旋翼机桨叶、设置有所述桨叶的旋翼机旋翼以及制造所述桨叶的方法

摘要

本发明涉及一种旋翼机旋翼桨叶(1)，所述桨叶具有桨叶根部(1’)和与所述桨叶根部(1’)相反向的自由端，所述桨叶(1)至少设置有主翼梁(2)，所述主翼梁平铺在桨叶(1)的吸力侧面(3)和压力侧面(4)上，所述主翼梁(2)在所述桨叶根部(1’)处固定到附连配件(5)。所述附连配件(5)包括第一和第二水平紧固衬套(10、20)，所述第一和第二紧固衬套(10、20)首先垂直于桨叶(1)的翼展，其次基本上垂直于竖向(Z)，所述竖向基本上平行于重力方向(W)，所述竖向(Z)垂直于所述翼展。

说明书

技术领域

本发明涉及旋翼机桨叶，其设置有分别平铺在桨叶压力侧面上和吸力侧面上的大致水平的翼梁，本发明还涉及其上设置有桨叶的旋翼机旋翼以及制造该桨叶的方法。

背景技术

旋翼机设置有至少一个驱动至少一个主旋翼的发动机，该主旋翼用来向飞机提供升力和推进力。旋翼包括毂部，在发动机驱动下旋翼轴转动而使该毂部运动，毂部上布置有多个桨叶。

在转动过程中，桨叶经受力扭矩，因此诸桨叶经受离心力，还经受因翼动、拖曳和扭转引起的多种作用，其中，扭转特别是由桨距的变化引起，这种变化旨在寻求修正桨叶相对于毂部平面的倾斜角。

此外，毂部通常包括多个臂，臂在翼动中可选择地弯曲，将诸桨叶布置在臂的端部上。特别由离心力引起的力则传递到毂部的非弯曲的中心区域。

第一种已知类型的桨叶具有翼梁，该翼梁从桨叶根部沿着桨叶翼展延伸并布置在桨叶的前缘处。为方便起见，该类型翼梁被称之为“前缘翼梁”。

该类型翼梁虽然有效，但例如出于声音的原因，发现它对于呈复杂形状的现代桨叶并不合适。

文献DE 1 406 494揭示了一种设置有多个水平孔的桨叶。

第二种已知类型的桨叶具有至少一个第一基本水平的翼梁，其分别平铺在桨叶压力侧面上和吸力侧面上。传统上，因为第一翼梁分布在桨叶压力侧面上和吸力侧面上的桨叶翼弦上，所以本技术领域内的技术人员习惯称如此平铺的翼梁为“分布翼梁”。下面所用到的术语“分布翼梁”和“平铺翼梁”或真正的“平铺分布翼梁”都涉及到同一类型的翼梁。

可以看到，能够提供“前缘翼梁”型的第二翼梁，该第二翼梁连接到第一翼梁，即，分布翼梁。

第一翼梁然后固定到旋翼机旋翼的毂部上，具体来说，将离心力传递到翼梁。

第二类型桨叶完全适于满足现代旋翼机的要求，如果分布翼梁与前缘翼梁相连，则特别地合适。

不过，遗憾的是，要将装有分布翼梁的桨叶附连到旋翼的毂部上很困难。

文献US 3 923 422揭示了一种实施如此功能的第一装置。在桨叶的根部，分布翼梁围绕垂直的紧固衬套，该衬套平行于旋翼转动轴线延伸。

然而，为了垂直地围绕在垂直的紧固衬套上，有必要使分布翼梁平铺在待扭转的桨叶压力侧面上和吸力侧面上。如此转过约90度的扭转会遇到这样的缺点：当用复合材料制成桨叶时，如果翼梁主要由单向纤维构成，那么有可能造成破坏。

还为困难的是，将从分布翼梁的扭转部分引出的单向纤维平铺在桨叶吸力侧面上和压力侧面上。

因此，在形状方面和其机械和振动特性方面，该种扭转导致一个桨叶与另一桨叶的重复性很差。

此外，如果填充元件需要布置在桨叶上，则由于翼梁的扭转重复性不一致，填充元件会形状很复杂且在桨叶与桨叶之间会有变化。这样，自动化生产桨叶变得很困难。

根据文献FR 2 186 380中描述的第二装置，则可以构思“水平地”卷绕翼梁。

然而，该桨叶没有紧固装置。它布置在形状非常特殊的旋翼机毂部的臂上，然后借助于水平紧固销固定到臂上，该销穿过臂将卷绕的桨叶翼梁固定起来。

很有可能，为避免桨叶过度翼动，该臂具有夹紧到桨叶翼梁上的顶板和底板。

然而，由于桨叶拖曳，该第二装置不显现出特别地适用于传递力。

因此，本技术领域内的技术人员趋于偏好利用垂直紧固衬套的方案，就像上述的第一装置。

由于旋翼机桨叶技术领域的特异性，可以理解到文献EP 0 429 353和EP 0353 672描述了设置有垂直衬套的桨叶，即，衬套垂直于所述桨叶转动平面延伸。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋翼机桨叶，其包括至少一个可容易地重复产生的分布的主翼梁；一个所述桨叶的附连配件，其也保证对桨叶所经受的力有良好的控制，即，不仅对离心力，而且对由桨叶的翼动、拖曳和扭转引起的力能很好地进行控制。

本发明提供一种旋翼机旋翼桨叶，该桨叶具有桨叶根部和与桨叶根部相反向的自由端，还具有主翼梁，即基本上水平的分布翼梁，主翼梁平铺在桨叶的吸力侧面和压力侧面上，主翼梁在所述桨叶根部处固定到附连配件。

本发明桨叶显著之处在于附连配件，该附连配件包括第一和第二水平紧固衬套，对于主升力和推进力旋翼来说，第一和第二紧固衬套因此既垂直于桨叶翼展又垂直于基本上沿重力方向延伸的竖向，竖向垂直于所述翼展，并适于垂直于所述旋翼驱动桨叶转动时桨叶的转动平面。

第一和第二衬套的纵向轴线因此是水平的，由此基本上平行于平铺在桨叶的吸力侧面和压力侧面上的分布翼梁的部分。此外，这些纵向轴线基本上垂直于桨叶的翼展。

第一紧固衬套，即当桨叶布置在旋翼机旋翼上时更靠近毂部的那个紧固衬套，因此密切地连接到桨叶。该第一紧固衬套接纳了通过平铺的主翼梁传递的大部分桨叶的力，诸如桨叶的离心力、扭转力和拖曳力。

此外，第一紧固衬套极其有效地将离心力从桨叶传递到旋翼毂部。

第二紧固衬套，即更靠近桨叶自由端的那个紧固衬套，与第一衬套相关联。第一和第二紧固衬套之间给定小的距离，该距离可以小于或等于桨叶总翼展的十分之一，该第二紧固衬套对接纳桨叶拖曳或扭转引起的力的作用有限。

然而，第二紧固衬套对有效地接纳因桨叶翼动引起的力有很大贡献。

此外，使用第一和第二水平紧固衬套，可用来减小销作用在附连配件上的敲击压力，所述销用来将桨叶固定到旋翼毂部。

如下文中所述，第一和第二销配合在第一和第二紧固衬套内。这些第一和第二销然后施加压力，称作紧固衬套上的敲击压力。

该敲击压力反比于销和相关紧固衬套之间的接触面积。

在水平位置中使用两个紧固衬套，用来使所述接触面积最大化，因此将敲击压力减到最小，由此，保持第一和第二紧固衬套的物理完整性和由此的附连配件的物理完整性。与敲击压力远远不可忽略的传统附连系统相比，该敲击压力可以是其一半。

此外，在水平位置中使用两个紧固衬套，可用来使紧固衬套的刚度最大化，由此，例如，在桨叶翼动或扭转期间，能使紧固衬套承受较高的力。

对于同样的尺寸，业已发现，能够使紧固衬套的直径最大化，由此，使紧固衬套的惯性矩最大化，因此使其刚度最大化。

同样地，对于相等的直径和厚度，水平位置内紧固衬套相对于其中性轴线在翼动中发生弯曲时的惯性矩，大于垂直位置内紧固衬套相对于其中性轴线在翼动中发生弯曲时的惯性矩。因此，使作用在本发明紧固衬套上的应力最小化。

此外，每个紧固衬套可供选择地具有圆筒形的复合材料的外部覆盖层，该外部覆盖层包围内部金属件。

内部金属件是薄壁金属管，其被圆筒形的复合材料的外部覆盖层覆盖。该内部金属件防止穿过紧固衬套的销摩擦抵靠在外部覆盖层的复合材料上。因此，没有因磨损引起复合材料劣化的风险，即使销和紧固衬套之间的相对运动很小，通常复合材料对摩擦磨损的耐受能力也很小。

此外，有利地是，紧固衬套的内部金属件包括面向与所述桨叶根部的相反向的桨叶自由端的平台。

因为桨叶的振动，因为桨叶在改变桨距过程中相对于其转动轴线的转动，或者确实因为其翼动和拖曳运动，紧固衬套的内部金属件冒有与覆盖它的外部覆盖层分离的风险。

该种分离会导致形成间隙，由此，引起局部应力，该局部应力易于造成事故，或缩短附连配件和由此的桨叶的寿命。

然而，通过在金属件的外直径内布置平台，其外周缘就可不需严格的圆筒形形状。然后，紧固衬套的内部金属件不再有转动和与部分覆盖它的外部覆盖层分离的任何风险。

每个衬套内的平台面向桨叶的自由端。这特别用来防止离心力作用下外部覆盖层沿平台侧边在锋利边缘处遭到破坏。

如果平台面向桨叶根部，则作用在桨叶上的离心力将趋于压迫外部覆盖层抵靠平台，这局部地导致高度的过度应力，过度应力会造成锋利边缘上的破坏。

用平台和粘结剂可阻止金属件相对于外部覆盖层移动。借助于阻挡物来避免金属件在其外部覆盖层上滑动，既可配合具有台肩的环也可将台肩给予金属件本身来避免上述滑动。

最后，外部覆盖层最好具有至少一个椭圆形凹陷。然后，内部金属件则是某一种形状，该形状允许内部金属件匹配于外部覆盖层内的椭圆形凹陷的形状。

该椭圆形凹陷减少了内部金属件和插入在所述内部的销之间的接触点数。通过将这些接触点放置在较佳区域内，就可保持附连配件的物理完整性。

此外，桨叶附连配件较佳地包括使第一和第二衬套间隔开的间隔系统，所述间隔系统设置有至少一个间隔装置。

不管在制造附连配件过程中还是在将桨叶紧固到旋翼机的旋翼上时，该间隔装置由此用来避免第一和第二衬套朝向彼此移动。一般来说，在飞机飞行过程中或停止的时候，当桨叶处于应力状态下时，该间隔系统就变得很重要。

每个间隔装置可包括垂直肋，该肋垂直于紧固衬套的纵向并垂直于桨叶的翼展。中心肋确保：在附连配件聚合过程中，当然首先在运行中，间隔装置不因作用在附连配件上的压力而破坏。

在第一实施例中，附连配件具有偶数个间隔装置，它们在第一和第二紧固衬套之间对称地布置。

有利地是，使间隔系统具有多个肋。从经济观点来看，做成带有多个肋的单个间隔装置非常费钱。

因此，最好制造多个间隔装置，每个间隔装置具有一个肋，间隔装置相对于彼此布置并粘结在一起成为对称结构，以使生成的间隔系统最终呈具有多个肋的单个间隔装置的外貌。

此外通过彼此紧邻地放置两个厚度薄的肋，就可获得两倍于该厚度的肋。该种部署能使间隔系统做得非常结实并省钱。

在第二实施例中，间隔系统包括间隔装置，即设置有垂直肋的中心梁，还包括两个外间隔元件，各外间隔元件具有布置抵靠在中心梁上的平面垂直面以及布置抵靠在第一和第二紧固衬套的对应衬套上的凹入垂直面。

当附连配件包括被间隔系统间隔开的第一和第二紧固衬套时，包括第一和第二紧固衬套以及所述间隔系统的组件被复合材料的主覆盖层覆盖，主覆盖层由玻璃纤维长条和织物片的叠层构成。

因此，主覆盖层完美地完成了附连配件并给所述组件提供良好的内聚特性。

此外，如下面所解释的，有利地是主覆盖层的外表面包括剥离织物片，因此能够省略施加粘结剂之前砂磨阶段。该剥离织物片则可包括聚酯或聚酰胺。

本发明不仅涉及设置有新颖附连配件的桨叶，而且还涉及装有本发明安装件的旋翼，所述桨叶可固定在该安装件上。

因此，一种旋翼机旋翼包括带有多个臂的毂部，而本发明的桨叶通过对应的安装件固定在每个臂上。

旋翼的显著之处在于，安装件包括U形紧固区域，该U形紧固区域具有第一和第二侧分支及端壁，每个侧分支设置有第一和第二开口，第一旋翼销配合在安装件内，以便连续地穿过第一侧分支的第一开口、桨叶中的第一紧固衬套、以及第二侧分支的第二开口，第二旋翼销配合在安装件内，以便连续地穿过第一侧分支的第二开口、桨叶中的第二紧固衬套、以及第二侧分支的第一开口。

如上所述，该种部署能限制由第一和第二销施加的敲击压力。

此外，使用第一和第二紧固衬套，并因此使用第一和第二销，足以能够适应桨叶的翼动，尤其是在停止时，桨叶只承受其自身重力。

最后，安装件的第二开口最好被对应的弹性体轴承部分地封闭，每个轴承包括至少一层弹性体，该弹性体夹在两层刚性材料之间。

该弹性体轴承则对阻尼桨叶翼动作出贡献。

此外，本发明还提供制造如上所述桨叶的方法，该方法包括以下步骤：

a)在每个内部金属件上布置外部覆盖层，来制造第一和第二紧固衬套；

b)在所述第一和第二紧固衬套之间放置间隔系统；

c)将包括第一和第二紧固衬套以及间隔系统的组件覆盖在主覆盖层中，该主覆盖层具有包括剥离织物片的外表面；

d)将由第一和第二紧固衬套、间隔系统、以及主覆盖层构成的附连配件聚合起来，聚合之后去除剥离织物片，以使所述附连配件的主覆盖层的外表面变粗糙；以及

e)将主翼梁水平地卷绕在所述附连配件上，来制造桨叶，主翼梁可沿桨叶翼展方向和/或翼弦方向递减地卷绕。

该制造方法呈现多个优点。

首先，该方法对附连配件的部件元件定位提供了完全的控制，由此消除了任何滑动风险。

在配件的制造过程中通常可见滑动发生在桨叶附连配件的诸元件之间。传统上，本技术领域内的技术人员在模具内不仅放置配件的元件，还放置构成桨叶的诸元件，诸如翼梁、泡沫、肋(如有的话)、后缘突脊，或前缘的保护构件等。

当元件放置到模具内时，所有这些元件可移动或去除，这通常用手工来实施。类似地，当桨叶聚合起来时，这些元件可以移动，因为在聚合过程中由于压力和温度的存在，所含的树脂仍是流体。

相反，在本发明中，从步骤a)至d)，附连配件进行预制造。在这些步骤结束时，检查附连配件以保证该附连配件是符合技术规格书的。

此外，由于配件尺寸相当小，与旋翼机桨叶尺寸不同，控制附连配件的制造较为容易。

因此，本发明的方法保证所获得的附连配件服从于其技术规格书，没有一个部件相对于另一个部件滑动的任何风险。

其次，附连配件能使主翼梁容易地卷绕，该主翼梁是平铺的分布翼梁。其做法只要拿出平铺在吸力侧面上的主翼梁部分，然后将它水平地卷绕在附连配件周围，从而将主翼梁平铺在桨叶压力侧面上就可以了。

因此不需要为了将翼梁卷绕在附连配件上而扭转该翼梁。

最后，也就是第三点，步骤d)是最重要的，因为它能容易地实现主翼梁和附连配件之间高质量的连接而没有任何特别的困难。

步骤d)特别地在于，附连配件聚合之后去除剥离织物片。因此，当织物片去除时，配件外表面稍有劣化，因为该剥离织物片的去除在外表面上引起粗糙度。

该粗糙度然后能使树脂容易地粘结到配件上。当构成该主翼梁的复合材料不包括树脂以避免降低其强度时，上述特性就特别地重要。因此，对于附连配件的外表面来说，提供所述粗糙度是有利的做法。

应该看到的是，本技术领域内的技术人员通常砂磨所述表面来获得该种结果。该方法虽然有效，但部分之间必不能得到重复一致的结果。

此外，在步骤c)中，所述主覆盖层可通过在玻璃纤维长条上连续地堆叠织物片层来形成。

在制作如此叠层时，一层单向的织物片放置在两个玻璃纤维长条之间，由此，首先避免了“成束的”织物片固定到“成束”纤维长条上，由此，优化了主覆盖层的机械强度。

最后，由于主覆盖层的每个织物片层是单向的，所以，步骤c)包括使用多个给定不同定向的织物片，以使主覆盖层是各向异性的。例如，可以使用定向为+45°、—45°和90°的各种织物片。

附图说明

从以下参照附图对借助于图示给出实施例的描述中，可以更详细地显现本发明及其优点，在附图中：

图1是本发明桨叶的示图；

图2是紧固衬套的示意图；

图3是第一实施例中附连配件的分解图；

图4是第一实施例中附连配件的截面图；

图5是第二实施例中间隔系统的截面图；

图6是本发明旋翼安装件的立体图。

在一个以上附图中出现的部件将在这些图中给出相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出本发明的旋翼机桨叶1。

在图1中显示三个彼此正交的方向X、Y和Z。

X方向称之为“纵向”，因桨叶1的附连配件5的第一和第二紧固衬套10、20在这里沿此方向延伸。

另一方向Y可称之为“横向”。桨叶1的翼展沿此横向Y延伸。

最后，第三方向Z被称之为“竖向”，其对应于所述结构的高度方向尺度。可以看到重力W平行于竖向Z作用。

应该规定方向X、Y和Z紧密地与桨叶相关联。因此，当桨叶1处于某一倾斜角时，竖向Z平行于重力方向。由于该倾斜角可以变化，例如，当旋翼机的飞行员决定改变桨距时，该竖向Z不总是平行于重力方向，而是可相对于重力稍微倾斜。

此外，应该看到，术语“水平”是指使用纵向和横向X和Y定义的水平X、Y平面，而术语“垂直”是指相对于纵向和竖向X和Z定义的垂直X、Z平面。

无论是提供推进力和升力的主旋翼还是抗扭转的尾部旋翼，桨叶1都具有用来固定到旋翼机旋翼的毂部上的桨叶根部1’，而桨叶还具有自由端(未示出)，所述自由端位于远离桨叶根部1’的桨叶1梢部。

此外，桨叶1设置有分布的主翼梁2，该主翼梁2被看作为基本上水平，因为它平铺在桨叶的吸力侧面3和压力侧面4上。

主翼梁2水平地卷绕并固定在附连配件5上，该附连配件适于使桨叶根部1’能固定到旋翼毂部上，以使主翼梁2可平铺在桨叶的吸力侧面3和压力侧面4上。

应该看到，桨叶1还具有前缘翼梁1”，其通过通常的方法连接到主翼梁2。

用来附连桨叶1的附连配件5设置有第一和第二水平紧固衬套10、20，它们通过间隔系统50彼此分开。准确地说，第一和第二紧固衬套10、20都垂直于桨叶翼展，因此垂直于横向Y，还垂直于重力方向W，因此垂直于竖向Z。

因此，第一和第二紧固衬套垂直于旋翼的转动轴线(AX)，如图6中示意地所示。

此外，由于竖向垂直于桨叶围绕转动轴线(AX)转动的转动平面(P)，所以第一和第二紧固衬套平行于所述转动平面(P)。

第一和第二紧固衬套的纵向轴线AX1和AX2因此呈水平，并平行于纵向X。

因此，第一紧固衬套10承受离心力，还有桨叶1翼动、扭转和拖曳引起的各种力。

相比之下，第一和第二紧固衬套10、20的纵向轴线AX1和AX2之间距离L较小，即，小于或等于桨叶翼展的十分之一，于是，第二紧固衬套20基本上贡献于承受离心力和桨叶1翼动引起的力。

图2是附连配件5的紧固衬套视图。

各个紧固衬套10、20包括围绕内部金属件40(薄壁管)的外部覆盖层30。

外部覆盖层具有第一和第二椭圆形凹陷31、32。因此，内部金属件40具有的形状，能使它与覆盖层的椭圆形凹陷合作。

具体来说，在制造桨叶1的方法中步骤a)过程中，将内部金属件40机制造成理想的形状，然后，将外部覆盖层30放置到所述内部金属件40上，从而制造出第一和第二紧固衬套10、20。

同样地，可以构思在内部金属件的边缘处提供多个台肩33，以保证其不沿横向移动。

一旦第一和第二紧固衬套10、20在步骤b)过程中完成制造，将间隔系统50放置到第一和第二紧固衬套10、20之间。间隔系统50阻止第一和第二紧固衬套10、20朝向彼此移动。

间隔系统50则包括至少一个设置有垂直肋的间隔装置，以保证间隔装置在聚合过程中能抵抗作用在附连配件上的压力。

在图3所示的第一实施例中，间隔系统50包括偶数个间隔装置，具体来说，四个间隔装置51、52、53、54，每个间隔装置设置有平行于垂直X、Z平面延伸的垂直肋55。

参照图4，四个间隔装置51、52、53、54连接在一起形成镜面对称的结构。间隔系统50因此与第一和第二紧固衬套10、20接触。

在图5所示的第二实施例中，间隔系统50包括设置有垂直肋55的中心梁56，并与第一和第二外间隔元件57、58连在一起。

因此，第一外间隔元件57设置有连接到中心梁56的第一平面垂直面57’，还设置有带有凹入侧面的第一凹入垂直面57”，凹入侧面面向第一紧固衬套10，以便与所述第一紧固衬套10接触。

同样地，第二外间隔元件58具有连接到中心梁56的第二平面垂直面58’，还具有带有凹入侧面的第二凹入垂直面58”，凹入侧面面向第二紧固衬套20，以便与所述第二紧固衬套20接触。

此后，不管涉及那个实施例，在步骤c)过程中，将包括第一和第二紧固衬套10和20及间隔系统50的组件都覆盖在复合材料主覆盖层60中。主覆盖层60包括纤维长条和织物片的叠层，每个纤维长条被夹在两个织物片之间。

步骤c)之后，在步骤d)过程中，使用通常的工艺使附连配件5聚合化，以完成附连配件5的制造。

主覆盖层60的外表面有利地包括剥离织物片，在桨叶1聚合化之后除去该剥离织物片。

此后，在所述外表面内形成多个孔。

最后，在步骤e)过程中，将桨叶1的主翼梁2卷绕在附连配件5上。除去剥离织物片造成的许多孔可提高翼梁2和附连配件5之间的粘结。

参照图6，一旦桨叶1完成，就需要安装到旋翼机上，具体来说，安装在旋翼机旋翼的毂部上。

为此目的，旋翼毂部具有安装件70，安装件设置带有第一和第二侧分支71、72和端壁75的U形紧固区域。

第一和第二侧分支71和72被穿孔，各分支具有第一和第二开口71’、71”、72’、72”。

第二开口72’、72”最好装配有弹性体轴承73，，弹性体轴承部分地关闭开口，弹性体轴承作用有点像阻尼器。

在此条件下，每个弹性体轴承包括叠层，该叠层包括至少一层弹性体和至少一层刚性层，每个弹性体层被夹住两个刚性层之间。

为了固定桨叶1，首先将桨叶根部1’定位在安装件的第一和第二侧分支71、72之间。

此后，将第一销81插入在第一侧分支71的第一开口71’内，致使第一销81连续地穿过附连配件5的第一紧固衬套10，然后穿过第二侧分支72的第一开口71”。

同样地，将第二销82插入在第一侧分支71的第二开口72’内的轴承73，然后致使第二销82连续地穿过附连配件5的第二紧固衬套20，再然后穿过第二侧分支72的第二开口72”内的轴承73。

为了完成桨叶1与安装件70的固定，使用普通的方法就足以阻止第一和第二销81、82相对于桨叶1的附连配件5的平移运动。

当然，本发明对其实施例可作出许多改变。尽管描述了几个实施例，但可容易地理解到，不可想象无限制地指出所有可能的实施例。自然可以构思用等同的装置来代替任何所述的装置，而由此并不超出本发明的范围。