DE3852396T2

DE3852396T2 - Verfahren und gerät zur schwingungsverminderung eines rotors und der zugehörigen anlage über dem vollen verwendungsbereich.

Info

Publication number: DE3852396T2
Application number: DE3852396T
Authority: DE
Inventors: William Dimarco; Mervyn Floyd; Richard Hayden; Charles Ventres
Original assignee: Technology Integration Inc; Vibro Meter Corp
Current assignee: Technology Integration Inc
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2008-09-03
Also published as: EP0377666B1; JP2652441B2; EP0377666A4; DE3852396D1; JPH02504619A; EP0377666A1; WO1989001896A1; ATE115081T1; AU630336B2; US4937758A; AU2526488A

Description

Die Erfindung betrifft ein System und eine Methode zur Verringerung der Vibration oder Beanspruchung, die in einem Gerät entstehen, das einen mit rotierenden Blättern bestückten Rotor umfaßt.
Rotoren, die Hubschrauber und andere propellergetriebene Fluggeräte antreiben, induzieren niederfrequente Vibrationen in der Trägerstruktur des Rotors. Die Vibrationen treten bei Frequenzen auf, die bei der Rotordrehzahl beginnen, und bei vielen Harmonischen der Rotordrehzahl. Die Vibrationen führen zu strukturellen Schäden, Ermüdung der Mannschaft und werden letztlich zu einem der wichtigen Faktoren, die die maximale Vorwärtsgeschwindigkeit des Fluggerätes begrenzen. Ähnliche Vibrationen werden von Ventilal und Kompressoren in festen Anlagen sowie von Schiffsschrauben erzeugt.
Eine primäre Quelle für Vibrationsprobleme liegt in der ungleichmäßigen Luftbelastung der Blätter, obwohl Massenausgleich nicht unüblich ist. Aerodynamische Anomalien neigen aber dazu, sich in Abhängigkeit von Blattbelastung, Beschädigung, Deformierung, usw. zu intensivieren. Die aerodynamischen und bestimmte Anomalien der Massen- und Steifheitsverteilung werden oft "Spurfehler" genannt, da eine primär beobachtbare Eigenschaft von ungleichen Luftbelastungen und Massenverteilungen in der Neigung der Blätter liegt, zu schlagen und/oder sich zu ungleich zu verbiegen, und so verschiedenen "Spuren" zu folgen. Die unangenehmen Auswirkungen der aerodynamischen und Massenungleichheit sind aber üblicherweise die 1/REV und N/REV - Vibrationen, und nicht die Spurabweichungen selbst.
Alle bisher verwendeten Methoden für die Trimmregelung von Hubschrauberrotoren beruhen zumindest teilweise darauf, die Spuren der Blätter identisch zu machen. Solche optische Methoden verwenden aber eine umfangreiche Ausrüstung, die eine Bedienungsperson auf dem Copilotensitz erfordert, und Vorgangsweisen, die beträchtliche Flugzeit beanspruchen. Weiters können optische Methoden die Blätter nicht immer während einer ganzen Umdrehung "sehen", und daher kann keine perfekte aerodynamische Trimmung erwartet werden.
Die US-A 3 795 375 zeigt System zur Minimierung von Vibrationen, das einen vertikalen Beschleunigungsmesser, Mittel zum Erkennen, welches Blatt eine Referenzposition passiert, und Mittel umfaßt, auf der Basis von Vibrationsmessungen des Beschleunigungsmessers Einstellungen des unausgeglichenen Rotorblattes mittels Trimmklappen zu bestimmen und vorzuschreiben.
Ein mechanischer Ausgleich eines Rotors mit einer Massenunwucht kann in vielen Fällen mittels eines einzigen Beschleunigungsmessers und eines Phasenreferenzsensors für die Antriebswelle ausgeführt werden. Jedoch können mit einer derartigen Technik ungleiche Luftbelastungen nicht vollständig erkannt und korrigiert werden. Andere Techniken, die eingesetzt werden, um eine Rotorberuhigungsfunktion auszuführen, beruhen auf einer optischen Beobachtung in Verbindung mit einem bis vier Beschleunigungsmessern. Jedes bekannte Rotorberuhigungssystem bearbeitet aber Vibrationsdaten so, daß eine inhärente Mehrdeutigkeit in der Auslegung der Kennzeichnungen gegeben ist. Diese Mehrdeutigkeit ergibt sich daraus, daß die Zahl der gleichzeitig bearbeiteten Kanäle nicht ausreichend ist, um Translations- und Rotationsbeschleunigungskoeffizienten an einem bestimmten Punkt vollständig zu trennen. So wird die Bewegung des Hubschraubers (und insbesondere der Rotorhalterung) als Auswirkung einer Rotoranomalie in bekannten Systemen nur unzureichend erkannt. Darüberhinaus kann kein bekanntes System Korrekturen ableiten, die aus den Fourierkoeffizienten der auf jede Anomalie bezogenen Bewegung benötigt werden.
Eine prinzipielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, ein System und ein Verfahren zur Minimierung von Vibrationen im gesamten Arbeitsbereich eines Rotors eines Gerätes zu schaffen, das nur Vibrationsmessungen in der Trägerstruktur des Rotors und eine Messung der Antriebswellenstellung als Erfassungsdaten verwendet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zur Minimierung von Vibrationen im gesamten Arbeitsbereich eines Rotors eines Gerätes zu schaffen, das sowohl aerodynamisch als auch mechanisch induzierte Vibrationen kompensiert.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zur Minimierung von Vibrationen im gesamten Arbeitsbereich eines Rotors zu schaffen, das eine kontinuierliche Überwachung und Berechnung der Korrekturen vorsieht.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zur Minimierung von Vibrationen im gesamten Arbeitsbereich des Rotors zu schaffen, das die aerodynamische und die mechanische Unwucht in jeder Art von Rotor durch vollständige Charakterisierung der Reaktion der Trägerstruktur und ein detailliertes dynamisches Modell der Rotormechanik berechnet.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zur Minimierung von Vibrationen im gesamten Arbeitsbereich des Rotors zu schaffen, das Änderungen in den Rotoreinstellungen vorschreibt, die aufgrund von Kalkulationen und/oder Messungen der Auswirkungen mechanischer Verstellungen auf die Bewegung der Trägerstruktur des Rotors notwendig sind.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zur Minimierung von Vibrationen im gesamten Arbeitsbereich des Rotors zu schaffen, das es dem Benützer erlaubt, Korrekturalgorithmen durch kontrollierte Tests zu benützen, in denen Blatteinstellungen verstellt und die Auswirkung auf die Struktur aufgezeichnet und ausgewertet werden.
Diese Ziele werden durch das in Anspruch 1 beanspruchte System oder das in Anspruch 12 beanspruchte Verfahren erreicht.
Das System und das Verfahren zur Minimierung von Vibrationen im gesamten Arbeitsbereich des Rotors umfaßt einen Umformer oder eine Gruppe von Umformern für die Auflösung von bis zu sechs Freiheitsgraden der Bewegung der Trägerstruktur des Rotors. In einer Ausführung ist der Umformer ein Beschleunigungsmesser für sechs Freiheitsgrade, der nahe des Schwerpunktes der Trägerstruktur angeordnet ist. (Dehnungsmesser, die die Dehnungs- und Drehbewegungen der Trägerstruktur vollständig charakterisieren, können auch verwendet werden.) Zusätzlich zum Bewegungsumformer ist ein Referenzsensor für die Antriebswellenposition mit der Antriebswelle und/oder der Trägerstruktur des Rotors verbunden.
Ein Signalprozessor, der Signale des Umformers und des Referenzsensors für die Antriebswellenposition aufnimmt, produziert Fourierkoeffizienten der in jedem Freiheitsgrad auftretenden Bewegung. Das System verwendet analytische Modelle oder empirisch abgeleitete Daten für die Beschreibung der Fourierkoeffizienten der Beschleunigung (oder der Beanspruchung), die aus jeder der verfügbaren Rotoreinstellungen resultieren. Das System und das Verfahren verwenden auch ein analytisches oder berechnetes Optimierungsschema, das die beste Kombination der Rotoreinstellungen berechnet, um die vom Benützer bezeichneten Kriterien zu erfüllen. Diese beste Kombination wird zur Bestimmung der geeigneten Einstellungen verwendet.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden noch besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, die mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gelesen werden sollte, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Teile in den verschiedenen Darstellungen beziehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm, das die prinzipiellen Bestandteile eines Systems nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Hubschrauber;
Fig. 3 ist ein vereinfachtes Diagramm, das die generellen Positionen von sechs Beschleunigungsmessern für je einen Freiheitsgrad zeigt, wie sie in einer Ausführung der vorliegende Erfindung verwendet werden;
Fig. 4 ist eine vereinfachtes Diagramm, das die Anordnung eines dreiaxialen und von drei Beschleunigungsmessern für je einen Freiheitsgrad zeigt, wie sie in einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 5 zeigt Ansichten der drei Koordinatenachsen des Schwerpunktes bezogen auf den Hubschrauber;
Fig. 6 ist ein vereinfachtes Diagramm der Funktionen des Signalprozessors und des Postprozessors des in Fig. 1 gezeigten Systems.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die folgende Detailbeschreibung des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist in Ausdrücken der Beschleunigungsmessung geschrieben. Beschleunigung, wie sie hierin verwendet wird, ist Ausdruck der Kraft und des Momentes, die vom Rotor auf die Trägerstruktur ausgeübt werden. Für das diskutierte Ausführungsbeispiel (ein Hubschrauber) liegt der Grund darin, daß die Messung der Beschleunigung ein geeignetes Mittel für die Bestimmung der Kraft und des Momentes ist, die vom Rotor ausgeübt werden. Unter anderen Umständen mögen andere Techniken zur Bestimmung von Kraft und Moment geeignet erscheinen, beispielsweise die Verwendung von an der Trägerstruktur angebrachten Dehnungskraftmessern.
Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung führen die Rotortrimmung und Auswuchtung aufgrund einer Analyse kohärenter Hubschrauber- (oder allgemeiner, Rotorträger-) vibrationsspektren aus. Um diese Trimmung und Auswuchtung zu ereichen, erfordert das System ein Anzeigegerät für die Antriebswellenposition und einen oder mehrere Sensoren für die Auflösung von bis zu sechs Freiheitsgraden der Bewegung der Trägerstruktur des Rotors. In einer bevorzugten Ausführung sind diese Sensoren Beschleunigungsmesser, und in einer anderen Ausführung sind die Sensoren Dehnungsmesser. Eine Kombination von Beschleunigungsmessern und Dehnungsmessern kann ebenfalls verwendet werden. In Geräten mit mehreren Rotoren können zusätzliche Bewegungssensoren und Anzeiger für die Position von Antriebswellen erforderlich sein. In der folgenden Erläuterung werden das System und das Verfahren in der Anwendung auf einen Hubschrauber mit einem einzigen Rotor beschrieben. Das System kann aber auch in jedem anderen Gerät mit einem oder mehreren Rotoren verwendet werden.
Das System berechnet die sich aus der Antriebswellenstellung ergebenden Fourierkoeffizienten von rotationsinduzierten Vibrationen in verschiedenen Betriebsbedingungen. Die Koeffizienten werden mit vom Benützer ausgewählten Parameterwerten gekennzeichnet und auf einer Diskette gespeichert. Das System, das spezifische Erkenntnisse der aerodynamischen und mechanischen Parameter von Hubschrauberrotoren verwendet, bearbeitet die Daten und schreibt erforderliche Korrekturmaßnahmen vor. Die Gestaltungsphilosophie des Systems ist so, daß jeder einzelne Hubschrauber seine eigene Diskette besitzt, die im Hubschrauber zeit seines Lebens verbleibt. So hat jeder mit einer Seriennummmer versehene Hubschrauber seine eigene Datenbank, die ein Vibrationsprofil des Hubschraubers über die Zeit und charakterisierende Informationen über Flugtestbedingungen und Erhaltungsmaßnahmen enthält. Zusätzlich kann eine weitaus größere Datenbank für einen Hubschraubertypus außerhalb bestehen, um Erhaltungstrends und -maßnahmen zu überwachen, und im allgemeinen die Verfügbarkeit aller Hubschrauber zu verbessern.
Das Herz des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, die Bewegung der Trägerstruktur in Abhängigkeit von jeder Korrektur (Verstellung) des Rotors zu beschreiben, die für die spezielle, "abzustimmende" Rotortype möglich ist. Das System erhält die Vibrationen des Rotors betreffende Eingangsgrößen und bestimmt die optimale Kombination der Korrekturen, die am speziellen Rotor angewandt werden sollten.
Die meisten Rotorsysteme einschließlich des der vorliegenden Erfindung erlauben verschiedene Klassen von Verstellungen, die am Rotor für die Zwecke der Vibrationsreduzierung möglich sind. Einige dieser Verstellungen sind:
1. Der Anstellwinkel jedes Blattes kann unabhänging eingestellt werden, beispielsweise durch Änderung der Länge des Anstellgliedes für dieses Blatt.
2. Ein oder mehrere Hilfsruder oder Abschnitte an der Hinterkante jedes Blattes können nach oben oder unten ausgestellt werden (das Ausstellen eines Hilfsruders nach unten erzeugt ein aerodynamisches Anstellmoment, das die Hinterkante des Blattes aufwärts dreht und das Blatt selbst nach unten klappen läßt, und umgekehrt).
3. Kleine Gewichte können zu den Blättern oder zur Nabe an verschiedenen Stellen zugegeben werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt das System einen Signalaufbereiter 42, einen Signalprozessor 60, und einen Postprozessor 80. Da der Postprozessor 80 aus den von der Datenerfassung und dem Signalprozessor 60 zur Verfügung gestellten Daten die optimalen Einstellungswerte des Rotors bestimmt, die die Vibrationen bei der Drehzahl des Rotors minimiert, erleichtert eine Diskussion seiner Betriebsweise an dieser Stelle das Gesamtverständnis der Erfindung.
Vor der Diskussion der Details der vom Postprozessor 80 durchgeführten Signalverarbeitung wird die in der Diskussion verwendete Terminologie beschrieben. In Fig. 2 ist ein typischer Hubschrauber mit einem Rotor 14 in der Sicht von oben gezeigt. Ein Blatt 16 des Rotors wird als Referenzblatt ausgewählt (welches ist unwesentlich). Jedes Blatt erhält eine Nummer beginnend mit 0 für das Referenzblatt und jeweils um 1 in der Drehrichtung steigend. Für den in Fig. 1 gezeigten Vierblattrotor sind die Blätter von 0 bis 3 numeriert, und allgeinein laufen die Blattindizes von 0 bis B-1, wobei B die Zahl der Blätter ist. Die Position des Referenzblattes ist durch den Azimuthwinkel ψ zwischen dem Blatt selbst und der Mittellinie 16 des Rumpfes 18 hinter der Rotornabe 20 bestimmt. Die Blätter sind gleich beabstandet, sodaß ihre Positionen durch den Ausdruck ψ + bΔ wiedergegeben werden, wobei Δ = 2π/B der Winkel zwischen den Blättern und b die Blattindexzahl ist. Wenn der Rotor sich dreht, wird der Winkel ψ größer. Eine komplette Umdrehung entspricht einer Vergrößerung von ψ um 2π im Bogenmaß oder um 360º. Die Drehzahl des Rotors (üblicherweise von einem Fliehkraftregler des Motors gesteuert) ist ziemlich konstant, sodaß der Azimuthwinkel ψ proportional zur Zeit ist. Wenn wir die Drehzahl mit Ω bezeichnen, dann ist ψ = Ωt.
Aufgrund der einfachen Beziehung zwischen dem Azimuthwinkel und der Zeit kann ψ auch als "dimensionloses" Maß für die Zeit verwendet werden. Blattbewegungen und Rotorkräfte, die normalerweise als Funktionen der Zeit gedacht sind, können auch als Funktionen von ψ ausgedrückt werden.
Der Signalaufbereiter 42 empfängt sechs Kanäle von Beschleunigungsmesserdaten und der Signalprozessor 60 löst die Daten in Fourierkomponenten bei der Rotordrehzahl (Amplitude und Phase) und mehrerer ihrer Harmonischen auf. Die Phase wird im Hinblick auf den auf der Rotorantriebswelle montierten Positionssensor bestimmt. Diese Daten werden durch den Postprozessor 80 korrigiert, sodaß ein Phasenwinkel von 0 mit ψ = 0 übereinstimmt (d.h. mit der Tatsache, daß das Referenzblatt direkt über der hinteren Rumpfmittellinie 16 positioniert ist).
Fourierkomponenten (Amplitude und Phase) wachsender Beschleunigungen, die auf Einheitseinstellungen des Referenzblattes begründet sind, (d.h. eine Ablenkung eines Hilfsruders um 1º, eine Einstellung eines Anstellgliedes, die eine Änderung des Anstellwinkels des Blattes um 1º bewirkt, usw.) sind ebenfalls erforderlich. Diese Daten kann man aus Flugtestdaten, die das System der vorliegenden Erfindung verwenden, indem sie systematisch die oben behandelten Einstellungen durchführen und die Fourierkoeffizienten ändern, oder aus Analysen erhalten, und die Daten sind für jede einzelne Hubschrauberkonfiguration und Betriebsbedingung spezifisch. Aus den Daten (die zu den für das Referenzblatt gültigen Einheitseinstellungen gehören) kann eine Beschleunigung berechnet werden, die auf ähnliche Einstellungen an den anderen Blättern begründet ist. Basierend auf einem dynamischen Modell des Rotorsystems wird die besondere Menge von Einstellungen berechnet, die die gemessene Beschleunigung möglichst aufheben (und dabei Vibration minimieren).
Um eine Beschreibung der angewendeten Vorgangsweise zu vereinfachen, wird eine Beispiel erörtert, das nur eine Art einer Rotorblatteinstellung, Einstellungen des Hilfsruders der Hinterkante und nur eine Flugbedingung behandelt, die nicht erläutert werden muß. Die an der Rotornabe 20 durch eine Abwärtsablenkung des Hinterkantenhilfsruders um 1º am Referenzblatt erzeugte Beschleunigung sei durch die Funktion T(ψ) bestimmt. (Beachte, daß T(ψ) eine vektorielle Funktion ist, d.h. es gibt drei Komponenten Tx(ψ), Ty(ψ) und Tz(ψ), die die Beschleunigungen entlang jeder der drei orthogonalen Richtungen bezeichnen.)
Die von einer ähnlichen 1º-Ablenkung des Hilfsruders von Blatt b ist dann T(ψ + bΔ), und die Beschleunigung, die durch ein Ablenkung um den Betrag αb verursacht wird, ist
αbT(ψ + bΔ) (1)
Schließlich ist die Beschleunigung, die durch Ablenkungen um die Beträge b; b = 0, 1...B-1 erzeugt wird, und die wir mit atab bezeichnen,
Im gleichmäßigen Flug ist T(ψ) eine periodische Funktion, da alle Kräfte, die vom Rotor erzeugt werden, sich in Intervallen der Rotordrehung wiederholen, sodaß T(ψ) als Fourierreihe ausgedrückt werden kann:
In der komplexen exponentiellen Form der obengenannten Reihe ist der Index n über alle ganzen Zahlen, sowohl positive als negative, summiert. Von jetzt an ist in der detaillierten Beschreibung dort, wo keine Summenbegrenzungen angegeben sind, eine derartige unendliche Summierung gegeben.
Allgemein erzeugen die erlaubten Blattverstellungen ausgeprägte Kräfte und Momente bei der Rotordrehzahl, und haben viel weniger Effekt bei höheren Frequenzen. Für die oben genannte komplexe Fourierreihe bedeutet das, daß die Elemente n sowie -n = ±1 am häufigsten in der Menge sind, und daß Indizes der Elemente größer als 1 oder kleiner als -1 viel weniger sind.
Wenn diese Fourierreihe für eine Ablenkungseinheit des Hlfsruders des Referenzblattes verwendet wird, so kann gezeigt werden, daß die Beschleunigung atab, die von willkürlichen Hilfsruderablenkungen an allen Blättern bewirkt wird, ist:
In dieser Gleichung sind die Menge der Größen (An) die diskrete Fouriertransformation der Menge der Ablenkungen der Hilfsruder { αb; b = 0, 1...B-1 }:
Die An sind im allgemeinen komplexe Zahlen. Sie bilden eine unendliche periodische Folge, wobei die Periode der Zahl B der Blätter entspricht. Da die Hilfsrudereinstellungen αb reelle Zahlen sind, haben die An folgende Eigenschaften (* bedeutet eine konjugiert-komplexe Zahl):
AB-n = An* (6)
Kombiniert man diese Eigenschaften mit der Periodizität der Folge, so kann gezeigt werden, daß A&sub0; eine reelle Zahl ist, wie, (wenn B gerade ist), AB/2.
Wie aus Gleichung (4) gesehen werden kann, bilden die An's eine Frequenzmaske. Wenn ein besonderes An gleich 0 ist, so ist die korrespondierende Frequenz in der Fourierreihe für die durch die Hilfsrudereinstellungen αb verursachte zunehmende Beschleunigung nicht vorhanden. Zum Beispiel wiederholen sich, wenn in einem Vierblattrotor die Hinterkanten von je zwei einander gegenüberliegenden Blättern dieselben Einstellungen besitzen, die zugeordneten Blattkräfte und Bewegungen zweimal pro Umdrehung, sodaß bei der Rotordrehzahl keine Nettokräfte erzeugt werden.
Die in einem ungetrimmten Rotor (dessen Vibrationen minimiert werden sollen) gemessene Beschleunigung ist auch eine vektorielle periodische Funktion, und kann daher als komplexe Fourierreihe ausgedrückt werden:
Diese Reihe ist eine mathematische Darstellung der von der Datenerfassung und dem Signalprozessor bereitgestellten Daten. Wird nun die zusätzliche von den Hilfsruderablenkungen bewirkte Beschleunigung inkludiert, so ist die gesamte Beschleunigung:
Das Ziel ist es, die Beschleunigung bei der Drehzahl des Motors und bei so vielen Harmonischen zu minimieren, wie durch die erlaubten Blatteinstellungen signifikant betroffen sind. Das primäre Ziel, die Vibration bei der Rotordrehzahl zu verringern, entspricht der Verringerung des mittleren Quadrates des Terms n = 1 in der oberen Gleichung:
Minimiere a&sub1;+ A&sub1;T&sub1; ² (9)
Wenn der Rotor nur zwei Blätter hat, dann ist A&sub1; eine reelle Zahl. In diesem Fall ist die optimale Einstellung (Re bedeutet "reellen" Teil von):
Sind jedoch drei oder mehr Blätter, so ist A&sub1; komplex:
Die Hilfsrudereinstellungen selbst (den davon abgeleiteten Frequenzmasken gegenübergestellt) werden durch Lösung der Gleichung (5) erhalten (in anderen Worten durch Umkehren der diskreten Fouriertransformation):
Zu beachten ist, daß in Gleichung (10) oder (11) die Bedingung für die Minimumvibration bei der Rotordrehzahl nur von A&sub1; bestimmt ist. Mehr Bedingungen sind erforderlich, um eine vollständige Definition der Hilfsrudereinstellungen zu erreichen. Eine aufzustellende selbstverständliche Bedingung ist, daß alle Hilfsruder nicht im selben Winkel eingestellt werden; so eine Anordnung ändert die Blattkräfte nur bei Vielfachen der Blattdrehzahl, d.h. bei Rotationsreihenfolgen (0, B, 2B,...usw.). In Ausdrücken der Frequenzmasken A entspricht dies der Forderung, daß A&sub0; = 0.
Rotoren mit vier oder mehr Blättern erfordern noch eine andere Bedingung. Für solche Rotoren besteht die Möglichkeit (zumindest im Prinzip), den Rotor zu trimmen, um die Vibration bei doppelter Rotordrehzahl zu reduzieren. Jedoch haben weder Anstellgliedeinstellungen, noch Hinterkantenhilfsruder, noch Blattgewichte einen großen Einfluß auf zweite harmonische Blattkräfte, sodaß die für einen großen Effekt auf die Vibrationen bei dieser Frequenz erforderlichen Einstellungen zu breit für eine praktische Einsetzbarkeit sein können. Wenn diese Möglichkeit im Augenblick außer Acht gelassen wird, so kann eine geeignete Einstellung dadurch erhalten werden, daß die Tiefzahl in den Gleichungen (10) oder (11) von 1 auf 2 geändert wird. In anderen Worten, lauten sie für einen Vierblattrotor, wenn A&sub2; reell ist,:
und, wenn fünf Blätter sind (sodaß A&sub2; komplex ist),:
Falls die Hilfsrudereinstellungen aus dem obengenannten Wert von A&sub2; zu extrem sind, würde jede Einstellung, die die Vibration bei doppelter Rotordrehzahl nicht erhöht, eine annehmbare Alternative sein. Zum Beispiel würde eine Einstellung A&sub2; = 0 Hilfsrudereinstellungen erzeugen, die keinen Einfluß auf die zwei-pro-Umdrehung-Vibration haben. Mit den festgesetzten Frequenzmasken werden die korrespondierenden optimalen Hilfsrudereinstellungen von Gleichung (12) abgeleitet. Systeme mit mehr Blättern können Vibrationen bei einer größeren Anzahl von Frequenzen mit Hilfe des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung minimieren.
Die vorstehenden Ergebnisse beziehen sich nur auf eine Art von Rotoreinstellung (Hinterkantenhilfsruder) und eine Flugbedingung. Einstellungen für das Anstellglied und die Zugabe von Gewichten zu den Blättern werden in derselben Weise gehandhabt. Der einzige neue zu beachtende Umstand ist, daß alle drei Sätze von Einstellungen unabhängig werden. Diese Unabhängigkeit ist die Quelle für einige Schwierigkeiten mit traditionellen Prüfungs- und Fehlermethoden der Rotortrimmung, die Variationen nur einer Art von Einstellungen (z.B. Hinterkantenhilfsruder) erlauben. Ein Satz von Einstellungen kann durch einen nachfolgenden Schritt des Verfahrens gestört werden, sodaß wiederholte Einstellungen erforderlich sind, die in einem akzeptablen Trimmzustand enden können oder nicht.
Anstellgliedeinstellungen, Blattgewichtszugaben und andere mechanische Einstellungen sind den Einstellungen der Hinterkantenhilfsruder ähnlich, wenn sie zunehmende Kräfte (oder äquivalent, Beschleunigungen) produzieren, die analytisch oder experimentell bestimmbar sind, und als Eingaben für den Postprozessor vorgesehen werden können. In der Annahme, daß mögliche Einstellungen für einen Hubschrauber (1) Ändern der Hilfsrudereinstellungen, (2) Ändern des Anstellwinkels eines Blattes und (3) Ändern des Gewichts des Blattes umfassen, daß P(ψ) die von einer eingrädigen Änderung des Anstellwinkels des Referenzblattes erzeugte Beschleunigung sei, und, daß W(ψ) die von einer Zugabe oder einer Entfernung einer Gewichtseinheit von einer speziellen Stelle des Referenzblattes erzeugte Beschleunigung sei, ergeben ähnliche Einstellungen oder Gewichtszugaben zu allen Blättern folgende kombinierte Effekte:
wobei wb und Θb die Änderung des Anstellwinkels und das zugegebene Gewicht zum b-ten Blatt darstellt. P(ψ) und W(ψ) sind beide periodische Funktionen, sodaß
wobei Pn und Wn Fourierkoeffizienten von P(ψ) und W(ψ) und Bn, Cn diskrete Fouriertransformationen von wb und Θb sind:
Die neue totale Beschleunigung, die die des nicht abgestimmten Rotors und der Beiträge aller Einstellungen einschließt, ist:
a + atab + apl + awt (21)
Wie zuvor ist das Ziel die Minimierung bei der Drehzahl:
Minimiere a&sub1; + A&sub1;T&sub1; + B&sub1;P&sub1; + C&sub1;W&sub1; ² (22)
Es gibt 3B unabhängige Variable, αb, Θb und wb, wobei b = 0, 1, 2...B-1. Zuverlässige numerische Vorgehensweisen sind erhältlich um die optimalen Rotortrimmungseinstellungen zu berechnen. (Zwei Beispiele solcher Vorgehensweisen sind das Broyden-Fletcher-Goldfard-Shanno-(BFGS)-Verfahren und die Downhill Simplex Method von Nelder und Mead. Siehe Numerical Recipes, Press, W.H., et al, Cambridge University Press, 1986).
Die Arbeitsweise des oben erörterten Systems und Verfahrens stimmt einen Rotor auf nur eine Flugbedingung ab. Da die Einstellungen, die für eine Geschwindigkeit optimal sind, im allgemeinen nicht so gut für andere sind, sind zweckmäßige Mittel zur Festlegung eines annehmbaren Kompromisses erforderlich. In der vorliegenden Erfindung wird ein gewichteter Mittelwert der mittleren quadratischen Beschleunigungen verschiedener Flug- und Betriebszustände (d.h. beim Schweben am Ort und bei zwei oder mehr Vorwärtsgeschwindigkeiten) gebildet und ein Satz von Blatteinstellungen wird bestimmt, die den gewichteten Durchschnitt minimieren. Die Gewichtungen können vom Benützer ausgewählt werden, um seine eigenen Erfordernisse zu erfüllen (z.B. ausgewählt in Übereinstimmung mit der am häufigsten ausgeführten Art von Flug). Die Ausführung einer derartigen Vorgangsweise ist unkompliziert, da die zu minimierende Größe eine lineare Kombination von Termen ist, die ähnlich den oben angeführten ist, und die Zahl und Definition der unabhängigen Variablen dieselbe ist.
Das zu erfüllende Ziel für eine Gruppe von Beschleunigungsmeßsensoren ist die Bestimmung eines Translationsbeschleunigungsvektors acm, und eines Rotationsbeschleunigungsvektors Ωcm des Hubschrauberschwerpunktes cm. Fig. 3 zeigt eine Anordnung der Umformer oder Sensoren, die von der vorliegenden Erfindung verwendet werden und sechs (6) Beschleunigungsmesser und eine Antriebswellenpositionsanzeiger umfassen. Das System kann erweitert werden, um zusätzliche Beschleunigungsmesser und Antriebswellenpositionsanzeiger zu umfassen. In vielen Fällen können die Beschleunigungsmesser in einem Würfel angeordnet werden, der so montiert ist, daß eine direkte Berechnung dreier orthogonaler Translations- und dreier orthogonaler Rotationsbeschleunigungen ermöglicht ist, wie nachstehend beschrieben wird. Beispiele im Handel erhältlicher geeigneter Beschleunigungsmesser sind die Vibro-Meter-Modelle 507 oder 508.
Die eigentliche Installation der Umformer muß fest an der Trägerstruktur (Hubschrauber) des Rotors befestigt sein, im Idealfall nahe des Schwerpunktes des Hubschraubers. Die (x,y,z)-Position jedes Beschleunigungsmessers (oder des Würfels) in Bezug auf den Schwerpunkt des Hubschraubers muß bekannt sein, ebenso die positive Erfassungsrichtung jedes Beschleunigungsmessers und die Empfindlichkeit des Beschleunigungsmessers. Weiters muß die "Blip"-Position (0º bis 360º) des Tachometers innerhalb des Hubschrauberbezugssytems bekannt sein, ebenso die "Blip"-Pulslänge in msec und der erwartete "Blip"-Spannungswert.
Die in Fig. 3 gezeigte Sensorgruppe verwendet sechs Beschleunigungsmesser für je einen Freiheitsgrad, die in Paaren montiert sind. Die sechs einachsigen Beschleunigungsmesser sind in geeigneten Positionen innerhalb des festen Rahmens unter Bedachtnahme darauf montiert, daß jeder Beschleunigungsmesser (oder jede Gruppe von zwei) seine Erfassungsachse parallel zu einer der Referenzachsen hat. Die Anordnung der Beschleunigungsmesser kann wie folgt einzeln angegeben werden:
1. Man wähle einen Referenzpunkt, der jeder beliebige Punkt des festen Rahmens sein kann (ein Schraubenkopf zum Beispiel). Wenn der Punkt gewählt ist und seine Koordinaten in bezug auf den Rest des Hubschraubers bekannt sind, ist die weitere Vorgangsweise vereinfacht. Insbesondere kann bei Kenntnis der Koordinaten des Referenzpunktes und des Schwerpunktes der Transformationsvektor rref/cm leicht bestimmt werden.
2. Von diesem Referenzpunkt, der jetzt ein zum globalen Koordinatensystem des Hubschraubers paralleles Referenzkoordinatensystem besitzt, können die kartesischen Koordinaten jedes Platzes eines Beschleunigungsmessers bestimmt werden. Diese Koordinaten sind durch rab gegeben, wobei die Tiefzahl "a" die Nummer des Beschleunigungsmessers und die zweite Tiefzahl "b" die Komponentenachse benennt.
Die in Fig. 4 gezeigte Sensorgruppe verwendet einen triaxialen Beschleunigungsmesser 34 und drei Beschleunigungsmesser 36 für je einen Freiheitsgrad. Diese Gruppe verwendet die Stelle des triaxialen Beschleunigungsmessers als Referenzpunkt. Die Datenausgabe des triaxialen Beschleunigungsmessers 34 reicht für die Bestimmung des Translationsbeschleunigungsvektors des Referenzpunktes Aref aus.
Der Vorteil der Verwendung einer Gruppe gemäß Fig. 4 gegenüber einer Gruppe gemäß Fig. 3 ist der, daß die Gruppe gemäß Fig. 4 weniger Sensorstellen benötigt. Die Stellen der drei einaxialen Beschleunigungsmesser 36 werden in derselben Weise bestimmt, wie sie für die Sensorgruppe der Fig.3 vorgeschrieben ist. Die in Fig. 3 und 4 gezeigten Beschleunigungsmesseranordnungen können auf einem einzigen Gestell angeordnet werden, um einen Beschleunigungsmesser für sechs Freiheitsgrade zu bilden, und so ein Gestell kann als einzelne Einheit am Hubschrauber befestigt werden.
Für ein eine der Sensorgruppen verwendendes System sind die Größen der Beschleunigungsvektoren, wie sie durch die montierten Beschleunigungsmesser gemessen sind, als A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4;, A&sub5; und A&sub6; gegeben (wobei Ai = KiVi; Vi entspricht der Beschleunigungsmesserausgangsspannung und Ki ist der Kalibrierungskoeffizient für den i-ten Beschleunigungsmesser). Die Referenzkoordinatenachsen sind parallel zu den Schwerpunktskoordinatenachsen. Der Positionsvektor vom Referenzpunkt zum Schwerpunkt ist durch rref/cm gegeben, wobei die Komponenten Xref/cm, Yref/cm und Zref/cm vom Referenzpunkt zum Schwerpunkt gemessen sind.
Die berechneten Vektoren aref und Ωcm werden mit rref/cm verwendet, um den Translationsbeschleunigungsvektor des Schwerpunktes Acm zu berechnen. Die Koordinatenachsen des Schwerpunktes in bezug auf den Hubschrauber sind in Fig. 5 gezeigt.
Unter Bezug auf die in Fig. 1 gezeigte Konstruktion des Systems umfaßt der Signalaufbereiter 42 sechs Vorverstärker 44 für die Vorverstärkung des Dateneingangs von den sechs Beschleunigungsmessern einer Gruppe zum Signalaufbereiter 42. (Natürlich ist, wenn eine größere Anzahl von Beschleunigungsmessern im System sind, auch eine gleiche Zahl von Vorverstärkern vorhanden). Sechs Tiefpaßfilter 46, von denen jeder mit einem Vorverstärker 44 verbunden ist, filtern die Daten auf 400 Hz. Sechs Stufenverstärker, von denen jeder mit einem Tiefpaßfilter 46 verbunden ist, halten die Daten beim optimalen Arbeitspunkt eines Analog-Digital-Umsetzers. Eine Steuereinheit 50 ist für die Kontrolle der Arbeit der Stufenverstärker 48 vorgesehen, und die Verstärkung wird während der Datenerfassung nicht verändert. Analog-Digital-Umsetzer 52, die mit den Stufenverstärkern 48 verbunden sind, setzen die Daten in 12 Bits für die Eingabe in den Signalprozessor 60 um.
In einer bevorzugten Ausführung werden Filter- und Abtastparameter so ausgewählt, daß alle überlappenden Komponenten mehr als 40 dB darunter liegen und die Imband-Welligkeit ±1 dB ist. Das Abtasthalteglied, A/D-Umsetzer 52 und Stufenverstärker 48 halten das Quantisierungsrauschen bei zumindest 60 dB unter den digitalisierten Daten.
Wenn Dehnungsmesser oder andere Bewegungsumformer anstelle von Gruppen von Beschleunigungsmessern verwendet werden, kann die Signalaufbereitung adaptiert werden, um die anderen Sensoren zu akzeptieren, wobei eine Voraufbereitung des Sensorsignale erforderlich sein kann.
Signale des Tachometers (oder mehrerer Tachometer) werden an einen impulsformenden Filter 54 angelegt, der zwischenspeichert und eine Tiefpaßfilterung der Signale des Tachometers durchführt. Ein Stufenverstärker 56 empfängt die Signale des impulsformenden Filter 54 und steuert in Verbindung mit der Steuereinheit 50 die Stufenverstärkung des Signals und das Signal wird in einer Weise abgetastet, die Variationen in der Stärke und der Wellenform der Tachometersignale toleriert. Ein A/D-Umsetzer 58 setzt die Daten in eine für die Eingabe in den Signalprozessor 60 geeignete Form um.
In einer bevorzugten Ausführung umfaßt der Signalprozessor 60 einen digitalen Filter 62 für alle eingehenden Daten. Zusätzlich zum digitalen Filter umfaßt der Signalprozessor 60 einen Allzweckmikroprozessor 64, einen Gleitpunktprozessor 66, einen Speicher 68 und verschiedene Schnittstellen. In einer bevorzugten Ausführung ist der Allzweckmikroprozessor ist ein Motorola-68010-Prozessor mit einem zugeordneten 68881-Gleitpunktprozessor, der den Signalaufbereiter steuern kann, mit einem Haupt- oder tragbaren Rechner verbunden ist und eine höhere Programmiersprache unterstützt. Die Arbeitsprogramme sind in einem EPROM resident. Vorzugsweise ist der Speicher 68 groß genug um Daten von bis zu 100 Umdrehungen zwischenzuspeichern, zu bearbeiten und auszugeben. Es soll ebenso die bearbeitenden Arbeitsprogramme, dazwischenliegende und zwischengespeicherte Daten für eine Digital-Analog-Ausgabe beinhalten. Die Steuereinrichtung umfaßt eine Schnittstelle für einen Eingangssignalaufbereiter, eine Schnittstelle für eine Ausgangsaufbereiter und eine Schnittstelle zum Postprozessor. Die Signalbearbeitung kann ebenso mittels eines Feldrechners durchgeführt werden.
Der Postprozessor 80 ist vorzugsweise ein tragbares Rechnersystem (kann aber voll in den Signalprozessor integriert sien), das mit dem Hubschrauber mitgeführt werden kann (beispielsweise ein Gridlite -System). Zumindest enthält dieser Postprozessor 1) einen Speicher, einen Zentralrechner und unterstützende Geräte, 2) eine Anzeige, 3) eine Tastatur, 4) ein Diskettenlaufwerk, 5) eine Schnittstelle zum Signalprozessor, 6) Tageszeit und Datum, 7) eine Druckerschnittstelle. Der Postprozessor muß mit einer Batterie ohne Aufladung für einen kompletten datensammelnden Flug versehen sein.
Die verschiedenen Funktionen des Systems, die zwischen dem Signalprozessor 60 und dem Postprozessor 80 aufgeteilt sind, sind in Fig. 6 gezeigt. Die prinzipiellen Funktionen des Signalprozessors sind 1) Datenerfassung und Signalbearbeitung, 2) Kalibrierung, 3) Selbsttest, und 4) Datenanalyse. Die prinzipiellen Funktionen des Postprozessors sind 1) Datenverwaltung, 2) Ausführung von Algorithmen für die Bestimmung der besten Rotoreinstellungen, und 3) Schnittstelle und Kommunikation mit dem Benützer.
Die primäre Funktion der vom Signalprozessor 60 ausgeführten Datenanalyse und Signalbearbeitung ist die Erzeugung von Fourierkoeffizienten für eine wählbare Zahl von Umdrehungen des Hubschrauberrotors, wie oben beschrieben. Die Fourierkoeffiizienten werden für eine wählbare Zahl von Harmonischen der 1/REV-Grundfrequenz berechnet. Diesen Koeffizienten (Größe und Phase) werden über ein wählbare Periode inkohärent gemittelt und an den Postprozessor zur Speicherung gesandt.
Zusätzlich zur Bearbeitung der Daten aus dem oben genannten Bewegungsumformer (Sensorgruppe) muß der Signalprozessor auch Signale vom Anzeigegerät der Antriebswellenposition bearbeiten. Falls als Anzeigegerät für die Antriebswellenposition ein Tachoineter verwendet wird, kann die folgende Methode für die Bestimmung der Antriebswelle verwendet werden. Sobald die Daten erfaßt sind, wird die Tachometerbearbeitung durchgeführt um das exakte Auftreten der ersten N Tachometerimpulse in der Zeit zu bestimmen. Diese Bearbeitung besitzt die folgende Form:
Unter der Annahme, daß tn das abgetastete Tachometersignal ist, so wird als gleitendes Fenster die Summe über n
gebildet, wobei 2K zur Anpassung an die Tachometerimpulsbreite gewählt wird. Es wird zusammengezählt:
SUMn = An + Bn (25)
Wenn SUMn größer als ein Schwellwert ist, wird ein Impuls festgestellt. Bei einer Schwellwertüberschreitung wird die Tachometerimpulsmitte berechnet als
Dn = An - Bn (26)
Dn ist kleiner als 0 beim Eingang des Impulses und größer als 0 beim Ausgang des Impulses. Es durchläuft 0 in der Impulsmitte. Der näheste Tachometerimpulsindex (n&sub0;) wird als Impulsort definiert. Diese Vorgangsweise wird für eine auswählbare Anzahl von Umdrehungen wiederholt. Die Beschleunigungsdaten werden dann bearbeitet, um mit diesen Orten übereinzustimmen.
Wenn Ni; i = 1,..NREV jene Orte sind, dann sind die Längen NAi der Verarbeitungsdatensätze der zugeordneten Fouriertransformation bestimmt durch
worin
fstach = Abtastfrequenz des Tachometers
fsacc = die Abtastfrequenz des Beschleunigungsmessers,
[ ] = > näheste ganze Zahl ---.
Die Tachometerbearbeitung berechnet dann die n&sub0; zugeordnete Startadresse der Beschleunigungsmesserdaten. Für jede Umdrehung berechnet die Tachometerbearbeitung die Datensatzlängen der Beschleunigungsmesserdaten NAi. Für jede Datensatzlänge berechnet die Beschleunigungsmesserbearbeitung dann die zugeordneten Grundfrequenzen, die bestimmt sind durch:
worin m ein der Zahl der Harmonischen entsprechender Eingangsparameter und i der Rotationsindex ist. Dann berechnet der Prozessor für jede Umdrehung
worin sind: an die Zeitdaten des Beschleunigungsmesser =
φ das Phasenungleichgewicht,
&epsi; die Zeitversetzung, sodaß &epsi; ≤ 1/fsacc,
j -1,
i der Zeitdatensatz, und
k der Kanalindex
Diese Gleichung kann auch angeschrieben werden als:
Die Summenbildung der Reihen von (31) führt zu:
worin der Term (Ae)jφ der gewünschten Ausgabewert ist, und f und &epsi; vom Tachometer bekannt sind.
Der Vorgang wird für die nächsten NAi der Beschleunigungsmesserabtastwerte wiederholt. Man beachte, daß die (fm)i's von Datensatz zu Datensatz aufgrund unterschiedlicher Ni's (Rotationsperioden) verschieden sein können.
Am Ende jeder Roationsperiode werden die Fourierkoeffizienten kohärent von Frequenz zu Frequenz addiert:
[IYfm]ik = [IYfm](i-1)k + [Yfm]ik (32)
worin i = die Rotationsanzahl und m = die Frequenz, und IY der integrierte Ausgabe ist.
Am Ende der ausgewählten koh renten Mittelungszeit wird die Größe und die Phase des Koeffizienten berechnet als
Diese Komponenten werden dann kalibriert und inkohärent mit den Koeffizienten aus dem nächsten ausgewählten Datenschnappschuß gemittelt. Bei jeder Frequenz (fm) werden dann die Beschleunigungsmesserkanäle durch Addieren, Differenzbildung und Multiplikation kombiniert, um die sechs Komponeneten der Bewegung der Rotorträgerstruktur zu bilden. Nach der Vervollständigung werden die kalibrierten durchschnittlichen Fourierkoeffizienten an den Postprozessor zur Speicherung übermittelt. Wie früher beschrieben, werden diese Koeffizienten dann verwendet, um die von einer bestimmten Rotoreinstellung abhängige Beschleunigung zu bestimmen, und ein vollständiger Satz solcher Koeffizienten wird für die Bestimmung der besten Kombination von Rotoreinstellungen für die Minimierung der Vibration der Rotorträgerstruktur eingesetzt.
Die vorstehende Erfindung ist zwar mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungen beschrieben worden, doch werden dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich erscheinen. Auch kann das System und das Verfahren, obwohl die oben angegebene Beschreibung primär auf den Hauptrotor eines Hubschraubers gerichtet ist, in Verbindung mit vielen anderen Hauptrotoren, Heckrotoren oder Propellern an anderen Fluggeräten, Schiffsschrauben, und in andere Geräten eingesetzten Ventilatoren od. dgl. verwendet werden. Auch kann, obwohl das System mit sechs Beschleunigungsmessern oder anderen Bewegungssensoren beschrieben ist, eine kleinere Anzahl angewandt werden, wenn beschlossen wird, daß ein oder mehr Freiheitsgrade der Bewegung der Rotorträgerstruktur entweder nicht wesentlich von den Rotoreinstellungen beeinflußt oder für den Benützer nicht von Interesse sind. Zusätzlich kann in Fällen, wo mehr als ein Rotor unter Verwendung des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu beruhigen sind, und/oder wenn eine mechanische Kupplung zwischen mehrfachen Rotoren besteht, die Zahl der Sensoren und Bearbeitungskanäle erhöht werden, um diesen Effekten Rechnung zu tragen. Das System und das Verfahren können modifiziert werden, um eine elastische Deformierung der Trägerstruktur zu berücksichtigen. Alle diese Abwandlungen und Änderungen sollen in den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims

1. Ein System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung, welche einen Rotor (14) mit daran angebrachten Rotorblättern (16) aufweist, wobei das System die folgenden Komponenten enthält:

Mittel zur Berechnung der Effekte von mechanischen Verstellungen um eine Größeneinheit auf die Kraft und das Moment, welches vom Rotor (14) auf die Trägerstruktur des Rotors (14) ausgeübt wird;

Mittel (a&sub1;-a&sub2;) zur Bestimmung von bis zu drei Komponenten der vom Rotor hervorgerufenen Kraft und bis zu drei Komponenten des vom Rotor hervorgerufenen Moments;

Mittel zur Detektierung der Winkelposition einer Welle des Rotors (14);

Mittel (60) zur Verarbeitung der Signale, welche von den Mitteln zur Bestimmung der Kraft- und Momentkomponenten und von den Mitteln zur Detektierung der Winkelposition der Welle erzeugt werden, zur Berechnung der Fourierkoeffizienten von Kraft und Moment;

Mittel (80) zur Bestimmung der optimalen mechanischen Einstellungen, welche zur minimalen Vibrationen in der Trägerstruktur des Rotors (14) führen, durch Herleitung der optimalen Einstellungen aus den erhaltenen Fourierkoeffizienten der Bewegung und aus den berechneten Effekten der mechanischen Verstellungen der Blätter um eine Größeneinheit;

Mittel (80) zur Vorschreibung von Verstellungen der Blätter (16) in Übereinstimmung mit den optimalen mechanischen Einstellungen.

2. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Bestimmung der Komponenten von Kraft und Moment bis zu sechs Beschleunigungsmesser (a&sub1;-a&sub2;) enthalten, welche geeignet angeordnet sind zur Auflösung von bis zu sechs Freiheitsgraden der Bewegung der Trägerstruktur des Rotors.

3. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Bestimmung von Kraft und Moment im wesentlichen im Schwerpunkt (CM) der Trägerstruktur des Rotors angeordnet sind.

4. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 1, wobei eine vorgeschriebene Verstellung der Einstellung eines Blattes (16) über Mittel zur Veränderung der Länge eines Anstellgliedes des Blattes (16), bei der der Angriffswinkel des Blattes (16) verändert wird, durchgeführt wird.

5. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 1, wobei eine vorgeschriebene Verstellung der Einstellung eines Blattes (16) über Mittel zum Ausstellen eines Hilfsruders oder eines Abschnittes an der Hinterkante des Blattes (16) in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung durchgeführt wird.

6. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 1, wobei eine vorgeschriebene Verstellung der Einstellung eines Blattes (16) über Mittel zum Hinzufügen oder Entfernen von Gewichten zum oder vom Blatt (16) an vorgegebenen Stellen des Blattes (16) oder der Nabe (20) durchgeführt wird.

7. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Berechnung der Effekte von mechanischen Verstellungen um eine Größeneinheit Mittel enthalten, durch welche eine Maßzahl für die Gesamtkraft und das Gesamtmoment an der Rotornabe (20) bestimmt wird, welche die vom uneingestellten Rotor (14) auf die Trägerstruktur ausgeübte Kraft bzw. das ausgeübte Moment, sowie die von jedem Typ der Verstellung hervorgerufene Kraft bzw. das hervorgerufene Moment umfassen.

8. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mittel zur Bestimmung einer Maßzahl für die Gesamtkraft und das Gesamtmoment Mittel zur Berechnung von

enthalten, worin

aj die Kraft/das Moment aufgrund der j-ten erlaubten Verstellung eines Blattes (16) um eine Größeneinheit und

N die Zahl der erlaubten Verstellungen eines Blattes (16) bezeichnen.

9. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mittel zur Bestimmung der optimalen mechanischen Einstellungen Mittel zur Minimierung der folgenden Beziehung enthalten:

an = der Fourierkoeffizient der Kraft/des Moments der n-ten Harmonischen der Rotationsfrequenz des Rotors (14);

Anj = der n-ten Term der diskreten Fourierreihe des j- ten Satzes von erlaubten Rotorblatteinstellungen (j = i,....,N) und

Fnj = die n-te Harmonische der Kraft/des Moments, die/das vom Rotor aufgrund einer Verstellung vom j-ten Typ um eine Größeneinheit hervorgerufen wird.

10. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 1, welches weiters enthält:

Mittel zur Berechnung eines gewichteten Mittelwertes der mittleren quadratischen Komponenten von Kraft und Moment bei einer Vielzahl von Flug- oder Betriebsbedingungen;

Mittel zur Bestimmung eines Satzes von optimalen Einstellungen des Blattes (16), welche diesen gewichteten Mittelwert minimieren.

11. Das System zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Bestimmung der optimalen mechanischen Einstellungen Mittel zur Berechnung des folgenden Ausdruckes enthalten:

abj = der tatsächliche optimale Betrag der vorgeschriebenen Verstellung vom j-ten Typ des Blattes b;

Anj = n-ter Term der diskreten Fourierreihe des j-ten Satzes der erlaubten Rotorblatteinstellung (j = 1,....,N).

12. Eine Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung, welche einen Rotor (14) mit daran angebrachten Rotorblättern (16) aufweist, wobei die Methode durch die folgenden Schritte charakterisiert ist:

Berechnung der Effekte von mechanischen Verstellungen um eine Größeneinheit auf die Kraft und das Moment, welches vom Rotor (14) auf die Trägerstruktur des Rotors (14) ausgeübt wird;

Bestimmung von bis zu drei Komponenten der vom Rotor hervorgerufenen Kraft und bis zu drei Komponenten des vom Rotor hervorgerufenen Moments;

Detektierung der Winkelposition einer Welle des Rotors (14);

Verarbeitung der Signale, welche die Kraft- und Momentkomponenten darstellen, und der Signale, welche die Winkelposition der Welle darstellen, zur Berechnung der Fourierkoeffizienten von Kraft und Moment;

Bestimmung der optimalen mechanischen Einstellungen des Rotors (14), welche zur minimalen Vibrationen in der Trägerstruktur des Rotors (14) führen, wobei die optimalen Einstellungen aus den erhaltenen Fourierkoeffizienten der Bewegung und aus den berechneten Effekten der mechanischen Verstellungen der Blätter (16) um eine Größeneinheit hergeleitet sind;

Vorschreibung von Verstellungen der Blätter (16) in Übereinstimmung mit den optimalen mechanischen Einstellungen.

13. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Bestimmung der Komponenten von Kraft und Moment die geeignete Anordnung von bis zu sechs Beschleunigungsmesser (a&sub1;-a&sub2;) vorsieht zur Auflösung von bis zu sechs Freiheitsgraden der Bewegung der Trägerstruktur des Rotors.

14. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 12, wobei weiters eine Einheit zur Bestimmung von Kraft und Moment, die vom Rotor (14) erzeugt werden, im wesentlichen im Schwerpunkt (CM) der Trägerstruktur des Rotors positioniert wird.

15. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 12, wobei eine vorgeschriebene Verstellung der Einstellung eines Blattes (16) durch eine Veränderung der Länge eines Anstellgliedes des Blattes (16), bei der der Angriffswinkel des Blattes (16) verändert wird, erfolgt.

16. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 12, wobei eine vorgeschriebene Verstellung der Einstellung eines Blattes (16) durch ein Ausstellen eines Hilfsruders oder eines Abschnittes an der Hinterkante des Blattes (16) in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung erfolgt.

17. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 12, wobei eine vorgeschriebene Verstellung der Einstellung eines Blattes (16) durch ein Hinzufügen oder Entfernen von Gewichten zum oder vom Blatt (16) an vorgegebenen Stellen des Blattes (16) oder der Nabe (20) erfolgt.

18. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Berechnung der Effekte von mechanischen Verstellungen um eine Größeneinheit einen Schritt enthält, in welchem eine Maßzahl für die Gesamtkraft und das Gesamtmoment an der Rotornabe (20) bestimmt wird, welche die vom uneingestellten Rotor (14) auf die Trägerstruktur ausgeübte Kraft bzw. das ausgeübte Moment, sowie die von jedem Typ der Verstellung hervorgerufene Kraft bzw. das hervorgerufene Moment umfassen.

19. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 18, wobei der Schritt der Bestimmung einer Maßzahl für die Gesamtkraft und das Gesamtmoment die Berechnung von

umfaßt, worin

aj = Kraft/das Moment aufgrund der j-ten erlaubten Verstellung eines Blattes (16) um eine Größeneinheit und

N = die Zahl der erlaubten Verstellungen eines Blattes (16).

20. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 19, wobei der Schritt der Bestimmung der optimalen mechanischen Einstellungen der Blätter (16) den Schritt der Minimierung der folgenden Beziehung umfaßt:

Fnj = die n-te Harmonische der Kraft/des Moments, die/das vom Rotor (14) aufgrund einer Verstellung vom j-ten Typ um eine Größeneinheit hervorgerufen wird.

21. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer einen Rotor (14) enthaltenden Einrichtung nach Anspruch 20, welches weiters den folgenden Schritt enthält:

Berechnung eines gewichteten Mittelwertes der mittleren quadratischen Komponenten von Kraft und Moment bei einer Vielzahl von Flug- oder Betriebsbedingungen;

Bestimmung eines Satzes von optimalen Einstellungen des Blattes (16), welche diesen gewichteten Mittelwert minimieren.

22. Die Methode zur Minimierung von Vibrationen oder Beanspruchungen einer Einrichtung nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Bestimmung der optimalen mechanischen Einstellungen Mittel zur Berechnung des folgenden Ausdruckes enthält:

αbj = der tatsächliche optimale Betrag der vorgeschriebenen Verstellung vom j-ten Typ des Blattes b;