DE2733101C3

DE2733101C3 - Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattlagerung

Info

Publication number: DE2733101C3
Application number: DE2733101A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 8011 Putzbrunn Derschmidt; Hermann 8012 Ottobrunn Sahlstorfer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-07-22
Filing date: 1977-07-22
Publication date: 1980-09-25
Also published as: FR2397979B1; IT7825774A0; GB2001290B; US4201515A; GB2001290A; DE2733101B2; DE2733101A1; IT1097964B; FR2397979A1

Description

Die Erfindung betrifft eine schlag' und schwenkge* lehklose Rotorblattlagerung der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen und durch die DE-AS 19 06 764 bekanntgewordenen Art.

Bei der bekannten Rotorblattiagerung bestehen die die Rotornabe mit jeder der Blattwurzeln verbindenden, um die Blattwinkelverstellaehse herum angeordneten torsionselastischen Verbindungselemente aus vier paketartig zusammengefaßten Lamellenbündel, die im Bereich zwischen ihren blatlwurzelseitigen uiid rotornabenseitigen Anschlußstellen in zumindest einer angenähert rechtwinklig zur Blattwinkelverstellaehse liegenden Ebene miteinander verbunden sind. Dabei sind für jede Rotorblattiagerung die vier l.amellenbündel 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 vielen Verbindungsstellen erheblich störanfällig ist, ist notwendig /ur Aufnahme der Biegebeanspruchungen, ohne dabei jedoch die Torsinnselnstizität 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 ausk immt und eine geringe Störanfälligkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine schlag- und schwenklose Rolorblattlagerung mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch I. wobei in den Unteransprüchen 2 bis 10 noch wc'tere für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht sind, die teilweise Überschneidun gen mit dem Stand der Technik aufweisen.

Der wesentliche technische Unterschied der F.rfin dung gegenüber dem durch die DE-AS 19 Oh 764 bekanntgewordenen Stand der Technik besteht darin, daß die Verbindungselemente zwischen der Rotornabe und jeweils einem Rotorblatt nicht auf den Mantellinien eines einzigen Kegels, sondern auf denjenigen von /uei koaxialen Kegeln liegen, die ihre Grundflächen einerseits am Rotorblatt und andererseits am Rotor kopfmittelteil haben Durch die Anordnung der beiden sich gegenseitig ' nchdringenden koaxialen Kegeln kann die Lagerung auf die statisch einfachste Art mn nur jeweils drei Stäben pro Kegel durchgeführt werden. Fs erübrigen sich dadurch Querverbindungen zwischen den einzelnen Verbiiidungselemenlen. weil alle Druck Zug . und Biegebeanspruchungen statisch einwandfrei aufgenommen werden, ohne dal! die erforderliche Torsionselastizitat darunter leidet.

Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß bei der Verdrehung der Rotorblätter die die elastische Verformung aufnehmenden Stäbe nur geringe Rück Stellmomente aufweisen und bei direkter Hlattwinkel steuerung durch einen starren Blallsteuerhebel eine nur geringe Rücksteuerung, also eine ausreichende Stcue rungsdämpfung 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, insbeson* dere 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-

ehungsari aus Glas, insbesondere S-Glas oder auch aus Kohlenstoff- oder Kunststoffkern, bestehen. Für den als Matrize verwendeten Kunststoff werden zweckmäßig Epoxidharze verwendet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung et geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Es zeigt in schematischer Darstellung F i g. I eine Teilansicht eines Rotors in Draufsicht;

F i g. 2 die Teihnsicht 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 HI-III der Fig. 1:

Fig.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 VIVI der F ig. 5;

F i g. 7 einen Schnitt durch den Stab entsprechend den Linien VH-VU der F i g. 5 und

Fig. 8 einen Schnitt entsprechend der Fi_e·. 3 mn einem anderen Stabquerschnitt.

Die Fig. 1 bis J /eigen einen schlag-, schwenk- und drehgelenklosen Rotor 1, der aus einem Rotorkopf 2 und vier Rotorblattern 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, It und 12 verbunden ist. Die Stäbe 7 bis 12 jo sind hier in ihrer einfachsten Form als schmale Rechtecke ausgebildet, wobei die Mittellinien ihrer Längsseiten in einem Punkt A zusammenlaufen, der mit der Blattwinkelverstellachse zusammenfällt (siehe F i g. i). 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 Oberflachen der Blatlgabelbe schlage 6 ui J ihre Spitzen im Mittelpunkt M de-Rotorkopfmitlelleils 5 Die Kegel 14 haben ihre Grundflächen auf |e einer Oberfläche 5.7 des Rotorkopf imttelleils 5 und ihre Spitzen in Punkten 15 .mi dor Blattwinkelverstellachse A. Die Kegel 13 und 14 weisen jeweils in ihren Grundflächen auf dem Rotorkopfmittcl αί teil 5 und de.i Gabeineschlägen 6 gleiche Radien K und in ihren Kegelschnitten beim Eintritt in den Rotorkopf mit lclleil und im Ci.ibelträger gleiche Radien /auf (siehe F 1 g 2).

Die Stäbe 7 bis 12. die »jr/ugsweise aus unidirektio nalem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, sind — wie anhand Jer weiteren Figuren noch näher beschrieben wird - in den Blaugabelbeschlägen f> 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 F 1 g. I dargestellt ist. die kongruenten Stäbe der jeweils gegenüberliegenden Rotorblätter durch den Rotorkopfmittelteil 5 hindurchlaufen, so daß am gesamten Rotorkopf insgesamt nur 12 durchlaufen de Stäbe vorhanden sind. Die Stäbe 7 bis 12 werden dabei in ihren geraden, durch den Rotorkopfmittelteil verlaufenden Teilen eingespannt.

Der Rotorköpfmittelteil 5 ist starr mit einer Rotorwelle 16 verbunden. Die Rotorblätter 3 sind in üblicher Weise von Rotorhalsbeschlägen 17 eingefaßt, die in den BlattgabelbcscVagen 6 mittels Bolzen 18 und 19 gelagert sind. Weiterhin sind an den Blattgabelbeschlägen 6 starre Biattwinkelhebel 20 befestigt, an deren freien Enden die Blattwinkelsteuerung durch nicht dargestellte umlaufende Steuerstangen erfolgen kann.

In den Fig.4 bis B ist eine weitere Ausführungsform der Stabe am Beispiel eines Stabes la dargestellt. Der Stab 7/1 weist in der Mitte Verstärkungen in Form von Rippen 22 auf, die einen kreuzförmigen Querschnitt entstehen lassen (siehe Fig. 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 er.ichtlich, daß die Rippen 22 einen verhältnismäßig großen Abstand 25 von der Blattwinkelverstellachse A aufweisen. Dadurch ist die Biegesteifigkeit der Blattlag~-ung durch die Stäbe, die nur eine geringe Fige"biegesieifigkeit 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. Hierdurcn wird an den Einspannstellen eine übermäßige Biegung mit zu kleinen Radien und zu großen Biegespannungen verhindert. Zur formschlüssigen Ein spannung des Stabes 7./ sind in den Fip. 4 und 5 zwei Ausführungsbeispiele gezeigt. Bei der Einspaniiung am Blattgabelbeschlag 6 umschlingen die Fasern des Stabes Td 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 7,j ist eine keilförmige Einlage 29 vorhanden, die mit Hilfe einer entsprechenden Gegenkontur im Blattgabelbeschlag 6 eine formschlüssige Einspannung gegen Biegemomente ermöglicht. Die Finspannung des Stabes 7a im Rotorkopfmittelteil 5 erfolgt durch die Umschlingung seiner Fasern um ein Keil'ück 30. wodurch der Stab 7a gegen Zugkräfte gesichert ist Die Druckkräfte auf dl·.· Einspannung werden wiederum durch einen Deckel 31 aufgenommen

Nachfolgend soll die Funktion der elastische.i Stäbe 7 bis 12 beim praktischen Betrieb eine:, schlag und schvvenkgelenklosen Rotors erläutert werden:

Wenn ein Rotorblatt 3 nut seinem Blattgabelbeschl.ig 6 gegenüber dem zenlr.ilen Rotorkopfmittelteil S in seinem Fmstellwinkel verdreht wird, so müssen die elastischen Stabe 7 bis 12 um denselben Winkel verdrillt werden, was durch cue geringe Torsionssteifigkeit der Stäbe mit geringen Rückstellmomenten möglich is; Außerdem müssen alle Stäbe eine sinusförmige Bicgeoeformation ausführen, deren Große vom Ver drehwinkel und der Größe des kleineren Radius rdtr 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^pannstellen 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 Rotorbläl.c· 3 in Richtung der Blattwinkelverstellachse A gehalten werden müssen. Dieser Anteil des Rückstellmomentes ist dem Radius rder 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 Blatlwinkelvefstellachse A aufweisen, ist die Biegesteifigkeit der Blattlagerung in Schlag- und Schwenkrichtung der Blätter so groß, daß die Schlag- und Schwcnkdeformationcn überwiegend an den Rolorblältern und nicht an der elastischen Lagerung mit den Stäben 7 bis 12 auftreten. Deshalb kann die Blatlwinkelsteuerung ohne nennenswerte Rücksleuerungseffekte direkt über die an den Blattgabelwinkelbcschlägen 6 befestigten Blattwinkelhebel 20 erfolgen.

Der beschriebene Rotor, bei dem die Anlenkung der Rotorblätter schlag-, schwenk- und drehgelenklos erfolgt, kann mit gleichen Vorteilen auch für die

ίο Anlenkung von Propellerblättcrn an der Nabe angewendet werden".

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

97 ^ 1 Π1

Patentansprüche:

I.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 Mantellinien 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 aufweisen und der vor: Rotorblatt (3) ausgehende Kegel (13) seine Spitze rm Mittelpunkt (M) des Rotorkopfmittelteils (5) hat.
3. Schlag- und schwenkgelenklose Rotoi blattlagerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelachsen mit der Blattwinkelverstellachse'/l ) zusammenfallen.
4. Schlag- und schwenkgelenkiose Rotorbhttlagerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kegel (13, 14) aus drei Stäben (7 bis 12) besteht.
5. Schlag- und schwenkgelenklose Rotorblattlagerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Jie Suae (7 bis 12) im Rotorkopfmittelteil (5) enüen.
6. Schlag- und schwenkgelenkl se Rotorblattlagerung nach den Ansprüchen I 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 Rotorblattlagerung nach den Ansprüchen 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (7 bis 12) in ihrer gesamten Länge Rechteckquerschnitt aufweisen und die Mittellinien ihrer Längsseiten in der Blattwinkel Verstellachse ^/^zusammenlaufen (F i g 3).
8 Schlag und schwenkgelenklose Rotorblaulage rung nach den Ansprüchen 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (7</ bis 12./,) in ihrem Mittelteil zwischen dem Rotorblatt (3) und dem Rotorkopfmittelleil (5) Verstärkungen, zum Beispiel Rippen. (22) aufweisen.
9 Schlag und schwenkgelenklose Rotorblattlage rung nach den Ansprüchen 1 und 6. daduich gekennzeichnet, daß die Stäbe (7 bis 12) in ihren Einspannstellen (23) um Bolzen (27) oder Keilstückc (30) herumgeführt und verspannt sind.
10 Schlag- und schwenkgelenklose Kotcrblattlagerung nach den Ansprüchen 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (7 Ibis 12) aus inidirektionalem faserverstärkten Verbundwerkstoff bestehen,