專利名稱：飛行器轉(zhuǎn)子的葉片和相關(guān)形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛行器(aircraft，飛機，航空器)轉(zhuǎn)子的葉片和相關(guān)形成方法。本發(fā)明特別有利地用于能夠盤旋的飛行器，諸如下文描述的僅作為例子參考的直升機，或者垂直升降飛機，但并不局限于此。
背景技術(shù)：
由復合材料制成的直升機轉(zhuǎn)子葉片是已知的。在下文說明書和權(quán)利要求中，“復合材料(composite material)”意思是通過將熱定形樹脂基體和包括加固(例如玻璃、碳或石墨)纖維的分散相進行組合而產(chǎn)生的非金屬材料。復合材料具有優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料的許多優(yōu)點:關(guān)于多功能性、耐久性和通常低于金屬材料的比重，它們具有極好的機械特性；它們對疲勞和腐蝕有高度抵抗力；以及它們的結(jié)構(gòu)更可靠，即由于裂紋形成導致的故障需要相對長時間，因而使得更易于檢測異常。已知的葉片通常包括:根部部分(root portion,根部),其被連接至轉(zhuǎn)子轂；以及，主要部分，其限定葉片本身的本體。通常，這種葉片通過在連續(xù)的一些階段中成形主要結(jié)構(gòu)而制成，該主要結(jié)構(gòu)包括通過粘合劑結(jié)合的許多復合材料組分，并且其可能為結(jié)構(gòu)性組分或填料，即低機械性能組分。通過沉積一層或更多層預浸樹脂的連續(xù)(長)織物纖維，例如碳或玻璃纖維制成該結(jié)構(gòu)性組分；而在填料組分中，纖維不連續(xù)(短)。所有組分都在各個聚合階段單獨地制成，并且然后使用粘合劑結(jié)合，以形成主要結(jié)構(gòu)。

然后，以另外的多層復合材料(通常是預浸樹脂的玻璃纖維)覆蓋該主要結(jié)構(gòu)，以形成葉片的外部蒙皮(outer skin，外皮)；并且然后將如此形成的整體在模具中聚合至最終構(gòu)造。在關(guān)于制造的方案中有一種需求，通過其降低在葉片根部的局部故障的風險，上述局部故障快速地傳播到周圍區(qū)域并且導致葉片從轉(zhuǎn)子完全脫離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供一種經(jīng)設(shè)計以滿足該需求的簡單、低成本飛行器轉(zhuǎn)子的葉片。根據(jù)本發(fā)明，提供一種飛行器轉(zhuǎn)子的葉片，包括:根部部分，該根部部分具有貫穿座(through seat)并且被設(shè)計用于連接至轉(zhuǎn)子；以及主要部分，該主要部分從所述根部部分延伸；所述葉片通過使組件(assembly)聚合(polymerizing)而產(chǎn)生,該組件包括復合材料的主要結(jié)構(gòu)以及限定葉片的外部表面的復合材料覆蓋物；葉片特征在于，在所述根部部分處，所述主要結(jié)構(gòu)包括:帶輪廓的塊(contoured block,成型塊)；以及薄片構(gòu)件(laminamember,薄板構(gòu)件,層狀構(gòu)件),該薄片構(gòu)件在所述塊的至少部分周圍延伸，并且具有附著至(adhering to,粘附至)所述塊的第一外圍部分的第一部分(part,部件)，以及與該塊的第二外圍部分間隔開并且與其面對以形成所述貫穿座的第二部分；所述薄片構(gòu)件包括連續(xù)單向纖維(continuous unidirectional fibres)的預浸料(pre-preg,預浸料還，預浸潰制品)。根據(jù)本發(fā)明，也提供一種形成飛行器轉(zhuǎn)子的葉片的方法；所述葉片包括:根部部分，該根部部分具有貫穿座并且經(jīng)設(shè)計用于連接至轉(zhuǎn)子；以及主要部分，該主要部分從所述根部部分延伸；所述方法包括使組件聚合的步驟，該組件包括復合材料的主要結(jié)構(gòu)以及限定葉片的外部表面的復合材料覆蓋物；所述方法的特征在于，在所述根部部分處，所述主要結(jié)構(gòu)通過下列方式形成:-形成帶輪廓的塊；-將至少部分所述塊封入(enclosing,裝入,封閉)在薄片構(gòu)件中，以便所述薄片構(gòu)件的第一部分附著至所述塊的第一外圍部分，以及薄片構(gòu)件的第二部分與所述塊的第二外圍部分間隔開并且面對該第二外圍部分以形成所述貫穿座；所述薄片構(gòu)件包括連續(xù)單向纖維的預浸料。


將參照附圖，通過例子的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中:圖1示出根據(jù)本發(fā)明教導的飛行器(尤其是直升機)的轉(zhuǎn)子葉片的透視圖；圖2示出圖1葉片的根部部分的主要結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3示出圖2葉片根部部分的主要結(jié)構(gòu)的透視分解圖；圖4示出第一形成步驟后，圖2葉片根部部分的主要結(jié)構(gòu)的組成部分的透視圖；圖5和圖6示出通過其產(chǎn)生圖4組件的工具的兩幅透視圖，為了清晰起見移除一些部分；圖7示出圖2葉片根部部分的主要結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)產(chǎn)品的透視圖；圖8-圖10示出通過其形成圖7基礎(chǔ)產(chǎn)品的工具的三幅透視圖，為了清晰起見移除一些部分；圖11示出圖7基礎(chǔ)產(chǎn)品被加工為其最終形狀的透視圖。
具體實施例方式圖1中的數(shù)字I從整體上指示飛行器的已知轉(zhuǎn)子(未示出)的葉片，飛行器尤其是能夠盤旋的飛行器，諸如已知的直升機(未示出)。葉片I基本包括:根部部分2，其具有貫穿座3并且經(jīng)設(shè)計用于連接至已知轉(zhuǎn)子轂(未示出)；以及主要部分4，其主要在縱向方向A上從根部部分2延伸并且限定葉片I的本體。貫穿座3具有垂直于方向A的軸線B。葉片I通過使用根據(jù)本發(fā)明的形成方法由復合材料制成。更特別地，通過使下列組件聚合而產(chǎn)生葉片1，該組件包括復合材料的主要結(jié)構(gòu)5(圖2和圖3)，以及限定葉片I的蒙皮或外部表面7的復合材料覆蓋物6 (圖1)。如下生產(chǎn)主要結(jié)構(gòu)5。首先，使用如圖5和6中所示的工具9通過聚合制成復合材料的帶輪廓的塊8(圖4)。更特別地，工具9限定內(nèi)部腔10，其中布置樹脂和纖維的預浸料的連續(xù)層或薄片。在所示例子中，纖維是連續(xù)的，并且在各個層中以不同的預定編織圖樣編織，并且優(yōu)選地為
石墨纖維。如圖6中所示， 工具9的腔10被設(shè)計成同時產(chǎn)生四個相同的塊8，每個塊都通過下列方式產(chǎn)生，即以每兩個相鄰層之間的中間粘合劑層疊合許多預浸料的層。一旦將這些預浸料層布置在腔10內(nèi)部，就通過蓋子11 (圖5)將其在頂部封入，并且以預定溫度和壓力聚合這些層。這得到一個基本棱形塊8，該塊在側(cè)面上由彎曲、基本C形的第一外圍表面12界定，以及由橫向地連接外圍表面12的相對自由端邊緣的平坦第二外圍表面13界定，并且通過各個相對平坦面14和15在頂部和底部處界定。如圖4和圖7中所示，塊8從外圍表面13漸縮。在這點上，整體上以16指示(圖2、圖3、圖7、圖8、圖9、圖11)的復合材料的薄片
構(gòu)件繞塊8纏繞。優(yōu)選地，薄片構(gòu)件16為環(huán)形。在本說明書和附加的權(quán)利要求中，使用術(shù)語“環(huán)形(annular)”的最寬含義，以指示無端(endless)的外形(profiIe,輪廓)，并且因此不僅包括圓形,而且也包括卵形、橢圓形和任何形狀的無端的外形。薄片構(gòu)件16被定位成:第一部分17附著至塊8的外圍表面12，以及第二部分18與塊8的外圍表面13間隔開并且與其面對以形成葉片I的根部部分2的座3。在所示例子中，部分17和18都是以它們的凹部面對的C形。通過粘合劑將薄片構(gòu)件16的部分17固定至塊8的外圍表面12。使用工具20 (圖8-圖10)將薄片構(gòu)件16圍繞塊8進行纏繞，工具20基本包括塊8定位于其上的支撐板21以及成形組件22。如圖9中所示，成形組件22包括許多金屬內(nèi)部成型構(gòu)件23，這些金屬內(nèi)部成型構(gòu)件鄰接塊8而固定至板21，以與塊8形成一種模具24，繞該模具纏繞薄片構(gòu)件16。換句話說，成型構(gòu)件23被成型以整體上形成為薄片構(gòu)件16的部分18的內(nèi)部外形。為了纏繞在薄片構(gòu)件上，板21被固定到從板21的一側(cè)垂直突出的心軸25。心軸25的旋轉(zhuǎn)使模具24旋轉(zhuǎn)，因而將薄片構(gòu)件16進給纏繞到模具24上。工具20也包括:繞薄片構(gòu)件16固定至板21的許多外部成型構(gòu)件26 (圖10)，以形成薄片構(gòu)件16的外部外形；以及覆蓋板27 (圖8和圖10)，其被平行于并且面對板21地固定至成型構(gòu)件26。有利地，薄片構(gòu)件16由樹脂和連續(xù)單向的優(yōu)選為石墨纖維的預浸料制成。一旦在板21、成型構(gòu)件23和26、以及覆蓋板27之間封入，就以預定溫度和壓力聚合塊8和薄片構(gòu)件16。結(jié)果是在圖7中以30整體指示的產(chǎn)品。在這點上，產(chǎn)品30經(jīng)受進一步的形成操作，以相對于塊8的高度降低薄片構(gòu)件16的高度，并且在塊8的兩個相對面14和15的相對側(cè)上形成各自的階梯31，如圖11中所示。限定葉片I的根部部分2的最終產(chǎn)品30被固定至在方向A中延伸的已知縱向構(gòu)件32 (僅在圖3中部分不出)。

更特別地,通過圖3中34指示的短纖維復合材料的插入(interposition),將縱向構(gòu)件32的一端33在塊8的相對側(cè)上固定至薄片構(gòu)件16的部分17。在所示例子中，材料34為樹脂和短玻璃纖維的預浸料。
然后，將如此形成的組件在相對兩側(cè)上安裝底部箍35和頂部箍36 (圖2和圖3)，底部箍和頂部箍都由復合材料制成，在所示例子中為樹脂和長(優(yōu)選石墨)纖維的預浸料制成。更特別地，每個箍35、36都包括條狀主要部分37，主要部分在一端處終止為限定貫通開口 39的環(huán)形部分38。箍35、36被定位成:主要部分37附著至縱向構(gòu)件32的相對兩側(cè)，以及環(huán)形部分38接合產(chǎn)品30的各自階梯31并且與薄片構(gòu)件16同軸，以便限定座3。換句話說，薄片構(gòu)件16被夾在箍35和36之間。這完成了主要結(jié)構(gòu)5，向主要結(jié)構(gòu)施加長纖維預浸料(優(yōu)選樹脂和長玻璃纖維的預浸料)的連續(xù)多層以形成覆蓋件6，并且聚合該整體，以獲得最終葉片I。通過上述描述，根據(jù)本發(fā)明教導的葉片I和相關(guān)形成方法的優(yōu)點將顯而易見。具體地，在由連續(xù)單向纖維的預浸料制成的薄片構(gòu)件16中封入塊8最小化任一箍35、36故障的情況下，葉片I從轉(zhuǎn)子轂脫離的風險。實際上，在該事件發(fā)生的情況下，負荷將被傳遞到經(jīng)設(shè)計以抵抗應(yīng)力的薄片構(gòu)件16。塊8也經(jīng)設(shè)計，以與薄片構(gòu)件16協(xié)作,從而抵抗任一箍35、36故障導致的應(yīng)力。換句話說，對葉片I的根部部分2設(shè)計的新型方案提供根部部分區(qū)域的“結(jié)構(gòu)冗余(structural redundancy)”,而不明顯增加重量。通過由石墨纖維的預浸料制作箍35、36實現(xiàn)進一步結(jié)構(gòu)冗余,其比已知的方案更耐應(yīng)力。

然而，顯而易見的是，在不偏離附加權(quán)利要求限定的保護范圍的情況下，可對本文所述和示出的葉片I和相關(guān)形成方法做出改變。例如，薄片構(gòu)件16不必為環(huán)形，即可為U形外形，通過相對兩端部分附著至塊8。塊8甚至可由短纖維復合材料制成。最后，塊8和薄片構(gòu)件16甚至可由不同的(例如碳或玻璃)纖維制成。
權(quán)利要求
1.一種飛行器轉(zhuǎn)子的葉片(1)，所述葉片包括:根部部分(2)，所述根部分具有貫穿座(3)并且被設(shè)計用于連接至所述轉(zhuǎn)子；以及主要部分(4)，所述主要部分從所述根部部分(2)延伸；所述葉片(I)通過使組件聚合而產(chǎn)生，所述組件包括:復合材料的主要結(jié)構(gòu)(5)、以及復合材料覆蓋物(6)，所述復合材料覆蓋物限定所述葉片(I)的外部表面(7)； 所述葉片的特征在于，在所述根部部分(2)處，所述主要結(jié)構(gòu)(5)包括:帶輪廓的塊(8);以及薄片構(gòu)件(16)，所述薄片構(gòu)件圍繞所述塊(8)的至少部分延伸，并且具有第一部分(17)和第二部分(18)，所述第一部分附著至所述塊(8)的第一外圍部分(12)，所述第二部分與所述塊(8)的第二外圍部分(13)間隔開且面對所述第二外圍部分以形成所述座(3)；所述薄片構(gòu)件(16)包括連續(xù)單向纖維的預浸料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中，所述薄片構(gòu)件(16)具有限定環(huán)形無端路徑的外形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中，所述塊(8)由通過插入粘合劑而疊合且被聚合的預浸料層制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的葉片，其中，所述塊(8)的所述預浸料層為連續(xù)纖維的類型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中，所述薄片構(gòu)件(16)的所述第一部分(17)通過粘合劑固定至所述塊(8)的所述第一外圍部分(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中，所述主要結(jié)構(gòu)(5)包括第一箍和第二箍(35、36)，所述第一箍和第二箍由復合材料制成并且被施加至所述塊(8)和所述薄片構(gòu)件(16)的相對側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉片，其中，所述第一箍和第二箍(35、36)包括連續(xù)纖維的預浸料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的葉片，其中，所述第一箍和第二箍(35、36)的所述纖維為包括碳的纖維，或石墨纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉片，其中，所述薄片構(gòu)件(16)被夾入于所述第一箍和第二箍(35、36)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉片，其中，所述第一箍和第二箍(35、36)各自具有貫通開口(39)，所述貫通開口具有與所述薄片構(gòu)件(16)對準的邊緣以限定所述座(3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中，所述主要結(jié)構(gòu)(5)包括縱向構(gòu)件(32)，所述縱向構(gòu)件的一端(33)通過短纖維復合材料(34)的插入而在與所述塊(8)相對側(cè)上固定至所述薄片構(gòu)件(16)的所述第一部分(17)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中，所述塊(8)和/或所述薄片構(gòu)件(16)的所述纖維為包括碳的纖維，或者石墨纖維。
13.一種形成飛行器轉(zhuǎn)子的葉片(I)的方法，所述葉片(I)包括:根部部分(2)，所述根部部分具有貫穿座(3)并且被設(shè)計用于連接至所述轉(zhuǎn)子；以及主要部分(4)，所述主要部分從所述根部部分(2)延伸；所述方法包括使組件聚合的步驟，所述組件包括:復合材料的主要結(jié)構(gòu)(5)，以 及復合材料覆蓋物(6)，所述復合材料覆蓋物限定所述葉片(I)的外部表面(7)； 所述方法的特征在于，在所述根部部分(2)處，所述主要結(jié)構(gòu)(5)通過下列步驟形成: -形成帶輪廓的塊(8)；-將至少部分所述塊(8)封入薄片構(gòu)件(16)中，以使所述薄片構(gòu)件(16)的第一部分(17)附著至所述塊(8)的第一外圍部分(12)，以及使所述薄片構(gòu)件(16)的第二部分(18)與所述塊(8)的第二外圍部分(13)間隔開且面對所述第二外圍部分以形成所述座(3)； 所述薄片構(gòu)件包括連續(xù)單向纖維的預浸料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述薄片構(gòu)件(16)具有無端環(huán)形的外形，并且繞整個所述塊(8)進行纏繞。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，通過由插入粘合劑疊合而形成連續(xù)預浸料層，并且通過使這個整體聚合，來產(chǎn)生所述塊(8 )。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述塊(8)的所述預浸料層為連續(xù)纖維的類型。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述薄片構(gòu)件(16)的所述第一部分(17)通過粘合劑固定至所述塊(8)的所述第一外圍部分(12)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，由所述塊(8)和所述薄片構(gòu)件(16)形成的整體被聚合。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，形成所述主要結(jié)構(gòu)(5)包括進一步的步驟，SP向所述塊(8)和所述薄片構(gòu)件(16)的相對側(cè)施加復合材料的第一箍和第二箍(35、36)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述第一箍和第二箍(35、36)由連續(xù)纖維的預浸料制成。`
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述第一箍和第二箍(35、36)的所述纖維為包括碳的纖維，或石墨纖維。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述薄片構(gòu)件(16)被夾入于所述第一箍和第二箍(35、36)之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，形成所述主要結(jié)構(gòu)(5)包括進一步的步驟，即通過插入短纖維復合材料(34 )，將縱向構(gòu)件(32 )的一端(33 )在與所述塊(8 )相對側(cè)上固定到所述薄片構(gòu)件(16)的所述第一部分(17)。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述塊(8)和/或所述薄片構(gòu)件(16)的所述纖維為包括碳的纖維，或者石墨纖維。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種飛行器轉(zhuǎn)子的葉片(1)及形成方法，所述葉片具有根部部分(2)，其具有貫穿座(3)且被設(shè)計用于連接至轉(zhuǎn)子；以及主要部分(4)，其從根部部分(2)延伸。通過聚合組件產(chǎn)生葉片(1)，該組件具有復合材料的主要結(jié)構(gòu)(5)以及限定葉片(1)的外部表面(7)的復合材料覆蓋物(6)。在根部部分(2)處，主要結(jié)構(gòu)(5)具有帶輪廓的塊(8)；以及薄片構(gòu)件(16)，其在塊(8)的至少部分的周圍延伸，并且具有附著至塊(8)的第一外圍部分(12)的第一部分(17)，以及與塊(8)的第二外圍部分(13)間隔開并且與其面對的第二部分(18)，以形成座(3)；薄片構(gòu)件(16)具有連續(xù)單向纖維的預浸料。
文檔編號B64C11/16GK103241367SQ20131005272
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者麥希爾斯·法比奧·納諾尼, 弗朗切斯科·斯卡皮內(nèi)洛, 朱塞佩·馬嫩蒂 申請人:奧格斯塔韋斯蘭股份公司