DE2451860B2

DE2451860B2 - Rotorblatt für Drehflügelflugzeuge

Info

Publication number: DE2451860B2
Application number: DE2451860A
Authority: DE
Inventors: August Hanns Leonhard Aix- En-Provence Bouches-Du-Rhone Euler (Frankreich)
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1974-10-31
Publication date: 1980-10-09
Also published as: US3950115A; GB1484179A; FR2252916A1; DE2451860C3; FR2252916B1; DE2451860A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rotorblatt für Drehflügelflugzeuge mit mindestens zwei in Blattlängsrichtung verlaufende Verstärkungsfaserstränge enthaltendem Blattanschlußbereich, wobei mindestens ein Strang im Bereich der Blattvorderkante und ein weiterer Strang im Bereich der Blatthinterkante verläuft und die beiden Verstärkungsfaserstränge eine s starre Schlaufe bilden, welche um eine zur Befestigung des Blattes an der Rotornabe durch eine Spindel dienende Buchse geführt ist und wobei an der Buchse ein sich in Richtung der Blattspitze verjüngendes Verlängerungsteil befestigt ist und das Verlängerungsteil zumindest teilweise mit einer Zwischenschicht aus Kunststoff überzogen ist

Bei diesem aus der DE-PS 15 06 573 bzw. der FR-PS 15 44 344 bekannten Rotorblatt ist vorgesehen, sowohl die Blattwurzel als auch eine um die Buchse laufende Schlaufe der längsverlaufenden Verstärkungsfaserstränge in einem metallischen Gehäuse einzuschließen. Außerdem wird durch diesen Stand der Technik vorgeschlagen, zwischen der äußeren Oberfläche der Verstärkungsfaserstränge und den Innenflächen des Gehäuses eine Schicht aus verformbarem Material einzulegen, wodurch gegenseitige Verschiebungen zwischen den Strängen und dem Gehäuse ermöglicht werden. Dadurch soll der Tatsache Rechnung getragen werden, daß der Elastizitätsmodul der Verstärkungsfaser sich von dem des metallischen Gehäuses unterscheidet Diese bekannte Ausführungsform hat eine Reihe von Nachteilen:

Die Zwischenlagen 8, die ein Ankleben der Verstärkungsfaserstränge an den Wänden des metallischen Gehäuses verhindern sollen, bestehen aus einem Material, welches im wesentlichen unter dem Gesichtspunkt ausgebildet werden muß, geringe Reibungskoeffizienten zu erzielen, was nicht unbedingt vereinbar ist mit den mechanischen Merkmalen einer hohen Belastbarkeit durch die Biege- und Torsionskräfte, denen die Blattwurzel ausgesetzt ist. Weiterhin weisen die Zwischenschichten 8 eine geringe Dicke auf. Daher sind diese Zwischenschichten nicht in der Lage, die erheblichen Druckkräfte aufzunehmen die z. B. an der Blattwurzel durch die Vibrationen bei der Biegung oder bei der Torsionsbelastung auftreten.

Als weiterer Nachteil stellt sich heraus, daß die Teile der längsverlaufenden Verstärkungsfaserstränge, die aus dem aus den Schalen 2,3 bestehenden metallischen Gehäuse austreten, in Höhe des Kragens sehr erheblichen Scherkräften ausgesetzt sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der aktiv wirksame Teil des Blattes Schwingungen, insbesondere Biegeschwingungen, von großer Amplitude ausgesetzt ist, da

so die genannten Stränge im Kragen eingespannt sind, welcher mit dem metallischen Gehäuse die Biegebewegungen außerhalb des Kragens in Richtung der Rotomabe verhindert.
Die gleichen Nachteile zeigen sich im Zusammenhang mit den in Fig. 1 und 7 der US-PS 30 00 446 gezeigten Ausführungsform einer Blattwurzel, da der biegsame Teil der Blattwurzel (Fig. 7) im wesentlichen aus zwei Hüllen aus Glasgewebe bestehend in einem vermutlich aus Metall bestehen/den Befestigungselement eingespannt ist, welches in seiner Wirkung durchaus mit den Gehäuseaußenwänden gemäß der DE-PS 15 06 573 vergleichbar ist.

Um den Widerstand der Verbindung zwischen dem Rotorblatt und der Rotordrehachse zu erhöhen, wird in der FR-PS 15 81 324 vorgeschlagen, den schleifenförmigen Strang in vier schleifenförmige Bänder zu unterteilen, die entlang der vier Ecken eines Rechtecks angeordnet und einzeln mittels Drehspindeln an der

Drehachse befestigt sind.

Somit werden die Biegemomente in den beiden Hauptebenen durch die Faserstränge aufgenommen, welche parallel verlaufen und von denen die einen unter Druckbeanspruchung und die anderen unter Zugspannung stehen. Die Stränge sind im Abstand voneinander angeordnet, wodurch der Widerstand der gesamten Anordnung gegenüber diesen Biegemomenten erhöht wird. Tatsächlich stellen zwei im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnete Stränge eine Art Träger oder Balken dar, dessen Widerstandskraft proportional zum Abstand ist

Jedoch wurde zur Aufrechterhaltung der unter Druck und der unter Zug stehenden Stränge keinerlei Vorkehrung getroffen, so daß die Anordnung in dieser Form durch Scherbeanspruchung zerstört werden kann; zudem stellen die vier Anschlußpunkte die schwachen Punkte der Verbindung dar, die unweigerlich verschieden stark beansprucht werden.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und ein Rotorblatt zu schaffen, welches die Übertragung jeglicher Beanspruchungen, denen das Rotorblatt an seinem Anschluß an die Rotornabe unterliegt, ermöglicht, und außerdem ein Aufnehmen dieser Kräfte im Verbindungsbereich zwischen dem Anschluß und dem Rotorblatt gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rotorblatt der eingangs genannten Art dadurch jelöst, daß das Verlängerungsteil der Buchse eine in einer Ebene normal zur Buchsenachse liegende Platte ist, an jo der die Zwischenschichten angeklebt sind, daß eine aus einem mineralischen Füllstoff und einem Bindemittel bestehende, gegen Druck und Scherkräfte widerstandsfähige kompakte Füllung zwischen der Platte bzw. den sie teilweise bedeckenden Zwischenschichten einerseits J5 und den benachbarten Bereichen der Verstärkungsfaserstränge andererseits eingelegt ist und daß sowohl die Wurzel des Blattes als auch der Blattanschlußbereich in an sich bekannter Weise von einer Außenhaut aus verstärktem Gewebe umgeben und durch Kleben und Polymerisation mit ihr vereinigt sind.

Bei einer derartigen Ausführungsform übernehmen die Armierung und die Füllung die Rolle von Abstandshaltern zwischen den Verstärkungsfasersträngen, die unter der Einwirkung der Biegemomente sowohl unter Druck wie auch unter Zugbeanspruchung stehen, wodurch es möglich wird, daß zwei Stränge mittels solcher Abstandhalter voneinander getrennt sind und jeweils einen Träger mit großer Widerstandskraft gegenüber Biegebeanspruchungen bilden, der auch den in Querrichtung einwirkenden Scherkräften widersteht.

Außerdem wird der Unterschied zwischen dem jeweiligen Elastizitätsmodul des durch die Fasentränge armierten Schichtmaterials, der Füllung und der Armierung für die Übertragung dieser Querkräfte vom Rotorblatt zu seinem Anschluß hin allmählich dadurch ausgeglichen, daß das Verlängerungsteil sich verjüngt.

Somit lassen sich die Gefahr einer Auflösung der zusammengeformten und geklebten Teile und eine to Ermüdung eines der Bestandteile der Verbindung vermeiden, da die Anordnung diesen Beanspruchungen wie ein einziges homogenes Teil unterliegt.

Durch die.Merkmale des Anspruchs 5 kann die Masse der im Bereich der Vorderkante verlaufenden Schichtfasern sehr viel größer sein als die Masse der im Bereich der Hinterkante angeordneten Schichtfasern, auch wenn die einzelnen Stränge im wesentlichen denselben Querschnitt aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den B'attanschlußbereich eines aus Kunststoff bestehenden Rotorblattes eines Drehflügelflugzeuges, wobei der Kunststoff mittels hochwiderstandsfähiger Kunstfasern verstärkt ist;

Fig.2 bis 6 jeweils Schnittansichten entlang den Schnittlinien H-II, HI-III... Vl-Vl durch das aus Fig. 1 ersichtliche Rotorblatt, und

Fig.7 eine perspektivische Ansicht der Wurzel des Rotorblattes teilweise im Schnitt

Die Blattwurzel 1 des Rotorblaues besteht im wesentlichen aus Kunstharz, das mit Glasfasern verstärkt ist Der Endbereich, der zum Zentrum des Rotors hin gerichtet ist ist zu einem Gelenk 2 ausgeformt. Die Verbindung eines derartigen Rotorblattes mit dem entsprechenden (nicht dargestellten) Teil der Nabe wird mittels eines zylinderförmigen Hauptbolzens erreicht welcher in das Gelenk eingreift, und mit einem Nebenbolzen, dessen Durchmesser kleiner ist als der des Hauptbolzens und der in einer Bohrung 4 eines seitlichen Ansatzes 22 eingesetzt ist. Dieser Ansatz mit Bohrung ist dazu vorgesehen, eine Drehung des Rotorblattes um den Hauptbolzen zu verhindern.

Der Holm des Rotorblattes (vgl. F i g. 5 und 7) weist die Form eines Tragflügelprofils auf. Er besteht aus in Blattlängsrichtung angeordneten und in zwei Gruppen unterteilten Verstärkungsfasersträngen. Die größere Faserstranggruppe 5, die die Form eines »C« aufweist, bildet die Vorderkante, während die zweite Faserstranggruppe 6 sich an der Hinterkante des Blattes befindet. Der Raum zwischen den beiden Faserstranggruppen ist mit einer Füllung 7 aus leichtem zellförmigen Material gefüllt, beispielsweise mit Polyurethanschaum oder auch mit walzenförmigen Metalloder Kunststoffmaterial. Das Rotorblatt wie auch der gesamte Biattanschlußbereich ist mit einer Außenhaut 8 aus Schichtfasermaterial umhüllt, welches die das Blatt bildenden Teile dicht umschließt und einen Arbeitsmantel bzw. eine Schale darstellt. Die beiden Kanten der Außenhaut, die gegeneinander angelegt sind, bilden den Endbereich 8a der Hinterkante. Das Gelenk 2 am Ende des Rotorblattes besteht seinerseits aus der von den kontinuierlich um den Hauptbolzen geführten Verstärkungsfasersträngen gebildeten Schlaufe. Innerhalb dieser Schlaufe ist zwischen den Fasersträngen, die in vier im wesentlichen gleiche Stränge 9, 10, 11 und 12 unterteilt sind, eine Armierung 13 eingeschlossen. Diese Armierung umfaßt eine Buchse 14 mit einem Innenring 15 zur Aufnahme des Hauptbolzens, sowie ein kreuzförmiges, sich verjüngendes Verlängerungsteil, das fest mit der Buchse verbunden ist. Dieses Verlängerungsteil umfaßt eine senkrecht zur Buchsenachse in der Buchsenmitte verlaufende Platte 16, sowie zwei rechtwinklig an der Platte angeordnete Rippen 18, die fest mit dieser und mit der Buchse 14 verbunden sind, und zwar nur auf der Seite des Rotorblattes.

Die sich verjüngende Platte trennt die vier Verstärkungsfaserstränge 9 bis 12 der Schlaufe. Die Breite und Dicke der Rippen 18 nehmen allmählich ab, wie sich aus F i g. j bis 7 entnehmen läßt.

Um die Buchse und gegen die Flügel der Armierung 13 sind unter Berührung mit den Verstärkungsfasersträngen 9, 10, 11 und 12 der Schichtfasern Zwischenschichten 20 eingesetzt, die aus einer Schichtung von

Glasgewebe bestehen, das mit Kunstharz imprägniert ist. Diese Zwischenschichten weisen ein sehr großes Adhäsionsvermögen und einen hohen Widerstand gegenüber Scherbeanspruchungen auf.

Im Mittelbereich zwischen der Nabe und dem Rotorblatt verlaufen die Schichtfasern in den Strängen 9 und 11 geradlinig und bilden den Mittelbereich 5a der ersten C-förmigen Faserstranggruppe 5. Die beiden Endabschnitte Sb und 5c dieser Gruppe gehen von den Abschnitten 10a und 12a der Stränge 10 und 12 aus, die jeweils allmählich auf den Flächen des Rotorblattes abgeflacht werden. Auf diese Weise kann die Masse der fest mit der Vorderkante verbundenen Schichtfasern sehr viel größer sein als die Masse der mit der Hinterkante verbundenen Schichtfasern, auch wenn die vier Stränge im wesentlichen denselben Querschnitt aufweisen.

Schließlich bilden nach entsprechender Krümmung die Schichtfasern der Abschnitte iOb und 12ft der Stränge (10,12) die Hinterkante 25 des Zwischenbereiches und des Endholms 6 des Rotorblattes.

In diesem Zwischenbereich ist in den freien Raum, der den sich verjüngenden Abschnitt der Armierung zur Mitte des Rotorblattes hin umhüllt, sowie in den freien Raum innerhalb der Außenhaut 8 und den freien Raum zwischen den Strängen 9 bis 12 eine Füllung 21 eingefüllt. Diese Füllung kann Druck- und Scherbeanspruchung widerstehen und besteht beispielsweise aus kurzen Fasern oder auch aus verknäulten Glasspänen bzw. Glaswolle in einer Harzmasse.

Diese verschiedenen Teile, nämlich die Armierung 13, die Zwischenschichten 20, die Verstärkungsfaserstränge 9 bis 12 und die Schichtstoff-Außenhaut 8 werden miteinander verklebt, unter Druck geformt und unter Hitzeeinwirkung polymerisiert.

Bei einer derartigen Anordnung erfolgt die Übertra gung der Zugkräfte und der Biegemomente, sowie de: Beanspruchungen auf Torsion zur Armierung hin, di< von dem Rotorblatt kommen, allmählich fortschreitend ohne daß zwischen den Schichtfasern, den Zwischen schichten und der Armierung eine Reibung bzw. ein« Gleitbewegung auftritt. Der sich verjüngende Abschnit der Armierung stellt den Übergang zwischen den

ίο relativ elastischen Anschlußbereich nahe des Rotorblat tes und der Befestigung mittels des Hauptbolzens an dei Nabe sicher.

Je nachdem, welche Kräfte auf die Armierung 13 übertragen werden, nimmt der von den Zwischenschich tungen aufzunehmende Dehnungsunterschied ab, bis ei in Höhe der Schlaufe um die Buchse 14 völlig verschwunden ist. Zudem werden die Biegemoment« über die Füllung 21 und durch Kompression derselber gleichmäßig verteilt durch Abstützung übertragen. Di« Platte 16 der Armierung 13 weist an der Stelle, an dei der Hauptbolzen eingesetzt wird, einen seitlicher Ansatz 22 auf, der in der Verstärkung 23 endet, durcr welche die Bohrung 4 geführt ist. Dieser seitliche Ansät; ermöglicht eine Übertragung der von dem Rotorblat kommenden Luftwiderstandsmomente auf die Rotorna be.

Das Gelenk 23 kann mit der Nabe direkt verbunder sein, wenn keinerlei Drehbewegung des Rotorblatte: um den Hauptbolzen erwünscht ist, oder mittels eine:

Dämpfers, wenn das Rotorblatt frei beweglich um der Hauptbolzen angelenkt ist, oder auch mittels eine! Frequenzadapters, wenn die Rotorblattschwenkbewegungen um den Hauptbolzen durch eine elastische gedämpfte Rückstellung gehemmt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotorblatt für Drehflügelflugzeuge mit einem mindestens zwei in Blattlängsrichtung verlaufende Verstärkungsfaserstränge enthaltenden Blattanschlußbereich, wobei mindestens ein Strang im Bereich der Blattvorderkante und ein weiterer Strang im Bereich der Blatthinterkante verläuft und die beiden Verstärkungsfaserstränge eine starre Schlaufe bilden, welche um eine zur Befestigung des Blattes an der Rotomabe durch eine Spindel dienende Buchse geführt ist und wobei an der Buchse ein sich in Richtung der Blattspitze verjüngendes Verlängerungsteil befestigt ist und das Verlängerucgsteil zumindest teilweise mit einer Zwischenschicht aus Kunststoff überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verläng-irungsteil der Buchse (14) eine in einer Ebene normal zur Buchsenachse liegende Platte (16) ist, an der die Zwischenschichten (20) angeklebt sind, daß eine aus einem mineralischen Füllstoff und einem Bindemittel bestehende, gegen Druck- und Scherkräfte widerstandsfähige kompakte Füllung (21) zwischen der Platte (16) bzw. den sie teilweise bedeckenden Zwischenschichten (20) einerseits und den benachbarten Bereichen der Verstärkungsfaserstränge (9,10,11,12) andererseits eingelegt ist und daß sowohl die Wurzel (1) des Blattes als auch der Blattanschlußbereich in an sich bekannter Weise von einer Außenhaut (8) aus verstärktem Gev/ebe umgeben und durch Kleben und Polymerisation mit ihr vereinigt sind.

2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (16) eine nach oben und eine nach unten sich erstreckende zentrale Rippe (18) aufweist, die ebenfalls an der Büchse (14) befestigt sind und sich von der Büchse weg nach außen verjüngen.

3. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Büchse (14) und Platte (16) gebildete Armierung (13) mit einer Zwischenlage (20) aus glasgewebeverstärktem Kunstharz überzogen ist.

4. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kompakte Füllung (21) aus Kunstharz und kleinen Glasstücken besteht.

5. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Hinterkante (25) des Rotorblattes verlaufenden Abschnitte (10a, lia^der von der Schlaufe (2) ausgehenden Verstärkungsfaserstränge (10, 12) unter Abflachung in Richtung auf die Vorderkante des Rotorblattes zur Oberfläche der kompakten Füllung (21) geführt sind.

6. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Büchse (14) und Platte (16) gebildete Armierung (13) einen in einer zur Bohrung der Büchse (14) parallel verlaufenden Bohrung (4) endenden Ansatz (22) aufweist, in welcher Bohrung (4) eine zweite Drehspinael einsetzbar ist, welche die Schwenkbewegung des Rotorblattes um die Hauptdrehspindel in der Büchse (14) verhindert.