche 44 des Begrenzerteils 38 und der Fläche 68 des Begrenzeranlageteils 46 gebildet ist. Im allgemeinen liegt dieser Winkel in der Größenordnung von 6° gegenüber einer horizontalen Bezugsebene 27. Bei Flugdrehzahl des Rotorkopfes und aufgrund der Trägheit der Blätter wird jedes Blatt in einer geringen Winkelnacheillage sein, gemessen von dem Drehpunkt B aus, wobei der Nacheilungsgrad davon abhängt, ob sich das Blatt in dem vorlaufenden oder in dem rücklaufenden Abschnitt des Azimuts befindet, und von der Größe seines Anstellwinkels, gemessen von der ebenen Blattanstellposition aus. Es ist deshalb zu erkennen, daß in jedem Zeitpunkt jedes Blatt des Rotorsystems einen verschiedenen Anstellwinkel, Schwenkwinkel und Abwärtswinkel haben kann. Beim Begrenzen des Blattabwärtswinkels, d.h. hier der Größe des Herabhängens des Blattes auf einen vorbestimmten Winkel stört die Abwärtswinkelbegrenzungsvorrichtung nicht die Blattwinkeldreh- oder Schwenktendenzen des Blattes und die Federn 82 und 84 richten die Begrenzerteile 38 und 46 ungeachtet der Schwenk- und Anstellwinkellage des Blattes aufeinander aus. Wenn das an dem Blatt angebrachte Anschlagbegrenzerteil 38 sich an das an der Nabe angebrachte Begrenzerteil 46 anlegt, wobei sich das Blatt in dem Punkt B dreht, erfolgt eine volle Belastungsübertragung durch die Flächenberührung der beiden aneinanderliegenden Teile. Eine Linien- oder

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Punktberührung, welche andernfalls einen zu Beschädigungen führenden Zustand hoher Beanspruchung erzeugen würde, der zu einem Versagen der Begrenzerteile führen könnte, wird somit vermieden.

Es ist somit für Rotorköpfe von großen Hubschraubern wichtig, daß derartige Abwärtswinkelbegrenzer mit Flächenberührung benutzt werden, und hauptsächlich auf dieses Ziel ist die Erfindung gerichtet. Bei der dargestellten Rotorkopfkonstruktion reagiert das Zentrierlager 32 auf die Blattradiallast, welche eine Funktion der Blattmasse, seiner Trägheit und der Strecke von seinem Schwerpunkt zu seinem Berührungspunkt, gemessen längs.der BlattSpannweite, ist. Beim Reagieren auf diese Belastung in dem Punkt B und aufgrund der Federungseigenschaften des elastischen Zentrierlagers wird der Punkt B am Anfang radial aus seiner dargestellten Stellung auf der Blattwinkeldrehachse 26 verschoben. Diese Verschiebung in dem Blattdrehpunkt ergibt eine Winkelverschiebung der Fläche 44 des an dem Blatt befestigten Begrenzerteils 38.

Die Benutzung des zusätzlichen elastischen Elements 60 in der Nähe der Berührungsfläche 68 des Begrenzeranlageteils 46 gestattet dem Block 66, sich durch Scherbearsprudung seiner Elastomerschichten zu verschieben, so daß seine ebene Berührungsfläche 68 der Verschiebebewegung des zusammenpassenden Begrenzerteils 38 folgt und die Flächenberührung aufrechterhalten wird. Wenn die Belastung abgeleitet oder abgeschaltet wird und wenn der Blattdrehpunkt an seine Stelle B auf der Blattwinkeldrehachse zurückkehrt, kehrt das Element 60 unter der Einwirkung der Kräfte an den Berührungsflächen in seine eigene neutrale Stellung zurück.

Wenn der Rotor in Ruhe ist oder sich mit niedriger Dreh-

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zahl dreht, ist das statische Abwartswinkelbegrenzerteil 70 durch die Federn 75 so positioniert, daß sein Anlageteil sich zwischen dem Begrenzerteil 38 und dem Begrenzeranlageteil 46 befindet. Aufgrund der Entlastung der Lager 14 und 32 von der Zentrifugalbelastung wird sich der Blattdrehpunkt dem Punkt A nähern. Die Berührung zwischen den Teilen 38, 70 und 46 kann am Anfang eine Fehlausrichtung und Verschiebung des Drehpunktes von dem Punkt A hervorrufen. In der oben beschriebenen Weise ruft eine derartige Fehlausrichtung eine Scherbewegung in dem elastischen Element 60 hervor, welche dem Block 66 gestattet, sich so zu verschieben, daß alle ebenen Flächen in vollem Flächenkontakt bleiben. Ähnlich dem Vorgang, an dem nur der dynamische Begrenzer beteiligt ist _f kehrt der Blattdreh— punkt an seine Stelle auf der Blattwinkeldrehachse zurück und das Element 60 kehrt in seine vertikale Stellung zurück, wenn die Belastung abgeleitet wird.

Es sind zwar Blattbewegungen in bezug auf das elastische Zentrierlager 32 beschrieben worden, es ist jedoch zu beachten, daß Bewegungen des Hauptlagers 14 Fehlausrichtungsprobleme hervorrufen können, die durch die Verschiebebewegungen, welche durch das elastische Element 60 gestattet werden, ebenfalls aufgenommen werden. In ähnlicher Weise ist die Anwendung des Abwärts·^ Winkelbegrenzers mit Flächenberührung bei dem elastischen Rotorkopf in gleicher Weise an diejenigen Rotorköpfe mit elastischem Lager anpaßbar, bei welchen kein Zentrierlager, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, benutzt wird. Ein solcher Rotorkopf ist in der US-PS 3 782 854 dargestellt.

Wenn der Hubschrauber landet und die Maschinen abgeschaltet werden, verlangsamt sich der Rotorkopf durch normale Abnahme seiner Energie zuerst auf eine geringere Drehzahl,

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Anschließend werden durch das Betätigen der herkömmlichen Rotorbremse die Blätter gegen einen Anschlag gebracht. Während der hohen Drehzahl des Rotorkopfes wirkt auf das Gewicht des statischen Begrenzerteils 72 die Zentrifugalkraft aufgrund seiner Drehbewegung ein und es nimmt die in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestelle Stellung ein. Nach der Verringerung dieser Zentrifugalkraft unter die Kraft, die in der entgegengesetzten Richtung durch die Feder 27 an dem Drehzapfen 76 ausgeübt wird, wird das Anlageteil oder der Keil durch die Feder 27 in seine in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellte Stellung gedreht. Bei weiterer Verringerung der Zentrifugalkraft und wenn der durch die Schwerkraft auf das Blatt ausgeübte Zug vorherrschend wird und wenn die kollektiven Blattverstellbewegungen verringert werden, wird das Blatt von seinem Drehpunkt an seinem Wurzelende aus herabhängen. Das Abwärtswinkelbegrenzerteil 38,mit seinem statischen Anlageteil 72 in Berührung,trifft auf das Abwärtswinkelbegrenzeranlageteil 46 und verhindert somit eine weitere Auslenkung des Blattes nach unten. Aufgrund der momentanen Exzentrizität des Drehpunktes, der sich normalerweise in dem Punkt A befindet, in Abhängigkeit von einer Zentrifugalkraftabnahme, Schwingungen oder anderen reaktionären Faktoren,kann eine geringe Fehlausrichtung zwischen den Berührungsflächen 80 und 68 vorhanden sein und dazu führen, daß die Anfangsberührung eine Linienberührung ist. Das passiert jedoch nur vorübergehend, da durch das Ausüben geringer Belastungen in Abhängigkeit von der Wechselbeziehung der drei elastischen Lager 60, 32 und 14, die zusammenwirken, um den Blattdrehpunkt zurück in seine Lage im Punkt A zu bringen, die Vollbereichsberührung schnell hergestellt wird.

Die Erfindung ist zwar als eine Abwärtswinkel- oder Absenkungsbegrenzervorrichtung beschrieben worden, es

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ist jedoch zu beachten, daß die dargestellte Konfiguration in gleicher Weise sowohl zur Begrenzung des Schiagens oder der nach oben gerichteten Winkelstellung (Aufwärtswinkel) der Rotorblätter benutzt werden kann. Während es im allgemeinen erwünscht ist, sekundäre Teile zur Begrenzung der nach unten gerichteten Winkelstellung der Blätter auf einen kleineren Winkelgrad bei niedriger Drehzahl des Rotors oder bei angehaltenem Rotor zu benutzen, ist es ebenso erwünscht, dieselbe Einstellbarkeit den Schlagwinkelbegrenzungsvorrichtungen zu geben. Da das Herabhängen der Blätter ein ernsterer Zustand ist als das Schlagen der Blätter, kann ein aus einer ebenen Platte bestehender Abwartswinkelbegrenzer, welcher eine Vollbereichsberührung schafft, an demselben Rotorkopf wie ein kegelförmiger Schlagwinkelbegrenzer benutzt werden, der lediglich eine Linienberührung schafft.

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Claims (8)

1. - 21 Patentansprüche :

   y. Vorrichtung zur Begrenzung der Winkelstellung, insbesondere der nach unten gerichteten (d.h.des Abwärtswinkels),der Blätter eines Hubschrauberrotorkopfes, bei welchem jedes Blatt um eine Blattwinkeldrehachse, eine Schwenkgelenkachse und eine Schlaggelenkachse, die einander schneiden, durch ein elastisches Lager beweglich abgestützt ist, welches zwischen der Rotornabe und dem Blattwurzelanschluß angebracht ist, gekennzeichnet durch

   A. ein erstes Stützteil, welches an dem Blattwurzelanschluß mittels Lagern, die zu der Blattwinkeldrehachse konzentrisch sind, drehbar gelagert ist und eine erste ebene Anschlagfläche radial auf einer Linie mit dem Drehpunkt des Blattes hat,

   B. ein zweites Stützteil, welches an der Rotornabe mittels Lagern, die zu der Schwenkgelenkachse des Rotorkopfes konzentrisch sind, drehbar gelagert ist, so daß es in Anlage mit dem ersten Stützteil bringbar ist, und welches eine zweite ebene Anschlagfläche radial in einer Linie mit dem Drehpunkt des Blattes hat, und

   C. eine Ausrichteinrichtung, welche das erste und das zweite Stützteil miteinander verbindet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Stützteil ein laminiertes zylindrisches elastisches Element enthält, welches abwechselnde Elastomerschichten und Metallscheiben hat.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen elastischen Lagerscheiben zu der

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   zweiten ebenen Anschlagfläche tangential und zu der Drehachse des zweiten Stützteils konzentrisch sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet/ daß die Ausrichteinrichtung, welche das erste und das zweite Stützteil miteinander verbindet, zwei Schraubenfederzugteile enthält.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 4, gekennzeichnet durch eine auf Zentrifugalkraft ansprechende statische Begrenzereinrichtung, die an dem ersten Stützteil drehbar gelagert ist und eine keilförmige Anlageplatte aufweist, welche ebene gegenüberliegende Flächen hat, die zur Anlage an der ersten bzw. der zweiten ebenen Anschlagfläche bestimmt sind, und durch eine Federanordnung, welche eine Drehung der statischen Begrenzereinrichtung in eine Stellung bewirkt, in welcher eine der Anlageplattenflächen in Anlage an der zusammenpassenden ersten ebenen Anschlagfläche des an dem Blatt befestigten ersten Stützteils ist und in welcher die andere Anlageplattenfläche an der zweiten ebenen Anschlagfläche anliegt, wenn das Blatt in voller Abwärtswinkelstellung ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Stützteil so angeordnet ist, daß es sich während Abwärtsbewegungen des Blattes während der Drehung des Rotorkopfes mit einer oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegenden Drehzahl gegen die erste ebene Anschlagfläche legt, um das Blatt abzustützen und um somit die Blattabwärtsbewegung auf einen maximalen Winkel zu begrenzen, und daß die Ausrichteinrichtung, die das erste und das zweite Stützteil miteinander verbindet, so ausgelegt ist, daß sie während Blattschwenkbewegungen das zweite Stützteil relativ zu der Nabe mit einer entsprechenden Schwenkbewegung dreht, so daß die erste und die zweite Anschlagfläche aufeinander ausgerichtet

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   gehalten werden.
7. 7. Hubschrauberrotor, gekennzeichnet durch

   1) eine um eine Drehachse drehbar gelagerte Nabe,

   2) mindestens ein Blatt, das von der Nabe aus im wesentlichen radial nach außen vorsteht,

   3) eine Lageranordnung, welche das Blatt an

   der Nabe derart abstützt, daß es eine Bewegungsfreiheit um die Blattwinkeldrehachse, um die Schwenkgelenkachse und um die Schlaggelenkachse hat, die einander schneiden,

   4) ein erstes Stützteil, das mit dem Blatt konzentrisch zu der Blattwinkeldrehachse verbunden ist, so daß es eine Schlagbewegung des Blattes mitmacht, und das eine erste ebene Anschlagfläche in einer Linie mit dem Blattdrehpunkt hat,

   5) eine Einrichtung, die das erste Stützteil an dem Blatt derart abstützt, daß das erste Stützteil von BlattanstellwinkelverStellbewegungen isoliert ist,

   6) ein zweites Stützteil, das mit der Nabe konzentrisch zu der Schwenkgelenkachse verbunden ist und eine zweite ebene Anschlagfläche in einer Linie mit dem Blattdrehpunkt hat und so angeordnet ist, daß es sich während Auslenkungen des Blattes nach unten gegen die erste ebene Anschlagfläche legt, so daß das erste und das zweite Stützteil gemeinsam als ein Abwärtswinkelanschlag zur Begrenzung der Blattabwärtsbewegung dienen,

   5) eine Einrichtung zum Abstützen des zweiten Stützteils an der Nabe, so daß es von der Nabe während Nabenschwenkauslenkungen isoliert ist,

   6) eine erste Einrichtung, welche bewirkt, daß die erste und die zweite ebene Anschlagfläche aufeinander* ausgerichtet bleiben,

   7) und eine zweite Einrichtung, welche bewirkt, daß die erste und die zweite ebene Anschlagfläche aufeinander ausgerichtet bleiben.

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   260Q685
8. 8. Rotor nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein mit dem ersten Stützteil drehbar verbundenes Teil, welches zwischen einer ersten Stellung, in welcher es sich zwischen der ersten und der zweiten ebenen Anschlagfläche befindet, während sich der Rotor mit geringer Drehzahl dreht oder im Ruhezustand ist, so daß die Blattabwärtswinkelgrenze verringert wird, und einer zweiten Stellung verstellbar ist, in welcher es von der ersten und der zweiten ebenen Anschlagfläche frei ist, während sich der Rotor mit hoher Drehzahl dreht, um eine maximale Blattabwärtsbewegung zu gestatten, bevor die erste und die zweite ebene Anschlagfläche einander als Abwärtswinkelanschlag berühren.

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