Hovedrotor

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til navigasjon Hopp til søk
Rotorwelle (rotor shaft)Taumelscheibe (swash plate)Taumelscheibenmitnehmer (swash plate drive key)Steuerstange (control rod)Steuerstange (control rod)Blattverstellhebel (blade positioner)Rotornabe (rotor hub)Blatthalter (rotor blade mount)Blattwurzel (blade base)Rotorblatt (rotor blade)Rotorblatt (rotor blade)Steuerstange (control rod)Steuerstange (control rod)
Trebladet hovedrotor av et modellhelikopter. Konstruksjonsprinsippet er identisk med det for det mannbærende helikopteret.

Flytt musepekeren over tallene for å vise monteringsbetegnelsen.
Trebladet hovedrotor av en Aérospatiale SA-319 (Alouette III). Swashplate mellom grå og svart belg.

Hovedrotoren er den tobladede eller flerbladede dynamiske systemkomponenten i et helikopter , som sikrer løft gjennom rotasjonen rundt rotoraksen og dens kontroll og fremdrift gjennom sykliske endringer i angrepsvinkelen til rotorbladene. Hovedrotoren består i utgangspunktet av rotorakselen (1), swashplaten (2), kontrollstengene (4 og 10), rotorhodet med rotornavet (6), rotorbladholderne med svingleddene (7 ) og rotorbladene (9 + 8).

Merk: Alle figurene i parentes i denne artikkelen refererer til forklaringen i grafikken ved siden av

Helikopter hovedrotorkonfigurasjoner

Avhengig av angrepsvinkelen til rotorbladene, genererer drevet til hovedrotoren et dreiemoment som virker mot rotasjonsretningen til hovedrotoren på flykroppen til et helikopter. Ulike konstruksjoner brukes for å motvirke rotasjonen av stammen rundt den vertikale aksen . [1] : 230 f.

Hale rotor konfigurasjon

Et system med en hovedrotor og en motstrømsgenererende enhet, som er montert på en halebom, er den mest kjente og vanligste konfigurasjonen for helikoptre. I halerotorkonfigurasjonen genererer en halerotor festet til halebommen horisontalt trykk for å motvirke rotasjonen av flykroppen rundt den vertikale aksen. Denne kraften er ikke konstant, men må justeres av piloten hver gang dreiemomentet endres (forskjellige angrepsvinkler på rotorbladene, endret drivkraft). Ved roterende hovedrotorer med urviseren (sett ovenfra ) er halerotoren alltid montert til høyre, og ved rotasjon av hovedrotorene mot klokken på venstre side av halebommen.

En spesiell design er Fenestron , hvis innkapslede design i forbindelse med det større antallet rotorblad og høyere hastighet tillater en mindre rotordiameter med samme effekt.

En annen spesiell design er et system der ingen halerotor kan sees utenfra. I stedet er en turbin installert i helikopteret som suger inn luft i nærheten av hytta og blåser den ut gjennom en dyse på en bom. Et eksempel på denne konfigurasjonen er McDonnell Douglas NOTAR .

Doble rotorkonfigurasjoner

Et system med to hovedrotorer som roterer i motsatte retninger kalles en dobbeltrotorkonfigurasjon. Det skilles mellom fire systemer.

Tandem -konfigurasjon

I denne tandemkonfigurasjonen er to hovedrotorer som kjører i motsatte retninger av samme størrelse anordnet etter hverandre i fluktretningen, idet baksiden av de to rotorene alltid er plassert høyere enn fronten. Denne konfigurasjonen brukes spesielt med større transporthelikoptre som Piasecki H-21 eller Boeing-Vertol CH-47 .

Tverrgående rotorer

Rotorer anordnet på tvers er også tilordnet tandemkonfigurasjonen, selv om to hovedrotorer av samme størrelse, som løper i motsatte retninger, er anordnet ved siden av hverandre i enden av sidearmene i rette vinkler mot flyretningen. Denne konfigurasjonen kommer z. B. i Focke-Achgelis Fa 223 , Mil Mi-12 og Kamow Ka-22 for bruk.

Flettner dobbeltrotor

I denne konfigurasjonen er to rotoraksler skråstilt litt utover i en V-form nær hverandre, slik at de to rotorene som roterer i motsatte retninger griper inn i hverandre. Denne konfigurasjonen kommer z. B. med Flettner Fl 282 eller Kaman K-Max for bruk.

Koaksial rotor

I denne tandemkonfigurasjonen er to hovedrotorer som kjører i motsatte retninger av samme størrelse anordnet over hverandre på en rotoraksel. Denne konfigurasjonen kommer z. B. i Kamow Ka-32 eller Kamow Ka-50 for bruk. Denne konfigurasjonen brukes også på helikoptermodeller på inngangsnivå.

Bladspissdrev

Hovedrotorer med bladspissdrift er et unntak.I denne drivmetoden brukes rekylen fra trykkluft, delvis støttet av drivstoffforbrenning (varmbladspissdrift), for å sette hovedrotoren i rotasjon og dermed generere løft. Trykkluften ledes gjennom hovedrotormasten og rotorbladene til bladspissene, hvor den kommer ut av dysene. Siden denne kraften ikke virker på rotorakselen, er det ikke nødvendig med momentkompensasjon. Denne drivmetoden ble imidlertid ikke videreført på grunn av det høye støynivået og drivstofforbruket. Denne stasjonen kom z. B. på Sud-Ouest SO 1221 "Djinn", det eneste vellykkede helikopteret med bladspissdrift for bruk [1] : 35 . Hovedrotorer med bladspissdrift diskuteres ikke nærmere her.

Gyroplan

Hovedrotoren til et gyroplan roteres ikke passivt av en motor, men snarere på grunn av strømmen som virker nedenfra på rotoren, som skråner litt bakover ( autorotasjon ). Denne rotasjonen av hovedrotoren får rotorbladene til å generere løft. [2] : 80 Fremdriften av gyroplanet utføres, som i tilfellet med et fastvinget fly , av en propell som vanligvis er festet til akterenden. Hovedrotorene til gyroskoper blir ikke vurdert her.

Hovedrotorkomponenter

Hovedrotoren til et personbærende helikopter så vel som pitch-kontrollerte modellhelikoptre har i utgangspunktet følgende komponenter.

Rotoraksel

Rotorakselen (1) er rotorens sentrale komponent. Den er koblet til stasjonen i nedre ende via et gir . Forbrenningsmotorer eller turbiner brukes i personbærende helikoptre. I tillegg til disse stasjonene drives modellhelikoptre også med elektriske motorer . Driften setter rotorakselen i en roterende bevegelse. I den øvre enden av rotorakselen er rotornavet stivt forbundet med rotorhodet (6). [3] : 35 Den imaginære linjen gjennom midten av rotorakselen er rotormastaksen. Rotorakselen roterer rundt dette. I de fleste flygesituasjoner er dette ikke identisk med rotasjonsaksen til planet der rotorbladene er plassert. Årsaken til dette er den ekstra helningen som rotorbladene mottar under rotasjon. [2] : 80

Hastigheten til rotorakselen har en direkte effekt på hastigheten på rotorbladspissene til hovedrotoren. Den hastigheten i kilometer i timen (km / t) beregnes ved hjelp av følgende formel:

hvor d står for diameteren på rotorsirkelen i meter og konstanten 0,06 for omregningsfaktoren i km / t. For eksempel har Sikorsky S-65 en rotorbladhastighet ved bladspissen (rotorsirkelradius = 12 meter, normal rotorhastighet = 185 omdreininger per minutt) fra 836,92 km / t. Ved foroverflyging må helikopterets hastighet legges til rotorbladets hastighet. På grunn av aerodynamiske forhold, blir helikopteret ukontrollerbar når hastigheten av rotorblad tips nærmer hastigheten på lyden (ca. 1235 km / t). Uten å ta hensyn til atmosfæriske luftstrømmer ( vind ), er den teoretiske maksimalhastigheten til Sikorsky S-65 ca. 390 km / t (faktisk 295 km / t).

Tabellen nedenfor viser hastigheten til hovedrotoren [4] [5] - gitt i omdreininger per minutt (min −1 ) - for noen utvalgte helikoptre. I tillegg er den beregnede hastigheten til rotorbladspissene vist i forhold til rotorsirkeldiameteren.

bilde produsent modell maks. hastighet (min −1 ) normal hastighet (min −1 ) min. hastighet (min −1 ) Rotorsirkeldiameter (m) Maks. (km / t) [* 1]
SA330J BGS 1985.JPEG Frankrike Frankrike Aérospatiale SA 330 Puma - 265 ± 7 220 15.00 769,06
Superpuma bpol.jpg Frankrike Frankrike Aérospatiale AS 332 Super Puma 275 265 245 15.60 808,65
AgustaWestland AW189 I-PTFF PAS 2013 01.jpg Italia Italia AgustaWestland AW189 296,14 - 284,75 14.60 814,99
Bell 47 Airport Days.jpg forente stater forente stater Klokkehelikopter Klokke 47
H-13 Sioux
380 - 300 11.35 812,98
Bell 214B.JPG forente stater forente stater Klokkehelikopter Bell 214 300 - 294 15.24 861,80
Bell 222a.jpg forente stater forente stater Klokkehelikopter Bell 222 348 - 338 12.20 800,28
Heavylift-UH54A-N44094-030912-26.jpg forente stater forente stater Erickson flykran EAC S64F [* 2] 193 - 185 21,95 798,53
Bristow Helicopters - Eurocopter EC -225LP.jpg Europa Europa Eurocopter EC 225 Super Puma 275 246 220 16.20 839,75
HTE-2 bw onground.jpg forente stater forente stater Hiller Aircraft Corporation Hiller UH-12 370 - 320 10.80 753,23
Kaman K-MAX HB-ZIH.jpg forente stater forente stater Ankommet K-Max 273 - 260 14.73 758,00
Bölkow Bo 105 (aka) .jpg Tyskland Tyskland Messerschmitt-Bölkow-Blohm Bölkow Bo 105 433 - 403 9,84 803,13
ADAC BK117 D-HBND.jpg Tyskland Tyskland Messerschmitt-Bölkow-Blohm MBB / Kawasaki BK 117 390,7 - 375,3 11.00 810.10
KasakhstanMi-8MT2000 (DF-SD-01-06442) .jpg Russland Russland Mil Onsdag-8 186 - 179 21,91 768,17
Flight.rob.arp.750pix.jpg forente stater forente stater Robinson helikopter R22 530 - 495 7,67 766,25
Helikopter Robinson R44 flyplass Bonn Hangelar.jpg forente stater forente stater Robinson helikopter R44 408 - 404 10.06 769,88
Sikorsky S-58 landing c.jpg forente stater forente stater Sikorsky Aircraft Corporation S-58
CH-34
258 - 170 17.07 830,15
SH3H HS15 CVW15 1995.JPEG forente stater forente stater Sikorsky Aircraft Corporation S-61
H-3 Sea King
225 - 184 18,90 801,58
Sikorsky S76A Helijet BenWBell.jpg forente stater forente stater Sikorsky Aircraft Corporation S-76 313 293 281 13.41 791,18
Walkera4F200LM.JPG Diverse Modellhelikopter
elektrisk drevet
≈ 3000 ≈ 1700 ≈ 1000 0,90 288,40 [* 3]
  1. m = rotorsirkelradius (≡ hastighet på rotorbladspissen)
  2. ↑ I 1992 solgte Sikorsky rettighetene til S-64 Skycrane til Erickson Air-Crane
  3. m for en rotordiameter på 0,90 og 1700 min -1

Swashplate

Taumelscheibe unterer Ring (swash plate lower ring)Taumelscheibe oberer Ring (swash plate upper ring)Taumelscheibenlager (swash plate ball bearing)Schiebehülse (sliding collar)Rotorwellenlager (rotor shaft ball bearing)Steuerstange (control rod)Steuerstange (control rod)Steuerstange (control rod)Taumelscheibenmitnehmer (swash plate drive key)Steuerstange (control rod)Steuerstange (control rod)Steuerstange (control rod)
Swashplate av et modellhelikopter. Konstruksjonsprinsippet er identisk med det for det mannbærende helikopteret.

Flytt musepekeren over bokstavene for å vise modulbetegnelsen.
Swashplate bevegelser når hovedrotoren står stille

Swash -platen (2) brukes til å overføre kontrollbevegelsene fra den stive cellen til de roterende rotorbladene. Den er laget av to ringer (a) (b) som er forbundet med hverandre via et lager (c) slik at de kan rotere. Disse ringene, som kan beveges opp og ned ved hjelp av en glidehylse (d), er montert rundt rotorakselen med en kuleledd (e) og er dermed kardangert .

Den nedre (i en annen utforming den indre) ringen (a) på skilleplaten roterer ikke med rotorakselen og er koblet mekanisk, hydraulisk eller elektronisk via kontrollstenger (10) (f) til pinnen festet foran pilotsete og pinnen på siden av pilotsetet festet kollektivspak (kollektiv pitch) tilkoblet [3] : 39 .

Den øvre ringen (b) på swashplaten (i en annen utforming, den ytre) er koblet til rotorakselen via driveren (3) (g) og roterer med samme hastighet som den. Denne ringen er koblet via roterende kontrollstenger (4) (h) til bladjusteringsspaken (5) som er montert på svivelleddet på bladholderen. På denne måten kan svingleddene styres og innstillingsvinklene til rotorbladene (9) endres [3] : 38 .

På grunn av kardanopphenget i forbindelse med skyvehylsen kan skilleplaten utføre følgende bevegelser:

  • Parallell forskyvning langs rotorakselen for kollektiv kontroll av rotorbladene. Denne kontrollbevegelsen angis med den kollektive spaken. Innstillingsvinkelen til alle rotorbladene endres samtidig og med samme mengde;
  • Helling av skiveplaten i hvilken som helst lengde- eller tverrretning for syklisk kontroll av rotorbladene. Denne kontrollbevegelsen legges inn med joysticken. Som et resultat utfører rotorbladene en bølgelignende endring i innstillingsvinkelen for hver omdreining av rotorakselen;
  • Kombinasjoner av swashplate -bevegelsene nevnt ovenfor.

Merk: Alle bokstaver i parentes refererer til forklaringen i grafen ved siden av

Kontrollstenger

Samlingsspak til venstre for og S-formet bøyd kontrollpinne foran pilotsetet
Detaljert visning av hovedrotoren BO 105 med kontrollstenger

Den kollektive spaken og pinne kontrollelementene tilhører ikke hovedrotoren, men har en direkte effekt på den. Derfor vil det bli diskutert kort her. Samlehendelen betjenes av piloten med venstre hånd. Slik at sistnevnte kan betjene andre instrumenter, bygger ikke kollektive spaken opp noen gjenopprettende kraft, men forblir alltid i posisjonen sist satt av piloten. Hvis helikopteret ikke har automatisk hastighetskontroll, z. B. Drivhastigheten styres via et vridgrep. Den kollektive spaken brukes til å starte den kollektive kontrollen av rotorbladene. Innstillingsvinkelen til alle rotorbladene endres med samme mengde, slik at løftet til alle rotorbladene endres likt. Helikopteret stiger eller faller.

Styrespaken betjenes med høyre hånd. Den starter langsgående og tverrgående kontrollinnganger som vipper skvettplaten i retningen som følger av de to vippevinklene. Dette får også planet til rotorbladene til å skråne. Helikopteret svinger rundt sin langsgående (rull) eller tverrgående akse (stigning) [3] : 39 .

Siden både kollektive spaker og joysticks kan virke på kontrollstavene samtidig, må kontrollinngangene kunne blandes. Når det gjelder mekaniske blandehjul, kobles kontrollstengene kinematisk via reverseringsspaker og kontrollinngangene blandes mekanisk [6] : 25 . Med hydraulisk eller elektronisk støtte fra kontrollen blandes kontrollinngangene via det hydrauliske eller elektroniske systemet.

Kontrollinngangene til de to kontrollelementene sendes videre til swashplaten via kontrollstenger. For dette formålet er den ikke-roterende ringen (a) på swashplaten (2) forbundet med betjeningspinnen og kollektivspaken via 3 kontrollstenger (f). For å tydelig definere posisjonen til swashplaten i rommet, må den alltid styres med tre kontrollinnganger [3] : 39 . Videoen viser samspillet mellom kontrollstavene.

Når kollektivspaken trekkes opp, flyttes alle ikke-roterende kontrollstenger (10) (f) opp eller ned med samme mengde, avhengig av utformingen av bladjusteringsspaken (5), slik at swashplaten med hjelp av glidehylsen (d) langs rotorakselen (1) forskyves parallelt. Som et resultat endres innstillingsvinkelen til alle rotorbladene i samme grad, slik at helikopteret stiger eller synker (uavhengig av annen påvirkning). På de fleste personbærende helikoptre er rotorbladene satt i den laveste posisjonen til kollektivspaken slik at de ikke genererer løft [6] : 22 . Rotorbladene til aerobatiske modellhelikoptre kan justeres for å generere negative løft, slik at de kan utføre en omvendt flytur.

Når kontrollpinnen flyttes, flyttes kontrollstengene opp eller ned i forskjellige mengder avhengig av utformingen av bladjusteringsspaken, avhengig av utformingen av kontrollpinnen, slik at swashplaten styrer hvert rotorblad annerledes, noe som er på grunn av de forskjellige angrepsvinklene til rotorbladene når de roterer rundt rotorakselen (1) Starter stigning og / eller rullende bevegelser.

De ko-roterende kontrollstavene (4) (h) er koblet i den ene enden til den ko-roterende ringen (b) på skvettplaten (2) og i den andre enden til bladjusteringsspaken (5) på rotorbladet (9). De sender de allerede blandede kontrollinngangene til kollektivspaken og kontrollpinnen fra skilleplaten direkte til rotorbladene.

Rotorhode med rotornav

Alle rotorbladene (9) på hovedrotoren er mekanisk festet til rotornavet til rotorhodet (6). Rotorbladene kan roteres individuelt rundt sin lengdeakse innenfor definerte grenser via en bladholder med svingled (7), som også kalles vinklet lager [3] : 35 . Denne rotasjonen endrer innstillingsvinkelen til det respektive rotorbladet og dermed også løftet som genereres av det.

Rotorhodet, som rotorbladet røtter , stor belastning på grunn av sentrifugalkrefter og bøyekrefter som oppstår, så vel som drivmomentene - i tilfelle av hingeless rotorsystemer også ved torsjons- krefter.

Fullt bevegelig rotorsystem

Et fullt bevegelig rotorsystem er utstyrt med minst 3 rotorblad. Med stive rotorblad virker vertikale og horisontale bøyekrefter direkte på bladrot (8) eller på rotorhodet. De kan bli så store at bladroten knekker som følge av disse bøyekreftene eller at bladholderen på rotorhodet blir alvorlig skadet, noe som kan føre til at helikopteret krasjer. For å kunne kompensere for disse bøyekreftene, er hvert rotorblad i fullt bevegelige rotorsystemer forbundet med rotornavet til rotornavet via en klaffeledd og en svingledd . Så de kan flyttes rundt tre akser (snu rundt lengdeaksen, treff vertikalt og beveg deg horisontalt fremover eller bakover) [1] : 231 . Bevegelsesfriheten til svingleddet er begrenset av spjeld [6] : 70 . Sikorsky CH-53 er utstyrt med dette rotorsystemet.

Felles rotorsystem

Det hengsløse rotorsystemet ligner veldig på det fullt leddede rotorsystemet. Imidlertid er det ikke installert klaff- og svingledd her. De horisontale og vertikale bøyekreftene absorberes av de mekanisk fleksible rotorbladrøttene [1] : 231 . Bölkow Bo 105 er utstyrt med dette rotorsystemet.

Stivt rotorsystem

Det stive rotorsystemet er veldig likt det hengsløse rotorsystemet. De horisontale og vertikale bøyekreftene absorberes av de mekanisk fleksible rotorbladrøttene. Siden det heller ikke er installert svingbare ledd her, må imidlertid torsjonen til de enkelte rotorbladene garanteres med en tilsvarende fleksibilitet for rotorbladrotet. Det er derfor stive rotorsystemer er laget av fiberkomposittmaterialer og titan [1] : 231 . Eurocopter EC 135 er utstyrt med dette rotorsystemet.

Halvstivt rotorsystem

Et halvstivt rotorsystem er utstyrt med to stivt tilkoblede rotorblad. Rotorbladene kan bare svinge opp eller ned sammen som en vipp [1] : 231 . Bell UH-1 er utstyrt med dette rotorsystemet.

Rotorblad

Rotorbladet er det strukturelle elementet i hovedrotoren som genererer heisen. I klassisk design er den koblet til rotornavet via en svingbar , klaffende og svingbar skjøt .

materialer

Rektangulært rotorblad laget av CFRP (modellhelikopter med roterende hovedrotor med urviseren)

For rotorene til helikoptre og gyroskoper , stål , titan , lettmetall og fiberkomposittmaterialer som f.eks. B. Glassfiber ( GRP ) og karbonfiber ( CFRP ) kompositter brukes. Tidligere ble tre også ofte brukt. GRP-blader ble brukt for første gang på Kamow Ka-26 og deretter på Bo 105 i forbindelse med elastisk fjæring og et leddfritt rotorhode (se swash plate ). Vedlikeholdet av rotorhodet, som er spesielt komplekst på grunn av de mange leddene i klassisk design, er dermed betydelig forenklet, men bladene må kontrolleres regelmessig for materialtretthet .

Rotorbladene bærer hele vekten av helikopteret. I tillegg må de kunne tåle rotasjonens sentrifugalkraft mens de er så lette som mulig. For å oppfylle disse kravene, er de ofte laget av kompakte materialer med høy styrke. Noen rotorer er utstyrt med strekkmålere som belastningen måles under drift.

I modellkonstruksjonssektoren brukes rotorblad av tre, enkel plast, GRP, CFRP og aluminium. I moderne CFRP -rotorblad for modellhelikoptre danner en skumkjerne og en CFRP -sparring rammen og gir rotorbladet den nødvendige trykkstyrken og bøyestyrken. Profilen er dannet av flere lag med karbonfibermatter, som gir den nødvendige vridningsstyrken .

Rotorbladformer

Westland Lynx AH Mk7 med BERP rotorblad

Det skilles mellom fire grunnformer for rotorblad til helikoptre. Når det gjelder den rektangulære formen , som oftest brukes til tross for dårligere aerodynamiske egenskaper, har rotorbladet samme dybde over hele lengden. Denne designen er mer kostnadseffektiv både for produksjon og vedlikehold. I trapezformen har rotorbladet en avtagende dybde fra bladrot til bladspiss. Siden strømningshastigheten og dermed også løftet ved bladspissen er høyere enn ved bladrot, kompenserer den trapesformede dynamiske løft over hele bladets lengde. Med den doble trapezformen øker dybden på rotorbladet først fra bladrot til bladets senter og reduseres deretter igjen mot bladspissen. Med den rektangulære trapezformen er dybden fra bladroten til bladets sentrum i utgangspunktet den samme og minker deretter mot bladspissen: [1] : 231 . Forholdet mellom bladlengde (L) og bladdybde (T) kalles størrelsesforholdet, med forkortet og beregnet som følger [2] : 68 .

Fra 1976 til 1986 ble studier for å forbedre flyytelsen til helikoptre utført som en del av British Experimental Rotor Program (BERP). Som et resultat av dette samarbeidet mellom Westland Helicopters og Royal Aircraft Establishment , var en Westland Lynx AH Mk.7 utstyrt med BERP -rotorblad , som 11. august 1986 satte en hastighetsrekord for helikoptre på 400,87 km / t, som vil vare til mai 2010 ble værende. [7]

Disse BERP -rotorbladene har en aerodynamisk vri (se nedenfor), og rotorbladspissene er utstyrt med padler som reduserer bladspissvirvler. Overgangen fra rotorbladet til padlen, kjent som en sagtann, skaper en turbulent strømning som muliggjør en effektiv angrepsvinkel som er 6 ° høyere før en strømningsbod oppstår. På den annen side krever BERP rotorblad en høyere drivkraft. [2] : 69

Rotorbladprofiler

Tidligere hadde rotorbladet ofte en symmetrisk profil for å forhindre trykkpunktsvandring i forskjellige angrepsvinkler og dermed de tilsvarende kompensasjonskreftene. Slike rotorblader har samme profil på toppen og bunnen og genererer verken løft eller nedstyrking i en 0 ° angrepsvinkel. Halvsymmetriske rotorblad har identisk profil på topp og bunn, men dette er "tynnere" på bunnen. Med en positiv angrepsvinkel genererer de mer løft og med en negativ angrepsvinkel mer downforce enn rotorblad med symmetrisk profil. Rotorblad med S-klaffprofil er nesten rett på undersiden og er derfor designet for optimal løft ("løftekraft"). [8] De holder dreiemomentkreftene på nøytralpunktet lavt.

profil Fordeler (modellhelikoptre) [9] Ulemper (modellhelikoptre)
SymRotorblatt.jpg
  • Effektiviteten er under det optimale fordi hele heisen må genereres av angrepsvinkelen til rotorbladet.
  • Hvis angrepsvinkelen er for stor, er det fare for stall .
HsymRotorblatt.jpg
  • Bedre effektivitet enn med den symmetriske profilen, fordi løft genereres selv i en 0 ° angrepsvinkel.
  • Dette betyr lavere energiforbruk og lengre flytider.
  • Begrenset egnethet for aerobatics.
  • Ikke egnet for 3D -flyging.
  • Ulike rotorblader kreves for roterende rotorer med og mot klokken.
SSchlagRotorblatt.jpg
  • Beste effektivitet i normal stilling.
  • Dette betyr lavere energiforbruk og lengre flytider.
  • Utmerket for modeller med lav rotorhastighet eller høy startvekt .
  • Bare egnet for den enkleste aerobatikken.
  • Ikke egnet for 3D -flyging.
  • Ulike rotorblader kreves for roterende rotorer med og mot klokken.

Konstruksjonen av rotorblad med forskjellige bladdybder er veldig kompleks. Likevel, for å oppnå jevn flyt over hele rotorbladlengden ved bruk av rotorblad i rektangulær form, er de ofte sidesett . I den geometriske forskyvningen z. B. Angrepsvinkelen ved bladrot er valgt til å være stor og avtar mot bladspissen (muligens ned til 0 °). [1] : 232 Geometrisk sett z. B. rotorbladene til Alouette II , Bölkow Bo 105 og Eurocopter EC 135 . [2] : 67

aerodynamikk

Dynamisk løft

Tilnærmingshastighet

Unterschiedliche Geschwindigkeiten von verschiedenen Rotorblattabschnitten
Schematische Darstellung der Abhängigkeit des Auftriebes vom Umlaufradius

Die Anströmgeschwindigkeit des Rotorblattes ist über die Länge des Rotorblattes nicht konstant. Die Geschwindigkeit eines im Abstand von der Drehachse umlaufen Rotorblattabschnitts wird nach folgender Formel berechnet:

wobei für die Winkelgeschwindigkeit des Rotors im Bogenmaß steht.

Zum Beispiel hat der Hubschrauber Sikorsky CH-53 je nach Modellvariante einen Hauptrotordurchmesser von 22 bis 24 Metern, also einen Radius von 11 bis 12 Metern. Im Normalbetrieb dreht sich die Rotorwelle mit 185 Umdrehungen pro Minute (= 19,37 rad/s). Daraus ergibt sich eine Rotorblattgeschwindigkeit an der Blattspitze von 232,48 m/s (≈ 837 km/h). Am halben Rotorkreis ( = 6 m) beträgt die Rotorblattgeschwindigkeit noch 116,24 m/s (≈ 418 km/h). Die Rotorblattgeschwindigkeit an der Rotorblattspitze ist also doppelt so hoch wie am halben Rotorkreis .

Da der dynamische Auftrieb bei gleichem Anstellwinkel der Rotorblätter quadratisch zur Anströmgeschwindigkeit (im Schwebeflug bei Windstille ungefähr identisch mit der Rotorblattgeschwindigkeit) zu- bzw. abnimmt, ist der Auftrieb im Schwebeflug (ohne Berücksichtigung anderer Faktoren) an den Rotorblattspitzen viermal größer als am halben Rotorkreis. [10]

Rotorblattvorlauf

Rotorblätter sind über einen starren Rotorblatthalter mit der Rotorwelle verbunden. Dadurch wird der Schwerpunkt des Rotorblattes bezogen auf die Rotationsachse nach außen verschoben. Dieses wird in der oa Grafik aus Gründen der Vereinfachung nicht berücksichtigt.

Sofern keine anderen Einflüsse einwirken, strecken sich Rotorblätter, deren Schwerpunkt auf der parallel zur Rotorblattkante verlaufenden und die Befestigungsöse mittig schneidenden Linie liegt, aufgrund der durch die Rotation entstehenden Fliehkräfte genau in die Verlängerung des starren Blatthalters.

Wenn der Schwerpunkt des Rotorblattes nicht auf dieser Linie liegt, wirken die Fliehkräfte nicht wie oben beschrieben im 90°-Winkel zur Rotationsachse auf das Rotorblatt. Die Vorderkante des Rotorblattes dreht sich dann so lange um die Befestigungsöse vor bzw. zurück, bis der Schwerpunkt des Rotorblattes wieder im 90°-Winkel zur Rotationsachse liegt, sofern keine anderen Einflüsse auf das Rotorblatt einwirken. Dieses Verhalten wird Vorlauf genannt. Schiebt sich die Vorderkante nach vorne, spricht man von positivem Vorlauf (die Blattspitze eilt in Drehrichtung voraus); schiebt sie sich nach hinten, spricht man von negativem Vorlauf oder Nachlauf (die Blattspitze hängt in Drehrichtung nach).

Der Strömungswiderstand , dem das Rotorblatt aufgrund seiner hohen Umlaufgeschwindigkeit ausgesetzt ist, verringert den Vorlauf bzw. vergrößert den Nachlauf des Rotorblattes. Durch konstruktive Verlagerung des Schwerpunktes kann das Rotorblatt so eingestellt werden, dass es sich im vorgesehenen Drehzahlbereich des Hauptrotors unter Berücksichtigung des Strömungswiderstandes möglichst geradlinig in Bezug zum Blatthalter ausrichtet und somit weder Vor- noch Nachlauf aufweist.

Neben einem verlagerten Blattschwerpunkt und dem Strömungswiderstand wirken sich auch aeroelastischen Effekte auf den Vorlauf eines Rotorblattes aus.

Wirkungsgrad

Mit der Kreisflächenbelastung kann näherungsweise der Wirkungsgrad eines Rotors ermittelt oder die mit steigender Belastung anwachsende Lärmentwicklung abgeschätzt werden.

Siehe auch

Literatur

  • Walter Bittner: Flugmechanik der Hubschrauber: Technologie, das flugdynamische System Hubschrauber, Flugstabilitäten, Steuerbarkeit , Springer Verlag, Berlin und Heidelberg, 3. Auflage 2009, ISBN 978-3-540-88971-7
  • Ernst Götsch: Luftfahrzeugtechnik , Motorbuchverlag, Stuttgart, 2003, ISBN 3-613-02006-8
  • Michael Kalbow: Hubschrauber Aerodynami , Dieter-Franzen-Verlag, Kuppenheim, 2010, ISBN 978-3-930996-23-0
  • Niels Klußmann und Arnim Malik: Lexikon der Luftfahrt , Springer Verlag, Berlin und Heidelberg, 3. Auflage 2012, ISBN 978-3-642-22499-7
  • Helmut Mauch: Die Hubschrauber Flugschule , GeraMond-Verlag, München, 2010, ISBN 978-3-7654-7349-4

Einzelnachweise

  1. a b c d e f g h Niels Klußmann und Arnim Malik: Lexikon der Luftfahrt , Springer Verlag, Berlin und Heidelberg, 3. Auflage 2012, ISBN 978-3-642-22499-7
  2. a b c d e Michael Kalbow: Hubschrauber Aerodynamik , Dieter-Franzen-Verlag, Kuppenheim, 2010, ISBN 978-3-930996-23-0
  3. a b c d e f Walter Bittner: Flugmechanik der Hubschrauber: Technologie, das flugdynamische System Hubschrauber, Flugstabilitäten, Steuerbarkeit , Springer Verlag, Berlin und Heidelberg, 3. Auflage 2009, ISBN 978-3-540-88971-7
  4. Luftfahrt-Bundesamt, Blaues Buch, Auszug Drehflügler (PDF; 59 kB) abgerufen am 11. Februar 2014
  5. European Aviation Safety Agency, Rotorcraft Type Certificates ( Memento des Originals vom 22. Februar 2014 im Internet Archive ) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. @1 @2 Vorlage:Webachiv/IABot/www.easa.eu.int abgerufen am 11. Februar 2014
  6. a b c Helmut Mauch: Die Hubschrauber Flugschule , GeraMond-Verlag, München, 2010, ISBN 978-3-7654-7349-4
  7. ENAE 632 – The British Experimental Rotor Program Blade ( Memento des Originals vom 23. Oktober 2013 im Internet Archive ) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. @1 @2 Vorlage:Webachiv/IABot/terpconnect.umd.edu University of Maryland, Rotorcraft Aerodynamics Group, Dr. J. Gordon Leishman, abgerufen am 22. Oktober 2013
  8. Magazin ROTOR, Ausgabe 1/2013, S. 47 ff., Modellsportverlag, Baden-Baden
  9. Magazin ROTOR, Ausgabe 1/2013, S. 48–49, Modellsportverlag, Baden-Baden
  10. Niels Klußmann und Arnim Malik, „Lexikon der Luftfahrt“, Springer Verlag, Berlin und Heidelberg, 3. Auflage 2012, ISBN 978-3-642-22499-7