DE2733101B2 - Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattlagerung - Google Patents
Schlag- und schwenkgelenklose RotorblattlagerungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine schlag- und schwenkgelenklose
Rotorblattlagerung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und durch die DE-AS
19 06 764 bekanntgewordenen Art
Bei der bekannten Rotorblattlagerung bestehen die die Rotornabe mit jeder der Blattwurzeln verbindenden,
um die Blattwinkelverstellachse herum angeordneten torsionselastischen Verbindungselemente aus vier paketartig
zusammengefaßten Lamellenbündel, die im Bereich zwischen ihren blattwurzelseitigen und rotornabenseitigen
Anschlußstollen in zumindest einer angenähert rechtwinklig zur Blattwinkelverstellachse liegenden
Ebene miteinander verbunden sind. Dabei sind für jede Rotorblattlagerung die vier Lamellenbündel
rundherum durch jeweils fünf U-Profile und quer zueinander durch den gesamten Raum zwischen der
Nabe und dem Blattanschlußbolzen ausfüllende, senkrecht zueinander angeordnete, in der Mitte miteinander
vernietete Querbleche miteinander verbunden. Dieser beträchtliche Aufwand, der infolge der vieler. Verbindungsstellen
erheblich störanfällig ist, ist notwendig zur Aufnahme der Biegebeanspruchungen, ohne dabei
jedoch die Torsionselastizität wesentlich zu beeinträchtigen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattfederung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so zu verbessern, daß diese mit wenigen einfachen Verbindungselementen
aufkommt und eine geringe Störanfälligkeit aufweist
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine schlag- und schwenklose Rotorblattlagerung mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1, wobei in den Unteransprüchen 2 bis 10 noch weitere für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht sind, die teilweise Überschneidungen mit dem Stand der Technik aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine schlag- und schwenklose Rotorblattlagerung mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1, wobei in den Unteransprüchen 2 bis 10 noch weitere für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht sind, die teilweise Überschneidungen mit dem Stand der Technik aufweisen.
Der wesentliche technische Unterschied der Erfindung gegenüber dem durch die DE-AS 19 06 764
bekanntgewordenen Stand der Technik besteht darin, daß die Verbindungselemente zwisr-hen der Rotornabe
und jeweils einem Rotorblatt nicht auf den Mantellinien eines einzigen Kegels, sondern auf denjenigen von zwei
koaxialen Kegeln liegen, die ihre Grundflächen einerseits am Rotorblatt und andererseits am Rotorkopfmittelteil
haben. Durch die Anordnung der beiden sich gegenseitig durchdringenden koaxialen Kegeln
kann die Lagerung auf die statisch einfachste Art mit nur jeweils drei Stäben pro Kegel durchgeführt werden.
Es erübrigen sich dadurch Querverbindungen zwischen den einzelnen Verbindungselementen, weil alle Druck-
so Zug-, und Biegebeanspruchungen statisch einwandfrei
aufgenommen werden, ohne daß die erforderliche Torstonselastizität darunter leidet.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß bei der Verdrehung der Rotorblätter die die elastische
Verformung aufnehmenden Stäbe nur geringe Rückstellmomente aufweisen und bei direkter Blattwinkelsteuerung
durch einen starren Blattsteuerhebel eine nur geringe Rucksteuerung, also eine ausreichende Steuerungsdämpfung
vorhanden ist. Diese Vorteile werden bei verhältnismäßig geringer Baulänge der Kegel
erreicht, die nicht größer zu sein braucht als bei mit Lagern ausgestatteten Rotorköpfen.
Die Stäbe bestehen vorteilhafterweise aus unidirektionalem
faserverstärkten Verbundwerkstoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff. Dieser Werkstoff
hat sich für die bei gelenklosen Rotoren auftretenden Belastungen bestens bewährt. Die dabei zu verwendenden
Verstärkungsfasern können je nach Beanspru-
chungsart aus Glas, insbesondere S-Glas oder auch aus
Kohlenstoff- oder Kunststoffasern, bestehen. Für den
als Matrize verwendeten Kunststoff werden zweckmäßig Epoxidharze verwendet
Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.
Es zeigt in schematischer Darstellung
F i g. 2 die Teilansicht des Rotors in der Seitenansicht,
teilweise geschnitten entsprechend den Linien H-II der Fig. 1;
Fig.3 einen Schnitt nur durch die Stäbe entsprechend
den Linien IH-III der Fig. 1;
F i g. 4 die Einspannung eines Stabes am Rotorblatt und Rotorkopfmittelteil in der Seitenansicht;
Fig.5 die Einspannung entsprechend Fig.4 in der
Draufsicht;
F i g. 6 einen Schnitt durch den Stab entsprechend den Linien VI-VI derFig. 5;
F i g. 7 einen Schnitt durch den Stab entsprechend den Linien VII-VII der F i g. 5 und
F i g. 8 einen Schnitt entsprechend der I- i g. 3 mit
einem anderen Stabquerschnitt
Die F i g. 1 bis 3 zeigen einen schlag-, schwenk- und drehgelenklosen Rotor 1, der aus einem Rotorkopf 2
und vier Rotorblättern 3 besteht Von letzteren sind nur zwei, und zwar zum Teil, dargestellt Der Rotorkopf 2
weist einen würfelförmigen Rotorkopfmittelteil 5 auf, der mit Blattgabelschlägen 6 durch jeweils sechs Stäbe
7, 8, 9, 10, U und 12 verbunden ist. Die Stäbe 7 bis 12 sind hier in ihrer einfachsten Form als schmale
Rechtecke ausgebildet, wobei die Mittellinien ihrer Längsseiten in einem Punkt A zusammenlaufen, der mit
der Blattwinkelverstellachie zusammenfällt (siehe F i g. 3). Die Stäbe 7 bis 9 einerseits und die Stäbe 10 bis
12 andererseits bilden zwei koaxiale gleich große Kegel
13 und 14, wobei die Mittellinien der Stäbe auf Mantellinien der Kegel liegen. Die Kegel 13 haben ihre
Grundflächen auf den Oberflächen der Blaugabelbeschläge
6 u.id ihre Spitzen im Mittelpunkt M des -to
Rotorkopfmittelteils 5. Die Kegel 14 haben ihre Grundflächen auf je einer Oberfläche 5a des Rotorkopfmittelteils
5 und ihre Spitzen in Punkten IS auf der Biattwinkelverstellachse A. Die Kegel 13 und 14 weisen
jeweils in ihren Grundflächen auf dem Rotorkopfmitteiteil 5 und den Gabeibeschlägen 6 gltiche Radien R und
in ihren Kegelschnitten beim Eintritt in den Rotorkopfmittelteil und im Gabelträger gleiche Radien rauf (siehe
F ig. 2).
Die Stäbe 7 bis 12, die vorzugsweise aus unidirektionalem
glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, sind — wie anhan-J der weiteren Figuren noch näher beschrieben
wird — in den Blattgabelbeschlägen 6 fest eingespannt In dem Rotorkopfmittelteil 5 können die
Stäbe entweder einzeln an den oder unterhalb der Oberflächen 5a gehaltert werden oder es können auch,
wie es in der Fig. I dargestellt ist, die kongruenten Stäbe der jeweils gegenüberliegenden Rotorblätter
durch den Rotorkopfmittelteil 5 hindurchlaufen, so daß am gesamten Rotorkopf insgesamt nur 12 durchlaufen- eo
de Stäbe vorhanden sind. Die Stäbe 7 bis i'i werden
dabei in ihren geraden, durch den Rotorkopfmittelteil verlaufenden Teilen eingespannt
Der Rotorkopfmittelteil 5 ist starr mit einer Rotorwelle 16 verbunden. Die Rotorblätter 3 sind in
üblicher Weise von Rotorhalsbeschlägen 17 eingefaßt, die in den Blattgabelbesc'ilägen 6 mittels Bolzen 18 und
19 gelagert sind. Weiterhin sind an den Blattgabelbeschlägen 6 starre Blattwinkelhebel 20 befestigt, an deren
freien Enden die Blattwinkelsteuerung durch nicht dargestellte umlaufende Steuerstangen erfolgen kann.
In den F i g. 4 bis 8 ist eine weitere Ausführungsform der Stäbe am Beispiel eines Stabes 7a dargestellt Der
Stab 7a weist in der Mitte Verstärkungen in Form von Rippen 22 auf, die einen kreuzförmigen Querschnitt
entstehen lassen (siehe F i g. 7 und 8), der den Stab gegen Knickung versteift und die Aufnahme größerer
Druckkräfte ermöglicht Durch geringe Dicke des Stabes 7a und der Rippen 22 ist jedoch die
Torsionssteifigkeit des Stabes insgesamt gering. Zu den Enden nehmen die Rippen 22 in der Breite ab, wodurch
der Stab 7a entsprechend Fig.6 einen schmalen Rechteckquerschnitt aufweist Aus der F i g. 8, die einen
Querschnitt entsprechend den Linien HI-III der Fig. 1
mit den Stäben 7a bis 12a zeigt, ist ersichtlich, daß die
Rippen 22 einen verhältnismäßig großen Abstand 25 von der Biattwinkelverstellachse A aufweisen. Dadurch
ist die Biegesteifigkeit der Blattl? ;erung durch die
Stäbe, die nur eine geringe Eigcnbiegesteifigkeit
besitzen, verhältnismäßig groß.
Die Einspannstellen des Stabes 7a weisen sowohl am Rotorkopfmittelstück 5 als auch am Blattgabelbeschlag
6 kelchförmige öffnungen 23 mit Radien 24 auf. Hierdurch wird an den Einspannstellen eine übermäßige
Biegung mit zu kleinen Radien und zu großen Biegespannungen verhindert Zur formschlüssigen Einspannung
des Stabes 7a sind in den Fig.4 und 5 zwei Ausführungsbeispiele gezeigt. Bei der Einspannung am
Blaugabelbeschlag 6 umschlingen die Fasern des Stabes 7a einen Bolzen 27. Außerhalb der Einspannstelle nimmt
ein geformter Deckel 28, der am Blattgabelbeschlag 6 befestigt ist, die Druckkräfte auf. Innerhalb der
Faserlagen des Stabes 7a ist eine keilförmige Einlage 29 vorhanden, die mit Hilfe einer entsprechenden Gegenkontur
im Blattgabelbeschlag 6 eine formschlüssige Einspannung gegen Biegernomente ermöglich!. Die
Einspannung des Stabes 7a im Rotorkopfmittelteil 5 erfolgt durch die Umschiingung seiner Fasern um ein
Ke;:3tück 30, wodurch der Stab 7a gegen Zugkräfte
gesichert ist Die Druckkräfte auf die Einspannung werden wiederum durch einen Deckel 31 aufgenommen.
Nachfolgend soll die Funktion der elastischen Stäbe 7 bis 12 beim praktischen Betrieb eines schlag- und
schwenkgelenklosen Rotors erläutert werden:
Wenn ein Rotorblatt 3 mit seinem Blattgabelbeschlag 6 gegenüber dem zentralen Rotorkopfmittelteii 5 in
seinem Einstellwinkel verdreht wird, so müssen die elastischen Stäbe 7 bis 12 um denselben Winkel verdrillt
werden, was durch die geringe Torsionssteifigkeit der Stäbe mit geringen Rückstellmomenten möglich ist.
Außerdem müssen alle Stäbe eine sinusförmige Biegedeformation ausführen, deren Große vom Verdrehwinkel
und der Größe des kleineren Radius r der Einspannstellen 23 in der Nähe der Spitzen der Kegel 13
und 14 abhängt. Da dieser Radius r verhältnismäßig klein ist und weil die Biegesteifigkeit der Stäbe 7 bis 12
nahe an den Ein.pannsteilen 23, wo die stärksten Krümmungen der Sinusform auftreten, gering ist, ist
auch für diese Biegedeformation der Stäbe nur ein kleines Rückstellmoment nötig. Der größte Anteil der
Rückstellmomente entsteht bei dieser Anordnung elastischer Glieder durch die großen Längskräfte, mit
denen die Rotorblatt 3 in Richtung der Biattwinkelverstellachse
A gehalten werden müssen. Dieser Anteil des Rückstellmomentes ist dem Radius /"der Einspannstellen
23 proportional und daher verhältnismäßig
gering.
Durch die großen Winkel, die die elastischen Stäbe miteinander aufweisen, bilden diese ein räumliches
Fachwerk, das größere Querkräfte mit geringen Deformationen in Richtung dieser Kräfte übertragen
kann.
Infolge des verhältnismäßig großen Abstandes 25, den die einzelnen Querschnitte von der Blattwinkelverstellachse
A aufweisen, ist die Biegesteifigkeit der Blattlagerung in Schlag- und Schwenkrichtung der
Blätter so groß, daß die Schlag- und Schwenkdeforma-
tionen überwiegend an den Rotorblätiern und nicht an
der elastischen Lagerung mit den Stäben 7 bis 12 auftreten. Deshalb kann die Blattwinkelsteuerung ohne
nennenswerte Rücksteuerungseffekte direkt über die an den Blattgabelwinkelbeschlägen 6 befestigten Blattwinkelhebel
20 erfolgen.
Der beschriebene Rotor, bei dem die Anlenkung der Rotorblätter schlag-, schwenk- und drehgelenklo«
erfolgt, kann mit gleichen Vorteilen auch für die Anlenkung von Propellerblättern an der Nabe angewendet
werden.
Claims (10)
1. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattlagerung,
insbesondere für Drehflügelflugzeuge, mit für jedes Rotorblatt zumindest drei die Blattwurzel mit
der Rotornabe verbindenden, um die Blattwinkelverstellachse herum angeordneten torsionselastischen
Verbindungselementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente
aus biegeweichen Stäben (7 bis 12) bestehen, deren Mittellinien — bezogen auf die Verbindung von
jeweils einem Rotorblatt (3) mit der Rotornabe — auf ManteHinien von zwei koaxialen Kegeln (13,14)
liegen, die ihre Grundflächen einerseits am Rotorblatt und andererseits am Rotorkopfmittelteil (5)
haben.
2. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
beide Kegel (13,14) gleiche Grundflächen aufv, eisen
und der vcm Rotorblatt (3) ausgehende Kegel (13)
seine Spitze im Mittelpunkt (M) des Rotorkopfmittelteils (5) hat.
3. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattlagerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kegelachsen mix der Blattwinkelverstellachse f/ψ zusammenfallen.
4. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattlagerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Kegel (13, 14) aus drei Stäben (7 bis 12) besteht
5. Schlag- -lud schwenkgelenklose Rotorblattlagerung
nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die L><äbe (7 bis 12) im
Rotorkopfmittelteil (5) enden.
6. Schlag- und schwenkgelenk.öse Rotorblattlagerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils kongruente Stäbe (7 bis 12) von zwei gegenüberliegenden Rotorblättern aus
einem Stück bestehen und durch den Rotorkopfmittelteil (5) hindurchführen.
7. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblatclagerung nach den Ansprüchen I bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stäbe (7 bis 12) in ihrer gesamten Länge Rechteckquerschnitt aufweisen und
die Mittellinien ihrer Längsseiten in der Blattwinkelverstellachse fAJ zusammenlaufen (F i g. 3).
8. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblaulagerung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stäbe (7a bis Ma) in ihrem Mittelteil zwischen dem Rotorblatt (3) und dem
Rotorkopfmittelteil (5) Verstärkungen, zum Beispiel Rippen, (22) aufweisen.
9. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblatt lagerung nach den Ansprüchen I und 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stäbe (7 bis 12) in ihren Einspannstellen (23) um Bolzen (27) oder Keilslücke
(30) herumgeführt und verspannt sind.
10. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattlagerung nach den Ansprüchen I bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stäbe (7 bis 12) aus inidirektionalem faserverstärkten Verbundwerkstoff
bestehen.
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