DE69222311T2

DE69222311T2 - Ausgleichung des kinematischen effektes in einer blattverstellungssteuerung eines drehflügelflugzeuges

Info

Publication number: DE69222311T2
Application number: DE69222311T
Authority: DE
Inventors: Rene A. Newton Square Pa 19073 Desjardins; Francis H. Norristown Pa 19401 Mccardle
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2012-08-01
Also published as: EP0596039A1; AU2479592A; CA2114724A1; EP0596039B1; US5297934A; JP2768827B2; WO1993002917A1; IL102699A0; IL102699A; DE69222311D1; CA2114724C; JPH06509766A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Blattsteigungs-Steuersysteme bei Hubschrauberrotoren, die eine aerodynamische Schubkraft von variabler Größe erzeugen je nach der Winkelstellung der Rotorblätter zu einem Luftstrom, in dem sich der Rotor dreht. Die Erfindung betrifft insbesondere die Erhöhung der Betriebsdauer von Stangenkopflagern, die dazu dienen, die Kraft zur Steuerung der Blattsteigung auf die Blattwellen zu übertragen, die auf der Rotornabe gelagert sind.

Beschreibung des Standes der Technik

Rotornaben an Hubschraubern sind antreibbar mit einer Rotorwelle verbunden, und die Anordnung aus Nabe und Rotorwelle ist um die Achse der Rotorwelle drehbar gelagert. Die Rotornabe weist mehrere Rotorarme auf, jeweils einer ein Rotorblatt trägt, wobei jeder Rotorarm im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse herum angeordnet ist und sich von der Rotorachse radial längs einer Blattachse erstreckt. Jeder Rotorarm trägt eine Blattwelle konzentrisch mit der zugehörigen Blattachse, um die herum sich das entsprechende Blatt je nach den von einem Steuerungssystem aus übertragenen Kräften zur Steuerung der Blattsteigung bewegt.
Jede Blattwelle ist an einer von der Blattachse versetzten Stelle mit einem Blattzwischenglied oder einer Blattsteigungs-Steuerstange verbunden, die mit einer sich drehenden, axial beweglichen Antriebszange verbunden ist, die sich längs der Rotorachse entsprechend der Betätigung durch das Blattsteigungs-Steuersysteme bewegt. Die Verbindung der Blattzwischenglieder mit der Antriebszange und den Blattwellen wird hergestellt durch Universalgelenke in Form von Stangenkopflagern, die an einander gegenüberliegenden Enden jeder Blattverbindung gehalten werden.
Jeder Blattarm und jede Blattwelle sind in bezug auf eine Ebene senkrecht zu der Rotorwelle geneigt; deshalb bewegt sich das Ende eines jeden mit der Antriebszange verbundenen Blattzwischengliedes längs der Rotorachse, während sich das andere Ende um die geneigte Blattachse herum bewegt.
Die Universalgelenke nehmen die Bewegung an jedem Ende der Blattzwischenglieder um verschiedene Achsen herum auf, wenn die Blattzwischenglieder eine Kraft von dem Steuerungssystem auf die Blattwellen übertragen, indem sie sich auf einer kugelförmigen Fläche drehen, die einstückig mit jedem Stangenkopflager ausgebildet ist.
In FR-A-2 427 351 wird ein Hubschrauberrotor beschrieben. In diesem Dokument wird ein Drehflügelflugzeugrotor dargestellt, der eine starre Nabe aufweist, die mit dem Wurzelstück jedes Blatts verbunden ist, in dem eine nacheilende Rücklaufstrebe ein Paket von Metallplatten abwechselnd mit Platten aus viskoelastischem Material umfaßt, deren Enden über ein Kugelgelenk jeweils mit dem Wurzelstück eines Blatts und mit einer Stelle der Nabe verbunden sind, so daß die Strebe stets etwas geneigt ist.
Die durch die Rotation des Rotors erzeugten Zentrifugalkräfte erzeugen fortwährend Kontaktkräfte zwischen den Komponenten der Stangenkopflager. Diese Kräfte wirken so, daß sie die Betriebsdauer der Stange vermindern, da sie bei Betrieb die Größe der Kräfte an den Lagern vergrößern, wenn eine Blattsteigungs-Steuerungskraft von der Antriebszange auf die Blattwelle übertragen wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Kompensation einer auf die Kompenenten eines Hubschrauberrotors einwirkenden Zentrifugalkraft geschaffen, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: einen Rotor mit einer Rotorachse, der eine Vielzahl von Rotorblättern trägt, die jeweils für eine veränderliche Blattsteigung ausgelegt sind; eine Vielzahl von Blattwellen, die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse herum angeordnet sind, wobei jede Blattwelle eine Blattachse besitzt und sich von der Rotorachse längs der Blattachse radial nach außen erstreckt, wobei jede Blattwelle um ihre jeweilige Blattachse beweglich angeordnet ist und einen Ansatz besitzt, der seitlich von der jeweiligen Blattachse und radial von der Rotorachse versetzt ist; und einen Blattträger, der um die Rotorachse drehbar und längs der Rotorachse verschieblich angebracht ist; gekennzeichnet durch eine Vielzahl von biegsamen Einrichtungen, wobei jede biegsame Einrichtung ein erstes Ende aufweist, das starr mit dem Blatträger verbunden ist, ein an einem zweiten Ende gelagertes Universalgelenk, das mit einem Ansatz einer jeweiligen Blattwelle verbunden ist, wobei die radiale Lage jedes Universalgelenks in bezug auf die Rotorachse ein vorbestimmtes Stück weit radial verschoben ist, um die Verbindung mit dem Ansatz einer jeweiligen Blattwelle herzustellen, bevor der Ansatz mit der jeweiligen Blattwelle verbunden wird, um die Winkelposition jeder Blattwelle um die jeweilige Blattachse entsprechend der axialen Verschiebung des Blatträgers zu verändern.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Kompensation des Effekts der kinematischen Verkürzung von Komponenten eines Systems zur Veränderung der Steigung von Rotorblättern um eine Blattachse bei einem Hubschrauberrotor geschaffen, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: einen Rotor mit einer Rotorachse, der eine Vielzahl von Rotorblättern trägt, die jeweils einen veränderlichen Auftrieb erzeugen; eine Vielzahl von Blattwellen, die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse herum angeordnet sind, wobei jede Blattwelle eine Blattachse besitzt und sich von der Rotorachse radial nach außen erstreckt längs der Blattachse, die in bezug auf eine zur Rotorachse senkrechte Ebene geneigt ist, wobei jede Blattwelle um die jeweilige Blattachse herum beweglich gelagert ist und einen Ansatz aufweist, der seitlich von der jeweiligen Blattachse versetzt ist; und und einen Blattträger, der um die Rotorachse drehbar und längs der Rotorachse verschieblich angebracht ist; gekennzeichnet: durch eine Vielzahl von biegsamen Einrichtungen, wobei jede biegsame Einrichtung ein erstes Ende aufweist, das starr mit dem Blattträger verbunden ist, ein an einem zweiten Ende gelagertes Universalgelenk, das mit einem Ansatz einer jeweiligen Blattwelle verbunden ist, wobei die radiale Lage jedes Universalgelenks in bezug auf die Rotorachse ein vorbestimmtes Stück weit radial verschoben ist, um die Verbindung mit dem Ansatz einer jeweiligen Blattwelle herzustellen, bevor der Ansatz mit der jeweiligen Blattwelle verbunden wird, um die Winkelposition jeder Blattwelle um die jeweilige Blattachse entsprechend der axialen Verschiebung des Blattträgers zu verändern.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Einbau von Komponenten eines Systems zur Veränderung der Winkelposition einer Blattwelle bei einem Hubschrauberrotor geschaffen, wobei der Rotor eine Rotorachse besitzt und eine Vielzahl von Blattwellen besitzt, die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse herum angeordnet sind, wobei jede Blattwelle sich von der Rotorachse längs einer Blattachse radial nach außen erstreckt, um die jeweilige Blattachse herum beweglich gelagert ist und einen Ansatz besitzt, der seitlich von der Blattachse versetzt ist; einen Blattträger, der um die Rotorachse drehbar und längs der Rotorachse verschieblich gelagert ist; und biegsame Elemente, die jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende auf weisen, wobei das zweite Ende ein Universalgelenk trägt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: das erste Ende jedes biegsamen Elementes starr mit dem Blattträger verbinden; jedes biegsame Element biegen, wodurch das Universalgelenk ein vorbestimmtes Stück in bezug auf seine Position in einem freiehn, unverbundenen Zustand verschoben wird; und die Position jedes Universalgelenks fixieren, während das jeweilige biegsame Element verschoben wird, indem jedes Universalgelenk mit dem Ansatz der jeweiligen Blattwelle verbunden wird.
Mit der vorliegenden Erfindung können im Stand der Technik auftretende Probleme beseitigt werden, die durch kinematische Verkürzung entstehen und mit der nachteiligen Auswirkung auf die Betriebsdauer der Stangenkopflager zusammenhängen, die auf die Blattwellen Kräfte übertragen, die die Blattsteigung verändern. Diese Probleme betreffen die kinematische Verkürzung eines biegsamen Elements infolge der Neigung der Rotorblattwellen in bezug auf eine Ebene senkrecht zu der Rotorachse.
Mit der Erfindung kann die Betriebsdauer der Stangenkopflager verlängert werden, indem die Lager mit einer Kraft vorbelastet werden, die im wesentlichen gleich ist und der Lagerkraft entgegengerichtet ist, die durch die Funktion in einem Zentrifugalkraftfeld entsteht.
Mit dieser Erfindung ksnnen herkmmliche Blattzwischenglieder mit zwei jeweils am Ende eines jeden Blattzwischengliedes angebrachten Stangenkopflagern beseitigt werden, die die axiale Verschiebung eines sich drehenden Steuerungsrings übertragen und diese axiale Verschiebung in eine Blattsteigungsverschie bung der auf jeder Blattwelle gelagerten Blätter umwandeln. Statt dessen kann bei dem erfindungsgemäßen Rotor eine einzigartige Anordnung mit einem Blattträger und einer biegsamen Einrichtung, die sich von dem Blattträger zu jeder Blattwelle erstreckt, die axiale Bewegung in eine Blattsteigungsverschiebung umwandeln.
Eine Hubschrauberrotor, auf den diese Erfindung angewandt werden kann, umfaßt vorzugsweise einen Blattträger, der sich nahe an einer Rotornabe dreht, und biegsame Einrichtungen, die den Blattträger mit jeder Blattwelle verbinden. Jede biegsame Einrichtung kann in einem Stangenkopf angeordnet sein, umfassend eine Öse, die einstückig mit der biegsamen Einrichtung ausgebildet ist, ein Kugellagergehäuse, das in die Öse eingepaßt ist, und ein Kugellager.
Die auf das biegsame Lager, die biegsame Einrichtung und den Blattarm wirkende Zentrifugalkraft besitzt ein Vermögen zum Erzeugen einer Kraft zwischen dem Lager und dem Lagergehäuse zusätzlich zu der Kraft zwischen diesen biegsamen Lagerkomponenten, die durch die kinernatische Verkürzung entsteht. Die Einwirkung dieser Kräfte auf Komponenten des flexiblen Lagers wirkt sich nachteilig auf die Betriebsdauer des Lagers aus.
Um diese Kräfte und ihre Verkürzungswirkung auf die Betriebsdauer des flexiblen Lagers zu verringern auszugleichen, kann jede biegsame Einrichtung beim Einbau so abgelenkt werden, daß eine auf das flexible Lager wirkende Belastung entsteht, die gleich groß ist und entgegengesetzt gerichtet ist wie die Belastung, die auf das biegsame Lager auf Grund von dessen Funktion in dem Kraftfeld einwirkt. Die biegsame Einrichtung kann beim Einbau vorbelastet werden, indem ein Ende der biegsamen Einrichtung an dem Blattträger befestigt wird und die biegsame Einrichtung so gebogen wird, daß sich das biegsame Lager in einer Richtung radial nach innen relativ zu seiner freien Position verschiebt. Danach, wenn sich der Rotor dreht und sich das Kraftfeld entwickelt, wird die Wirkung der Kräfte, die die Komponenten des biegsamen Lagers in Kontakt miteinander drücken, vorzugsweise auf Grund der Befreiung von der Vorbelastung vermindert, die beim Einbau der biegsamen Einrichtung und der Befestigung des biegsamen Lagers an dem Blattarm zwischen den Komponenten des biegsamen Lagers entstanden ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine schematische Darstellung, die die Winkelbeziehung zwischen der Rotationsachse, der Blattachse und einer Ebene senkrecht zu der Rotorachse bei Betrachtung derselben längs eines Radius des Rotors zeigt. Die Figur enthält eine Vorderansicht einer Blattwelle mit Blick in Radialrichtung von der Blattwelle in Richtung zu der Mitte des Rotors.
Figur 2 ist eine isometrische Ansicht einer Rotornabe, eines Rotorblatts und von Blattsteuerelementen für eine Rotoranordnung. Die Komponenten sind in einem Abstand voneinander dargestellt, um die Reihenfolge des Zusammenbaus und die Art der Befestigung unter den Komponenten hervorzuheben.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer biegsamen Einrichtung bei Betrachtung von oberhalb der Blattwelle aus.
Figur 4A und Figur 4B zeigen einen Querschnitt durch eine Durchmesserebene einer Rotorwelle, obere Blattsteuerelemente, untere Blattsteuerelemente und ein Blattbetätigungssystem.
Figur 5 ist eine Seitenansicht von Figur 3, die die strukturelle Verschiebung zeigt, die beim Einbau der biegsamen Einrichtung entsteht, die eine Vorbelastung des biegsamen Lagers bewirkt.
Figur 6 ist eine schematische Darstellung, teilweise als Querschnitt durch ein biegsames Lager und einen Blattarm.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Zunächst mit Bezug auf die schematische Darstellung von Figur 2 umfaßt die Anordnung eine Rotornabe 10 mit acht im Winkel beabstandeten Rotorarmen 12, die sich von der Achse nach außen erstrecken und um ungefähr 2 Grad in bezug auf eine Ebene senkrecht zu der Rotorachse A-A geneigt sind. Dementsprechend ist die Blattachse B jedes Rotorarms so geneigt, daß sie einen flachen konischen Winkel mit der Rotorachse bildet. Jedes Rotorblatt 14 ist auf einem Rotorarm gelagert, der radial von der Rotornabe ausgeht.
Auf jedem Nabenarm ist eine Blattwelle 16 zur Blattverschiebung um die Achse B herum in inneren und äußeren Trockenlagern 18, 20 drehbar gelagert, die zwischen der Innenseite des Nabenarms und der Außenseite der Blatt welle angeordnet sind. Jedes Rotorblatt ist an einer Blattwelle befestigt mittels Blatthalteschrauben 22, die durch Ösen 24, die am inneren Ende der Blätter 26 angeordnet sind, und durch Ösen 26 verlaufen, die sich vom äußeren Ende der Blattwelle in Richtung zu dem Blattende erstrecken.
In jedem Nabenarm ist eine Zugstange 28 angeordnet und umfaßt innere Ösen 30, die mit einem inneren Zugstangenstift und der Mutter 34, 36 mit der Rotornabe verbunden sind, und äußere Ösen, die durch einen äußeren Zugstangenstift 40 und eine Mutter mit der Blattwelle verbunden sind. Die Zugstangen bestehen aus dünnem Stahldraht mit einem Durchmesser von ungefähr 0,030 Zoll (0,76 mm), der mehrmals um die Stifte 34 und 40 gewickelt ist, um einen langgestreckten, von Urethan oder Epoxidhard umschlossenen Wickelkörper zu bilden, der die Stifte umgibt. Eine geeignete Zugstangenanordnung ist zu beziehen von der Lord Corporation, Erie, Pennsylvania.
Die Zugstangen erzeugen eine Axialkraft und eine Torsionskontinuität zwischen der Nabe und der Blattwelle, jedoch ermöglicht die Zugstange ohne weiteres eine Torsionsverschiebung zwischen der Nabe und der Blattwelle, da die Torsionssteifheit eines Wickelkörpers oder Drahtbündels in dieser Form von Natur aus gering ist.
Jede Blattwelle 16 weist eine Öse 42 auf, die im Bereich der Vorderkante des Rotorblatts angeordnet ist und eine Bohrung 44 für einen Ansatz aufweist, die ein kurzes Stück weit von der Blattachse B verschoben ist, und die geeignet ist zur mechanischen Befestigung mit einer Schraube an einem Universalgelenk 46 in Form eines Kugellagers oder eines Stangenkopfes, das (der) am Ende einer biegsamen Einrichtung 48 gehalten wird. Das Universalgelenk bietet wenig oder keinen Widerstand gegenüber einem durch das biegsame Element aufgebrachten Biegemoment. Statt dessen überträgt das Universalgelenk zwischen der biegsamen Einrichtung und der Blattwelle nur Kraft, hauptsächlich Kraft in einer Richtung, durch die sich die Blattwelle um ihre Blattachse bewegen kann, wenn sich der Blattträger 54 auf Grund der Funktionsweise der Steuerwelle 64 hebt und senkt.
Jede biegsame Einrichtung weist einen relativ dünnen Steg auf, der sich von dem Kugellager 164 zu dem Blattträger 54 erstreckt. Der Steg der biegsamen Einrichtung ist relativ biegesteif über seine Breite (d.h. in der Drehrichtung um die Rotorachse herum) und ist relativ biegsam über seine Dicke (d.h. in Radialrichtung). Vorzugsweise sind die biegsame Einrichtung und der Blattträger aus geschmiedetem oder spritzgegossenem Titan oder Aluminium oder anderem geeignetem Metall. Wahlweise kann der Blattträger aus mit Graphitfasern verstärktem Epoxidharz sein.
Das obere Ende jeder biegsamen Einrichtung, das der Lagestelle des Universalgelenks gegenüberliegende Ende, ist mit einem dicken Flansch 50 ausgebildet, der durch mehrere verschraubte Ansätze mit einem entsprechenden Flansch 52 verbunden ist, der auf dem Blattträger 54 gelagert ist.
Der Blattträger 54 weist Arme 56 auf, die radial von der Rotorachse ausgehen. Der Blattträger und die sich drehende Steuerwelle 64 sind zwecks Drehung um die Achse A - A und zwecks Verschiebung längs dieser Achse miteinander verbunden durch eine Anordnung 128 aus konischer Verriegelung und Keil, die am äußeren Ende der Steuerwelle 64 angeordnet und durch die Blattträgermutter 58 und die Unterlegscheibe 60 gesichert ist. Am radialen Umfang der Blattträgerarme 56, an der Vorder- und der Hinterseite der Arme, wo Flansche 66, 68 an dem Ring 69 enden, sind acht Befestigungsflansche 52 angeordnet, je einer für jeden Rotorarm, das Blatt und die biegsame Einrichtung. Jeder Befestigungsflansch 52 ist am äußeren Ende eines radial gerichteten Steges 70 angeordnet, der von der Mitte des Rotors nach außen verläuft und die Flansche an mit Winkeln beabstandeten Stellen um die Rotorachse herum verbindet. Die Blattträgerarme sind an einer mittigen Nabe 72 verbunden, die mit einer konischen Bohrung 74 ausgebildet ist, die die entsprechende konische Fliche 76 am Ende der Steuerwelle 64 aufnimmt. Der Keil 128 sichert den Blattträger und die sich drehende Steuerwelle gegen eine relative Drehung.
Einzelheiten zu den oberen und unteren Steuerelementen und dem Blattbetätigungssystem sind in den Figuren 4A und 4B dargestellt. Die Rotorwelle 78 ist durch eine Keilnut 98 antreibbar mit der Rotornabe 10 verbunden und drehbar in Tandemrollen-Drucklagern 100 gelagert, die in einem Getriebegehäuse 102 laufen. Die Rotorwelle ist antreibbar über eine Antriebswelle mit einer Motorwelle verbunden. Ein konischer Ring 104, der zwischen einer an der mittigen Öffnung der Nabe ausgebildeten konischen Fläche und der Außenseite der Rotorwelle angeordnet ist, wird festgehalten durch das Zusammengreifen einer Kronenmutter 106, die den Ring 104 berührt, und eines Schraubengewindes am äußeren Ende der Rotorwelle. Eine dynamische Dichtung 108, die am Getriebekasten angeordnet ist, steht in Kontakt mit der Außenseite der Rotorwelle, um das Eindringen von Schmutz, eines hydraulischen Fluids oder von Verunreinigungen zu verhindern. Ein Kegelrad 110, das auf die Rotorwelle geschraubt ist, greift mit einem Kegelrad 112 zusammen, das im Getriebekasten angeordnet ist und drehbar auf einer von einem Motor getriebenen Welle gelagert ist. Die Position des Tandemrollen-Drucklagers in bezug auf das Getriebe und die Rotorwelle wird bestimmt, indem das Lager in Kontakt mit einem Vorsprung 114 auf der Rotorwelle gedrückt wird, wenn die Endmutter 116 mit einem Schraubengewinde am Ende der Welle zusammengreift.
In der Bohrung der Rotorwelle 78 sind die sich drehende Steuerwelle 64, eine feststehende, sich nicht drehende Steuerwelle 118, ein Lagerblockrohr 120, eine Wellenführung 124 und ein Gegentaktbetätigungselement 126 angeordnet. Die sich drehende Steuerwelle ist drehbar in bezug auf die feststehende Steuerwelle gelagert durch die Tandemkugellager 130, die zwischen einem Vorsprung 132 auf der Steuerwelle 118 und einem Vorsprung 134 auf der Steuerwelle 64 angeordnet sind.
Die äußeren Laufbahnen der Kugellager werden in Kontakt mit dem Vorsprung 134 gehalten durch das Ende des Lagerverschlußrohres, das durch das Zusammengreifen zwischen einer Lagerverschlußmutter 136 und einem Schraubengewinde auf der Innenseite der sich drehenden Steuerwelle 64 gegen die äußeren Laufbahnen gedrückt wird.
Die inneren Laufbahnen der Kugellager werden in Kontakt mit dem Vorsprung 132 gehalten durch eine Lagerverschlußmutter 136 und die unterlegscheibe 138, die durch das Zusammengreifen zwischen der Mutter 136 und einem Schraubengewinde am äußeren Ende der feststehenden Steuerwelle gegen die inneren Laufbahnen gedrückt werden. In einem Lager 140 ist die Steuerwelle 64 in bezug auf die Rotorwelle am inneren Ende der Rotorwelle drehbar gelagert; in dem Lager 142 ist die Steuerwelle 64 auf der Rotorwelle am äußeren Ende der Rotorwelle gelagert.
Die Wellenführung 124, die an ihrem unteren oder inneren Ende gegen Drehung und Verschiebung mechanisch befestigt ist, weist eine axial gerichtete Keilnut 144 auf, die an deren Innenseite ausgebildet ist und sich über die Länge der Führung erstreckt. Die Keilnut an der Wellenführung greift mit einer kürzeren Keilnut 146 zusammen, die auf der Außenseite der Steuerwelle 118 ausgebildet ist. Die zusammengreifenden Keilnuten verhindern die Drehung der feststehenden Steuerwelle und führen deren axiale Verschiebung innerhalb der Wellenführung, wenn das Betätigungselement 126 in Abhängigkeit von notwendigen Änderungen in der Rotorschubkraft ausfährt und einfährt. Das Betätigungselement 126 ist ein Hydraulikzylinder mit einem Kolben oder Arm, der zum Ausfahren und Einfahren mit der Steuerwelle 124 verbunden ist, wenn der Zylinder unter Druck gesetzt und drucklos gemacht wird.
Die acht im Winkel voneinander beabstandeten biegsamen Einrichtungen 48 verbinden den Blattträger 54 und die Rotornabe 10 zwecks Drehung um die Rotorachse A - A über Verbindungen mit den Blattwellenösen 42 und mit den Befestigungsflanschen 52.
Bei Betrieb fährt das Betatigungselement 126 in Abhängigkeit von der Steuerung durch einen Piloten oder der automatischen Steuerung aus und ein, die zur Änderung der Rotorschubkraft dienen. Wenn das Betätigungselement die Steuerwelle 118 hebt, bewegt sich diese Welle unter der Axialführung durch die Keilnuten der Wellenführung. Der Kontakt zwischen den Laufbahnen der Lager 130 und den Vorsprüngen der Steuerwellen 78 und 118 bewirkt, daß die sich drehende Steuerwelle 78 und der Blattträger 54 sich als Einheit relativ zu der Rotornabe und den Blättern heben. Durch diesen Vorgang werden die Ösen 42 der Blattwellen nach oben verschoben, werden die Blattwellen um die Blattachsen verschwenkt, vergrößert sich die Steigung der Rotorblätter und vergrößert sich die von dem Heckrotor erzeugte Schubkraft.
Das Drehmoment vom Motor wird an den zusammengreifenden Kegelrädem 110, 112 auf die Rotorwelle übertragen. Die Rotornabe, die Blattwellen und die Blätter werden über die Keilnutverbindung 98 von der Rotorwelle angetrieben. Die biegsamen Einrichtungen 48 werden drehbar um die Rotorachse herum angetrieben auf Grund von Verbindungen an den Blattwellen, wo die Universalgelenke 46 angeordnet sind. Die biegsamen Einrichtungen treiben den Blattträger drehbar um die Rotorachse herum an über die verschraubten Ansätze 52, die an den Enden jeder biegsamen Einrichtung angeordnet sind. Die biegsamen Einrichtungen sind relativ steif in der Richtung umfänglich zu der Rotorachse und relativ biegsam in der Richtung senkrecht zu der Rotorachse, der Radialrichtung.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung mit Blick von der Seite längs einer Blattachse und zeigt die Winkelbeziehung zwischen der Rotationsachse, der Blattachse und einer horizontalen Ebene 150 senkrecht zu der Rotorachse. Die Figur enthält auf ihrer rechten Seite eine Vorderansicht einer Blattwelle mit Blick in Radialrichtung nach innen in Richtung zu der Mitte des Rotors und zeigt die Enden des Bereiches der Blattbewegung. Die Figuren 1 und 3 zeigen in Kombination eine Verkürzungswirkung auf Grund der Neigung der Blattachse B in bezug auf die Ebene 150.
Figur 1 zeigt den Bereich der Winkelbewegung einer Blattwelle 16 um ihre Blattachse, der entsteht, wenn der Blattträger ausfährt und einfährt. Die Mitte der Bohrung 44 für einen Ansatz durch jede Blattwellenöse 42 hindurch dreht sich gegen den Uhrzeigersinn um ungefähr 40 Grad um die Blattwelle, wenn sich der Blattträger hebt, und im Uhrzeigersinn um ungefähr 40 Grad, wenn sich der Blattträger aus einer Bezugsposition, der ausgefahrenen Position, senkt. Wenn der Rotor in der ausgefahrenen Position eingestellt wird, neigt sich die mittlere Sehnenebene jedes Rotorblatts um etwa 15 Grad in bezug auf eine Ebene, in der die entsprechende Blattachse und die Rotormitte liegen.
Die Mitte des an jeder biegsamen Einrichtung 48 getragenen Universalgelenks 46 ist mit der Mitte der Bohrung 44 für einen Ansatz ausgerichtet. Der Blattträger und das Ende der an dem Blattträger befestigten biegsamen Einrichtung bewegen sich axial längs der Rotorachse A - A, jedoch wird das Universalgelenk 46 so eingespannt, daß es um die Blattachse schwenkt, die nicht senkrecht zu der Rotorachse steht, sondern um etwa 2 Grad in bezug auf die Ebene 150 geneigt ist. Diese Neigung bewirkt eine radiale Verschiebung des biegsamen Lagers, wenn sich die Blattwelle bewegt.
Wenn sich der Blattträger auf sein Maximalmaß hebt, dreht sich der Punkt 44 zum Punkt 152 und bewegt sich um ein Stück 156 von seiner Radialposition weg, wenn er sich in der ausgefahrenen Position in 44 befindet. Wenn sich der Blattträger auf sein Maximalmaß senkt, dreht sich der Punkt 44 zum Punkt 154 und bewegt sich radial um ein Stück 158 von seiner Radialposition weg nach innen, wenn er sich in der ausgefahrenen Position befindet. Wenn die Bewegung der Blattwelle im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gleich ist, sind die Strecken 156 und 158 gleich. In dem dargestellten Beispiel beträgt die Strecke von der Blattachse zur Mitte des biegsamen Lagers etwa 1,55 Zoll (39,37 mm), und die Strecken 156 und 158 sind gleich 0,054 Zoll (1,37 mm). Diese Strecke hängt mit der kinematischen Verkürzung der biegsamen Einrichtung zusammen. Figur 3 ist eine Ansicht oberhalb von der von Figur 1, die den potentiellen Bereich der Radialbewegung des biegsamen Lagers auf Grund der Bewegung der Blattwellen um
die entsprechende Blattachse und der Neigung der Blattachse zeigt.
Wie Figur 6 zeigt, ist jedes biegsame Lager 46 in einem Stangenkopf untergebracht, umfassend eine mit der biegsamen Einrichtung einstückig ausgebildete Öse 166; ein Kugellagergehäuse 168, das in die Öse 166 eingepaßt ist; und ein Kugellager 164. Die potentielle radiale Verschiebung des biegsamen Lagers auf Grund der Bewegung der Blattwelle um ihre entsprechende Blattachse ist durch die Strichellinien 170, 172 angezeigt. Wenn sich der Blattträger und die biegsame Einrichtung heben, würde sich das biegsame Lager, wenn es nicht eingezwängt wäre, in der durch die Linie 170 angedeuteten Weise bewegen. Wenn sich der Blattträger und die biegsame Einrichtung senken, würde sich das biegsame Lager, wenn es nicht eingezwängt wäre, in der durch die Linie 172 angedeuteten Weise radial nach außen bewegen. Durch den Kontakt zwischen der Vorderseite des Lagers 164 und der Innenseite der Ösen 42 werden diese potentiellen Verschiebungen des biegsamen Lagers eingeschränkt, diese Einschränkung erzeugt jedoch eine radial gerichtete Belastung zwischen dem Lager 164 und dem Lagergehäuse 168.
Die auf das biegsame Lager, die biegsame Einrichtung und den Blattarm wirkende Zentrifugalkraft besitzt ein Potential zur Erzeugung einer Kraft zwischen dem Lager 164 und dem Lagergehäuse 168 zusätzlich zu der Kraft zwischen diesen Komponenten des biegsamen Lagers, die durch die kinematische Verkürzung entsteht. Die biegsamen Einrichtungen, die Blattwellen und der Blattträger wirken in einem Zentrifugalkraftfeld, das durch deren Drehung um die Mitte des Rotors entsteht. Infolge dieses Kraftfeldes werden radial nach außen gerichtete Kräfte auf Grund des Gewichts und der radialen Position in dem Kraftfeld, das an dem Lagergehäuse 168 und dem angrenzenden Abschnitt der biegsamen Einrichtung entstanden ist, auf das Kugellager 164 übertragen. Diese Belastungen kommen zur Reaktion durch den Kontakt zwischen dem Kugellager und den Ösen 42. Durch diese Reaktion entsteht eine zusätzliche radial gerichtete Belastung zwischen dem Lager 164 und dem Lagergehäuse 168. Da diese Kräfte auf Komponenten des biegsamen Lagers wirken, entsteht eine nachteilige Wirkung auf die Betriebsdauer des Lagers.
Um diese Kräfte und ihre Verkürzungswirkung auf die Betriebsdauer des flexiblen Lagers auszugleichen, wird jede biegsame Einrichtung beim Einbau so abgelenkt, daß eine auf das flexible Lager 46 wirkende Belastung entsteht, die gleich groß ist und entgegengesetzt gerichtet ist wie die auf das biegsame Lager auf Grund von dessen Funktion in dem Kraftfeld wirkende Belastung. Die biegsame Einrichtung wird beim Einbau vorbelastet, indem ein Ende der biegsamen Einrichtung an dem Blattträger befestigt wird und die biegsame Einrichtung 48 so gebogen wird, daß sich das biegsame Lager um etwa 0,074 Zoll (1,88 mm) in einer Richtung radial nach innen relativ zu seiner freien Position verschiebt. Figur 5 zeigt die vorbelastete Ablenkung 176. Wenn jedes biegsame Lager in dieser Weise abgelenkt wurde, befindet es sich zwischen den Ösen 42 des Blattarms, die Befestigungsschraube 160 wird durch die Ösenbohrungen 44 und die Bohrung 162 durch das Kugellager 164 eingeführt, und die Mutter 174 wird auf der Schraube angezogen. Diese Vorbelastung bewirkt, daß sich eine Kraft zwischen dem Lager 164 und dem Lagergehäuse 168 entwickelt, durch die das Lager 164 in bezug auf das Gehäuse nach außen gedrückt werden kann. Danach, wenn sich der Rotor dreht und sich das Kraftfeld entwickelt, wird die Wirkung der Kräfte, die die Komponenten des biegsamen Lagers in Kontakt miteinander drükken, vorzugsweise auf Grund der Befreiung von der Vorbelastung vermindert, die beim Einbau der biegsamen Einrichtung und der Befestigung des biegsamen Lagers an dem Blattarm zwischen den Komponenten des biegsamen Lagers entstanden ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Kompensation einer auf die Komponenten eines Hubschrauberrotors einwirkenden Zentrifugalkraft, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt:

einen Rotor mit einer Rotorachse (A-A), der eine Vielzahl von Rotorblättern (14) trägt, die jeweils für eine veränderliche Blattsteigung ausgelegt sind;

eine Vielzahl von Blattwellen (16), die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse (A-A) herum angeordnet sind, wobei jede Blattwelle eine Blattachse (B) besitzt und sich von der Rotorachse (A-A) längs der Blattachse (B) radial nach außen erstreckt, wobei jede Blattwelle (16) um ihre jeweilige Blattachse (B) beweglich angeordnet ist und einen Ansatz besitzt, der seitlich von der jeweiligen Blattachse (B) und radial von der Rotorachse (A-A) versetzt ist; und

einen Blattträger (54), der um die Rotorachse (A-A) drehbar und längs der Rotorachse verschieblich angebracht ist; gekennzeichnet durch:

eine Vielzahl von biegsamen Einrichtungen (48), wobei jede biegsame Einrichtung (48) ein erstes Ende (50) umfaßt, das starr mit dem Blattträger (54) verbunden ist, ein an einem zweiten Ende gelagertes Universalgelenk (46), das mit einem Ansatz (42, 44) einer jeweiligen Blattwelle (16) verbunden ist, wobei die radiale Lage jedes Universalgelenks (46) in bezug auf die Rotorachse (A-A) ein vorbestimmtes Stück weit radial verschoben ist, um die Verbindung mit dem Ansatz (42, 44) einer jeweiligen Blattwelle (16) herzustellen, bevor der Ansatz mit der jeweiligen Blattwelle (16) verbunden wird, um die Winkelposition jeder Blattwelle (16) um die jeweilige Blattachse (B) entsprechend der axialen Verschiebung des Blattträgers (54) zu verändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Ansatz folgendes umfaßt:

Ösen (42), die auf den seitlich von der Blattachse (B) ausgehenden Blattwellen (16) ausgebildet sind, wobei jede Öse (42) eine Bohrung (44) für den Ansatz aufweist, die Ösen (42) paarweise angeordnet sind, die Ösen (42) jedes Paares im Abstand voneinander angeordnet sind, um zwischen sich ein Universalgelenk (46) aufzunehmen; und

Bolzen, die jeweils in der Ansatzbohrung (44) eines Paares von Ösen (42) angeordnet sind und jedes Universalgelenk (46) mit dem jeweiligen Paar von Ösen (42) verbinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder Ansatz folgendes umfaßt:

Ösen (42), die auf den seitlich von der Blattachse (B) ausgehenden Blattwellen (16) ausgebildet sind, wobei jede Öse (42) eine Bohrung (44) für den Ansatz aufweist, die Ösen (42) paarweise angeordnet sind, die Ösen (42) jedes Paares im Abstand voneinander angeordnet sind, um zwischen sich ein Universalgelenk (46) aufzunehmen; und wobei jede biegsame Einrichtung (48) des weiteren folgendes umfaßt:

eine Öse (166), die an dem zweiten Ende jeder biegsamen Einrichtung angeordnet ist und mit einer Bohrung versehen ist;

ein Kugellagergehäuse (168), das in der Bohrung der Öse angeordnet ist;

ein Kugellager (164) in dem Kugellagergehäuse (168) mit einer Bohrung (162) für den Ansatz, die mit der Bohrung (44) in den Ösen (42) ausgerichtet ist und so ausgelegt ist, daß sie ein Verbindungselement aufnehmen kann, das die biegsame Einrichtung (48) mit der Blattwelle (16) verbindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der jedes Rotorblatt (14) mit einer jeweiligen Blattwelle (16) am radial äußeren Ende der Blattwelle (16) verbunden ist und sich radial längs der jeweiligen Blattachse (B) erstreckt, wobei sich die Steigung der Blätter (14) ändert, wenn sich die jeweilige Blattwelle (16) um die jeweilige Blattachse (B) bewegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, bei der jede biegsame Einrichtung (48) des weiteren folgendes umfaßt:

biegsame Elemente (48), die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse (A-A) herum angeordnet sind, sich jeweils von dem Blattträger (54) zu der jeweiligen Blattwelle (16) erstrecken, mit dem Ansatz der jeweiligen Blattwelle (16) fluchten und jeweils einen Steg aufweisen, der das erste Ende und das zweite Ende verbindet, wobei der Steg in einer Richtung im wesentlichen tangential zur Rotorachse (A-A) relativ biegesteif ist und in einer Richtung im wesentlichen radial zur Rotorachse (A-A) relativ biegsam ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, bei der jede biegsame Einrichtung (48) des weiteren Streben aufweist, die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse (A-A) herum angeordnet sind, wobei jede Strebe folgendes umfaßt:

einen Steg, der sich zwischen dem Blattträger (54) und einer Blattwelle (16) erstreckt, wobei der Steg in einer Richtung im wesentlichen tangential zu der Rotorachse (A-A) eine relativ hohe Biegesteifigkeit besitzt und in einer Richtung im wesentlichen radial zur Rotorachse (A-A) eine relativ niedrige Biegesteifigkeit besitzt;

einen Befestigungsflansch (50), der an einem Ende des Steges angeordnet und starr mit dem Blattträger (54) verbunden ist;

und

ein Stangenkopf-Kugellager (164), welches das Universalgelenk (46) an dem dem einen Ende entgegengesetzten anderen Ende des Steges bildet.

7. Vorrichtung zur Kompensation des Effekts der kinematischen Verkürzung von Komponenten eines Systems zur Veränderung der Steigung von Rotorblättern um eine Blattachse bei einem Hubschrauberrotor, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt:

einen Rotor mit einer Rotorachse (A-A), der eine Vielzahl von Rotorblättern (14) trägt, die jeweils einen veränderlichen Auftrieb erzeugen;

eine Vielzahl von Blattwellen (16), die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse (A-A) herum angeordnet sind, wobei jede Blattwelle eine Blattachse (B) besitzt und sich von der Rotorachse (A-A) radial nach außen erstreckt längs der Blattachse (B), die in bezug auf eine zur Rotorachse (A- A) senkrechte Ebene geneigt ist, wobei jede Blattwelle (16) um die jeweilige Blattachse (A-A) beweglich gelagert ist und einen Ansatz aufweist, der seitlich von der jeweiligen Blattachse (A-A) versetzt ist; und

eine Vielzahl von biegsamen Einrichtungen (48), wobei jede biegsame Einrichtung (48) ein erstes Ende (50) umfaßt, das starr mit dem Blattträger (54) verbunden ist, ein an einem zweiten Ende gelagertes Universalgelenk (46), das mit einem Ansatz (42, 44) einer jeweiligen Blattwelle (16) verbunden ist, wobei die radiale Lage jedes Universalgelenks (46) in bezug auf die Rotorachse (A-A) ein vorbestimmtes Stück weit radial verschoben ist, um die Verbindung mit dem Ansatz (42, 44) einer jeweiligen Blattwelle (16) herzustellen, bevor der Ansatz (42, 44) mit der jeweiligen Blattwelle verbunden wird, um die Winkelposition jeder Blattwelle (16) um die jeweilige Blattachse (B) entsprechend der axialen Verschiebung des Blattträgers (54) zu verändern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der jede biegsame Einrichtung (48) des weiteren folgendes umfaßt:

biegsame Elemente (48), die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse (A-A) herum angeordnet sind, sich jeweils von dem Blattträger (54) zu der jeweiligen Blattwelle (16) erstrecken, mit dem Ansatz der jeweiligen Blattwelle (16) fluchten und jeweils einen Steg aufweisen, der das erste Ende (50) und das zweite Ende verbindet, wobei der Steg in einer Richtung im wesentlichen tangential zur Rotorachse (A-A) relativ biegesteif ist und in einer Richtung im wesentlichen radial zur Rotorachse (A-A) relativ biegsam ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der jede biegsame Einrichtung (48) des weiteren Streben umfaßt, die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse herum angeordnet sind, wobei jede Strebe folgendes umfaßt:

einen Steg, der sich zwischen dem Blattträger (54) und der jeweiligen Blattwelle (16) erstreckt, wobei der Steg in einer Richtung im wesentlichen tangential zur Rotorachse (A-A) eine relativ hohe Biegesteifigkeit besitzt und in einer Richtung im wesentlichen radial zur Rotorachse (A-A) eine relativ niedrige Biegesteifigkeit besitzt;

einen Befestigungsflansch (50)1 der an einem Ende des starr mit dem Blattträger (54) verbundenen Steges angeordnet ist;

und

10. Verfahren zum Einbau von Komponenten eines Systems zur Veränderung der Winkelposition einer Blattwelle bei einem Hubschrauberrotor, wobei der Rotor eine Rotorachse (A-A) besitzt und eine Vielzahl von Blattwellen besitzt, die im Winkel im Abstand voneinander um die Rotorachse (A-A) herum angeordnet sind, wobei jede Blattwelle (16) sich von der Rotorachse (A-A) längs einer Blattachse (B) radial nach außen erstreckt, um die jeweilige Blattachse (B) beweglich gelagert ist und einen Ansatz (42, 44) besitzt, der seitlich von der Blattachse (B) versetzt ist; einen Blattträger (54), der um die Rotorachse (A-A) drehbar und längs der Rotorachse (A-A) verschieblich gelagert ist; und biegsame Elemente (48), die jeweils ein erstes Ende (50) und ein zweites Ende aufweisen, wobei das zweite Ende ein Universalgelenk (46) trägt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

das erste Ende jedes biegsamen Elementes (48) starr mit dem Blattträger (54) verbinden;

jedes biegsame Element (48) biegen, wodurch das Universalgelenk (46) ein vorbestimmtes Stück in bezug auf seine Position in einem freien, unverbundenen Zustand verschoben wird; und

die Position jedes Universalgelenks (46) fixieren, während das jeweilige biegsame Element (48) verschoben wird, indem jedes Universalgelenk (46) mit dem Ansatz der jeweiligen Blattwelle (16) verbunden wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, des weiteren umfassend den folgenden Schritt:

jedes biegsame Element (48) in radialer Richtung biegen, so daß jedes Universalgelenk (46) in bezug auf seine Position im freien Zustand ein vorbestimmtes Stück zu der Rotorachse (A A) hin verschoben wird.