RU2040432C1 - Composite blade of propeller - Google Patents
Composite blade of propeller Download PDFInfo
- Publication number
- RU2040432C1 RU2040432C1 SU914941874A SU4941874A RU2040432C1 RU 2040432 C1 RU2040432 C1 RU 2040432C1 SU 914941874 A SU914941874 A SU 914941874A SU 4941874 A SU4941874 A SU 4941874A RU 2040432 C1 RU2040432 C1 RU 2040432C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- butt
- shank
- sleeve
- blade
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Landscapes
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкции лопастей винтов из композиционных материалов с наполнителями из стекло-, угле-, боро- и оргволокна, скрепленных полимерными связующими. The invention relates to aeronautical engineering, in particular to the construction of propeller blades made of composite materials with fillers of glass, coal, boron and fiber, bonded with polymer binders.
Винты служат для преобразования крутящего момента двигателя в тягу, необходимую для полета летательного аппарата или создания отрицательной тяги, необходимой для торможения ЛА при пробеге после его посадки. The propellers are used to convert engine torque to thrust necessary for the flight of the aircraft or to create negative thrust necessary for braking the aircraft during the run after landing.
Известна конструкция крепления лопасти воздушного винта, содержащая стакан в виде ласточкина хвоста, установленного в рукавах втулки, а также узел предварительного натяга в виде подпружиненного клина. A known design for fixing a propeller blade containing a dovetail-shaped glass mounted in sleeve sleeves, as well as a preload assembly in the form of a spring-loaded wedge.
Однако эта конструкция не обеспечивает достаточно надежного крепления лопасти во вращающем стакане, установленном во втулке винта, и снижение веса лопасти. However, this design does not provide a sufficiently reliable fastening of the blade in the rotary glass installed in the hub of the screw, and reducing the weight of the blade.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является композиционная лопасть винта, содержащая перо, комель с наружной резьбой, с внутренней металлической гильзой с коническим участком и армирующими элементами. The closest in technical essence to the proposed one is a composite screw blade containing a feather, a comel with an external thread, with an internal metal sleeve with a conical section and reinforcing elements.
Такая лопасть имеет следующие недостатки:
недостаточная прочность комля лопасти из-за наличия скачков напряжений в месте сопряжения металлической гильзы с композиционным материалом;
большой вес лопасти из-за нерациональной по форме и массе металлической гильзы с буртом;
недостаточная динамическая выносливость лопасти, так как отсутствуют армирующие продольные слои углеродного наполнителя с общим армированием вдоль оси комля лопасти, чеpедующиеся со слоями стеклоткани;
недостаточная стойкость комля лопасти на фреттинг-коррозию из-за отсутствия защитного антифреттингового покрытия;
меньшая выносливость комля лопасти из-за возможного повреждения слоев армирующего наполнителя при выполнении конического рабочего профиля резьбы.Such a blade has the following disadvantages:
insufficient strength of the butt of the blade due to the presence of voltage surges at the interface between the metal sleeve and the composite material;
a large weight of the blade due to the irregular in shape and weight of the metal sleeve with a shoulder;
insufficient dynamic endurance of the blade, since there are no reinforcing longitudinal layers of carbon filler with general reinforcement along the axis of the butt of the blade, alternating with layers of fiberglass;
lack of resistance of the butt of the blade to fretting corrosion due to the lack of a protective antifretting coating;
lower durability of the butt of the blade due to possible damage to the layers of the reinforcing filler when performing a tapered working thread profile.
Цель изобретения повышение прочности комля и уменьшение веса путем использования гильзы переменной жесткости и усиления комля. The purpose of the invention is to increase the strength of the butt and reduce weight by using sleeves of variable stiffness and reinforcement of the butt.
Цель достигается тем, что в лопасти комель снабжен композиционным разрезным конусом, а гильза выполнена с внутренним резьбовым буртиком и внешним фланцем, сопрягающимся вместе с конической поверхностью с разрезным конусом посредством слоев стеклоткани с углом наружной поверхности конуса не меньше угла наклона рабочего профиля резьбы комля на 2 8о, а армировка выполнена в виде сегментных элементов из композиционного материала с угловым армированием, равномерным разнесением стыков в окружном направлении и расположением их в зоне резьбы комля между слоями стеклоткани с уменьшением их количества в сечениях комля в направлении наиболее нагруженного близлежащего к перу витка резьбы, при этом слои стеклоткани за пределами сегментных элементов выполнены с чередованием со слоями стекложгутов окружной намотки, причем на комель нанесено полимерное антифретинговое покрытие.The goal is achieved by the fact that in the blade the comel is equipped with a composite split cone, and the sleeve is made with an internal threaded shoulder and an external flange that mates together with the conical surface with the split cone by means of fiberglass layers with an angle of the outer surface of the cone not less than the angle of inclination of the working profile of the butt thread by 2 about 8, and the reinforcement is in the form of segmented elements of composite material with an angular reinforcement evenly spaced junctions in the circumferential direction and in the arrangement of their threading zone butt between layers of fiberglass with a decrease in their number in sections in the direction of the butt most loaded in the nearby of the thread to the pen, the fiberglass layers outside the segmental elements are interleaved with layers of glass roving circumferential winding, wherein at the butt antifretingovoe applied polymeric coating.
Кроме того, цель достигается тем, что часть слоев стеклоткани подкреплена слоями углеродного наполнителя с одинаковым углом армирования, а сегментные элементы выполнены двойными и размещены между спаренными слоями стеклоткани и углеленты. In addition, the goal is achieved in that part of the layers of fiberglass is supported by layers of carbon filler with the same angle of reinforcement, and the segment elements are double and placed between the paired layers of fiberglass and carbon fiber.
На фиг. 1 показан винт с предлагаемыми лопастями; на фиг.2 разрез по комлю лопасти; на фиг.3 конус в разрезе; на фиг.4 сегментная вставка с угловым армированием; на фиг.5 узел I на фиг.2; на фиг.6 двойные по числу слоев сегментные элементы в рабочем положении; на фиг.7 узел II на фиг.2; на фиг.8 крепление лопасти во втулке. In FIG. 1 shows a screw with the proposed blades; figure 2 section along the butt of the blade; figure 3 is a cone in section; figure 4 segmented insert with angular reinforcement; in Fig.5 node I in Fig.2; figure 6 double in the number of layers of the segment elements in the working position; in Fig.7 node II in Fig.2; Fig. 8 mounting the blades in the sleeve.
Композиционная лопасть воздушного винта содержит перо 1, комель 2 с наружной резьбой 3, с внутренней металлической гильзой 4 с конической наружной поверхностью и армирующими элементами 5. The composite propeller blade contains a
Комель 2 снабжен композиционным разрезным конусом 6, а гильза выполнена с внутренним резьбовым буртиком 7 и внешним фланцем 8, сопрягающимся вместе с конической поверхностью 9 с разрезным конусом 6 посредством слоев 10 стеклоткани с углом наружной поверхности конуса не меньше угла наклона рабочего профиля резьбы 3 комля на 2-8о, а армировка выполнена в виде сегметных элементов 5 из композиционного материала с угловым армированием, равномерным разнесением стыков в окружном направлении и расположением их в зоне резьбы 3 комля 2 между слоями 10 стеклоткани с уменьшением их количества в сечениях комля в направлении наиболее нагруженного близлежащего к перу 1 витка резьбы 3, при этом слои 10 стеклоткани за пределами сегментных элементов 5 выполнены с чередованием со слоями стекложгутов 11 окружной намотки, причем на комель 2 нанесено полимерное антифреттинговое покрытие 12.The
Часть слоев 10 стеклоткани подкреплена слоями углеродного наполнителя 13 с одинаковым углом армирования, а сегментные элементы 5 выполнены двойными и размещены между спаренными слоями стеклоткани 10 и углеленты. Some of the
Позициями обозначены хомуты 14 стаканов 15, установленные на шариках 16, втулка 17 воздушного винта 18, а также сердечник 19 из пенопласта. The positions indicate the
Сборка лопасти производится следующим образом. The assembly of the blade is as follows.
Вначале в механическом цехе изготавливают металлическую гильзу 4, в другом цехе формуют конус 6 (фиг.3) из стеклорубленки или стеклоровинга, в третьем цехе вырезают по шаблонам или на специальной раскроечной машине сегментные элементы 5 из стеклоткани с расчетными радиусами R1 и R2 и углом α обеспечивающим их смыкание при сборке лопасти (фиг.2 и 6). Разные радиусы обеспечивают разную ширину сегментов, т.е. смещение их по длине к перу лопасти.First, a
Расположение армирующих нитей показано на фиг.4 для одного элемента, для двух они могут дополнительно армироваться между собой (фиг.6). Аналогично вырезают или раскраивают слои 10 стеклоткани с армированием вдоль оси комля 2, часть из которых может чередоваться со слоями углеродного наполнителя 13, обладающими большей выносливостью на циклическую усталость и меньшим удельным весом. The location of the reinforcing threads is shown in figure 4 for one element, for two they can additionally be reinforced with each other (figure 6).
Предварительно используя внутренний резьбовой буртик 7, устанавливают металлическую гильзу 4 внутри пресс-формы и вспенивают сердечник 19 лопасти. На сердечник лопасти выкладывают несколько слоев 10 стеклоткани, на которых конической внутренней поверхностью 9 располагают разрезной конус 6, затем слои стеклоткани с армированием вдоль оси комля 2, которые, сопрягаясь, чередуются с сегментными элементами 5 с угловым армированием, устанавливаемыми с равномерным смещением стыков для обеспечения равнопрочности армирования. Previously using the internal threaded
Сегментные элементы 5 располагают по мере нарастания слоев стеклоткани со смещением по длине (фиг.2) к перу лопасти, что обеспечивает их уменьшающееся число к первому витку рабочего профиля резьбы, а после установки каждого сегментного элемента производится поперечная подмотка однорядными слоями из стекложгутов 11 (фиг.7).
В зоне первого винта располагают минимальное число армирующих элементов 5, которые, опираясь на конус 6, обеспечивают расположение слоев 10 параллельно образующей рабочего профиля резьбы, что вместе с поперечно расположенными однорядными слоями из стекложгутов обеспечивает наибольшую плотность композиционного материала, наибольшие физико-механические качества (фиг.2 и 7). A minimum number of reinforcing
Композиционный конус (фиг.3) с углом наружной поверхности конуса не меньше угла рабочего профиля резьбы комля на 2-8о обеспечивает необходимую толщину композиционного материала, его однородность позволяет снизить вес лопасти, а угол наружной поверхности конуса обеспечивает отсутствие перерезанных слоев стеклоткани, даже при наличии уменьшения плотности слоев стеклоткани при ее укладке по сердечнику 19 и его гильзы с конической наружной поверхностью и внешним фланцем.The composite cone (3) with a cone angle of the outer surface is not less than the angle of the working thread for butt 2-8 provides the necessary thickness of the composite material and its uniformity reduces blade weight, and the cone angle of the outer surface ensures the absence transected layers of glass, even when the presence of a decrease in the density of the layers of fiberglass when it is laid along the core 19 and its sleeve with a conical outer surface and an outer flange.
Уменьшение плотности композиционного материала объясняется увеличением периметра конической поверхности на которую укладываются слои, раскроенные на ламели в зоне конической поверхности гильзы 4. Армирующие элементы 5 несколько выравнивают плотность, повышают несущую способность комля 2 на кручение за счет углового армирования. The decrease in the density of the composite material is explained by the increase in the perimeter of the conical surface onto which the layers are laid, laid on the lamellas in the area of the conical surface of the
Плотность материала комля уменьшается от первого витка к фланцу 8. Наличие композиционного разрезного конуса 6 из стеклоровинга компенсирует резкое уменьшение плотности комля. The density of the butt material decreases from the first turn to the flange 8. The presence of a
Если величина внешнего угла конуса 6 равна рабочему углу резьбы, то дополнительными треугольниками вставками можно компенсировать уменьшение плотности комля 2, поддерживать расположение слоев параллельно образующей конуса, что сложно и трудоемко. Если величина внешнего угла конуса 6 больше угла рабочего профиля резьбы комля на 2-8о, то меньшее значение угла конуса для меньшего обжатия резьбовой части при формировании лопасти, а большее для большего обжатия.If the value of the external angle of the
После формирования лопасти в пресс-форме достаточно на заготовке комля выполнить механическим путем резьбу 3 и нанесении на нее и цилиндрическую часть комля антифреттинговое покрытие 12 (фиг.5). After the formation of the blade in the mold, it is sufficient to mechanically thread 3 on the butt of the butt and apply the
При сборке лопасти по второму варианту слои углеродного наполнителя 13 (фиг.7) с общим армированием вдоль оси комля со слоями из стеклоткани, сопрягаясь, чередуются с двойными по числу слоев сегментными элементами 5 (фиг. 6) с угловым армированием между слоями. Величина углового армирования определяется расчетным путем для обеспечения достаточной жесткости на кручение и изгиб. Сегментные элементы выбираются двойными, так как сопрягаются с двойными слоями оболочки, вырезаются из стеклоткани, так как на порядок дешевле углеродной ленты и обеспечивает необходимую прочность при большей технологичности при вырезке (фиг.7). When assembling the blades according to the second embodiment, the layers of carbon filler 13 (Fig. 7) with common reinforcement along the axis of the butt with layers of fiberglass, mating, alternating with double segmented elements 5 (Fig. 6) with angular reinforcement between the layers. The value of angular reinforcement is determined by calculation to ensure sufficient torsional and bending rigidity. Segment elements are selected double, because they are mated with double layers of the shell, cut out of fiberglass, as it is an order of magnitude cheaper than carbon tape and provides the necessary strength with greater manufacturability when cutting (Fig.7).
Работа лопасти винта происходит следующим образом. The operation of the propeller blade is as follows.
При вращении воздушного винта 18 силы от пера лопасти передаются на комель 2 лопасти, через полимерное антифреттинговое покрытие 12 на стакан 15. Стакан с резьбой 3 воспринимает центробежную силу, а крутящий момент и изгиб воспринимаются лепестками стакана 15, далее через шарики 16 усилия передаются на рукав втулки 17. When the
Первый виток конической резьбы 3 воспринимает 60-70% центробежной силы от лопасти и является в данной конструкции более прочным, а остальные витки менее нагружены, считая от пера лопасти. Поэтому выполненные комля с убывающими физико-механическими свойствами от первого витка, считая от пера лопасти, является допустимым и технологически целесообразным. The first turn of the tapered thread 3 receives 60-70% of the centrifugal force from the blade and is more durable in this design, and the remaining turns are less loaded, counting from the feather of the blade. Therefore, the made butt with decreasing physical and mechanical properties from the first turn, counting from the feather blade, is permissible and technologically feasible.
Металлической гильзой 4 переменной жесткости за счет конической наружной поверхности 9, а также внешним фланцем, сопрягающимся с композиционным разрезным конусом, скрепленным со слоями 10 с продольным армированием, в сочетании с угловым армированием сегментными элементами 5 обеспечивают повышение прочности комля в соответствии с условиями нагружения. A
Центрирование комля 2 лопасти происходит по лепесткам стакана 15 и его нижнему буртику, сопрягающемуся с внутренним радиальным пояском гильзы 4. The centering of the
Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества:
большая прочность комля лопасти из-за отсутствия скачков напряжений в месте сопряжения металлической гильзы с композиционным материалом;
меньший вес лопасти из-за рациональной по форме и массе металлической гильзы и усиления лопасти более легким углеволокном;
большая динамическая выносливость лопасти, обеспечивающаяся продольным армированием углеродным наполнителем, чередующимся со слоями стеклоткани;
большая стойкость комля лопасти на фреттинг-коррозию;
большая выносливость комля, так как отсутствует возможность повреждения слоев армирующего наполнителя, образующего рабочий профиль конической резьбы при механической обработке комля.The invention has the following advantages:
greater durability of the butt of the blade due to the absence of voltage surges at the interface between the metal sleeve and the composite material;
less weight of the blade due to the rational shape and weight of the metal sleeve and reinforcement of the blade with a lighter carbon fiber;
high dynamic endurance of the blade, provided by longitudinal reinforcement with a carbon filler, alternating with layers of fiberglass;
greater resistance of the butt of the blade to fretting corrosion;
great durability of the butt, as there is no possibility of damage to the layers of the reinforcing filler, forming the working profile of the tapered thread during mechanical processing of the butt.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914941874A RU2040432C1 (en) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | Composite blade of propeller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914941874A RU2040432C1 (en) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | Composite blade of propeller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2040432C1 true RU2040432C1 (en) | 1995-07-25 |
Family
ID=21577467
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU914941874A RU2040432C1 (en) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | Composite blade of propeller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2040432C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2481670A1 (en) | 2011-01-31 | 2012-08-01 | Eurocopter | Blade and method for manufacturing said blade |
-
1991
- 1991-05-14 RU SU914941874A patent/RU2040432C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Патент США 4302155, кл. B 64C 11/26, 1979. * |
Патент США N 4810167, кл. 416-229, 1989. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2481670A1 (en) | 2011-01-31 | 2012-08-01 | Eurocopter | Blade and method for manufacturing said blade |
US9302764B2 (en) | 2011-01-31 | 2016-04-05 | Airbus Helicopters | Blade and method of fabricating said blade |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI66240C (en) | INFAESTNINGSANORDNING FOER BLAD PAO VINDTURBIN | |
US4568245A (en) | Composite helicopter rotor hub | |
JP2547289B2 (en) | Pitch housing structure of rotor device for helicopter | |
CN102381469B (en) | For the screw propeller of aircraft | |
JPS6174836A (en) | Structure made of fiber reinforced resin matrix composite material | |
US4895354A (en) | Equalizing stress distribution in each laminate of an asymmetrically loaded elastomeric bearing | |
US3923422A (en) | Taper lining for composite blade root attachment | |
US5096380A (en) | Composite flexbeam for a bearingless helicopter rotor | |
US20210062661A1 (en) | Composite propulsor blade retention structure and method for constructing same | |
US6918839B2 (en) | Damage tolerant shaft | |
SE446474B (en) | HIGHLY REMOVABLE BALMS TO BE USED IN PREPARING DRAINAGE OF LEAVES FOR LARGE WINDOW TURBES | |
EP1088754B1 (en) | Composite helicopter rotor yoke | |
US20230228299A1 (en) | Composite flexible coupling | |
US5462409A (en) | Leading edge weight retention assembly for a helicopter rotor | |
RU2040432C1 (en) | Composite blade of propeller | |
WO2016185199A2 (en) | Shaft arrangement | |
JP2012529360A (en) | Decanter centrifuge and screw conveyor | |
GB2165026A (en) | Composite torsion link | |
US20170191559A1 (en) | Tuned rat driveshaft | |
US4585393A (en) | Fiber reinforced/epoxy matrix composite helicopter rotor yoke | |
GB2449058A (en) | Composite blade having a plurality of layers of braided material | |
KR101267073B1 (en) | Rotor blade made of a fibre-reinforced composite material and production method for it | |
DE3804405A1 (en) | Shaft of carbon-fibre-reinforced plastic, in particular a tool spindle | |
RU2142895C1 (en) | Propeller blade and its shank | |
US11732746B2 (en) | Drive shaft with an integrated flange |