CN105751528B - 一种螺旋桨叶片预制件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋桨叶片预制件的制备方法。该方法提出按照产品数模设计可编织的芯模，根据叶片特征对芯模进行分区，并预先设计各区域的锭子转速与芯模轴向移动速度比值的工艺参数和编织层数，然后编织预制件。该方法自动化程度高，适合批量生产。所得预制件成型良好，质量稳定，可重复性好，解决了形状尺寸及结构变化性大的螺旋桨叶片预制件用二维编织不能直接成型和生产过程中靠人工试错的方法编织的难题，适于工程化应用。

Description

一种螺旋桨叶片预制件的制备方法

技术领域

本发明涉及纺织复合材料领域，具体是一种螺旋桨叶片预制件的制备方法。

背景技术

螺旋桨叶片的传统材质以金属为主，但金属螺旋桨叶片具有加工成本高，重量大，并且容易疲劳破坏、受到腐蚀等缺点。与金属螺旋桨叶片相比，复合材料螺旋桨叶片因具有轻质高强、耐腐蚀性好、噪音小、推进性能好等优点在船舶，飞机等行业发挥着重要作用。对于螺旋桨叶片预制件的成型，传统的成型方法是预浸料人工铺贴，这种成型方法虽然工艺简单，不受预制件尺寸和形状限制，但由于生产过程以人工作业为主，预浸料要根据预制件形状尺寸进行裁剪铺贴，机械自动化程度低，生产周期长、速度慢、效率低，制约了批量生产，且存在质量不易控制等缺点。此外，传统二维编织虽然可以编织一些变截面预制件，主要是针对叶片形状变化较小的情况，而对于整体包括叶根全复合材料通常的二维编织方法受到局限，特别是螺旋桨叶片形状极其复杂：叶根部分为变直径锥形管(直径沿叶根到叶梢方向逐渐减小)、桨叶部分厚度不均(中间厚并向四周突变为薄)、桨叶部分横截面的形状尺寸大小不断变化(横截面周长沿叶根到叶梢方向先增后减)、桨叶部分的一面为正曲率，另一面为负曲率等等。这使得形状结构变化性较大的螺旋桨叶片存在二维编织不能直接成型的难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种螺旋桨叶片预制件的制备方法。该方法提出按照产品数模设计可编织的芯模，根据叶片特征对芯模进行分区，并预先设计各区域的锭子转速与芯模轴向移动速度比值的工艺参数和编织层数，然后编织预制件。该方法自动化程度高，适合批量生产。所得预制件成型良好，质量稳定，可重复性好，解决了形状尺寸及结构变化性大的螺旋桨叶片预制件用二维编织不能直接成型和生产过程中靠人工试错的方法编织的难题，适于工程化应用。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种螺旋桨叶片预制件的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：

1)根据产品数模对螺旋桨叶片进行测量：所述螺旋桨叶片分为叶根部分和桨叶部分；由于叶根部分的形状为变直径锥形管，故分别测量叶根大端直径和叶根小端直径；然后在桨叶部分中心轴线上等距离选取8-15个垂直于桨叶部分中心轴线的截面，测量各个截面的周长，将每个截面的周长换算成与之等周长的等效圆，并计算等效圆的直径；

2)设计芯模：芯模的设计分为两部分，即叶根部分的设计和桨叶部分的设计；叶根部分按螺旋桨叶片叶根的原尺寸形状设计，桨叶部分则以步骤1)中各个等效圆为基准组合成可编织的新的形状；

3)根据芯模横截面的尺寸大小和螺旋桨叶片的厚度对芯模进行分区：叶根部分为第一区域；桨叶部分按芯模横截面的尺寸大小和桨叶部分的厚度进行分区，叶根部分到桨叶部分的过渡区为第二区域，桨叶部分的剩余部分按步骤1)中各个等效圆的直径差≤15mm的分为一个区域；

4)根据产品特征选择合适纱线并确定编织类型，根据所选纱线的线密度、体密度和编织类型计算预制件的单层厚度，并根据螺旋桨叶片的厚度分别设计各区域的编织层数；

5)计算各区域的工艺参数，所述工艺参数是编织机锭子转速与芯模轴向移动速度的比值；

6)按照各区域的编织层数和工艺参数进行编织；

7)将编织好的预制件从编织机上取下，取出芯模，将预制件套在螺旋桨叶片上并使预制件与螺旋桨叶片伏贴，即得到螺旋桨叶片预制件。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)可以编织结构形状变化大的螺旋桨叶片，实现叶根叶片连续成型的复合材料；

(2)预制件产品结构完整，成型良好，质量稳定，可重复好；

(3)加工便捷，生产过程机械自动化程度高，效率高，易于工业化生产。

附图说明

图1为本发明螺旋桨叶片预制件的制备方法实施例1的螺旋桨叶片轴测示意图；(图中1、叶根部分；2、桨叶部分；11、叶根部分大端；12、叶根部分小端；21、桨叶部分中心轴线)

图2为本发明螺旋桨叶片预制件的制备方法实施例1的芯模分区示意图；

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

螺旋桨叶片数模如图1所示：螺旋桨叶片总长度550mm，叶根部分1的长度为100mm，桨叶部分2的长度为450mm。预制件在叶根部分1的厚度要满足3.6mm，叶根部分1到桨叶部分2的过渡区的厚度要满足2.4mm，在桨叶部分2的剩余部分的厚度自叶根到叶梢方向分别要满足1.8mm、3mm。螺旋桨叶片预制件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据产品数模对螺旋桨叶片进行测量：所述螺旋桨叶片分为叶根部分1和桨叶部分2；由于叶根部分的形状1为变直径锥形管，故分别测量叶根大端11直径和叶根小端12直径；然后在桨叶部分中心轴线21上等距离选取10个垂直于桨叶部分中心轴线的截面，测量各个截面的周长，将每个截面的周长换算成与之等周长的等效圆，并计算等效圆的直径，每个截面间的间距为50mm；

2)设计芯模：芯模的设计分为两部分，即叶根部分1的设计和桨叶部分2的设计；叶根部分1按螺旋桨叶片叶根的原尺寸形状设计，桨叶部分2则以步骤1)中各个等效圆为基准组合成可编织的新的形状；

3)根据芯模横截面的尺寸大小和螺旋桨叶片的厚度对芯模进行分区：将芯模分为四个区域，如图2所示：叶根部分为第一区域；桨叶部分2按芯模横截面的尺寸大小和桨叶部分的厚度进行分区，叶根部分1到桨叶部分2的过渡区为第二区域，桨叶部分2的剩余部分按步骤1)中各个等效圆的直径差≤15mm的分为一个区域，即分成第三区域和第四区域；所述芯模横截面是指垂直于芯模轴向的截面；

4)根据产品特征选择3kT300的碳纤维为纱线并确定编织类型为二维三轴(加轴纱)；该3kT300的线密度为198tex、体密度为1.76g/cm³，计算出预制件的单层厚度为0.6mm，并根据螺旋桨叶片的厚度分别设计各区域的编织层数，第一区域到第四区域的编织层数分别为6层、4层、3层、5层；所述编织类型即二维二轴(不加轴纱)或二维三轴(加轴纱)，属于现有技术；

5)根据产品特征确定编织角，计算各区域的工艺参数，即编织机锭子转速与芯模轴向移动速度(即横木速度)的比值；所述锭子转速与芯模轴向移动速度的比值与编织角和芯模直径的变化有关，芯模直径沿螺旋桨叶片的叶根到叶梢方向先减小再增大再减小；

在第一区域中，将叶根部分中点的直径为芯模直径，计算锭子转速与芯模轴向移动速度的比值；

在第二区域中，由于该区域最大端与最小端直径相差较大，需要在该区域中间进行二次分区，前半分区以最小端直径为芯模直径，后半分区以最大端直径为芯模直径，分别计算出锭子转速与芯模轴向移动速度的比值；

在第三区域中，该区域直径变化不大，以选取截面的周长换算出的直径的平均值为芯模直径，计算锭子转速与芯模轴向移动速度的比值；

在第四区域中，由于该区域最大端与最小端直径相差较大，需要在该区域中间进行二次分区，前半分区以最小端直径为芯模直径，后半分区以最大端直径为芯模直径，分别计算出锭子转速与芯模轴向移动速度的比值；

设定好锭子转速，计算出各区域的芯模轴向移动速度，芯模轴向移动速度随芯模直径的增大而增大，随芯模直径的减小而减小；

6)按照各区域的编织层数和工艺参数进行编织；

7)将编织好的预制件从编织机上取下，取出芯模，将预制件套在螺旋桨叶片上并使预制件与叶片伏贴，即得到螺旋桨叶片预制件。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种螺旋桨叶片预制件的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：

1)根据产品数模对螺旋桨叶片进行测量：所述螺旋桨叶片分为叶根部分和桨叶部分；由于叶根部分的形状为变直径锥形管，故分别测量叶根大端直径和叶根小端直径；然后在桨叶部分中心轴线上等距离选取8-15个垂直于桨叶部分中心轴线的截面，测量各个截面的周长，将每个截面的周长换算成与之等周长的等效圆，并计算等效圆的直径；

2)设计芯模：芯模的设计分为两部分，即叶根部分的设计和桨叶部分的设计；叶根部分按螺旋桨叶片叶根的原尺寸形状设计，桨叶部分则以步骤1)中各个等效圆为基准组合成可编织的新的形状；

3)根据芯模横截面的尺寸大小和螺旋桨叶片的厚度对芯模进行分区：叶根部分为第一区域；桨叶部分按芯模横截面的尺寸大小和桨叶部分的厚度进行分区，叶根部分到桨叶部分的过渡区为第二区域，桨叶部分的剩余部分按步骤1)中各个等效圆的直径差≤15mm的分为一个区域；

4)根据产品特征选择合适纱线并确定编织类型，根据所选纱线的线密度、体密度和编织类型计算预制件的单层厚度，并根据螺旋桨叶片的厚度分别设计各区域的编织层数；

5)计算各区域的工艺参数，所述工艺参数是编织机锭子转速与芯模轴向移动速度的比值；

6)按照各区域的编织层数和工艺参数进行编织；

7)将编织好的预制件从编织机上取下，取出芯模，将预制件套在螺旋桨叶片上并使预制件与螺旋桨叶片伏贴，即得到螺旋桨叶片预制件。

2.根据权利要求1所述方法制备的螺旋桨叶片预制件。