CN102490899A - 无人直升机复合材料旋翼桨叶及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人直升机复合材料旋翼桨叶及其制作方法。包括上翼面蒙皮、下翼面蒙皮、C形大梁上翼面部分、C形大梁下翼面部分、前缘配重铅条、桨根衬套、泡沫芯、桨尖配重铅块和配重管；上翼面蒙皮和下翼面蒙皮闭合形成桨叶的外形，前缘配重铅条放在桨叶翼型前缘，C形大梁上翼面部分和C形大梁下翼面部分组合成C形大梁，C形大梁紧贴前缘配重铅条，C形大梁后缘部分由泡沫芯填充，为调动平衡，桨叶前段固化有桨尖配重铅块和桨尖后缘配重管，桨叶后段安装有桨根衬套。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人直升机复合材料旋翼桨叶及其制作方法。
背景技术
传统的复合材料旋翼桨叶是在旋翼桨叶成型模的上、下模腔铺设蒙皮，旋翼桨叶的大梁在独立的模具上用预浸带铺设预成型，或者是通过缠绕预成型。完成大量预成型后，取出大梁组装到铺好蒙皮的旋翼桨叶成型模上，然后安放配重部件，然后铺放泡沫芯或蜂窝芯，然后合模固化旋翼桨叶。完成旋翼桨叶固化后，取出旋翼桨叶，前缘做胶接前处理，在另外的专用模具上通过二次胶结的方式粘贴前缘包铁。有的制作方法是将大梁在独立的模具上铺设预成型，然后固化成型，最后脱模组装到已经另外铺设蒙皮的旋翼桨叶成型模具上进行二次胶结固化成型。通过这些方法制造旋翼桨叶最大的缺陷是需要额外的成型模具或专用铺放设备，这增大了旋翼桨叶的制造成本。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种无人直升机复合材料旋翼桨叶及其制作方法，使用一副模具制作无人直升机全复合材料旋翼桨叶。在旋翼桨叶成型模具下模腔铺放上翼面蒙皮，同时在成型模具上模腔铺设下翼面蒙皮；在铺好上翼面蒙皮的下模腔内安装桨根衬套和预埋件，在下模腔内铺放C形大梁和前缘配重铅条，铺放预成型的泡沫芯、桨尖配重铅块组件和桨尖后缘配重管，合模，在热压机中加热、加压完成固化成型。
本发明提出一种使用热压成型技术制作旋翼桨叶的具体方法，整个制作过程中尽量将成型模具数量减少为一副，从而减少旋翼桨叶制作过程中的模具成本。
本发明无人直升机复合材料旋翼桨叶及其制作方法是采取以下技术方案实现：
无人直升机复合材料旋翼桨叶包括上翼面蒙皮、下翼面蒙皮、C形大梁上翼面部分、C形大梁下翼面部分、前缘配重铅条、桨根衬套、泡沫芯、桨尖配重铅块和桨尖后缘配重管，上翼面蒙皮和下翼面蒙皮闭合形成桨叶的外形，前缘配重铅条放在桨叶翼型前缘，C形大梁上翼面部分和C形大梁下翼面部分组合成C形大梁，C形大梁紧贴前缘配重铅条，C形大梁后缘部分由泡沫芯填充，为调动平衡，桨叶前段固化有桨尖配重铅块和桨尖后缘配重管，桨叶后段安装有桨根衬套。
一种无人直升机全复合材料旋翼桨叶制作方法如下：
1、准备：准备好前缘配重铅条、桨尖后缘配重管、桨尖配重铅块；桨根衬套；修好桨叶填充泡沫芯，与理论尺寸相比外形误差为 
毫米。
2、在上、下模腔铺蒙皮，蒙皮按
铺层，每层搭接为10-15毫米；每铺一层，抽真空20分钟，直至5层蒙皮铺好。
3、在铺好蒙皮的下模铺C型大梁带，C型大梁带缠绕在桨根衬套上，拉紧拉直，C型大梁的形状由卡板测量，间隙不超过0.1毫米。
4、安放填充泡沫芯、前缘配重铅条、桨尖后缘配重管、桨尖配重铅块，位置误差不超过0.1毫米。
5、在空隙处（附图2）填上3232A/E6短切玻璃纤维预浸料和中温发泡胶（SY-P9）的混合物，两者的质量比为9：1，称重，误差为0.5克。
6、合模，上热压机，加压至18.7MPa，以2℃/s的速度加热到120℃～125℃，保温2～2.5小时后，自热冷却到60℃～45℃左右，开模,即制成无人直升机全复合材料旋翼桨叶。
所述无人直升机旋翼桨叶上、下翼面蒙皮由玻璃纤维预浸布铺设而成，在旋翼桨叶成型模具上模模腔铺设旋翼桨叶下翼面蒙皮，在旋翼桨叶成型模具下模模腔铺设旋翼桨叶上翼面蒙皮。
所述桨根衬套使用金属材料制成，通过定位销安置在铺完上翼面蒙皮的下模模腔桨根衬套孔位置处。
所述前缘配重铅条根据旋翼桨叶截面翼型设计其截面形状（附图1所示，前缘配重铅条4截面形状与桨叶前缘翼面形状相一致），安置在旋翼桨叶成型模具下模腔最前缘。
所述C形大梁上翼面部分由玻璃纤维预浸带铺设而成，铺放在铺完上翼面蒙皮的下模模腔，用截面卡板保证C形大梁形状。
所述泡沫芯由聚氨酯泡沫通过机械加工的方式成型，保证泡沫芯的外形精度，为增强泡沫与蒙皮的粘结强度，在泡沫外面包一层胶膜，铺放在铺完上翼面蒙皮和C形大梁上翼面部分的下模模腔内。
所述桨尖配重铅块由铅铸造成型，在其内部预埋变矩线处配重管，安置在旋翼桨叶桨尖位置处。
所述桨尖后缘配重管由金属材料机械加工制成，安置在旋翼桨叶桨尖位置处。
所述C形大梁下翼面部分由玻璃纤维预浸带铺设而成，铺放在铺完上翼面蒙皮、C形大梁上翼面部分、泡沫芯、桨尖配重铅块的下模模腔内，用截面卡板保证C形大梁形状。
所述旋翼桨叶所有组件铺放完成后，合模，送入热压机内加热、加压固化成型。
本发明的有益效果：
本发明无人直升机复合材料旋翼桨叶设计合理，结构紧凑，制作复合材料旋翼桨叶全过程只在一副成型模具上完成，有效地减少了模具数量，降低了复合材料旋翼桨叶的制造成本。制作的桨叶外形精度较好，能满足气动要求。桨叶制作一致性较高，配对的成功率较高。由于模压成型，桨叶动力学特性较好，振动较小。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明无人直升机复合材料旋翼桨叶翼型截面示意图。
图2是本发明无人直升机复合材料旋翼桨叶内部截面图。
图3是本发明无人直升机复合材料旋翼桨叶合模前的截面示意图。
图4是本发明无人直升机复合材料旋翼桨叶合模后的截面示意图。
图中：1.上翼面蒙皮，2. C形大梁上翼面部分，3.泡沫芯，4.前缘配重铅条，5. C形大梁下翼面部分，6.下翼面蒙皮，7.桨根衬套，8.桨尖配重铅块，9. 桨尖后缘配重管，10.成型模具上模，11.成型模具下模，12.空隙处。
具体实施方式
参照附图1～4，无人直升机复合材料旋翼桨叶包括上翼面蒙皮1、下翼面蒙皮6，C形大梁上翼面部分2，C形大梁下翼面部分5，前缘配重铅条4，桨根衬套7，泡沫芯3，桨尖配重铅块8和桨尖后缘配重管9。如附图1和附图2所示，上翼面蒙皮1和下翼面蒙皮6闭合形成桨叶的外形，前缘配重铅条4放在桨叶翼型前缘，C形大梁上翼面部分2和C形大梁下翼面部分5组合成C形大梁，C形大梁紧贴前缘配重铅条4，C形大梁后缘部分由泡沫芯3填充，为调动平衡，桨叶前段固化有桨尖配重铅块8和桨尖后缘配重管9，桨叶后段安装有桨根衬套7。
图1中泡沫芯3一部分被C形大梁上翼面部分2和C形大梁下翼面部分5组成的C形大梁包裹着，前缘配重铅条4布置在C形大梁之前，所有内部组件由上翼面蒙皮1和下翼面蒙皮6包裹着。
图2中桨根衬套7右定位销固定在成型模具上，C形大梁上翼面部分2和C形大梁下翼面部分5绕过桨根衬套7一直延伸到桨尖处，桨尖配重铅块8布置在桨尖处，位于泡沫芯3内部凹槽中。
图3所示上翼面蒙皮1铺设在成型模具下模中，在其上分别铺放C形大梁上翼面部分，前缘配重铅条4，泡沫芯3，桨尖配重铅块（8）和桨尖后缘配重管9（其中桨尖配重铅块8和桨尖后缘配重管9在图3截面图中不可见），下翼面蒙皮1铺设在成型模具上模中。
图4是将下翼面蒙皮6铺放到泡沫芯3和C形大梁上，同时完成成型模合模。
将合模后的模具送入热压机中，加热，加压至复合材料旋翼桨叶完成固化。
一种无人直升机全复合材料旋翼桨叶制作方法如下：
1、准备：准备好配重铅条、桨尖后缘配重管、桨尖配重铅块；桨根衬套；修好桨叶填充泡沫芯，与理论尺寸相比外形误差为毫米。
2、在上、下模腔铺蒙皮，蒙皮按
铺层，每层搭接为10-15毫米；每铺一层，抽真空20分钟，直至5层蒙皮铺好。
3、在铺好蒙皮的下模铺C型大梁带，C型大梁带缠绕在桨根衬套上，拉紧拉直，C型大梁的形状由卡板测量，间隙不超过0.1毫米。
4、安放填充泡沫芯、前缘配重铅条、桨尖后缘配重管、桨尖配重铅块，位置误差不超过0.1毫米。
5、在空隙处12（附图2）填上3232A/E6短切玻璃纤维预浸料和中温发泡胶（SY-P9）的混合物，两者的质量比为9：1，称重，误差为0.5克。
6、合模，上热压机，加压固化成型，以2℃/s的速度加热到120℃～125℃，保温2～2.5小时后，固化成型压力为18.7MPa，自热冷却到60℃～45℃左右，开模,即制成无人直升机全复合材料旋翼桨叶。
所述上翼面蒙皮6和下翼面蒙皮1由玻璃纤维预浸布铺设而成，在旋翼桨叶成型模具上模模腔铺设旋翼桨叶下翼面蒙皮6，在旋翼桨叶成型模具下模模腔铺设旋翼桨叶上翼面蒙皮1。
所述桨根衬套7采用金属材料制成，通过定位销安置在铺完上翼面蒙皮的下模模腔桨根衬套孔位置处。
所述前缘配重铅条4根据旋翼桨叶截面翼型设计其截面形状（附图1所示，前缘配重铅条4截面形状与桨叶前缘翼面形状相一致），安置在旋翼桨叶成型模具下模腔最前缘。
所述C形大梁上翼面部分2由玻璃纤维预浸带铺设而成，铺放在铺完上翼面蒙皮的下模模腔，用截面卡板保证C形大梁形状。
所述泡沫芯3由聚氨酯泡沫通过机械加工的方式成型，保证泡沫芯的外形精度，为增强泡沫与蒙皮的粘结强度，在泡沫外面包一层胶膜，铺放在铺完上翼面蒙皮和C形大梁上翼面部分的下模模腔内。
所述桨尖配重铅块8由铅铸造成型，在其内部预埋变矩线处配重管，安置在旋翼桨叶桨尖位置处。
所述桨尖后缘配重管9由金属材料机械加工制成，安置在旋翼桨叶桨尖位置处。
所述C形大梁下翼面部分由玻璃纤维预浸带铺设而成，铺放在铺完上翼面蒙皮、C形大梁上翼面部分、泡沫芯、桨尖配重铅块的下模模腔内，用截面卡板保证C形大梁形状。
所述旋翼桨叶所有组件铺放完成后，合模，送入热压机内加热、加压固化成型。
Claims (10)
1.一种无人直升机复合材料旋翼桨叶，其特征在于：包括上翼面蒙皮、下翼面蒙皮、C形大梁上翼面部分、C形大梁下翼面部分、前缘配重铅条、桨根衬套、泡沫芯、桨尖配重铅块和桨尖后缘配重管；上翼面蒙皮和下翼面蒙皮闭合形成桨叶的外形，前缘配重铅条放在桨叶翼型前缘，C形大梁上翼面部分和C形大梁下翼面部分组合成C形大梁，C形大梁紧贴前缘配重铅条，C形大梁后缘部分由泡沫芯填充，桨叶前段固化有桨尖配重铅块和桨尖后缘配重管，桨叶后段安装有桨根衬套。
2.权利要求1所述的一种无人直升机复合材料旋翼桨叶的制作方法，如下：
（1）准备：准备好前缘配重铅条、桨尖后缘配重管、桨尖配重铅块和桨根衬套；修好桨叶填充泡沫芯，与理论尺寸相比外形误差为 
毫米；
（2）在上、下模腔分别铺上翼面蒙皮和下翼面蒙皮，上翼面蒙皮和下翼面蒙皮按
铺层，每层搭接为10-15毫米；每铺一层，抽真空20分钟，直至5层上翼面蒙皮和下翼面蒙皮铺好；
（3）在铺好下翼面蒙皮的下模铺C型大梁带，C型大梁带缠绕在桨根衬套上，拉紧拉直，C型大梁的形状由卡板测量，间隙不超过0.1毫米；
（4）安放填充泡沫芯、前缘配重铅条、桨尖后缘配重管和桨尖配重铅块，位置误差不超过0.1毫米；
（5）在空隙处填上3232A/E6短切玻璃纤维预浸料和中温发泡胶的混合物，两者的质量比为9：1，称重误差为0.5克；
（6）合模，上热压机，加压固化成型，以2℃/s的速度加热到120℃～125℃，保温2～2.5小时后，固化成型压力为18.7MPa，自热冷却到60℃～45℃左右，开模，即制成无人直升机复合材料旋翼桨叶。
3.根据权利要求2所述的无人直升机复合材料旋翼桨叶的制作方法，其特征在于所述上翼面蒙皮和下翼面蒙皮由玻璃纤维预浸布铺设而成，在旋翼桨叶成型模具上模模腔铺设旋翼桨叶下翼面蒙皮，在旋翼桨叶成型模具下模模腔铺设旋翼桨叶上翼面蒙皮。
4.根据权利要求2所述的无人直升机复合材料旋翼桨叶的制作方法，其特征在于：所述桨根衬套采用金属材料制成，通过定位销安置在铺完上翼面蒙皮的下模模腔桨根衬套孔位置处。
5.根据权利要求2所述的无人直升机复合材料旋翼桨叶的制作方法，其特征在于：所述前缘配重铅条根据旋翼桨叶截面翼型设置其截面形状，前缘配重铅条截面形状与桨叶前缘翼面形状相一致，安置在旋翼桨叶成型模具下模腔最前缘。
6.根据权利要求2所述的无人直升机复合材料旋翼桨叶的制作方法，其特征在于：所述C形大梁上翼面部分由玻璃纤维预浸带铺设而成，铺放在铺完上翼面蒙皮的下模模腔，用截面卡板保证C形大梁形状。
7.根据权利要求2所述的无人直升机全复合材料旋翼桨叶的制作方法，其特征在于：所述泡沫芯由聚氨酯泡沫通过机械加工的方式成型，保证泡沫芯的外形精度，为增强泡沫与蒙皮的粘结强度，在泡沫外面包一层胶膜，铺放在铺完上翼面蒙皮和C形大梁上翼面部分的下模模腔内。
8.根据权利要求2所述的无人直升机全复合材料旋翼桨叶的制作方法，其特征在于：所述桨尖配重铅块由铅铸造成型，在其内部预埋变矩线处配重管，安置在旋翼桨叶桨尖位置处。
9.根据权利要求2所述的无人直升机全复合材料旋翼桨叶的制作方法，其特征在于：所述桨尖后缘配重管由金属材料加工制成，安置在旋翼桨叶桨尖位置处。
10.根据权利要求2所述的无人直升机全复合材料旋翼桨叶的制作方法，其特征在于：所述C形大梁下翼面部分由玻璃纤维预浸带铺设而成，铺放在铺完上翼面蒙皮、C形大梁上翼面部分、泡沫芯、桨尖配重铅块的下模模腔内，用截面卡板保证C形大梁形状。
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