專利名稱：平坦設(shè)計的轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)子葉片，具體來說由纖維加固塑料制成的旋翼飛機(jī)或直升機(jī)的主轉(zhuǎn)子。其包括葉片部分和用于將轉(zhuǎn)子葉片固定到驅(qū)動裝置的連接部分。連接部分包括套筒形連接裝置并位于轉(zhuǎn)子葉片的與葉片末梢相對的端部處并因此面向驅(qū)動軸。連接部分至少間接地將轉(zhuǎn)子葉片連接到驅(qū)動裝置。為此，連接部分包括例如用于螺栓連接的至少一個套筒形連接裝置。因?yàn)榭晌杖~片從其向前行進(jìn)產(chǎn)生的或由葉片的慣性導(dǎo)致的傾斜力矩， 所以轉(zhuǎn)子葉片更有利地具有在葉片的轉(zhuǎn)動平面中彼此相鄰布置的兩個套筒形連接裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，轉(zhuǎn)子葉片通常使用濕構(gòu)造法或預(yù)浸構(gòu)造法制造。這使得自動化程度低并需要大量的手工工作且導(dǎo)致成本集中且容易出錯。轉(zhuǎn)動葉片或其制造方法的即使小改進(jìn)也可因此具有降低成本或提高質(zhì)量的效果。新轉(zhuǎn)動葉片系統(tǒng)的開發(fā)主要是要降低功率要求、重量以及維護(hù)花費(fèi)，同時要提高壽命并減少制造成本。壽命基本上由轉(zhuǎn)動葉片和驅(qū)動裝置之間的力引入和力傳遞決定。力引入轉(zhuǎn)動葉片通常通過動態(tài)高負(fù)載的環(huán)和螺栓連接來實(shí)現(xiàn)。 環(huán)連接被認(rèn)為是適于纖維的解決方案。但是，發(fā)現(xiàn)環(huán)連接的工作強(qiáng)度取決于樹脂的特性。因此，需要附加的構(gòu)件來增加動態(tài)強(qiáng)度。螺栓連接作為可拆卸的連接是有用的。其中它們尤其使得形成主要地用在軍事領(lǐng)域中的可折疊鉸鏈成為可能。GB-A2131373揭示了用于旋翼飛機(jī)的主轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)子葉片由纖維加固塑料制成，包括葉片部分和連接部分，連接部分具有大致在連接部分的延伸平面中延伸的平坦纖維層，并將轉(zhuǎn)子葉片固定到驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置包括套筒形連接裝置。將軸向徑向彈性軸承引入葉片根部以連接轉(zhuǎn)子葉片。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是進(jìn)一步簡化特定類型的轉(zhuǎn)子葉片的制造。該目標(biāo)在特定類型的轉(zhuǎn)子葉片實(shí)現(xiàn)，首先在于連接裝置包括大體上在連接部分的延伸平面中延伸的平坦纖維層或尤其構(gòu)成。轉(zhuǎn)子葉片的連接部分大體上在其轉(zhuǎn)動平面內(nèi)延伸。根據(jù)本發(fā)明，所述部分從也在轉(zhuǎn)動平面中延伸的纖維層或從相應(yīng)的纖維捆形成。因此， 本發(fā)明不是通過所謂的站立環(huán)形成的環(huán)形連接裝置，在所謂的站立環(huán)中纖維層形成垂直于轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動平面站立的環(huán)。相反，當(dāng)形成環(huán)形或套筒形連接裝置時，其遵循位于轉(zhuǎn)動平面中的纖維層的應(yīng)力承載連接的原理。因此，這使得可能實(shí)現(xiàn)僅具有小的總高度的非常平坦的連接部分。因此，連接部分具有低的空氣動力阻力。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，形成連接部分的纖維層既包括單向?qū)?，且還包括以相對于單向?qū)右砸唤嵌葮修D(zhuǎn)延伸的附加纖維層。單向纖維層中纖維的對齊對應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的縱向。因此，單向纖維層可尤其最優(yōu)地并以節(jié)省材料方式傳遞轉(zhuǎn)子葉片的離心力。附加層的纖維可作為在單向纖維層之間的附加加強(qiáng)層以例如+/-30、+/-45、+/"60或0/90度的幾乎任意角度延伸。它們可包括大約50-60%單向纖維層，35-45%的+/-45度的纖維層和大約5-10%的0/90纖維層。這些附加的層還可由雙軸或三軸棉麻布或織物形成。該附加的纖維層可以在連接部分中以相同或不同的份額設(shè)置到它們之間的單向纖維。因此，連接區(qū)域中的整個橫截面可填充有纖維材料。 根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例，單向?qū)友由爝M(jìn)入轉(zhuǎn)子葉片的葉片部分中。因此， 它們形成連接部分和葉片部分的組份。那里它們可連續(xù)地延伸到葉片末梢。具體來說，它們可形成葉片部分的翼梁，翼梁沿葉片的縱向方向延伸并形成葉片的前緣。由此，它們保證了葉片部分到連接部分的良好連接。附加層還可至少部分地延伸進(jìn)入葉片部分并有助于其形成。葉片表皮的層也可結(jié)合到連接部分。但是，單向?qū)拥倪B續(xù)流向與此相比具有的有利之處在于它們根據(jù)力流向和離心力的方向延伸并盡可能地使用最少的材料將這些力傳遞進(jìn)入連接部分。根據(jù)本發(fā)明的另一個有利實(shí)施例，結(jié)合到轉(zhuǎn)子葉片的葉片部分的單向纖維層主要布置在連接裝置的表面附近區(qū)域中。因此，它們包圍附加層或加強(qiáng)層，結(jié)果是連接部分可增加其彎曲剛度并改進(jìn)其強(qiáng)度特性。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實(shí)施例，連接部分包括相對于轉(zhuǎn)子葉片的縱向軸線以大約 90度延伸的附加加強(qiáng)層。連接部分的強(qiáng)度還可通過該方式進(jìn)一步提高。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實(shí)施例，所有的纖維層包括具有玻璃纖維和碳纖維組份的織物或棉麻布。因此，轉(zhuǎn)子葉片且具體是其連接部分以玻璃纖維和碳纖維的混合設(shè)計構(gòu)造， 這同時包括了兩者材料的有利之處。因此，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)應(yīng)力承載連接的原理形成套筒形連接裝置。這意味著螺栓連接區(qū)域中的纖維層被套筒形間隙中斷。如在現(xiàn)有的技術(shù)中，該間隙可通過將轉(zhuǎn)子葉片的纖維層引入連接部分內(nèi)而省略。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，套筒形連接裝置由大致垂直于連接部分的延伸平面的孔形成?？淄ㄏ驊?yīng)力承載連接，應(yīng)力承載連接在工作過程中或多或少單獨(dú)地在它們的延伸平面中負(fù)載連接部分的纖維層并因此最優(yōu)地適于纖維。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)力通過螺栓引入時，由于應(yīng)力承載連接代替站立環(huán)，因此不再有致使環(huán)中分層和破裂的力偏移進(jìn)入纖維層。相反，被加載的纖維層在連接部分與轉(zhuǎn)子葉片之間幾乎沒有偏移地延伸。因此，可使用最少的材料達(dá)到最大的承載能力。這有利于制造成本低廉、長壽命、連接部分的小厚度尺寸以及轉(zhuǎn)子葉片的輕重量。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實(shí)施例，連接裝置具有襯里形金屬加強(qiáng)件。因此，一方面， 可改進(jìn)進(jìn)入以纖維復(fù)合設(shè)計的連接部分的力引入并使其更均勻，且另一方面，可減少連接裝置的磨損。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實(shí)施例，套筒形連接裝置在轉(zhuǎn)子葉片的縱向軸線中和沿與轉(zhuǎn)子葉片的縱向軸線成直角方向的邊緣距離是不同的。因此，應(yīng)力承載連接的失效的不同情形可以抵消。沿葉片的縱向方向，通過設(shè)定連接裝置在前側(cè)處的邊緣距離尺寸，可實(shí)現(xiàn)足夠的剪切強(qiáng)度以防止由于剪切破壞而撕掉連接裝置。連接裝置到沿葉片縱向方向延伸的側(cè)邊緣的邊緣距離可能與彼此的距離一起決定了其為消除面頰破裂的拉伸強(qiáng)度。側(cè)面邊緣距離可通過單向纖維層的稍微較高份額而保持稍微較低。


本發(fā)明的原理將參照作為示例的

在下文進(jìn)一步詳細(xì)描述。在附圖中
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的負(fù)載連接，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的連接部分，以及圖3示出用于將轉(zhuǎn)子葉片和連接部分形成在一起的纖維層。
具體實(shí)施例方式圖1示出現(xiàn)有技術(shù)。為此，圖Ia示出在轉(zhuǎn)子葉片連接的位置處的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一部分。可立即識別的葉片部分a過渡到在其中形成環(huán)連接的連接部分b。這形成與驅(qū)動裝置 c的接口，接口以叉形包圍連接部分b。螺栓d將裝置c連接到連接部分b。圖Ib示出根據(jù)圖Ia的在螺栓d的區(qū)域中的剖視圖。葉片部分包括環(huán)狀的玻璃纖維，稱為粗紗e。粗紗e在纏繞的纖維襯里k周圍纏繞成環(huán)f。在圖Ib的剖視圖中，粗紗e 的平面因此平行于螺栓d和襯里k的軸線方向或垂直于連接部分b的延伸平面延伸。它們形成賦予連接部分b以高度H的“站立”環(huán)f。在它們之間是填充有水平涂敷纖維材料或切碎纖維塊的中部空間g。因此，在環(huán)f與中部空間g的纖維材料之間形成了不利的分離表面圖2示出對比圖。圖2a中，可從轉(zhuǎn)子葉片1識別葉片部分10的過渡到連接部分 12的短部分。該部分被驅(qū)動裝置18的叉形接口包圍，且通過可拆卸螺栓20可拆卸地固定到驅(qū)動裝置18的叉形接口。圖2b示出根據(jù)圖2a穿過連接部分12的剖視圖。這完全通過層疊地水平涂敷的纖維層Sl至S18而形成。連接裝置14形成穿過纖維層Sl至S18的兩個垂直延伸的孔16。 形成連接部分12的重疊的纖維層Sl至S18在一起具有厚度h。然后，孔16僅鉆在連接部分12中。這致使非常一致和均勻地形成孔16的規(guī)則柱面應(yīng)力承載，可確切地識別孔16上隨后的生產(chǎn)。因?yàn)樵瓲铒@示形式，連接部分12的其余橫截面直到孔16的邊緣是完全可承載的，結(jié)果是橫截面的最優(yōu)利用且因此連接部分12的最小尺寸?？?6垂直于其延伸平面穿過連接部分12的纖維層Sl至S18且因此以最適合纖維的方式最優(yōu)地對它們加載。在通過螺栓20引入力的過程中，由于孔16的應(yīng)力承載連接， 沒有進(jìn)入纖維層Sl至S18的力的偏移，該偏移可引起連接部分12中的分層。因此，可使用最少的材料達(dá)到最大的承載能力。這有利于有成本低廉的生產(chǎn)、長壽命、小延伸尺寸以及輕的轉(zhuǎn)子葉片1重量。在根據(jù)圖2c的連接部分12的平面圖中，可識別孔16具有比到其前側(cè)24的距離 (邊緣距離R2)短的到連接部分12的側(cè)邊緣22的邊緣距離R1。根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法使得可能實(shí)現(xiàn)使連接部分12適于隨后的載荷的材料節(jié)省。由于沿葉片的縱向方向撕掉至少一個孔16而產(chǎn)生的應(yīng)力承載連接的剪切失效被足夠尺寸的邊緣距離R2抵消。R2與連接部分12的高度h—起限定了用于剪切應(yīng)力的每個孔16的兩個傳遞表面。具有橫向延伸纖維的層尤其吸收該負(fù)載。連接部分12沿橫向于葉片的縱向方向的方向穿過兩個孔16的失效，即“面頰破裂”，相當(dāng)于拉伸斷裂。由此被加載的橫截面從連接部分12的寬度乘以其高度h減去孔16 的應(yīng)力承載表面來計算。因?yàn)樵诳?6之間有足夠適于承載的橫截面，所以邊緣距離Rl可更小。拉伸載荷可基本上由單向?qū)覵2、S3、S5、S7以及S8(參見圖3)吸收。根據(jù)圖Ia或Ib和2a或2b的側(cè)視圖或剖視圖示出根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造方法的另一個優(yōu)點(diǎn)具有大約36mm的高度h的連接部分12大大小于具有約58mm的高度H的現(xiàn)有技術(shù)。因?yàn)楹穸菻或h決定連接部分b或12的空氣動力地暴露于來流的區(qū)域，所以根據(jù)本發(fā)明的連接部分12提供了足夠低的空氣動力阻力。另一方面，在根據(jù)圖Ic或2c的平面圖中，連接部分12的延伸平面中的較大尺寸是顯然的。具有相當(dāng)?shù)某休d能力，根據(jù)本發(fā)明的邊緣距離R2大約為現(xiàn)有技術(shù)的1. 5倍大。 邊緣距離Rl也更大。但是，因?yàn)檫@些尺寸在空氣動力學(xué)無作用的轉(zhuǎn)動平面內(nèi)延伸且在該平面中的轉(zhuǎn)子葉片連接幾乎不受任何結(jié)構(gòu)限制，因此可接受這些擴(kuò)大的尺寸。 圖3示出纖維層Sl至S18的截面和布置平面的示例。沿箭頭E的方向，將它們插入用于樹脂注射方法的產(chǎn)品模具中以形成轉(zhuǎn)子葉片1的下部殼。首先要放置在模具中的層 Sl包括具有相對于轉(zhuǎn)子葉片1的縱向軸線+/-45度角度對齊的多軸向織物并形成下部葉片表皮。接下來的層S2和S3是形成轉(zhuǎn)子葉片1的翼梁的部分的單向纖維層。它們在葉片部分10中平坦地且矩形地延伸且在其基部表面上在連接部分12中突然擴(kuò)展。層S4是包括三軸向織物的加強(qiáng)層。如圖所示，與層S3相比，層S4不再填充整個連接部分12。接下來的層S5也包括單向纖維材料。該層延伸通過整個葉片部分10并在其寬度方向上在連接部分12中擴(kuò)展。這同樣形成轉(zhuǎn)子葉片1中翼梁的一部分。它也不再沿轉(zhuǎn)子葉片1的縱向方向填充連接部分12的整個長度。相應(yīng)地，接下來是層S6至S8。不同于上述原理，層SlO形成包括單向纖維材料的加強(qiáng)層。與單向纖維材料的上述層S2、S3、S5、S7以及S8相反，其不涉及在轉(zhuǎn)子葉片1中形成翼梁。接下來的層Sll至 S18也是加強(qiáng)層，除了最后的層S18之外，這些加強(qiáng)層不再填充整個連接部分12。層Sl至S3以及S5、S7和S8形成葉片部分10的下部殼并被進(jìn)一步引入轉(zhuǎn)子葉片 1的連接區(qū)域12中。如此，在連接部份處它們通過在它們之間并為此設(shè)置加強(qiáng)層S4、S6、S9 至S18而隔開。圖3示出纖維層S2至S18，它們從連接部分12到葉片部分10的過渡幾乎相對于葉片的縱向軸線以直角延伸。在過渡處，它們每個具有邊緣K，邊緣K相對于葉片的縱向軸線A大致以直角延伸并逐層變短。邊緣K的錯列布置產(chǎn)生從連接部分12到葉片部分10的順滑過渡而無剛性跳躍。圖4在截面圖中示出另一實(shí)施例，纖維層Tl至T16遵循根據(jù)圖3的基本結(jié)構(gòu)，但層T2至T16具有關(guān)于連接部分12’到葉片部分10’之間的過渡的修改形式邊緣L(僅標(biāo)示層T2至T4的邊緣作為示例)不是在層T2至T8中以直角延伸，但是至少部分地相對于葉片的縱向軸線A傾斜。另一方面，層T9至T16的邊緣L具有幾乎關(guān)于縱向軸線A對稱的凹陷類型，它的形式因此類似于牙根。層T15和T16的末梢被切除，使得它們額外獲得相對于軸線A傾斜的邊緣M。邊緣L也類似于邊緣K(參見圖3)。這防止了突然的剛性過渡并因此改進(jìn)連接的強(qiáng)度性能。因?yàn)閷应?至Τ16的錯列凹陷，形成了用發(fā)泡芯材或類似物填充的空腔。層Τ16 接下來至少有另一層，由于會覆蓋圖4中可識別的布置，所以未示出該層。雖然以詳細(xì)描述的上述轉(zhuǎn)子翼包括示例性實(shí)施例，但其可在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)由熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員以通常的方式廣泛地修改。具體來說，纖維層的具體切割和它們布置的順序可以和本文所述不同的形式實(shí)現(xiàn)。同樣，因?yàn)榭臻g或設(shè)計的原因，如有必要，聯(lián)接到連接部分的機(jī)構(gòu)可以不同形式構(gòu)造。此外，所使用的不定冠詞“一”或“一個”并不排除相關(guān)特征也為復(fù)數(shù)的情況。附圖標(biāo)記列表a葉片部分

b連接部分c驅(qū)動裝置d螺栓e粗紗f環(huán)g中部空間i分離表面k襯里1轉(zhuǎn)子葉片10，10，葉片部分12，12，連接部分14連接裝置16？L18驅(qū)動裝置20螺栓22側(cè)邊緣24前側(cè)A轉(zhuǎn)子葉片的縱向軸線H, h 高度K層S12至S18的邊緣L 層T2至T16的邊緣M 層 T15、T16 的邊緣RU R2邊緣距離Sl至S18纖維層
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子葉片(1)，具體用于旋翼飛機(jī)的主轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子葉片(1)由纖維加固塑料制成，所述轉(zhuǎn)子葉片(1)包括-葉片部分(10)，-連接部分(12)，所述連接部分(12)用于將所述轉(zhuǎn)子葉片(1)固定到驅(qū)動裝置(18)， 所述連接部分(12)包括套筒形連接裝置(14)和螺栓(20)，所述套筒連接裝置(14)具有大致在所述連接部分(12)的延伸平面內(nèi)延伸的平坦纖維層(Si至S18)，所述螺栓(20)大致垂直于所述連接部分(12)的所述延伸平面引入以將所述連接部分(12)固定到所述驅(qū)動裝置(18)，其特征在于，所述套筒形連接裝置(14)形成為應(yīng)力承載連接，所述連接部分(12)的所述平坦纖維層(Si至S18)由所述螺栓(20)加載。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述纖維層(Si至S18)包括單向?qū)?S2 ；S3 ；S5 ；S7 ；S8 ；SlO ；S12 ；S13 ；S15 ；S17)和相對于所述單向?qū)右砸欢ń嵌葮修D(zhuǎn)延伸的附加層(Si ；S4 ；S6 ；S9 ；Sl ；S14 ；S16 ；S18)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，單向?qū)?S2；S3 ；S5 ；S7 ；S8)延伸進(jìn)入所述葉片部分(10)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述葉片部分(10) 的葉片表皮的纖維層(Si)結(jié)合到所述連接裝置(12)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，在所述纖維層(Si至 S3 ；S5 ；S7 ；S8)之間的不從所述葉片部分(10)延伸進(jìn)入所述葉片部分(10)的加固層(S4 ； S6 ； S9 至 S18)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，大致垂直于所述連接部分(12)的所述延伸平面以形成眼形連接裝置(14)的孔(16)。
7.如上述權(quán)利要求所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述眼形連接裝置(14)的襯里形金屬加固件。
8.如所要求權(quán)利的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，布置在所述連接裝置(12)的表面附近區(qū)域內(nèi)的單向?qū)?S2 ；S3 ；S5 ；S7 ；S8)。
9.如上述權(quán)利要求中一項所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，相對于所述轉(zhuǎn)子葉片(1) 的所述縱向軸線以大致90度的角度延伸的加固層。
10.如上述權(quán)利要求中一項所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述纖維層(Si至S18) 的玻璃纖維和碳纖維份額。
11.如上述權(quán)利要求中一項所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述套筒形連接裝置 (14)沿所述轉(zhuǎn)子葉片⑴的所述縱向軸線方向和沿與所述轉(zhuǎn)子葉片⑴的所述縱向軸線成直角方向的不同邊緣距離。
全文摘要
由纖維加固塑料制成的具體是旋翼飛機(jī)的主轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片(1)，包括葉片部分(10)和用于將轉(zhuǎn)子葉片(1)固定到驅(qū)動裝置(18)的連接部分(12)，連接部分(12)包括套筒形連接裝置(14)，轉(zhuǎn)子葉片(1)的進(jìn)一步開發(fā)在于，連接裝置(14)包括大致在連接部分(12)的延伸平面中延伸的平坦纖維層(S1至S18)。
文檔編號B64C27/46GK102442431SQ201010518039
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者A·瓦格奈, C·穆勒, E·艾采, G·昆特茨-費(fèi)切納 申請人:尤洛考普特德國有限公司