DE2826656C3 - Anschlußelement für einen Flügel aus faserverstärktem Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Anschlußelement für einen durch Längs- und/oder Biegekräfte belasteten Flügel aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere Rotorblattwurzel, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger (beispielsweise durch die DE-OS 51 860 bekannter) Flügel ist als Rotorblatt schlag- und schwenkgelenklos an einer Rotornabe anschließbar und führt somit — im Vergleich zu Rotoren mit Blattanschlußgelenken — zu konstruktiver Vereinfachung und geringerem Gewicht des Rotorkopfes. Letzteres um so mehr, weil durch die Zusammenfassung der den Holm bildenden Faserstränge zu im Blattwurzelbereich schlaufenbildenden Gurten lange und schwere Biattwurzelhülsen (Blattbeschläge) vermieden werden. Bei einem solchen Strukturbauteil hat aber naturgemäß die verschiedene Faserorientierung der Gurte einerseits und der sie verbindenden Flügelhaut andererseits unterschiedliche Schubmodule zur Folge, weshalb es insbesondere unter Biegebelastung bei gleichzeitiger Torsionsbelastung zu hohen Schubspannungskonzenirationen zwischen den Gurten (mit niedrigem Schubmodul) und der Flügelhaut (mit hohem Schubmodul) im Übergangsbereich Schlaufe/Blatthals, also am Fuße der Schlaufe kommen kann, wo die Flügelhaut meist endet. Das kann zu sogenannten Schubrissen (Faserrissen) in der Flügelhaut führen mit der Folge einer drastischen Schubsteifigkeitsänderung des Rotorblattes und damit einer Änderung der Blatteigenfrequenzen bzw. unzulässig hoher Vibrationen des betreffenden Rotors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber beanspruchungsgerechtere Flügel- bzw. Blattstniktur aufzuzeigen.

Diese Aufgabe ist bei dem Anschlußelement eines Flügels der eingangs genannten Art gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst

Durch die zusätzliche Zwischenlage gemäß der Erfindung wird in dem besonders schubspannungskritischen Bereich zwischen den Gurten und der Flügelhaut

ίο am Fuße der Schlaufe ein Verbund mit einem in dem Maße kontinuierlichen Obergang von der Faserorientierung der Gurte in der Schlaufe und im Flügelhals zur Faserorientierung der Flügelhaut (im Anschluß an die Schlaufe) geschaffen, daß wegen der unterschiedlichen elastischen Eigenschaften der Gurte und Flügelhaut im genannten kritischen Bereich auftretende Schubspannungen, insbesondere Schubspannungsspitzen herabgesetzt bzw. von vornherein Schubspannungskonzentrationen ausgeschlossen werden. Hierdurch wird die Festigkeit der Flügelstruktur beträchtlich erhöht In diesem Sinne wird in Weiterbildung der Erfindung im Unteranspruch für die üblicherweise bevorzugte Faserorientierung der Flügelhaut von ±45° zur Flügellängsachse eine fertigungstechnisch besonders einfache

Konzeption der Zwischenlagen aufgezeigt

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wozu die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 von einem Rotorblatt in der Draufsicht bloß

die zu einer (Blattssschluß-JSchlaufe geformte Blattwurzel mit dem anschließenden Blatthals,

Fig.2 das Rotorblatt gemäß Fig. 1 mit teilweise aufgebrochener Blatthaut, Fig.3 einen Schnitt nach Schnittlinie Hl-HI der Fig. 1.

Bei dem Rotorblatt ist der an einem nicht dargestellten Blattflügelabschnitt anschließende Blatthals 1 in Schwenk- und Schlagrichtung biegeweich ausgebildet, wozu er aus in Slattlävtgsrichtung sich erstreckenden (z. B. GIas-)Faserrovings bzw. Fasersträngen in einer Kunstharzmatrix besteht Für den Blattanschluß ist die Gesamtheit der Faserstränge zu zwei im Blattwurzelbereich zu einer Schlaufe 2 gelegten Gurten 2.1 zusammengefaßt (Fig.2, 3). Die beiden Gurte 2.1 sind bis zur Schlaufe 2 über eine faserverstärkte Blatthaut 3 verbunden, welche, z. B. aus kunstharzgetränkten Fasergeweben aufgebaut, eine kreuzweise Faserorientierung von ±45° zur Blattlängsachse 4 aufweist Bekanntlich wird durch eine solche Faserorientierung eine hohe Schubfestigkeit und ein hoher Schubmodul erreicht. Der aber daraus zwangsläufig resultierende wesentlich höhere Schubmodul der Blatthaut 3 gegenüber demjenigen der beiden Gurte 2.1 (aus unidirektionalem Fasermaterial) führt zwangsläufig

bei dem Übergangsbereich 5 zwischen der Schlaufe 2 und dem Blatthals 1 zu einer besonderen Gefährdung durch Überlagerungen von Schubspannungen aus Biege- und Torsionsbelastungen. Um hierbei insbesondere im genannten Übergangsbereich 5 gefährliche

so Spannungskonzentrationen zwischen den Gurten 2.1 einerseits und der Blatthaut 3 andererseits auszuschließen, ist gemäß F i g. 2 und 3 zwischen ihnen in diesem Übergangsbereich S beidseitig der Schlaufe 2 je eine Lage 6 Faserstränge 6.1 bis 6.π (in einer

ω Kunstharzinatrix) eingefügt. Diese (aus Darstellungsgründen nur vereinzelt angedeuteten) Faserstränge 6.1 bis 6.n haben zunächst als Decklage 6' der Schlaufe 2 eine hierzu bzw. zu den übrigen schlaufenbildenden

Fasersträngen der Gurte 2.1 parallele Faserorientierung, die dann im vorgenannten Übergangsbereich 5, in dem die Faserstränge 6.1 bis 6./J je Blattseite zu einer Zwischenlage 6 zwischen den Gurten 2.1 und der Blatthaut 3 werden, im Sinne der Schaffung eines kontinuierlichen Obergangs zu der Faserorientierung der Blatthaut geändert ist. Und zwar sind diese Faserstränge 6.1 bis 6.n der jeweiligen Zwischenlage 6 aus der jeweiligen weiteren Gurterstreckungsrichtung in der Reihenfolge ihrer Verlegung von innen nach außen mit von Strang zu Strang gleichmäßig abnehmendem Winkel (je Gurterstreckungsrichtung) beginnend mit einer Winkellage des jeweils innenliegenden Faserstranges 6.1 von 90° bis zu einer Winkellage des jeweils außenliegenden Faserstrangs 6.n von 45° zur Blattlängsachse 4 abgelenkt. Durch diese Änderung der Faserorientierung der Faserstränge 6.1 bis %.n jeweils bei ihrem Obergang von einer Decklage 6' (der Schlaufe 2) zu einer Zwischenlage 6 (von Gurten 2.1 und Blatthaut 3) stellt letztere (6) eine Verstärkungslage mit in Blattlängsrichtung kontinuierlich — unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften der Gurte und Blatthaut — sich ändernden Steifigkeit dar. Im Hinblick auf die unter Zugbelastung in der Schlaufe 2 sich einstellende Querkontraktion sind die zusätzlichen Zwischenlagen 6 auf Grund ihrer 90°-orientierten Faserstränge 6.1 eine Verstärkung des schlaufenseitigen Randes der Blatthaut 3. Die folgende gleichmäßige Veränderung der Winkellage der Faserstränge 6^ bis 6.Λ in Blattlängsrichtung und die daraus resultierende Veränderung des Schubmoduls von den Gurten 2.1 zur Blatthaut 3 bewirkt eine gleichmäßige Lasteinleitung in die Blatthaut

Nur am Rande bleibt zu bemerken, daß der aus F i g. 3 noch ersichtliche Teil 7 bloß ein Füllkern zum Beispiel aus einem Schaumstoff ist, der ebenso wie die an den beiden Schmalseiten 1.1 des Blatthalses 1 senkrecht auslaufenden Enden der Faserstränge 6.1 bis S.n zur vorbeschriebenen Problemlösung nichts beizutragen hat.

Hie;"zu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anschlußelement für einen durch Längs- und/oder Biegekräfte belasteten Flügel aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere Rotorblattwurzel mit in Blattlängsrichtung verlaufenden Fasersträngen, deren Gesamtheit zu mindestens zwei im Flügelwurzelbereich zu einer Schlaufe gelegten Gurten zusammengefaßt ist, welche bis zur Schlaufe über eine faserverstärkte Flügelhaut verbunden sind, die eine kreuzweise Faserorientierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gurten (Zl) und der Flügelhaut (3) beiderseits der Schlaufe mindestens je eine Lage Faserstränge (6.1 bis β.η) einer Zwischenlage (6) eingefügt ist, welche als Decklage (6') der Schlaufe eine zu dieser parallele Faserorientierung aufweisen und im Übergangsbereich (S) von Schlaufe (2) zu Flügelhals (1) aus der jeweiligen weiteren Gurterstreckungsrichlung in der Reihenfolge ihrer Verlegung von innen nach außen mit von Strang zu Strang abnehmendem Winkel zur Flügellängsachse verlaufen.

2. Anordnung nach Anspruch 1 bei einer Faserorientierung der Flügelhaat von ±45° zur Flügellängsachse, gekennzeichnet durch eine gleichmäßig abnehmende Ausrichtung der Faserstränge (6.1 bis 6.n)je Gurterstreckungsrichtung beginnend mit einer Winkellage des jeweils innenliegenden Faserstranges (C'A) von 90° bis zu einer Winkellage des jeweils außenliegenden Faserstranges (6.n) von 45° zur Flügellängsachse (4).