螺旋桨桨叶根部联接的制作方法

本公开涉及一种用于飞行器的螺旋桨桨叶，并且具体地涉及用于将金属桨叶根部安装到螺旋桨桨叶的复合材料主体上的方法。

背景技术：

现代螺旋桨桨叶通常包括金属根部10(业内有时称为“郁金香形件(tulip)”),如图1所示。

金属桨叶根部10包括大致圆柱形部分，所述圆柱形部分延伸到螺旋桨系统的桨毂的毂臂中，并且限定一个或多个轴承座圈12，所述轴承座圈将桨叶根部经由保持轴承组件可旋转地固定到毂臂。金属根部的另一端限定杯形件16，所述杯形件具有带椭圆形横截面的大致圆锥形的形状。通常，杯形件16的边缘可沿着压力面和吸力面比前缘和后缘延伸得更远，从而产生“郁金香形”形状。

翼梁-壳体式螺旋桨桨叶通常按如下方式制造：首先形成碳泡沫翼梁18，所述碳泡沫翼梁结合到金属根部10，随后将前缘泡沫填料42和后缘泡沫填料44安装到碳泡沫翼梁，最终由诸如玻璃、kevlar®等的材料在整个结构周围形成壳体52，所述壳体最终使用树脂传递模塑来密封。这种构造的实例在ep0610273中描述并且在图2中示出。

碳泡沫翼梁18通常由围绕聚氨酯泡沫芯20编织的碳纤维22形成。为了形成翼梁18，桨叶根部10连接到聚氨酯泡沫芯20，使得其填充桨叶根部10的杯形端部16。一旦连接到桨叶根部10，泡沫芯20就可用作编织心轴。通过在泡沫芯20和桨叶根部10上编织碳纤维22来形成结构层，这确保了翼梁18与桨叶根部10的良好附接。

这种桨叶是轻质的并且可有效用于其预期用途。然而，桨叶根部10由于形状复杂而制造成本高昂。

技术实现要素：

从第一方面看，本公开提供了一种用于将机翼部件主体安装到桨叶根部的方法，所述方法包括：提供具有连接部的机翼部件主体，所述连接部包括细长构件，所述细长构件具有形成于其外表面上的至少一个凹陷；将所述连接部插入形成于金属桨叶根部中的孔中；以及使所述桨叶根部变形，使得所述孔的内表面的一部分与所述连接部中的所述凹陷中的至少一个接合，以将所述桨叶根部机械联接到所述机翼部件主体。

所述连接部可形成于所述机翼部件主体的端部处。所述端部可为所述机翼部件主体的径向内端，即安装到桨毂时的径向内端。所述机翼部件主体可包括机翼主体。所述机翼部件主体可包括翼梁主体。所述机翼主体或翼梁主体可用于螺旋桨桨叶。所述至少一个凹陷可包括至少一个凹槽，并且可包括至少两个凹槽。所述凹槽或每个凹槽可完全围绕所述连接部延伸。所述凹槽或每个凹槽可朝向所述桨叶根部的径向内端比朝向所述桨叶根部的径向外端更深。

所述孔和所述连接部中的一者或两者可被成形以抑制所述机翼部件主体与所述桨叶根部之间的相对旋转。所述孔可具有非圆形横截面形状。具体地，所述孔的内表面的横截面形状可为非圆形的。所述连接部可具有非圆形横截面形状。具体地，所述连接部的外表面的横截面形状可为非圆形的。

所述机翼部件主体可包括由复合材料形成的主体部。所述连接部可由复合材料形成。所述复合材料或每种复合材料可包括纤维增强聚合物材料。所述纤维增强聚合物材料的纤维可包括玻璃纤维、碳纤维、kevlar®纤维及其混合物中的至少一种。所述纤维增强树脂材料的聚合物可包括热固性材料或热塑性材料。所述纤维增强聚合物材料的聚合物可包括树脂材料，并且可包括环氧材料。多根纤维可从所述主体部连续延伸到所述连接部中。

所述至少一个凹陷可通过去除材料(例如通过铣削)而形成于所述连接部中。所述至少一个凹陷可通过模塑而形成于所述连接部中，例如使得所述纤维增强聚合物材料的纤维连续地延伸穿过所述连接部。

所述方法还可包括将粘合剂施加到所述连接部的外表面和所述孔的内表面中的至少一者。可在将所述连接部插入形成于金属桨叶根部中的孔中之前施加粘合剂。

所述方法还可包括在使所述桨叶根部变形之前将一个或多个支撑构件装配在所述连接部的孔内。

可通过向所述桨叶根部的外表面的一部分施加压力来使所述桨叶根部变形。可通过机械系统、液压系统、电动液压系统和磁脉冲系统之一来施加压力。

所述桨叶根部可被构造成接合螺旋桨桨毂。所述桨叶根部可限定至少一个轴承座圈。所述轴承座圈可与所述桨叶根部的主体一体地形成。所述轴承座圈可被定向来防止所述桨叶根部径向向外移动。所述桨叶根部可限定至少一个保持机构，用于防止所述桨叶根部径向向内移动。

从第二方面看，本公开提供了一种机翼部件，所述机翼部件包括：机翼部件主体，所述机翼部件主体限定细长构件，所述细长构件具有形成于其外表面上的至少一个凹陷；以及金属桨叶根部，所述金属桨叶根部限定孔，其中所述连接部被接纳在所述孔内，并且其中所述桨叶根部的外表面已变形，使得所述孔的内表面的一部分与所述连接部中的所述凹陷中的至少一个接合，以将所述桨叶根部机械联接到所述主体。

所述机翼部件可包括机翼主体。所述机翼部件可包括翼梁主体。所述机翼部件可用于螺旋桨桨叶。

所述至少一个凹陷可包括至少一个凹槽，并且可包括至少两个凹槽。所述凹槽或每个凹槽可完全围绕所述连接部延伸。所述凹槽或每个凹槽可朝向所述桨叶根部的径向内端更深。

所述孔和所述连接部中的一者或两者可被成形以抑制所述机翼部件主体与所述桨叶根部之间的相对旋转。所述孔可具有非圆形横截面形状。具体地，所述孔的内表面的横截面形状可为非圆形的。所述连接部可具有非圆形横截面形状。具体地，所述连接部的外表面的横截面形状可为非圆形的。

所述机翼部件主体可包括由复合材料形成的主体部。所述连接部可由复合材料形成。一种或多种复合材料可包括纤维增强聚合物材料。所述纤维可包括玻璃纤维、碳纤维、kevlar®纤维及其混合物中的至少一种。所述纤维增强树脂材料的聚合物可包括热固性材料或热塑性材料。所述聚合物可包括树脂材料，并且可包括环氧材料。多根纤维可从所述主体部连续延伸到所述连接部中。

所述机翼部件可包括将所述连接部的外表面粘结到所述孔的内表面的粘合剂。

所述桨叶根部可被构造成接合螺旋桨桨毂。所述桨叶根部可限定至少一个轴承座圈。所述轴承座圈可与所述桨叶根部的主体一体地形成。所述轴承座圈可被定向来防止所述桨叶根部径向向外移动。所述桨叶根部可限定至少一个保持机构，用于防止所述桨叶根部径向向内移动。

从第三方面看，本公开提供了一种螺旋桨桨叶，所述螺旋桨桨叶包括：桨叶主体，所述桨叶主体包括桨叶部和细长连接构件，所述桨叶部和所述细长连接构件由纤维增强聚合物材料一体地形成，其中所述细长连接构件包括形成于其外表面上的至少一个凹陷；以及金属桨叶根部，所述金属桨叶根部在其外表面上限定内孔和至少一个轴承座圈，其中所述连接部被接纳在所述孔内，并且其中所述桨叶根部的外表面已变形，使得所述孔的内表面的一部分与所述连接部中的所述凹陷中的至少一个接合，以将所述桨叶根部机械联接到所述桨叶主体。

螺旋桨可包括螺旋桨桨毂以及如上所述安装到所述螺旋桨桨毂的至少两个螺旋桨桨叶。

附图说明

现在将仅通过实例并且参考以下附图来更详细地讨论本公开的某些实施方案，在附图中：

图1示出现有技术的桨叶根部；

图2示出现有技术的螺旋桨桨叶的根部部分的剖视图；

图3示出根据本公开的桨叶根部；

图4示出翼梁的被构造成与桨叶根部接合的连接部；

图5示出接纳在桨叶根部内的连接部；

图6示出使桨叶根部变形的压力的施加；以及

图7示出连接部的替代设计。

具体实施方式

图3示出根据本公开的桨叶根部100。桨叶根部100可由诸如钢、铝、钛或类似金属的金属材料形成。

桨叶根部100可包括根部主体102。根部主体102可为大致管状的。根部主体102可限定孔104。孔104可在桨叶根部100的大致轴向方向上，例如沿桨叶根部100的旋转轴线a延伸。孔104可包括圆形横截面，或者孔104可包括非圆形横截面，例如以抑制根部100与接纳在孔104内的构件122之间的相对旋转。

孔104可在根部主体102的径向外端(图中的右侧)处开口。孔104可包括平行的/直的内表面或锥形内表面，所述内表面可朝向根部主体102的径向内端(图中的左侧)变窄。因此，构件122可从孔104的径向外端插入。孔104可为盲孔或者可为通孔。孔104可包括形成于桨叶根部100的径向内端处的开口105。

桨叶根部100可包括至少第一轴承座圈106。桨叶根部100还可包括第二轴承座圈108。所述或每个轴承座圈106、108可被定向来对抗桨叶根部100上的径向向外方向上的力。所述或每个轴承座圈106、108可形成于根部主体102上，例如其外表面上，并且可与根部主体102一体地形成。所述或每个轴承座圈106、108可已从根部主体102进行机加工。所述或每个轴承座圈106、108可被构造成例如当桨叶根部100安装到飞行器的桨毂(未示出)时允许桨叶根部100围绕桨叶根部100的旋转轴线a旋转。所述或每个轴承座圈106、108可为大体上圆形的。

桨叶根部100可包括保持结构110。保持结构110可包括凹槽，所述凹槽可被构造成接纳保持夹。保持结构110可沿着桨叶根部100从至少第一轴承座圈106径向向外形成。保持结构可被构造成例如当桨叶根部100与桨毂接合时防止桨叶根部100径向向内移动。保持结构110可形成于根部主体102上，例如其外表面上，并且可与根部主体102一体地形成。保持结构110可已从根部主体102进行机加工。保持结构110可被构造成例如当桨叶根部100安装到飞行器的桨毂时允许所述桨叶根部围绕其旋转轴线a旋转。例如，保持结构110可为大体上圆形的。

桨叶根部100可包括凸台112。凸台112可形成于根部主体102上，并且可具体地形成为从根部主体102的径向内端延伸。凸台112可被构造成接合桨毂内的桨距控制机构。凸台112可允许桨叶根部100围绕其轴线a旋转。

根部主体102可包括一个或多个可变形区域114、116、118。所述或每个可变形区域114、116、118可包括根部主体102的相对薄的区域。可变形区域114可位于两个轴承座圈106、108之间。可变形区域116可位于轴承座圈108与保持结构110之间。可变形区域118可从保持结构110的径向向外定位。

图4示出翼梁120的径向内端。翼梁120可为用于壳体-翼梁构造的桨叶的翼梁120，所述桨叶可为用于飞行器的螺旋桨桨叶。

翼梁120包括形成于翼梁120的径向内端处的连接构件122。连接构件122可包括细长构件。连接构件122的尺寸可被设置成接纳在桨叶根部100的孔104内。连接构件122的外表面的横截面可为圆形的，或者横截面可为非圆形的，例如以抑制构件122与桨叶根部100之间的相对旋转。

翼梁120可包括翼梁主体124。翼梁主体124可具有任何合适的构造。例如，翼梁主体124可包括翼梁壳体(未示出)，所述翼梁壳体可由复合材料形成。复合材料可为纤维增强聚合物材料。纤维可包括任何合适的材料，诸如玻璃纤维、碳纤维、kevlar®纤维、有机纤维或其组合。聚合物材料可包括任何合适的材料，诸如环氧树脂。聚合物材料可为热固性材料或热塑性材料。翼梁壳体可围绕芯(未示出)。芯可包含泡沫材料，诸如聚合物泡沫材料，例如聚氨酯泡沫。翼梁壳体可已通过编织例如围绕芯而形成。翼梁壳体可已通过在模具中铺设材料片而形成。材料片可包括复合材料预浸渍片或者可包括干纤维片。翼梁壳体可已使用树脂模塑工艺(诸如树脂传递模塑)而形成。

连接构件122可已与翼梁主体124一体地形成。连接构件122可由与翼梁主体相同的材料形成，所述材料可为上述复合材料。纤维可连续地延伸穿过翼梁主体124并且穿过连接构件122。

连接构件122可包括形成于其外表面中的一个或多个凹陷126、128、130。所述或每个凹陷126、128、130可包括围绕连接构件122的圆周延伸的凹槽。所述或每个凹陷126、128、130可已例如通过去除材料(例如通过铣削或车床加工)而形成。替代地，例如在形成翼梁主体124时，所述或每个凹陷126、128、130可已通过模塑而形成。这对于纤维增强的复合材料可能是有利的，因为纤维不会中断。

凹陷126、128、130可已通过在凹陷126、128、130之间的位置处提供局部增强而形成。局部增强可能导致局部增厚，这可能导致在增厚部分之间形成凹陷126、128、130。局部增强可提供于连接构件122的内表面上。连接构件122的内表面上的局部增强可使连接构件122的外表面呈波浪形。因此，对于纤维增强的复合材料，沿着连接构件122的外表面的纤维不会中断。

连接构件122可包括内孔132。内孔132可在大致轴向方向上延伸，例如沿桨叶根部100的旋转轴线a延伸。孔132可具有大体上圆柱形的内表面，即具有直的/平行的内表面。内孔132可为盲孔。内孔132可在翼梁120的径向内端处开口。

图5和图6示出将翼梁120的连接构件122机械联接到桨叶根部100的方法。可在翼梁120的复合材料已固化之后进行联接。

为了机械地联接桨叶根部100和翼梁120，翼梁120的连接部122可插入桨叶根部100的孔104中。桨叶根部100的一个或多个可变形区域114、116、118的材料随后可永久变形，以便与翼梁120的一个或多个凹陷126、128、130接合。为了使一个或多个可变形区域114、116、118变形，可将压力施加到桨叶根部100的一个或多个可变形区域114、116、118。压力可导致桨叶根部100的材料以塑性方式屈服和变形。一个或多个可变形区域114、116、118可变形以便符合相应凹陷126、128、130的形状。

可通过任何合适的手段将压力施加到一个或多个可变形区域114、116、118。例如，可通过机械系统、液压系统、电动液压系统或磁脉冲系统来施加压力。使用磁脉冲系统使可变形区域114、116、118变形是特别有利的，因为该技术既快速又精确。另一种有利的技术可涉及使用加压包来使可变形区域114、116、118变形。

可选地，粘合剂136可施加到桨叶根部100的孔104的内表面以及连接构件122的外表面中的一者或两者。可使用能够将桨叶根部100和翼梁120的相应材料粘结的任何合适的粘合剂。例如，粘合剂可包括环氧树脂。

可选地，一个或多个支撑构件134可设置在连接构件122的孔126内。所述或每个支撑构件132可与可变形区域114、116、118和/或凹陷126、128、130对准。所述或每个支撑构件134可永久地固定在所述结构内。例如，所述支撑构件可在制造期间和/或通过桨叶根部100的机械联接而结合在翼梁120内。替代地，所述支撑构件在机械联接桨叶根部100之后例如可经由开口105移除。

图5中的支撑构件134是刚性环形构件。然而，可使用替代机构。例如，液压囊可在孔134内膨胀。

一旦可变形区域114、116、118变形并与凹陷126、128、130接合，桨叶根部100将机械联接到翼梁120。这有利地允许桨叶100具有更简单的设计。这降低了成本和重量。此外，使用机械连接减少了诸如结合到桨叶根部100的外表面的复合材料必须被机加工除去的问题，这可能会在翼梁120与桨叶根部100一体地形成时发生。

图3至图6中所示的布置在连接构件122中使用平坦凹陷126、128、130。然而，本公开不限于这种构型。例如，参考图7，可形成具有轴向斜面的一个或多个凹陷126’、128’、130’。例如，凹陷126’、128’、130’的径向内区可比凹陷126’、128’、130’的径向外区更深。这可能是特别有利的，因为机械联接所经受的负载将在径向向外的方向上拉动翼梁100。图7所示的构型提供了对抗该方向上的回缩力的更大阻力。

虽然上述实施方案已示出将翼梁120附接到桨叶根部100，但是应当理解，其同样可用于将任何机翼部件附接到桨叶根部100。例如，可围绕翼梁120形成桨叶并且随后可使用上述技术将整个桨叶联接到桨叶根部100，而不是将桨叶根部100附接到翼梁并随后形成桨叶。