DE3830309A1 - Hubschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubschrauber mit einem Triebwerk und einer Kabine, an welcher ein Rotorsystem angeordnet ist, mit einem Rotor und Rotorblättern, deren Blattwurzeln am Ro­ tor um die Blattlängsachse schwenkbar befestigt sind, mit einem Gegendrehmomentrotor sowie einem Fußgestell.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei kleineren Hub­ schraubern, deren Auftrieb mit nur einem Rotorsystem erzeugt wird. Solche Hubschrauber werden vorwiegend im zivilen Be­ reich zum Personentransport oder zu Überwachungs- und Beob­ achtungsaufgaben eingesetzt.

Das zur Erzeugung des Rotorschubes dienende Rotorsystem eines Hubschraubers ist bekanntlich oberhalb dessen Kabine angeord­ net. An einem Rotorkopf sind die sich drehenden Rotorblätter angebracht und die Flugbewegungen des Hubschraubers geschehen durch die Änderungen des Anstellwinkels der Rotorblätter. Bei dieser Bauart ist jedoch von Nachteil, daß Schleudersitze zur Rettung der Piloten bei Unfällen nicht verwendet werden kön­ nen, weil der Schleuderweg in den Drehkreis der Rotorblätter geführt werden müßte.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Hubschrauber derge­ stalt auszubilden und sein Rotorsystem so anzuordnen, daß die Anordnung eines oder mehrerer Schleudersitze für die Besat­ zung möglich ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von einem Hubschrauber mit einem Triebwerk und einer Kabine, an welcher ein Rotor­ system angeordnet ist, mit einem Rotor und Rotorblättern, de­ ren Blattwurzeln am Rotor um die Blattlängsachse schwenkbar befestigt sind, mit einem Gegendrehmomentrotor sowie mit einem Fußgestell ausgegangen.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Kabine einen kreis­ förmigen Grundriß besitzt, das Rotorsystem einen kreisförmi­ gen Tragring aufweist, der Tragring am Außenmantel der Kabine vorgesehen ist und mittels Hydraulik-Zylindern allseits kipp­ bar an der Kabine befestigt ist, der Tragring eine kreisring­ förmige Laufschiene trägt, auf der Laufschiene Tragelemente für die Rotorblätter laufen, an jedem Tragelement die Blatt­ wurzel eines Rotorblattes schwenkbar befestigt ist, in jedem Tragelement ein Schwenkorgan vorgesehen ist, das an der Schwenkachse des Rotorblattes angreift, die Tragelemente über einen kreisförmigen Zahnkranz miteinander verbunden sind, der konzentrisch zur Laufschiene liegt, und in den Zahnkranz ein Antriebsritzel eingreift, welches vom Triebwerk angetrieben ist. Die Ausbildung dieses im wesentlichen aus mehreren kon­ zentrischen Ringen bestehenden und an der Außenwand der Kabi­ ne angeordneten, neuartigen Rotorsystems gestattet es, in der Kabine einen oder mehrere Schleudersitze für die Besatzung an­ zuordnen. Nach Abnehmen oder Absprengen der Decke der Kabine kann der Schleudersitz mit dem Piloten ungehindert und gefahr­ los nach oben ausgeworfen werden. Darüber hinaus wird durch den Wegfall des Rotorkopfes oberhalb der Kabine die Aerodynamik des Hubschraubers beträchtlich verbessert und eine vorteilhafte Verlagerung seines Schwerpunktes erzielt. Das neuartige, ringförmige, um die Kabine bzw. um einen oberen Teil der Kabine angeordnete Rotorsystem läßt alle Steuerfunktionen der bekannten, klassischen Systeme zu, nämlich das allseitige Kippen, die kollektive und die zyklische Blattverstellung, die Befestigung der Blattwurzeln mittels Schwenk- und Schlaggelenke sowie die Autorotation und die anderen Mobilitäten.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung laufen auf der Lauf­ schiene und zwischen den Tragelementen Führungselemente für den Zahnkranz, an welche der Zahnkranz befestigt ist. Diese Führungselemente dienen der Stabilisierung des umlaufenden Zahnkranzes.

Zweckmäßig weist der Tragring einen U-förmigen Querschnitt auf, was seine Befestigung an der Kabine erleichtert.

Vorteilhaft besitzt die Laufschiene ein T-förmiges Profil, das mit seinem Stiel auf der U-Basis des Tragringes innen auf­ steht. Die Tragringe und die Führungselemente weisen zweck­ mäßig eine T-Nut auf, deren Querschnitt mit dem T-förmigen Profil korrespondiert und in welches das Profil eingreift. Mit diesen ineinandergreifenden Bauelementen lassen sich die bei drehendem Rotorsystem auftretenden Zentrifugalkräfte gut beherrschen. Es wäre auch denkbar, daß umgekehrt die Lauf­ schiene eine T-Nut und die Tragelemente bzw. die Führungs­ elemente ein T-Profil tragen.

Zur Verringerung der Reibung zwischen den Tragelementen und der Laufschiene sind in den Wänden der T-Nut der Tragelemente Zylinderrollen und rechtwinklig zu diesen Laufrollen angeord­ net, die auf dem T-Profil abrollen.

Als Schwenkorgane für die Rotorblätter können elektrische Stellmotore dienen.

Der kreisförmige Tragring kann in den Außenmantel der Kabine eingelassen sein, was die Anordnung der Hydraulik-Zylinder erleichtert.

Der neuartige Hubschrauber wird nachstehend an einem Ausfüh­ rungsbeispiel unter Bezugnahme auf die vier Zeich­ nungsblätter näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Hubschrauber gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht, in einer ver­ einfachten Darstellung;

Fig. 2 den Hubschrauber gemäß Fig. 1 in einem Horizontalschnitt, geschnitten entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teil-Querschnitt durch das Rotor­ system des Hubschraubers gemäß Fig. 1 und 2, an der Stelle "A" in Fig. 1;

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Führungs­ element für den Zahnkranz, angeordnet an der Stelle "B" in Fig. 2.

Der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebene Hubschrauber be­ sitzt eine Kabine 1, ein Triebwerk 2, ein Rotorsystem 3, zwei Rotorblätter 4, einen Gegendrehmomentrotor 5 und ein Fußge­ stell 6.

Der vom Triebwerk 2 auf nicht dargestellte Weise über Wellen angetriebene Gegendrehmomentrotor 5 besteht aus zwei Blättern und ist am freien, hochgezogenen Ende einer von der Kabine 1 ausgehenden, rohrförmigen Flosse 7 vertikal angeordnet.

Das Fußgestell 6 besteht aus zwei parallelen Kufen 8, welche mit Hilfe von Beinen 9 an der Unterseite der Kabine 1 befe­ stigt ist.

Die Kabine 1 zeigt die Gestalt eines Zylinders, dessen Boden und Decke halbkugelig ausgebildet sind. Der Zylinder besitzt einen kreisförmigen Querschnitt; die halbkugelige Decke dient als Dach der Flugkanzel für die Besatzung.

Das Rotorsystem 3 weist einen kreisförmigen Tragring 10 auf, welcher an dem Außenmantel 11 der Kabine 1 vorgesehen ist und in diesen Außenmantel 11 vertieft in eine Rechtecknut 12 mit Abständen eingelassen ist. Dieser aus Stahl bestehende Trag­ ring 10 weist einen U-förmigen Querschnitt mit einer U-Ba­ sis 13 und zwei rechtwinklig angeordneten U-Schenkeln 14 auf. Der Tragring 10 ist mit Hilfe von Hydraulik-Zylindern 15 all­ seits kippbar an der Kabine 1 befestigt. Sowohl die Zylinder als die Kolbenstangen der Hydraulik-Zylinder 15 sind an der Kabine 1 bzw. dem Tragring 10 auf geeignete Weise gelenkig angeordnet. Mittels der Hydraulik-Zylinder 15 kann bei ent­ sprechender Steuerung die Flugrichtung des Hubschraubers vorgegeben werden.

Der kreisförmige und im Querschnitt U-förmige Tragring 10, dessen U-Basis 13 nach innen zur Kabine 1 weist, trägt eine kreisringförmige Laufschiene 16 aus Stahl. Diese Laufschie­ ne 16 besitzt ein T-förmiges Profil, welches mit seinem Stiel 18 auf der U-Basis 13 des Tragringes 10 innen aufsteht und dort angeformt ist.

Auf der Laufschiene 16 laufen zwei Tragelemente 19 für die beiden Rotorblätter 4. Ist der Hubschrauber mit mehr als zwei Rotorblättern 4 ausgerüstet, dann erhöht sich die Anzahl der Tragelemente 19 entsprechend. Diese Tragelemente 19 weisen eine T-Nut 20 auf, deren Querschnitt mit dem T-förmigen Pro­ fil 17 des Tragringes 10 korrespondiert und in welche das Pro­ fil 17 eingreift.

In den Wänden 21 der T-Nut der Tragelemente 19 sind oben und unten je ein Paar von Zylinderrollen 22 und rechtwinklig zu diesen jeweils zwei einander gegenüberliegende Laufrollen 23 angeordnet. Die Drehachsen der Zylinderrollen 22 und der Lauf­ rollen 23, die auf den Seiten des T-Profiles 17 abrollen, sind mit strichpunktierten Linien angegeben.

An jedem der Tragelemente 15 ist die Blattwurzel 24 eines Ro­ torblattes 4 schwenkbar befestigt. Hierzu trägt die Blatt­ wurzel 24 eine hervorstehende Schwenkachse 25 mit einem end­ ständigen Kopf 26. Die Schwenkachse 25 durchsetzt in einer Bohrung 27 das Tragelement 19, und der Kopf 26 sitzt in einer zur T-Nut 20 weisenden Sackbohrung 28. Es versteht sich, daß zusätzlich Schlaggelenke vorgesehen sein können, auf deren Darstellung jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnungen verzichtet worden ist.

In den Tragelementen 19 ist ein Schwenkorgan 29 in Gestalt eines elektrisch angetriebenen Stellmotores vorgesehen. Das Betätigungsglied dieses Schwenkorganes 29 greift an der Schwenkachse 25 der Blattwurzel 24 an; hierzu dient ein Schwenkhebel 30, der in der Schwenkachse 25 steckt. Die Strom­ zufuhr zu den Stellmotoren kann beispielsweise durch ringför­ mige Stromschienen im Zusammenwirken mit geeigneten Stromab­ nehmern geschehen (nicht dargestellt).

Die beiden Tragelemente 19 sind über einen kreisringförmigen Zahnkranz 31 miteinander verbunden, welcher horizontal zur Laufschiene 16 bzw. zum Tragring 10 liegt. Der Zahnkranz 31 ist an einer nach unten weisenden Schulter 32 des Tragele­ mentes 19 angeschraubt.

In den Zahnkranz 31, dessen Zähne 33 nach außen weisen, greift ein Antriebsritzel 34 ein. Dieses Antriebsritzel 34 sitzt auf einer Antriebswelle 35, welche in dem unteren U- Schenkel 14 des Tragringes 10 drehbar gelagert und vom Trieb­ werk 2 angetrieben ist.

Auf der Laufschiene 16 laufen zwischen den einen Zentriwinkel von 180 Grad auseinanderliegenden Tragelementen 19 für die beiden Rotorblätter 4 in einem jeweiligen Abstand von 90 Grad zwei Führungselemente 36 (vgl. Fig. 2). Diese Führungselemen­ te 36 tragen (vgl. Fig. 4) die gleiche, nach unten gerichte­ te Schulter 32 wie die Tragelemente 19, weisen die gleiche T- Nut 20 auf und tragen dieselben Zylinderrollen 22 und Laufrol­ len 23. An diesen Führungselementen 36 ist die Zahnstange 31 befestigt.

Die beiden Rotorblätter 4 werden vom Triebwerk 2 über die An­ triebswelle 35, das Antriebsritzel 34, den Zahnkranz 31 und die Tragelemente 19 in Drehung versetzt. Das Steigen, Schwe­ ben und Sinken des Hubschraubers geschieht durch Veränderung des Anstellwinkels der Rotorblätter 4 infolge der Betätigung der Schwenkorgane 29, während der Vorwärts-, Rückwärts- und Seitenflug durch Kippen des Tragringes 10 mittels Steuerung der Hydraulik-Zylinder 15 erfolgt.

Zusammenstellung der verwendeten Bezugsziffern

1 Kabine
2 Triebwerk
3 Rotorsystem
4 Rotorblätter
5 Gegendrehmomentrotor
6 Fußgestell
7 Flosse
8 Kufen
9 Beine
10 Tragring
11 Außenmantel
12 Rechtecknut
13 U-Basis
14 U-Schenkel
15 Hydraulik-Zylinder
16 Laufschiene
17 Profil
18 Stiel
19 Tragelemente
20 T-Nut
21 Wände
22 Zylinderrollen
23 Laufrollen
24 Blattwurzel
25 Schwenkachse
26 Kopf
27 Bohrung
28 Sackbohrung
29 Schwenkorgan
30 Schwenkhebel
31 Zahnkranz
32 Schulter
33 Zähne
34 Antriebsritzel
35 Antriebswelle
36 Führungselemente

Claims (9)

1. Hubschrauber, mit

• - einem Triebwerk und einer Kabine, an welcher ein Rotor­ system angeordnet ist,
• - einem Rotor und Rotorblättern, deren Blattwurzeln am Rotor um die Blattlängsachse schwenkbar befestigt sind,
• - einem Gegendrehmomentrotor,
• - einem Fußgestell;

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Kabine (1) besitzt einen kreisförmigen Grundriß,
• - das Rotorsystem weist einen kreisförmigen Tragring (10) auf,
• - der Tragring (10) ist am Außenmantel (11) der Kabine (1) vorgesehen
• - und ist mittels Hydraulik-Zylindern (15) allseits kippbar an der Kabine (1) befestigt,
• - der Tragring (10) trägt eine kreisringförmige Laufschie­ ne (16),
• - auf der Laufschiene (16) laufen Tragelemente (19) für die Rotorblätter (4),
• - an jedem Tragelement (19) ist die Blattwurzel (24) eines Rotorblattes (4) schwenkbar befestigt,
• - in jedem Tragelement (19) ist ein Schwenkorgan (29) vorge­ sehen, das an der Schwenkachse (25) des Rotorblattes (4) angreift,
• - die Tragelemente (19) sind über einen kreisringförmigen Zahnkranz (31) miteinander verbunden, der konzentrisch zur Laufschiene (16) liegt,
• - in dem Zahnkranz (31) greift ein Antriebsritzel (34) ein, welches vom Triebwerk (2) angetrieben ist.

2. Hubschrauber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - auf der Laufschiene (16) laufen zwischen den Tragelemen­ ten (19) Führungselemente (36), an welchen der Zahn­ kranz (31) befestigt ist.

3. Hubschrauber nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch folgendes Merkmal:

• - der Tragring (10) weist einen U-förmigen Querschnitt auf.

4. Hubschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - die Laufschiene (16) besitzt ein T-förmiges Profil (17), das mit seinem Stiel (18) auf der U-Basis (13) des Trag­ rings (10) innen aufsteht.

5. Hubschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge­ kennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - die Tragelemente (19) und die Führungselemente (36) weisen eine T-Nut (20) auf, deren Querschnitt mit dem T-förmigen Profil (17) korrespondiert und in welches das Profil (17) eingreift.

6. Hubschrauber nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - in den Wänden (21) der T-Nut (20) der Tragelemente (19) sind Zylinderrollen (22) und rechtwinklig zu diesen Lauf­ rollen (23) angeordnet, die auf dem T-Profil (17) abrollen.

7. Hubschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - als Schwenkorgane (29) für die Rotorblätter (4) dienen elektrische Stellmotore.

8. Hubschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ge­ kennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - der kreisförmige Tragring (10) ist in den Außenmantel (11) der Kabine (1) eingelassen.