[发明专利]船舶用组合式连续纤维增强复合材料叶片螺旋桨

说明书

本发明属于螺旋桨技术领域，涉及一种组合式连续纤维增强复合材料叶片螺旋桨，尤其涉及一种船舶用组合式连续纤维增强复合材料叶片螺旋桨。本发明提供的船舶用组合式连续纤维增强复合材料叶片螺旋桨，桨榖上的燕尾槽与叶根的装配面均为平面，燕尾槽与叶根的装配定位精度高；叶片从桨榖上的燕尾槽的大端插入，再将端盖与桨榖固定来施加紧固力使叶片安装到位，安装方便，不会造成复合材料叶片的损伤；燕尾槽和叶片之间填充树脂胶黏剂，端盖与桨榖之间固定，工作状态下测试后不发生叶片松动、脱出或破坏，螺旋桨的可靠性高；桨榖上燕尾槽的设计充分考虑了复合材料叶片的结构、性能和制造特点，适用于各种浸沉式螺旋桨和水面螺旋桨。

技术领域

本发明属于螺旋桨技术领域，涉及一种组合式连续纤维增强复合材料叶片螺旋桨，尤其涉及一种船舶用组合式连续纤维增强复合材料叶片螺旋桨。

背景技术

在现代船舶上较为常用的传统螺旋桨叶片基本采用金属材料制造而成。采用连续纤维增强复合材料制作叶片的螺旋桨与传统的金属螺旋桨相比，具有低振动，低噪音，轻质高效，耐海水腐蚀、易维修等特点，在军事领域和民用领域复合材料螺旋桨都具有巨大的应用潜力。但是，采用纤维增强复合材料制作叶片的螺旋桨研究大多集中在复合材料叶片铺层及结构设计方面，如中国专利CN 101706832A和CN 101706833A都是涉及纤维增强复合材料船用螺旋桨叶片的优化设计方面，鲜有涉及螺旋桨成型、制造、装配方面内容。

船舶螺旋桨可以分为整体式和组合式两类。金属整体式螺旋桨是整体采用金属浇铸后，经机械加工得到最终外形；而复合材料整体式螺旋桨的制造流程更为复杂，难度更高。中国专利CN 101704302A采用模具整体成型了带有铝合金轴套的复合材料螺旋桨。但是桨榖和叶片整体采用复合材料的螺旋桨在制造上还存在一些障碍：一是考虑复合材料成型特点和要求使得整体螺旋桨模具和工装的设计复杂、尺寸也较大，制造难度和花费都较高；二是复合材料的成型制造过程较为复杂，一般分为铺叠、固化、脱模等过程，液体成型还包括注胶过程，成型工艺参数多、控制难度大，成型完成后不能像金属一样进行机加工，整体螺旋桨成型过程中一旦出现质量问题即报废，成本较高；三是整体螺旋桨的一个叶片损坏后，整个螺旋桨就不能继续使用，而复合材料螺旋桨的成本相对金属较高，需要整体更换时花费更大。

组合式螺旋桨是把多个分离的叶片连接在桨榖上，作用在叶片上的载荷通过叶根连接传递到轮毂上，叶根连接方式对螺旋桨的安全运行起着决定性的作用。金属叶片与桨榖的连接方式多种多样，包括法兰连接、榫头连接、座孔连接等。由于金属本身叶片本身重量较大导致叶根的载荷较大且应力状态复杂，所以叶根连接必须具有足够的机械强度与弯扭刚度，一般仍需采用螺栓连接或焊接等方式紧固，否则易导致叶根破坏或叶片从桨榖中脱出。如中国专利CN 1868806A使用了圆形座孔连接叶片和桨榖并将两者焊接在一起。

采用连续纤维增强复合材料制作螺旋桨叶片时，叶片是由多层纤维布或预浸料铺贴而成，也可由连续纤维三维编织而成；叶片叶身与叶根连接处的曲率变化不能过大，否则影响纤维承载能力或导致应力集中。船舶螺旋桨叶片与直升机螺旋桨叶片或风机叶片不同，直升机螺旋桨叶片或风机叶身的根部一般为圆形，而船舶螺旋桨叶片根部截面为机翼形、月牙形、梭形等，截面长度与厚度之比较大，采用沿叶身根部螺距方向的楔形根部连接叶片与桨榖能够使得作用在叶片上的载荷更加有效地传递。连续纤维增强复合材料叶片不宜采用螺栓连接的方式与桨榖连接，因为打孔会破坏纤维的连续性，不利于载荷的传递且降低叶根的承载能力，这对复合材料叶片叶根与桨榖连接的牢固度要求较高。