三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶及制作方法技术

本申请提出一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶及制作方法，所述三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶包括：根部连接头，所述根部连接头设置有丝束连接孔；以及桨叶主体，所述桨叶主体包括由丝束机织而成的三维机织复合材料，所述桨叶主体通过至少部分所述丝束穿过所述丝束连接孔而连接于所述根部连接头。

【技术实现步骤摘要】
三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶及制作方法
本申请涉及一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶及制作方法。
技术介绍
目前无人直升机使用的旋翼桨叶包括上翼面、下翼面和承载大梁，上翼面、下翼面和承载大梁均需要先采用独立模具铺设碳纤维单向布或者机织布预成型，然后再通过胶接或者共同固化的方式最终成型。采用这种工艺方式制作桨叶工序复杂，且碳纤维布的铺设依赖人工经验，生产效率低下，难以保证不同桨叶的均匀一致性。并且，由于桨叶的上翼面、下翼面和大梁仅通过树脂粘接在一起，整体性较差，层间强度低，在受到较大的载荷或者外部冲击时容易出现分层破坏，无法充分发挥碳纤维材料的性能优势。
技术实现思路
本申请旨在提出一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶，使其整体上具有较高的强度。本申请还提出一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的制作方法本申请提出一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶，所述三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶包括：根部连接头，所述根部连接头设置有丝束连接孔；以及桨叶主体，所述桨叶主体包括由丝束机织而成的三维机织复合材料，所述桨叶主体通过至少部分所述丝束穿过所述丝束连接孔而连接于所述根部连接头。优选地，所述桨叶主体包括：承载梁，所述承载梁具有空腔，所述空腔内填充有梁芯；第一填充物，所述第一填充物位于所述承载梁的后侧；后缘条，所述后缘条位于第一填充物的后侧；上翼面蒙皮；以及下翼面蒙皮，所述上翼面蒙皮和所述下翼面蒙皮包裹所述承载梁、所述第一填充物和所述后缘条，其中，所述承载梁、所述上翼面蒙皮、所述下翼面蒙皮和所述后缘条是通过三维机织一体成型的三维机织结构。优选地，所述梁芯包括第二填充物、单向纤维带、配重和纤维布包裹层，所述纤维布包裹层包裹所述第二填充物、所述单向纤维带和所述配重，所述单向纤维带位于所述空腔的前侧，所述第二填充物位于所述空腔的后侧，所述单向纤维带包裹所述配重，所述配重位于所述第二填充物的前侧。优选地，所述承载梁是具有多层结构的壳体，形成该壳体的中间层的纤维的模量小于形成该壳体的内层和外层的纤维的模量。优选地，所述承载梁包括壳体前缘、第一区域环层、第二区域环层和第三区域环层，所述壳体前缘位于所述承载梁的前侧，所述壳体前缘越向后延伸其壁厚越小，所述壳体前缘包括韧性纤维，所述第一区域环层包裹所述第二区域环层，所述第二区域环层包裹所述第三区域环层。优选地，所述韧性纤维包括玻璃纤维、石英纤维或芳纶纤维中的至少一种。优选地，所述三维机织结构包括角联锁结构、带衬经的角联锁结构、带衬纬的角联锁结构、带衬经衬纬的角联锁结构和带斜向纱的角联锁结构。优选地，所述桨叶主体通过树脂传递模塑成型工艺、高压树脂传递模塑成型工艺或高压压缩树脂传递模塑成型工艺固化成型。本申请还提出一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的制作方法，所述三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的制作方法包括：提供根部连接头；提供梁芯和第一填充物；将部分的轴向纱穿过根部连接头的丝束连接孔，所述丝束连接孔作为整体机织结构的部分轴向纱的起始位置，一体化机织成型上翼面蒙皮、下翼面蒙皮、承载梁及后缘条，并且在所述上翼面蒙皮和所述下翼面蒙皮之间的空腔中填充所述第一填充物以及在所述承载梁中填充所述梁芯；通过树脂传递模塑成型工艺、高压树脂传递模塑成型工艺或高压压缩树脂传递模塑成型工艺对所述三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶进行固化成型。优选地，所述提供梁芯包括：在制作所述梁芯的模具中铺设单向纤维带，在模具中放置配重和第二填充物，包裹纤维布形成纤维布包裹层，然后进行模压成型。通过采用上述技术方案，本申请可以获得以下有益效果中的至少一个。(1)三维机织结构形成的桨叶可以具有多种纤维，可以通过调节不同纤维的分布和比例调节桨叶的频率、重心、刚度等性能参数，同时可以利用三维机织复合材料的混杂增韧特性，提高结构强度、韧性和抗冲击特性，避免纯碳纤维复合材料结构的突然失效问题。(2)机织工艺具有可以修型的特点，容易满足桨叶拓扑结构的需求。(3)可以通过三维机织工艺制成复杂的桨叶结构，无需二次胶接和机械加工，避免了传统层合复合材料容易分层的问题。本申请的桨叶具有较高的抗疲劳性能和损伤容限。附图说明图1示出了根据本申请的实施方式的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的结构示意图。图2示出了根据本申请的实施方式的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的根部连接头的结构示意图。图3示出了根据本申请的实施方式的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的剖视图。图4示出了根据本申请的实施方式的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的三维机织成型部分的剖视图。图5示出了图4中的承载梁的局部放大图。图6示出了根据本申请的实施方式的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的梁芯的剖视图。图7示出了沿图6中的线A-A的剖视图。图8示出了根据本申请的实施方式的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶的梁芯的示意图。图9示出了带衬经的角联锁结构的示意图。附图标记说明1根部连接头11丝束连接孔12桨毂安装孔2桨叶主体21承载梁211壳体前缘212第一区域环层213第二区域环层214第三区域环层215空腔216梁芯2161第二填充物2162单向纤维带2163配重2164纤维布包裹层22上翼面蒙皮23下翼面蒙皮24第一填充物25后缘条100角联锁结构101衬经纱102纬纱103接结经纱200轴向纱。具体实施方式为了更加清楚地阐述本申请的上述目的、特征和优点，在该部分结合附图详细说明本申请的具体实施方式。除了在本部分描述的各个实施方式以外，本申请还能够通过其他不同的方式来实施，在不违背本申请精神的情况下，本领域技术人员可以做相应的改进、变形和替换，因此本申请不受该部分公开的具体实施例的限制。本申请的保护范围应以权利要求为准。如图1至图9所示，本申请提出一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶(以下有时简称为桨叶)，其包括根部连接头1和桨叶主体2。(根部连接头)如图1和图2所示，根部连接头1设置有丝束连接孔11和桨毂安装孔12，根部连接头1可以采用铝合金材料制成，使根部连接头1的重量较轻。根部连接头1可以通过机加工制成。丝束连接孔11用于使部分纱线丝束(轴向纱200)穿过，丝束连接孔11可以作为桨叶主体2的至少部分的轴向纱200的起始位置。桨毂安装孔12用于将桨叶安装到桨毂，桨毂安装孔12内可以设置衬套，衬套可以由合金钢或钛合金制成，合金钢或钛合金的耐磨性较好。通过定位衬套与后述的固化成型模具的装配位置，可以保证桨叶的中心孔的位置和尺寸公差。(桨叶主体)如图3至图9所示，桨叶主体2包括承载梁21、上翼面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶，其特征在于，所述三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶包括：/n根部连接头(1)，所述根部连接头(1)设置有丝束连接孔(11)；以及/n桨叶主体(2)，所述桨叶主体(2)包括由丝束机织而成的三维机织复合材料，所述桨叶主体(2)通过至少部分所述丝束穿过所述丝束连接孔(11)而连接于所述根部连接头(1)。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶，其特征在于，所述三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶包括：
根部连接头(1)，所述根部连接头(1)设置有丝束连接孔(11)；以及
桨叶主体(2)，所述桨叶主体(2)包括由丝束机织而成的三维机织复合材料，所述桨叶主体(2)通过至少部分所述丝束穿过所述丝束连接孔(11)而连接于所述根部连接头(1)。


2.根据权利要求1所述的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶，其特征在于，所述桨叶主体(2)包括：
承载梁(21)，所述承载梁(21)具有空腔(215)，所述空腔(215)内填充有梁芯(216)；
第一填充物(24)，所述第一填充物(24)位于所述承载梁(21)的后侧；
后缘条(25)，所述后缘条(25)位于第一填充物(24)的后侧；
上翼面蒙皮(22)；以及
下翼面蒙皮(23)，所述上翼面蒙皮(22)和所述下翼面蒙皮(23)包裹所述承载梁(21)、所述第一填充物(24)和所述后缘条(25)，
其中，所述承载梁(21)、所述上翼面蒙皮(22)、所述下翼面蒙皮(23)和所述后缘条(25)是通过三维机织一体成型的三维机织结构。


3.根据权利要求2所述的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶，其特征在于，所述梁芯(216)包括第二填充物(2161)、单向纤维带(2162)、配重(2163)和纤维布包裹层(2164)，
所述纤维布包裹层(2164)包裹所述第二填充物(2161)、所述单向纤维带(2162)和所述配重(2163)，
所述单向纤维带(2162)位于所述空腔(215)的前侧，所述第二填充物(2161)位于所述空腔(215)的后侧，所述单向纤维带(2162)包裹所述配重(2163)，所述配重(2163)位于所述第二填充物(2161)的前侧。


4.根据权利要求2所述的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶，其特征在于，所述承载梁(21)是具有多层结构的壳体，形成该壳体的中间层的纤维的模量小于形成该壳体的内层和外层的纤维的模量。


5.根据权利要求2所述的三维机织复合材料整体成型的旋翼桨叶，其特征在于，所述承载梁(21)包括壳体前缘(211...

【专利技术属性】
技术研发人员：王财政，苏丹丹，谢之峰，周明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11