[发明专利]一种高刚度轻质实芯复合材料舵叶

说明书

本发明公开了一种，用于水面或水下航行器上的悬挂舵叶，包括舵杆区钢框架(1)、复合材料骨架(2)、阻尼和/或吸声材料(5)、浮力填充芯材(6)以及复合材料蒙皮(7)，所述舵杆区钢框架(1)与所述复合材料骨架(2)之间采用固定连接组成舵叶整体框架结构，所述舵叶整体框架结构表层包覆所述复合材料蒙皮(7)，形成水密结构，所述浮力填充芯材(6)填充于所述舵叶整体框架结构与所述复合材料蒙皮(7)之间的空隙中，所述阻尼和/或吸声材料(5)填充于所述舵杆区钢框架(1)舵杆周围。本发明提供的高刚度轻质实芯复合材料舵叶具有高抗弯/扭刚度，抗腐蚀，水下重量小，噪声低的优点。

技术领域

本发明涉及水面或水下航行器使用的舵叶，尤其涉及一种船舶用高刚度轻质实芯复合材料舵叶。

背景技术

作为控制面，舵叶通常安装在航行器的尾部(水下航行器也可安装在首部)并浸在水中，当航行器航行时，通过转动舵叶产生舵力以操纵航向。传统的钢质舵叶主要为钢质空芯板架结构，存在以下缺点：(1)在正常使用时，海水可自由出入，内部钢质骨架将受到海水长期浸泡，且由于舵叶内部空间狭窄无法开展维护或保养，内部骨架结构腐蚀问题非常严重；(2)由于内部泥沙长期堆积，也会导致舵叶重心变化，影响操纵特性；(3)传统钢质舵叶骨架为钢质骨架，重量大，抗弯扭效率低，而且钢质舵叶水下重量大，占用储备浮力较多；(4)传统钢质舵叶受舵叶重量的限制，无法在舵叶内部填充阻尼和/或吸声等功能性材料，因此传统钢质舵叶阻尼特性差，减振抑振能力弱；同时，受内部水和外部附连水质量的影响，传统钢质舵叶水下低阶固有频率低，易产生低频颤振。

从设计角度而言，当采用复合材料蒙皮替换舵叶钢质蒙皮时，舵叶的弯曲及扭转刚度一般将大幅降低，严重时可能会影响舵叶综合特性，因此，在对复合材料舵叶结构进行设计时，其弯扭刚度特性应具有足够的可提高空间或可设计空间，即具有基本保持与对应钢质舵刚度相当的能力，这是开展高刚度复合材料舵叶结构设计的基本条件。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术存在的不足，提供一种高刚度轻质实芯复合材料舵叶。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高刚度轻质实芯复合材料舵叶，包括舵杆区钢框架、复合材料骨架、浮力填充芯材、阻尼和/或吸声材料以及复合材料蒙皮，所述舵杆区钢框架与所述复合材料骨架之间采用固定连接组成舵叶整体框架结构，所述舵叶整体框架结构表层包覆所述复合材料蒙皮，形成水密结构，所述浮力填充芯材6填充于所述舵叶整体框架结构与所述复合材料蒙皮之间的空隙中，所述阻尼和/或吸声材料填充于所述舵杆区钢框架舵杆周围。所述浮力填充芯材的密度小于水的密度，当舵叶位于水下时，所述浮力填充芯材在有效支撑复合材料蒙皮的情况下还可以提供浮力。所述阻尼和/或吸声材料以及浮力填充芯材可根据舵叶总体重量、减振或声目标强度特性要求进行调整。

在上述技术方案中，舵叶蒙皮及骨架均采用复合材料，有效的减小了整个舵叶结构的重量；所述复合材料舵叶采用水密结构的设计方案解决了传统钢质舵叶易腐蚀、泥沙在舵叶内部堆积的缺点，而水密结构的设计对舵叶的结构强度和刚度的要求更高，通过采用密度小于水的浮力填充芯材，在对复合材料蒙皮提供有效支撑的情况下还提供了水下浮力；阻尼吸声材料能有有效减小舵杆区域的振动和噪声。

为进一步提高舵叶的结构强度，所述的高刚度轻质实芯复合材料舵叶，还包括加强角材和复合材料翼板，所述加强角材位于所述复合材料骨架的交叉部位，所述复合材料翼板位于所述复合材料骨架的边缘。

所述复合材料骨架由展肋板和弦肋板交叉组合而成，肋板的数量可增减，展肋板保持连续，在与弦肋板交叉的部位采用复合材料加强角材进行加强，在复合材料骨架的边缘采用复合材料翼板进行加固。

所述复合材料蒙皮可根据结构弯扭刚度设计要求，分别采用碳纤维增强复合材料、玻纤增强复合材料或碳玻混杂纤维增强复合材料。