CN1147232A - 扩张式翼梁衬块装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于直升机铰接主旋翼组件翼梁(108)的扩张式翼梁衬块装置(10)，此装置的优选实施例具有第一和第二衬件(20、22)和扩张机构。各衬件具有与翼梁内部模线表面互补的翼梁接合面和第一和第二斜面。扩张式翼梁衬块装置优选实施例的扩张机构为一拉移填片(40)。填片具有第一分段和定斜度分段。定斜度分段具有与衬件第一斜面互补的斜面。在翼梁接合面和定斜度分段的斜面上涂有粘合胶，将扩张式翼梁衬块装置插入翼梁空腔，以其涂胶翼梁接合面靠近构成翼梁空腔的内部模线表面，以其拉移填片的涂胶斜面靠近衬件的第一斜面。在拉移填片的定厚分段上作用一移动力而使填片斜面与衬件第一斜面相互滑动，从而使翼梁接合面移位而与翼梁内部模线表面贴合。
Description
技术领域
本发明涉及铰接的直升机主旋翼组件，更具体地说，涉及与铰接的主旋翼组件翼梁配合使用的扩张式翼梁衬块装置。
发明背景
铰接的主旋翼组件具有主旋翼毂和固定在其上的若干主旋翼叶片。典型的铰接主旋翼组件100示于图1，其中示出主旋翼毂102和主旋翼叶片104。各主旋翼叶片104具有与内翼梁108组合的整流罩106。内翼梁108用作主旋翼叶片104上承受负荷的主要构件，承受着大部分主旋翼104内的弯矩、扭矩、剪力和离心力。
现有技术的翼梁一般用钛制造，因其具有较高的疲劳强度、扭转刚性和耐腐蚀性。但目前的趋势是用复合结构制造翼梁，即用夹有石墨和/或纤维玻璃一类纤维材料的树脂基体制造翼梁，因目前已能制造出具有相当于钛翼梁扭转刚性的复合材料翼梁，可重量就轻多了。此外，对复合材料翼梁来说，更有利的是其具有几乎两倍于钛翼梁的疲劳应变、改进的破坏耐力和减缓的裂缝蔓延等特性。
典型的铰接主旋翼组件的翼梁是一个长条形结构，从主旋翼叶片的根部几乎一直延伸到尖端。翼梁具有闭管形状以取得尽量大的扭转刚性。翼梁起着使主旋翼叶片固定在主旋翼毂根套上的接头的作用(连接接头和根套在图1中依次标为110和112)。
根套一般与翼梁用螺栓连接在一起而使主旋翼叶片固定在主旋翼毂上。这种固定机构所遇到的问题是拧紧螺栓所产生的压紧力会作用到翼梁上。过大的压紧力往往会使钛翼梁弯曲或变形，也就是会被压扁，这会降低翼梁承受负荷的能力。过大的压紧力还会对装有复合材料翼梁的主旋翼组件造成更为严重的问题。过大的压紧力会在复合材料翼梁中引发裂纹，降低翼梁承受负荷的能力和导致严重的破坏。
为消除由拧紧固定螺栓产生的压紧力所造成的可能危害，在翼梁108中装入实心整体衬块114，为减轻重量一般采用酚醛材料制作衬块。将衬块114插入翼梁108根端108R翼梁空腔116以与翼梁108内部模线表面108S贴合如图1A所示。衬块114对拧紧螺栓所产生的压紧力起抗衡作用，从而防止压紧力作用在翼梁108上而使之变形。
虽然整体衬块在性能上足以防止拧紧螺栓所产生压紧力所造成的危害，使衬块最后成形而使插入的衬块与翼梁内部模线表面贴合却是既费工又费时。衬块一般先是制成长方形块体，再用手工打磨到所要求的最后形状。将衬块打磨、装配、再打磨等等直至达到所要求的最后形状一般是很繁复的工序。这一工序本身就是很费工费时的。而这一工序的另一缺点是衬块或各分段衬块会过度打磨而衬块在翼梁空腔内形成松配合。在拧紧根套螺栓时由于衬块的松配合翼梁会稍有变形，也就是稍被压扁。这会造成螺栓拧紧不足、旋翼整流罩产生不应有的变形，或则在翼梁内产生过大的应力。对复合材料翼梁来说，整体衬块的装配情况更差。虽然复合材料翼梁的外部模线是经严格控制的，但除翼梁内部由于复合材料如在树脂含量、纤维分布等方面的变化明显地有较大的变化外，其内部模线表面的质地也会是粗糙而不规则的。与此相反，钛翼梁的内表面质地是光滑而平整的。粗糙而不规则的内部模线表面对衬块最后成形造成很大的困难，更会使翼梁在拧紧螺栓时受到危害。
因此很有必要取得一种能消除由拧紧螺栓引起翼梁变形的衬块装置。这种衬块装置应能将其装在翼梁空腔内，与翼梁内表面贴合而无需对其外形进行费工费时的重复加工。衬块装置应不仅适用于复合材料翼梁粗糙不规则的内部模线表面而且也适用于钛翼梁光滑平整的内表面。
发明概述
本发明的目的是提供一种扩张式翼梁衬块装置，用于直升机铰接主旋翼组件的翼梁，易于插入翼梁空腔，易于扩张而与翼梁空腔的内部模线表面贴合，可在拧紧螺栓而将翼梁固定在铰接的主旋翼组件主旋翼毂上时消除翼梁的变形，并可用于复合材料翼梁、钛翼梁或具有各种不同内部模线表面形状的其他材料的翼梁。
本发明的这些和其他目的可通过本发明扩张式翼梁衬块装置来完成，这种装置具有第一和第二衬件和一扩张机构，用以扩张第一和第二衬件之间的间隔空间。扩张式翼梁衬块装置优选实施例的第一和第二衬件各具有一个与翼梁内部模线表面互补的翼梁接合面、一个带预定斜角的第一斜面和一个带预定斜角而与第一斜面邻接的第二斜面。优选实施例的扩张机构为一个拉移填片，填片具有一个第一分段和一个定斜度分段，定斜度分段具有限定一斜角的斜面，该斜角与第一和第二衬件的第一斜面的斜角互补。
将第一和第二衬件的翼梁接合面以及拉移填片的斜面涂以粘合胶，将扩张式翼梁衬块装置装入翼梁空腔，使涂胶翼梁接合面靠近翼梁内部模线表面，使涂胶的斜面靠近第一和第二衬件的第一斜面。在拉移填片上作用一移动力以便在拉移填片的涂胶斜面和第一、第二衬件的第一斜面之间产生相互的滑动。这些表面之间的相互滑动使翼梁接合面作空间移位以与翼梁内部模线表面贴合。
附图简介
从以下结合附图对本发明所作具体说明可以取得对本发明及其特点和优点更全面的了解，附图中：
图1为直升机主旋翼组件局部透视图；
图1A为图1中沿1A-1A线的剖视图，示出现有技术翼梁衬块；
图2为剖视图，示出UH-60发展型主旋翼叶片复合材料翼梁的根端构形；
图3为剖视图，示出本发明扩张式翼梁衬块装置的一优选实施例；
图4为图3扩张式翼梁衬块装置上带斜面的衬件；
图4A为图4中沿4A-4A线的剖视图；
图4B为本发明扩张式翼梁衬块装置优选实施例中一对带斜面的衬件端视图；
图5为图3扩张式翼梁衬块装置的扩张机构顶视图；
图5A为图5中沿5A-5A线的剖视图；
图5B为图5中扩张机构端视图；
图6为剖视图，示出本发明扩张式翼梁衬块装置的另一实施例。
优选实施例详述
如各图所示，其中相同的标号表示几个视图中相应的或类似的构件，图3-5示出扩张式翼梁衬块装置的一优选实施例10，图6示出扩张式翼梁衬块装置的另一实施例10′。本发明扩张式翼梁衬块装置很方便地就可扩张而与翼梁内部模线表面贴合。扩张式翼梁衬块装置用以在将其固定在(例如用螺栓连接)直升机主旋翼毂上时消除由拧紧螺栓引起的翼梁变形和可能的严重破坏。本发明扩张式翼梁衬块装置可用于复合材料翼梁、钛翼梁或用其他材料制成的翼梁。
这里所述的扩张式翼梁衬块装置10优选实施例适用于“UH-60BLACK HAWK”型直升机(“BLACK HAWK”为“UnitedTechnologies Corporation”公司“Sikorsky Aircraft”分部的注册商标)。图2为剖面图，示出发展型叶片翼梁根端108R的构形，具体地说，示出用标号108S-1、108S-2、108S-3表示的根端108R内部模线表面的复曲率。熟悉本专业的人会看出本发明扩张式翼梁衬块装置可用于具有各式各样内部模线表面形状的翼梁。这里所述内部模线表面包括钛翼梁的内表面和复合材料翼梁的内表面。
扩张式翼梁衬块装置10的外部总尺寸是与将其插入的翼梁空腔一致的。扩张式翼梁衬块装置10具有第一和第二带斜面的衬件20、22和用以扩张第一和第二带斜面的衬件20、22的机构40。“扩张”一词在本文中用以表示可调整第一和第二带斜面的衬件20、22之间的间隔空间，对此以下将作进一步的说明。如图4、4A、4B所示，第一和和第二带斜面的衬件20、22具有相同的形状，包括根端24、斜端26、翼梁接合面28、第一、第二斜面30、32和内部切口34。虽在所述实施例中第一和第二带斜面的衬件20、22具有相同的形状，但对于熟悉本专业的人来说，可以理解，第一和第二带斜面的衬件可以具有不同的形状，这主要取决于翼梁内部模线表面的形状。
各带斜面的衬件20、22的翼梁接合面28是与翼梁内部模线表面互补的。在图4B中可看得最清楚，翼梁接合面28-1、28-2、28-3分别对应于图2所示翼梁内部模线表面108S-1、108S-2、108S-3。翼梁接合面28的互补形状使带斜面的衬件20、22与翼梁内部模线表面作形状匹配的贴合以免在拧紧螺栓时翼梁变形。
带斜面的衬件20、22的第一和第二斜面30、32作相对的布置(见图4B)。第二斜面32相对于构件20、22的纵轴线X-X具有预定斜角θ(见图4A)，以便将扩张机构40插入第一和第二带斜面的衬件2)、22中间(见图3)。第二斜面32的斜角θ在所述实施例中约为20°。第一斜面30相对于构件20、22的纵轴线X-X具有预定斜角φ(见图4A)而与扩张机构40作相互滑动以扩张翼梁衬块装置10，使其翼梁接合面28与翼梁的相应内部模线表面贴合。也就是，第一斜面30和扩张机构40之间的相互滑动在第一和第二带斜面的衬件20、22的翼梁接合面28之间产生一相对的位移。第一斜面30的斜角φ在所述实施例中的约为0°45′。
虽在消除翼梁变形上扩张式翼梁衬块装置10是很必要的，但装置10从直升机性能上来看还属于直升机的自重。因此，带斜面的衬件20、22最好用低比重刚性材料制成以尽量降低扩张式翼梁衬块装置10的总重。在这里所述优选实施例中，带斜面的衬件20是用酚醛材料制成的。例如，将一层或多层棉布一类纤维夹置于可溶酚醛树脂或酚醛清漆树脂基体中并进行模制、硬化而制成最后形状的酚醛带斜面的衬件20、22。也可将夹有纤维层树脂基体硬化成酚醛制块，然后再将其加工成最后形状的带斜面衬件20、22。夹在树脂基体内的纤维层纤维朝向最好大体上平行于(在±5°以内)带斜面的衬件20、22的纵轴线X-X。
在图3-5所示扩张式翼梁衬块装置10优选实施例中，扩张机构40为具有大体上如图5、5A、5B所示具有倾斜构形的拉移填片。拉移填片40具有第一分段42，例如定厚分段，和定斜度分段44。在将拉移填片40装在第一和第二带斜面的衬件20、22中间时，定厚分段42伸在翼梁根端外面，并可对其施加移动力而造成拉移填片40和第一和第二带斜面的衬件20、22上第一斜面30之间的相互滑动。定斜度分段44具有与第一斜面30的斜角φ互补的预定斜角α(见图5A)。在这里所述优选实施例中，斜角α约为1.5°。拉移填片40的斜面44S与第一和第二带斜面的衬件20、22的第一斜面30相互滑动以造成相应翼梁接合面28之间的相对位移，使表面28与翼梁内部模线表面贴合。
拉移填片40最好用复合材料制成，如将编织纤维层，例如玻璃纤维层，夹在树脂基体内以增加机械强度。对铺置的复合层进行模制和硬化就可取得最后的形状，因而这是最快速的加工技术。将料层铺置起来，使拉移填片40具有必要的强度，以便在移动力的作用下在拉移填片40和第一和第二带斜面的衬件20、22的第一斜面30之间产生相互滑动。在所述实施例中，外层在拉移填片40的长度上延伸，其纤维朝向相对于拉移填片40的纵轴线(图5A中X-X轴线)为0°或90°。各内层中的一个内层具有±45°的纤维朝向而在拉移填片40的整个长度上是连续的。其余构成拉移填片40内层的纤维朝向为±45°，其长度是变化的以便取得斜面44的规定斜度。长度变化的内层数量取决于拉移填片40外部包络面在尺寸上的要求。
在将扩张式翼梁衬块装置10装入翼梁内腔之前，在第一和第二衬件20、22的翼梁接合面28和拉移填片40的斜面44S上涂以室温下硬化的环氧基粘合胶。例如，对扩张式翼梁衬块装置10具有实用价值的粘合胶为“Dexter Corporation”公司制造的Hysol EA 9309.3NA型胶。然后安装第一和第二衬件20、22而以其涂胶的翼梁接合面28靠近翼梁内部模线表面，并将拉移填片40插在第一和第二衬件20、22中间而以其涂胶的斜面44S靠近第一斜面30。在此安装条件下，拉移填片40的定厚分段42伸在翼梁根端外面。然后在定厚分段42上作用一移动力而使涂胶斜面44S和第一斜面30相互滑动，这时翼梁接合面28移位而与翼梁内部模线表面贴合。使扩张式翼梁衬块装置10保持在扩张条件下以使粘合胶硬化。硬化后的粘合胶就阻止第一和第二衬件20、22和拉移填片40之间再有任何相对的移动。最后，将伸在第一和第二衬件20、22根端24外面的定厚分段42这一部分切去。在将扩张式翼梁衬块装置10装入翼梁后就穿过翼梁和安装的翼梁衬块装置10钻出固定孔。这时就可将主旋翼叶片装入主旋翼毂的根套，并用螺栓固定。
本发明扩张式翼梁衬块装置另一实施例10′示于图6，具有第一和第二衬件20′、22′和扩张机构40′。衬件20′、22′各具有翼梁接合面28′和斜面30′，并分别具有贯通其中的通道46-1、46-2。扩张机构40′在图6实施例中为起重螺旋，包括一装在通道46-1、46-2内而可转动的螺栓48和一固定在其中一个衬件20′、22′上(图6所示为衬件20′)的锁位螺帽50。在将扩张式翼梁衬块装置10′装入翼梁空腔之前，在各衬件20′、22′的翼梁接合面28 ′和斜面30′上涂以上述粘合胶。在将扩张式翼梁衬块装置10′插入翼梁空腔后转动螺帽48而作动起重螺旋40′。起重螺旋40′的动作使第一和第二衬件20′、22′的斜面30′相互滑动。这种相互滑动使相应翼梁接合面28′作相对位移而使表面28′与翼梁的相应内部模线表面贴合。在粘合胶硬化后，就可从第一和第二衬件20′、22′中取出螺栓48。
按以上论述还可对本发明作出各种不同的改变。因此，可以理解，在所附权利要求书的范围内，可对本发明作出不同于上述具体说明的其他实施方案。
Claims (10)
1.一种扩张式翼梁衬块装置，与直升机铰接的主旋翼组件的翼梁配合使用，翼梁具有限定翼梁空腔的内部模线表面，此装置具有：
一个第一衬件，具有一个与翼梁内部模线表面互补的翼梁接合面和一个具有预定斜角的第一斜面；
一个第二衬件，具有一个与翼梁内部模线表面互补的翼梁接合面和一个具有预定斜角的第一斜面；
扩张机构，在将所述扩张式翼梁衬块装置插入翼梁空腔后与所述第一和第二衬件相互作用而引起所述翼梁接合面的相对位移，使所述翼梁接合面与翼梁内部模线表面贴合。
2.按权利要求1所述扩张式翼梁衬块装置，其特征在于：所述扩张机构为一个具有一定厚分段和一定斜度分段的拉移填片，定斜度分段具有限定一预定斜角的斜面，此斜角与所述第一和第二衬件的所述预定斜角互补，所述定斜度分段的所述斜面与所述第一斜面相互滑动而引起所述翼梁接合面的所述相对位移。
3.按权利要求1所述扩张式翼梁衬块装置，其特征在于：所述第一衬件上所述第一斜面的所述预先斜角约为45′；所述第二衬件上所述第一斜面的所述预定斜角约为45′。
4.按权利要求2所述扩张式翼梁衬块装置，其特征在于：所述定斜度分段的所述斜面所限定的预定斜角约为1.5°。
5.按权利要求1所述扩张式翼梁衬块装置，其特征在于：所述第一衬件具有一第二斜面，此斜面具有一预定的斜角而与所述第一斜面邻接；所述第二衬件具有第二斜面，此斜面具有一预定的斜角而与所述第一斜面邻接。
6.按权利要求5所述的扩张式翼梁衬块装置，其特征在于：所述第一和第二衬件的所述预定斜角约为20°。
7.按权利要求1所述扩张式翼梁衬块装置，其特征在于：所述第一和第二衬件由酚醛材料制成，所述扩张机构为一拉移填片，填片由夹有纤维层的树脂基体制成。
8.按权利要求1所述扩张式翼梁衬块装置，其特征在于：所述第一和第二衬件各具有一从中切出的切口部分。
9.按权利要求1所述扩张式翼梁衬块装置，其特征在于：所述第一和第二衬件具有一贯穿其中的通道；所述扩张机构为一起重螺旋，此螺旋具有在所述第一和第二衬件的所述通道内作可转动的插装的螺栓和一与所述第一和第二衬件中之一作非转动固定的锁住螺母，所述螺栓和所述螺母啮合，转动所述螺栓而作动所述起重螺旋，使所述第一和第二衬件的所述第一斜面相互滑动，从而使其所述翼梁接合面作相对位移。
10.一种扩张式翼梁衬块装置，与直升机铰接主旋翼组件的翼梁配合作用，翼梁具有构成翼梁空腔的内部模线表面，此装置具有：
一个第一衬件，具有一个与翼梁内部模线表面互补的翼梁接合面、一个具有预定斜角的第一斜面和一个具有预定斜角而与所述第一斜面邻接的第二斜面；
一个第二衬件，具有一与翼梁内部模线表面互补的翼梁接合面、一具有一预定斜角的第一斜面和一具有一预定斜角而与所述第一斜面邻接的第二斜面；
一拉移填片，具有一第一分段和一具有斜面的定斜度分段，斜面构成一与所述第一和第二衬件的所述预定角度互补的预定角度；
所述拉移填片装在所述第一和第二衬件之间，以其所述斜面与所述第一和第二衬件的所述第一斜面贴合而形成所述扩张式翼梁衬块装置。
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