用于飛行器的復(fù)合螺旋槳葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛行器螺旋槳葉片、諸如在渦輪螺旋槳上存在的那些螺旋槳葉片的領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于渦輪螺旋槳的螺旋槳葉片通常由金屬材料制成。盡管由金屬材料制成的螺旋 槳葉片表現(xiàn)出良好的強度，然而，它們表現(xiàn)出相對較重的缺陷。
[0003] 為了獲得更輕的葉片，已知使用由復(fù)合材料制成的螺旋槳葉片，即通過利用纖維 加強件和樹脂基質(zhì)來制成結(jié)構(gòu)部件。
[0004] 文獻US2013/0017093和W0 2012/001279描述了利用流線型纖維結(jié)構(gòu)來制成螺 旋槳葉片，翼梁的一部分插入于流線型纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)以便將葉片的翼型部分成形從而形成螺 旋槳預(yù)成型件，螺旋槳預(yù)成型件隨后用基質(zhì)致密化。通過三維編織制成為單件的纖維結(jié)構(gòu) 包括非互聯(lián)區(qū)，非互聯(lián)區(qū)用于在纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成凹腔，翼梁的成形部分插入于凹腔內(nèi)。
[0005] 由于具有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（S卩，由基質(zhì)致密化的纖維加強件）制成的表皮，以那種方 式獲得的螺旋槳葉片呈現(xiàn)出較低的總重量和顯著的機械強度。
[0006] 為了賦予葉片的大部分暴露部分（S卩，其前邊緣）良好的強度，纖維結(jié)構(gòu)并不包括 在形成葉片的前邊緣的纖維結(jié)構(gòu)的這些部分中的任何開口或非互聯(lián)區(qū)。設(shè)置于纖維結(jié)構(gòu)內(nèi) 部的非互聯(lián)區(qū)向該結(jié)構(gòu)的底邊緣或后邊緣打開以便形成開口，開口允許將翼梁的成形部分 插入于纖維結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
[0007] 然而，在某些情形下，諸如當(dāng)葉片經(jīng)受高水平的機械荷載以碰撞或沖擊時，將成形 部分保持在致密化纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)的其參考位置可能較難，特別是在纖維結(jié)構(gòu)的后邊緣處，由 于在纖維結(jié)構(gòu)的這個位置存在非互聯(lián)，纖維結(jié)構(gòu)的后邊緣具有減小的強度。
[0008] 發(fā)明目的和內(nèi)容
[0009] 因此，需要能提供上文多描述類型的飛行器螺旋槳葉片，但其呈現(xiàn)增加的機械強 度，特別是在保持翼梁的成形部分在葉片纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部的位置方面。
[0010] 為此目的，本發(fā)明提供一種飛行器螺旋槳葉片，其包括流線型結(jié)構(gòu)，流線型結(jié)構(gòu)由 至少一件纖維加強件以及翼梁構(gòu)成，通過三維編織紗線并且用基質(zhì)致密化而獲得纖維加強 件，翼梁包括擴大部分以及成形部分，擴大部分在纖維加強件外部延伸并且形成葉片根部， 成形部分存在于纖維加強件內(nèi)部布置的凹腔中，纖維加強件包括形成纖維加強件內(nèi)部的形 成所述凹腔的非互聯(lián)區(qū)，非互聯(lián)區(qū)向纖維加強件的底部分和后邊緣打開以便形成開口，開 口用于將翼梁的成形部分插入于纖維加強件的凹腔內(nèi)，葉片的特征在于存在于纖維加強件 的后邊緣中的開口在小于凹腔高度的高度上延伸以便在所述后邊緣中留有固持部分，固持 部分至少部分地與翼梁的成形部分接觸。
[0011] 通過以此方式在后邊緣中設(shè)置固持部分，翼梁的成形部分更好地保持在纖維加強 件內(nèi)部的位置，并且盡管在加強件中存在非互聯(lián)區(qū)，這也是適用的。即使在葉片的流線型結(jié) 構(gòu)上存在機械應(yīng)力（碰撞、沖擊）的情況下，不存在成形部分在加強件內(nèi)部移動的風(fēng)險，因 為通過連續(xù)地編織加強件的各部分，成形部分保持在葉片前邊緣旁側(cè)和葉片后邊緣旁側(cè)。
[0012] 在本發(fā)明的葉片的第一方面，存在于纖維加強件的后邊緣中的開口在位于凹腔高 度的20%至50%范圍的高度上延伸。
[0013] 在本發(fā)明的葉片的第二方面，固持部分呈現(xiàn)在凹腔頂端和所述固持部分與纖維加 強件的后邊緣中存在的開口之間的接合部之間減小的寬度。在這些情形下，在成形部分與 固持部分之間的接觸區(qū)優(yōu)選地在凹腔高度的20%至50%的范圍的高度上延伸。
[0014] 在本發(fā)明的葉片的第三方面，翼梁包括復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)件和粘合性地結(jié)合到結(jié)構(gòu) 件的輪廓的一部分上的剛性蜂窩狀材料制成的部件。
[0015] 本發(fā)明還提供一種航空發(fā)動機，其包括本發(fā)明的多個葉片。
[0016] 本發(fā)明還提供一種飛行器，其包括至少一個本發(fā)明的航空發(fā)動機。
[0017] 最后，本發(fā)明提供一種制造飛行器螺旋槳葉片的方法，該方法包括至少：
[0018] 通過三維編織紗，將纖維坯料制造成單件，所述坯料包括形成坯料內(nèi)部的凹腔的 非互聯(lián)區(qū)，所述非互聯(lián)區(qū)向底部分和纖維坯料的后邊緣打開以便形成開口；
[0019] 制造包括擴大部分和成形部分的翼梁，擴大部分在纖維坯料外部延伸并且形成葉 片根部，并且成形部分存在于纖維加強件內(nèi)部形成的凹腔中；
[0020] 通過將翼梁的成形部分插入于纖維坯料中的凹腔內(nèi)而將纖維坯料成形以獲得用 于流線型結(jié)構(gòu)的預(yù)成型件；以及
[0021] 用基質(zhì)將預(yù)成型件致密化以便獲得流線型結(jié)構(gòu)，流線型結(jié)構(gòu)具有由所述預(yù)成型件 構(gòu)成并且由基質(zhì)致密化的纖維加強件；
[0022] 該方法的特征在于存在于纖維坯料的后邊緣中的開口在小于凹腔高度的高度上 延伸以便在所述后邊緣中留有固持部分，固持部分至少部分地與翼梁的成形部分接觸。
[0023] 在本發(fā)明的方法的第一方面，存在于纖維坯料的后邊緣中的開口在位于凹腔高度 的20%至50%范圍的高度上延伸。
[0024] 在本發(fā)明的方法的第二方面，固持部分呈現(xiàn)在凹腔的頂端與所述固持部分與在纖 維坯料的后邊緣中存在的開口之間的接合部之間減小的寬度。在這些情形下，在成形部分 與固持部分之間的接觸區(qū)較佳地在凹腔高度的20%至50%的范圍的高度上延伸。
[0025] 在本發(fā)明的方法的第三方面，通過制造復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)件并且將剛性蜂窩狀材料 制成的部件粘合性地結(jié)合到所述結(jié)構(gòu)件的輪廓的一部分上而制成翼梁。
【附圖說明】
[0026] 通過以非限制性示例給出的本發(fā)明的特定實施例的下文的描述，并且參考附圖， 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將會顯然，在附圖中：
[0027] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的飛行器螺旋槳葉片的透視圖；
[0028] 圖2是裝有本發(fā)明的多個螺旋槳葉片的渦輪螺旋槳的透視圖；
[0029] 圖3是用于制造圖1的螺旋槳葉片的翼梁的透視圖；
[0030] 圖4是示出三維編織纖維坯料以制成圖1的螺旋槳的示意圖；
[0031] 圖5是以更大比例示出紗層集合的片段截面圖，示出了在圖4坯料中如何形成非 互聯(lián)區(qū)；
[0032] 圖6是以更大比例示出紗層集合的片段截面圖，示出了制造圖4坯料中的非互聯(lián) 區(qū)的變型方式；
[0033] 圖7是示出將用于使圖3翼梁成形的部分插入于圖4的纖維坯料內(nèi)的透視圖；
[0034] 圖8是示出為了制造圖1的螺旋槳葉片執(zhí)行致密化之前的葉片預(yù)成型件的透視 圖；以及
[0035] 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式制造纖維坯料的變型方式的透視圖。
【具體實施方式】
[0036] 本發(fā)明一般而言涉及用于飛行器諸如飛機或直升機的發(fā)動機的各種類型的螺旋 槳。本發(fā)明的有利地但非完全地用于較大尺寸的螺旋槳，由于其大小，這種螺旋槳具有顯著 的重量，這明顯地影響了航空發(fā)動機的總重量。
[0037] 圖1示出了用于安裝到飛機渦輪螺旋槳上的螺旋槳葉片100,這種葉片包括：流線 型結(jié)構(gòu)110,這種流線型結(jié)構(gòu)110用于形成葉片的翼型件；根部120,根部120由較大厚度的 一部分（例如具有由柄腳130延伸的球狀部段）形成。在截面中，流線型結(jié)構(gòu)110呈現(xiàn)出 彎曲的外形，彎曲的外形具有在其前邊緣ll〇a與其后邊緣110b之間變化的厚度。
[0038] 如圖2所示，通過將葉片根部120接合在轉(zhuǎn)子51周圍形成的相應(yīng)凹腔（在圖2中 未示出）中而將螺旋槳100安裝于渦輪螺旋槳50的轉(zhuǎn)子51上。
[0039] 制造本發(fā)明的螺旋槳的方法包括制造如圖3所示的翼梁60,翼梁60用于部分地 插入于纖維坯料內(nèi)，纖維坯料將形成螺旋槳葉片的流線型結(jié)構(gòu)的預(yù)成型件。在此示例中，翼 梁60由結(jié)構(gòu)件20和剛性蜂窩狀材料30制成的部件構(gòu)成，由剛性蜂窩狀材料30制成的部 件粘合性地結(jié)合到該結(jié)構(gòu)件的輪廓的一部分上。
[0040] 翼梁60在此示例中具有成形部分61，成形部分61對應(yīng)于該結(jié)構(gòu)件的第一部分21 和粘合性地結(jié)合到所述部分21上由剛性蜂窩狀材料30制成的部件。成形部分61插入于 纖維坯料的凹腔內(nèi)以形成翼型件結(jié)構(gòu)的預(yù)成型件，如在下文中更詳細(xì)地描述。翼梁60還具 有對應(yīng)于結(jié)構(gòu)件20的第二部分22的擴大部分62,擴大部分62用于形成螺旋槳葉片10的 根部120 (圖1)，位于部分61與62之間的部分63用于形成螺旋槳的柄腳130 (圖1)。
[0041] 結(jié)構(gòu)件20由復(fù)合材料，即由基質(zhì)致密化的纖維預(yù)成型件制成。為此目的，制成纖 維預(yù)成型件，例如使用聯(lián)鎖編織通過三維或多層編織碳纖維紗而獲得纖維預(yù)成型件。在編 織用于結(jié)構(gòu)件20的纖維坯料期間，第二部分22可以通過使用更大重量的煒紗和額外的煒 紗層而獲得，或者通過插入一插件而獲得。
[0042] -旦制成了用于結(jié)構(gòu)件的預(yù)成型件，其被浸漬樹脂諸如雙馬來酰亞胺（BMI)樹 月旨，這種樹脂然后被聚合。這兩種操作可以使用樹脂傳遞模制（RTM)技術(shù)而執(zhí)行，如下文所 描述。在樹脂聚合之后，翼梁被機械加工到其最終尺