一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉的制作方法
【專利摘要】一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉，屬于直升機(jī)部件設(shè)計技術(shù)，涉及一種結(jié)構(gòu)緊湊、滿足強度要求的智能旋翼槳葉。其特征在于：驅(qū)動框的定位基于前緣大梁帶束數(shù)不變的原則，利用翼型基準(zhǔn)線作為前緣定位平面的法線；驅(qū)動系統(tǒng)在復(fù)合材料獎葉中的接口采用前緣大梁捆綁、中部大梁拉拽以及端部頂塊這三種方式的任意組合；襟翼軸使用與蒙皮相連的短切限位塊包裹。本發(fā)明在不破壞翼型氣動面的前提下，提出了一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉的設(shè)計方案，該方案的槳葉構(gòu)造合理、工藝方案行之有效，最大限度保證了接口的強度，確保在各種旋翼試驗工況下驅(qū)動系統(tǒng)都能安全穩(wěn)定工作。
【專利說明】一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于直升機(jī)部件設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉。

【背景技術(shù)】
[0002]后緣襟翼型智能旋翼的工作原理是利用后緣襟翼獨立運動所產(chǎn)生的氣動力來抵消槳葉的振動載荷，其研究基礎(chǔ)是研制一副后緣襟翼型智能旋翼槳葉。所謂“后緣襟翼”是指在布置在槳葉后緣的獨立升力面，可以作定軸偏轉(zhuǎn)運動，這一點類似于固定翼飛機(jī)的舵面；“智能”是指利用安裝在槳葉內(nèi)部的作動器，在自適應(yīng)程序的控制下，驅(qū)動后緣襟翼作特定的運動，從而產(chǎn)生高階氣動力來抵消槳葉的振動。這種智能旋翼槳葉與一般槳葉相比，其內(nèi)部安裝了作動機(jī)構(gòu)，并在槳葉后緣布置內(nèi)嵌式襟翼，工作時由作動機(jī)構(gòu)驅(qū)動襟翼運動，以下將這種類型的槳葉統(tǒng)稱為ACF(Active Control Flap)旋翼槳葉。
[0003]上世紀(jì)末，德國DLR和法國ONERA為歐直公司的ATR項目(Advanced TechnologyRotor)研制了 ACF(Active Blade Concept)旋翼獎葉。美國馬里蘭大學(xué)的Chopra在Bell-412直升機(jī)槳葉的基礎(chǔ)上，研制了帶后緣襟翼主動控制的智能旋翼槳葉；國內(nèi)方面，南京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究人員對ACF旋翼槳葉的減振原理以及襟翼驅(qū)動裝置的原理設(shè)計，并設(shè)計制造了簡單的2m直徑模型ACF旋翼，用于該項技術(shù)的原理性試驗研究。
[0004]歐美等國家的ACF旋翼槳葉設(shè)計對材料技術(shù)和工藝水平過于依賴，我國在這方面差距較大，因此無法實現(xiàn)國外的設(shè)計方案；國內(nèi)對ACF槳葉研究的側(cè)重點在于驅(qū)動裝置的原理性設(shè)計以及襟翼的功能研究，對驅(qū)動系統(tǒng)在槳葉中的集成設(shè)計尚無完整有效的方案。十一五期間制作的ACF槳葉，局部設(shè)計尚不合理，只能用于初步的原理性試驗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的:針對具有典型工程特征ACF槳葉，提出一種新型后緣襟翼型智能旋翼槳葉，詳細(xì)闡述了驅(qū)動系統(tǒng)安裝框的設(shè)計及其與復(fù)合材料槳葉的接口，以及復(fù)合材料襟翼的高頻偏轉(zhuǎn)功能的實現(xiàn)方法。解決了以下技術(shù)難題:
[0006](I)直升機(jī)槳葉外形為帶負(fù)扭轉(zhuǎn)的曲面，且槳葉內(nèi)部空間有限，驅(qū)動框和后緣襟翼的外形、定位設(shè)計必須與槳葉協(xié)調(diào)一致，否則容易與槳葉本體產(chǎn)生干涉或不匹配，導(dǎo)致襟翼驅(qū)動系統(tǒng)無法與槳葉集成；
[0007](2)金屬部件與復(fù)合材料構(gòu)件連接不能使用螺栓，常用的粘接方法，強度有限，難以承受槳葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強大離心力；
[0008](3)襟翼通過金屬軸帶動，實現(xiàn)襟翼的高頻偏轉(zhuǎn)振動，需確保襟翼軸與襟翼主體不發(fā)生脫離。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案:本發(fā)明中的ACF旋翼槳葉，在靠近槳尖的展向位置集成襟翼驅(qū)動系統(tǒng)，在不破壞槳葉氣動外形的前提下，綜合考慮驅(qū)動系統(tǒng)自身功能實現(xiàn)及其與槳葉內(nèi)部結(jié)構(gòu)的兼容性。如圖1所示，作動器、傳感器、襟翼等零部件都安裝在一個主體部分為矩形的金屬驅(qū)動框內(nèi)，槳葉上翼面設(shè)置蓋板，便于驅(qū)動系統(tǒng)的拆裝。
[0010]一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉，其特征在于:
[0011](I)后緣襟翼型智能旋翼槳葉包括槳葉本體、驅(qū)動框、作動器、后緣襟翼；
[0012](2)驅(qū)動框包含在槳葉蒙皮以內(nèi)，其上下表面與上下翼型面平行，前緣端面粘貼在槳葉大梁端面；驅(qū)動框前緣壁兩端開凹槽，使用大梁帶在凹槽位置將驅(qū)動框前緣壁纏繞在槳葉前緣大梁上；驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)壁上開孔，槳葉中部大梁穿過該孔后纏繞在內(nèi)側(cè)的螺栓上；驅(qū)動框靠近槳尖一側(cè)壁的外端布置由玻璃纖維織物布和碳纖維織物布構(gòu)成的堵塊。
[0013](3)襟翼由蒙皮、金屬軸組件、短切纖維塊以及泡沫填充構(gòu)成，通過單獨模具成型。
[0014]所述驅(qū)動框安裝段的槳葉前緣大梁為D型梁13，其截面積不小于C型大梁12的截面積；D型梁后端面14與驅(qū)動框所處槳葉段中間翼型面的基準(zhǔn)線15相垂直。
[0015]所述驅(qū)動框前緣壁上的凹槽寬度為大梁帶寬度的I?3倍，深度為大梁帶厚度的2?4倍；驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)壁上開孔7，孔的形狀為帶倒角的長條狀，孔的截面積與槳葉中部大梁帶截面積相當(dāng)。
[0016]所述槳葉中部大梁穿過驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)壁上的開孔，通過纏繞或粘貼方式與驅(qū)動框相連。
[0017]所述驅(qū)動框靠近槳尖一側(cè)壁的外端布置樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成的堵塊，堵塊與上下槳葉蒙皮粘接。
[0018]所述襟翼軸使用短切纖維塊包裹，短切纖維外表面與襟翼蒙皮粘接。
[0019]所述后緣襟翼型智能旋翼槳葉的上翼面蒙皮部分開有口蓋。
[0020]本發(fā)明關(guān)鍵點是:
[0021](I)基于槳葉前緣大梁帶束數(shù)不變原則，變化大梁的截面形狀，以翼型基準(zhǔn)線作為驅(qū)動框前緣定位平面的法線。驅(qū)動框外形采用槳葉蒙皮切割法設(shè)計；
[0022](2)驅(qū)動系統(tǒng)在復(fù)合材料槳葉中的接口采用前緣大梁捆綁、中部大梁拉拽以及端部頂塊這三種方式的組合，最大限度確保接口強度；
[0023](3)使用短纖維塊包裹襟翼軸，將軸上的力矩傳遞襟翼蒙皮，從而實現(xiàn)了金屬軸帶動襟翼的高頻偏轉(zhuǎn)功能。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]本發(fā)明設(shè)計了一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉，具體的技術(shù)效果體現(xiàn)在以下幾個方面:
[0026](I)本發(fā)明實現(xiàn)了金屬驅(qū)動框在槳葉外形約束下的設(shè)計，使驅(qū)動框既能滿足各部件安裝要求，又便于在槳葉中布置。
[0027](2)無需引入新的復(fù)合材料槳葉生產(chǎn)工藝，使用一般的工藝方法，操作較為簡單。
[0028](3)提出一種金屬材質(zhì)驅(qū)動系統(tǒng)在復(fù)合材料槳葉內(nèi)的接口設(shè)計，結(jié)構(gòu)受力更加合理，強度充裕，最大限度地保證了驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
[0029](4)提出一種金屬襟翼軸帶動襟翼作高頻運動功能的實現(xiàn)手段，使襟翼結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，重量代價極小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1后緣襟翼型智能旋翼槳葉示意圖
[0031]圖1中:1槳葉，2后緣襟翼，3作動器
[0032]圖2驅(qū)動框示意圖
[0033]圖2中:5驅(qū)動框上表面，6前緣壁凹槽，7條狀通孔，8螺栓孔
[0034]圖3-1驅(qū)動框定位示意圖
[0035]圖3-2驅(qū)動框A-A剖視圖
[0036]圖3-3驅(qū)動框B-B剖視圖
[0037]圖3-1，3-2，3-3中:9旋翼旋轉(zhuǎn)中心，10弦向定位，11展向定位，12C型大梁，13D型大梁，14D型梁后端面，15翼型基準(zhǔn)線，16驅(qū)動框前緣壁
[0038]圖4-1襟翼構(gòu)造示意圖
[0039]圖4-2襟翼構(gòu)造C-C剖視圖
[0040]圖4-1，4-2中:17短切纖維塊，18襟翼軸，19填充泡沫，20后緣填充纖維，21蒙皮
[0041]圖5-1驅(qū)動框與槳葉連接示意圖
[0042]圖5-2驅(qū)動框與槳葉連接D-D線剖視圖
[0043]圖5-3驅(qū)動框與槳葉連接E-E線剖視圖
[0044]圖5-1，5-2，5-3中:22槳葉前緣大梁，23捆綁大梁帶，24驅(qū)動框，25槳葉中部大梁，26堵塊

【具體實施方式】
[0045]一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉，其特征在于:
[0046](I)后緣襟翼型智能旋翼槳葉包括槳葉本體、驅(qū)動框、作動器、后緣襟翼，各部分采用捆綁、粘結(jié)以及螺栓緊固等方式連接；
[0047](2)驅(qū)動框包含在槳葉蒙皮以內(nèi)，其上下表面與上下翼型面平行，前緣端面粘貼在槳葉大梁端面；驅(qū)動框前緣壁兩端開凹槽，使用大梁帶在凹槽位置將驅(qū)動框前緣壁纏繞在槳葉前緣大梁上；驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)壁上開孔，槳葉中部大梁穿過該孔后纏繞在內(nèi)側(cè)的螺栓上；驅(qū)動框靠近槳尖一側(cè)壁的外側(cè)布置由玻璃纖維織物布和碳纖維織物布構(gòu)成的堵塊。
[0048](3)襟翼由蒙皮、金屬軸組件、短切纖維塊以及泡沫填充構(gòu)成，通過單獨模具成型。
[0049]所述驅(qū)動框安裝段的槳葉前緣大梁為D型梁13，其截面積不小于C型大梁12的截面積；D型梁后端面14與驅(qū)動框所處槳葉段中間翼型面的基準(zhǔn)線15相垂直。
[0050]所述驅(qū)動框前緣壁上的凹槽寬度為大梁帶寬度的I?3倍，深度為大梁帶厚度的2?4倍；驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)壁上開孔7，孔的形狀為帶倒角的長條狀，孔的截面積與槳葉中部大梁帶截面積相當(dāng)。
[0051]所述驅(qū)動框的前緣壁使用大梁帶同槳葉大梁捆綁；
[0052]所述槳葉中部大梁穿過驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)壁上的開孔，通過纏繞或粘貼方式與驅(qū)動框相連。
[0053]所述驅(qū)動框靠近槳尖一側(cè)壁的外端布置樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成的堵塊，堵塊與上下槳葉蒙皮粘接。
[0054]所述襟翼軸使用短切纖維塊包裹，短纖維外表面與襟翼蒙皮粘接。
[0055]所述后緣襟翼型智能旋翼槳葉的上翼面蒙皮部分開有口蓋。
[0056]采用CATIA數(shù)模設(shè)計并結(jié)合槳葉生產(chǎn)的工藝操作給出方案的具體實施步驟:
[0057](I)利用CATIA軟件截取驅(qū)動框安裝段中間剖面B_B，并測量該剖面的槳葉大梁截面積。
[0058](2)按照大梁截面積不變的原則，將驅(qū)動框安裝段內(nèi)槳葉大梁的后端面過渡為平面，作出安裝段中間剖面翼型的基準(zhǔn)線15，令后緣端面14垂直與該基準(zhǔn)線。
[0059](3)以步驟⑵中所述后緣端面14的法平面作為參考平面P，在參考平面內(nèi)作出驅(qū)動框主體的輪廓線8。
[0060](4)沿參考平面P的法向拉伸驅(qū)動框輪廓線8生成實體，拉伸的高度應(yīng)超出上下翼面。令槳葉下翼面向上平移，平移的距離為蒙皮厚度；令上翼面向下平移，平移的距離為蒙皮厚度與蓋板厚度之后。使用平移后的曲面切割驅(qū)動框拉伸實體，保留翼型面以內(nèi)部分。
[0061](5)如圖5-1，5-2，5_3所示，在驅(qū)動框的前緣壁上開凹槽，凹槽寬度為玻璃大梁帶寬度的I?3倍，深度為玻璃大梁帶厚度的2?4倍。使用單向玻璃大梁帶23繞過凹槽，將驅(qū)動框與槳葉大梁捆綁在一起。
[0062](6)如圖5-1，5-2，5_3所示，在驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)的壁上開孔，孔的形狀為帶倒角的長條狀，孔面積與槳葉中部大梁的截面積相當(dāng)。槳葉中部大梁25穿過孔后纏繞在驅(qū)動框內(nèi)壁的螺栓上。
[0063](7)如圖5-1，5-2，5-3所示，在驅(qū)動框靠近槳尖一側(cè)壁的外端布置堵塊26，堵塊由玻璃纖維織物布和碳纖維織物布包裹泡沫填充構(gòu)成。
[0064](8)如圖4-1，4_2所示，后緣襟翼在模壓時使用短切纖維17包裹襟翼軸18，短切纖維與襟翼蒙皮21貼合。
【權(quán)利要求】
1.一種后緣襟翼型智能旋翼槳葉，其特征在于: (1)后緣襟翼型智能旋翼槳葉包括槳葉本體、作動器、驅(qū)動框、蓋板和后緣襟翼； (2)驅(qū)動框包含在槳葉蒙皮以內(nèi)，其上下表面與上下翼型面平行，前緣端面粘貼在槳葉大梁端面；驅(qū)動框前緣壁兩端開凹槽，使用大梁帶在凹槽位置將驅(qū)動框前緣壁纏繞在槳葉前緣大梁上；驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)壁上開孔，槳葉中部大梁穿過該孔后纏繞在內(nèi)側(cè)的螺栓上；驅(qū)動框靠近槳尖一側(cè)壁的外端布置由玻璃纖維織物布和碳纖維織物布構(gòu)成的堵塊； (3)后緣襟翼由蒙皮、大梁、金屬軸組件、短切纖維塊以及泡沫填充構(gòu)成，通過單獨模具成型；其中短切纖維塊包裹襟翼軸，并與蒙皮內(nèi)表面粘接，從而使襟翼軸能夠帶動襟翼作高頻偏轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后緣襟翼型智能旋翼槳葉，其特征在于:所述驅(qū)動框安裝段的槳葉前緣大梁為D型梁，其截面積不小于C型大梁截的截面積；D型梁后端面與驅(qū)動框所處槳葉段中間翼型面的基準(zhǔn)線相垂直，驅(qū)動框前緣端面緊貼D型梁后端面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后緣襟翼型智能旋翼槳葉，其特征在于:驅(qū)動框前緣壁上的凹槽寬度為玻璃大梁帶寬度的I?3倍，深度為玻璃大梁帶厚度的2?4倍，大梁帶繞過凹槽將驅(qū)動框同槳葉大梁捆綁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后緣襟翼型智能旋翼槳葉的集成設(shè)計方法，其特征在于:驅(qū)動框靠近槳根一側(cè)壁上的開孔，孔的形狀為帶倒角的長條狀，孔的截面積與槳葉中部大梁帶截面積相當(dāng)，槳葉中部大梁穿過該孔，通過纏繞或粘貼方式與驅(qū)動框相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后緣襟翼型智能旋翼槳葉，其特征在于:驅(qū)動框靠近槳尖一側(cè)壁的外端布置樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成的堵塊，堵塊與上下槳葉蒙皮粘接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后緣襟翼型智能旋翼槳葉，其特征在于:襟翼軸使用短切纖維塊包裹，短纖維塊外表面與襟翼蒙皮粘接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后緣襟翼型智能旋翼槳葉，其特征在于:所述后緣襟翼型智能旋翼槳葉的上翼面蒙皮處開有口蓋。
【文檔編號】B64C27/473GK104210656SQ201410424975
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】鄧旭東, 胡和平, 徐林, 周云, 孟微, 高樂, 彭敏剛 申請人:中國直升機(jī)設(shè)計研究所