[发明专利]反转的飞机螺旋桨叶

说明书

本发明是关于飞机推进系统的，具体地说是关于主要用复合材料制造高度后掠、宽叶弦、极薄的螺旋桨叶的方法。

过去，基本上飞机螺旋桨一直用结构材料制成。这些材料仅在提高其中一个重要的结构性能参数如强度或刚度方面，这就失去了它们可期望的潜力。这些材料包括钢、木、铝和钛等。由于这些缺点，航空工业对采用高级纤维增强复合材料产生了极大的兴趣。适当使用这些材料，可获得较高的强度，而桨叶的结构重量可减少50%之多。

本发明考虑的飞机桨叶使用在一反转的螺旋桨系统中，这系统有一个具有5-15个桨叶的前螺旋桨和一个具有5-15个桨叶的反转的后螺旋桨。这些桨叶高度后掠、叶弦宽、很薄。螺旋桨叶的翼型是以跨音速和超音速工作的。

以前的螺旋桨叶设计适于亚音速飞行。然而，当这些桨叶用在高亚音速飞行时，许多结构问题引起其性能的下降。工作在很高速的桨叶的结构问题是由于作用在桨叶上的力和应力引起的。作用在飞行中桨叶上的力是推力、离心力和扭力。首先，推力在桨叶产生弯曲应力。第二，离心力使桨叶产生径向拉伸。最后扭力使桨叶绕其的径向轴扭转。理想的桨叶克服了这些力，减少了有效燃料消耗量。

解决桨叶问题的办法之一是开发纤维增强树脂粘结的结构复合材料。这些材料增加了推进器设计新的灵活性。应用纤维增强复合材料有三个主要优点。第一，可以制造复杂的翼面结构。第二，复合材料可减轻重量。第三，桨叶元件的动态频率响应可特制到适合它的工作参数。本发 明通过用复合材料制造桨叶、使桨叶具有强度和翼型结构，为反转的螺旋桨系统提供有效的桨叶，克服了现有技术中桨叶的问题和缺点。

本发明的目的是提供一种用单向层纤维增强树脂粘结的结构复合材料制造的有效的螺旋桨叶。并提供一种反转的飞机螺旋桨叶，这种桨叶克服了桨叶高速工作中的力和应力。

本发明的另一目的是提供一种提高反转推进系统效率的反转飞机螺旋桨叶。

本发明还有另一目的是提供一种径向和弦向平衡，以减少系统振动和叶根部分的弯曲载荷的桨叶。

总之，这种飞机螺旋桨叶包含有若干斜叠（angle    plied）的复合材料层。这些复合材料层形成第一第二外壳。第一第二外壳在前缘、后缘、根部和叶尖都有相交。前缘和后缘是后掠的，以减小叶尖部分的噪音和由于空气的压缩效应产生的空气动力损失。在第一第二外壳之间粘有一个金属翼梁，以提高表面刚度。两表面之间做有空穴，以减轻桨叶的重量。位置可调的桨叶梁前后的平衡重可使桨叶取得径向和弦向的平衡。

桨叶是由提供的桨叶模型构成的。该桨叶模型对每个外壳表面都有一个桨叶横截面的等厚度区。将复合材料做成模型的形状。第一外壳是将一些成型的复合材料层叠起来做成的。复合材料包括一些填充在低模量基体材料内的单向纤维。各层纤维以不同方向排列，以获得桨叶的强度和刚度。第二外壳以类似的方式构成。桨叶梁固定在第一第二外壳之间。然后将泡沫填料置于预定的位置，以在外壳之间形成空穴。在桨叶梁、外壳的内表面和泡沫填充料内加入粘结剂。然后按照低模量基体材料的适当的固化周期在高压釜内进行固化，将粘结剂、桨叶梁、外壳和泡沫填料粘结在一起。然后再利用紧固件将外壳、桨叶梁和泡沫填料压紧在一起。最后对桨叶进行弦向和径向平衡，以减小系统的振动和桨叶根部的弯曲载荷。

本发明的其它目的及其固有的优点，在下面带有附图的有关说明，会变得更清楚。其中：

图1说明采用本发明的桨叶的反转螺旋桨系统。

图2说明包括桨叶梁和紧固件的前桨叶的翼面部分。

图3说明后桨叶的各部分，其中包括前后表面、前后缘、叶尖、概况和桨叶梁，

图4是桨叶梁的视图，说明其前后凹穴和平衡重。

图5说明桨叶模型，它有一个第一外壳的横截面的等厚度区。

图6说明桨叶模型，它有一个第二外壳的横截面的等厚度区。

图7说明在模具内将外壳，桨叶梁、泡沫填料和粘结剂压紧以构成桨叶的方法。

图8说明桨叶不平衡引起系统振动。

图9说明在径向平衡桨叶。

图10说明在叶弦向平衡桨叶。