用复合材料制成的直升机旋转斜盘制造技术

直升机用复合材料制成的旋转倾转盘环有一个三维编织的管状环，它能承受旋转倾转盘环平面内和垂直平面的力，三维编织的管状环包含有圆周向纤维并与一定角度方向的倾斜纤维交织到圆周向纤维上，管状环有一圆周状隔板环，隔板环又有第一支撑件把上环板连到下环板上，上下环板都分别靠近管状环的上下内表面。上下环板都有开孔对准第一支撑件，并有若干径向向外延伸部分，上面开有套管开孔对准若干第二支撑件以形成容纳伺服和控制杆套管的通道。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术从属的
是直升机的旋转倾转盘，具体地说是包含有增强纤维的环氧树脂基体的复合材料的旋转倾转盘。从历上看来，直升机旋转转盘过去一直是用高强度，重量轻和极缺的金属和合金。虽然这些金属部件可以胜任，但这些材料还存在许多缺陷。这些材料未达到最佳特性的三个重要方面是重量、材料来源利用率和耐损坏的能力。重量一直是直升机结构应考虑的因素，随着燃料成本的增加，用较轻材料减小整个直升机重量已成为最主要的目标。目前铝和钛已得到广泛的使用，是由于它们重量轻和强度高，然而，人们还在不断寻找更轻更结实的材料。许多这些轻金属属于“极缺”材料，并主要通过进口获得。从过去几年石油禁运已经演示，这些材料单纯依赖国外来源是极不明智的。此外，这些金属也不具有耐损坏能力，也就是说当一种金属部件由于痨劳或其它原因而变弱，会出现裂纹，这些裂纹会很快继续扩大，没有能力可阻止裂纹的蔓延，一直到金属部件完全断裂。可理解到，在直升机中材料缺乏耐损力实为一场灾难。为了克服这些金属部件的缺点，工业部门已采取两种途径。一种途径是建立一备用零件，这样即使一零件断裂，另一零件仍允许直升机安全着陆。第二种途径是取大的安全系数设计特殊部件，这样就比正常环境下所需的强度大得多，这二种途径都加大了飞机的重量以及增加了成本，而且要依赖极缺的金属材料。最近，复合材料已被用作许多金属零件的代用品，是由于复合材料重量轻，而且成本较低。例如，复合材料现正用在主要的结构部件上，诸如在直升飞机上的旋翼桨叶和尾桨组件，但是用复合材料完全代替金属成分是不实际的，由于复合材料本身物理特性的缺点和特殊设计的考虑。典型的例子，飞机上的旋转倾转盘环是由锻铝坏料制成，并机械加2到合适的最后直径以便装配控制杆(外转动环)，输入连杆(内固定环)和扭力臂连杆。外旋转倾转盘环包括径向向外延伸的套管装配件用来铰接地装配到控制杆的连杆上，并绕枢轴安装在至少一个扭力臂连杆上。同样，内旋转倾转盘环包括径向向内延伸的套管装配件用来装配到输入连杆和绕枢轴安装在至少一个扭力臂连杆上。因此，在该
内所需要的是有耐损环能力，成本比较便宜的轻质复合材料部件，它能够经受住直升机旋转倾转盘组件所受的力。本专利技术直接与直升机复合材料的旋转倾转盘环有关，此旋转倾转盘环具有三维编织的管状环，它可经受住平面内和垂直旋转倾转盘平面的力。三维编织管状环实际上包含有圆周向纤维和与圆周向纤维成一定角度的斜向纤维交织而成。管状环包含一复合材料的圆周状隔板环，而此隔板环包含一上环板通过若干第一管状支撑件而连到下环板上。上环板和下环板都分别靠近管状环里面的上表面和下表面，上下板都有开孔对准第一管状支撑件。环板有若干部分从径向向外延伸，这些延伸部分有套管开孔，这些开孔对准若干第二立式支撑件以形成一些通道，穿过这些通道来接收伺服机构或控制杆的套管。此旋转倾转盘还要经受住层间的剪切力，而此剪切力会便普通的复合材料的旋转倾转盘叠层形成分层，所以，本专利技术在旋转倾转盘装配件的
内作出了重大进展。从说明书、权利要求以及从说明本专利技术实施例的附图中可以明显看出本专利技术的目的，特点和优点附图说明图1是本专利技术的复合材料旋转倾转盘立体图。图2说明二个相反方向转动的旋转倾转盘环的顶视图。图3说明图2二个相反方向转动的旋转倾转盘环从A-A剖面所取的剖视图。三维缠绕编织的管状复合材料是本专利技术的关键，三维交织编织纤维结果形成没有诸如目前常规叠层复合材料(例如共同转让美国专利4568245)所出现的粘接面的整体部件。这样由升力引起剪刀的主要负载，而不是推杆控制负载，都是由环上的维维来承受，而不是环氧树酯基体来承受。例如，三维缠绕编织材料可从纤维革新公司(FIBERINNOVATIONSIN/E.)中取得。另外，一连续的环状编织可修改成一分开垫层的编织，可适合于编织连续的管状环，一连续环的编织机诸如从华德韦尔编织机公司(地址罗德岛中央瀑布)的新英格兰的巴特分公司就可买到，这种连续环从直径处切开而形成二个半环，而此二个半环可用绞链连结(用来矫正环)这样垫层就可打开，允许把编织环从垫层中取走。一连接结构用来使二个半环在使用时连结在一起。典型的例子，编织型管状复合材料典型的是使用石墨加强纤维，高强度石墨纤维有一最小30×10磅/英寸2的丝模数，单独纤维丝的直径一般约0.35密耳到0.399密耳(密耳＝0.001英寸)，石墨纤维例如可从海格力斯公司(地址惠灵顿、德莱惠尔)以干粗纱形式购买到。最好采用固化的石墨/树酯的复合材料，以体积而言，它包含约55%的纤维，虽然高达60%和低达50%的百分比都是允许的而并不影响它的机械性能。最好所选择的树酯基体诸如环氧树酯与加强纤维相匹配，也希望环氧树酯在低压下满意地固化(也就是压力在约20到100磅/英寸2)，这类树酯系列，如道氏Tactax树酯，道氏Tactax H41固化剂都可从道氏工业公司购到。按照图1，围绕着隔板环6的编织管状环9有一三维编织包含有圆周向纤维10和与周向纤维10成±30°至±60°倾角的斜向纤维相互交织，周向纤维最好与编织环9在同一平面，然而小的偏差(从0°至±5°)都是允许的，要是偏离周向纤维轴线超过约10°就会减小旋转倾转盘环所经受住弯矩的能力，结果形成强度的降低。同时在倾角小于约30°和大于约60°，这斜向纤维11就不能经受住横向的剪刀(例如由推杆调节负载所引起的剪力)，此剪力会造成复合材料的分层，例如我们发现常规的重叠复合材料制成的旋转倾转盘坏当受到弯曲的疲劳试验时会出现分层。按照图1显示一剖开的旋转倾转盘坏3露出它的内部，一环绕的隔板环6被一三维编织的管状环9所封闭，隔板环6包含有一上环板12和一下环板15，它们的形状是相同的，环板实际上是圆周形状伴有若干径向向外伸出的定位部分27，上下环板相隔地被若干个间隔开的第一垂直支撑件18所连结和支撑，垂直支撑件18相对于下文介绍的向外延伸的定位部分27都位于圆周方向，第一垂直支撑件18安置成绕环板6的内周边，这样第一垂直支撑件就靠近编织管状环9内周边的里面，因而一旦这些环板12，15和垂直支撑件18被三维编织的管状环9所覆盖，垂直孔21(例如对准的孔)可以钻透三维的编织环，环板12，15和第一垂直支撑件18，穿过环板12，15和第一支撑件18所形成的对准孔用来接纳从中通过的螺栓24，环板12，15藉助螺栓24夹紧，螺栓压在三维编织管状环9的上下外表面上。上下环板12，15有若干个径向向外延伸的定位部分27，定位部分27数量相当于所要求的伺服或控制杆套管的数目，上下板定位部分27有对准套管开孔30，用于接纳伺服和控制杆的套管。复合材料的管状套管33在上下板12和15之间对准套管孔30，这样套管33就提供了套管芯通路。径向延伸定位部分27用来定位套管30的开孔，结果是在组合件成型及固化以后，便在编织管将环9上钻孔，并将穿过套管开孔30和管状套管件33。预先模制的封闭泡孔泡沫体36的圆周分段安置在上下环板12，15之间和管状套管件33之间，此外，泡沫块36还装满垂直支撑件18之间和围绕之(也就是装满第一支撑件的外部)。泡沫块36沿径向伸展到环板的宽度，其尺寸达到所要求的宽度，一直到环的截面被编织纤维所包覆，这就提供了所需要的强度，然而这时候编织本文档来自技高网...

【技术保护点】
一用于直升机复合材料制成的旋轴倾转盘环包含有：ａ）一个三维编织的管状环具有内面、外面、上面、下面；ｂ）上述管状环包含有一复合材料制成的圆周状的隔板环；ｃ）上述三维编织的管状环实际上具有圆周纤维以一定角度斜向纤维交织到圆周向纤维上 ；ｄ）上述隔板环包括一靠近上述管状环上环面的上环板和靠近管状下表面的下环板；ｅ）上述环板由若干第一管状支撑件相连；ｆ）上述上环板和下环板有一第开孔对准上述第一管状支撑件以形成一贯穿的通道。ｇ）若干第二管状支撑件（套管件）实际 上是绕着环板对称地间隔开，而且安置在上环板和下环板之间。ｈ）上述上环板和下环板具有若干从环板径向向外径伸的部分，上述部分具有套管开孔对准上述第二管状支撑件（套管件）以形成可容纳伺服和控制杆套管的通道。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德L费里斯，弗兰西斯E伯恩斯，小劳伦斯N瓦霍拉克，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]