DE4105808A1 - Axial damping for rotor blade - has toroidal hydraulic volume inside flexible bellows and piston damping in blade mounting - Google Patents

Axial damping for rotor blade - has toroidal hydraulic volume inside flexible bellows and piston damping in blade mounting

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Abstract

The rotor blade mounting is fitted with a piston (2) inside a shaped chamber in the mounting block (1). The mounting enables the rotor to change pitch and to move axially, damped by the hydraulic flow. The fluid reservoir is formed by a flexible bellows (4) on the outside of the mounting. The flexible bellows is made from fibre reinforced material which does not stretch. This maintains the total trapped volume and ensures effective damping control. USE/ADVANTAGE - Improved damping characteristics, robust construction

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung eines Rotorblattes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for damping a rotor blade according to the preamble of claim 1.

Bei einer derartigen z. B. durch die DE-PS 37 34 592 bekannten Dämpfungs­ einrichtung insbesondere für die Blattschwenkdämpfung ist die Flüssig­ keit des Dämpfers üblicherweise Silikonöl, welches relativ großen Temperaturschwankungen unterliegt (ca. -45°C bis 100°C) und folglich sein Volumen stark ändert. Dabei erzeugt das Fliehkraftfeld, in welchem sich die Dämpfungseinrichtung beim Blattumlauf befindet, einen erheb­ lichen Druckgradienten in der Dämpferflüssigkeit. Außerdem ist der Dämpfer Wechselbewegungen des Rotorblattes in Blattschwenkrichtung bis zu 7 Hz ausgesetzt. Unter solcher Belastung kommen zur Abdichtung des Arbeitszylinders des Dämpfers gegen dessen Kolbenstange allein Dich­ tungsbälge oder -membranen in Betracht, weil nur solche aus nachgiebigen oder flexiblen Werkstoffen bestehenden Hüllwände die Volumenschwankungen der Dämpferflüssigkelt aufnehmen können. Jedoch vermögen die üblichen Ausführungsformen dieser Dichtungen, wie Faltenbälge, erfahrungsgemäß dem Fliehkraftfeld nicht dauerhaft standzuhalten. Zumeist kommt es zu unkontrollierten (unabsehbaren) Verformungen und damit Reibungen des Faltenbalges am Arbeitszylinder mit der Folge eines frühen Verschleißes.In such a z. B. known from DE-PS 37 34 592 damping The liquid is a device, in particular for leaf pivot damping speed of the damper is usually silicone oil, which is relatively large Temperature fluctuations (approx. -45 ° C to 100 ° C) and consequently its volume changes greatly. The centrifugal force generated in which the damping device is at the blade circulation, a rise pressure gradients in the damper fluid. In addition, the Damper Alternating movements of the rotor blade in the blade pivoting direction up to exposed to 7 Hz. Under such loads come to seal the Working cylinder of the damper against its piston rod alone you bellows or membranes, because only those made of flexible or flexible materials existing volume walls the volume fluctuations the damper fluid can absorb. However, the usual ones Experience has shown embodiments of these seals, such as bellows cannot withstand the centrifugal force permanently. It mostly happens uncontrolled (unforeseeable) deformations and thus friction of the Bellows on the working cylinder resulting in early wear.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Dämpfungs­ einrichtung der eingangs genannten Art die Abdichtung zwischen dem Arbeitszylinder und der Kolbenstange mittels eines Dichtungsbalges derart auszubilden, daß dessen Verformungen beherrschbar sind, d. h. absehbar ablaufen.The invention is therefore based on the object for a damping device of the type mentioned the seal between the Working cylinder and the piston rod by means of a sealing bellows to be trained in such a way that its deformations can be controlled, d. H. run foreseeable.

Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Dämpfungseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is in a generic damping device with the characterizing features of claim 1 solved.

Gegenüber Dichtungsbälgen von bei Rotorblättern bisher erprobten Dämpfungseinrichtungen können demnach Volumenschwankungen der Dämpfer­ flüssigkeit zu Volumenänderungen des Balges ausschließlich durch Quer­ schnittsänderungen führen, wobei die Formänderung des Balges auf eine Streckung in Blattfliehkraftwirkungsrichtung zunehmend bis zur Kolben­ endlage in ausgefahrener Stellung der Kolbenstange beschränkt ist, ohne jegliche elastische Dehnung, d. h. ohne Ausbeulen der Balgwandung. Diese Streckung des Balges im Blattfliehkraftfeld ist auf die gleichgerichtete Anordnung der beiden Balgenden zurückzuführen, der zufolge der Balg­ körper bereits in der Torusform eine Neigung in Blattfliehkraftwirkungs­ richtung aufweist.Compared to sealing bellows from those previously tried on rotor blades Damping devices can therefore fluctuations in volume of the damper liquid to changes in volume of the bellows only by cross  cut changes, the shape change of the bellows to a Extension in the direction of the centrifugal force of the blade up to the piston End position in the extended position of the piston rod is limited without any elastic stretch, i.e. H. without bulging the bellows wall. These Extension of the bellows in the leaf centrifugal force field is the same Order of the two bellows ends attributed to the bellows body already in the toroidal shape an inclination in leaf centrifugal effect has direction.

Die Undehnbarkeit des Balges gemäß der Erfindung und damit die Möglich­ keit seiner Ausbildung gemäß dem Unteranspruch stellt zudem sicher, daß der Balg dauerhaft den Fliehkräften und dynamischen Beanspruchungen gewachsen ist.The inextensibility of the bellows according to the invention and thus the possibility speed of his education according to the dependent claim also ensures that the bellows permanently withstand the centrifugal forces and dynamic loads has grown.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Hierzu zeigt die Zeichnung im Querschnitt einen beispielsweise, wie in der DE-PS 37 34 592 offenbart, bei einem Rotorblatt mit biegeweichem Blatt­ hals zwischen dem Blattflügel und der Blattwurzel zur Blattschwenk­ dämpfung in Blattlängsrichtung sich erstreckenden Flüssigkeitsdämpfer, und zwar inAn exemplary embodiment of the invention is explained below. For this shows the drawing in cross section, for example, as in the DE-PS 37 34 592 discloses, in a rotor blade with a flexible blade neck between the leaf wing and the leaf root to swing the leaf damping in the longitudinal direction of the leaf extending liquid damper, namely in

Fig. 1 in der eingefahrenen Stellung seiner Kolbenstange, Fig. 1 in the retracted position of its piston rod,

Fig. 2 in der ausgefahrenen Stellung der Kolbenstange, Fig. 2 in the extended position of the piston rod,

Fig. 3 in der Mittelstellung der Kolbenstange. Fig. 3 in the middle position of the piston rod.

Der dargestellte Flüssigkeitsdämpfer ist ein Kolbendämpfer mit einem Arbeitszylinder 1 für geradlinige Bewegungen zweier Kolben 2 in je einer z. B. mit (nicht dargestellten) Silikonöl gefüllten Zylinderkammer 1.1. Die Axialverschieblichkeit der Kolben 2 in der zugeordneten Zylinderkam­ mer 1.1 mittels einer Kolbenstange 3 wird dadurch sichergestellt, daß das Silikonöl über eine Bohrung 3.1 die hohle Kolbenstange 3 durchströ­ men kann. Die dabei erforderliche Abdichtung zwischen der Kolbenstange 3 und dem Arbeitszylinder 1 an dessen Einführungsöffnung ist durch einen undehnbaren Balg 4 beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Elastomer hergestellt. The liquid damper shown is a piston damper with a working cylinder 1 for linear movements of two pistons 2 in a z. B. filled with (not shown) silicone oil cylinder chamber 1.1 . The axial displaceability of the pistons 2 in the associated Zylinderkam mer 1.1 by means of a piston rod 3 is ensured by the fact that the silicone oil can flow through the hollow piston rod 3 through a bore 3.1 . The required seal between the piston rod 3 and the working cylinder 1 at its insertion opening is produced by an inextensible bellows 4, for example made of a glass fiber reinforced elastomer.

Damit dieser Balg 4 (beim Umlauf des nicht dargestellten Rotorblattes) unter der Wirkung von in der angegebenen Pfeilrichtung 5 wirkenden Fliehkräften nur in deren Wirkungsrichtung formänderbar ist, hat der Balg 4 bei seiner maximalen Füllung mit Silikonöl in der bis zur Kolbenendlage eingefahrenen Stellung der Kolbenstange 3 (Fig. 1) eine einem Torus zumindest ähnliche Form, wobei eine zur Dämpferachse 3.2 rotationssymmetrische Ringfläche 4.1 des Balges 4 in am Arbeitszylinder 1 und an der Kolbenstange 3 gegen die Blattfliehkraftwirkungsrichtung (Pfeilrichtung 5) gerichtet befestigte, zylindrische Balgenden 4.2 bzw. 4.3 übergeht. Durch diese Gestaltung und Anordnung des Balges 4 wird sichergestellt, daß er im Fliehkraftfeld ausgehend von der eingefahrenen Stellung der Kolbenstange 3 gemäß Fig. 1 über deren Mittelstellung gemäß Fig. 3 bis zu deren ausgefahrenen Stellung gemäß Fig. 2 die Balgform nur durch Übergehen in eine zunehmend gestreckte, d. h. abgeflachte Form ändert. Der Balg 4 bedarf folglich, da er bei dieser definierten Formänderung ungedehnt bleibt, keiner Abstützung durch Wandungen o. dgl. ihn reibungsverschleißende Bauteile.So that this bellows 4 (when the rotor blade is not shown) can only be changed in shape in the direction of action under the action of centrifugal forces acting in the direction of the arrow 5 , the bellows 4 has its maximum filling with silicone oil in the position of the piston rod 3 which is retracted to the piston end position ( Fig. 1) a shape at least similar to a torus, wherein a rotationally symmetrical ring surface 4.1 of the bellows 4 relative to the damper axis 3.2 merges into cylindrical bellows ends 4.2 or 4.3 fixed on the working cylinder 1 and on the piston rod 3 in the direction directed against the direction of the centrifugal force (arrow direction 5 ). This design and arrangement of the bellows 4 ensures that it starts in the centrifugal force field, starting from the retracted position of the piston rod 3 according to FIG. 1 via its central position according to FIG. 3 to its extended position according to FIG. 2, only by transitioning into a increasingly elongated, ie flattened shape changes. The bellows 4 consequently does not require any support by walls or the like since it remains unstretched with this defined change in shape.

Es sei schließlich noch verdeutlicht, daß sich die Balgform gemäß Fig. 1 bei maximaler Füllung des Balges 4 mit Silikonöl infolge temperaturbe­ dingter Ölausdehnung, Ölfülltoleranz und größtem Dämpferweg, d. h. bei zusammengeschobenem Flüssigkeitsdämpfer bzw. eingefahrener Stellung der Kolbenstange 3 einstellt, wobei die Balgkontur bereits in Fliehkraft­ richtung (Pfeilrichtung 5) weist. Bei den sich in Fliehkraftrichtung abflachenden Balgformen beim Auseinanderziehen des Flüssigkeitsdämpfers (Fig. 3) bis zur ausgefahrenen Stellung der Kolbenstange 3 (Fig. 2) ist das aufzunehmende Ölvolumen auch durch eine reduzierte Ölausdehnung vermindert. Zu einer Größenänderung der Balgoberfläche kommt es dabei nicht, weshalb in der Balgwandung nur sog. Membranspannungen wirken. Wegen der relativ kleinen Biegeradien der Balgwandung sind auch die Biegespannungen gering.It should finally be made clear that the bellows shape according to FIG. 1 at maximum filling of the bellows 4 with silicone oil as a result of temperature-related oil expansion, oil filling tolerance and greatest damper travel, ie when the fluid damper is pushed together or the piston rod 3 is retracted, the bellows contour already setting in Centrifugal direction (arrow direction 5 ) points. In the case of the bellows flattening in the direction of the centrifugal force when the liquid damper ( Fig. 3) is pulled apart until the piston rod 3 ( Fig. 2) is in the extended position, the oil volume to be absorbed is also reduced by a reduced oil expansion. There is no change in size of the bellows surface, which is why only so-called membrane stresses act in the bellows wall. Because of the relatively small bending radii of the bellows wall, the bending stresses are also low.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Dämpfung eines Rotorblattes, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, mittels eines in Blattlängsrichtung sich erstrecken­ den Flüssigkeitsdämpfers mit einem Arbeitszylinder für geradlinige Bewegungen eines Kolbens durch eine Kolbenstange, gegenüber welcher der Arbeitszylinder an seiner Einführungsöffnung für die Kolbenstange abgedichtet ist, gekennzeichnet durch eine Abdichtung mit einem undehnbaren Balg (4) in einer einem Torus zumindest ähnlichen Form bei maximaler Füllung desselben mit Dämpferflüssigkeit in der bis zur Kolbenendlage eingefahrenen Stellung der Kolbenstange (3), wobei eine zur Dämpferachse (3.2) rotationssymmetrische Ringfläche (4.1) des Balges (4) in am Arbeitszylinder (1) und an der Kolbenstange (3) gegen die Blattfliehkraftwirkungsrichtung gerichtet befestigte, zylindrische Balgenden (4.2, 4.3) übergeht.1. Device for damping a rotor blade, in particular for a rotary wing aircraft, by means of a fluid damper extending in the longitudinal direction of the blade with a working cylinder for rectilinear movements of a piston by a piston rod, against which the working cylinder is sealed at its insertion opening for the piston rod, characterized by a seal with an inextensible bellows ( 4 ) in a shape at least similar to a torus with maximum filling of the same with damper fluid in the position of the piston rod ( 3 ) retracted to the piston end position, an annular surface ( 4.1 ) of the bellows ( 4 ) that is rotationally symmetrical to the damper axis ( 3.2 ) into cylindrical bellows ends ( 4.2 , 4.3 ) fixed on the working cylinder ( 1 ) and on the piston rod ( 3 ) against the direction of centrifugal force. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (4) aus einem faserverstärkten, fluiddichten Werkstoff besteht.2. Device according to claim 1, characterized in that the bellows ( 4 ) consists of a fiber-reinforced, fluid-tight material.
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