Wie funktionieren die Kaman K-225 Rotor "Flugzeuge"?

Dies ist eine Form der Servoklappe, die häufig bei Kaman-Designs zu finden ist, aber auch bei mindestens einem frühen Hubschrauber (nämlich einem von d'Ascanio gebauten Koaxialrotorflugzeug (siehe unten):

Im Gegensatz zur Steuerung der Blattneigung von der Blattwurzel aus unter Verwendung von Neigungsgliedern (die im Wesentlichen Schubstangen sind), wie bei einem typischen Rotorkopf, ermöglichen die Servoklappen die Steuerung der Blattneigung durch eine Steuerfläche auf dem Blatt (ähnlich wie Kontrollen Arbeiten an einem Starrflügler). Der gelbe "Flügel" ist die Klappe, und das schwarze Element enthält, wie ich mir vorstellen kann, ein Scharnier und eine Betätigungsstange, um die Klappe nach oben und unten zu kippen, wodurch eine Kraft an einem kleinen Momentarm hinter der Klinge erzeugt wird, die dann die Klinge ändert Steigung wie gewünscht. Anstatt einen Aktuator zu verwenden, um das Blatt zu drehen, verwenden Sie die Aerodynamik, um einen Großteil der Arbeit für Sie zu erledigen, ähnlich wie ein Starrflügler funktioniert (außer dass Sie, anstatt den effektiven Anstellwinkel des Rotors zu ändern stattdessen drehen).

Wenn Sie sich also das erste Bild, das Sie gepostet haben, genau ansehen, werden Sie feststellen, dass es keine Taumelscheibe, keine Pitch-Verbindungen und wirklich nichts gibt, das den Rotormast vom Hubschrauber aus erreicht, außer einer strukturellen Strebe. Dieses System macht Pitch-Links und ihre zugehörigen Aktuatorsysteme überflüssig und kann das Gesamtsystemgewicht verringern. Da die Klappen deutlich stromlinienförmiger sind als ein typischer Pitchlink, besteht außerdem die Möglichkeit, den Luftwiderstand einzusparen. Vergleichen Sie die folgenden zwei Rotorköpfe – der erste ist ein halbstarrer 2-Blatt-Rotor von einer Bell 230, und der letztere ist ein typischer Kaman-Rotorkopf. Der Kaman-Kopf ist ein Bild der Einfachheit, wenn man bedenkt, dass die einzigen Teile, die neben den Blattgriffen im Wind hervorstehen, Droop-Stopps sind.

Glocke 230

Kaman H-43

Es gibt jedoch kein kostenloses Mittagessen. Der Preis, den Sie für all dies zahlen, ist, dass Sie anstelle eines Aktuators an einer relativ "einfachen" Stelle (am Körper des Hubschraubers) einen Aktuator anbringen müssen (wenn auch einen viel kleineren als für den Antrieb herkömmlicher Pitch-Verbindungen erforderlich wäre) auf das Rotorblatt aus und führen ihm sowohl Steuerung als auch Leistung zu. Kontrolle und Kraft sind nicht allzu schlecht – es wurde bis zu einem gewissen Grad bereits für Anti-Icing-Ausrüstung getan – aber der Aktuator kann schwierig sein, besonders, würde ich denken, in Bezug auf die Abstimmung der Blattdynamik. Kaman (der den K-225 und den äußerst erfolgreichen KMAX gebaut hat, der auch Servoklappen verwendet) hat dafür einen Weg gefunden, der großartig funktioniert, aber in den Hubschraubern anderer Hersteller (meines Wissens) nicht wirklich für Furore gesorgt hat. Gerüchten zufolge haben Sikorsky und Northrop einen Eintrag für DARPA zusammengestellt. s Unmanned Combat Armed Rotorcraft Programm, das Servoklappen hatte, aber dieses Programm wurde 2004 gekürzt ... also wer weiß? In der Zwischenzeit sind Taumelscheiben seit über 80 Jahren die Steuermethode der Wahl und funktionieren gut für diejenigen, die keine Erfahrung mit Klappen haben.

Quellen: https://www.helis.com/howflies/servo.php und Rotordynamikklasse.

Kaman hat wie alle anderen Helikopter eine Taumelscheibe und Blattverstellungssteuerungsverbindungen an ihren Hubschraubern. Die Blattverstellgelenke befinden sich in der hohlen Rotorwelle - die Taumelscheiben befinden sich im Inneren des Hubschraubers am Boden der hohlen Rotorwellen.

Anstatt die Blattneigung direkt zu steuern, indem die Blattneigungssteuerglieder verwendet werden, um die Wurzel der Blätter zu verdrehen, wie bei anderen Hubschraubern, ist jede Blattneigungssteuerverbindung mit einer kleinen Drehmomentwelle in jedem Blatt verbunden, die diese kleinen Klappen antreibt, die sich nahe dem Ende der Blätter befinden (Servo Klappen) verdreht die kleine Klappenbewegung die flexiblen Hubschrauberblätter, um ihre Blattneigung zu ändern.

Diese Servoklappentechnik erfordert weniger Kraft zur Steuerung der Neigung als andere Hubschrauber. Die meisten anderen Helikopter benötigen starke hydraulische Servos, um die Taumelscheibenposition anzutreiben – beim Kaman verstärken die Servoklappen die Steuerkraft, sodass sie nicht viel Kraft benötigen, um die Taumelscheibe zu steuern.

Mir ist aufgefallen, dass einige Leute denken, dass der Kaman-Helikopter mit zwei ineinander greifenden Blättern keine Taumelscheibe oder Steuerverbindungen zu den Rotorblättern hat - Der Grund für das Missverständnis, dass er keine Taumelscheibe oder Steuerverbindungen für die Blattverstellung hat, liegt darin, dass sich die Taumelscheibe nicht in der Nähe der Oberseite des Rotors befindet Rotorwelle wie bei herkömmlichen Hubschraubern, wo sie leicht zu sehen ist und die Pitch-Steuerverbindungen in der hohlen Rotorwelle verborgen sind. Ihr Verständnis der Funktionsweise dieses Hubschraubers ist mangelhaft, aber leider wird diese falsche Annahme weitergegeben.

https://patents.google.com/patent/US3217809

Das Kaman-Patent, auf das ich verlinke, zeigt Diagramme und beschreibt die Taumelscheibensteuerung und zeigt die hohle Rotorwelle und so weiter - das Patent zeigt nur einen Hubschrauber mit einem Rotor, aber das doppelt ineinander greifende Design verwendet dieselbe Hohlwelle usw. Der Steuerverbindungsmechanismus, der steuert Die Taumelscheibe oder -platten wird als Azimutmechanismus bezeichnet.

Das Kaman-Design ist extrem robust und wartungsarm, und das neueste Kaman K-MAX-Zwillings-Ineinandergreifen-Design ist unter anderem für Holzeinschlag und Brandbekämpfung beliebt. Das Doppelrotor-Design hat eine hervorragende Kraftstoffeffizienz, eine hervorragende Nutzlastkapazität und macht auch weniger Lärm.