DE3643520A1 - Rotor, insbesondere fuer drehfluegelflugzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 2.

Bei dem schlag- und schwenkgelenklosen Blattanschluß eines derartigen Rotors wird das Rotorblatt an seiner Blattwurzel beispielsweise durch Bolzen mit der Rotornabe bzw. einem Rotornabenarm starr verbunden, wobei eine entsprechend schlag- und schwenkbiegeelastische Gestaltung eines Blatthalses (DE-PS 32 41 754) oder des Rotornabenarmes (DE-PS 35 34 968) sicherstellt, daß ein am Blatthals anschließender Blattflügel bzw. das Rotorblatt insgesamt (ohne gesonderte mechanische Gelenke) die Schlag- und Schwenkbewegungen ausführen kann. Die hierdurch verursachten elastischen Verformungen des Blatthalses bzw. Rotornabenarmes haben jedoch eine beträchtliche Materialbeanspruchung zur Folge, weshalb sich die Forderung nach größtmöglicher Festigkeit derselben stellt. Dabei spielt natürlich die Querschnittsgeometrie des Blatthalses bzw. Rotornabenarmes eine wichtige Rolle. Das hierfür bisher übliche rechteckige oder elliptische Querschnittsprofil hat den Nachteil, daß sog. Spannungserhöhungen an der Profilkontur nicht ausgeschlossen werden können, d. h. die Belastung über den Querschnitt ist beim Blattschlagen und -schwenken nicht konstant. Es ist deshalb eine festigkeitsmäßige Überdimensionierung des Querschnittsprofils erforderlich, welche selbstverständlich der Forderung nach einer Reduzierung des Baugewichts zuwiderläuft.

Der Erfindung liegt daher für einen Rotor der eingangs genannten Art die Aufgabe zugrunde, ohne Überdimensionierung der den elastischen Verformungen unterliegenden Bauteile des Blattanschlusses auszukommen.

Diese Aufgabe ist gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst. Danach ist die Erfindung in einem Querschnittsprofil zu sehen, bei dem über die Profilkontur mit einer konstanten Dehnung zu rechnen ist. Unter der Dehnung ist die Verlängerung des betreffenden Bauteils in Bezug auf seine Ausgangslänge zu verstehen, wobei Abhängigkeit besteht vom beanspruchenden Moment, dem Material (E-Modul), der Querschnittsgeometrie (Trägheitsmoment) und dem Abstand zur neutralen Faser. Die Dehnung umfaßt die sog. Blattschlag-, Blattschwenk- und Blattfliehkraftdehnung. In diesem Sinne stellt die Erfindung ein relativ niedriges Dehnungsniveau des Blatthalses bzw. Rotornabenarmes sicher, was eine entscheidende Voraussetzung ist für deren Lebensdauer.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Hierzu zeigt die Zeichnung in

Fig. 1 und 2 jeweils in perspektivischer Ansicht einen Rotorblattanschluß eines Drehflügelflugzeugs,

Fig. 3 das Querschnittsmodell eines Profils des Rotorblatthalses gemäß Fig. 1 bzw. Rotornabenarmes gemäß Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist bei einer Rotornabe 1 der Anschluß des einzelnen beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff aufgebauten Rotorblattes 2 mittels dessen Blattwurzel 2.1 in Dickenrichtung durchquerender Bolzen 3 hergestellt. Um bei diesem sog. starren Blattanschluß sicherzustellen, daß dennoch das Rotorblatt 2 bzw. dessen Blattflügel 2.3 Blatteinstellwinkelbewegungen sowie Blattschlag- und Blattschwenkbewegungen ausführen kann, ist ein zwischen der Blattwurzel 2.1 und dem Blattflügel 2.3 sich erstreckender Blatthals 2.2 nicht nur torsionsweich, sondern auch schlag- und schwenkbiegeelastisch. Dies wird durch den dargestellten relativ langgestreckten und flachen Aufbau des Blatthalses 2.2 aus Fasersträngen mit (vorwiegend) unidirektionaler Faserorientierung in Blattlängsrichtung erreicht. Dabei ist ein doppeltrapezförmiges Querschnittsprofil des Blatthalses 2.2 in Blattiefenrichtung vorgesehen, damit unter den Blattschlag- und Blattschwenkbewegungen die Dehnung über die Profilkontur konstant ist. Alternativ ist ein derartiges Querschnittsprofil bei der Ausführungsform einer Rotornabe 11 gemäß Fig. 2 (beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff) ein Rotornabenarm 11.1, an welchem ein einfaches Rotorblatt 21 starr angeschlossen ist.

Die Auslegung des doppeltrapezförmigen Querschnittsprofils über die Länge des Blatthalses 2.2 bzw. Rotornabenarmes 11.1 folgt, nach dem Querschnittmodell gemäß Fig. 3, den Bestimmungen

Hierin ist b die Profilbreite, h₁ die Profilhöhe im Profilzentrum und h₂ die Profilhöhe an den Profilenden. Vorgegeben sind das Schlagbiegemoment , das Schwenkbiegemoment , die Schlagsteifigkeit EI _β , die Schwenksteifigkeit EI _ξ und der Elastizitätsmodul E des Materials. Mittels dieser Bestimmungen lassen sich nach üblichen numerischen Näherungsverfahren die Größen b, h₁ und h₂ ermitteln, welche das doppeltrapezförmige Querschnittsprofil bestimmen. Über die Länge des Blatthalses 2.2 bzw. Rotornabenarmes 11.1 wird das Querschnittsprofil je nach Rotorabmessungen und vertretbarem Auslegungsaufwand an einer Vielzahl von (gedachten) Schnittstellen beispielsweise in 5-cm-Abständen ausgelegt.

Im übrigen sollen in Fig. 3 die Strichlinien veranschaulichen, daß das erfindungsgemäße Querschnittsprofil u. U. auch bis zu einer Rautenform modifiziert werden kann.

Die außerdem dargestellten Mittel zur Blatteinstellwinkelsteuerung und Blattbewegungsdämpfung entsprechen denjenigen des Rotors gemäß der noch nicht veröffentlichten DE-Patentanmeldung P 36 33 346.8.

Claims (2)

1. Rotor, insbesondere für Drehflügelflugzeuge, bei dem der Anschluß des einzelnen Rotorblattes an einer Rotornabe ohne Schlag- und Schwenkgelenke hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorblatt (2) zwischen einer Blattwurzel (2.1) und einem Blattflügel (2.3) einen schlag- und schwenkbiegeelastischen Blatthals (2.2) mit doppeltrapezförmigem Querschnittsprofil in Blattiefenrichtung aufweist.

2. Rotor, insbesondere für Drehflügelflugzeuge, bei dem der Anschluß an einer Rotornabe ohne Schlag- und Schwenkgelenke hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Rotorblatt (21) an einen schlag- und schwenkbiegeelastischen Rotornabenarm (11.1) mit doppeltrapezförmigem Querschnittsprofil in Blattiefenrichtung angschlossen ist.