專利名稱：制作旋翼軛架的方法和旋翼軛架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋翼飛行器，具體來說，涉及用來將直升機葉片耦接到主軸的軛架。
背景技術(shù)：
旋翼飛行器的主旋翼組件的每個葉片通常必須利用旋翼軛架連接到主支撐軸，連 接方式允許具有若干自由度。這種互聯(lián)件容易受到扭轉(zhuǎn)和離心性質(zhì)的高強度重復(fù)應(yīng)力的影 響，因此是飛行器上極其重要的部件。每個葉片必須能圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)，以提供俯仰控 制。每個葉片必須能沿著垂直于旋翼平面的方向撲動，以適應(yīng)垂直載荷。在一些情況下，每 個葉片必須能在旋翼平面內(nèi)樞轉(zhuǎn)，以提供超前-滯后控制。葉片固緊到主支撐軸的方式允 許旋翼飛行器在飛行中受到控制和操縱。已經(jīng)采用了各種類型的旋翼軛架來互聯(lián)旋翼飛行器葉片和支撐主軸。金屬旋翼軛 架存在的缺陷是重量、成本、維護需求高、使用壽命短。已經(jīng)進行了一些嘗試來消除這種耦 接件中的一個或多個關(guān)節(jié)，以簡化構(gòu)造降低成本。一些旋翼軛架樞轉(zhuǎn)固緊到支撐主軸，并且 特征在于彈性足以用作真實鉸鏈并因此適應(yīng)葉片撲動的平板構(gòu)造。最近，在制造旋翼飛行器旋翼系統(tǒng)部件中，采用了玻璃纖維和其他復(fù)合材料。較之 機加工金屬鍛造，玻璃纖維和其他復(fù)合材料具有更為有利的疲勞特性，使得使用壽命更長。 此外，使用這種材料簡化了構(gòu)造并降低了成本。參照圖1和2，這種復(fù)合旋翼軛架，諸如旋翼 軛架101傳統(tǒng)上在剛性閉合模具諸如模具103中固結(jié)，形成旋翼軛架的總體形狀。但是，關(guān) 于這種旋翼飛行器的旋翼軛架，遇到的一個問題是在固結(jié)過程中，旋翼軛架的纖維扭曲或 “卷曲”。因為未固結(jié)旋翼軛架承受力，以符合由閉合模具形成的空腔諸如空腔105的形狀， 所以在未固結(jié)旋翼軛架中感生出機械應(yīng)力。在其中設(shè)置有纖維的樹脂基體以半液態(tài)或液態(tài) 沉積時，在固結(jié)循環(huán)的特定部分，纖維基本上不受約束。未固結(jié)旋翼軛架中感生的應(yīng)力借助 纖維在樹脂基體中運動或扭曲而得到緩解。在樹脂交聯(lián)在熱固性復(fù)合材料中的時候，或者 在樹脂在熱塑性復(fù)合材料中冷卻的時候，纖維被鎖在扭矩或卷曲狀態(tài)。在本領(lǐng)域中已經(jīng)有了許多旋翼飛行器軛架的設(shè)計方案，但是仍然存在顯著的缺 點ο


被認為是本發(fā)明特性的新穎特征在附帶的權(quán)利要求書中的論述。但是，本發(fā)明本 身以及優(yōu)選使用模式以及本發(fā)明的進一步目標(biāo)和優(yōu)勢，在結(jié)合附圖閱讀時，通過參照以下 詳細描述，將得到最好地理解，在附圖中，附圖標(biāo)記最左側(cè)的有效數(shù)字表示出現(xiàn)該附圖標(biāo)記 的第一幅圖，在附圖中圖1和2是類型化的截面圖，示出了用來制造飛行器復(fù)合旋翼軛架的方法；圖3是纖維加強的、聚合物基體復(fù)合旋翼軛架的頂視平面圖；圖4是類型化的立面圖，描繪了用來制造圖3中的復(fù)合旋翼軛架的例述性方法；圖5是類型化的截面圖，描繪了包括圖3中的復(fù)合旋翼軛架預(yù)制坯的例述性固結(jié)組件；圖6是與圖3中的復(fù)合旋翼軛架對應(yīng)的復(fù)合旋翼軛架預(yù)制坯的例述性實施方式的 頂視平面圖；圖7是包含一對圖3中的復(fù)合旋翼軛架的旋翼轂的例述性實施方式的頂視平面 圖；圖8是類型化的截面圖，描繪了替代圖5中的固結(jié)組件的例述性固結(jié)組件。
具體實施例方式雖然本發(fā)明容易進行各種改動和形成替代形式，但是在附圖中作為示例示出了本 發(fā)明的具體實施方式
，并且在文中進行詳細描述。但是，應(yīng)該理解，文中具體實施方式
的描 述并未有意將本發(fā)明限制于所公開的特定形式，而是相反，本發(fā)明應(yīng)該覆蓋落入由附帶的 權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的全部改動、等同方案和替代方案。以下描述本發(fā)明的例示性實施方式。為了敘述清楚，并非實際實施方案的全部特 征都在本說明書中描述。當(dāng)然應(yīng)該理解，隨著任何所述實際實施方案的發(fā)展，必須做出針 對實施方案的眾多決策，以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，諸如符合與系統(tǒng)相關(guān)和與商業(yè)相關(guān)的 約束，這些約束從一種實施方式到另一種實施方式將會變化。此外，應(yīng)該理解，所述開發(fā)工 作可能復(fù)雜且耗費時間，但是仍然是從本公開內(nèi)容受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員所從事的常規(guī)工 作。在說明書中，在附圖中示出設(shè)備的同時，可能討論各種部件之間的空間關(guān)系以及 部件各個方面的空間取向。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明之后應(yīng)該理解，文中所述設(shè) 備、構(gòu)件、裝置等可以定位成任何期望的取向。因此，使用術(shù)語諸如“上方”、“下方”、“上部”、 “下部”等類似術(shù)語描述各種部件之間的空間關(guān)系或者描述所述部件的方面的空間取向，應(yīng) 該立即為分別是所述部件之間的相對關(guān)系或者所述部件的方面的相對空間取向，因為文中 所述設(shè)備可以取向為任何希望的方向。本發(fā)明表述一種用于旋翼飛行器的復(fù)合旋翼軛架，利用單側(cè)、剛性固結(jié)工具形成。 優(yōu)選，所述復(fù)合旋翼軛架利用自動化纖維鋪放過程鋪設(shè)而成。在固結(jié)后，固結(jié)的復(fù)合旋翼軛 架機加工成最終形狀，該最終形狀在一些實施方式中包括復(fù)合旋翼軛架的接合表面。圖3描繪了旋翼飛行器的旋翼軛架301的例示性實施方式。旋翼軛架301包括聚合物基體復(fù)合主體302，以材料諸如沉積在環(huán)氧基體中的玻 璃纖維制成，當(dāng)然本發(fā)明也考慮了將其他材料用于旋翼軛架301。旋翼軛架301的外周邊 303和旋翼軛架301的內(nèi)周邊305a-305c機加工成最終尺寸。此外，用于將旋翼葉片諸如圖 7中的旋翼葉片701a-701d連接到旋翼軛架301的開口 307a和307b為機加工開口，主軸 連接開口 309a-309也是。接合表面，諸如接合表面311a_311c，在圖3中以虛線示出邊界， 在旋翼軛架301的特定實施方式中，也是機加工表面。因此，旋翼軛架301限定機加工外周 邊，諸如外周邊303 ；機加工內(nèi)周邊，諸如內(nèi)周邊305a-c ；機加工開口，諸如開口 307a、307b 和309a-309c ；和/或機加工接合表面，諸如接合表面311a_311c。為了本公開的目的，術(shù)語“機加工”指的是利用具有切削特征諸如齒、磨削顆粒等 的旋轉(zhuǎn)切削工具所產(chǎn)生，所述切削特征隨著切削工具沿著旋翼軛架301橫向進給而從旋翼 軛架301逐漸去除材料。此外，術(shù)語“接合表面”，為了本公開的目的，指的是元件連接或結(jié)合到其他部件時，與該其他部件接觸的元件表面。應(yīng)該理解，旋翼軛架301的特定幾何配置僅僅是本發(fā)明所考慮的結(jié)合配置地示 例，因為旋翼軛架的特定幾何配置取決于實施方式。參照附圖中的圖4，旋翼軛架301的復(fù)合旋翼軛架預(yù)制坯415 (在圖3中示出)通 過向單側(cè)工具403上連續(xù)鋪設(shè)未固結(jié)復(fù)合材料的料層401來制造。要注意，工具403的幾 何配置僅僅是本發(fā)明所考慮的單側(cè)工具眾多幾何配置的示例。在一種實施方式中，復(fù)合材 料401的纖維基本上圍繞環(huán)圈405連續(xù)延伸，并且通過預(yù)制坯415的葉片連接區(qū)域或凸耳 407，因此通過旋翼軛架301，如線409所示。作為替代，在另一種實施方式中，復(fù)合材料401 的纖維基本上線性穿過預(yù)制坯415的一部分，因此穿過軛架301，但是沿著連續(xù)料層中不同 的角度路徑，從而在預(yù)制坯415中形成刻面狀的平直纖維敷層，因此形成旋翼軛架301，如 線411a-411c所示。優(yōu)選，復(fù)合材料401利用自動化的纖維鋪放機諸如自動化的纖維鋪放 機413鋪設(shè)到工具403中。在期望數(shù)量的復(fù)合材料401敷層或料層鋪設(shè)到工具403中，形成期望幾何形狀時， 形成了未固結(jié)的復(fù)合旋翼軛架預(yù)制坯415。應(yīng)該注意，在一種實施方式中，旋翼軛架預(yù)制坯 415尺寸加大，即大于旋翼軛架301的物理尺寸。例如，旋翼軛架預(yù)制坯415的外側(cè)尺寸大于旋翼軛架301的期望外側(cè)尺寸，以提供 在機加工過程中去除的材料，從而形成機加工外周邊303 (在圖3中示出)。此外，開口 417、 419和421的尺寸小于由旋翼軛架301的內(nèi)周邊305a-305c所限定的對應(yīng)開口，以提供在機 加工過程中去除的材料，從而形成內(nèi)周邊305a-305c。但是，在另一些實施方式中，預(yù)制坯諸 如預(yù)制坯415形成地產(chǎn)生基本上旋翼軛架301的凈形狀，以下將參照圖8討論?，F(xiàn)在參照圖5，為了準(zhǔn)備旋翼軛架預(yù)制坯415進行固結(jié)，半剛性壓板501置于旋翼 軛架預(yù)制坯415的不靠工具(imtooled)側(cè)503上。壓板501優(yōu)選展現(xiàn)出各向異性機械性 質(zhì)，以使沿著壓板501的形狀進行定制，以符合旋翼軛架預(yù)制坯415的外側(cè)形狀?；旧蠚?密的片材，文中稱為“真空包” 505，設(shè)置在壓板501和旋翼軛架預(yù)制坯415上，以使真空包 505基本上氣密地密封到工具403，形成固結(jié)組件507。其他材料，諸如呼吸材料、釋放膜等 可以像現(xiàn)有技術(shù)中那樣使用。壓板501、旋翼軛架預(yù)制坯415、工具403和真空包505之間 的空氣基本上排空，并且在真空包505內(nèi)相對于大氣壓保持負壓力。固結(jié)組件507進行加 熱，并且在一些實施方式中，進行加壓，以凝固并固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯415。參照圖3和圖6，固結(jié)后，旋翼軛架預(yù)制坯415從真空包505、壓板501和工具403 中取出，并且固結(jié)的旋翼軛架預(yù)制坯415準(zhǔn)備進行機加工。限定開口 417、419和421的材 料從固結(jié)的旋翼軛架預(yù)制坯415上機加工除去，形成內(nèi)周邊305a-305c。材料也從固結(jié)的 旋翼軛架預(yù)制坯415上機加工除去，以形成外周邊303和接合表面311a-311c。開口 307a、 307b和309a-309h進行機加工，優(yōu)選利用五軸機床機加工，形成在固結(jié)的旋翼軛架預(yù)制坯 415中。在全部機加工操作完成時，旋翼軛架301成型。圖7描繪了旋翼轂703在所示實施方式中，包括一對旋翼軛架301 ；將旋翼軛 架301機械耦接到主軸707的耦接器705 ；和將旋翼軛架301分別機械耦接到旋翼葉片 701a-701d的接頭709a-709d。圖7中描繪的旋翼轂703的配置僅僅是本發(fā)明所考慮的旋 翼轂的各種實施方式的示例。如文中所述，用于旋翼軛架301的預(yù)制坯制備成基本上凈形狀，而非針對圖4中的預(yù)制坯415所描述的加大尺寸。在這種實施方式中，如圖8所示，一個或更多個屏障件801 設(shè)置在壓板501和真空包505以下，靠近未固結(jié)預(yù)制坯805的邊緣803。其他材料，諸如呼 吸材料、釋放膜等可以像現(xiàn)有技術(shù)中那樣使用。在固結(jié)過程中，諸如針對圖5所述，所述一 個或多個屏障件801將預(yù)制坯805約束成限定旋翼軛架301的邊緣。本發(fā)明帶來顯著的優(yōu)勢，包括(1)提供一種復(fù)合旋翼軛架，其展現(xiàn)出加強纖維較 少的卷曲；(2)提供一種生產(chǎn)復(fù)合旋翼軛架的方法，該方法抑制在旋翼軛架中產(chǎn)生空隙； (3)允許在復(fù)合旋翼軛架中使用韌化的低流動性樹脂；和(4)提供一種復(fù)合旋翼軛架，這 種復(fù)合旋翼軛架較之傳統(tǒng)旋翼軛架，以較小的部件到部件的差異使得所需的復(fù)合物制造時 間、成本和工作量較少。以上公開的特定實施方式僅僅為例述性的，因為對于從本文教導(dǎo)受益的本領(lǐng)域技 術(shù)人員顯然的是，本發(fā)明可以進行改動并且以不同但等同的方式實踐。此外，并未有意限制 到文中所示的構(gòu)造或設(shè)計的細節(jié)，除非以下權(quán)利要求書中這樣描述。因此，顯然的是以上 公開的特定實施方式可以改變或改動，并且所有的變形都被認為落入本發(fā)明的范圍和精神 內(nèi)。因此，文中尋求的保護在以下權(quán)利要求書中論述。顯然，已經(jīng)對具有顯著優(yōu)勢的發(fā)明進 行了描述和例示。雖然本發(fā)明以有限數(shù)量的形式示出，但是并不僅限于這些形式，而是在不 脫離本發(fā)明的精神的前提下可以進行各種改變和改動。
權(quán)利要求
一種制造旋翼軛架的方法，包括在單側(cè)固結(jié)工具上制備固結(jié)的復(fù)合旋翼軛架預(yù)制坯；和對所述固結(jié)的旋翼軛架預(yù)制坯的至少一部分進行機加工，以形成旋翼軛架。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，制備所述固結(jié)的復(fù)合旋翼軛架通過下述步 驟實現(xiàn)向單側(cè)工具鋪設(shè)未固結(jié)聚合物復(fù)合材料連續(xù)料層形成構(gòu)造以產(chǎn)生未固結(jié)旋翼軛架預(yù) 制坯；向所述未固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯的不靠工具側(cè)設(shè)置半剛性壓板；通過基本上氣密地向所述工具施加真空包而封閉所述未固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯和所述 半剛性壓板；基本上排空由所述真空包和所述工具限定的空間中的空氣；和加熱所述未固結(jié)的旋翼軛架預(yù)制坯，以形成固結(jié)的復(fù)合旋翼軛架預(yù)制坯。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括在加熱所述未固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯的同時， 向所述未固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯加壓。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，鋪設(shè)未固結(jié)聚合物復(fù)合材料的連續(xù)料層由 自動化的纖維鋪放過程來實現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，制備所述固結(jié)復(fù)合旋翼軛架進一步通過下 述過程來實現(xiàn)靠近所述未固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯的一個或多個邊緣放置一個或多個屏障 件。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，機加工所述固結(jié)旋翼軛架的至少一部分通 過下述過程來實現(xiàn)機加工所述固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯以形成所述旋翼軛架的外周邊。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，機加工所述固結(jié)旋翼軛架的至少一部分通 過下述過程來實現(xiàn)機加工所述固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯以形成所述旋翼軛架的內(nèi)周邊。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，機加工所述固結(jié)旋翼軛架的至少一部分通 過下述過程來實現(xiàn)機加工所述固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯以形成所述旋翼軛架的接合表面。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，機加工所述固結(jié)旋翼軛架的至少一部分利 用五軸機床來實現(xiàn)。
10.一種旋翼軛架，包括限定至少一個機加工表面的聚合物復(fù)合主體，所述聚合物復(fù) 合主體在單側(cè)固結(jié)工具上形成。
11.如權(quán)利要求10所述的旋翼軛架，其特征在于，所述至少一個機加工表面包括機加 工外周邊。
12.如權(quán)利要求10所述的旋翼軛架，其特征在于，所述至少一個機加工表面包括機加 工內(nèi)周邊。
13.如權(quán)利要求10所述的旋翼軛架，其特征在于，所述至少一個機加工表面包括接合表面。
全文摘要
一種制造旋翼軛架的方法，包括在單側(cè)固結(jié)工具上制備固結(jié)的復(fù)合旋翼軛架預(yù)制坯；和對所述固結(jié)的旋翼軛架預(yù)制坯的至少一部分進行機加工，以形成旋翼軛架。在一種實施方式中，制備所述固結(jié)的復(fù)合旋翼軛架通過下述步驟實現(xiàn)向單側(cè)工具鋪設(shè)未固結(jié)聚合復(fù)合材料連續(xù)料層形成構(gòu)造以產(chǎn)生未固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯；向所述未固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯的不靠工具側(cè)設(shè)置半剛性壓板；通過基本上氣密地向所述工具施加真空包而封閉所述未固結(jié)旋翼軛架預(yù)制坯和所述半剛性壓板；基本上排空由所述真空包和所述工具限定的空間中的空氣；和加熱所述未固結(jié)的旋翼軛架預(yù)制坯，有時施加壓力，以形成固結(jié)的復(fù)合旋翼軛架預(yù)制坯。
文檔編號B64C27/00GK101932508SQ200880126054
公開日2010年12月29日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者保羅·K·奧爾德羅伊德, 吉姆·布拉斯韋爾, 帕特·蒂斯代爾, 弗蘭克·B·斯坦普斯, 湯姆·坎貝爾, 特里西亞·希羅斯, 理查德·巴伯, 羅恩·米索姆 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司