[发明专利]由纤维加固复合材料制成的转子叶片及其生产方法

说明书

本发明涉及一种用于旋翼式飞行器或直升机的尾部转子，具体是有护罩的尾部转子，所谓的涵道尾桨(fenestron)的加固纤维复合物设计的转子叶片。转子叶片包括叶片部分，叶片部分具有叶片皮和叶片体，其中叶片部分形成空气动力学有效的外型。转子叶片包括背向马达的驱动设备的毂的叶片末梢，并包括与其相对并面向毂的联接部分。联接部分包括用于张力-扭矩-传递构件和用于控制管的附连装置。张力-扭矩-传递构件用于将转子叶片连接到毂并实质上传递在操作时作用在转子叶片上的离心力。通过控制管或控制套筒，一方面，力矩形式的控制力施加在转子叶片的纵向轴线上以使转子叶片扭转，而另一方面，其将例如由转子叶片的拍动产生的弯曲力矩引入转子叶片的承载件，例如引入涵道尾桨筒。

纤维加固复合物设计的转子叶片，具体称为涵道尾桨叶片，已经使用了近30年。在申请人制造的直升机“海豚N4(Dauphin N4)”中，使用RTM构造的涵道尾桨，其中将金属制成的分开的张力-扭矩-传递构件通过螺栓附连连接到控制管内。该控制管一体地结合到转子叶片，并也构造成纤维加固复合物设计。但是，由于必需施加多个单独的纤维层，所以生产这种涵道尾桨叶片复杂且成本高。除了成本，缺点还有寿命也相当短。

发明内容

本发明的目的是在纤维加固复合物设计的涵道尾桨中避免这些缺点。

在介绍中提到的转子叶片中，符合该目的之处在于转子叶片和控制管设计成彼此分离。因此，转子叶片的叶片部分和其联接部分包括完全一致的且由单向纤维材料制成的翼梁带。因此，本发明不是将转子叶片的叶片部分与控制管和/或张力-扭矩传递构件结合成一部件。相反，本发明实行将转子叶片作为一单独部件构造以使其设计专门适合转子叶片内所经受的力的原理并以此方式简化所述设计。

根据本发明，转子叶片包括由纤维材料制成的翼梁带，这些纤维几乎绝对地沿单个方向延伸，换言之，单向性地延伸。它们在整个叶片部分上从叶片末梢不中断且无干扰地延伸延伸到转子叶片的联接区域。因为纤维的流向也与在运行其间作用在转子叶片上的离心力的方向一致，所以翼梁带可最优地吸收所经受的负载。由沿负载方向定向的单向纤维材料支承的转子叶片的设计致使最优且经济的材料利用。其使得在部件中具有最小张力，并因此转子叶片具有长的使用寿命。该简单的结构涉及降低制造误差的风险并保证转子叶片以相同的高质量重复生产。相比于包括金属的转子叶片的设计，纤维加固复合设计具有重量大大减轻的决定性的优点。此外，纤维加固复合设计的转子叶片可将尺寸做得比由金属构成的情况中的尺寸更长并包括更大的外形深度。

根据本发明的有利实施例，翼梁带包括矩形横截面。因为转子叶片内的纤维层未来的位置与其横截面在很大程度上独立，所以用于几乎所有翼梁带或纤维层的简单矩形横截面简化了现成件的制备。这导致了降低误差风险并从而保证更高的质量的简单且经济的设计结果。

为了形成空气动力有效的叶片体外形，根据本发明的另一有利实施例，翼梁带布置成层叠的，且如有需要，布置成交错的。这样，尽管横截面相同，通过延伸穿过的翼梁带，可基本没有切割浪费地进行生产一方面，转子叶片的非常不同的横截面外形，以及另一方面，联接部分的非常不同的横截面外形。因此，可降低转子翼的生产成本。

转子叶片的联接部分代表与张力-扭矩-传递构件的接口，在该接口处传递大部分离心力。根据本发明的另一有利的实施例，联接部分包括连接眼，转子叶片可通过连接眼通过大致垂直于其延伸平面延伸的螺栓附连到驱动装置。在最简单的情形中，连接眼可设计成连接部分内的圆柱形开口。其垂直于其延伸平面穿过各个平坦纤维层。离心力和与其相反的保持力作为压缩力经由螺栓的发生表面传递到圆柱形开口的孔表面上且反之亦然。孔表面通过垂直于开口的轴线层叠的翼梁带的横断平面形成。运行时，连接眼形成孔表面连接，孔表面连接负载联接部分的纤维层并因此也负载实际上仅在其延伸平面内的张力-扭矩-传递件的纤维层，因此负载最优地与纤维一致。

在经由螺栓引入力的过程中，纤维层中没有由于孔表面连接而出现力的偏移，该力的偏移可致使在联接部分区域内的分层。相反，负载的纤维层基本上无转动且无扭转地在连接眼与转子叶片之间延伸。这在经济和简单低故障生产的环境中是有利的，其使得转子翼具有长使用寿命和轻重量。因此，用于通过孔表面引入力的具有连接眼的联接部分提供了不被纤维端、纤维对接接头或偏移纤维层干扰的部件。该部件将螺栓的力最优地引入转子翼。作为完全不被干扰的部件，其已示出具有特别良好的承载能力并其制造可几乎没有误差。