[发明专利]一体化成型复合材料桨叶结构

说明书

本发明公开了复合材料桨叶技术领域内的一种一体化成型复合材料桨叶结构，主要承力部件为碳梁，碳梁包括分叉部、过渡部和合抱部，分叉部包括两个扁平的分叉，分叉之间夹设有叶身泡沫层，在过渡部，两个分叉逐步合抱，直至到达合抱部，合抱成圆管状，过渡部和合抱部内设有叶柄泡沫层，过渡部外套设有圆筒状的碳纤维整形垫块，叶身泡沫层和分叉部外设有碳纤维蒙皮，整形垫块和合抱部外设有碳纤维缠绕层，合抱部后端内表面设置有金属衬管。本发明的一体化成型复合材料桨叶结构，叶柄和叶身采用碳纤维复合材料一体化成型，具有结构可靠、安全性高、整体重量轻的特点，能显著降低桨叶运行过程中的能耗。

技术领域

本发明涉及一种复合材料桨叶，特别涉及一种复合材料桨叶的一体化成型复合材料桨叶结构。

背景技术

现有技术的较先进的桨叶多采用复合材料制成，目前应用最多也是最重要的复合材料是碳纤维复合材料。碳纤维复合材料因有低密度、高强度、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数低和生体相容性好等优异性能，使其成为制备各种结构和功能复合材料的重要原材料。

但是复合材料不同于金属件，在结构使用中有很多局限性，譬如螺纹锁紧结构。复合材料因为螺纹孔强度低，使用中易磨损，所以在使用中不会在复合材料上开螺纹孔，特别是需要承载较大拉伸应力的工况下。因此，如图1所示，现有技术的复合材料桨叶都是采用复合材料的叶身1和金属的叶柄2通过螺栓3进行连接，通过叶柄2后端的螺纹4固定在旋转的轮毂上，从而带动叶身一起旋转。因为叶柄的材质是金属，所以重量重，运行中能耗高。

发明内容

本发明的目的是提供采用一体化成型复合材料桨叶结构，降低桨叶重量，从而降低运转能耗。

本发明的目的是这样实现的：一种一体化成型复合材料桨叶结构，主要承力部件为碳梁，碳梁包括分叉部、过渡部和合抱部，分叉部包括两个扁平的分叉，分叉之间夹设有叶身泡沫层，在过渡部，两个分叉逐步合抱，直至到达合抱部，合抱成圆管状，过渡部和合抱部内设有叶柄泡沫层，过渡部外套设有圆筒状的整形垫块，叶身泡沫层和分叉部外设有碳纤维蒙皮，整形垫块和合抱部外设有碳纤维缠绕层，合抱部后端内表面设置有金属衬管。

本发明的一体化成型复合材料桨叶结构，叶柄和叶身采用碳纤维复合材料一体化成型，具有结构可靠、安全性高、整体重量轻的特点，能显著降低复合材料桨叶运行过程中的能耗。

作为本发明的进一步改进，合抱部外的碳纤维缠绕层包括连接部、收缩部和外扩部，连接部外径与轮毂承力中环内径配合，外扩部向外扩散并与一体化成型复合材料桨叶结构的中心轴线呈25°~ 35°夹角。其中连接部用于将桨叶固定在轮毂上，收缩部和外扩部用于和锁紧件配合，实现锁紧。该夹角优选为30°，以更好地承受桨叶工作时的离心力。

作为本发明的进一步改进，合抱部后端及金属衬管后端均向外扩散并与一体化成型复合材料桨叶结构的中心轴线呈30°夹角，使叶柄各层（碳梁、碳纤维缠绕层、金属衬管）整体承受桨叶工作时的离心力，提高承力能力。

作为本发明的进一步改进，连接部前端设有与叶柄安装角固定盘配合的台阶，便于设置叶柄安装角固定盘，安装角调节螺钉穿过轮毂与叶柄安装角固定盘相抵，通过调节安装角调节螺钉可调节桨叶的安装旋转角度。

作为本发明的进一步改进，台阶前端设有凸肩，在桨叶装配过程中可起到限位的作用。

作为本发明的进一步改进，碳纤维缠绕层前端设有叶柄直段，叶柄直段外径与轮毂外环内径配合，便于桨叶的叶柄从轮毂外环插入固定。

作为本发明的进一步改进，碳纤维缠绕层由碳丝以与一体化成型复合材料桨叶结构的中心轴线呈89°缠绕角缠绕成型，以增加叶柄和叶身的整体性，提高连接强度。