一种旋转转子结构的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型属于飞机结构设计领域，具体涉及一种旋转转子结构。
【背景技术】
[0002]新型临近空间太阳能飞行器采用高速旋转的“横流桨”推进系统提供动力来源，其中转子结构特点为多组桨叶横置于桨舱内并高速旋转，提供飞行器飞行动力。转子结构外廓尺寸为Φ 300mmX 750mm，转速< 3000rpm。临近空间太阳能飞行器具有不低于一年的持久飞行能力，因此结构重量指标十分苛刻，对转子结构的重量指标为:单位长度(m) < Ikg0
[0003]目前可见的转子结构的设计及选材方案，基本为金属结构，采用机械连接或者焊接的形式，超重明显，很难满足重量指标要求。
【实用新型内容】
[0004]为了解决上述问题，本实用新型提出了一种超轻高速转子结构方案，既满足高速旋转载荷下的强度、刚度要求，同时满足重量指标要求。
[0005]本实用新型旋转转子结构，包括桨叶、桨轴、端板以及加强板，其中，端板与加强板中间开孔，并固定在桨轴上，加强板位于两个端板之间，所述加强板上沿周向开有若干个桨叶孔，桨叶穿过所述桨叶孔后固定在两个端板上，所述旋转转子结构表面采用碳纤维复合材料织物，中间采用泡沫芯材。
[0006]优选的是，所述桨轴为空心轴。
[0007]在上述方案中优选的是，所述桨轴与端板之间设置有一对补强衬套，补强衬套套接在端板两侧的桨轴上，并自桨轴上向靠近端板的方向滑动，夹紧所述端板。
[0008]在上述方案中优选的是，端板上设置有若干个盲孔，所述桨叶的端部伸入所述盲孔中并固定。
[0009]在上述方案中优选的是，桨叶与端板连接处设置有补强角片，补强角片为垂直的两块板，其中一个板面固定在桨叶上，另一个板面固定在端板上。
[0010]在上述方案中优选的是，所述桨叶的数量为12。
[0011 ]在上述方案中优选的是，所述两个端板及加强板上自一个端面向另一个端面开有若干个镂空孔。
[0012]在上述方案中优选的是，所述碳纤维复合材料织物的单层厚度不超过0.04mm，所述泡沫芯材密度为25?35kg/m2。
[0013]上述转子结构中，在选材上采用了超薄复合材料和轻质泡沫，复合材料与金属材料相比具有比强度/比刚度高的特点，具有明显的减重收益，而新型超薄复合材料单向带或织物比普通复合材料在厚度上更薄，能进一步降低结构重量。通过采用复合材料泡沫夹芯的构型、整体成型工艺以及局部的减重孔的设计，在满足强度、刚度的基础上，能达到进一步的减重效果。
[0014]按上述结构方案制备的转子典型结构，重量为0.738kg，满足重量指标要求，同时通过了地面旋转验证试验，强度、刚度满足设计要求。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型旋转转子结构的一优选实施例的结构示意图。
[0016]图2为图1所示实施例的补强衬套安装示意图。
[0017]图3为图1所示实施例的端板上盲孔结构示意图。
[0018]图4为图1所示实施例的补强角片安装示意图。
[0019]其中，I为桨叶，2为桨轴，3为端板，4为加强板，5为补强衬套，6为盲孔，7为补强角片。
【具体实施方式】
[0020]为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
[0021]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护沮围的限制。
[0022]本实用新型旋转转子结构，如图1所示，包括桨叶1、桨轴2、端板3以及加强板4，其中，端板3与加强板4中间开孔，并固定在桨轴2上，加强板4位于两个端板3之间，所述加强板4上沿周向开有若干个桨叶孔，桨叶I穿过所述桨叶孔后固定在两个端板3上，所述旋转转子结构表面采用碳纤维复合材料织物，中间采用泡沫芯材。
[0023]本实施例中，所述桨轴2为空心轴。横向贯穿整个转子，桨轴采用复合材料泡沫夹芯构型，表面采用超薄碳纤维复合材料织物，与泡沫夹芯共固化成型。桨轴两侧套合2个端板，桨轴与端板的连接部位采用复合材料衬套进行补强。如图2所示，所述桨轴2与端板3之间设置有一对补强衬套5，补强衬套5套接在端板3两侧的桨轴2上，并自桨轴2上向靠近端板3的方向滑动，夹紧所述端板3。
[0024]端板同样采用复合材料泡沫夹芯构型，两侧表面为超薄复合材料单向带与泡沫夹芯，采用共固化成型。如图3所示，端板3上设置有若干个盲孔6，所述桨叶I的端部伸入所述盲孔6中并固定。本实施例中，采用12根桨叶，盲孔6的数量也为12，其形状适配与桨叶I的端部的形状，桨叶剖面为“月牙”型，采用复合材料夹芯构型，表面复合材料为超薄复合材料织物，为了进一步提高桨叶自身刚度，在织物与泡沫夹芯之间布置一定量的超薄复合材料单向带，采用共固化的方法成型。
[0025]桨叶I与端板3连接处设置有补强角片7，补强角片7为垂直的两块板，其中一个板面固定在桨叶I上，另一个板面固定在端板3上。如图4所示，为了进一步提高桨叶的连接强度，在连接部位采用“L”型角片补强，其中与桨叶I接触固定的面适配与桨叶I的形状，如上述的桨叶I为“月牙形”，则与其接触固定的补强角片7的一个面设置为弧状，便于紧固连接，比如胶接。
[0026]本实施例中，所述两个端板3及加强板4上自一个端面向另一个端面开有若干个镂空孔。如图1所示，在端板3上、桨叶I与桨轴2之间位置开有四个镂空孔，降低了结构重量。
[0027]可以理解的是，加强板4的作用是为了限制桨叶在高速旋转情况下的径向位移，在2个端板之间布置I个加强板，加强板剖面构型与端板相同，与桨轴连接采用套合的方式，在桨叶部位采用通孔。
[0028]本实施例中，各组件在选材上选用新型超薄碳纤维复合材料和轻质泡沫芯材，构型上采用复合材料泡沫夹芯的构型方案，采用整体成型的工艺方案，所述碳纤维复合材料织物的单层厚度不超过0.04mm，且强度、刚度、密度等指标与常规复合材料基本相当，所述泡沫芯材密度为25?35kg/m2。本结构方案通过选用新型轻质材料，泡沫芯材密度选用30kg/m2，采用整体成型工艺以及新型的夹层结构设计方案，实现了减重的目的，同时满足了高速旋转载荷下的强度、刚度要求。
[0029]本实施例中，整个转子结构外廓尺寸为Φ 300mm X 750mm，工作时由桨轴带动端板转动，通过桨叶与两侧端板的连接带动桨叶转动。各个组件单独固化完成后，在特制工装夹具上采用二次胶结的整体成型工艺，提高装配精度，降低在高速旋转时的径向振动。
[0030]上述转子结构中，在选材上采用了超薄复合材料和轻质泡沫，复合材料与金属材料相比具有比强度/比刚度高的特点，具有明显的减重收益，而新型超薄复合材料单向带或织物比普通复合材料在厚度上更薄，能进一步降低结构重量。通过采用复合材料泡沫夹芯的构型、整体成型工艺以及局部的减重孔的设计，在满足强度、刚度的基础上，能达到进一步的减重效果。
[0031 ]按上述结构方案制备的转子典型结构，重量为0.738kg，满足重量指标要求，同时通过了地面旋转验证试验，强度、刚度满足设计要求。
[0032]最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种旋转转子结构，其特征在于:包括桨叶(1)、桨轴(2)、端板(3)以及加强板(4)，其中，端板(3)与加强板(4)中间开孔，并固定在桨轴(2)上，加强板(4)位于两个端板(3)之间，所述加强板(4)上沿周向开有若干个桨叶孔，桨叶(1)穿过所述桨叶孔后固定在两个端板(3)上，所述旋转转子结构表面采用碳纤维复合材料织物，中间采用泡沫芯材。2.如权利要求1所述的旋转转子结构，其特征在于:所述桨轴(2)为空心轴。3.如权利要求1所述的旋转转子结构，其特征在于:所述桨轴(2)与端板(3)之间设置有一对补强衬套(5)，补强衬套(5)套接在端板(3)两侧的桨轴(2)上，并自桨轴(2)上向靠近端板(3)的方向滑动，夹紧所述端板(3)。4.如权利要求1所述的旋转转子结构，其特征在于:端板(3)上设置有若干个盲孔(6)，所述桨叶(I)的端部伸入所述盲孔(6)中并固定。5.如权利要求1所述的旋转转子结构，其特征在于:桨叶(1)与端板(3)连接处设置有补强角片(7)，补强角片(7)为垂直的两块板，其中一个板面固定在桨叶(1)上，另一个板面固定在端板(3)上。6.如权利要求1所述的旋转转子结构，其特征在于:所述桨叶的数量为12。7.如权利要求1所述的旋转转子结构，其特征在于:所述两个端板(3)及加强板(4)上自一个端面向另一个端面开有若干个镂空孔。8.如权利要求1所述的旋转转子结构，其特征在于:所述碳纤维复合材料织物的单层厚度不超过0.04mm，所述泡沫芯材密度为25?35kg/m2。
【专利摘要】本实用新型公开了一种旋转转子结构，属于飞机结构设计领域。所述结构包括桨叶(1)、桨轴(2)、端板(3)以及加强板(4)，其中，端板(3)与加强板(4)中间开孔，并固定在桨轴(2)上，加强板(4)位于两个端板(3)之间，所述加强板(4)上沿周向开有若干个桨叶孔，桨叶(1)穿过所述桨叶孔后固定在两个端板(3)上，所述旋转转子结构表面采用碳纤维复合材料织物，中间采用泡沫芯材，通过采用复合材料泡沫夹芯的构型、整体成型工艺以及局部的减重孔的设计，在满足强度、刚度的基础上，能达到进一步的减重效果。
【IPC分类】B64C11/20
【公开号】CN205203372
【申请号】CN201521037647
【发明人】付建伟, 王进, 孙彦鹏, 包飞, 钟小丹
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月13日