КОМПОЗИЦИОННАЯ ЛОПАСТЬ ВОЗДУШНОГО ВИНТА

КОМПОЗИЦИОННАЯ ЛОПАСТЬ ВОЗДУШНОГО ВИНТА


RU (11) 2040432 (13) C1

(51) 6 B64C11/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 19.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4941874/23 
(22) Дата подачи заявки: 1991.05.14 
(45) Опубликовано: 1995.07.25 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент США N 4810167, кл. 416-229, 1989. Патент США 4302155, кл. B 64C 11/26, 1979. 
(71) Заявитель(и): Ступинское конструкторское бюро машиностроения 
(72) Автор(ы): Сухоросов Ю.Л.; Поддубский В.А.; Шатланов М.И.; Пургин О.П.; Гришаев В.П. 
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Аэросила" 

(54) КОМПОЗИЦИОННАЯ ЛОПАСТЬ ВОЗДУШНОГО ВИНТА 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к лопастям воздушного винта из композиционных материалов с наполнителями из стекло-, угле-, боро- и оргволокна, скрепленных полимерным связующим. Цель изобретения повышение прочности комля и уменьшение веса путем использования гильзы переменной жесткости. Устройство содержит перо, комель 2, с наружной резьбой 3, с внутренней металлической гильзой 4 с коническим участком и армирующие элементы 5. Металлическая гильза выполнена с конической наружной поверхностью 9, с внутренним резьбовым буртиком 7 и внешним фланцем 8, причем коническая наружная поверхность гильзы и фланец сопрягаются с композиционным разрезным конусом 6 через несколько слоев стеклоткани 10 с углом при вершине конуса, равным или больше угла наклона рабочего профиля резьбы 3 комля на 2 8°. При этом слои стеклоткани с армированием вдоль оси комля 2, сопрягаясь, чередуются с сегментными элементами 5 с угловым армированием, установленными с равномерным разнесением стыков, смещенными по длине к перу лопасти, а слои оболочки 11, расположенные на неармированном элементами участке комля, взаимодействуют с чередующимися, поперечно расположенными однорядными слоями из стекложгутов 12 и первым витком наружной резьбы 3, считая от пера лопасти, а комель с наружной резьбой сопрягается со стаканом через полимерное антифреттинговое покрытие. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкции лопастей винтов из композиционных материалов с наполнителями из стекло-, угле-, боро- и оргволокна, скрепленных полимерными связующими.

Винты служат для преобразования крутящего момента двигателя в тягу, необходимую для полета летательного аппарата или создания отрицательной тяги, необходимой для торможения ЛА при пробеге после его посадки.

Известна конструкция крепления лопасти воздушного винта, содержащая стакан в виде ласточкина хвоста, установленного в рукавах втулки, а также узел предварительного натяга в виде подпружиненного клина.

Однако эта конструкция не обеспечивает достаточно надежного крепления лопасти во вращающем стакане, установленном во втулке винта, и снижение веса лопасти.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является композиционная лопасть винта, содержащая перо, комель с наружной резьбой, с внутренней металлической гильзой с коническим участком и армирующими элементами.

Такая лопасть имеет следующие недостатки:

недостаточная прочность комля лопасти из-за наличия скачков напряжений в месте сопряжения металлической гильзы с композиционным материалом;

большой вес лопасти из-за нерациональной по форме и массе металлической гильзы с буртом;

недостаточная динамическая выносливость лопасти, так как отсутствуют армирующие продольные слои углеродного наполнителя с общим армированием вдоль оси комля лопасти, чеpедующиеся со слоями стеклоткани;

недостаточная стойкость комля лопасти на фреттинг-коррозию из-за отсутствия защитного антифреттингового покрытия;

меньшая выносливость комля лопасти из-за возможного повреждения слоев армирующего наполнителя при выполнении конического рабочего профиля резьбы.

Цель изобретения повышение прочности комля и уменьшение веса путем использования гильзы переменной жесткости и усиления комля.

Цель достигается тем, что в лопасти комель снабжен композиционным разрезным конусом, а гильза выполнена с внутренним резьбовым буртиком и внешним фланцем, сопрягающимся вместе с конической поверхностью с разрезным конусом посредством слоев стеклоткани с углом наружной поверхности конуса не меньше угла наклона рабочего профиля резьбы комля на 2 8о, а армировка выполнена в виде сегментных элементов из композиционного материала с угловым армированием, равномерным разнесением стыков в окружном направлении и расположением их в зоне резьбы комля между слоями стеклоткани с уменьшением их количества в сечениях комля в направлении наиболее нагруженного близлежащего к перу витка резьбы, при этом слои стеклоткани за пределами сегментных элементов выполнены с чередованием со слоями стекложгутов окружной намотки, причем на комель нанесено полимерное антифретинговое покрытие.

Кроме того, цель достигается тем, что часть слоев стеклоткани подкреплена слоями углеродного наполнителя с одинаковым углом армирования, а сегментные элементы выполнены двойными и размещены между спаренными слоями стеклоткани и углеленты.

На фиг. 1 показан винт с предлагаемыми лопастями; на фиг.2 разрез по комлю лопасти; на фиг.3 конус в разрезе; на фиг.4 сегментная вставка с угловым армированием; на фиг.5 узел I на фиг.2; на фиг.6 двойные по числу слоев сегментные элементы в рабочем положении; на фиг.7 узел II на фиг.2; на фиг.8 крепление лопасти во втулке.

Композиционная лопасть воздушного винта содержит перо 1, комель 2 с наружной резьбой 3, с внутренней металлической гильзой 4 с конической наружной поверхностью и армирующими элементами 5.

Комель 2 снабжен композиционным разрезным конусом 6, а гильза выполнена с внутренним резьбовым буртиком 7 и внешним фланцем 8, сопрягающимся вместе с конической поверхностью 9 с разрезным конусом 6 посредством слоев 10 стеклоткани с углом наружной поверхности конуса не меньше угла наклона рабочего профиля резьбы 3 комля на 2-8о, а армировка выполнена в виде сегметных элементов 5 из композиционного материала с угловым армированием, равномерным разнесением стыков в окружном направлении и расположением их в зоне резьбы 3 комля 2 между слоями 10 стеклоткани с уменьшением их количества в сечениях комля в направлении наиболее нагруженного близлежащего к перу 1 витка резьбы 3, при этом слои 10 стеклоткани за пределами сегментных элементов 5 выполнены с чередованием со слоями стекложгутов 11 окружной намотки, причем на комель 2 нанесено полимерное антифреттинговое покрытие 12.

Часть слоев 10 стеклоткани подкреплена слоями углеродного наполнителя 13 с одинаковым углом армирования, а сегментные элементы 5 выполнены двойными и размещены между спаренными слоями стеклоткани 10 и углеленты.

Позициями обозначены хомуты 14 стаканов 15, установленные на шариках 16, втулка 17 воздушного винта 18, а также сердечник 19 из пенопласта.

Сборка лопасти производится следующим образом.

Вначале в механическом цехе изготавливают металлическую гильзу 4, в другом цехе формуют конус 6 (фиг.3) из стеклорубленки или стеклоровинга, в третьем цехе вырезают по шаблонам или на специальной раскроечной машине сегментные элементы 5 из стеклоткани с расчетными радиусами R1 и R2 и углом обеспечивающим их смыкание при сборке лопасти (фиг.2 и 6). Разные радиусы обеспечивают разную ширину сегментов, т.е. смещение их по длине к перу лопасти.

Расположение армирующих нитей показано на фиг.4 для одного элемента, для двух они могут дополнительно армироваться между собой (фиг.6). Аналогично вырезают или раскраивают слои 10 стеклоткани с армированием вдоль оси комля 2, часть из которых может чередоваться со слоями углеродного наполнителя 13, обладающими большей выносливостью на циклическую усталость и меньшим удельным весом.

Предварительно используя внутренний резьбовой буртик 7, устанавливают металлическую гильзу 4 внутри пресс-формы и вспенивают сердечник 19 лопасти. На сердечник лопасти выкладывают несколько слоев 10 стеклоткани, на которых конической внутренней поверхностью 9 располагают разрезной конус 6, затем слои стеклоткани с армированием вдоль оси комля 2, которые, сопрягаясь, чередуются с сегментными элементами 5 с угловым армированием, устанавливаемыми с равномерным смещением стыков для обеспечения равнопрочности армирования.

Сегментные элементы 5 располагают по мере нарастания слоев стеклоткани со смещением по длине (фиг.2) к перу лопасти, что обеспечивает их уменьшающееся число к первому витку рабочего профиля резьбы, а после установки каждого сегментного элемента производится поперечная подмотка однорядными слоями из стекложгутов 11 (фиг.7).

В зоне первого винта располагают минимальное число армирующих элементов 5, которые, опираясь на конус 6, обеспечивают расположение слоев 10 параллельно образующей рабочего профиля резьбы, что вместе с поперечно расположенными однорядными слоями из стекложгутов обеспечивает наибольшую плотность композиционного материала, наибольшие физико-механические качества (фиг.2 и 7).

Композиционный конус (фиг.3) с углом наружной поверхности конуса не меньше угла рабочего профиля резьбы комля на 2-8о обеспечивает необходимую толщину композиционного материала, его однородность позволяет снизить вес лопасти, а угол наружной поверхности конуса обеспечивает отсутствие перерезанных слоев стеклоткани, даже при наличии уменьшения плотности слоев стеклоткани при ее укладке по сердечнику 19 и его гильзы с конической наружной поверхностью и внешним фланцем.

Уменьшение плотности композиционного материала объясняется увеличением периметра конической поверхности на которую укладываются слои, раскроенные на ламели в зоне конической поверхности гильзы 4. Армирующие элементы 5 несколько выравнивают плотность, повышают несущую способность комля 2 на кручение за счет углового армирования.

Плотность материала комля уменьшается от первого витка к фланцу 8. Наличие композиционного разрезного конуса 6 из стеклоровинга компенсирует резкое уменьшение плотности комля.

Если величина внешнего угла конуса 6 равна рабочему углу резьбы, то дополнительными треугольниками вставками можно компенсировать уменьшение плотности комля 2, поддерживать расположение слоев параллельно образующей конуса, что сложно и трудоемко. Если величина внешнего угла конуса 6 больше угла рабочего профиля резьбы комля на 2-8о, то меньшее значение угла конуса для меньшего обжатия резьбовой части при формировании лопасти, а большее для большего обжатия.

После формирования лопасти в пресс-форме достаточно на заготовке комля выполнить механическим путем резьбу 3 и нанесении на нее и цилиндрическую часть комля антифреттинговое покрытие 12 (фиг.5).

При сборке лопасти по второму варианту слои углеродного наполнителя 13 (фиг.7) с общим армированием вдоль оси комля со слоями из стеклоткани, сопрягаясь, чередуются с двойными по числу слоев сегментными элементами 5 (фиг. 6) с угловым армированием между слоями. Величина углового армирования определяется расчетным путем для обеспечения достаточной жесткости на кручение и изгиб. Сегментные элементы выбираются двойными, так как сопрягаются с двойными слоями оболочки, вырезаются из стеклоткани, так как на порядок дешевле углеродной ленты и обеспечивает необходимую прочность при большей технологичности при вырезке (фиг.7).

Работа лопасти винта происходит следующим образом.

При вращении воздушного винта 18 силы от пера лопасти передаются на комель 2 лопасти, через полимерное антифреттинговое покрытие 12 на стакан 15. Стакан с резьбой 3 воспринимает центробежную силу, а крутящий момент и изгиб воспринимаются лепестками стакана 15, далее через шарики 16 усилия передаются на рукав втулки 17.

Первый виток конической резьбы 3 воспринимает 60-70% центробежной силы от лопасти и является в данной конструкции более прочным, а остальные витки менее нагружены, считая от пера лопасти. Поэтому выполненные комля с убывающими физико-механическими свойствами от первого витка, считая от пера лопасти, является допустимым и технологически целесообразным.

Металлической гильзой 4 переменной жесткости за счет конической наружной поверхности 9, а также внешним фланцем, сопрягающимся с композиционным разрезным конусом, скрепленным со слоями 10 с продольным армированием, в сочетании с угловым армированием сегментными элементами 5 обеспечивают повышение прочности комля в соответствии с условиями нагружения.

Центрирование комля 2 лопасти происходит по лепесткам стакана 15 и его нижнему буртику, сопрягающемуся с внутренним радиальным пояском гильзы 4.

Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества:

большая прочность комля лопасти из-за отсутствия скачков напряжений в месте сопряжения металлической гильзы с композиционным материалом;

меньший вес лопасти из-за рациональной по форме и массе металлической гильзы и усиления лопасти более легким углеволокном;

большая динамическая выносливость лопасти, обеспечивающаяся продольным армированием углеродным наполнителем, чередующимся со слоями стеклоткани;

большая стойкость комля лопасти на фреттинг-коррозию;

большая выносливость комля, так как отсутствует возможность повреждения слоев армирующего наполнителя, образующего рабочий профиль конической резьбы при механической обработке комля. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. КОМПОЗИЦИОННАЯ ЛОПАСТЬ ВОЗДУШНОГО ВИНТА, содержащая перо, комель с наружной резьбой, с внутренней металлической гильзой с конической наружной поверхностью и армирующими элементами, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности комля и уменьшения веса путем использования гильзы переменной жесткости, в ней комель снабжен композиционным разрезным конусом, а гильза выполнена с внутренним резьбовым буртиком и внешним фланцем, сопрягающимся вместе с конической поверхностью с разрезным конусом посредством слоев стеклоткани с углом наружной поверхности конуса не меньше угла наклона рабочего профиля резьбы комля на 2 8o, а армировка выполнена в виде сегментных элементов из композиционного материала с угловым армированием, равномерным разнесением стыков в окружном направлении и расположением их в зоне резьбы комля между слоями стеклоткани с уменьшением их количества в сечениях комля в направлении наиболее нагруженного близлежащего к перу витка резьбы, при этом слои стеклоткани за пределами сегментных элементов выполнены с чередованием со слоями стекложгутов окружной намотки, причем на комель нанесено полимерное антифреттинговое покрытие.

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что часть слоев стеклоткани подкреплены слоями углеродного наполнителя с одинаковым углом армирования, а сегментные элементы выполнены двойными и размещены между спаренными слоями стеклоткани и углеленты.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru