DE3922455A1

DE3922455A1 - Verfahren zum herstellen eines propellerblattes aus einem verbundmaterial

Info

Publication number: DE3922455A1
Application number: DE3922455A
Authority: DE
Inventors: Joey Lynn Nelson; Iii Sidney Baker Elston; Wu-Yang Tseng; Martin Carl Hemsworth
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-11-14
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1990-05-17
Also published as: IT1230305B; GB2224784A; FR2639021A1; SE8903784D0; GB8915764D0; CN1042692A; SE8903784L; IT8921119A0; JPH02155721A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Flugzeugvortriebssysteme und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von stark gepfeilten, eine lange Profilsehne aufweisenden, sehr dünnen Propellerblättern, und zwar hauptsächlich aus Verbundmateria lien.

Der grundlegende Flugzeugpropeller ist in der Vergangenheit aus Baumaterialien hergestellt worden, die ihr erwartetes Po tential wegen einer Zunahme in nur einem der wichtigen Kon struktionsparameter wie Festigkeit oder Steifigkeit nicht mehr erreicht haben. Zu diesen Materialien gehören Stahl, Holz, Aluminium, Titan und dgl. Wegen dieser Mängel finden in der Flugzeugindustrie moderne faserverstärkte Verbund stoffe ein großes Interesse. Die richtige Verwendung dieser Materialien bietet eine größere Festigkeit und reduziert gleichzeitig die Gewichtsstruktur eines Blattes um bis zu fünfzig Prozent.

Das Flugzeugpropellerblatt, um das es bei der Erfindung geht, ist Teil eines gegenläufigen Propellersystems, das einen vor deren Propeller mit fünf bis fünfzehn Blättern und einen ge genläufigen hinteren Propeller mit fünf bis fünfzehn Blättern hat. Die Blätter sind stark gepfeilt, in Richtung der Profilseh ne breit und sehr dünn. Die Flügelprofile der Propellerblät ter arbeiten bei Transschall- und Überschallgeschwindigkei ten.

Die bekannten Propellerblattkonstruktionen waren für den Un terschallflug ausreichend. Zahlreiche bauliche Probleme, die eine verringerte Leistungsfähigkeit verursachten, ergaben sich jedoch, als diese Blätter bei hoher Unterschallfluggeschwindigkeit be nutzt wurden. Die baulichen Probleme bei einem Blatt, das bei sehr hoher Geschwindigkeit arbeitet, resultierten aus den auf das Blatt einwirkenden Kräften und Beanspruchungen. Die Kräfte, die auf ein Blatt im Flug einwirken, sind Schub, Zentrifugalkraft und Torsionskräfte. Erstens, der Schub ruft eine Biegespannung in dem Blatt hervor. Zweitens, die Zentri fugalkraft dehnt das Blatt in radialer Richtung. Schließlich, die Torsionskräfte verdrehen das Blatt um die radiale Blatt achse. Das ideale Blatt hält diese Kräfte aus, und zwar bei minimalem Gewicht, damit wenig Brennstoff verbraucht wird.

Eine Lösung für das Blattproblem war die Entwicklung von fa serverstärkten, harzgebundenen baulichen Verbundmaterialien. Diese Materialien haben eine neue Entwurfsvielseitigkeit für Propeller geschaffen. Es gibt drei Hauptvorteile bei der Ver wendung von faserverstärkten Verbundstoffen. Erstens, es kön nen komplizierte Flügelprofilkonfigurationen geschaffen wer den. Zweitens, Verbundmaterialien bringen Gewichtseinsparun gen mit sich. Drittens, der dynamische Frequenzgang des Blatt elements kann für dessen Betriebsparameter maßgeschneidert werden. Die Erfindung beseitigt die Probleme und Nachteile der bekannten Blätter durch Schaffen eines Propellerblattes, das aus Verbundmaterialien besteht, welche die Festigkeit und die Flügelprofilkonfiguration haben, um ein lei stungsfähiges Blatt für ein gegenläufiges Propellersystem zu schaffen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein leistungsfähiges Propeller blatt zu schaffen, das aus unidirektionalen Schichten von faserverstärkten, harzgebundenen baulichen Verbundmateria lien besteht.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Blatt für einen ge genläufigen Flugzeugpropeller zu schaffen, welches die Kräf te und Beanspruchungen aushält, denen Blätter bei hohen Ge schwindigkeiten ausgesetzt sind.

Ferner soll durch die Erfindung ein Blatt für einen gegen läufigen Flugzeugpropeller geschaffen werden, welches die Leistungsfähigkeit eines gegenläufigen Propellersystems ver bessert.

Schließlich soll durch die Erfindung ein Blatt geschaffen werden, das radial und in Profilsehnenrichtung ausgewuchtet ist, um Systemschwingungen und Blattfußbiegebelastungen zu reduzieren.

Allgemein weist das Flugzeugpropellerblatt mehrere winkelge fachte Verbundlaminate auf, welche eine erste und eine zwei te Schale bilden, die Oberflächen haben, welche sich in einer Vorderkante, einer Hinterkante, einem Fußabschnitt und einem spitzen Ende schneiden. Die Vorderkante und die Hinterkante sind gepfeilt, um das Geräusch zu reduzieren, welches an dem Spitzenende erzeugt wird, und um aerodynamische Verluste auf grund von Kompressibilitätseffekten der Luft zu reduzieren. Ein metallischer Holm ist zwischen der ersten und der zweiten Schale angeordnet und mit den Oberflächen verklebt, um die Oberflächen zu versteifen. Hohlräume sind zwischen den Ober flächen angeordnet, um das Gewicht des Blattes zu verringern. Positionsmäßig einstellbare Gegengewichte in dem Blattholm, vor und hinter dem Holm, wuchten das Blatt in Radial- und Pro filsehnenrichtung aus.

Das Blatt wird hergestellt, indem ein Modell des Blattes ge schaffen wird, welches einen Bereich konstanter Dicke für den Querschnitt des Blattes für jede Schalenoberfläche hat. Das Verbundmaterial wird in seiner Form dem Profil des Modells angepaßt. Die erste Schale wird gebildet, indem mehrere Ver bundschichten des in der Form angepaßten Materials übereinan der gelegt werden. Das Verbundmaterial enthält unidirektiona le Fasern, welche in eine Matrix mit niedrigem Elastizitäts modul eingebettet sind. Die Fasern in den einzelnen Schichten sind in sich verändernder Richtung ausgerichtet, um dem Blatt Festigkeit und Steifigkeit zu geben. Die zweite Schale wird auf gleiche Weise gebildet. Der Blattholm wird zwischen der ersten und der zweiten Schale ausgerichtet. Dann werden Schaumstoffüllstücke an vorbestimmten Stellen positioniert, um Hohlräume zwischen den Schalen zu bilden. Klebstoff wird auf den Blattholm, die innere Oberfläche der Schalen und die Schaumstoffüllstücke aufgetragen. Der Klebstoff, der Blatt holm, die Schalen und die Schaumstoffüllstücke werden dann durch Aushärten in einem Autoklaven in dem geeigneten Härte zyklus für die Matrix niedrigen Elastizitätsmoduls miteinan der verbunden. Befestigungselemente werden dann durch das Verbundblatt eingeführt, um die Schalen, den Holm und die Schaumstoffüllstücke zusammenzuspannen. Das Blatt wird dann radial und in Profilsehnenrichtung ausgewuchtet, um System schwingungen und Blattfußbiegebelastungen zu minimieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein gegenläufiges Propellersystem, bei dem die Blätter nach der Er findung benutzt werden,

Fig. 2 einen Flügelprofilabschnitt des vorderen Blattes mit dem Blatt holm und Befestigungselementen,

Fig. 3 die Komponenten des hinteren Blat tes, zu denen die vordere und die hintere Oberfläche, die Vorder- und die Hinterkante, das Spitzen ende, der Fußabschnitt und der Blattholm gehören,

Fig. 4 ein Diagramm des Blattholms, wel ches einen vorderen und einen hinteren unterschnittenen Hohl raum und die Auswuchtgewichte zeigt,

Fig. 5 das Blattmodell mit einem Bereich konstanter Dicke für den Quer schnitt der ersten Schale,

Fig. 6 das Blattmodell mit einem Bereich konstanter Dicke für den Quer schnitt der zweiten Schale,

Fig. 7 die Methode des Zusammenspannens der Schalen, des Blattholms, der Schaumstoffüllstücke und des Klebstoffes in einer Form zum Herstellen der Schaufel,

Fig. 8 Blattunwuchten, welche System schwingungen hervorrufen,

Fig. 9 das Auswuchten des Blattes in ra dialer Richtung, und

Fig. 10 das Auswuchten eines Blattes in Profilsehnenrichtung.

Fig. 1 zeigt ein gegenläufiges Propellersystem nach der Er findung. Ein erster Propeller 100 hat ein vorderes Blatt 106, das sich in einer Richtung 102 dreht, und ein hinterer Propel ler 104 hat ein hinteres Blatt 108, welches sich in einer ent gegengesetzten Richtung 105 dreht. Alle Blätter an dem vor deren Propeller 100 sind gleich und alle Blätter an dem hin teren Propeller 104 sind gleich. Die vorderen Blätter und die hinteren Blätter unterscheiden sich voneinander in den Ab messungen. Der Aufbau eines typischen vorderen Blattes und eines typischen hinteren Blattes bildet den Gegenstand einer weiteren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin, für die die Priorität der US-Patentanmeldung Serial No. 1 57 179, vom 12. Februar 1988, in Anspruch genommen worden ist, die sich auf gegenläufige Flugzeugpropellerblätter bezieht und eine Weiterentwicklung des Gegenstands der DE-A-37 38 785.5 be trifft. Auf diese Anmeldungen der Anmelderin wird bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen.

Gemäß Fig. 2 hat das vordere Blatt 106 einen Flügelprofilab schnitt 310 mit einem Spitzenende 312 und einem Fußendab schnitt 302. Der Flügelprofilabschnitt 310 weist eine vordere Oberfläche 309 und eine hintere Oberfläche 307 (nicht sicht bar) zwischen dem Spitzenende 312 und dem Fußabschnitt 302 auf und besteht aus mehreren winkelgefachten Verbundlamina ten aus durchgehenden Fasern, die in ein Matrixmaterial ein gebettet sind. Die vordere Oberfläche 309 und die hintere Oberfläche 307 schneiden sich in einer konvex geformten Ver derkante 314 und in einer konkav geformten Hinterkante 316, welche ein gepfeiltes Blatt bilden, das eine radiale Achse 322 hat, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die vordere Oberfläche 309 ist konvex, wogegen die hintere Oberfläche 307 konkav ist. Zwei Schalen bilden die Oberflächen, in welchen ein metalli scher Blattholm 318 zwischen der vorderen Oberfläche 309 und der hinteren Oberfläche 307 angeordnet und mit den Schalen verbunden ist, um die Oberflächen mit dem Fußabschnitt 302 zu verbinden. Ein vorderer, mit Schaumstoff gefüllter Hohl raum 324 ist an der Vorderkante des Holms 318 angeordnet. Ein hinterer, mit Schaumstoff gefüllter Hohlraum 326 ist an der Hinterkante des Holms 318 angeordnet. Eine Vorderkantenhülle 311 ist an der Vorderkante des Blattes 106 befestigt, um sie vor Erosion zu schützen. Mehrere Befestigungselemente 320 sind durch die Oberflächen, die Schalen und den Blattholm hindurch eingeführt, um das Blatt daran zu hindern, sich bei starker Belastung abzulösen. Einige der Befestigungselemente sind positionsmäßig an der Vorderkante und an der Hinterkante des Blattholms eingeführt, um die Oberflächen an dem Blatt holm festzuspannen.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des hinteren Blattes 108. Das hintere Blatt 108 gleicht in der Form dem vorderen Blatt 106. Das hintere Blatt 108 hat einen Flügelprofilabschnitt 410 mit einem Spitzenende 412 und einem Fußabschnitt 402. Der Flügel profilabschnitt 410 hat eine vordere Oberfläche 409 und eine hintere Oberfläche 407 (nicht sichtbar) zwischen dem Spitzen ende 412 und dem Fußabschnitt 402 und besteht aus mehreren winkelgefachten Verbundlaminaten aus durchgehenden Fasern, welche in ein Matrixmaterial eingebettet sind. Die durchge henden Fasern der Verbundlaminate erstrecken sich über den gesamten Flügelprofilabschnitt. Die vordere Oberfläche 409 und die hintere Oberfläche 407 schneiden sich in einer kon vex geformten Vorderkante 414 und einer konkaven Hinterkante 416, die ein gepfeiltes Blatt bilden, das eine radiale Achse 422 hat, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die vordere Oberfläche 409 ist konvex, wogegen die hintere Oberfläche 407 konkav ist. Die Oberflächen bilden einen Schalenverbundgegenstand, in welchem ein metallischer Blattholm 418 zwischen der vorde ren Oberfläche 409 und der hinteren Oberfläche 407 angeord net und mit den Schalen mit einem Konstruktionsklebstoff ver bunden ist, z.B. mit AF 3109-2K, der von der 3M Corporation hergestellt wird. Der Klebstoff wird benutzt, um das vordere Blatt sowie das hintere Blatt in sich zu verbinden. Ein mit Schaumstoff gefüllter Hohlraum 424 ist an der Vorderkante des Holms 418 angeordnet. Ein hinterer, mit Schaumstoff ge füllter Hohlraum 426 ist an der Hinterkante des Holms 418 an geordnet. Eine Vorderkantenhülle ist an der Vorderkante 411 zum Schutz befestigt. Mehrere Befestigungselemente 420 sind durch die Schalen und den Holm hindurch eingeführt, um das Blatt am Ablösen zu hindern. Eine zweite Anzahl von Befesti gungselementen ist an dem Blattholm durch die Schalen hin durch eingeführt, um die Schalen und den Blattholm zusammen zuspannen.

Jedes vordere und jedes hintere Blatt besteht aus Schichten von unidirektionalen Fasern. Die Fasern sind unidirektional, Seite an Seite parallel in ein duktiles, eine geringe Festig keit und einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisendes Ma trixmaterial eingebettet, welches die Belastung durch Sche rung von Faser zu Faser überträgt und die Auswirkung eines Ausfalls einer einzelnen Faser örtlich begrenzt, indem sie die Belastung in der Nähe von Enden von ausgefallenen Fasern auf benachbarte Fasern verteilt. Typische Fasern, die bei der Ausführung der Erfindung benutzt werden, sind ein Verbund stoff aus 80% Graphit und 20% S-Glas. Es können aber zahlrei che Kombinationen von Fasern einschließlich beispielsweise Kevlar®-Fasern, Bor-Fasern und Glasfasern benutzt werden.

Die Erfindung wird zwar im folgenden unter besonderer Bezug nahme auf ein vorderes Blatt beschrieben, es ist jedoch klar, daß die folgende Beschreibung der Vorrichtungen und Verfahren nach der Erfindung auch für das hintere Blatt gilt. Weiter kann mehr als eine Faser in jeder Schicht oder Kombination von Schichten benutzt werden.

Das Laminat ist geschichtet, wobei die Fasern jeder Schicht in einem abwechselnden Muster von +80, +35, -10 und +35 Grad von der radialen Achse 322 aus ausgerichtet sind. Es ist klar, daß zwei aufeinanderfolgende Schichten unter demselben Winkel geschichtet werden können; wenn jedoch ein Schichtwinkel ge ändert wird, folgt man der oben angegebenen Sequenz. Dem Fachmann ist klar, daß die Sequenz von Winkeln geändert wer den kann, um ein Verbundlaminat mit den gewünschten Festig keitseigenschaften in verschiedenen Richtungen an dem Blatt zu schaffen.

Der Blattaufbau erzeugt ein aeroelastisch stabiles Blatt mit gut abgestimmten Schwingungsarten. Gemäß Fig. 4 hat jedes Blatt einen zentralen Blattholm 318, der aus einem hoch festen Metall wie Titan hergestellt ist. Der metallische Blattholm 318 ist zwischen der vorderen und der hinteren Ober fläche angeordnet und an denselben jeweils mit einem geeigne ten Klebstoff befestigt und mit jeder Oberfläche verbunden. Der Klebstoff ergibt eine zusätzliche Verbindungsfestigkeit, um zu verhindern, daß sich das Blatt löst. Der Blattholm 318 sorgt außerdem für Versteifung und Belastungsübertragung von dem Flügelprofilabschnitt auf den Fußabschnitt, der einen Schwalbenschwanz (nicht dargestellt) aufweist. Der Schwalben schwanz verriegelt den Holm in einer sich drehenden Nabe auf bekannte Weise.

Eine der vielen Funktionen des Holms 318 ist es, eine Verbin dung zwischen dem Blatt und der umlaufenden Nabe herzustel len. Der Holm hat hohle, hinterschnittene Hohlräume, die im Umriß durch gestrichelte Linien 304 und 306 angegeben sind. Die hinterschnittenen Hohlräume dienen zum Aufnehmen von Ge wichtsteilen zum statischen Auswuchten des Blattes um die ra diale Achse 322 und die Profilsehnenachse. Der vordere hinter schnittene Hohlraum 304 des Holms enthält ein Auswuchtgewicht 340, das nur in einer Nut 341 bewegbar ist. Das Auswuchtge wicht 340 hat eine Bewegungskomponente in Profilsehnenrich tung und in radialer Richtung wegen des Winkels, den die Nut 341 mit der radialen Achse und der Profilsehne bildet. Darü ber hinaus hat ein hinteres Auswuchtgewicht 342 in der Nut 346 eine Bewegungskomponente in Profilsehnenrichtung und in radialer Richtung.

Das vordere Auswuchtgewicht 340 und das hintere Auswuchtge wicht 342 sind innerhalb des vorderen unterschnittenen Hohl raums 304 bzw. des hinteren unterschnittenen Hohlraums 306 angeordnet. Die Auswuchtgewichte bewegen sich in den Nuten, um eine Radialauswuchtung und eine Profilsehnenauswuchtung in dem Blatt zu bewirken. Die Bewegung kann in den Nuten her vorgerufen werden, indem die Gewichte geschraubt werden. An dere Methoden zum Bewegen der Gewichte können jedoch benutzt werden, welche dem Fachmann bekannt sind. Zusätzliche Gewichte können auch hinzugefügt werden, um eine größere Massenände rung in dem Blatt zu bewirken. Die Gewichte verändern vor al lem den Massenmittelpunkt oder Schwerpunkt des Blattes.

Bei dem Herstellen des Blattes werden ein Modell der konkaven Seite 501 und ein Modell der konvexen Seite 503 des Blattes angefertigt, wie sie in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind. Fasern, die unidirektional und nebeneinander parallel in ein duktiles, eine geringe Festigkeit und einen kleinen Elastizitätsmodul aufweisendes Matrixmaterial eingebettet sind, werden über eine einzelne Schicht des Modells gelegt und auf die Modellform der Schicht zugeschnitten. Das Matrixmaterial kleinen Elasti zitätsmoduls, das bei der Ausführung der Erfindung benutzt wird, ist Epoxidharz. Die Fig. 5 und 6 zeigen das Modell des konkaven Mantels bzw. der konvexen Seite des Blattes. Die Kon turen repräsentieren Bereiche konstanter Dicke für einen Quer schnitt des Blattes für jede Oberfläche. Vor allem entsprechen die Konturen dem Modell für eine einzelne Schicht von Faser material. Beispielsweise repräsentiert die Linie 500 das Mo dell für den innersten Teil des Blattes, wogegen die Linie 502 das äußere Schichtmodell des Blattes repräsentiert. Bei dem Aufbauen des Blattes werden die unidirektionalen, neben einander parallel in ein duktiles, eine geringe Festigkeit und einen kleinen Elastizitätsmodul aufweisendes Matrixma terial eingebetteten Fasern über ein Modell gelegt und auf das Modell zugeschnitten, wobei die Richtung der Fasern in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist. Bei der Aus führung der Erfindung sind die Fasern in einem abwechselnden Muster von +80, +35, -10, +35 Grad gegen die radiale Achse 322 ausgerichtet. Die beiden Hälften oder Oberflächen der Blätter werden aufgebaut, indem die Schichten jeweils über einander geschichtet werden. Da die mit Epoxidharz imprägnier ten Schichten sehr klebrig sind, haften die Schichten anein ander. Die Blattform wird daher mit zwei Schalen oder Hälften gebildet, einer für die konvexe Oberfläche und einer für die konkave Oberfläche.

Gemäß Fig. 7 wird eine erste Schale in eine Form 510 einge bracht, wobei die Form so vorgeformt ist, daß sie der Gestalt der Schale angepaßt ist. Der Blattholm 318 wird längs der ra dialen Achse 322 ausgerichtet, indem der Blattholm 318 in einer Ausrichtvorrichtung auf der Form 510 festgespannt wird, welche dem Fachmann bekannt ist. Der Vorderkantenhohlraum wird gebildet, indem ein Stück Schaumstoff 512 in der Ge stalt des Hohlraums an der Vorderkante des Blattholms 318 an geordnet wird. Der Hinterkantenhohlraum wird gebildet, indem ein Stück Schaumstoff 514 in der Gestalt des Hohlraums an der Hinterkante des Blattholms 318 angeordnet wird. Zusätzlicher Klebstoff wird auf jede Seite des Holms 318 aufgetragen, um den Blattholm an der ersten Schale 502 sicher zu befestigen. Die zweite Schale 503 wird auf der ersten Schale, dem Blatt holm und den Schaumstoffüllstücken positioniert und ausge richtet und in die Form eingeschlossen. Die Form wird auf eine vorbestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer in Abhängigkeit von dem Aushärtezyklus des bei der Herstel lung benutzten Epoxidharzes erhitzt. Das Blatt wird der Form entnommen und abkühlen gelassen. Überschüssiges Harz wird an den Blattkanten und den Fußteilen entfernt. Der Vorderkanten schutz wird durch Vakuumsack-Formen befestigt, welches dem Fachmann bekannt ist. Befestigungselemente werden dann in das Blatt von einer Oberfläche zur anderen eingeführt, um zusätz liche Festigkeit zu schaffen und zu verhindern, daß sich die Blattelemente unter Belastung lösen. Es gibt selbstverständ lich eine beträchtliche Anzahl von erwünschten alternativen Methoden zum Herstellen von Gebilden aus Verbundstoff. Die Fertigungsmethoden zum Herstellen von großen Mengen an Blättern werden durch automatisierte Techniken ausgeführt. Es ist jedoch klar, daß die automatisierten Techniken dem vor stehend erläuterten Verfahren eng folgen werden.

Nachdem das Blatt hergestellt worden ist, wird es um die bei den Momentenachsen statisch ausgewuchtet. Die Drehunwucht, die durch fehlausgerichtete Schwerpunkte der Rotationsblät ter verursacht wird, wird auf ein Minimum reduziert. Als Bei spiel sind in Fig. 8 zwei Blätter dargestellt, die sich um eine Mittellinie 12 drehen. Eine Drehunwucht wird hervorge rufen, wenn der Schwerpunkt 22 des Blattes 24 nicht radial und axial mit dem Schwerpunkt 25 des Blattes 26 ausgerichtet ist. Zum Beispiel, wenn der radiale Abstand 28 größer ist als der radiale Abstand 30, tritt eine radiale Unwucht auf. Außerdem, wenn die Blätter nicht in derselben axialen Posi tion ausgerichtet sind, tritt eine Unwucht auf. Die axiale Position wird als die Position auf der Achse (Mittellinie 12) definiert, in welcher eine durch den Schwerpunkt gehende rechtwinkelige Linie die Achse schneidet. Jede Unwucht er zeugt Schwingungen in dem Propellersystem, welches Leistungs verlust oder, in extremen Fällen, die Zerstörung des Propel lersystems zur Folge hat. Daher wird zum Reduzieren von Schwingungen die Drehunwucht (M W _I-M W ₂) minimiert, wobei M W _I die Masse und das Gewicht des ersten Blattes ist (Fig. 8) und wobei M W ₂ die Masse und das Gewicht des zweiten Blattes ist.

Zum Eliminieren dieser Probleme wird das Blatt in radialer Richtung und in axialer (Profilsehnen-) Richtung ausgewuch tet. Die erste Achse ist die radiale Achse, und die zweite Achse ist die Profilsehnenachse. Gemäß Fig. 9 wird das Blatt durch eine Wiegevorrichtung 10 erfaßt. Die Wiegevorrichtung kann eine einfache Auswuchtwiegevorrichtung sein, die ein Gewicht 12 hat, mittels welchem die Vorrichtung in die Null stellung gebracht werden kann, und eine Skala 14, auf welcher das Gewicht des Blattes abgelesen werden kann. Das Eigenge wicht des Blattes oder das Blattgewicht wird zuerst auf be kannte Weise bestimmt.

Das Momentengewicht für die radiale Achse wird anschließend bestimmt. Das radiale Momentengewicht ist gleich W X _I, wobei W das Eigengewicht und X _I der Abstand von dem Drehpunkt des Schwerpunktes 32 ist. Das Momentengewicht wird durch die Skala 14 angezeigt. Da das radiale Momentengewicht und das Eigengewicht bekannt sind, läßt sich X _I bestimmen. Für mehrere Blätter eines Propellers wird X _I bestimmt, wobei I das I-te Blatt darstellt. Danach wird die Momentenabstands streuung in Profilsehnenrichtung für die Blätter des Propel lers bestimmt.

Gemäß Fig. 10 bestimmt dieselbe Wiegevorrichtung 10 das Pro filsehnenmoment. Das Blatt wird um 90 Grad gedreht, so daß die axiale Position des Schwerpunkts 32 bestimmt werden kann. Das Profilsehnenmomentengewicht ist gleich W Y _I, wobei W das Eigengewicht und Y _I die axiale Position des Schwer punkts für das I-te Blatt ist. Die axiale Position Y _I kann durch die Bewegung des vorderen und des hinteren Aus wuchtgewichts geändert werden. Für mehrere Blätter wird ein vorbestimmtes Y _I gewählt. Jedes Blatt wird dann so modifi ziert, daß die axiale Position des Schwerpunkts für jedes Blatt dieselbe ist. Das wird erreicht durch sorgfältiges Po sitionieren, Addieren oder Weglassen von vorderen und hin teren Auswuchtgewichten an jedem Blatt, um Y _I einzustellen. Nachdem die Blätter so modifiziert worden sind, daß die axi alen Positionen der Schwerpunkte identisch sind, werden die radialen Positionen der Schwerpunkte ausgerichtet. Das wird erreicht durch Hinzufügen oder Weglassen von Gewicht an dem Fußabschnitt, während die axiale Position des Schwerpunkts aufrechterhälten wird. Als Beispiel sei angenommen, 56,7 g (zwei Unzen) werden dem Fuß hinzugefügt, 28,35 g (eine Unze) werden dem vorderen Auswuchtgewicht und 28,35 g (eine Unze) werden dem hinteren Auswuchtgewicht hinzugefügt. Auf diese Weise wird die radiale Position des Schwerpunkts ver ändert, während die axiale Position des Schwerpunkts auf rechterhalten wird. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß diese statische Doppelachsenauswuchtung dazu dient, eine aus reichende dynamische Auswuchtung der Blätter bei der Drehung zu schaffen.

Somit ist ein Verfahren zum Herstellen eines gegenläufigen Flugzeugpropellersystems gezeigt worden, das stark gepfeil te, in der Profilsehnenrichtung breite, sehr dünne Blätter hat. Das Blatt wird aus zwei Schalen hergestellt, die aus einem Verbundlaminatmaterial bestehen. Das Verbundlaminat enthält eine Vielzahl von unidirektionalen Fasern, die in eine Matrix niedrigen Elastizitätsmoduls eingebettet sind. Ein Blattholm wird zwischen den Schalen angeordnet. Kleb stoff wird zwischen dem Holm und den Schalen hinzugefügt, um die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen. Schaumstoffüllstücke werden an vorbestimmten Stellen zwischen den Schalen ange ordnet, um Hohlräume in dem Blatt zu bilden. Die Schalen, der Blattholm, die Schaumstoffüllstücke und der Klebstoff wer den miteinander verbunden durch Aushärten in einem Autokla ven in dem für die Matrix geeigneten Aushärtezyklus. Befesti gungselemente in Form von Muttern und Schrauben werden in das Blatt eingeführt, um für zusätzliche Festigkeit zu sor gen und das Blatt unter Belastung zusammenzuhalten. Eine Vor derkantenhülle wird an der Vorderkante befestigt, um die Kan te zu schützen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Blattes aus einem Verbund material, das unidirektionale, einen hohen Elastizitätsmo dul aufweisende Fasern hat, die in eine duktile, eine gerin ge Festigkeit und einen niedrigen Elastizitätsmodul aufwei sende Matrix eingebettet sind, wobei das Blatt eine erste und eine zweite Oberfläche hat, die sich in einem Spitzenende und einem Fußabschnitt, einer gepfeilten Vorderkante und einer gepfeilten Hinterkante schneiden, wobei das Blatt weiter einen Blattholm enthält, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Anfertigen eines Modells, welches einen Bereich konstan ter Dicke für den Querschnitt des Blattes für jede Ober fläche repräsentiert;
b) Formen des Verbundmaterials nach dem Modell, um eine erste und eine zweite Schale zu bilden;
c) Ausrichten des Blattholms zwischen der ersten und der zweiten Schale;
d) Positionieren von Schaumstoffüllstücken an vorbestimmten Stellen zum Bilden von Hohlräumen zwischen den Schalen; und
e) Verbinden des Blattholms, der Schaumstoffüllstücke, der ersten Schale und der zweiten Schale miteinander durch Erhitzen des Blattes für einen geeigneten Aus härtezyklus für die einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisende Matrix.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt e) des Verbindens weiter den Schritt beinhaltet, einen Klebstoff auf den Blattholm, die Schaumstoffüllstücke und die inneren Oberflächen der ersten und der zweiten Scha le aufzutragen, um den Festigkeitsverband des Blattes auf rechtzuerhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt, den Blattholm zwischen der ersten und der zwei ten Schale einzuspannen, um den Blattholm daran zu hindern, sich zu verdrehen oder sich von den Schalen zu trennen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeich net durch die Schritte, mehrere Befestigungselemente in die erste Schale durch den Blattholm hindurch und in die zweite Schale einzuführen, um den Blattholm an den Schalen festzu halten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Schritt, mehrere Befestigungselemente durch die erste Schale hindurch positionsmäßig an der Hinter- und an der Vorderkante des Blattholms einzuführen, um einen Festigkeitsverband zwi schen dem Holm und den Schalen herzustellen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Schritt, einen Vorderkantenschutz längs der Blattholmvorder kante zu befestigen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das Blatt ein erstes Gegengewicht und ein zweites Gegengewicht auf weist, die in Radial- und in Profilsehnenrichtung bewegbar sind, um die Bewegung des Ortes des Schwerpunkts des Blattes zu bewirken, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

f) Positionieren des Schwerpunkts an einer ersten vorbe stimmten Stelle in der Profilsehnenrichtung durch Ein stellen des ersten und des zweiten Gegengewichts; und
g) Positionieren des Schwerpunkts in einer zweiten vor bestimmten Position in der Radialrichtung durch Modi fizieren des ersten und des zweiten Gegengewichts.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

h) Messen der Stellen der Schwerpunkte bei mehreren Blättern in Profilsehnenrichtung;
i) Wählen einer Standardschwerpunktsstelle in einer Profil sehnenrichtung, um die Streuung der Schwerpunktsstellen zu minimieren; und
j) Positionieren des Schwerpunkts für jedes Blatt an der Standardschwerpunktsstelle.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

k) Messen der Stellen der Schwerpunkte in Radialrichtung;
l) Wählen einer Standardschwerpunktsstelle in Radialrichtung, um die Streuung der Radialschwerpunktsstellen zu minimie ren und dabei die Lage der Schwerpunkte an der Standard profilsehnenschwerpunktsstelle aufrechtzuerhalten; und
m) Positionieren des Schwerpunkts für jedes Blatt der mehreren Blätter an der Standardschwerpunktsstelle in der Radialrichtung.

10. Verfahren zum Aufrechterhalten des Festigkeitsverbandes eines Blattes aus einem Verbundmaterial, das unidirektionale, einen hohen Elastizitätsmodul aufweisende, nebeneinander parallel angeordnete, in ein duktiles, eine geringe Festig keit und einen geringen Elastizitätsmodul aufweisende Matrix eingebettete Fasern hat, wobei das Blatt stark gepfeilt ist, in Profilsehnenrichtung breit ist und dünn ist, gekennzeich net durch folgende Schritte:

a) Anfertigen einer ersten und einer zweiten Schale des Blattes, wobei jede Schale die Hälfte des Blattes dar stellt und mehrere Verbundmaterialschichten hat, die dem Profil des Blattes angepaßt sind und die Fasern in den Schichten in variierenden Richtungen ausgerichtet haben;
b) Auftragen eines Klebstoffes auf die innere Oberfläche der Schalen;
c) Ausrichten eines Blattholms zwischen der ersten und der zweiten Schale; und
d) Verbinden des Blattholms, der ersten Schale und der zwei ten Schale miteinander durch Aushärten der einen geringen Elastizitätsmodul aufweisenden Matrix in einem Autokla ven od.dgl. in einem vorbestimmten Aushärtezyklus für die Matrix.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt, die Schalen an dem Blattholm festzuspannen, um den Festigkeitsverband des Blattes aufrechtzuerhalten.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Festspannens weiter beinhaltet, mehrere Be festigungselemente durch die erste Schale, den Blattholm und die zweite Schale hindurch einzuführen, um die Schalen an dem Blattholm zu befestigen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt, mehrere Befestigungselemente durch die erste Schale und die zweite Schale positionsmäßig an der Vorderkante des Blattholms einzuführen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Schritt, mehrere Befestigungselemente durch die erste Schale und durch die zweite Schale positionsmäßig an der Hinter kante des Blattholms einzuführen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekenn zeichnet durch den Schritt, das Blatt in Radialrichtung und in Profilsehnenrichtung auszuwuchten.

16. Verfahren zum Herstellen eines Blattes aus mehreren Ver bundschichten, wobei jede Schicht unidirektionale, nebenein ander angeordnete, parallele, einen hohen Elastizitätsmodul aufweisende Fasern hat, die in eine duktile, eine geringe Festigkeit und einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisen de Matrix eingebettet sind, wobei das Blatt eine erste und eine zweite Schale aufweist, die aus den Verbundschichten bestehen, welche sich in einem Spitzenende und einem Fußab schnitt einer gepfeilten Vorderkante und einer gepfeilten Hinterkante schneiden, wobei das Blatt weiter einen Blattholm enthält, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Anfertigen eines Modells für jede Schicht, wobei das Modell einen Bereich konstanter Dicke für den Quer schnitt des Blattes für jede Schicht jeder Schale re präsentiert;
b) Formen der Verbundschicht nach dem Modell, um die erste und eine zweite Schale zu bilden, wobei jede Schale die Hälfte des Blattes repräsentiert;
c) Ausrichten des Blattholms zwischen der ersten und der zweiten Schale;
d) Positionieren von Schaumstoffüllstücken an vorbestimmten Stellen, um Hohlräume zwischen den Schalen zu bilden;
e) Auftragen eines Klebstoffes auf den Blattholm, die Schaumstoffüllstücke und die inneren Oberflächen der ersten und der zweiten Schale, um den Festigkeitsverband des Blattes aufrechtzuerhalten; und
f) Verbinden des Blattholms, der ersten Schale und der zwei ten Schale miteinander durch Erhitzen des Blattes für einen geeigneten Aushärtezyklus für die einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisende Matrix.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Schritt, die Schalen an dem Blattholm festzuspannen, um den Festigkeitsverband des Blattes aufrechtzuerhalten.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Festspannens weiter beinhaltet, mehrere Be festigungselemente durch die erste Schale, den Blattholm und die zweite Schale hindurch einzuführen, um die Schalen an dem Blattholm zu befestigen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch den Schritt, mehrere Befestigungselemente durch die erste Schale und die zweite Schale hindurch positionsmäßig an der Vorder kante des Blattholms einzuführen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt, mehrere Befestigungselemente durch die erste Schale und die zweite Schale hindurch positionsmäßig an der Hinter kante des Blattholms einzuführen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, gekenn zeichnet durch den Schritt, das Blatt in Radialrichtung und in Profilsehnenrichtung auszuwuchten.

22. Verfahren zum Auswuchten eines Blattes, das aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, welches unidirektionale, nebeneinander angeordnete, parallele, einen hohen Elastizi tätsmodul aufweisende Fasern hat, die in eine duktile, eine geringe Festigkeit und einen niedrigen Elastizitätsmodul auf weisende Matrix eingebettet sind, wobei das Blatt eine erste und eine zweite Oberfläche hat, die sich in einem Spitzenende und einem Fußabschnitt, einer gepfeilten Vorder kante und einer gepfeilten Hinterkante schneiden, wobei das Blatt weiter einen Blattholm aufweist, der ein erstes Ge gengewicht und ein zweites Gegengewicht hat, die in Radial- und in Profilsehnenrichtung bewegbar sind, um die Lage des Schwerpunkts des Blattes zu beeinflussen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Positionieren des Schwerpunkts an einer ersten vorbe stimmten Stelle in der Profilsehnenrichtung durch Ein stellen des ersten und des zweiten Gegengewichts; und
b) Positionieren des Schwerpunkts in einer zweiten vorbe stimmten Position in der Radialrichtung durch Modifi zieren des ersten und des zweiten Gegengewichts.

23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch fol gende Schritte:

c) Messen der Lagen der Schwerpunkte bei mehreren Blättern in Profilsehnenrichtung;
d) Wählen einer Standardschwerpunktslage in Profilsehnen richtung, um die Streuung der Schwerpunktslagen zu mini mieren; und
e) Positionieren des Schwerpunkts jedes Blattes so, daß er die Standardschwerpunktslage hat.

24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch folgen de Schritte:

f) Messen der Lagen der Schwerpunkte in Radialrichtung;
g) Wählen einer Standardschwerpunktslage in Radialrichtung, um die Streuung der radialen Schwerpunktslagen zu mini mieren, während für die Lage der Schwerpunkte die Stan dardprofilsehnenschwerpunktslage aufrechterhalten wird; und
h) Positionieren der Schwerpunkte jedes der verschiedenen Blätter derart, daß jeder die Standardschwerpunktslage in Radialrichtung erhält.