一种桨叶根部低摆振刚度构型的制作方法

本发明涉及直升机旋翼复合材料结构设计，涉及一种桨叶根部低摆振刚度构型。

背景技术：

1、直升机旋翼系统中，桨叶根部主要由大梁，填块和金属衬套组成。填块虽然不承受载荷，但可以起到使大梁光滑过渡并保持特定走向的作用。大梁则以刚度和强度的形式宏观表现出其特性。桨叶的刚度指标可分为挥舞刚度、摆振刚度和扭转刚度。在桨叶气动载荷固定的前提下，桨叶根部刚度越大，则载荷越大，传给桨毂的载荷也就越大。桨毂由于结构复杂，通常采用金属材料制成。考虑到其疲劳性能远低于复合材料，降低桨叶根部的刚度，进而降低传递给桨毂的载荷，对于提升桨毂寿命是极其有利的。直升机的铰接式桨毂结构，其载荷来源于桨叶根部传递的摆振载荷和挥舞载荷的合成弯矩，而摆振载荷通常是挥舞载荷五倍以上。某型号复合材料尾桨叶，在方案设计过程中，由于根部摆振刚度过大，导致传递给桨毂的摆振载荷过大，使得桨毂轴颈寿命无法满足要求。因此解决降低桨根的摆振刚度，将有效延长桨毂的使用寿命。

2、现有设计技术往往通过更换低模量蒙皮铺层，减少大梁带束数的方式，来达到降低桨叶根部摆振刚度的目的。但随着蒙皮铺层的更换，以及大梁带的减少，此处的强度将大大降低。且挥舞刚度和扭转刚度也会受到很大的影响，导致桨叶的固有频率降低，甚至会让桨叶的固有频率与旋转频率重合。这些情况都会造成桨叶寿命的大幅下降。而桨毂作为复杂的金属制品，提升其强度的方案会让其重量迅速上升，且相关配合零件都要重新设计，工作量巨大，远没有改桨叶的构型方便。

技术实现思路

1、发明目的

2、基于旋翼复合材料的结构特点，专利提出了一种桨叶根部低摆振刚度构型。这种结构由五个填块、一个支撑泡沫、一对衬套、蒙皮以及大梁带组成，在仅小幅改变桨叶根部挥舞刚度和扭转刚度的前提下，保证桨叶强度不发生变化，降低了桨叶根部的摆振刚度，从而降低了桨毂的载荷。

3、技术方案

4、本发明提供了一种复合材料桨叶根部低摆振刚度构型的方案。

5、一种桨叶根部低摆振刚度构型,包括填块组件、衬套、大梁带、支撑泡沫、蒙皮，所述填块组件包括填块a、填块b、填块c、填块d、填块e，填块a和填块b、填块c和填块d为对称结构；所述衬套为腰鼓形结构，所述填块a和填块b分别安装在衬套两端，且填块a和填块b贴合段胶接在一起，非贴合段采用支撑泡沫填充，填块c和填块d的连接关系同理，并安装于另一衬套上，填块a和填块b、填块c和填块d之间设有填块e，所述填块e一端的宽度应与桨叶根部堵盖的对接面宽度保持一致，另一端设有收口，所述大梁带分别包覆填块a、填块b、填块c、填块d外形面铺设，并分别通过填块a收口处、填块b收口处、填块e上形面和填块c收口处、填块d收口处、填块e下形面收口处汇聚，使得前缘大梁和后缘大梁向中间大梁汇聚；所述支撑泡沫填充在填块组件以及大梁带以外的区域，并采用蒙皮覆盖，整体通过模压加热固化成型。

6、进一步的，填块组件为环氧树脂短切纤维预固化件，用于塑造零件外形，并保持一定刚度。

7、进一步的，大梁带为环氧树脂玻璃纤维预浸带，固化后形成桨叶大梁。

8、进一步的，支撑泡沫为轻型填充泡沫，用于提供一定的支撑力，并减轻桨叶重量。

9、进一步的，蒙皮为环氧树脂玻璃纤维/碳纤维织物预浸料，提供桨叶刚度。

10、进一步的，填块a和填块b、填块c和填块d之间的角度不超过°。

11、进一步的，填块a、b之间夹角处的距离，c、d之间夹角处的距离，均为.mm至.mm，既保证填块夹住的泡沫不会在数控加工中破碎，也保证大梁均匀过渡，与泡沫之间没有间隙。

12、进一步的，填块a和填块b、填块c和填块d之间的夹角向后光滑延伸，保证每个展向剖面的大梁带面积为线性变化，减少大梁上应力集中。

13、进一步的，填块的外形沿展向均匀过渡，保证与填块相接触的大梁带与蒙皮均匀铺放，不产生纤维褶皱。

14、本申请的有益效果在于：

15、本发明提供一种复合材料桨叶根部低摆振刚度的构型，采用这种构型，可在仅小幅改变桨叶根部挥舞刚度和扭转刚度的前提下，有效降低了桨叶根部的摆振刚度，从而降低了桨毂的载荷，保证直升机桨叶和桨毂强度不发生变化。采用该构型的桨叶，可采用当前直升机桨叶成熟的材料和成型工艺，不存在特殊关键技术，因此方案可实现性强，尤其基于现有旋翼产品，需要更换桨叶设计方案的情况，本构型的可操作性强，桨叶更换成本极低。同时本方案改进大梁铺设方向，其铺层相对于传统直升机桨叶大梁的铺层工艺性更好，大梁带集中在桨叶中间区域光顺铺放，不会出现从后缘铺向前缘的大角度弯曲缠绕的现象，因此大梁在模压过程中其玻璃纤维不易出现褶皱现象，有利于传递桨叶离心载荷。

技术特征：

1.一种桨叶根部低摆振刚度构型，其特征在于，包括填块组件、衬套、大梁带、支撑泡沫、蒙皮；所述填块组件包括填块a、填块b、填块c、填块d、填块e，填块a和填块b、填块c和填块d为对称结构；所述衬套为腰鼓形结构，所述填块a和填块b分别安装在衬套两端，且填块a和填块b贴合段胶接在一起，非贴合段采用支撑泡沫填充，填块c和填块d的连接关系同理，并安装于另一衬套上，填块a和填块b、填块c和填块d之间设有填块e，所述填块e一端的宽度应与桨叶根部堵盖的对接面宽度保持一致，另一端设有收口，所述大梁带分别包覆填块a、填块b、填块c、填块d外形面铺设，并分别通过填块a收口处、填块b收口处、填块e上形面和填块c收口处、填块d收口处、填块e下形面收口处汇聚，使得前缘大梁和后缘大梁向中间大梁汇聚；所述支撑泡沫填充在填块组件以及大梁带以外的区域，并采用蒙皮覆盖，整体通过模压加热固化成型。

2.如权利要求1所述的构型，其特征在于，填块组件为环氧树脂短切纤维预固化件，用于塑造零件外形，并保持一定刚度。

3.如权利要求1所述的构型，其特征在于，大梁带为环氧树脂玻璃纤维预浸带，固化后形成桨叶大梁。

4.如权利要求1所述的构型，其特征在于，支撑泡沫为轻型填充泡沫，用于提供一定的支撑力，并减轻桨叶重量。

5.如权利要求1所述的构型，其特征在于，蒙皮为环氧树脂玻璃纤维/碳纤维织物预浸料，提供桨叶刚度。

6.如权利要求1所述的构型，其特征在于，填块a和填块b、填块c和填块d之间的角度不超过16°。

7.如权利要求1所述的构型，其特征在于，填块a、b之间夹角处的距离，填块c、d之间夹角处的距离，均为0.3mm至0.4mm，既保证填块夹住的泡沫不会在数控加工中破碎，也保证大梁均匀过渡，与泡沫之间没有间隙。

8.如权利要求1所述的构型，其特征在于，填块a和填块b、填块c和填块d之间的夹角向后光滑延伸，保证每个展向剖面的大梁带面积为线性变化。

9.如权利要求1所述的构型，其特征在于，填块的外形沿展向均匀过渡，保证与填块相接触的大梁带与蒙皮均匀铺放。

技术总结本发明涉及直升机旋翼复合材料结构设计技术领域，涉及一种桨叶根部低摆振刚度构型。包括填块组件、衬套、大梁带、支撑泡沫、蒙皮；采用这种构型，可在仅小幅改变桨叶根部挥舞刚度和扭转刚度的前提下，有效降低了桨叶根部的摆振刚度，从而降低了桨毂的载荷，保证直升机桨叶和桨毂强度不发生变化。采用该构型的桨叶，可采用当前直升机桨叶成熟的材料和成型工艺，不存在特殊关键技术，因此方案可实现性强，尤其基于现有旋翼产品，需要更换桨叶设计方案的情况，本构型的可操作性强，桨叶更换成本极低。技术研发人员：陈钟鸣,赵昕,江嘉吉,唐心凯受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/17