DE2808120C2

DE2808120C2 - Rotorblatt und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2808120C2
Application number: DE2808120A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Francois Albert Salon-de-Provence Bouches du Rhone Beziac; August Hanns Aix-en-Provence Bouches du Rhone Euler
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1985-06-27
Also published as: US4213739A; IT1093117B; DE2808120A1; GB1600065A; US4298417A; FR2381662A1; FR2381662B1; IT7820633A0

Description

a) Anordnen der folgenden Teile in der unteren Preßformhälfte (15) nacheinander:

— den der Rotorblatcunterseite zugeordnete Gewebeschichtabschnitt für den inneren torsionssteifen Mantel (8), wobei man den der Rotorblattoberseite entsprechenden zugeordneten Gewebeschichtabschnitt nach außen aus der unteren Preßformhälfte (15) heraushängen läßt,

— die den gesamten Holm (5) bildenden Stränge von übereinanderliegenden Verstärkungsfasern im vorderen Abschnitt der

Preßformhälfte,

— den Kern (7) aus einem leichten zelligen Material, auf welchen der der Blattoberseite zugeordnete Gewebeschichtabschnitt hochgeschlagen und so aufgelegt wird, daß er die Überlappung (9) bildet,

— eine Haube (13) aus rostfreiem Stahl, die die Vorderkante des Rotorblattes (1) bildet, und

— das Füllelement (3), anschließend

b) Festspannen der oberen Preßformhälfte (14) auf die untere Preßformhälfte (15), und schließlich

c) Einsetzen der Preßform in einen Ofen bei einer Temperatur von bis zu 120⁰C

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rotorblatt und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Bei dem bekannten Rotorblatt (DE-OS 2611235) setzt sich der außerhalb des Blatt-Wurzelbereiches des Rotorblattes befindliche Querschnitt desselben zusammen aus einem zweiteiligen Holm, welcher die Form eines »C« hat Der von »C« eingeschlossene Hohlraum des Holmes ist durch ein Rohr geschlossen, welches sich eng an die Hohlflächen des Holmes anschmiegt Dieses Rohr und den Holm umgibt gemeinsam ein äußeres Rohr von aus Kunststoff getränktem Fasermaterial. Diese einen Verbundkörper bildende Einheit nimmt etwa das vordere Drittel des Rotorblattquerschnittes ein. Der Rest des Rotorblattquerschnittes ist von einem eine Zellstruktur aufweisenden Füllelement ausgefüllt Nahezu das gesamte Rotorblatt ist darüber hinaus von einer dünnwandigen Außenhülle überzogen.

Dieses Rotorblatt wird mittels eines relativ aufwendigen Verfahrens hergestellt und zwar unter Verwendung von vier Formen. In der ersten Form erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt die Herstellung der unteren Hälfte des Holmes. In einer zweiten Form erfolgt analog die Herstellung der oberen Hälfte des Holmes. In einem weiteren Arbeitsschritt erfolgt die Herstellung des Innenrohres unter Verwendung eines Metalldornes und eines Druckbeutels. In der dritten Form werden dann die Formhälften miteinander verbunden. Durch einen fünften Verfahrensschritt wird die Herstellung des Außenrohres vorgenommen. Schließlich erfolgt in einer vierten Form das Zusammensetzen der Einheit aus dem Holm, dem Innenrohr und dem Außenrohr, des zellförmigen Füllmaterials und des Überzuges. Aus der GB-PS 6 39 337 ist ein Rotorblatt bekannt dessen Querschnitt im Blatt-Wurzelbereich, wo das Blatt an die Nabe angeschlossen wird, aus einem D-förmigen Holm, an den sich ein zelliges Füllmaterial anschließt, wobei diese beiden Abschnitte des Querschnitts von einer relativ starken Glasfaserhülle umgeben sind. Dieser Querschnitt liegt jedoch nur im Blatt-Wurzelbereich vor, nicht jedoch über die gesamte Länge des Rotorblattes. Nahezu der gesamte Bereich des Rotorblattes weist einen Querschnitt auf, bei dem der Holm eine C-Form hat Ein derartiger Querschnitt weist jedoch nicht die gewünschte Verwindungssteifigkeit auf und ist darüber hinaus nicht in einer Form und mit einem Polymerisationsvorgang herstellbar.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Rotorblatt herzustellen, welches bei Gewährleistung ei-

ner hohen Verwindungssteifigkeit und bei einfachem Aufbau in einer einzigen Form mit einem einzigen Polymerisationsvorgang hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 5 ergebenden Merkmale gelöst

Gemäß der Erfindung wird kein vorgefertigter Holm verwendet Die Herstellung des Holms in der angegebenen Gestalt erfolgt zusammen mit den anderen Teilen in einer einzigen. Form, indem die Einzelfasern in die Form eingelegt mit Harz getränkt und dann bei einem einzigen Preßformvorgang in einem Ofen polymerisiert werden. Der einen Torsieoskasten bildende torsionssteife Mantel ist ebenfalls nicht vorgefertigt, sondern wird bei dem einzigen Forrnvorgang in der Preßform polymerisiert, indem zunächst einmal nur der untere Teil des Torsionskastens eingelegt und der obere Teil zunächst nach außen geschlagen wird, so daß der Holm und auch der Kern eingelegt werden können, wobtf der Kern vorgefertigt ist Dann ersi wird der obere Teil des Mantels über den Holm und den Kern gelegt und diese Einheit dann κι einem Vorgang auch zusammen mit der Außenhülle polymerisiert Dadurch wird das Herstellungsverfahren bei optimaler Torsionssteifigkeit wesentlich dadurch vereinfacht daß bei gesonderter Herstellung der Kernfüüungen alle Teile in einer einzigen Form und in einem einzigen Vorgang in den Endzustand gebracht werden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Möglichkeit, die Verteilung der Massen entlang der Profilsehne in jedem Querschnitt des Rotorblattes vorzugsweise so zu halten, daß der Schwerpunkt des jeweiligen Querschnitts sich nahe dem vorderen Viertel der Profilsehne befindet so daß er im wesentlichen dem Mittelpunkt der aerodynamischen Kräfte entspricht die auf das Blattprofil einwirken, und auf der Linie der Anlenkachse des Rotorblattes in Trimmstellung liegt so daß die zur Steuerung des Rotorblattes erforderlichen Kräfte bescfiränkt werden. Andererseits sind die Steifigkeitsmerkmale des Rotorblattes in dessen Ebene und in einer senkrecht zu dieser verlaufenden Ebene so festgelegt daß die Schlagfrequenzen und Schwenkfrequenzen des Rotorblattes bei Rotation nicht mit einer der Winkelgeschwindigkeit des Rotors entsprechenden Frequenz und deren Harmonischen übereinstimmen. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist zur Vermeidung von Schwingungen jegliche Kopplung zwischen den Schlagbzw. Schwenkbewegungen und der Blattorsion beseitigt und das Rotorblatt so torsionssteif wie möglich ausgebildet

Nachstehend wird nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotorblattes unter Bezugnahme auf die schematisierte Zeichnung näher beschrieben und erläutert Es zeigt

Fig.! einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel;

F i g. 2 eine perspektivische Teilansicht des im Schnitt in F i g. 1 dargestellten Wurzelbereichs des Rotorblattes;

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht des Rotorblatts aus F i g. 1 und 2 nach dem Formvorgang und nach Entformung der oberen Preßformhälfte, und

Fig.4 eine Schnittansicht entlang Linie IV-IV aus F i g. 3, die außerdem die von der unteren Preßformhälfte abgehobene obere Preßformhälfte zeigt.

In F i g. 1 ist im Querschnitt ein Rotorblatt 1 dargestellt. Dieses Blatt weist im wesentlichen einen hochbelastbaren Verbundkörper 2 auf, der sich entlang der Profilsehne des Blattquerschnitts nahezu über die vordere Hälfte des Blattprofils dergestalt erstreckt, daß er sich an die Profilform anschmiegt sowie ein rückwärtiges Füllelement 3, das sich ebenfalls an das Blattprofil anpaßt und eine Außenhülle 4, die die Teile 2 und 3 vollständig umhüllt

Der hochbelastbare Verbundkörper 2 weist einen Holm 5 an der Blattvorderkante auf, der sich über etwa 15% bis 20% der Profilsehne erstreckt und eine Querschnittsform hat die im wesentlichen wie ein leicht abgeflachtes D aussieht Dieser einstückjge Holm 5 wird aus vorimprägnierten, aber noch nicht polymerisierten Strängen aus Glasfasern hergestellt die sich in Längsrichtung von der Blattwurzel bis zur Blattspitze erstrekken und an der Blattwurzel um Befestigungsbuchsen 6 (Fig.2) herumlaufen, die zur Befestigung des Rotorblattes 1 an der (nicht abgebildeten) Rotornabe vorgesehen sind Hinter den Befestigungsbuchsen 6 setzen sich die Faserstränge wieder in Längsrichtung zur Blattspitze fort

Der rückwärtige Abschnitt des Verbundkörpers 2 weist einen Kern 7 aus leichtem zellig strukturiertem Material auf, der in Richtung der Profilsehne hinter dem Holm 5 angeordnet ist

Die Anordnung aus Holm 5 und Kern 7 ist vollständig von mindestens einer sehr dicken Schicht aus Gewebe . aus parallelen Glasfasern umhüllt wobei die Fasern etwa unter einem Winkel von 45° schräg zur Längsachse des Rotorblattes 1 verlaufen. Diese Gewebeschicht bildet somit einen verwindungssteifen Mantel 8, der so torsionsfest wie nur möglich ist Die Enden dieser Schicht bilden in Richtung auf die Blatthinterkante eine Überlappung 9, welche die Scherkräfte in diesem Blattbereich aufnehmen kann.

Aufgrund der Anordnung der Teile des Verbundkörpers 2, insbesondere des Holmes 5, im Bereich der Blattvorderkante, ist es möglich, das Rotorblatt 1 korrekt im vorderen Viertel der Profilsehne zu zentrieren, ohne daß Gegengewichte erforderlich wären.

Der übrige Teil des Rotorblattes 1 ist von dem Füllelement 3 gebildet das aus einem leichten zelligen Material besteht und sehr genau auf die Profilform des Rotorblattes zugeschnitten ist Dieses Füllelement 3, das sich vollständig gegen die hintere Fläche 10 des Verbundkörpers 2 anlegt, weist in seinem vorderen unteren Abschnitt einen Absatz 11 auf, der die Überlappung 9 mit großer Genauigkeit überdeckt.

Der Verbundkörper 2 und das Füllelement 3 sind vollständig von der Außenhülle 4 umschlossen, die aus Gewebestücken aus vorimprägnierten Glasfasern besteht, wobei die Ränder dieser Gewebestücke in einer horizontalen Ebene an der Hinterkante des Rotorblattes 1 so miteinander verbunden sind, daß ein Endgrat 12 gebildet wird. Diese Außenhülle besteht aus einem Hüllenteil auf der Blattunterseite und einem Hüllenteil auf der Blattoberseite und ist im Bereich der Blattvorderkante befestigt, so daß die Anordnung einer Haube 13 zum Schutz des Rotorblattes 1 gegen die aggressiven Wirkungen von außen einwirkender Kräfte, wie Regen, Hagel, Sand usw. möglich ist. Diese Haube kann aus metallischem Werkstoff, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder Titan, oder auch aus einem elastischen Material, beispielsweise einem Polyurethanmaterial, hergestellt sein.

Aus F i g. 3 und 4 ist ersichtlich, wie das Verfahren zur Herstellung des Rotorblattes 1, das im vorhergehenden beschrieben wurde, abläuft. Die Herstellung findet in einer Metallform statt, die aus zwei starren Formhälftpn

5 6 ;

besteht, und zwar aus einer oberen Preßformhälfte 14 s£

und einer unteren Preßformhälfte 15. Die Innenform "'.,_'

jeder Preßformhälfte 14 bzw. 15 ist an die Form der _;

entsprechenden Profilhälften des Rotorblattes 1 ange- :

paßt, wobei dessen Form, Stärke, Sehne und Strangver- 5 'j

lauf sich in Längsrichtung verändern. Jede der Preß- |''

formhälften 14 und 15 weist außerdem in der Ebene |.'

ihrer Verbindungskanten eine kleine Ausnehmung 16 g;

zur Bildung des Endgrates 12 des Rotorblattes 1 (F i g. 1) ■';

auf. ίο ί·:

Nacheinander ordnet man in der unteren Preßform- | half te 15 nun die folgenden Elemente an:

— ein der Blattunterseite zugeordneter Teil der Au- ξ, ßenhülie 4, dergestalt, daß dessen der Blatthinter- 15 ," kante entsprechender Rand in der Ausnehmung 16 ώ. zu liegen kommt wogegen der gegenüberliegende ^ Rand den Bereich der Vorderkante freigibt; ;

— den der Blattunterseite zugeordneten Abschnitt
des Mantels 8, wobei man den der Blattoberseite 20
zugeordneten Abschnitt nach außen aus der Preßformhälfte 15 umschlägt;

— die Stränge aus vorimprägnierten, nicht polymerisierten Verstärkungsfasern, z. B. Glasfasern, die zur

Bildung des Holms 5 dienen, indem man sie von der 25 \

Seite der Blattwurzel her um die Befestigungsbuchsen 6 führt;

— den Kern 7, über welchen man den der Blattoberseite zugeordneten Abschnitt des Mantels 8 so einschlägt, daß die Überlappung 9 gebildet wird; 30

— die Haube 13 aus rostfreiem Stahl, welche die Blattvorderkante umhüllt und die zuvor auf der Innenseite mattiert und mit einem Klebstoffilm beschich-

tet wurde, um damit die Haftungskraft zu erhöhen; [

— das Füllelement 3. 35

In diesem Herstellungsstadium setzt man nun die
obere Preßformhälfte 14, in welcher ein der Blattoberseite zugeordneter Teil der Außenhülle 4 eingelegt wurde, auf die untere Preßformhälfte 15 auf und spannt die 40
beiden Hälften zusammen.

Dann wird das Ganze in einem Ofen bei 120⁰C eingesetzt, damit die die verschiedenen Blattelemente imprägnierenden Substanzen sicher polymerisiert werden.

Die Haube 13 aus rostfreiem Stahl kann auch durch 45
eine Haube aus elastischem Material ersetzt werden,
beispielsweise durch Polyurethan. Diese Haube wird
nun nach der Polymerisierung mit Hilfe eines geschmeidigen Klebstoffs auf die Vorderkante des Rotorblattes 1
aufgeklebt 50 '■?""

Das erfindungsgemäße Rotorblatt 1 mit innerem torsionssteifem Mantel 8 läßt sich somit in einer einzigen

Form und in einem einzigen Arbeitsgang herstellen, wo- ; ?

bei die Menge an Harz, mit dem jedes Blattbauteil vorher imprägniert wird, entsprechend so gewählt wird, 55 S; daß freie Grate, Preßnähte und dergleichen vermieden w werden. Die verschiedenen Bauteile des Rotorblattes 1 fit sind so ausgelegt daß zusätzliche Massenkorrekturen K? nicht vorgenommen werden müssen, was zum Abglei- fc chen bzw. Auswuchten des Rotorblattes und für dessen 60
Austauschbarkeit von Vorteil ist Is

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen ff

65 '%

Claims

Patentansprüche:

1. Rotorblatt aus verstärktem Kunststoff material für Drehflügelflugzeuge, insbesondere Hubschrauber, mit einem Verbundkörper, der aus einem im wesentlichen im vorderen Viertel der Profilsehne und in? Bereich der Vorderkante des Rotorblattes liegenden massiven Holm und einem vollständig an dessen rückwärtiger Fläche anliegenden Kern sowie einem den Holm und den Kern umschließenden Mantel besteht ferner mit einem an den Verbundkörper anschließenden hinteren Fallelement und mit einer Außenhülle, die den Verbundkörper und das Füllelement umschließt und sich an den Verbundkörper anschmiegt, wobei der Holm aus Strängen von in Längsrichtung Qber die gesamte Biattläwge übereinanderiiegender Glasfasern gebildet ist, und der gegenüber der Außenhülle stärkere Mantel aus Glasfasergewebe mit parallel verlaufenden Fasern besteht, die bezüglich der Längsachse des Rotorblattes schräg verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm (5) einteilig ist und im wesentlichen die Form eines abgeflachten »D« aufweist, und daß der Kern (7) über seinen gesamten Querschnitt aus einem eine Zelistruktur aufweisenden Material besteht, und daß sich der Verbundkörper (2) etwa über die vordere Hälfte des Profils des Rotorblattes (1) erstreckt

2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querabmessung des Holms (5) etwa 15% bis 20% der Profilsehne beträgt

3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, mit einem einstückig ausgebildeten Mantel für den Verbundkörper, dadurch gekennzeichnet daß der torsionssteife Mantel (8) an seinem rückwärtigen Abschnitt eine Überlappung (9) bildet

4. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Haube (13) aus rostfreiem Stahl, welche die Vorderkante des Blaitprofils umschließt

5. Verfahren zum Herstellen eines Rotorblattes für Hubschrauber gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, bei dem der endgültige Zusammenbau der verschiedenen, teilweise vorgefertigten Bauteile des Rotorblattes in einem einzigen Preßformschritt stattfindet, der in einer aus zwei starren Preßformhälften bestehenden Preßform durchgeführt wird, wobei die Innenform jeder Preßformhälfte jeweils der entsprechenden Hälfte des Blattprofils angepaßt ist und bei dem zunächst der jeweilige Teil der Außenhülle in die jeweilige Formhälfte eingelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß danach folgende Arbeitsschritte vollzogen werden: