專利名稱：具有防冰覆層的螺旋槳葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于航空器的螺旋槳葉片，特別地具有用于防止冰累積在葉片上的裝置的葉片。
背景技術(shù)：
裝配到被批準(zhǔn)用于飛到已知結(jié)冰條件的航空器的螺旋槳必須包括防止在螺旋槳葉片上不可接受的冰積聚水平的措施。在螺旋槳葉片的翼型區(qū)段上的冰累積影響葉片的空氣動(dòng)力效率。因此需要限制允許在葉片上積聚的冰量，以減小空氣動(dòng)力效率損失。此外，為了防止結(jié)冰條件下?lián)p壞航空器機(jī)身，需要最小化從螺旋槳脫落的冰塊的尺寸。在現(xiàn)有技術(shù)中，電加熱器系統(tǒng)受到定時(shí)器控制以提供對(duì)葉片的循環(huán)加熱來控制冰的脫落。加熱器系統(tǒng)包括在每個(gè)葉片上的電加熱器包層；將加熱器系統(tǒng)連接到電源的布線；允許電源從機(jī)體轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)螺旋槳上的裝置，例如滑環(huán)和碳刷；以及電子除冰定時(shí)器。 在使用中，加熱器是航空器發(fā)電機(jī)系統(tǒng)上的顯著消耗。此外，在葉片被過度加熱的情況下， 融化的冰可能會(huì)回流且在電除冰區(qū)域后方再形成。這對(duì)于航空器而言是潛在危險(xiǎn)的條件。 這種電加熱系統(tǒng)通常需要超過每葉片1200瓦電力來有效地移除冰。電加熱包層一直延伸到螺旋槳中心體，螺旋槳中心體向航空器機(jī)艙提供空氣動(dòng)力界面?，F(xiàn)有技術(shù)加熱系統(tǒng)的另一缺陷在于加熱器元件的損壞可能會(huì)阻止整個(gè)元件運(yùn)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種繞槳轂組件旋轉(zhuǎn)的螺旋槳葉片，該葉片沿著其從葉根到葉尖的長(zhǎng)度限定徑向，其中該葉片具有至少沿著前緣布置在葉片上的包括防冰材料的覆層，該覆層沿著該葉片從徑向內(nèi)部區(qū)域延伸到徑向外部區(qū)域，其中徑向外部區(qū)域布置于葉根與葉尖之間處于在葉片上的旋轉(zhuǎn)力在使用中足以使冰從未覆蓋葉片移除的位置。在操作中，冰積聚于葉片上直到在由于螺旋槳旋轉(zhuǎn)所致的冰上離心力的作用下冰質(zhì)量足以造成自行脫落。由冰質(zhì)量施加的力等于冰重量，乘以葉片上冰的徑向位置，乘以螺旋槳旋轉(zhuǎn)速度的平方。當(dāng)冰的離心力超過冰與葉片之間的粘性結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，冰從葉片表面脫離。在葉片長(zhǎng)度上，隨著半徑(和因此離心場(chǎng))變化，累積于任何特定葉片半徑以克服冰與葉片之間的粘性結(jié)合的冰量也變化?？拷菪龢募舛颂?，離心力足夠高以防止冰的顯著累積而無需任何防冰覆層。在一實(shí)例中，螺旋槳葉片的旋轉(zhuǎn)速度可為大約850rpm，由此在1. 39m(55英寸)半徑之外的離心場(chǎng)提供充分的力使得冰從葉片表面脫落而無需防冰覆層。在冰由于葉片旋轉(zhuǎn)所致的加速度超過IlOOg時(shí)，冰傾向于從葉片表面上自行脫落而無需任何覆層。由于防冰覆層是無源的系統(tǒng)，故如果覆層受損，例如由于受外來物體沖擊，覆層仍將會(huì)運(yùn)作，即使其部分受損。本發(fā)明額外地減小了對(duì)于提供電力用于螺旋槳除冰的航空器電氣系統(tǒng)的需求。在該系統(tǒng)中所需元件數(shù)量的減少帶來技術(shù)和商業(yè)益處，從而改進(jìn)了可靠性和可維護(hù)性，并且也節(jié)省了初始購置和持續(xù)維護(hù)成本。
本發(fā)明有利地減小在冰與葉片之間的粘性結(jié)合強(qiáng)度，從而減小了半徑，在該半徑處葉片上積聚的冰自行脫落。本發(fā)明還有利地確保了在葉片的內(nèi)側(cè)端的粘性結(jié)合強(qiáng)度，在內(nèi)側(cè)端處葉片與自旋器或機(jī)艙相交，使得冰累積并不超過關(guān)于空氣動(dòng)力和機(jī)身影響考慮的容許的最大值。因此，排除了對(duì)于提供用于冰脫落的電氣輔助或任何其它形式的輔助的依賴。在利用根據(jù)本發(fā)明的覆層的情況下，少量冰還能形成于防冰覆層上，但是覆層材料選擇為足夠防冰的，使得所形成的任何冰將在其到達(dá)不可接受的尺寸之前自行脫落。覆層可在制造時(shí)涂覆到葉片上或者可改造到現(xiàn)有螺旋槳葉片上?？捎糜诒景l(fā)明的覆層的防冰材料包括對(duì)冰具有低粘性系數(shù)的材料。這種材料的一個(gè)實(shí)例是PTFE。


下面參考附圖僅僅以示例的方式給出本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述，在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的葉片覆層的層結(jié)構(gòu)的示意截面圖；圖2是實(shí)施本發(fā)明的螺旋槳葉片的示意截面圖；以及圖3是實(shí)施本發(fā)明的螺旋槳葉片的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出涂覆到螺旋槳葉片1上的覆層6的層布置。第一粘合層2與葉片表面1 直接相鄰地設(shè)置。聚合物層3布置于粘合層2上且由此牢靠地固定到葉片表面上。聚合物層3可包括一種或多種橡膠材料，諸如氯丁橡膠。另外，聚合物層3可具有在例如0. 5mm至 1. Omm范圍的厚度。在氯丁橡膠層3上，布置粘結(jié)覆層4以提供合適的表面用于將防冰材料層5結(jié)合到覆層上。粘結(jié)覆層4可具有大約1微米的厚度。防冰材料層5的厚度可為大約 3mm。聚合物層3可為有色的，由此防冰材料層5和覆層4的磨損暴露聚合物層以提供防冰材料層5磨損的指示。圖2示出涂覆到螺旋槳葉片1的前緣7上的覆層6。在一優(yōu)選實(shí)施例中，覆層6延伸葉片弦長(zhǎng)的25%，弦長(zhǎng)被定義為從葉片1的前緣7到后緣8的距離。換言之，圖2所示的距離A優(yōu)選地為距離B的25%。需要盡可能地最小化覆層的尺寸以減小螺旋槳葉片的重量，同時(shí)提供葉片的充分覆蓋以用于減小冰累積的目的。圖3示出葉片1，其沿著其從葉根到葉尖的長(zhǎng)度限定徑向C，其中該葉片具有至少沿著前緣7布置在葉片上的覆層6。覆層6從徑向內(nèi)部區(qū)域9沿著前緣葉片延伸到徑向外部區(qū)域10。選擇覆層6的徑向延伸以在需要的位置(即，葉片的徑向內(nèi)部)提供冰的低粘性力，而徑向外部經(jīng)受足夠高的旋轉(zhuǎn)力以使冰從未覆蓋的葉片表面自行脫落。在一實(shí)施例中，該覆層可具有粘性系數(shù)，該粘性系數(shù)沿著葉片長(zhǎng)度變化，從而反映了旋轉(zhuǎn)力隨著半徑線性增加的事實(shí)。粘性系數(shù)可隨著半徑增加而增加，由此徑向內(nèi)部區(qū)域具有最高的使冰脫落的傾向性。這可通過使用沿著覆層的不同除冰材料部分來實(shí)現(xiàn)。以此方式，能通過僅在徑向內(nèi)部區(qū)域中使用昂貴防冰材料來降低覆層成本。
權(quán)利要求
1.一種繞槳轂組件旋轉(zhuǎn)的螺旋槳葉片，所述葉片沿著從葉根到葉尖的葉片長(zhǎng)度限定徑向，其中所述葉片具有至少沿著前緣布置在所述葉片上的包括防冰材料的覆層，所述覆層沿著所述葉片從徑向內(nèi)部區(qū)域延伸到徑向外部區(qū)域，其中，所述徑向外部區(qū)域布置于所述葉根與所述葉尖之間處于在所述葉片上的旋轉(zhuǎn)力在使用中足以使冰從未覆蓋葉片移除的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋槳葉片，其特征在于，所述徑向外部區(qū)域位于沿著所述葉片的大約50%至70%處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺旋槳葉片，其特征在于，所述覆層具有沿著所述葉片徑向變化的粘性系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋槳葉片，其特征在于，所述粘性系數(shù)隨著半徑增加而增加。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的螺旋槳葉片，其特征在于，所述覆層從所述葉片的前緣沿著所述葉片的弦長(zhǎng)延伸大約25%。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的螺旋槳葉片，其特征在于，所述覆層包括多個(gè)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的螺旋槳葉片，其特征在于，所述覆層包括第一層、第二層、第三層和第四層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺旋槳葉片，其特征在于，所述第一層包括粘合材料，所述第二層包括聚合物，以及所述第三層包括用于將所述第四層結(jié)合到所述第二層的粘結(jié)覆層。
9.一種基本上如本文參考附圖所描述的螺旋槳葉片。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有防冰覆層的螺旋槳葉片。繞槳轂組件旋轉(zhuǎn)的螺旋槳葉片(1)具有至少沿著前緣(7)布置在葉片上的覆層(6)，覆層(6)包括防冰材料，該覆層(6)沿著該葉片(1)從徑向內(nèi)部區(qū)域(9)延伸到徑向外部區(qū)域(10)，其中該徑向外部區(qū)域(10)布置于葉根與葉尖之間處于在葉片(1)上的旋轉(zhuǎn)力在使用中足以使冰從未覆蓋葉片(1)移除的位置。
文檔編號(hào)B64C11/16GK102398674SQ201110283508
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者M·F·托肯 申請(qǐng)人:通用電氣航空系統(tǒng)有限公司