CN105775107A - 具有复合材料制成的毂的旋翼飞行器转子 - Google Patents

Abstract

具有复合材料制成的毂(2)的旋翼飞行器转子，所述毂(2)由通过堆叠连续层的撒有热塑性树脂且热时被压缩的碳纤维织物所获得的复合材料的单体式主体(14)形成。所述毂(2)设置有分支(9)，在分支(9)上经由铰链系统安装相应的叶片，每一个都包括径向支承抵靠对应分支(9)的强度构件(12)。强度构件(12)单独地接纳在承窝(13)中，承窝在制造时被限定成：当所述转子设定成以预定操作速度旋转时，所述径向推力座(16)呈现圆筒形的支承表面，而所述径向推力座(16)使所述强度构件(12)能够支承抵靠所述分支(9)，径向推力座(16)于是具有补偿所述强度构件(12)的圆筒形支承表面的形状。

Description

具有复合材料制成的毂的旋翼飞行器转子

相关申请的交叉引用

本申请要求的2015年1月8日提交的FR1500021的优先权，其公开内容整体引用入本文。

技术领域

本发明涉及旋翼飞行器领域，并且更具体地涉及旋翼飞行器转子，该旋翼飞行器转子包括复合材料制成的毂，而所述转子的旋转翼的叶片安装在所述毂上。

更具体地，本发明提供一种旋翼飞行器转子，该旋翼飞行器转子包括复合材料制成的毂，而所述转子的旋转翼的叶片安装在所述毂上。

背景技术

旋翼飞行器是具有至少一个转子的旋转翼飞行器，包括具有基本上竖直轴线的至少一个主转子，该至少一个主转子为旋翼飞行器至少提供起升力。

在直升机的具体情况下，所述至少一个主转子为旋翼飞行器不仅提供升力，而且还提供沿任意前行方向的推力。直升机的飞行姿态可由旋翼飞行器的飞行员修改，引起构成主旋翼的旋转翼的叶片俯仰周期地和/或总距地改变。

旋翼飞行器还配备抗转矩装置，该抗转矩装置为它们提供在偏航的引导，比如特别是具有基本上水平轴线的至少一个辅助转子。举例而言，这种辅助转子可以是尾部转子，或者在高前进速度的直升机的情形中由推进螺旋桨来形成。

旋翼飞行器转子的叶片通常安装在用于驱动它们旋转的毂上。所述毂安装在旋转轴，诸如用于主转子的主轴上，所述轴由供给旋翼飞行器的操作所需的机械动力的动力设备驱动旋转。

此外，叶片单独地安装在所述毂上以至少围绕俯仰变化轴线可动，以使旋翼飞行器的飞行员能够至少总距地也可能周期地改变其俯仰，以修改旋翼飞行器的飞行姿态。

更具体地参考主转子，所述叶片安装成不仅能够围绕它们的俯仰变化轴线枢转，而且它们也通常安装成以摆振动作和以挥舞动作可动。

在这种情况下，所述叶片更具体地安装成可相对于毂不仅关于它们的俯仰变化轴线可动，而且也围绕定向为平行于所讨论的叶片的总平面(即主要是垂直于毂的旋转平面的方向)的相应的挥舞轴线可动，以及围绕定向为垂直于所讨论的叶片的总平面(即主要是平行于毂的旋转轴线的方向)的相应的摆振轴线可动。

关于挥舞轴线和摆振轴线的定向，相对于毂的旋转轴线的方向而指定的主要定向，通常应相关于叶片在其自己的总平面中围绕其各种运动轴线相对于毂的运动能力进行评估。

在这种情况下，旋翼飞行器转子的毂的机械强度自然地选择成承受它需要在操作中承受的力。这种力不仅尤其是产生于通过驱动转子旋转产生的离心力，而且产生于由叶片至少围绕它们的俯仰变化轴线以及可能还有对于主转子而言围绕它们的挥舞轴线和围绕它们的摆振轴线而相对于毂运动的自由。

传统上，旋翼飞行器转子的毂由一块金属制成。

然而，用于毂的这样的金属结构往往带给它相当大的重量，而在航空领域正确的是减少重量。此外，需要加工金属毂以适当地接纳各种构件，所述各种构件提供所述毂和旋转轴之间的连接以及叶片和毂之间的可动连接。

因此，可以看出，虽然这种金属毂相比于它的功能、特别是它的强度是令人满意的，然而它存在给定体积重量大且价格昂贵的缺点。

这些缺点能够在具有柔性分支的毂的具体情形中得以限制，而在所述分支上叶片被安装成使它们能够相对于毂可动。在这情形中，已知的是使旋翼飞行器转子毂由堆叠的多层浸渍有热固性树脂的矿物纤维织物所构成的复合材料制成。

因此，文献EP2234880、等同于文献US2011/116936和文献US8147198都公开一种形成旋翼飞行器转子的毂的复合材料轭状件及其制造方法。所述轭状件由多层的浸渍有热固性树脂的玻璃纤维织物制成，并且它包括相应的叶片承载分支。

制造该轭状件的所述复合材料被有利地用于为叶片提供进行挥舞运动的自由。更具体地说，该轭状件的分支的局部弱化赋予分支在挥舞中的柔韧性。

文献EP0221678、等同于文献US4714409也给出提案，以提供一种旋翼飞行器转子毂，其中用于将叶片连接到毂的柔韧分支由嵌入加强板的树脂制成，所述板由复合材料制成。用于形成柔韧分支或者实际上整个毂的所述复合材料更具体地是由浸渍有热固性树脂的多层碳纤维织物形成的。

还查阅了本发明的领域中的以下文献：

文献EP0120803、等同于文献US4568244描述了一种用于直升机的主转子毂，该主转子毂具有由增强纤维和环氧树脂制成的复合基体。由复合材料制成的该毂具有承窝，每个承窝具有径向推力座，所述径向推力座具有用于支撑相应叶片的平坦支承表面。

文献EP0340095、等同于文献US4915585描述了一种由复合材料制成的基本上为十字形状的转子毂，但是没有具体地描述在它的外部径向强度构件和毂的边缘之间的连接。

文献FR2653405、等同于文献US5141398描述了一种用于旋翼飞行器转子叶片的摆振阻尼器和弹性返回装置。该转子的每个叶片具有根部，由此叶片耦合到毂，该毂自身被驱动围绕该转子的轴线旋转。粘弹性材料制成的薄环具有内壁和外壁，所述内壁和外壁被分别结合到内部强度构件和外部强度构件。外部强度构件存在带有经由球窝接头而铰接于其的刚性杆的连杆，所述刚性杆具有球窝接头，该球窝接头用于将所述杆约束成随叶片的根部运动。内部强度构件被固定到由所述毂驱动的支撑件。

文献GB2092541、等同于文献US4425082描述了一种用于直升机转子的复合毂。该毂由平面板构成，该平面板具有穿过其中的、围绕其外周均匀分布的一系列开口。所述开口的每一个适合于接纳提供与相关联叶片连接的柔性联轴器。所述板存在层叠结构，包括在中间层中的力分配元件。径向簧片元件被布置在该分配元件的任一侧，并在垂直于旋转轴线的平面中延伸。每个环形簧片元件被布置在分配元件的任一侧，并与相关联的一系列径向元件的自由端进行接触。

文献US4818179描述了一种用于具有主保持板的直升机转子的毂。复合材料制成的外周环表现为加强纤维，该加强纤维被定向在所述板的平面中且垂直于所述保持面。其它纤维增强环被垂直于毂的中心轴线地间隔开。那些环形成包围所述外周环的扁平管状的圆周结构。环形框架实质上包括与倾斜预定角度的纤维相互连结的圆周向纤维。

文献US5478204描述了一种具有用于支撑俯仰轴承的环的旋转翼飞行器转子。该环包括上盖和下盖。针对该转子，提议了各种材料，例如树脂、环氧树脂或增强的热塑性树脂。

然而，一些条件被特别地限制于轻型旋翼飞行器，其中这种复合材料被用于制造具有柔性分支的旋翼飞行器转子的毂，而所述柔性分支有助于使叶片能够相对于毂运动。对于重型旋翼飞行器，其中转子支撑力被认为较大，叶片优选地安装在下述毂中，即所述毂坚固且是刚性的而借助于铰链系统(比如球窝接头铰链)为所述叶片提供自由以在毂上沿多个方向运动。

举例而言，这样的球窝接头铰链通过使用结合了金属层的叠层弹性体而提供，通常被称为“球形推力轴承”。这种弹性体/金属层叠体结合有组装强度构件，并且位于所述毂和所考虑叶片的叶片根部之间，从而被放置成支承抵靠所述毂以允许叶片凭借所述层叠体变形而自由地相对毂运动。

可以理解的是，在这种叶片藉由铰链系统而安装在毂上的情形中，构成毂的材料通常选择为金属。

采用复合材料形成这样的毂，通常涉及需要加强毂以抵抗在操作条件下其自身的变形。

毂的这种加强通常是通过在毂的周围放置金属带来进行，这呈现出的主要缺点是增加毂的重量并且使之生产更复杂。

此外，毂的体积需要增加以提供期望的叶片坚固安装且具有藉由所述铰链系统相对于毂运动的自由。

体积增加使得不仅需要扩展毂的厚度(厚度是指沿毂的轴向延伸方向)，而且需要扩展毂的直径以赋予毂坚固性，从而使其相对于其首先被连接到旋转轴然后被连接到叶片的方式能够承受其在操作中所经受的力。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种具有复合材料制成的毂的旋翼飞行器转子，其设置成适于安装叶片而藉由铰链系统具有自由以相对于毂运动。

更具体地，期望以较低的成本获得这样的复合材料毂，该毂尽可能少地在轴向和直径方向扩展，同时避免对所述毂抵抗在操作中其自身变形的任何加强需要(特别是藉由带的加强)，并尽可能地限制需要在所述毂已通过模制后待执行的任何加工操作。

构成该毂的复合材料需要进行选择，不仅是因为用于制造这样的复合材料的技术能够获得益处，而且还寻求获得使所述毂能够以较低成本制造的这种复合材料的使用方式。

另外，期望用于所述毂的这种结构必须符合上述规定的限制，特别是通过避免使它增重。

在此背景下，本发明提出了以复合材料形成所述毂，该复合材料首先由多层的纤维(选择为碳纤维)制成的织物并且其次利用聚合物(选择为热塑性树脂)而获得。选择这种复合材料使得有可能确保所述毂能够执行它需要执行的功能，并使得可以提供对其结构的具体适当布置从而在以上所列以及辨明的限制的总体背景内提供解决方案。

在此背景下，本发明的旋翼飞行器转子主要涉及具有毂的旋翼飞行器转子，该毂由通过堆叠连续层的树脂浸渍的矿物纤维织物所获得的复合材料制成。

该毂围绕用于驱动该毂旋转的旋转轴同轴地安装，所述旋转轴延伸穿过所述毂中的孔道。该毂还具有从所述孔道径向延伸的多个分支，所述多个分支具有安装在其上的相应叶片。所述叶片安装在该毂上以至少为改变叶片俯仰而单独地可动，以及还可能执行挥舞和/或摆振运动，特别是当转子是旋翼飞行器的主转子时。

根据本发明，这样的毂来自于已知背景，由此叶片被单独地安装成藉由相应的铰链系统而相对于毂可动。每个这样的铰链系统包括用于将它安装在毂的分支中的相应一个的安装强度构件。

所述强度构件径向支承抵靠所述分支，从而单独地容纳成至少部分地在单体式主体的、沿其轴向延伸方向延伸的相应承窝中。

在本发明的毂所归属的这种背景中，选择成实质上由通过堆叠连续层的撒有热塑性树脂的碳纤维织物而获得的复合材料制成的单体式主体制成所述毂，从而有利地利用在高压下并趁热在压机中压缩所述层的技术。

这种复合材料使得有可能使用下述制造方法形成所述单体式主体，在该制造方法中结合在织物层中的碳纤维被撒有所述热塑性树脂(比如聚醚醚酮(PEEK))，其然后使得可以通过处理织物层(其于是被认为是不发粘的)从而更容易制造所述单体式主体。这样处理的容易化就获得所述单体式主体而言是特别有用的，所述单体式主体需要被堆叠相当大数量的层，就数字表示而言在200至400范围内。

另外，所选择的复合材料使得有可能通过在大约60巴(bar)压强下和在大约400℃温度下压缩所述织物层来获得所述单体式主体。

所得的单体式主体足够坚固以承受所述毂在操作中经受的力。此外，所选择的复合材料使得有可能以更低的成本来解决：当藉由装配到所述毂的独立的相应铰链系统来将叶片安装在所述毂上时，使用复合材料所导致出现的问题。

此外，已发现的是，根据本发明选择的复合材料使得有可能：通过模制，形成所述单体式主体中的所述承窝，用于接纳所述铰链系统的相应的强度构件。结果发现，这种承窝可以通过模制直接提供，而无需任何后续加工操作(其是昂贵的)来形成抵靠所述毂的、对于叶片合适的支承表面。

还应该观察到，根据本发明选择的用于浸渍织物(其形成制造所述毂的复合材料)的热塑性树脂(特别是聚醚醚酮(PEEK))，存在相比按常规用于形成复合材料毂的热固性树脂(尤其环氧树脂)更好的机械强度特性。

另外，这样的热塑性树脂不包括任何溶剂，因此具有可回收以及对保护自然环境更好的优点。

然而，构成所述单体式主体的复合材料需要被选择，以考虑特定于利用复合材料形成旋翼飞行器转子毂的问题，即受到由驱动转子而产生的、趋向于使毂变形的离心力的问题。

在考虑转子被设定成旋转的作用下承窝变形的这种情况下，承窝在制造时成形以形成径向推力座，该径向推力座用于使强度构件能够经由支承表面而支承抵靠所述分支，所述支承表面在转子设定成以预定操作速度旋转的作用下为圆筒形。

所述圆筒形支承表面特别通过基座限定，该基座定向成正交于所述强度构件支承抵靠所述分支所沿的径向方向，从而具有大致弧形的形状，例如具有同等地可以为圆弧或椭圆弧的形状。

具有圆筒形支承表面的所述径向推力座，特别是沿定向在所述毂的轴向延伸方向的发动机线延伸，并且形状补偿所述强度部件的给定的圆筒形支承表面。

自然地，所述概念“制造成”涉及考虑对所述单体式主体在被制造时的状态，即忽略在旋翼飞行器机载操作时施加于其上的应力，特别是在转子被设定成旋转和/或叶片被控制成相对于所述毂运动时所产生的应力。

结果，为了避免在离心力(其在操作中被施加至毂)的作用下所述承窝的变形，所述承窝制造成的形状有利地考虑了承窝的这种变形，从而除不同寻常地具有圆筒形支承表面的所述承窝外，还提供所述推力座。

用于所述推力座的这样圆筒形支承表面提供了：在转子处于操作时，抵靠所述承窝的、对于强度构件的坚固的径向支承。

藉由这些设置，所述分支的径向范围可然后有利地被减小，而不会影响叶片被坚固地保持而有运动自由的方式，而不需要加强所述毂保持其形状的能力，诸如通过放置金属带围绕该毂的这种已知技术来防止它在操作中变形，已有技术的缺点是重量大。

此外，还有可能：选择对于所述毂从旋转轴连接所在的其轴向区域朝向其外周逐渐减小其厚度，以更好地减轻其重量和总体尺寸，同时保留叶片的坚固保持力且具有相对于所述毂的运动自由。

这易于装配楔形件，以对特别是受强度构件支承所靠的、所述毂的端面斜度进行补偿。可以利用热塑性树脂的聚合的可逆性质，以通过模制，更具体地通过包覆模制将这类楔形件结合在所述单体式主体中。

在一个实施例中，其中增强承窝的制造成的形状在转子处于操作中时改变承窝的形状，承窝的轮廓在毂的直径平面中是大致椭圆形状，此椭圆短径具体是在单体式主体的径向延伸方向。

用于承窝轮廓的这种大致椭圆形状特别赋予承窝轮廓在毂的直径平面中具有由多个接续相互切向的圆弧(特别是至少四个这样的弧)所限定的形状，而两个接续的圆弧存在不同的曲率半径。

用于承窝的这种轮廓限定了毂的直径平面中的圆弧，所述弧呈现出承窝的表面部分，该承窝的表面部分用于形成所述强度构件支承抵靠所述分支所藉由的所述径向推力座。所述圆弧的第一半径(由制造所限定)大于在转子被设定成以所述预定操作速度旋转的作用下赋予所述圆弧的第二半径，在转子的所述操作情况下的所述第二半径限定具有圆筒形支承表面的所述径向推力座，而所述强度构件藉由该圆筒形支承表面支承抵靠所述分支。

作为指示，为了限定所述圆弧的第一半径为制造时所定义，确保特别是：当转子在操作中时，在单体式主体和强度构件之间施加的压力小于可接受的压力(比如通过对测试件进行测试而定义)。已经发现，所述径向推力座的圆筒形支承表面有利地使所述压力能够以最佳方式分布。

当转子不旋转时，强度构件的径向支承抵靠所述分支的那部分的半径小于承窝的圆弧半径，所述承窝的圆弧的半径在制造时限定所述径向支承座具有圆筒形支承表面，该圆筒形支承表面用于所述强度构件支承抵靠对应分支。作为由设定转子旋转而产生的离心力的结果，所述毂变形并且承窝的圆弧的半径减小直到它匹配所述强度构件的圆筒形支承表面(它在该处支承抵靠对应分支)的半径，由此获得期望的压力分布。

为了提高所述圆筒形支承表面(所述强度构件藉由其而径向支承抵靠所述分支)的轴向范围，还提出了避免所述单体式主体具有沿所述承窝的所述表面部分(其形成所述强度构件抵靠所述分支所用的所述径向推力座)的脱模锥度。

所述单体式主体的脱模所需锥度于是布置在承窝的下述表面部分上，即该表面部分补偿所述承窝的那些表面部分，该表面部分形成为所述强度构件支承抵靠所述分支所用的所述径向推力座。

本发明的所述单体式主体适用于下述公知的情形中，其中所述强度构件的每一个包括弹性体/金属层叠体，该弹性体/金属层叠体提供所述叶片相对于所述毂沿多个方向运动的自由。这样的强度构件通常被布置成径向推压抵靠相应分支。

在这种情况下，提出将强度部件与分支之间的支承表面的表面以不寻常的方式成形为圆筒形的表面，即由定向在毂的轴向延伸方向的发动机线定义。

在优选的情况下，其中所述单体式主体的轴向端面中的至少一个相对于毂的旋转平面至少部分地倾斜，该单体式主体有利地设置有上述类型的楔形件。这样楔形件是用于补偿由所述单体式主体的至少一个轴向端面倾斜造成的所述斜度的楔形件，所述楔形件提供毂上的轴向推力座，以使所述强度构件能够支承抵靠所述分支。

如上所述，利用热塑性树脂通过模制将所述楔形件结合在所述单体式主体中，从而不需要通过使用紧固部件(如螺钉)而损坏单体式主体，例如为了在单体式主体上安装楔形件以补偿给予单体式主体的轴向端面的斜度的目的。

更具体地，楔形件有利地通过包覆模制而结合在所述单体式主体中，所述楔形件有利地由结合了矿物纤维(比如玻璃和/或碳纤维，例如嵌入在热塑性树脂中)的复合材料获得。

在变型中，所述楔形件可使用复合材料制成。这种复合材料可以通过堆叠多层的嵌入在热塑性树脂中的矿物纤维织物来形成，或实际上它们可以使用嵌入在热塑性树脂中的矿物纤维的聚集体形成。

特别是对于主转子，叶片也可安装在毂上而自由执行围绕相应的摆振轴线的摆振运动。在这种情况下，所述分支的各外周端面优选设置有保护器构件，比如通过磨损件形成的或实际地由用于限制每个叶片的摆振行程的抵接构件形成的保护器构件。

为了加强这种保护器构件的组装，它们的每一个优选装配有紧固翼片，该紧固翼片分别支承抵靠所述单体式主体的轴向端面。

这样的紧固翼片，例如每个布置为抵靠单体式主体的两个轴向端面的轭状件，可以通过第一紧固构件(诸如螺钉或螺栓)被紧固到对应分支的周端，例如，所述构件延伸穿过单体式主体中、沿其轴向延伸方向形成的相应的第一通道。

应考虑下述事实，即所选择用于形成所述毂的复合材料有利地使所述单体式主体能够被成形为符合以下单独地或组合地考虑的设置：

·所述单体式主体具有从轴向中心区域(其中设置至少所述孔道)朝向结合分支的单体式主体的外周区域的外边缘逐渐减小的厚度。以这种方式成形所述毂赋予其适当的坚固性，而在叶片和毂之间具有相对运动自由同时不削弱连接。

·所述单体式主体在作为轴向中间平面的径向平面中的两侧上是对称的，从而有可能避免在操作中对毂的形状的不规则扭曲。

·所述分支朝向单体式主体的外周突出，而所述分支的突出部存在有利的小的径向延伸尺寸，就指标而言，处于单体式主体的外径的0.2至0.3倍范围内。在这种情况下，考虑到一个给定分支，该分支的周端部和所述强度构件支承抵靠该分支所用的径向推力座之间的距离小，就指标而言，处于单体式主体的外径的大约0.1至0.15倍范围内。

对于分支的突出部的小径向范围的这种设置，使该分支能够被增强抵抗变形，同时限制毂的外径和重量。限制的分支的径向范围也使得有可能降低叶片根部(其用于在毂的分支上安装叶片)在相对于毂的径向方向上的范围，从而具有提高叶片在毂上安装坚固性的优点。

应当指出，通过限制单体式主体的分支的径向范围而获得的单体式主体的这种紧凑性，特别是通过上述当毂被设定成旋转时承窝变形的事实的考虑而得以实现。

更具体地说，在毂的特定的实施例中，所述单体式主体包括：

·恒定厚度的所述轴向中心区域，其中形成至少所述孔道和定向在毂的轴向延伸方向且分布在所述孔道周围边缘中的第二通道。所述第二通道接纳第二紧固构件(诸如螺钉或螺栓)，该第二紧固构件例如用于将毂紧固到布置成面向毂的任一轴向端面的旋转轴的至少一个板。

·所述外周区域，其从所述中心区域沿径向延伸同时在厚度上从所述轴向中心区域的厚度向其外周递减。所述外周区域包括用于接纳相应强度构件的所述承窝的每一个的至少一部分，并且还包括定向在毂的轴向延伸方向的第三通道。这种第三通道接纳第三紧固构件，诸如螺钉或螺栓，该第三紧固构件例如用于将所述强度构件紧固到毂。这种第三通道设置成特别是穿过所述强度构件轴向支承抵靠的所述楔形件(如果有的话)。

更具体地，所述承窝优选设置有在所述轴向中心区域中的第一部分和在所述单体式主体的所述周边区域中的第二部分。

在这种情况下，所述第二部分于是包括所述承窝的表面部分，该表面部分形成所述强度构件抵靠所述分支所用的所述径向推力座，它按需被指定成：所述强度构件抵靠相应分支的径向推力被引导朝向毂的周边。

所选择来形成单体式主体的复合材料以及制造它的优选方式，如上所述，使得有可能设置所述毂使得：

·所述单体式主体在其外周的厚度处于所述单体式主体在其轴向中心区域的厚度的大约30％至40％范围内；和

·所述单体式主体的外径处于所述单体式主体的所述轴向中心区域的厚度的大约六至十倍范围内。

应当指出，作为单体式主体由所选择的复合材料进行模制所凭借的条件的结果和作为本发明所提出的二次设置的结果，无论独立地或组合地考虑，在单体式主体已被模制之后在其上执行的加工操作能够被限制到相当大的程度。

这样的加工操作可被限制成加工由模制制得的跨越单体式主体的厚度延伸的空隙，这种空隙形成所述第一通道、所述第二通道和/或所述第三通道。在被加工后，所述空隙可然后有利地设置有增强环，该增强环特别是通过密封而装配和结合在所述单体式主体中。

在一种变型中，所述加工操作可能被限制成机械加工这种先前已被安装在所述空隙内部的增强环的内侧凹部。在这种情况下，利用热塑性树脂的聚合的可逆性质，所述增强环可以有利地通过包覆模制结合在所述单体式主体中。

这种空隙特别是与所述承窝的可选形成进行联合设置，特别是通过利用堆叠多层的、在芯部撒有热塑性树脂的碳纤维织物的技术，所述芯部分别提供通过所述单体式主体的空隙和/或承窝。

因此，于是可能利用热塑性树脂的聚合的可逆性质来同等地在所述第一通道和/或所述第二通道和/或所述第三通道中提供所述增强环，所述增强环有利地通过包覆模制而结合在所述单体式主体中。

此外，所述第二通道特别是开口到毂的两个轴向端面中，而第二紧固构件优选地延伸穿过毂并且可能协同操作旋转轴的一对板，所述一对板位于分别面对毂的轴向端面的每一个以增加毂和旋转轴之间连接处的坚固性。

附图说明

本发明的实施例参照附图进行说明，在附图中：

·图1是本发明实施例的旋翼飞行器转子的透视图；

·图2和图3是实质上形成图1所示转子的毂的单体式主体的实施例的视图，分别以透视图和轴向截面示出；以及

·图4包括两个图(a)和图(b)，在其总平面中示出图2和图3所示的单体式主体的一段。

具体实施方式

在图1中，示意地示出旋翼飞行器G。旋翼飞行器G具有转子。此旋翼飞行器转子具有安装在毂2上的叶片1(仅一个叶片被部分示出)。为了被驱动旋转，该毂2安装在同轴地延伸穿过毂的孔道4的旋转轴3上。这样的旋转轴3特别是由用于旋翼飞行器的主转子的主轴构成，如图所示。

毂2具有设置在孔道4周围边缘中的第二通道5，以接纳第二紧固构件6(比如螺钉或螺栓)，该第二紧固构件6用于将毂2紧固到旋转轴3的至少一个板7上。

叶片1安装在毂2上以可运动，至少用以改变俯仰，并且也可能使摆振和挥舞改变，如在实施例中所示。为此目的，每个叶片1常规设置有叶片根部8，该叶片根部8用于组装到毂2的相应分支9。在通常的实施例中，叶片1被制成藉由间插在给定的叶片根部8和毂2之间的铰链系统10而相对于毂2可动。

在图1和图4所示的例子中，这样的铰链系统10是利用弹性体/金属层叠体11的类型，该弹性体/金属层叠体11包括金属叠片和多层弹性体，并且通常被称为“球形推力轴承”。弹性体/金属层叠体11被结合在强度构件12中，由此铰链系统10被安装在给定叶片根部8和毂2之间。

毂2具有相应地容纳所述强度构件12的承窝13。给定的强度构件12使用螺栓将叶片根部8连接到毂2，而同时轴向地支承抵靠毂2的轴向端面。

如图4所示，加强构件12可以是例如包括间插在两个强度构件元件12'，12"之间的至少一个所述弹性体/金属叠层体11的类型。弹性体/金属叠层体11被压缩在强度构件元件12'，12"之间，“外”强度构件元件12"径向支承抵靠对应的分支9。因此，通过经由其“外”强度构件元件12"而径向支承抵靠毂2，从而弹性体/金属叠层体11变形，以允许所述叶片根部8相对于毂2运动。

应该观察到，在这一点上，概念“轴向”以及概念“直径的”和/或“径向”将被认为是相关于毂2的旋转轴线A。在此情况中，应该理解的是，毂2的厚度被认为是沿轴向延伸的方向。

毂2实质上由通过模制一叠多层的撒有热塑性树脂的碳纤维织物所制得的单体式主体14构成，所述织物层被堆叠在模具内部然后在热度和高压下进行压缩。

在图1、图2和图3中，单体式主体14具有包含孔道4和所述第二通道5的轴向中心区域15。所述轴向中心区域15由至少部分地包括分支9的外周区域径向延伸而成。

如可更具体地在图3中所见，单体式主体14是关于构成轴向中间平面的直径平面P对称。单体式主体14的轴向中心区域15具有恒定的厚度E1，从而提高毂抵靠旋转轴的板(多块板)的推力配合。

单体式主体的外周区域具有厚度E2，该厚度E2是从轴向中央区域15朝向其外周递减。单体式主体14的厚度E2(当考虑在其外周处时)为在其轴向中心区域15处的厚度E1的约30％至40％。如可更具体地在图3中所见，单体式主体14的外径D为其在轴向中心区域15处的厚度E1的大约八倍。

此外，在图1至图4中，承窝13提供带有圆筒形支承表面的径向推力座16，该圆筒形支承表面用于强度构件12，特别是经由装配它们所用的弹性体/金属叠层体11支承抵靠分支9。

如图1所示，朝单体式主体14外周的分支9突出部26的径向延伸尺寸d1处于单体式主体14外径D的大约0.2至0.3倍范围内，而对于任何给定的分支9，分支9的外周端和强度构件12支承抵靠分支9所在处的径向推力座16之间的分开距离d2处于单体式主体14外径D的约0.1至0.15倍范围内。

如图2所示，承窝13通常是椭圆形状，每一个限定相应的圆弧AC，该圆弧AC提供承窝13的表面部分，该表面部分形成所述径向推力座16，经由该径向推力座16从而强度构件12支承抵靠分支9。

然而，如图4所示，当转子被设置成旋转时，承窝13倾向于在离心力的作用下变形。更具体地，在图(a)中，示出毂固定情况下的单体式主体14，而在图(b)中，示出毂旋转情况下的单体式主体14。作为承窝13变形的结果，对于所述圆弧在制造时限定的初始半径，并且如图(a)中所示，趋向于变得更小，以匹配径向支承抵靠分支9的强度构件12表面的半径，如图(b)中可见。

在这方面，所述圆弧AC的第一半径R1在制造时被定义为大于在转子以其标称操作速度旋转的条件下所确定的所述圆弧AC的第二半径R2。圆弧AC的所述第一半径R1特别是通过测试被确定，使得通过变形从而承窝13给予所述圆弧AC第二半径R2，该第二半径R2至少基本上等于经由强度构件12支承抵靠分支9的弹性体/金属层叠体11的圆筒形表面的半径。

此外，尤其是图1和图2中可见，为了优化强度构件12支承抵靠分支9所借由的推力表面，所以提出确保：在径向和轴向，承窝13的下述表面部分无任何的锥度，该表面部分限定强度构件12支承抵靠分支9所藉由的所述相应径向推力座16。

如可更具体地在图3中所见，单体式主体14的端面优选倾斜，如上所述，以减小在毂外周处的分支9厚度。

在这种情况下，如图1至图4所示，单体式主体14的轴向端面设置有楔形件17，用于补偿其斜率以加强每个强度构件12支承抵靠毂2所藉由的所述轴向座。这种楔形件17由结合热塑性树脂的复合材料制得，该热塑性树脂使楔形件17能够特别是在包覆模制操作过程中被结合在单体式主体14中。

在图1至图3中，单体式主体14包括第三通道18，该第三通道18布置成轴向穿过单体式主体14并穿过楔形件17。第三紧固构件19，诸如螺栓延伸通过第三通道18，以经由将叶片根部8连接到毂2的所述外强度构件元件12"而将强度构件12紧固到单体式主体14。

叶片也安装成相对于毂可摆振。

在这方面，分支9的外周端面具有保护器构件20，如可由磨损件和/或由用于限制每个叶片的摆振行程的抵接构件构成。

举例而言，这样的保护器构件20可包括分别支承抵靠单体式主体14的轴向端面的紧固翼片21。

该保护器构件20经由延伸通过第一通道23的第一紧固构件22(例如螺栓)紧固到单体式主体14，该第一通道23形成在毂的径向延伸方向、在其外周的边缘处穿过分支9。

辅助楔形件24可能被间插在紧固翼片21和单体式主体14的轴向端面之间，以补偿分支9的轴向端面的斜度。

这种辅助楔形件24可能在模制过程中，更特别是在包覆成型过程中通过以对于楔形件17的相同方式结合热塑性树脂而被结合在单体式主体14中，通过抵靠所述楔形件17从而强度构件12轴向支承抵靠单体式主体14。

同样举例而言，辅助楔形件24可每一个都由柔性块制成，例如由弹性体制成，该柔性块当将保护构件20安装在分支9上时被第一紧固构件22压缩至较大或较小的程度。这种柔性块可能被结合在单体式主体14和/或所述保护器构件20中。

各种通道5，18和23是当被模制时通过保留单体式主体14中的空隙并且通过容纳增强环在所述空隙内部而形成，所述增强环比如类似于增强环27，该增强环27在图4的图(a)和图(b)中可见被容纳在第三通道18内部。加工所述单体式主体14的操作然后可能被限制成在通过密封在空隙内部安装如增强环27之前加工所述空隙。

在一个有利的变型中，增强环27可通过包覆模制而被结合在毂中，并且单体式主体14的加工操作于是可能被限制成加工如所述增强环27的内部凹槽。

在图2中，可见键接构件25，该键接构件25使操作者能够对于面向旋转轴3的紧固板7的其轴向端面沿预定方向将毂2安装在转子上。

Claims (18)

1.一种具有毂(2)的旋翼飞行器转子，所述毂(2)由通过堆叠连续层的树脂浸渍的矿物纤维织物所获得的复合材料制成，所述毂(2)围绕旋转轴(3)同轴地安装，所述旋转轴延伸穿过所述毂(2)中的孔道(4)，所述毂(2)还包括从所述孔道(4)径向延伸的多个分支(9)，所述分支(9)具有安装在其上的相应的单独叶片(1)，所述叶片(1)被单独地安装成可相对于所述毂至少为改变俯仰而可动；其中：

·所述毂(2)基本上由通过堆叠连续层的、撒有热塑性树脂且热压缩的碳纤维织物所获得的复合材料的单体式主体(14)制成；

·所述叶片(1)被单独安装成通过相应的铰链系统(10)相对于所述毂(2)可动，每个具有用于组装到所述分支(9)中的相应一个分支的相应的组装强度构件(12)，所述强度构件(12)径向支承抵靠所述分支(9)同时被单独地容纳成至少部分地在所述单体式主体(14)的、沿其轴向延伸方向延伸的相应承窝(13)中；以及

·所述承窝(13)在转子设定成转动时的作用下可变形，所述承窝(13)的形状在制造时被限定以形成径向推力座(16)，所述径向推力座(16)使所述强度构件(12)能够经由相应的支承表面支承抵靠所述分支(9)，所述支承表面在设定成以预定操作速度旋转的所述转子的作用下成为圆筒形，所述径向推力座(16)具有沿以所述毂(2)的轴向延伸方向定向的发动机线延伸的圆筒形支承表面，并且具有补偿所述强度构件(12)的给定的圆筒形支承表面的形状。

2.根据权利要求1所述的旋翼飞行器转子，其中，每个承窝(13)的轮廓在所述毂(2)的直径平面中是大致椭圆形状，从而限定了相应的圆弧(AC)，所述相应的圆弧(AC)提供所述承窝(13)的表面部分，所述承窝的所述表面部分形成所述径向推力座(16)，而所述强度构件(12)藉由所述径向推力座(16)支承抵靠所述分支(9)；其中，所述圆弧(AC)的第一半径(R1)由制造限定成大于第二半径(R2)，所述第二半径(R2)在设定成以预定操作速度旋转的所述转子的作用下被赋予所述圆弧(AC)，所述第二半径(R2)在所述转子的所述操作情况中限定带有圆筒形支承表面的所述径向推力座(16)，而所述强度构件(12)藉由所述径向推力座(16)支承抵靠所述分支(9)。

3.根据权利要求1所述的旋翼飞行器转子，其中，所述承窝(13)的所述表面的所述部分没有用于所述单体式主体(14)脱模的任何锥度，所述表面的所述部分形成用于使所述强度构件(12)能够支承抵靠所述分支(9)的所述径向推力座(16)。

4.根据权利要求1所述的旋翼飞行器转子，其中，每个强度构件(12)具有弹性体/金属层叠体(11)，所述弹性体/金属层叠体(11)提供对于所述毂(2)上的叶片(1)的多方向的运动自由度，并且所述强度构件(12)相应地设置成经由沿所述毂(2)的轴向延伸方向延伸的发动机线所限定的相应的圆筒形支承表面而径向支承抵靠所述分支(9)。

5.根据权利要求1所述的旋翼飞行器转子，其中，所述单体式主体(14)的轴向端面的至少一个是相对于所述毂(2)的旋转平面而至少部分地倾斜的，并且所述单体式主体(14)设置有楔形件(17)用于补偿所述单体式主体(14)的所述至少一个轴向端面的倾斜所导致的斜度，所述楔形件(17)提供所述毂(2)上的轴向推力座用于使所述强度构件(12)能够支承抵靠所述分支(9)。

6.根据权利要求5所述的旋翼飞行器转子，其中，所述楔形件(17)通过模制结合在所述单体式主体(14)中。

7.根据权利要求6所述的旋翼飞行器转子，其中，所述楔形件(17)更特别是通过包覆模制结合在所述单体式主体(14)中，所述楔形件(17)是由掺有嵌入热塑性树脂中的矿物纤维的复合材料获得。

8.根据权利要求1所述的旋翼飞行器转子，其中，所述叶片(1)也安装成相对于所述毂(2)以摆振运动可动，所述分支(9)的每一个的外周端面设置有相应的保护器构件(20)。

9.根据权利要求8所述的旋翼飞行器转子，其中，所述保护器构件(20)可同等地由磨损件和/或由限制叶片(1)的单独摆振行程的抵接构件形成。

10.根据权利要求8所述的旋翼飞行器转子，其中，所述保护器构件(20)的每一个装配有相应地支承抵靠所述单体式主体(14)的轴向端面的紧固翼片(21)，并且被第一紧固构件(22)紧固到对应分支(9)的外周端，所述第一紧固构件(22)延伸穿过沿其轴向延伸方向的、设置在所述单体式主体(14)中的相应第一通道(23)。

11.根据权利要求1所述的旋翼飞行器转子，其中，所述单体式主体(14)具有的厚度从至少所述孔道(4)设置所在的轴向中心区域(15)向所述单体式主体(14)的、结合所述分支(9)的外周区域的外边缘逐渐减小。

12.根据权利要求1所述的旋翼飞行器转子，其中，所述单体式主体(14)在作为轴向中间平面的径向平面(P)的两侧上是对称的。

13.根据权利要求1所述的旋翼飞行器转子，其中，所述分支(9)朝向所述单体式主体(14)的周边突出，并且所述分支(9)的所述突出部(26)存在处于所述单体式主体(14)的外径(D)的0.2至0.3倍范围内的径向延伸尺度(d1)，并且参照给定分支(9)、在分支(9)的外周端与所述强度构件(12)支承抵靠所述分支(9)所藉由的径向推力座(16)之间的距离(d2)处于所述单体式主体(14)的外径(D)的0.1至0.15倍范围内。

14.根据权利要求11所述的旋翼飞行器转子，其中，所述单体式主体(14)包括：

·具有恒定厚度(E1)的轴向中心区域(15)，其中设置了至少所述孔道(4)和沿所述毂(2)的轴向延伸方向延伸且分布在围绕所述孔道(4)的边缘中的第二通道(5)，所述第二通道(5)接纳第二紧固构件(6)，所述第二紧固构件(6)用于固定所述毂(2)到放置成面向所述毂(2)任一轴向端面的旋转轴(3)的至少一个板(7)；以及

·外周区域，其径向扩展所述轴向中心区域(15)同时在厚度(E2)上从所述轴向中心区域的厚度(E1)朝向其周边递减，所述外周区域包括用于接纳相应强度构件(12)的所述承窝(13)的每一个的至少一部分和沿所述毂(2)的轴向延伸方向定向的第三通道(18)，所述第三通道(18)接纳第三紧固构件(24)，所述第三紧固构件(24)用于将所述强度构件(12)紧固到所述毂(2)。

15.根据权利要求12所述的旋翼飞行器转子，其中：

·所述单体式主体(14)在其外周处的厚度(E2)处于所述单体式主体(14)在其轴向中心区域(15)中的厚度(E1)的近似30％至40％范围内；和

·所述单体式主体(14)的外部直径(D)处于所述单体式主体(14)在所述轴向中心区域(15)中的厚度(E1)的近似六至十倍范围内。

16.根据权利要求10所述的旋翼飞行器转子，其中，第一通道(23)和/或第二通道(5)和/或所述第三通道(18)的每一个可同等地设置有相应的增强环(27)。

17.根据权利要求16所述的旋翼飞行器转子，其中，所述增强环(27)通过密封结合在所述单体式主体(14)中。

18.根据权利要求16所述的旋翼飞行器转子，其中，所述增强环(27)通过包覆模制结合在所述单体式主体(14)中。