DE2621914C2

DE2621914C2 - Hubschrauber-Heckrotor

Info

Publication number: DE2621914C2
Application number: DE2621914A
Authority: DE
Inventors: Edward Stanley Trumbull Conn. Hibyan; William Lawrence Huntington Conn. Noehren
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-06-26
Filing date: 1976-05-17
Publication date: 1986-09-04
Also published as: US4008980A; FR2315432B1; ES449202A1; AU496861B2; DE2621914A1; MY8100074A; CA1028308A; BR7604214A; JPS525197A; JPS5919879B2; NL7605657A; IL49819A0; IL49819A; IT1081220B; AU1404376A; FR2315432A1; GB1549264A

Description

2. Heckrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenzentriervorrichtung (95) ei- ne an einer Nabenplatte (48) befestigte Holm-Zentierhülse (74) aufweist, welche die Blattwinkel-Steuerstange (62) mit Spiel (87) umgibt und auf welcher der Zentrierring (84a, Mb) befestigt ist.

3. Heckrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Holm-Zentrierhülse (74) und der Zentrierring (84a, Mb) aus einem einzigen Bauteil bestehen.

4. Heckrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Holm-Zentrierhülse (74) um 90° gegeneinander verdrehte Zentrierringe (84a, 846J trägt

5. Heckrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Holm-Zentrierhülse (74) eine Fühningsbuchse (91) für die Blattwinkel-Steuerstange (62) vorgesehen ist

6. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elliptische Bohrung (78) im Verhältnis ihrer großen Ellipsen-Hauptachse (80) zur kleinen Ellipsen-Hauptachse (82) einen Wert von 2 :1 aufweist

7. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge (D) der kleinen Ellipsen-Hauptachse (82) der elliptischen Bohrung (78) zu dem Abstand d\ der-Mantelflächen des Zentrierringes (84a, f&b) zwischen 7 :1 und 10 :1 liegt \

8. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heim (14s, i4b)zn den in Längsrichtung des Holms (14a, 14b) verlaufenden Fasern (85) weitere zugfeste Fasern (83) aufweist, die sich unter einem großen Winkel zu den Fasern (85) von der elliptischen Bohrung (78) nach außen erstrecken.

9. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Shore-Α-Härte der Elastomerfüllung (86a, 866,) bei 50 liegt.

10. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formfaktor der Elastomerfüllung (86a, 86 inzwischen 0,8 und 6 liegt

11. Heckrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm (14a, \4b) wenigstens an der Einspannstelle zwischen den Nabenplatten (46, 48) einen rechteckigen Querschnitt aufweist

Die Erfindung betrifft einen Hubschrauber-Heckrotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art

Da bei einem Hubschrauber-Heckrotor keine zyklische Blattwinkelverstellung erforderlich ist ist es üblich, die Steuerstange zur Veränderung des Blattwinkels durch die Antriebswelle des Heckrotors hindurchzuführen. Dadurch wird der Aufbau der Blattwinkelsteuervorrichtung wesentlich einfacher und wesentliche Teile derselben können innerhalb des Rumpfes angeordnet und so gegen Beschädigungen durch Geschosse geschützt werden. Das Hindurchführen der Blattwinkel-Steuerstange durch die Antriebswelle bringt jedoch Schwierigkeiten mit sich, wenn der Heckrotor einen sich quer zur Antriebswelle und beidseitig derselben erstrekkenden Holm aufweist, an dem zu beiden Seiten je ein Rotorblatt befestigt ist. In diesem Fall muß nämlich die Steuerstange für die Blattwinkelverstellung auch durch den Holm hindurchgeführt werden.

Die US-PS 34 84 174 zeigt einen Hubschrauber-Heckrotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art, wo das der Fall ist. Bei diesem bekannten Heckrotor besteht die Nabe aus zwei mit Abstand voneinander angeordneten länglichen Nabenplatten, die mit ihrer Längsrichtung schräg zur Holmlängsachse verlaufen. Beide Nabenplatten sind an ihren Enden über Distanzstücke miteinander verbunden und bil-

den zusammen eine mittlere Hülse, in der die Antriebswelle aufgenommen ist Der sich beiderseits der Rolordrehachse erstreckende Holm ist im Bereich der -Nabe radial nach außen aufgeweitet Die Fasern des Holms sind in diesem Bereich zu zwei getrennten Bündeln zusammengefaßt, die radial nach außen und gekrümmt um die mittlere Hülse der Nabe herumgeführt sind. Auf diese Weise wird in dem Bereich der Nabe eine Durchbrechung zwischen den beiden bogenförmig gekrümmten Faserbün-däln gebildet Zur Befestigung des Holms an der Nabe greifen Ringe in diese Durchbrechung ein, welche diametral gegenüberliegende Lager tragen, die in den Distanzstücken zwischen den Nabenplatten gelagert sind. Die Blattwinkel-Steuerstange ist nicht unmittelbar durch den Holm hindurchgeführt, sondern sie ragt durch die Antriebswelle und die die Antriebswelle aufnehmende Hülse, um welche der Holm durch besondere Formgebung herumgeführt ist Bei diesem bekannten Heckrotor werden also zwar die Vorteile der Hindurchführung der Blattwinkel-Steuerstange durch die Antriebswelle erzielt jedoch auf Kosten einer außerordentlich komplizierten Bauweise der Rotornabe und des Holms, da beide Faserbündel mit der Nabe verbunden werden müssen. Diese Faserbündel können nämlich nicht einfach zwischen den Nabenplatten eingespannt werden, weil das zu beträchtlichen Kerbspannungen führen würde.

Aufgabe der Erfindung :st es, bsi ε:ηε™ Hubschrauber-Heckrotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art den Aufbau der Rotornabe und des Holms wesentlich zu vereinfachen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei dem Hubschrauber-Heckrotor nach der Erfindung ist die Blattwinkel-Steuerstange unmittelbar durch die als elliptische Bohrung ausgebildete Durchbrechung des Faserverlaufs des Holms hindurchgeführt Es hat sich überraschend gezeigt daß die elliptische Bohrung, deren kleine Ellipsen-Hauptachse gleich dem Durchmesser einer kreisförmigen Bohrung ist, den Holm etwa 2,5mal weniger schwächt als die kreisförmige Bohrung. Das Hindurchführen der Blattwinkel-Steuerstange durch die elliptische Bohrung des Holms ohne das Vorsehen weiterer Bauteile würde aber nur ausreichen, wenn der Holm im Betrieb immer nur durch symmetrische Zentrifugalkräfte belastet würde. Dies ist aber nicht der Fall, denn durch Beschädigung der Rotorblätter, beispielsweise bei Verlust einer Rotorblattspitzenkappe, treten unsymmetrische Belastungen des Holms auf, die dazu führen können, daß der Holm mit der durch ihn hindurchgeführten Steuerstange in Berührung kommt, diese sich verklemmt und die weitere Betätigung der Blattwinkelsteuervorrichtung stört Allein die Verwendung eines elliptischen Zentrierringes mit geringern Spiel in der elliptischen Bohrung kann dieses Problem nicht beseitigen, weil die Anordnung zu starr ist und etwa die gleichen Nachteile wie ein Holm mit kreisrunder Bohrung hätte. Erfindungsgemäß ist deshalb der elliptische Zentrierring so in der elliptischen Bohrung angeordnet, daß die durch die elliptische Bohrung erreichten Vorteile nicht wieder verlorengehen. Zu diesem Zweck ist der Zentrierring in der elliptischen Bohrung durch eine Elastomerfüllung freibeweglich abgestützt. Die Elastomerfüllung ist so ausgelegt, daß sie eine unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung überträgt, ohne die Formzahl an der elliptischen Bohrung nennenswert zu verändern. Zu diesem Zweck ist die Festigkeit der Elastomerfüllung entsprechend gewählt, und die Elastomerfüllung hat längs der kleinen Ellipsen-Hauptachse eine relativ kleine Abmessung und längs der großen Ellipsen-Hauptachse eine relativ große Abmessung. Damit die Dicke der Elastomerfüllung in Längsrichtung des Holms nicht zu groß wird und eine unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung aufnehmen kann, hat der Zentrierring selbst eine elliptische Form. Die Festigkeit (Härte und FornifaktGr) der Elastomerfüllung gewährleistet, daß diese eine unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung aufnehmen kann, ohne daß dadurch die Formzahl an der elliptischen Bohrung nennenswert erhöht wird. Bei dem Heckrotor nach der Erfindung ist der freibeweglich abgestützte Zentrierring von der Belastung des Holms isoliert, so daß durch eine Zentrierhülse der Nabenzentriervorrichtung der Verlauf der Kraftjinien um die elliptische Bohrung des Holms bei der Übertragung von symmetrischer und unsymmetrischer Zentrifugalkraftbelastung nicht gestört wird. Die Elastomerfüllung ist so gewählt, daß, wenn der Zentrierring den Hohn bei unsymmetrischer Zentrifugalkrafibeiasiung zentriert, die Zentnerringbelasiung auf die elliptische Bohrung des Holms übertragen wird und so die Formzahl an dem Holm nicht nachteilig beeinflußt und daß bei symmetrischer Zentrifugalkraftbelastunc die Formzahl an dem Holm in dem Bereich der kleinen Ellipsen-Hauptachse durch das Vorhandensein des Zentrierringes und der Elastomerfüllung unbeeinflußtbleibt

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Rotorblatt eines Zweiblatt-Hubschrauber-Heckrotors nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Vierblatt-Hubschrauber-Heckrotor nach der Erfindung in auseinandergezogener Darstellung,

F i g. 3 zu Erläuterungszwecken eine Darstellung einer elliptischen Bohrung in dem Holm des Rotors nach F.g.l,

Fig.4 ein Modell mit finiten Elementen, das beim Entwurf eines in der elliptischen Bohrung ireibeweglich abgestützten Zentrierringes benutzt wird,

F i g. 5 den in der elliptischen Bohrung freibeweglich abgestützten Zentrierring und den Verlauf der Kraftlinien in dem Holm bei der Übertragung von symmetrischer Zentrifugalkraftbelastung,

F i g. 6 eine Darstellung des in der elliptischen Bohrung freibeweglich, abgestützten Zentrierringes zur Erläuterung der Dimensionierung einer Elastomerfüllung für die Übertragung von unsymmetrischer Zentrifugalkraft belastung,

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Formzahl Xk an der elliptischem Bohrung in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Länge D der kleinen Eliipsen-Hauptachse der elliptischen Bohrung zu dem Abstand d\ zwischen der elliptischen: Bohrung und dem Zentrierring in der Richtung der großen Ellipsen-Hauptachse bei der Übertragung von symmetrischer Zentrifugalkraftbelastung,

F i g. 8 eine graphische Darstellung der höchsten zulässigen unsymmetrischen Zentrifuga.'kraftbelastung des Holms in Abhängigkeit von dem Verhältnis D/d\ und

F i g. 9 in einer Schnittaarstellung die durch Nabenplatten miteinander verbundenen beiden Holme des Heckrotors nach F i g. 2.

F i g. 1 zeigt eines von zwei Rotorblättern 18 eines hier beispielshalber als Hubschrauber-Heckrotor beschriebenen Querträgerrotors 12, der einen Holm 14 aufweist, welcher um die Rotor-Drehachse 16 drehbar ist und sich in Radialrichtung symmetrisch zu beiden Seiten der Drehachse 16 erstreckt. An jedem Ende des Holms 14 ist eines der Rotorblätter 18 befestigt. Der Holm 14 ist eine in Faserverbundbauweise hergestellte biegsame Platte mit einer Breite Wund einer Dicke t an der Drehachse 16. Der Holm 14 enthält Fasern 85 (F i g. 3) mit hoher Zugfestigkeit und großem Elastizitätsmodul, z. B. Graphitfasern, die parallel zueinander und in Längsrichtung des Holms 14, d. h. parallel zur Holmlängsachse 20 verlaufen. Die Fasern 85 sind in Epoxidharz eingebettet Die Fasern 85 des Holms 14 können auch aus Bor oder Glas bestehen. Das Rotorblatt 18 ist am äußeren Ende 22 des Holms 14 mittels einer Befestigungsvorrichtung 24 befestigt. Diese weist Platten 26 an der oberen und an der unteren Seite des Holms 14 und mehrere Schrauben 28 auf, die zum Festschrauben des Rotorblattes 18 an dem äußeren Ende 22 des Holms 14 durch aufeinander ausgerichtete öffnungen in dem Rotorblatt 18, der unteren und der oberen Platte 26 und dem Holm 14 hindurchgeführt sind.

Das Rotorblatt 18 ist in Leichtbauweise ausgeführt 2s und besteht hier aus mit Epoxidharz getränktem Glasfasergewebe sowie aus einem an dem Holm 14 befestigten leichten Wabenkern. Das an dem Holm 14 befestigte Rotorblatt 18 hat eine Vorderkante 30, eine Hinterkante 32 und dazwischen einen aerodynamischen Bereich 34. Eine Spitzenkappe 36 ist an der Spitze des Rotorblattes 18 befestigt Ein Blattsteuerungshorn 38 ist am inneren Ende des Rotorblattes 18 vorgesehen. Bei Ausübung einer Kraft am Blattsteuerungshorn 38 durch eine Blattwinkelsteuervorrichtung, welche weiter unten noch ausführlicher beschrieben ist, rechtwinkelig zu der Zeichenebene von F i g. 1 zur Veränderung des Blattwinkels werden das dargestellte Rotorblatt 18 und das nicht dargestellte andere Rotorblatt am anderen Ende des Holms 14 um die Blattwinkelverstellachse bewegt. Die Blattwinkelverstellachse fällt mit der Holmlängsachse 20 zusammen. Bei der Versteilung des Blattwinkels wird der Holm 14 um die Holmlängsachse 20 verdreht Der Holm 14 hat in der Mitte eine freibeweglich abgestützte Nabenzentriervorrichtung 40, die weiter unten ausführlieh beschrieben ist

Fig.2 zeigt einen Vierblatt-Hubschrauber-Heckrotor 42, der einen Zweiblatt-Querträger-Rotor 12a und einen weiteren Zweiblatt-Querträger-Rotor 126 aufweist die Rotorblätter 18a, 19a bzw. 186, 196 haben, welche an den entgegengesetzten Enden von unidirektionalen, plattenförmigen, in Faserverbundbauweise hergestellten Holmen 14a und 146 befestigt sind. Die Rotoren 12a und 126 sind um 90° gegeneinander versetzt und um die Drehachse 16 drehbar. Jedes Rotorblatt hat ein Blattsteuerungshorn 38a und 386 zur Blattwinkelverstellung der Rotorblätter 18a, 186 um die Holmlängsachse 20a bzw. 206, was weiter unten noch ausführlicher beschrieben ist

Nabenplatten 46 und 48 befinden sich auf entgegengesetzten Seiten der Rotoren 12a und 126 und haben jeweils eine im Querschnitt U-förmige Vertiefung 50 bzw. 52 zur Aufnahme des Holms 146 bzw. 14a, um diese aufeinanderliegend festzuhalten und so den Heckrotor 42 zu bilden, wobei zur Befestigung Schrauben 54 mit Muttern 55 vorgesehen sind.

Ein Motor 56, der im Hubschrauberrumpf angeordnet ist, treibt den Heckrotor 42 über ein Getriebe 58 an, das ebenfalls in dem Hubschrauberrumpf angeordnet ist. Eine Antriebswelle 60, die als Hohlwelle ausgebildet und über eine Vielkeilverbindung 61 (F i g. 9) mit einer Getriebeausgangswelle 63 und der Nabenplatte 46 verbunden ist, dient zum Antrieb des Heckrotors 42 durch das Getriebe 58.

In F i g. 9 sind die beiden Holme 14a, 146 zusammengebaut zwischen den Nabenplatten 46 und 48 dargestellt. Die Holme 14a, 146 sind dabei rechtwinkelig zueinander angeordnet. Gemäß F i g. 9, welche eine Querschnittansicht längs der Spannweite des Holms 146 zeigt, befindet sich die dickste Stelle eines Zentrierringes 846 und der Elastomerfüllung 866 auf der Längsachse des Holms 146.

Da der Holm 14a rechtwinkelig zu dem Holm 146 angeordnet ist, zeigt F i g. 9 die dünnste Stelle eines Zentrierringes 84a und einer Elastomerfüllung 86a des Holms 14a. Fig.9 zeigt, daß Spiel 87 zwischen einer Holm-Zentrierhijlsc 7Λ und einer Blattwinkel-Steuerstange 62 vorhanden ist Die Blattwinkel-Steuerstange 62 kann sich in der Holm-Zentrierhülse 74 zur Veränderung des Blattwinkels immer frei hin- und herbewegen. Wenn das Spiel 87 nicht vorhanden wäre, würde die Holm-Zentrierhülse 74 bei der Übertragung von unsymmetrischer Zentrifugalkraftbelastung gegen die Blattwinkel-Steuerstange62 drücken und somit eine Bewegung derselben verhindern. Infolge des Spiels 87 wird die Zentrfugalkraftbelastung der Holme 14a, 146 auf die Holm-Zentrierhülse 74 übertragen und von dieser auf die Nabenplatten 48 und 46, die Antriebswelle 60, die Getriebeausgangswelle 63 un? schließlich auf das Getriebe 58.

Der Zentrierring 84 und die Holm-Zentrierhülse 74 bilden gemeinsam eine Nabenzentriervorrichtung 95 und können aus einem Stück bestehen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind sie jedoch als getrennte Bauteile ausgebildet. Damit hat man die Möglichkeit die Holm-Zentrierhülse 74 aus einem guten Lagerwerkstoff und den Zentrierring 84 aus einem leichten Werkstoff mit hoher Festigkeit, wie z. B. Titan, herzustellen.

Die Blattwinkel-Steuerstange 62 ist konzentrisch zur Rotor-Drehachse 16 und längs derselben mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Stellzylinders 64 verschiebbar, der zum Schutz gegen Beschädigung durch Geschosse in dem Gehäuse des Getriebes 58 angeordnet ist Die Blattwinkel-Steuerstange 62 ist einerseits an der Kolbenstange des Stellzylinders 64 und andererseits an einem Querstück 66 befestigt, das sternförmig ausgebildet ist Die Anzahl der Arme des sternförmigen Querstückes 66 entspricht der Anzahl der Rotorblätter 18, und an jedem Arm ist eine Stange 68 befestigt Die Stangen 68 sind an den Blattsteuerungshörnern 38a und 386 angeschlossen. Bei einer Bewegung der Blattwinkel-Steuerstange 62 längs der Rotor-Drehachse 16 wird das Querstück 66 mitbewegt und bewirkt eine kollektive Veränderung des Einstellwinkels der Blätter 18a, 186,19a und 196 durch gleichzeitiges Verdrehen der Holme 14a, 146 um deren Längsachsen 20a bzw. 206. Eine zyklische Verstellung des Blattwinkels ist für einen Heckrotor nicht erforderlich und deshalb hier weder dargestellt noch beschrieben, wenn sie aber vorgesehen ist kann der hier beschriebene Querträger-Rotor 12 als Hubschrauber-Hauptrotor verwendet werden.

Es ist ein wesentliches Merkmal des hier beschriebenen Heckrotors 42, daß die Blattwinkel-Steuerstange 62 durch die Holme 14a, 146 und insbesondere durch die

freibeweglich abgestützten Nabenzentriervorrichtungen 40a und 406 verläuft, deren Mittelpunkte auf entsprechende Bohrungen 70 und 72 in den Nabenplatten 46 bzw. 48 längs der Rotor-Drehachse 16 ausgerichtet sind. Die Holm-Zentrierhülse 74 ragt durch die Nabenplatten 46, 48 und durch die Nabenzentriervorrichtungen 40a und 406 in den Holmen 14a bzw. 146. Die Blattwinkel-Steuerstange 62 ist zur Veränderung des Blattwinkt.·*; in bezug auf diese Bauteile beweglich.

Es ist wesentlich, daß ein Hubschrauber-Heckrotor möglichst leicht ist und dabei aber die verschiedenen auf ihn ausgeübten Belastungen aufnehmen Kann. Der hier beschriebene Heckrotor 42 kann diese Forderungen erfüllen, denn erstens sind die Holme 14a und 146 nicht aus schwerem Metall hergestellt, sondern in Verbundbauweise aus Platten mit Fasern 85 hoher Zugfestigkeit und großen Elastizitätsmoduls, die sich in einer Richtung und parallel zu einander und zu der Holmlängsachse 20a bzw. 206 erstrecken. Diese Fasern 85 sind in Epoxidharz eingebettet.

Eine solche Holmbauweise ergibt ein geringes Gewicht und hohe Zugfestigkeit, so daß der Holm 14a, 146 die Zentrifugalkräfte infolge der an seinen entgegengesetzten Enden befestigten Rotorblätter 18a, 186 aufnehmen und sich dabei trotzdem auf seiner Länge verbiegen kann. Wenn Bohrungen in dem Holm 14a, 146 vorgesehen und dazu die Fasern 85 durchgeschnitten werden, kann das die Festigkeit des Holms 14a, 146 sehr wesentlich herabsetzen. Deshalb ist die Form einer Bohrung in diesen Verbundholmen sowie die Art und Weise der freibeweglichen Abstützung des Zentrierringes 84 in eiiier solchen Bohrung für den Durchtritt der Blattwinkel-Steuerstange 62 von größter Wichtigkeit im Hinblick auf die Gewichtsverminderung sowie die Verminderung des Luftwiderstandes und die Anfälligkeit für Beschädigung durch Geschosse.

Die geeignete Form einer Holmbohrung läßt sich am besten durch eine Beschreibung der Überlegungen erläutert, die angestellt worden sind, um die optimale Form für eine Bohrung und die freibewegliche Abstützung des Zentrierringes 84 zu bestimmen. .

An erster Stelle wurde bezweckt, das Gewicht eines Hubschrauber-Heckrotors 42 zu verringern durch Anwendung der Querträgerrotorbauweise. Das bedingte die Anwendung eines leichten Holms 14a, 146 in Faserverbundbauweise, wobei die Verstellung des Blattwinkels durch eine Verformung des Holmes 14a, 146 möglich ist. Die Breite W und die Dicke t des rechteckigen Querschnittes dieses Holms 14a, 146 müssen derart gewählt werden, daß der Holm 14a, 146 die Belastungen und Kräfte aufnehmen kann, welchen er im Betrieb ausgesetzt ist, und außerdem ist eine Resonanz mit der Eigenfrequenz der Rotorblätter 18a, 186 und deren Befestigungsvorrichtung 24 zu vermeiden.

Es stand weiter fest, daß der Blattwinkel der Rotorblätter 18a, 186 veränderlich sein mußte. Dies erfolgt durch Hindurchführen einer einzigen Blattwinkel-Steuerstange 62 durch die hohle Antriebswelle 6 des Rotors. Zur Verringerung des Gewichts und des Luftwiderstands wird die Blattwinkel-Steuerstange 62 durch den Holm 14a, 146 hindurchgeführt Dafür ist eine Durchbrechung für die Blattwinkel-Steuerstange 62 in dem Holm 14a, 146 erforderlich. Dies ist mit Schwierigkeiten verbunden, da ein Teil der Fasern 85 hoher Zugfestigkeit durchschnitten wird, welche in Längsrichtung des Holms 14a, 146 verlaufen. Diese Möglichkeit ist trotzdem vorteilhaft, da sie die Voraussetzung schafft für einen sehr einfachen und leichten Querträger-Rotor 12, der für Beschädigungen durch Geschosse nicht anfällig ist. Es war dementsprechend erforderlich, eine geeignete Form für die Durchbrechung in dem Holm 14a, 146 zu bestimmen.

Es wurde zunächst eine kreisförmige Bohrung 76 in dem Holm 14 vorgesehen, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. Eine kreisförmige Bohrung 76 ist am einfachsten herzustellen und schien zur Abstützung der Blattwinkel-Steuerstange 62, welche ebenfalls einen kreisförmigen

ίο Querschnitt hat, am besten geeignet zu sein. Sowohl analytische Berechnungen als auch praktische Versuche haben jedoch erkennen lassen, daß die kreisförmige Bohrung 76 ungeeignet ist, denn der Holm 14 mit einer kreisförmigen Bohrung 76 hat keine ausreichende Zugfestigkeit zur Aufnahme der Zentrifugalkraftbelastung der Rotorblätter 18. Überraschend wurde dabei festgestellt, daß die kreisförmige Bohrung 76 den in Faserverbundbauweise hergestellten Holm 14 wesentlich stärker schwächt als einen vergleichbaren metallischen Holm.

Es wurde dann versucht, »rotzdcpn sine kreisförmige Bohrung 76 in dem Holm 14 vorzusehen, jedoch die Dicke / des Holms 14 zu vergrößern, damit er die erforderliche Festigkeit erhält. Dies war aber auch nicht der geeignete Weg, da die durch den dickeren Holm bedingte Gewichtsvergrößerung den Vorteil des geringeren Gewichtes der Querträgerrotorbauweise wieder aufhob. Diese Möglichkeit wäre auch wesentlich teuerer gewesen. Was die Erhöhung des Gewichtes anbelangt, so muß in Betracht gezogen werden, daß bei Vergrößerung der Dicke t des Holms 14 auch die Abmessungen der Nabenplatten 46,48 zunehmen und die Biegsamkeit des Holms 14 abnimmt, so daß auch eine schwerere Blattwinkelsteuervorrichtung zum Verdrehen des Holms 14 erforderlich ist.

Bei dieser Sachlage wurde dann die Möglichkeit der Verwendung von nichtkreisförmigen Bohrungen in Betracht gezogen und untersucht, ob durch Verwendung solcher Bohrungen in dem Holm die Zugfestigkeit nicht so stark herabgesetzt wird wie im Falle einer kreisförmigen Bohrung 76. Durch eine Reihe von Berechnungen und Analyse (mit finiten Elementen) wurde das Verhalten des Holms 14 hinsichtlich seiner Zugfestigkeit für verschiedene nichtkreisförmige Bohrungen untersucht. Zuerst wurde eine im wesentlichen rautenförmige Bohrung untersucht, deren Hauptachse in der Holmlängsachse 20 lag. Es zeigte sich jedoch, daß bei einer solchen Bohrung Spannungsanhäufungen auftraten. Danach wurden elliptische Bohrungen 78 mit verschiedenem Schlankheitsgrad analytisch ausgewertet und Versuche mit simulierter symmetrischer Zentrifugalkraftbelastung durchgeführt, um diejenige elliptische Bohrung 78 zu bestimmen, welche eine minimale Schwächung des Holms zur Folge hat Durch dieses Näherungsverfahren wurde festgestellt wie es in F i g. 3 dargestellt ist daß eine elliptische Bohrung 78 mit einem Schlankheitsgrad von 2 zu 1, deren große Ellipsen-Hauptachse 80 in der Holmlängsachse 20 verläuft und deren kleine Ellipsen-Hauptachse 82 die Länge D aufweist am besten geeignet ist und die geringste Schwächung des Holms 14 zur Folge hat Berechnungen und Versuche haben ergeben, daß der in Faserverbundbauweise hergestellte Holm 14 mit der elliptischen Bohrung 78 etwa das Zweieinhalbfache der Zugbelastung eines vergleichbaren Holms mit der kreisförmigen Bohrung 76 übertragen kann. Daraus wurde deshalb gefolgert, daß zur Ausnutzung der möglichen Gewichtseinsparung im Falle der Verwendung eines in Faserverbundbauweise hergestellten Holms 14 eine Bohrung für den Durchtritt der Blattwinkel-Steuer-

stange 62 eine elliptische Form auweisen muß.

Um Spannungsanhäufungen zu vermeiden, sollte die elliptische Bohrung 78 eine glatte und vorzugsweise polierte Innenmantelfläche haben.

Bei den Versuchen, welche an dem Holm 14 mit kreisförmiger Bohrung 76 durchgeführt wurden, hat sich die analytische Voraussage bestätigt, daß sich das erste Versagen des Holms 14 in Form von Scherrissen 79 andeutete, die sich tangential von der kreisförmigen Bohrung 76 in Richtung der Fasern 85 und der Holmlängsachse 20 fortpflanzten, und daß schließlich der Bruch an einer von der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82 der Bohrung 76 entfernten Stelle 81 erfolgte. Im Gegensatz hierzu ist bei einem in Verbundbauweise hergestellten Holm 14 mit der elliptischen Bohrung 78 der erste Ausfall und schließlich auch der Bruch im wesentlichen in der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82 festzustellen. Es wurden deshalb diagonal verlaufende Fasern 83 im Holm 14 an der Stelle der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82 zwischen der elliptischen Bohrung 78 und der Holmkante vorgesehen. Die Fasern 83 bilden einen Winkel von 45° mit den in Längsrichtung des Holms 14 verlaufenden Fasern 85.

Es konnte festgestellt werden, daß die elliptische Bohrung 78 einer kreisförmigen Bohrung 76 in dem Holm 14 wesentlich überlegen ist und daß ein Holm 14 mit elliptischer Bohrung 78 zur Aufnahme der gesamten Zentrifugalkraftbelastung infolge der an den entgegengesetzten Enden des Holms 14 vorgesehenen Rotorblätter 18 geeignet ist, sofern es sich um eine symmetrische Zentrifugalkraftbelastung handelt.

Wenn das Problem nur darin bestehen würde, die symmetrische Zentrifugalkraftbelastung aufzunehmen oder eine Durchgangsbohrung in dem Holm 14 für ein anderes Bauteil zu schaffen, das nicht mit der Innenmantelfläche der Bohrung in Berührung kommen kann, so wäre die Verwendung der elliptischen Bohrung 78 allein

Es war jedoch ein weiteres Problem zu überwinden. Im Betrieb eines Hubschraubers treten nämlich Betriebsbedingungen auf, bei denen der Holm 14 eine unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung aufzunehmen hat. Diese unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung tritt auf, wenn die an beiden Enden des Holms 14 vorge-. sehenen Rotorblätter 18 verschiedenen aerodynamisehen Belastungen und dementsprechend verschiedenen Zentrifugalkraftbelastungen ausgesetzt sind, so daß eine unsymmetrische resultierende Zentrifugalkraftbelastung an dem Holm 14 auftritt, die das Bestreben hat, den Holm 14 von der Rotor-Drehachse 16 wegzubewegen. Es müssen folglich Mittel vorgesehen sein, um den Holm 14 an der Rotor-Drehachse 16 während diesen Betriebsbedingungen festzuhalten. Die Blattwinkel-Steuerstange 62 kann nicht hierzu herangezogen werden, da sie sich bei seitlicher Belastung festsetzen würde. Es ist somit ein besonderes Bauteil erforderlich, für welches eine Holm-Zentrierhülse 74 verwendet wurde, die die Blattwinkel-Steuerstange 62 mit Spiel umgibt, in der elliptischen Bohrung 78 gelagert und an den Nabenplatten 46 und 48 angeschlossen ist, weiche ihrerseits mit dem Getriebe 58 verbunden sind. Die unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung wird vom Holm 14 auf die Holm-ZentrierhOlse 74, von dieser auf die Nabenplatten 46 und 48 und schließlich von diesen auf das Getriebe 58 in dem Rumpf übertragen. Es ist immer Spiel zwischen der Blattwinkel-Stcacrstange 62 und der Holm-Zentrierhülse 74 erforderlich, da sich die Blattwinkci-Steuerstange 62 sonst festsetzen und eine Verstellung des Blattwinkels unmöglich machen würde.

Es ist demnach ersichtlich, daß die elliptische Bohrung 78 eine Zentrieraufgabe hat zum Abstützen der Holm-Zentrierhülse 74. Die elliptische Bohrung 78 ist also nicht nur eine einfache öffnung für den Durchtritt der Blattwinkel-Steuerstange 62. Es mußte nun noch eine geeignete Abstützung für die Holm-Zentrierhülse 74 in der elliptischen Bohrung 78 gefunden werden, ohne dadurch den Holm 14 zu schwächen oder die Zentrierung der Holm-Zentrierhülse 74 zu beeinträchtigen.

Es wurde zuerst versucht, die Holm-Zentrierhülse 74 mittels eines elliptischen Zentrierringes 84 festzuhalten, der eine mittlere, kreisförmige öffnung zur Aufnahme der Holm-Zentrierhülse 74 aufwies und mit einem Spiel von etwa 0,12 mm in die elliptische Bohrung 78 eingesetzt wurde. Der elliptische Zentrierring 84 wurde in der elliptischen Bohrung 78 mit einem Klebemittel mit großem Elastizitätsmodul befestigt, welches den Spielraum zwischen der Außenmantelfläche des elliptischen Zentrierringes 84 und der Innenmantelfläche der elliptischen Bohrung 78 ausfüllte. Berechnungen und Versuche haben jedoch ergeben, daß eine solche Konstruktion nicht mit Erfolg angewandt werden konnte, denn infolge der zu starren Ausführung verhielt sich der Holm 14 unter Belastung so, als wäre er mit der kreisförmigen Bohrung 76 versehen. Dies hätte den Verlust des durch Verwendung der elliptischen Bohrung 78 erreichten Vorteils bezüglich der Zugfestigkeit des Holms 14 bedeutet.

Schließlich wurde erkannt, daß der elliptische Zentrierring 84 in der elliptischen Bohrung 78 isoliert werden muß, so daß durch den elliptischen Zentrierring 84 der glatte Kraftlinienverlauf um die elliptische Bohrung 78 nicht nachteilig beeinflußt wird. Dabei ist aber zu beachten, daß die zur Isolation verwendeten Mittel auch die unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung von dem Holm 14 auf die Holm-Zentrierhülse 74 übertragen müssen. Diese Forderungen stehen offenbar im Widerspruch zueinander, denn ein sehr weiches Isolationsmittel beeinflußt den Kraftlinienverlauf um die elliptische Bohrung 8 nur minimal, wogegen ein äußerst steifes Isolationsmittel am besten geeignet ist zur Übertragung der unsymmetrischen Zentrifugalkraftbelastung. Für diesen doppelten Zweck sind Federn oder elastische Werkstoffe, z. B. aus Elastomer, am besten geeignet. Als am besten geeignet hat sich ein Elastomer erwiesen.

Es wurde deshalb der elliptische Zentrierring 84 an der Innenmantelfläche der elliptischen Bohrung 78 in dem Holm 14 mittels einer Elastomerfüllung 86 von bestimmter Abmessung befestigt, um den elliptischen Zentrierring 84 und die Holm-Zentrierhülse 74 von der Belastung des Holms 14 zu isolieren. Die Abmessung der Elastomerfüllung 86 zwischen der elliptischen Bohrung 78 und dem elliptischen Zentrierring 84, ihr Formfaktor und ihre Shore-A-Härte sind von größter Wichtigkeit An erster Stelle muß die Elastomerfüllung 86 ausreichend nachgiebig sein, um bei symmetrischer Zentrifugalkraftbelastung einen ungestörten Verlauf der Kraftlinien um die elliptische Bohrung 78 und durch den Holm 14 zu gewährleisten, wie es in F i g. 5 dargestellt ist Der elliptische Zentrierring 84 besteht aus Titan oder Aluminium und ist gemäß Fig.5 mit Erleichterungslöchern versehen. Er hat im wesentlichen die gleiche Dicke wie der Holm 14. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß bei einer Belastung durch eine symmetrische Zentrifugalkraft die Kraftlinien gleichmäßig um die elliptische Bohrung 78 verlaufen, da die Elastomerfüllung 86 eine ausreichende Nachgiebigkeit hat Wenn die Elasto-

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merfiillung 86 keine ausreichende Nachgiebigkeit hätte, würden wieder die gleichen Probleme auftreten wie bei der Verwendung einer starren Klebeverbindung zwischen der elliptischen Bohrung 78 und dem elliptischen Zentrierring 84. An zweiter Stelle muß die Elastomerfüllung 86 eine ausreichende Festigkeit haben, um die unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung übertragen zu können, welche in Fig.6 mit AT_C bezeichnet ist. In F i g. 6 ist die Abmessung der Elastomerfüllung 86 zwischen der elliptischen Bohrung 78 und dem Zentrierring 84 längs der großen Ellipsen-Hauptachse 80, d. h. der Abstand der Außenmantelfläche des Zentrierringes 84 von der Innenmantelfläche der elliptischen Bohrung 78 in der Richtung der großen Ellipsen-Hauptachse 80 mit d\ und die Abmessung der Elastomerfüllung 86 zwischen der elliptischen Bohrung 78 und dem Zentrierring 84 längs der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82, d. h. der Abstand der Außenmantelfäche des Zentrierringes 84 von der Innenmantelfläche der elliptischen Bohrung 78 in der Richtung der kleinen Eiiipsen-Hauptachse 82 mit Ö2 bezeichnet.

Es wurde eine Reihe von Berechnungen und Versuchen durchgeführt zum Bestimmen der Abmessung der Elastomerfüllung 86, weiche die erwünschte Nachgiebigkeit ergibt und durch welche der Verlauf der Kraftlinien um die elliptische Bohrung 78 bei der Übertragung von symmetrischen Zentrifugalkräften und auch bei der Übertragung von unsymmetrischen Zentrifugalkräften nur minimal gestört wird. Diese Versuche, die an Hand eines Näherungsverfahrens du! ihgeführt wurden, dienten zum Bestimmen der Federkonitante der Elastomerfüllung 86, die an verschiedenen Stellen um den Umfang der elliptischen Bohrung 78 erforderlich ist, und hieraus wurden dann die Shore-Α-Härte, die Abmessung und der Formfaktor der Elastomerfüllung 86 bestimmt, um die ermittelte Federkonstante zu erreichen. Dadurch ergab sich auch die Form des Zentrierringes 84, der in der cllipuSCllcü Bohrung 78 uUFCii uic Heutig υ6ϊΏ653εΠε Elastomerfüilung 86 abzustützen ist

Zur Bestimmung der optimalen Form der elliptischen Bohrung 78 und der erforderlichen Eigenschaften der Elastomerfüllung 86 wurde ein Rechenprogramm mit finiten Elementen verwendet. An Hand dieses Rechenprogramms wurde die Zugfestigkeit des Holms 14 längs der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82 der elliptischen Bohrung 78 für elliptische Bohrungen mit verschiedenen großen und kleinen Ellipsen-Hauptachsen 80, 82 bestimmt und durch Iteration die elliptische Form festgelegt, die eine maximale Zugfestigkeit längs der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82 gewährleistet An Hand dieses analytischen Verfahrens konnte die optimale Form der elliptischen Bohrung 78 bestimmt werden.

Nach der Bestimmung der optimalen Form der elliptischen Bohrung 78 in dem Holm 14 wurde dann ein Modell mit finiten Elementen gemäß F i g. 4 benutzt, um den Zentrierring 84 in der elliptischen Bohrung 78 mittels mehrerer Federn abzustützen, deren Federkonstante Ks,- von dem Formfaktor der Shore-A-Härte und der Abmessung der Elastomerfüllung 86 abhängig ist, weiche sie ersetzten. Es wurden mehrere elliptische Zentrierringe 84 verschiedener elliptischer Form mittels der Federn in der vorherbestimmten optimalen elliptischen Bohrung 78 angeordnet

An Hand dieses Verfahrens wurden die Form der elliptischen Bohrung 78 in dem Holm 14 und die Form des elliptischen Zentrierringes 84 bestimmt, der bei Anordnung in der elliptischen Bohrung 78 durch die Elastomerfüllung 86 eine Konstruktion gestattet, bei welcher die Formzahl ακ für die unverschlossene elliptische Bohrung 78 im wesentlichen gleich 1 ist, von diesem Wert nur minimal abweicht und nicht größer als das l,05fache der Formzahl für die unverschlossene Bohrung ist, wenn der Zentrierring 84 in derselben angeordnet ist Die Formzahl ακ oder der Sparnungsonhäufungsbeiwert K, ist das Verhältnis der maximalen Spannung am Rand der elliptischen Bohrung 78 geteilt durch die mittlere Spannung im Holmquerschnitt an der Stelle

ίο der elliptischen Bohrung 78 und insbesondere längs der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82. Der optimale Wert für die Formelzahl ακist eins, was bedeuten würde, daß eine absolut gleichförmige Spannung im gesamten Holmquerschnitt längs der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82 vorliegt. Dieser Wert ist natürlich nur theoretisch; praktisch werden die Abmessung und die Form der elliptischen Bohrung 78 so gewählt, daß die Formzahl ακ so nahe wie möglich bei eins liegt.

Es wurde deshalb ein Rechenverfahren mit finiten Elementen benutzt zur Bestimmung der Formeizahi ακ an der elliptischen Bohrung 78 des Holms 14. Es wurden verschiedene Abmessungen und Formen der elliptischen Bohrung 78 anhand eines Näherungsverfahrens untersucht, um zuerst die Abmessung und die Form der elliptischen Bohrung 78 zu ermitteln, bei welchen die beste Formelzahl ακ erreicht wird, wobei der Wert eins optimal ist. Anschließend wurde durch Iteration mit dem gleichen Rechenverfahren mit dem Modell mit finiten Elementen eine Serie von verschiedenartig geformten, beweglich gelagerten Zentrierringen 84 in der schon vorher bestimmten elliptischen Bohrung 78 untersucht, und in jedem Fall wurde die Formzahl «κ für die Kombination von Teilen bestimmt, nämlich für den Holm 14 mit der elliptischen Bohrung 78 und dem in dieser mittels einer Reihe von Federn, die die Elastomerfüllung 86 darstellten, freibeweglich abgestützten Zentrierring 84. Es wurde erneut eine Formzahl ακ er-

την. mi/gill.:! au ui.il ut

piuiigncii^i:

Wert «κ für die offene Bohrung 78 herankam und in keinem Falle das l,05fach». der Formzahl ακ der offenen Bohrung 78, d. h. der elliptischen Bohrung 78 ohne Zentrierring 84 übersteigen durfte. Auf diese Weise wurde eine elliptische Bohrung 78 mit Zentrierring 84 bestimmt, die die größte Zugfestigkeit an der 5i?lle der elliptischen Bohrung 78 gewährleistete. Wenn die Formzahl ακ für die elliptische Bohrung 78 ohne Zentrierring 84 und für die elliptische Bohrung 78 mit Zentrierring 84 unter symmetrischer Zentrifugalkraflbelastung gleich sind, ist der Zentrierring 84 von der Belastung des

so Holms 14 isoliert. Dies stellt jedoch noch nicht die Lösung des Problems dar, denn es bleibt noch die zweite Forderung zu berücksichtigen, daß die Elastomerfüllung 86 steif genug sein muß zur Übertragung der am Holm 14 angreifenden unsymmetrischen Zentrifugalkraftbelastung.

In den F i g. 7 und 8 sind verschiedene Zusammenhänge dargestellt, die durch Rechenverfahren mit finiten Elementen bestimmt wurden. F i g. 7 zeigt die Formzahl ακ für die elliptische Bohrung 78 ohne Zentrierring 84 und für die elliptische Bohrung 78 mit Zentrierring 84 in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Länge £>der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82 zu der Abmessung d\ der Elastomerfüilung 86 längs der großen Ellipsen-Hauptachse 80, wie es in F i g. 6 dargestellt ist, für die Übertragung einer symmetrischen Zentrifugalkraftbelastung. Es ist aus F i g. 7 ersichtlich, daß die Formzahl «κ für die elliptische Bohrung 78 ohne Zentrierring 84 das l,05fache der Formzahl für die elliptische Bohrung 78 mit

13 14 ι

Zentrierring 84 ist, wenn das Verhältnis DZd, gleich 10 platten 46 und 48 zum Zentrieren des Holms 14 einzu- "^ä

ist Wenn die Abmessung d\ der Elastomerfüllung 86 pressen is. Ein kleines Spiel 87 muß zwischen der Au- >·

zunimmt, sinkt das Verhältnis unter 10 und bleibt damit ßenmantelfläche der Blattwinkel-Steuerstange 62 und "S

in dem zulässigen Bereich. Das bedeutet, daß für die der InneDmaatelfläche der Holm-Zentrierhülse 74 für ^

Übertragung einer symmetrischen Zentrifugalkraftbe- 5 eine freie Hin- und Herbewegung der Blattwinkei-Steu- gc!

lastung eine Zunzhme der Abmessung dj bessere Ergeb- erstange 62 in der Holm-Zentrierhülse 74 vorhanden ^

nisse erbringt und daß zulässige Werte erreicht werden, sein. Dieses Spiel 87 wurde mit 0,762 mm festgelegt >J

wenn das Verhältnis D/dt gleich 10 oder kleiner ist Dieses Spiel 87 ist ausreichend, da die unsymmetrische g

In F i g. 8 ist die höchste zulässige unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung von dem Heim 14 auf die EIa- fj Zentrifugalkraftbelastung AT_C des Holms 14 in Abhän- to stomerfüllung 86 und dann auf den Zentrierring 84 und | gigkeit von dem gleichen Verhältnis DZd₁ dargestellt auf die Holm-Zentrierhülse 74 übertragen wird, die in 1 Aus Erfahrung ist bekannt, daß die unsymmetrische die Nabenplatten 46 oder 48 eingepreßt ist Eine Füh- Π Zentrifugalkraftbelastung, welche von einem Hohn IA rungsbuchse 91 stützt die Blattwinkel-Steuerstange 62 f aufgenommen werden muß, bei etwa 1 % der normalen in der Holm-Zentrierhülse 74 ab, wie es in F i g. 9 darge- ,( Zontrifugalkraftbelastung Hegt Der Dimensionierung 15 stellt ist Anschließend wird die kleinstmögliche Wandlag deshalb diese Erkenntnis zugrunde. Aus F i g. 8 ist zu stärke für den elliptischen Zentrierring 84 längs der klei- '■' erkennen, daß für eine unsymmetrische Zentrifugal- nen Ellipsen-Hauptachse 82 festgelegt, wozu davon aus- .'; kraftbelastung ein Widerspruch im Vergleich zu der gegangen wird, daß der Zentrierring 84 als Buchse die- 7'{ symmetrischen Zentrifugalkraftbelastung vorliegt, da nen soll und unter Belastung an dieser Stelle nicht ab- ■ bei der obigen Dimensionierungsgrundlage das Verhält- 20 brechen darf. Weiter ist der elliptische Zentrierring 84 ;; nis DZd₁ gleich 7 ist Durch Verringerung der Abmes- längs seiner kleinen Ellipsen-Hauptachse 82 so zu be- 0 sung d\ der Elastomerfüllung erhält man bessere Ergeb- messen, daß er sich diametral iu der elliptischen Bon- ·. nisse. rung 78 unter der an den Höhnenden 22 infolge der

Aus den F i g. 7 und 8 kann deshalb die Schlußfolge- Rotorblätter 18 angreifenden Zentrifugalkraftbelastung :;-

rung gezogen werden, daß für die Übertragung der 25 etwas verformen kann. Hinsichtlich der Abmessung tfe C^

symmetrischen Zentrifugalkraftbelastung und er un- der Elastomerfüllung 86 längs der kleinen Ellipsen- ·';

symmetrischen Zentrifugalkraftbelastung das Verhält- Hauptachse 82 ist nur wesentlich, daß der bewegliche ψ.

nis DZd\ zwischen 7 und 10 liegen muß. Zentrierring 84 die elliptische Bohrung 78 längs der klei- # '

Vorstehende Beschreibung zeigt die Ausbildung des nen Ellipsen-Hauptachse 82 berühren darf. Die Elasto- %° Zentrierringes 84 und der Eltstomerfüllung 86 zwischen 30 merfüllung 86 kann eine kleine Abmessung dz haben, da i:

der elliptischen Bohrung 78 und der Holm-Zentrierhülse durch die Dehnung des Holms 14 unter der Zentrifugal- ^:>

74. Der metallische Zentrierring 84 wird in der ellipti- kraftbelastung keine Relativbewegung in der Elasto- ί

sehen Bohrung 78 mittels der Elastomerfüllung 86 von raerfüllung 86 in der kleinen Ellipsen-Hauptachse 82

bestimmter Form, Dicke und Shore-A-Härte freibeweg- auftritt und da keine der Fasern 85 des Holms 14 an _;

lieh abgestützt Die Elastomerfüllung 86 gestattet die 35 dieser Stelle geschnitten wird. Mit zunehmender Entfer-

Übertragung der Kräfte vom Holm 14 auf die Holm- nung von dem Mittelpunkt des Holms 14 längs der Zentrierhülse 74 und vermeidet Störungen des Kraftli- Hauptachse 80 in beiden Richtungen schneidet die ellip-

nienverlaufes um die elliptische Bohrung 78. Es wurde tische Bohrung 78 mehr und mehr Fasern 85 und es ist ;

festgestellt, daß nur ein sehr enger Spielraum besteht eine größere Bewegung der elliptischen Bohrung 78 in-

für den Formfaktor und die Abmessung der Elastomer- 40 folge der Zentrifugalkraftbelastung zu erwarten. Das

füllung 86, die sowohl die Übertragung der Belastung als erfordert eine größere Wandstärke der Elastomerfül-

auch deren Isolation gewährleisten. lung 86 bis zur Abmessung d\.

Die Elastomerfüllung 86 kann ein Polyurethangummi

sein. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel be- Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

steht der Holm 14 aus unidirektionalen Graphitfasern in 45

einer Epoxidharzmasse. Die Abmessungen Breite W und Dicke ί des Holms betragen 13,08 bzw. 1,52 cm. Die Elastomerfüllung 86 hat die gleiche Dicke wie der Zentrierring 84 und der Holm 14. Die Shore-A-Härte beträgt 50, und der Formfaktor liegt zwischen 6 und an der 50 dünnsten Stelle und 0,8 an der dicksten Stelle. Eine optimale Formgebung ergibt sich mit folgenden Abmessungen: D = 638 cm, d\ - 0,952 cm und di = 0,127 cm.

Dadurch, daß die Dicke der Elastomerfüllung 86

gleich der Dicke des Holms 14 ist, ergibt sich eine maxi- 55 male Kompressionsfläche für die Elastomerfüllung 86 (ohne Überschreitung der Holmdicke) zur Übertragung der unsymmetrischen Zentrifugalkraftbelastung.

In der vorstehenden Beschreibung sind die Abmessungen angegeben, weiche sich für einen bestimmten 60 Heckrotor 42 als optimal erwiesen haben. Auf gleiche Weise lassen sich auch die Abmessungen für andere Rotorkonstruktionen bestimmen. Die Länge D wird folgendermaßen bestimmt:

Der erforderliche Durchmesser für die Blattwinkel- 65 Steuerstange 62 liege mit 635 cm fest. Ausgehend hiervon ist die minimale Abmessung für die Wandstärke der Holm-Zentrierhülse 74 festzulegen, die in die Naben-

Claims

Patentansprüche:

1. Hubschrauber-Heckrotor

— mit einer Rotomabe, weiche aus zwei parallelen Nabenplatten gebildet ist, zwischen denen mindestens ein in Faserverbundbauweise hergestellter Holm hindurchgeführt ist, wobei die zugfesten Fasern zueinander parallel und in Längsrichtung des Holms verlaufen und der Holm an jedem Ende ein Rotorblatt trägt,

— und mit einer hohlen Antriebswelle, die mit der Rotornabe verbunden ist,

— und mit einer Blattwinkel-Steuerstange, die durch die Antriebswelle und eine in dem Holm befindliche, zur Rotordrehachse konzentrische Durchbrechung hindurchgeführt ist,

— und mit einer Nabenzentriervorrichtung, die wenigstens einen in der Durchbrechung angeordnete;? Zentrierring aufweist

dadurch gekennzeichnet,

— daß die Durchbrechung als eine den Faserverlauf des Holms (14a, 14b) unterbrechende ellip- tische Bohrung (78) ausgebildet ist,

— und daß der Zentrierring Iß4a, 84b) eine elliptische Stirnfläche aufweist,

wobei die in der Holmlängsachse (20) verlaufenden großen Ellipsen-Hauptachsen (80) und die kleinen Ellipsen-Hauptachsen (82) der elliptischen Bohrung (78) und des Zentrierringes (84a, &4b) zusammenfallen und sich in der Rotor-Drehachse (16) schneiden,

— und daß die Außenmantelfläche des Zentrierringes (84a, 84b) in Abstand von der Innenmantelfläche der elliptischen Bohrung (78) verläuft, wobei der Abstand d\ dieser Mantelflächen in der Richtung der großen Ellipsen-Hauptachse (80) größer als der Abstand cfe in Richtung der kleinen Ellipsen-Hauptachse (82) ist,

— und daß der Zentrierring (84a, Mb) in der elliptischen Bohrung (78) durch eine Elastomerfüllung (86a, 866j freibeweglich abgestützt ist,

— und daß sowohl einerseits die Längen der Ellipsen-Hauptachsen (80, 82) der elliptischen Bohrung (78) und andererseits die Abstände der Mantelflächen als auch die Festigkeit der Elastomerfüllung (86a, 8%b) so gewählt sind, daß die so Elastornerfüllung (86a, 96b) eine unsymmetrische Zentrifugalkraftbelastung überträgt,

— und daß bei symmetrischer Zentrifugalkraftbelastung am Holm (14a, i4b)d\e Formzahl <χκ der elliptischen Bohrung (78) etwa eins beträgt und der Zentrierring (84a, 84Zj^ im wesentlichen lastfrei bleibt.