Wie funktioniert ein Delta-3-Scharnier an einem Helikopter-Heckrotor?

Dies liegt daran, dass die Spannweitenachse des Blatts relativ zu seiner Schlagscharnierlinie "gefegt" wird. Wenn es also flattert, führt der Schwenkwinkel dazu, dass sich der effektive AOA des Blatts etwas ändert (für das vorrückende Blatt verringert es sich; das bedeutet der gefiederte Teil). .

Um es sich vorzustellen, stellen Sie sich vor, Sie stehen direkt vor der Heckrotorscheibe und beobachten, wie das vorrückende Blatt des einfachen Rotors über die Ober- oder Unterseite direkt auf Sie zukommt. Alles, was Sie sehen, ist die dünne Vorderkante. Wenn die glatte Klinge nach links oder rechts schlägt, ist immer noch alles, was Sie sehen, die dünne Vorderkante, da die Achse der Klinge senkrecht zur Federscharnierachse steht.

Stellen Sie sich nun das Delta-3-Rotorblatt aus demselben Blickwinkel vor und die Scharnierklappen links oder rechts. Da die Spannweitenachse des Blattes versetzt ist oder der Schlagscharnierachse "hinterherhinkt", können Sie einen Teil der Ober- oder Unterseite des Blattes von Ihrem Standpunkt aus sehen, wenn es schlägt. Für den Luftstrom ist dies effektiv eine leichte Verringerung des AOA ("Auslaufen") im Vergleich zum AOA des nicht geschlagenen Blattes, wie es durch das Anstellwinkeländerungsgestänge eingestellt wird (oder eine Erhöhung beim Schlagen beim Zurückziehen).

Delta-3 (auch buchstabiert$\delta_3$) ist ein einfaches, aber schwer zu visualisierendes Konzept.

Ich nehme an, dass der beste Weg, es zu verstehen, darin besteht, einen Rotor mit eingebautem Delta-3 mit einem ohne zu vergleichen. Die folgenden beiden Rotorköpfe stammen beide aus Wikipedia (plus ein paar farbige Linien von meiner Seite): Der erste ist der Hauptrotorkopf einer Bell 222, der zweite ist der Heckrotor einer Robinson R44.

Hauptrotor von Bell 222. Quelle: Wikimedia Commons

Heckrotor von Robinson R44. Quelle: Wikimedia Commons

Beim Bell 222 verläuft die rote Linie des Pitch-Scharniers senkrecht zur blauen Linie des Schlagscharniers (in diesem speziellen Design auch Wippenscharnier genannt). Beim R44 sind die rote und die blaue Linie nicht senkrecht, sondern schneiden sich bei etwa 45°. Hoffentlich ist dieser Unterschied trotz der unterschiedlichen Perspektive der Bilder sichtbar. Dieser nicht rechtwinklige Schnittpunkt wie im R44 ist der Delta-3-Winkel.

Nun, wenn ein Blatt des B222 nach oben flattert ... nun, es flattert einfach nach oben. Wenn das Blatt des R44 nach oben schlägt (eigentlich ist "nach außen" vielleicht ein korrekterer Begriff für einen Heckrotor, aber zum besseren Vergleich bleibe ich bei nach oben), schlägt es nach oben ... und es verringert seine Steigung, genau weil diese beiden Achsen sind aufgrund von Delta-3 nicht senkrecht.

Das ist nicht ganz einfach darzustellen, könnte aber anhand eines Extremfalls deutlicher werden: Beginnen wir mit der B222-Konfiguration und ihrer um 90° verschobenen blauen und roten Linie, reduzieren wir diesen Winkel (dh erhöhen Sie Delta-3); wir kommen zur R44-Konfiguration mit 45° zwischen blauer und roter Linie; jetzt verkleinern wir diesen Winkel wieder (also Delta-3 weiter vergrößern), bis wir zum Extremfall kommen, wo sich blaue und rote Linie überschneiden (also Delta-3=90°): jetzt sind Klappe und Pitch eins geworden, sie liegen beide auf der gleichen Achse fallen sie zusammen, 1° der Klappe fällt mit 1° der Neigung zusammen. Um zusammenzufassen:

• blaue und rote Linien senkrecht (B222)$\Leftrightarrow$ $\delta_3=0°$ $\Rightarrow$Klappe und Pitch voll entkoppelt
• blaue und rote Linien fallen zusammen$\Leftrightarrow$ $\delta_3=90°$ $\Rightarrow$Klappe und Pitch vollständig eins zu eins gekoppelt
• $\delta_3$zwischen 0 und 90° (R44)$\Rightarrow$Klappe und Pitch teilweise gekoppelt.

(Diese letztere partielle Kopplung wird mathematisch übersetzt als$\theta_{\delta_3}=\beta tan \delta_3$, Wo$\theta_{\delta_3}$ist die Änderung der Tonhöhe aufgrund des Flatterns$\beta$. Vielleicht, wenn Sie etwas Lego-Technik herumliegen haben, können Sie es ausprobieren und es live überprüfen).

Was sind die Vorteile davon? Wie gesagt, wenn das Blatt nach oben (nach außen) schlägt, verringert das Delta-3 seine Neigung, was wiederum den vom Blatt erzeugten aerodynamischen Schub verringert, was wiederum sein Schlagen verringert. Das Gegenteil ist der Fall, wenn das Blatt nach unten (nach innen) schlägt, dh das Delta-3 erhöht die Steigung, erhöht seinen Schub und damit sein Schlagen:

• Klingenklappen$\Rightarrow$wegen$\delta_3$Tonhöhe reduziert$\Rightarrow$Auftrieb reduziert$\Rightarrow$Klappe reduziert

Delta-3 ist also ein einfacher Kinematismus, der verwendet wird, um das Flattern der Rotorblätter zu begrenzen.

Dies hat ein zweifaches Ergebnis:

1. Der Abstand zwischen Heckrotor und Heckausleger wird verringert, wodurch eine kürzere und leichtere Welle entsteht.
2. das Flattern erzeugt über die Coriolis-Kraft auch eine Bleibeinbewegung ; Wenn die Klappe reduziert wird, wird auch die Lead-Leg-Bewegung reduziert und kann bis zu dem Punkt reduziert werden, an dem das Lead-Leg-Scharnier wie beim R44 entsorgt werden kann.

Gewichtseinsparung ist in der Welt der Luft- und Raumfahrt immer gut.

Bonusmaterial

Delta-3 wird aus genau dem gleichen Grund auch am Hauptrotor eingesetzt, jedenfalls in milderer Form, da das Flattern der physikalische Effekt ist, der die Steuerung des Helikopters ermöglicht, hier also ein Kompromiss zwischen kürzerem/leichterem Mast und Steuerbarkeit erforderlich ist.

Da auf der roten Linie nur 2 Blätter liegen können, wird bei Rotoren mit 3 oder mehr Blättern der Delta-3-Effekt mit einem anderen Kinematismus erzielt: Wenn sich jemand dafür interessiert, könnte ich diese Antwort erweitern.