CN110815899A - 一种直升机桨叶内埋盒形装置及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于直升机桨叶制造技术，具体涉及一种直升机桨叶内埋盒形装置及其成型方法。本发明直升机桨叶内埋盒形装置包括上框、中框、下框、水平向螺座、垂直向螺座。本发明直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，使用复合材料预浸料对上框、中框及下框进行固化预成型，然后用胶接方式成型固化成为盒形结构，利用机械加工方式加工出水平向螺座和垂直向螺座，在中框上开孔，并在中框孔中安装水平向螺座，将垂直向螺座胶接在盒形结构内壁，然后进行固化成型。本发明既实现了盒形装置轻质化，又满足了盒形装置强度、刚度要求，同时实现了盒形装置内埋在桨叶内维形的功能，具有较大的实际应用价值。

Description

一种直升机桨叶内埋盒形装置及其成型方法

技术领域

本发明属于直升机桨叶制造技术，具体涉及一种直升机桨叶内埋盒形装置及其成型方法。

背景技术

传统的直升机桨叶的外形结构是一种兼顾各种飞行状态的折衷，是一种固定化的结构，无法达到在各种飞行状态下的性能最优。今年来，随着智能结构与人工智能等领域的飞速发展，可变形桨叶成为直升机领域的研究热点。可变形桨叶是以智能材料与结构为驱动器来实现桨叶局部变形或全局变形的一种新技术，而可变形桨叶的结构实现需要在狭小的桨叶内部独立出单独的区域空间，用于安装布置驱动器、电缆或光纤等实现桨叶变形或测量桨叶变形的装置。一般在桨叶设计、制造时采用内埋盒形装置的方式来实现桨叶内单独的区域空间。

由于桨叶是带翼型结构，所以在狭小空间内埋的盒形装置也为不规则的带翼型结构。工程中最易于实现的成型方式是采用金属材料进行机械加工的方式，但这种方式的弊端是直接导致直升机桨叶的附加重量飙升，严重限制新型可变形桨叶的使用范围；也可以采用短切纤维预成型的方式加工复合材料盒形装置，但这种成型方式加工的盒形装置在强度、刚度方面无法满足直升机桨叶在正常旋转运行状态时，由于离心力带来的对内部智能材料驱动器的安装使用要求。

发明内容

本发明的目的：提供一种既能满足智能材料驱动器的安装等对盒形装置强度、刚度的要求，又能实现轻质化的直升机桨叶内埋盒形装置。

另外，还提供一种满足内埋在桨叶内维形功能(即盒形装置上下表面能够与桨叶内部上下翼面相贴合)的直升机桨叶内埋盒形装置成型方法。

本发明的技术方案：一种直升机桨叶内埋盒形装置，其包括上框1、中框2、下框3、水平向螺座4、垂直向螺座5，其中，所述上框1、中框1和下框3均独立固化成型后，再相互胶接成型盒形结构，所述水平向螺座4水平嵌设在中框2孔中，垂直向螺座5通过胶接方式固定在盒形结构内壁，且所述上框1上表面为带翼型面，与桨叶上翼面贴合，下框3下表面为带翼型面，与桨叶下翼面贴合。

所述中框2上下两面均为平面。

所述上框1、中框2及下框3均采用同种复合材料预浸料固化预成型而成。

所述水平向螺座4和垂直向螺座5均为金属材料，通过机加方式加工而成。

所述盒形结构临近桨叶前缘高度大于其临近桨叶后缘的高度。

所述盒形结构临近桨叶的内壁处所设置的垂直向螺座5数量少于临近桨叶后缘内壁上的垂直向螺座数量5。

一种所述的直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，其使用复合材料预浸料对上框1、中框2及下框3进行固化预成型，然后用胶接方式成型固化成为盒形结构，利用机械加工方式加工出水平向螺座4和垂直向螺座5，在中框2上开孔，并在中框2孔中安装水平向螺座4，将垂直向螺座5胶接在盒形结构内壁，然后进行固化成型。

所述上框1和下框3均采用铺层的工艺方法使用复合材料的预侵料进行固化预成型，使得上框1上表面为与桨叶上翼面相匹配的带翼型面，上框1下表面为平面；下框3上表面为平面，下框3下表面为与桨叶下翼面相匹配的带翼型面。

所述中框2采用缠绕的工艺方法使用复合材料的预侵料进行固化预成型，中框2的上下表面均为平面。

所述上框1、中框2、下框3的壁厚以及水平螺座的厚度均相等。

所述缠绕成型的中框2与铺层成型的上框1、下框3之间采用胶膜，并加压固化成型。

所述水平螺座4与中框2接触面采用滚花工艺，并涂抹树脂或粘贴胶膜后安装入中框2开孔处，通过固化完成水平螺座4与中框2的安装。

所述金属垂直向螺座5外表面采用滚花工艺，垂直向螺座5与上框1、中框2、下框3接触面粘贴胶膜或涂抹树脂，在进行金属垂直向螺座5与上框1、中框2、下框3进行固化时对金属垂向螺座5施加垂直于中框2内壁的一定压力。

本发明的有益效果：本发明直升机桨叶内埋盒形装置成型方法通过采用先各块分步预成型、再胶接成型的工艺，加工得到的加工复合材料盒形装置，既实现了盒形装置轻质化，又满足了智能材料驱动器的安装等对盒形装置强度、刚度的要求，同时实现了盒形装置内埋在桨叶内维形的功能。相对于现有常规桨叶内埋盒形装置具有显著的技术进步和突出的技术效果和较大的实际应用价值。

附图说明

图1为盒形装置在桨叶内埋结构示意图；

图2为盒形装置分块示意图；

图3为盒形装置工艺成型方法流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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。

本发明直升机桨叶内埋盒形装置将盒形装置采用分块设计成型，包括上框1、中框2、下框3、水平向螺座4、垂直向螺座5，首先针对各部分特点分别成型：对带翼型的上框1、下框3采用复合材料预浸料铺层固化成型工艺方法，对等厚度的中框2采用复合材料预浸料缠绕成型工艺方法，对水平向螺座4、垂直向螺座5采用金属机械加工方法，最后通过胶接方法将各部分胶接固化成型。

请参阅图1，其是本发明直升机桨叶内埋盒形装置安装示意图。所述盒形装置安装在直升机桨叶内部，用于安装各种附属器件，并支撑桨叶结构。

请参阅图2，本发明直升机桨叶内埋盒形装置的结构示意图。所述直升机桨叶内埋盒形装置包括上框1、中框2、下框3、水平向螺座4、垂直向螺座5。其中，上框1的下表面、下框3的上表面为平面，与中框2对接贴合，相对的另一面均为带翼型面，分别与桨叶上翼面和桨叶下翼面贴合，以实现了盒形装置内埋在桨叶内维形的功能。所述中框2上、下两面均为平面，即上框1与中框2之间、中框2与下框3之间的分割面为平面。另外，所述上框1、中框2及下框3均采用同种复合材料预浸料固化预成型而成，以便与后续胶接固化成型为一体结构。

所述水平向螺座4和垂直向螺座5均为金属材料，通过机加方式加工而成。所述水平向螺座4嵌入到中框2的孔中，用于通过螺钉在桨叶内部对装置进行水平方向的安装。所述垂直向螺座5用于通过螺钉安装垂直方向的装置，通过胶接方式固定在盒形结构内壁。

另外，所述盒形结构的各个位置的高度(即参阅图1中沿桨叶厚度方向)，根据盒型装置的大小，以及在桨叶内位置进行动态调整，以与桨叶翼型相匹配。其中，所述盒形结构临近桨叶前缘高度大于其临近桨叶后缘的高度。

所述盒形结构临近桨叶前缘处所设置的垂直向螺座5数量少于临近桨叶后缘内壁上的垂直向螺座5数量，以便于将盒型装置与桨叶大梁进行连接。

请参阅图3，其是本发明直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法流程图。本发明直升机桨叶内埋盒形装置成型方法具体实施时，过程如下：

步骤1：盒形装置分块预成型及螺座加工

上框1采用铺层的工艺方法使用复合材料的预侵料进行固化预成型，实施时，先进行预浸料铺层，根据上框1一周各个截面的面积确定上框各个位置的铺层数量，利用模具成型获得带翼型面的上框1上表面，再将铺层好的上框1及其模具放入固化炉中固化成型，以获得与桨叶上翼面相匹配的型面；

中框2采用缠绕的工艺方法使用复合材料的预侵料进行固化预成型，首先使用复合材料的预侵料在内层模具中进行缠绕，缠绕完毕后，利用外层模具对中框2进行维型，最后将缠绕好的中框2及其模具放入固化炉中固化成型；

下框3采用铺层的工艺方法使用复合材料的预侵料进行固化预成型，实施时，先进行预浸料铺层，根据下框3一周各个截面的面积确定各个位置的铺层数量，利用模具成型获得带翼型面的下框3下表面，再将铺层好的下框3及其模具放入固化炉中固化成型，以获得与桨叶下翼面相匹配的型面；

从而实现了盒形装置内埋在桨叶内维形的功能；

水平向螺座4和垂直向螺座5采用机加方式加工，胶接面采用滚花工艺处理。

步骤2：水平向螺座2安装

在中框2进行开孔，以便将水平向螺座4安装进孔中。开孔时只允许在中框2的一侧开孔，开孔处或在中框2上表面，或在中框2下表面，开孔处在中框2高度方向不可超过其高度的1/3，以保持中框2具有一定的刚度；开孔大小与水平向螺座4大小一致，并留有少量安装间隙，以便水平向螺座4可以插入中框开孔处。

步骤3：一次胶接成型

将上框1、下框3和安装水平向螺座4的中框2进行一次胶接、固化，形成第一次胶接件。胶接前，上、中、下框接触面处粘贴胶膜，该胶膜含有的树脂与框使用的复合材料预浸料中的树脂为相同系列；水平向螺座4与中框2孔胶接面采用涂抹与框使用的复合材料预浸料为相同系列的树脂，以便在胶接成型时将各个预成型件紧固胶接在一起；水平向螺座4与上框1胶接面采用与前述相同的胶膜胶接。最后通过模具对一次胶接成型件均匀施加压力，并放入固化炉中固化成型。

步骤4：二次胶接成型

将一次胶接成型件与垂直向螺座5进行二次胶接、固化，得到桨叶内埋的盒形装置。垂直向螺座5胶接面粘贴胶膜，该胶膜含有的树脂与框使用的复合材料预浸料中的树脂为相同系列；通过模具对垂直向螺座5在盒型装置内的位置进行定位，并通过模具对垂直向螺座5施加垂直于中框2内壁的均匀压力；最后将二次胶接件及其模具放入固化炉中固化成型，从而得到桨叶内埋的盒形装置。

以4米直径桨叶内埋盒形装置为例，本发明盒形装置与现有常用钛合金盒形装置相比，在均满足强度、刚度要求前提下，本发明盒形装置的重量仅为钛合金盒形装置的一半，而且本发明盒形装置更易于与复合材料桨叶固化成型。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种直升机桨叶内埋盒形装置，其特征在于，包括上框(1)、中框(2)、下框(3)、水向螺座(4)、垂直向螺座(5)，其中，所述上框(1)、中框(2)和下框均独立固化成型后，再相互胶接成型盒形结构，所述水平向螺座(4)水平嵌设在中框孔中，垂直向螺座(5)通过胶接方式固定在盒形结构内壁，且所述上框(1)上表面为带翼型面，与桨叶上翼面贴合，下框(3)下表面为带翼型面，与桨叶下翼面贴合。

2.根据权利要求1所述的直升机桨叶内埋盒形装置，其特征在于，所述中框(2)上下两面均为平面。

3.根据权利要求1所述的直升机桨叶内埋盒形装置，其特征在于，所述上框(1)、中框(2)及下框(3)均采用同种复合材料预浸料固化预成型而成。

4.根据权利要求1所述的直升机桨叶内埋盒形装置，其特征在于，所述水平向螺座(4)和垂直向螺座(5)均为金属材料，通过机加方式加工而成。

5.根据权利要求1所述的直升机桨叶内埋盒形装置，其特征在于，所述盒形结构临近桨叶前缘高度大于其临近桨叶后缘的高度。

6.根据权利要求1所述的直升机桨叶内埋盒形装置，其特征在于，所述盒形结构临近桨叶的内壁处所设置的垂直向螺座(5)数量少于临近桨叶后缘内壁上的垂直向螺座(5)数量。

7.一种权利要求1至6任一项所述的直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，其特征在于，使用复合材料预浸料对上框(1)、中框(2)及下框(3)进行固化预成型，然后用胶接方式成型固化成为盒形结构，利用机械加工方式加工出水平向螺座(4)和垂直向螺座(4)，在中框(2)上开孔，并在中框(2)孔中安装水平向螺座(4)，将垂直向螺座(5)胶接在盒形结构内壁，然后进行固化成型。

8.根据权利要求7所述的直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，其特征在于，所述上框(1)和下框(3)均采用铺层的工艺方法使用复合材料的预侵料进行固化预成型，使得上框(1)上表面为与桨叶上翼面相匹配的带翼型面，上框(1)下表面为平面；下框(3)上表面为平面，下框(3)下表面为与桨叶下翼面相匹配的带翼型面。

9.根据权利要求7所述的直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，其特征在于，所述中框(2)采用缠绕的工艺方法使用复合材料的预侵料进行固化预成型，中框(2)的上下表面均为平面。

10.根据权利要求7所述的直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，其特征在于，上框(1)、中框(2)、下框(3)的壁厚以及水平螺座(4)的厚度均相等。

11.根据权利要求7所述的直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，其特征在于，缠绕成型的中框(2)与铺层成型的上框(1)、下框(3)之间采用胶膜，并加压固化成型。

12.根据权利要求7所述的直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，其特征在于，水平螺座(4)与中框(2)接触面采用滚花工艺，并涂抹树脂或粘贴胶膜后安装入中框开孔处，通过固化完成水平螺座(4)与中框(2)的安装。

13.根据权利要求7所述的直升机桨叶内埋盒形装置的成型方法，其特征在于，金属垂向螺座(5)外表面采用滚花工艺，垂向螺座(5)与上框(1)、中框(2)、下框(3)接触面粘贴胶膜或涂抹树脂，在进行金属垂向螺座(5)与上框(1)、中框(2)、下框(3)进行固化时对金属垂向螺座(5)施加垂直于中框(2)内壁的一定压力。

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