RU1807960C - Windwheel vane made of composite materials and method of its manufacture - Google Patents

Windwheel vane made of composite materials and method of its manufacture

Info

Publication number
RU1807960C
RU1807960C SU4914865A RU1807960C RU 1807960 C RU1807960 C RU 1807960C SU 4914865 A SU4914865 A SU 4914865A RU 1807960 C RU1807960 C RU 1807960C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
outer shell
blade
winding
spar
spiral
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Николаевич Поляков
Владимир Максимович Мазур
Людмила Николаевна Евсеева
Юрий Валериевич Жуганов
Николай Максимович Решетняк
Лидия Борисовна Ладикова
Original Assignee
Украинский научно-исследовательский институт технологии машиностроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Украинский научно-исследовательский институт технологии машиностроения filed Critical Украинский научно-исследовательский институт технологии машиностроения
Priority to SU4914865 priority Critical patent/RU1807960C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1807960C publication Critical patent/RU1807960C/en

Links

Landscapes

  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к ветр ным дви- гательным установкам и может быть исполь- зовано при изготовлении лопастей и лонжеронов лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов, вентил торов и других изделий из слоистых композиционных материалов . Целью изобретени   вл етс  повышение прочности и долговечности, снижение массы, уменьшение цикла и трудоемкости изготовлени  лопасти. Лопасть имеет коробчатый лонжерон 2 переменного поперечного сечени  с уменьшающейс  толщиной стенки, наружную оболочку 4, состо щую из по крайней мере двух спиральных слоев стеклопластика и пористого заполнител  3 с интегральным слоем, определ ющего заданный аэродинамический профиль лопасти. Формование лонжерона производитс  методом намотки волокон по лини м равного отклонени  зональным способом , $ формование наружной оболочки- методом спиральной намотки стеклоленты на оправку, полученную вспениванием пенопласта в замкнутой форме, рабоча  по- верхность которой соответствует внутренней форме наружной оболочки. 2 с., 4 з.п.ф-лы, 5 ил.The invention relates to wind turbines and can be used in the manufacture of blades and side members of rotor blades and tail rotors of helicopters, fans and other products from layered composite materials. The aim of the invention is to increase strength and durability, reduce weight, reduce cycle and labor input of blade manufacture. The blade has a box-shaped spar 2 of variable cross section with decreasing wall thickness, the outer shell 4, consisting of at least two spiral layers of fiberglass and porous filler 3 with an integral layer that defines the specified aerodynamic profile of the blade. The spar is formed by winding the fibers along the lines of equal deviation by the zonal method, $ forming the outer shell by spiral winding the glass tape on a mandrel obtained by foaming foam in a closed form, the working surface of which corresponds to the inner shape of the outer shell. 2 pp., 4 C.p. f-ly, 5 ill.

Description

Изобретение относитс  к ветр ным двигательным установкам и может быть использовано при изготовлении лопастей и лонжеронов лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов, вентил торов и других полых изделий из слоистых композиционных материалов.The invention relates to wind propulsion systems and can be used in the manufacture of rotor blades and side members of rotor blades and tail rotors of helicopters, fans and other hollow articles made of laminated composite materials.

Цель изобретени  - повышение прочности и долговечности, снижение массы, а также уменьшение цикла и трудоемкости изготовлени  лопасти.The purpose of the invention is to increase strength and durability, reduce weight, and also reduce the cycle and labor input of blade manufacture.

На фиг. 1 показана лопасть; общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фг.1; на фиг.З - способ нанесени  на оправку первой зоны методом намотки; на фиг. 4 - способ формовани  лонжерона; на фиг.5 - способ формовани  оболочки комлевой части.In FIG. 1 shows a blade; general form; in FIG. 2 - section AA in fg. 1; Fig. 3 shows a method of applying the first zone to the mandrel by winding; in FIG. 4 is a method for forming a spar; Fig. 5 shows a method for forming a shell of a butt part.

Здесь закладной элемент со стыковочным фланцем 1 заделан в лонжерон 2. На лонжерон нанесён заполнитель 3. который покрывает наружна  оболочки 4, опирающа с  на планки 5.Here, the embedded element with the docking flange 1 is embedded in the spar 2. A filler 3. is applied to the spar, which covers the outer shell 4, which rests on the strips 5.

Лопасть ветрового колеса состоит из силового элемента в виде коробчатого лонжерона 2, на одном конце которого вмотан металлический закладной элемент со стыковочным фланцем 1. Лонжерон имеет в сечении неправильный многоугольник с уменьшающимс  периметром по мере удалени  от оси вращени  лопасти. С целью достижени  равнонапр женности и уменьшени  веса необходимо, чтобы толщина стенки лонжерона уменьшалась с увеличением радиуса. Дл  достижени  этого эффекта лонжерон содержит слои различной длины расположенные по зонам так, что их количество, по мере увеличени  радиуса лопасти . Уменьшаетс , а утолщени ,образую- щиес  в зонах реверса витков, удалены. Кроме того, угол укладки стекловолокон в каждом слое уменьшаетс  от начала витка до его конца, так как с уменьшением угла укладки уменьшаетс  и толщина сло ,The blade of the wind wheel consists of a power element in the form of a box spar 2, at one end of which a metal embedded element with a docking flange 1 is wound. The spar has an irregular polygon in cross section with a decreasing perimeter as the distance from the axis of rotation of the blade. In order to achieve uniform tension and reduce weight, it is necessary that the wall thickness of the spar decrease with increasing radius. To achieve this effect, the spar contains layers of various lengths arranged in zones so that their number as the radius of the blade increases. It decreases, and the thickenings formed in the reverse zones of the turns are removed. In addition, the laying angle of the glass fibers in each layer decreases from the beginning of the turn to its end, since with a decrease in the laying angle the layer thickness also decreases.

На поверхности лонжерона размещен заполнитель в виде пенопласта, вспененного в замкнутой форме рабоча  поверхность которого соответствует внутреннему контуру наружной оболочки 4, а также планки 5, обеспечивающие жесткую опору боковым стенкам наружной оболочки 4. Наружна  оболочка состоит, по крайней мере, из двух спирально-винтовых слоев стеклопластика на основе пропитанной св зующим стекло- ленты витки которой уложены встык и ориентированы под углом к продольной оси лопасти, причем витки последующего сло  смещены на половину ширины ленты и ориентированы под тем же углом, но в обратную сторону.On the surface of the spar there is a filler in the form of foam, foamed in a closed form, the working surface of which corresponds to the inner contour of the outer shell 4, and also strips 5, which provide rigid support to the side walls of the outer shell 4. The outer shell consists of at least two spiral-helical layers of fiberglass based on a glass tape impregnated with a binder; the turns of which are laid end-to-end and oriented at an angle to the longitudinal axis of the blade, and the turns of the subsequent layer are offset by half the width cients and oriented at the same angle but in the opposite direction.

Сущность способа по сн етс  чертежом , где на фиг. 3 показан способ нанесени  на оправку первой зоны 6 методом намотки и место отрезки утолщени  7. НаThe essence of the method is illustrated in the drawing, where in FIG. 3 shows a method of applying to the mandrel the first zone 6 by winding and the location of the segments of the thickening 7.

фиг,4 показан способ формовани  всего лонжерона намоткой зон 8, 9, 10 и способ заделки закладного элемента 1 прижимными кольцевыми сло ми 11. На фиг.5 показан способ формовани  оболочки комлевой части 12, примотанной кольцевыми сло ми 13 и сло ми основной оболочки 14 и 15.Fig. 4 shows a method for forming the entire spar by winding zones 8, 9, 10 and a method for sealing a mortgage element 1 with clamping ring layers 11. Fig. 5 shows a method of forming a shell of the butt part 12, wound with annular layers 13 and layers of the main shell 14 and 15.

Лопасть ветрового колеса изготавливаетс  следующим образом.The blade of the wind wheel is made as follows.

На оправку устанавливаетс  закладной элемент со стыковочным фланце и закрепл етс  от проворота. Оправка устанавливаетс  на намоточный станок с числовым программным управлением. Поверх оправки и закладного элемента наноситс  перва  зона пластика из стекл нных, пропитанных св зующим волокон, сформированных в ленту методом спиральной намотки по кривым равного отклонени . При этом управл юща  программа намоточным станкомA plug-in element with a docking flange is mounted on the mandrel and secured against rotation. The mandrel is mounted on a numerically controlled winding machine. On top of the mandrel and the insertion element, a first zone of plastic is applied from glass fibers impregnated with a binder, formed into a tape by spiral winding along curves of equal deviation. In this case, the control program of the winding machine

рассчитываетс  так, чтобы угол намотки поcalculated so that the winding angle

мере удалени  от стыковочного фланца (отas far as the connecting flange (from

начала намотки) непрерывно уменьшалс .start winding) continuously decreased.

Это вызвано тем, чтобы дл  обеспечени This is because in order to ensure

равнонапр женности лонжерона, при уменьшении площади поперечного сечени , толщина стенки должна уменьшатьс . Толщина наматываемого спирального сло  в любом рассматриваемом сечении рассчитываетс  по формуле:the equal tension of the spar, while reducing the cross-sectional area, the wall thickness should decrease. The thickness of the wound spiral layer in any section under consideration is calculated by the formula:

COSOa COS (А COSOa COS (A

д.d.

а  and

где Па, Оа - наружный периметр и угол намотки наибольшего сечени ;where Pa, Oa - the outer perimeter and the angle of winding of the largest section;

П|, оц - наружный периметр и угол намотки 1-го сечени ;P |, sc - the outer perimeter and the winding angle of the 1st section;

да -толщина сло  в наибольшем сечении .yes is the thickness of the layer in the largest section.

Из формулы следует, что с уменьшением угла намотки уменьшаетс  толщина сло  в рассматриваемом сечении, а с уменьшением наружного периметра увеличиваетс  толщина сло  в рассматриваемом сечении. Но поскольку уменьшение толщины сло  за счет уменьшени  угла намотки не может компенсировать увеличение толщины сло  за счет разности периметров, то наметать лонжерон в одну зону, т.е. сбо ми одинаковой длины не представл етс  чмажным. Поэтому наиболее оптимальна  толшина стенки лонжерона может быть получена зональной намоткой.It follows from the formula that, with a decrease in the winding angle, the layer thickness in the considered section decreases, and with a decrease in the outer perimeter, the layer thickness in the considered section increases. However, since a decrease in the layer thickness due to a decrease in the winding angle cannot compensate for an increase in the layer thickness due to the difference in perimeters, then designate the spar in one zone, i.e. malfunctions of the same length do not appear to be black. Therefore, the most optimal wall thickness of the spar can be obtained by zonal winding.

После намотки первой зоны обрезаетс  и удал етс  утолщение, образовавшеес  в результате реверса витков. Далее производитс  намотка второй зоны, котора  ложитс  поверх первой и покрывает новый участок оправки. Аналогично производитс  обрезание и удаление утолщенного конца зоны. Таким же образом производитс  намотка всех последующих зон. Зона реверса витков (утолщение) последней зоны укладываетс  на технологической части оправки . Затем производитс  прижатие намотанных слоев всех зон к шейке закладного элемента (к участку, прилегающему к стыковочному фланцу) с помощью кольцевых слоев этим же волокном, предварительно сделав кольцевой рез на всех сло х, наход щегод  на технологической части оправки .- Это обеспечиваетс  нат жением стекловолокон на лентопрот жном механизме намотанного станка. Далее наноситс  разделительный и викелевочный слои и производитс  отверждение св зующего в печи. После этого производитс  удаление оправки, приклейка на наружную боковую поверхность лонжерона планок, на которые затем опираетс  наружна  оболочка, укладка его в форму, заполнение свободного объ- ема формы необходимой навеской предварительно подготовленной зернистости полуфабриката пенопласта и вспенива- ние последнего в печи по требуемому режиму. Далее изделие извлекаетс  из формы , зачищаетс  (при необходимости) облой и устанавливаетс  на намоточный станок. Комлева  часть наружной оболочки формируетс  методом нанесени  предварительно пропитанной и раскроенной стеклоткани, при этом крайние срезы приматываютс  несколькими сло ми стекловолокна. Затем формируетс  наружна  оболочка методом намотки из предварительно пропитанной стеклоленты. Намотка производитс  с шагом равным ширине ленты, т.е. витки примыкают друг к другу встык и ориентированы под углом к продольной оси. Последующий слой укладываетс  со смещением на половину ширины ленты дл  того, чтобы стыки витков не совпадали . При этом витки наклонены к продольной оси под тем же углом, но в обратную сторону. Намотка производитс  до достижени  требуемой толщины наружной оболочки . Далее изделие помещаетс  в форму, внутренний контур которой имеет точный аэродинамический профиль лопасти и помещаетс , в печь, где происходит отверждение св зующего. Затем изделие извлекаетс  из формы и производитс  нанесение лекарственного покрыти .After winding the first zone, the thickening resulting from the reverse of the turns is cut off and removed. Next, a second zone is wound, which lays on top of the first and covers a new section of the mandrel. Similarly, the thickened end of the zone is cut and removed. All subsequent zones are wound in the same way. The reverse zone of the turns (thickening) of the last zone is laid on the technological part of the mandrel. Then, the wound layers of all zones are pressed against the neck of the embedded element (to the area adjacent to the docking flange) using the ring layers with the same fiber, after making an annular cut on all layers located on the technological part of the mandrel. This is ensured by the tension of the glass fibers on the tape mechanism of a wound machine. Next, separation and wickel layers are applied and the binder is cured in the oven. After that, the mandrel is removed, glued onto the outer side surface of the spar of the strips, on which the outer shell then rests, fit into the mold, fill in the free volume of the mold with the necessary weight of the pre-prepared grain size of the semi-finished foam material and foaming the latter in the furnace according to the required mode. Next, the product is removed from the mold, the overburden is cleaned (if necessary) and mounted on the winding machine. The butt portion of the outer sheath is formed by applying pre-impregnated and cut fiberglass, with the extreme sections being wrapped with several layers of fiberglass. The outer shell is then formed by winding from pre-soaked glass tape. The winding is performed in increments equal to the width of the tape, i.e. the turns are adjacent to each other end-to-end and oriented at an angle to the longitudinal axis. The subsequent layer is laid with an offset of half the width of the tape so that the joints of the coils do not coincide. In this case, the turns are inclined to the longitudinal axis at the same angle, but in the opposite direction. Winding is carried out until the required thickness of the outer shell is reached. The product is then placed in a mold whose inner contour has a precise aerodynamic profile of the blade and is placed in a furnace where the binder cures. The product is then removed from the mold and the drug coating is applied.

Claims (6)

1. Лопасть ветрового колеса из ком по зиционных материалов, содержаща  коробчатый лонжерон переменного поперечного сечени , закладной элемент со стыковоч5 ным фланцем, заполнитель из легкого материала пористой структуры между лонжеронами и наружной оболочкой с декоративным покрытием, отличающа с  тем, что, с целью повышени  прочности и1. The blade of the wind wheel made of composite materials, containing a box-shaped spar of variable cross-section, a mortgage element with a docking flange, a filler of lightweight material of a porous structure between the spars and the outer shell with a decorative coating, characterized in that, in order to increase the strength and 0 долговечности, снижени  массы, а также уменьшени  циклов и трудоемкости изготовлени , лонжерон выполнен из спиральных слоев стеклопластика с переменной0 durability, weight reduction, as well as reducing cycles and the complexity of manufacturing, the spar is made of spiral layers of fiberglass with variable 5 толщиной стенки, уменьшающейс  с увеличением радиуса лопасти.5 by a wall thickness decreasing with increasing radius of the blade. 2. Лопасть по п.1,отличающа с 2. The blade according to claim 1, characterized in тем, что в качестве заполнител  используютthe fact that as a placeholder use пенопласт с наружной поверхностью, по0 втор ющей внутреннюю форму наружнойpolystyrene with an outer surface that repeats the inner shape of the outer оболочки.shell. 3. Лопасть по п. 1, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что наружна  оболочка выполнена по крайней мере в виде двух спирально-винто- 5 вых слоев пропитанной св зующим стекло- ленты.3. The blade according to claim 1, with the fact that the outer shell is made of at least two spiral-helical 5 layers of glass tape impregnated with a binder. 4. Способ изготовлени  лопасти ветрового колеса из композиционных материалов , включающий изготовление лонжерона4. A method of manufacturing a blade of a wind wheel from composite materials, including the manufacture of a spar 0 со стыковочными проушинами, размещение заполнител  из легкого материала, нанесение на поверхность лонжеронов и заполнител наружной оболочки, термоотверждение и нанесение декоратив5 ного покрыти , отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности и долговечности , снижени  массы, а также уменьшени  цикла и трудоемкости изготовлени , лопасти, лонжерон изготавливают с пере0 менной толщиной стенки методом намотки спиральных слоев по лини м равного отклонени  запольным способом, причем по мере удалени  от оси вращени  лопасти, длину каждой последующей зоны увеличивают, а0 with docking eyes, placement of filler made of light material, application of the outer shell to the surface of the spars and filler of the outer shell, thermosetting and decorative coating, characterized in that, in order to increase strength and durability, reduce weight, as well as reduce the cycle and laboriousness of manufacturing, the blades, the spar are made with a variable wall thickness by winding the spiral layers along the lines of equal deviation by the filling method, and with the distance from the axis of rotation of the blades, the length of Doi subsequent zones increase, and 5. угол намотки в каждом слое уменьшают, при этом образующиес  утолщени  в местах реверса витков перед намоткой последующего сло  обрезают и удал ют.5. The winding angle in each layer is reduced, while the resulting thickenings in the places of reverse turns before the winding of the next layer are cut and removed. 5. Способ по п.4, отличающийс  0 тем, что заполнитель размещают путем за- сыпки сухого полуфабриката пенопласта и вспенивани  его в замкнутой форме с рабочей пов рхностью, соответствующей внутренней поверхности наружной оболочки. 5 5. The method according to claim 4, characterized in that the aggregate is placed by filling the dry semi-finished foam material and foaming it in a closed form with a working surface corresponding to the inner surface of the outer shell. 5 6. Способ по п.,4. отличающийс  тем, что наружную оболочку нанос т методом спиральной намотки, по крайней мере двух слоев пропитанной св зующим стекло- ленты, причем витки первого сло  располагают встык и ориентируют под углом к 6. The method according to p. 4. characterized in that the outer shell is applied by spiral winding of at least two layers of fiberglass impregnated with a binder, the turns of the first layer being butt and oriented at an angle to продольной оси, а витки второго сло  сдви- ленты и наклон ют под тем же углом, но в гают на половину ширины наматываемой обратную сторону.the longitudinal axis, and the turns of the second layer are tilted and tilted at the same angle, but they are pulled half the width of the wound back side. /-Л л06ер#1//77о/ -L l06er # 1 // 77o Фиг. 2FIG. 2
SU4914865 1991-02-27 1991-02-27 Windwheel vane made of composite materials and method of its manufacture RU1807960C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4914865 RU1807960C (en) 1991-02-27 1991-02-27 Windwheel vane made of composite materials and method of its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4914865 RU1807960C (en) 1991-02-27 1991-02-27 Windwheel vane made of composite materials and method of its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1807960C true RU1807960C (en) 1993-04-07

Family

ID=21562555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4914865 RU1807960C (en) 1991-02-27 1991-02-27 Windwheel vane made of composite materials and method of its manufacture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1807960C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент US № 4213739, кл. В 64 С 27/46,1982. Патент GB № 1600065, кл, В 64 С 27/46, 1980. За вка EP № 0296964, кл. В 64 С 27/46, 1988. Авторское свидетельство СССР № 431733,кл. В 64 С 27/46. 1963. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5096384A (en) Plastic fan blade for industrial cooling towers and method of making same
US8096778B2 (en) Structural beam for a wind generator blade production method thereof
EP2621715B1 (en) Method of manufacturing a wind turbine blade and a wind turbine blade
US4264278A (en) Blade or spar
US4923081A (en) Storage tanks with fabricated support ribs
US4401495A (en) Method of winding composite panels
US4463044A (en) Composite panel of varied thickness
US5482584A (en) Method for manufacturing rotor blades
CN111684155B (en) Insert for a wind turbine blade root
US3943020A (en) Filament wound blade and method for manufacturing same
CN104908335B (en) Method for manufacturing the rotor blade of wind turbine
KR20100045973A (en) Method for the manufacture of wind vanes
US20200094442A1 (en) Pultruded strips
CN111684154A (en) Insert and blank for wind turbine blade root
US20130340927A1 (en) Method and device for producing large cylindrical structures
US20190217570A1 (en) Composite Core With Non-Traditional Geometries
GB2040790A (en) Moulding hollow articles
US4459171A (en) Mandrel for forming a composite panel of varied thickness
RU1807960C (en) Windwheel vane made of composite materials and method of its manufacture
JPS61182933A (en) Molding method of fishing rod
US5368076A (en) Process and apparatus for manufacturing rocket exit cones, and the like
US20120321479A1 (en) Method for production of a rotor blade for a wind turbine generator and a rotor blade
EP0265890A2 (en) Method of producing aircraft air intake ducts from composite synthetic material
JPH07164542A (en) Production device for fiber-reinforced resin component part and method thereof
SU587852A3 (en) Method of manufacturing laminated articles