飞行器闭式旋转组件的定子中空结构及生产方法及飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生产用于闭式旋转组件的定子中空结构以及安装有此类组件的飞行 器。
【背景技术】
[0002] 因此，本发明的最一般技术领域是用于通过旋转桨叶（即，提供"风扇样"作用的 翼型设计）产生气流的推进旋转组件的领域。
[0003] 传统的直升机包括提供升力和推进力的主旋翼。传统的直升机也包括敞开式尾部 旋翼。尾部旋翼具有横向轴线并且通常起作用以控制该直升机的偏航运动。
[0004] 已提出了用于飞行器的多种类型的闭式旋转组件。从十九世纪六十年代末 以来，闭式旋转组件广泛地用于直升机。用于旋翼飞行器的最著名闭式尾部旋翼称为 "Fenestron"?。
[0005] 简单来说，闭式旋转组件主要包括从动旋翼系统（通常称为旋翼），该从动旋翼系 统包括旋转桨叶和定子中空结构（通常称为定子）。旋转桨叶在由定子中空结构限定的外 部中空涵道内工作。
[0006] 所以定子中空结构包括围绕中心桨毂壳体的外部中空涵道。中心桨毂壳体藉由多 个异形流叶片安装在外部中空涵道中。
[0007] 在此类组件中，异形流叶片是固定地附连在中心桨毂壳体和定子中空结构之间刚 性梁。这些异形导流叶片成形为气动轮廓。
[0008] 定子中空结构的各部品作为单个部品独立生产，以使在考虑公差和防腐蚀的情况 下进行组装。大多数时候，此结构的独立的单个部品包括外部中空涵道、中心桨毂壳体和一 系列整体异形导流叶片，这些物体藉由添加的诸如铆钉等机械装置而组装。
[0009] 因此，需要用于组装和装配的专用工具。另外，操作组装和装配的过程是耗时的。
[0010] 在一些旋翼飞行器中，外部中空涵道是整体铝制涵道部件。该部件被加工成提供 允许中心桨毂壳体适配的凸缘，并被加工成使异形叶片刚性地固定在里面。在此类旋翼飞 行器中，导流叶片经常是通过化学铣削而完成的异形铝制挤压部件。
[0011] 自1980年代初期以来，即使一些闭式旋转组件（如旋转桨叶）包括复合材料部 件，许多最新的组件仍包括金属部件，如用于中心桨毂壳体的附连装置。此类金属部件易于 受腐蚀，并且相对于所谓一体结构可能是体积大的/重的/以某种方式有害于气动特性。
[0012] 此外，如多个单独部品的机加工、铣削和组装的生产步骤可能是不方便的、成本高 的并且易于产生人为误差（与非自动化生产步骤的程度是成正比的）。
[0013] 由于气动原因并为了节约重量，需要异形导流叶片和附连装置的瘦身设计。
[0014] 瘦身设计与这些导流叶片和附连装置的承载能力是相冲突的。因此，气动性能和 重量减小与承载能力是相矛盾的。此对于旋翼飞行器特别有害。
[0015] 藉由瘦身设计，施加在导流叶片上的载荷导致在附连装置的张紧半径方向上产生 应力峰值，并因此会增加附连装置和外部中空涵道的壁厚。考虑到定子中空结构暴露于由 应力和振动导致的大疲劳载荷，瘦身设计可能会很容易发生疲劳断裂。
[0016] 鉴于瘦身设计的局限性，典型设计也可能表现为较为昂贵、易于腐蚀和疲劳断裂， 同时太重。
[0017] 已知以下现有技术：CA2042235、DE102006051867、EP1344634、EP1676775、 GB572417、US4585391、US5108044、US5251847、US5498129、US5562264、US5605440、 US7959105、US2003235502、US2006169835、US2007013242、US2009152395、US2010130093、 US2011129341、US2011217163 和 W02012169906。
[0018] 文献CA2042235描述了无人驾驶飞行器，其中两个反向旋转的旋翼位于环形机身 (toroid fuselage)中。环形机身是由复合材料制成的单独结构，具有内部整体支柱以支承 安装有反向旋转的旋翼的独立支柱。环形机身中安装有分离的内部径向壁。
[0019] 文献EP1344634描述了一种用于直升机旋翼的固定桨叶的模制方法。固定桨叶附 连到中心桨毂和周边全密封件上。固定桨叶具有多层复合材料，并且是聚合的，同时被压实 在基材和模具的模制表面之间。
[0020] 文献GB572417描述了一种传统直升机，其具有位于机身组件中的抗扭矩涵道旋 翼的尾桁。
[0021] 文献US4585391描述了一种直升机机尾，其包括机身的一部分和坚直翼翅。在该 翼翅中，在旋翼的桨叶下游形成有通道该通道设置有多个固定桨叶。所述固定桨叶被调适 成回收经过通道的气流的旋转能量，并且所述固定桨叶相对于该通道径向地设置。
[0022] 所述多个固定桨叶安装成与包括设置有凸缘的外环和内环的组件成为一体，这些 固定桨叶在它们的端部由外环和内环被紧固。这两个同心环包括分别用于臂通过的凹口或 中断部。
[0023] 为了避免外环具有相对于分歧部的壁的厚度过厚，该壁包括所述外环的压痕。类 似的，在桨毂中也设有内环的压痕。支承臂绕旋转轴线均匀分布，同时所述固定桨叶形成彼 此隔开的、相同的三组，每组都适于插入所述臂的两个之间的空间中。
[0024] 文献US5251847描述了一种包括后部反扭矩系统的轻型直升机。机身包括向后延 伸到机尾的中部。该抗扭矩系统布置在机尾的端部处，并且包括带有旋转桨叶的抗扭矩尾 部旋翼。整流罩限定圆柱形气动通道，机尾旋翼同轴地容纳在该气动通道中。该整流罩布 置在坚直翼翅的底部。尾部传动箱联接到该尾部旋翼。设置固定臂以将尾部传动箱关于通 道结构固定。
[0025] 文献US5498129描述了一种布置有尾部传动箱的直升机反扭扭矩系统。该尾部传 动箱位于由金属合金制成的一件式罩壳铸件中。
[0026] 文献US5605440描述了一种用于反扭矩涵道装置的复合材料叶片。该叶片和中心 体使用RTM方法注塑模制成一体件。
[0027] 文献US7959105描述了一种飞行器，该飞行器具有由气流涵道穿通的流线型定 子，该气流涵道绕对称轴线形成。该飞行器具有闭式旋翼，该闭式旋翼具有布置在所述静止 气流涵道中的旋转桨叶。静止气流涵道的周边相继地设置有第一边缘、第二边缘和位于该 涵道的更靠近飞行器后端的侧部处的第一后部。
[0028] 文献US2006169835描述了一种带有旋翼孔的直升机机尾结构的制造方法，所述 旋翼孔衬有带两端颈圈或凸缘的单体环。该单体环由带有有机基质和加强元素的复合材料 制成，所述有机基质和加强元素通过固化所述基质而被固定在一起。
[0029] 文献W02012169906描述了一种直升机结构，并且具体地描述了一种复合物。该 直升机具有尾桁和风扇涵道结构，该风扇涵道结构具有使用联接构件附连到尾翼部上的翼 翅。该联接构件是由盖件提供的机械紧固和由固化粘结剂提供的化学粘合的整体组合。定 子中空结构是由复合物制成的一件式环。
[0030] 以上示出了与闭式旋转组件相关的局限和缺点。
【发明内容】
[0031] 因此，对于提供闭式旋转组件存在广泛的需求。以下改进的至少一种会是有用的： 重量减轻、再现成本降低以及生产时间减少。另外，提高异形导流叶片的气动性能和声学性 能在一些情形下会是有用的。增加疲劳强度并避免腐蚀问题也会在某些情况下非常有利。
[0032] 因此，通过提供用于闭式旋转组件的、由复合物角形段生产的定子中空结构是有 用的。此类复合物段的预定数量被限定成使得这些复合物段与完成时获得的定子中空结构 角度地互补。此意味着当所有复合物段并排施在一起时，最终的并列结构促成了定子中空 结构的总体形状。
[0033] 本发明的一个目的是一种生产方法，该方法用于制造用于旋翼飞行器的闭式推进 旋转组件的定子中空结构；该定子中空结构至少包括：
[0034] 用于该定子中空结构的定子传动箱的中心桨毂壳体；围绕该中心桨毂壳体的外部 中空涵道；以及位于中心桨毂壳体和外部中空涵道之间的至少三个异形导流叶片，各异形 导流叶片形成用以支承中心桨毂壳体的固定叶片；各异形导流叶片具有径向柄部位置和径 向尖部位置；各径向柄部位置牢固地附连到中心桨毂壳体，而各径向尖部位置牢固地附连 到外部中空涵道。
[0035] 本发明的生产方法包括以下步骤：
[0036] -在制备步骤中，由复合材料部件独立地制备至少三个复合物角形段，使得各复 合物角形段包括：中心桨毂壳体的芯部拱形段、外部中空涵道的周缘段和位于芯部拱形段 和周缘段之间的一对成角度相对的切片部，所述切片部分别用于两个导流叶片；
[0037] -在完成步骤中，通过组合已制备的复合物角形段而最终完成定子中空结构；完 成步骤通过固定阶段形成单件，该单件呈现定子中空结构的总体形状，该固定阶段形成呈 现该总体形状的单体件形式的定子中空结构；该固定阶段将连续结合的复合物角形段固定 到