Лопасть ветрового колеса из композиционных материалов и способ ее изготовления

 

Изобретение относится к ветряным двигательным установкам и может быть использовано при изготовлении лопастей и лонжеронов лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов, вентиляторов и других изделий из слоистых композиционных материалов . Целью изобретения является повышение прочности и долговечности, снижение массы, уменьшение цикла и трудоемкости изготовления лопасти. Лопасть имеет коробчатый лонжерон 2 переменного поперечного сечения с уменьшающейся толщиной стенки, наружную оболочку 4, состоящую из по крайней мере двух спиральных слоев стеклопластика и пористого заполнителя 3 с интегральным слоем, определяющего заданный аэродинамический профиль лопасти. Формование лонжерона производится методом намотки волокон по линиям равного отклонения зональным способом , $ формование наружной оболочкиметодом спиральной намотки стеклоленты на оправку, полученную вспениванием пенопласта в замкнутой форме, рабочая поверхность которой соответствует внутренней форме наружной оболочки. 2 с., 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 В 64 С 27/46

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ, ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4914865/23 (22) 27.02.91 . (46) 07.04.93. Бюл, М 13 (71) Днепровский научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) B.Н,Поляков, В.M,Ìàaóð, Л.Н.Евсеева, Ю.В.Жуганов, Н.M.Ðåøåòíÿê и Л.Б.Ладикова (73) Украинский научно-исследовательский институт технологии машиностроения, (56) Патент США йв 4213739, кл. В 64 С

27/46, 1982.

Патент Великобритании М 1600065, кл, В 64 С 27/46, 1980.

Заявка ЕПВ М 0296964, кл, В 64 С

27/46, 1988.

Авторское свидетельство СССР

М 431733, кл. В 64 С 27/46. 1963. (54) ЛОПАСТЬ ВЕТРОВОГО КОЛЕСА ИЗ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И

СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к ветряным двигательным установкам и может быть использовано при изготовлении лопастей и

„„. Ж„„1807960 АЗ лонжеронов лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов, вентиляторов и других изделий из слоистых композиционных материалов. Целью изобретения является повышение прочности и долговечности, снижение массы, уменьшение цикла и трудоемкости изготовления лопасти. Лопасть имеет коробчатый лонжерон 2 переменного поперечного сечения с уменьшающейся толщиной стенки, наружную оболочку 4, состоящую из по крайней мере двух спиральных слоев стеклопластика и пористого заполнителя 3 с интегральным слоем, определяющего заданный аэродинамический профиль лопасти. Формование лонжерона производится методом намотки волокон по линиям равного отклонения зональным способом, а формование наружной оболочкиметодом спиральной намотки стеклоленты на оправку, полученную вспениванием пенопласта в замкнутой форме, рабочая по-. верхность которой соответствует внутренней форме наружной оболочки. 2 с., 4 з,п.ф-лы, 5 ил.

1Рт) 796() Изобретение относится к ветряным двигательным установкам и может быть использовано при изготовлении лопастей и лонжеронов лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов, вентиляторов и других полых изделий из слоистых композиционных материалов, Цель изобретения — повышение прочности и долговечности, снижение массы, а также уменьшение цикла и трудоемкости изготовления лопасти.

На фиг. 1 показана лопасть; общий вид; на фиг. 2 — разрез А — А на фг.1; на фиг,З— способ нанесения на оправку первой зоны методом намотки; на фиг. 4 — способ формования лонжерона; на фиг.5 — способ формования оболочки комлевой части.

Здесь закладной элемент со стыковочным фланцем 1 заделан в лонжерон 2. На лонжерон нанесен заполнитель 3, который покрывает наружная оболочки 4, опирающаяся на планки 5.

Лопасть ветрового колеса состоит из силового элемента в виде коробчатого лонжерона 2, на одном конце которого вмотан металлический закладной элемент со стыковочным фланцем 1. Лонжерон имеет в сечении неправильный многоугольник с уменьшающимся периметром по мере удаления ot оси вращения лопасти. С целью достижения равнонапряженности и уменьшения веса необходимо, чтобы толщина стенки лонжерона уменьшалась с увеличением радиуса. Для достижения этого эффекта лонжерон содержит слои различной длины расположенные по зонам так, что их количество, по мере увеличения радиуса лопасти. Уменьшается, а утолщения, образующиеся в зонах реверса витков, удалены.

Кроме того, угол укладки стекловолокон в каждом слое уменьшается от начала витка до его конца, так как с уменьшением угла укладки уменьшается и тОлщина слоя.

На поверхности лонжерона размещен заполнитель в виде пенопласта, вспененного в замкнутой форме рабочая поверхность которого соответствует внутреннему контуру наружной оболочки 4, а также планки 5, обеспечивающие жесткую опору боковым стенкам наружной оболочки 4. Наружная оболочка состоит, по крайней мере, из двух спирально-винтовых слоев стеклопластика на основе пропитанной связующим стеклоленты витки которой уложены встык и ориентированы под углом к продольной оси лопасти, причем витки последующего слоя смещены на половину ширины ленты и ориентированы под тем же углом, но в обратную сторону.

Сущность способа поясняется чертежом, где на фиг. 3 показан способ нанесения на оправку первой зоны 6 методом намотки и место отрезки утолщения 7. На фиг,4 показан способ формования всего лонжерона намоткой зон 8, 9; 10 и способ заделки закладного элемента 1 прижимными кольцевыми слоями 11, На фиг.5 показан способ формования оболочки комлевой части 12, примотанной кольцевыми слоями 13 и слоями основной оболочки 14 и 15.

10

Па cosa

Д ов .ц

40 где Па, йв — наружный периметр и угол намотки наибольшего сечения;

Пь a) — наружный периметр и угол намотки i-ro сечения;

4 — толщина слоя в ча . большем сечении, Из формулы следует, что с уменьшением угла намотки уменьшается толщина слоя в рассматриваемом сечении, а с уменьшением наружного периметра увеличивает я толщина слоя в рассматриваемом сечении.

Но поскольку уменьшение толщины слоя за счет уменьшения угла намотки не может компенсировать увеличение толщины слоя за счет разности периметров, то нжм:-.àòü

55 лонжерон в одну зону, т.е, слоями одинаковой длины не представляетс. " мчжным, Поэтому наиболее оптималь1;ая толь, тна стенки лонжерона может быть получена зональной намоткой.

Лопасть ветрового колеса изготавливается следующим образом.

"5 На оправку устанавливается закладной элемент со стыковочным фланце и закрепляется от проворота. Оправка устанавливается на намоточный станок с числовым программным управлением. Поверх оправ20 ки и закладного элемента наносится первая зона пластика из стеклянных, пропитанных связующим волокон, сформированных в ленту методом спиральной намотки по кривым равного отклонения. При этом управляющая программа намоточным станком рассчитывается так, чтобы угол намотки по мере удаления от стыковочного фланца (от начала намотки) непрерывно уменьшался.

Это вызвано тем, чтобы для обеспечения

30 равнонапряженнос ги лонжерона, при уменьшении площади поперечного сечения. толщина стенки должна уменьшаться, Толщина наматываемого спирального слоя в любом рассматриваемом сечении рассчиты35 вается по формуле:

После намотки первой зоны обрезается Формула и зоб ретие н ия и удаляется утолщение, образовавшееся в- 1. Лопасть ветрового колеса из компорезультате реверса витков. Далее произво- зиционных материалов, содержащая коробдится намотка второй зоны, которая ложит- чатый лонжерон переменного поперечного ся новерх первой и покрывает новый сечения, закладной элемейт со стыковочучасток оправки. Аналогично производится 5 ным фланцем, заполнитель иэ легкого матеобрезание и удаление утолщенного конца риала пористой структуры между зоны. Таким же образом производится на- лонжеронами и наружной оболочкой с декоМотка всех последующих эон. Зона реверса ративным покрытием, отличающаяся витков (утолщение) последней. зоны укла- тем, что, с целью повышения прочности и дывается на технологической части оправ- 10 долговечности, снижения массы, а также ки. Затем и роизводится прижатие уменьшения циклов и трудоемкости изгонамотанных слоев всех зон к шейке заклад- товления, лонжерон выполнен из спирального элемента (к участку; прилегающему к ных слоев стеклопластика с переменной стыковочному фланцу) с помощью кольце- 15 толщиной стенки, уменьшающейся с увеливых слоев этим же волокном, предваритель- чением радиуса лопасти. но сделав кольцевой рез на всех слоях, 2. Лопасть по п.1, отличающаяся находящегося на технологической части on- тем, что в качестве заполнителя используют равки.. Это обеспечивается натяжением пенопласт с наружной поверхностью, постекловолокон на лентопротяжном меха- 20 вторяющей внутреннюю форму наружной низме намотанного станка. Далее наносит- оболочки. ся разделительный и викелевочный слои и - 3. Лопасть по п.1, отличающаяся производится отверждение связующего в тем, что наружная оболочка выполнена по печи. После этого производится удаление крайней мере в виде двух спирально-винтооправки, приклейка на наружную боковую 25 вых слоев пропитанной связующим стеклоповерхность лонжерона планок, на которые ленты, затем опирается наружная оболочка, уклад- 4. Способ изготовления лопасти ветрока его в форму, заполнение свободного объ- ваго колеса из композиционных материаема формы необходимой навеской лов, включающий изготовление лонжерона предварительно подготовленной зернисто- 30 со стыковочными проушинами, размещение сти полуфабриката пенопласта и вспенива- заполнителя из легкого материала, нанесение последнего в печи по требуемому ние на поверхность лонжеронов и заполнирежиму. Далее иэделие извлекается из фор- тел я наружной оболочки, мы, зачищается (при необходимости) облой термоотверждение и нанесение декоративи устанавливается на намоточный станок, 35 ного покрытия, отличающийся тем, Комлевая часть наружной оболочки форми- что, с целью повышения прочности и долгоруется методом нанесения предварительно вечности, снижения массы, а также уменьпропитанной и раскроенной стеклоткани, шения цикла и трудоемкости изготовления, при этом крайние срезы приматываются не- лопасти, лонжерон изготавливают с пересколькими слоями стекловолокна. Затем 40 менной толщиной стенки методом намотки формируется наружная оболочка методом спиральных слоев по линиям равного отклонамотки из предварительно пропитанной нения запальным способом, причем по мере стеклоленты. Намотка производится с ша- удаления от оси вращения лопасти, длину гом равным ширине ленты, т.е. витки каждой последующей зоны увеличивают, а примыкают друг к другу встык и ориенти- 45. угол намотки в каждом слое уменьшают, при рованы под углом к продольной оси. По- этом образующиесяутолщения вместах реследующий слой уклады вается со верса витков перед намоткой последующесмещением на половину ширины ленты гослояобр заютиудаляют. для того, чтобы стыки витков не совпада- 5. Способ по п.4, отличающийся ли. При этом витки наклонены к продоль- 50 .тем, что заполнитель размещают путем заной оси под тем же углом, но в обратную сыпки сухого полуфабриката пенопласта и . сторону. Намотка производится до дости- вспенивания его в замкнутой форме с рабожения требуемой толщины наружной обо- чей пов, рхностью, соответствующей внутлочки. Далее изделие помещается в реннейчоверхностинаружнойоболочки. форму, внутренний контур которой имеет 55 6. Способ поп.,4. отличаю щи йс я точный аэродинамический профиль попа- тем, что наружную оболочку наносят метости и помещается. в печь, где происходит дом спиральной намотки, по крайней мере, отверждение связующего. Затем .изделие двух слоев пропитанной связующим стеклоизвлекается иэ формы и производится на- ленты, причем витки первого слоя располанесение лекарственного покрытия. гают встык и ориентируют под углом к

1807960 продольной оси, а витки второго слоя сдви- ленты и наклоняют под тем же углом, но в гают на половину ширины наматываемой обратную сторону.

А-А подвернуто

Зина

РЕЗА

Составитель Б. Поляков

Рвдактор С. Кулакова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С, Лисина

Заказ 1392 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101