[发明专利]一种后缘襟翼型智能旋翼桨叶

说明书

技术领域

本发明属于直升机部件设计技术，具体涉及一种后缘襟翼型智能旋翼桨叶。

背景技术

后缘襟翼型智能旋翼的工作原理是利用后缘襟翼独立运动所产生的气动力来抵消桨叶的振动载荷，其研究基础是研制一副后缘襟翼型智能旋翼桨叶。所谓“后缘襟翼”是指在布置在桨叶后缘的独立升力面，可以作定轴偏转运动，这一点类似于固定翼飞机的舵面；“智能”是指利用安装在桨叶内部的作动器，在自适应程序的控制下，驱动后缘襟翼作特定的运动，从而产生高阶气动力来抵消桨叶的振动。这种智能旋翼桨叶与一般桨叶相比，其内部安装了作动机构，并在桨叶后缘布置内嵌式襟翼，工作时由作动机构驱动襟翼运动，以下将这种类型的桨叶统称为ACF(Active Control Flap)旋翼桨叶。

上世纪末，德国DLR和法国ONERA为欧直公司的ATR项目(Advanced Technology Rotor)研制了ACF(Active Blade Concept)旋翼桨叶。美国马里兰大学的Chopra在Bell-412直升机桨叶的基础上，研制了带后缘襟翼主动控制的智能旋翼桨叶；国内方面，南京航空航天大学、哈尔滨工业大学的研究人员对ACF旋翼桨叶的减振原理以及襟翼驱动装置的原理设计，并设计制造了简单的2m直径模型ACF旋翼，用于该项技术的原理性试验研究。

欧美等国家的ACF旋翼桨叶设计对材料技术和工艺水平过于依赖，我国在这方面差距较大，因此无法实现国外的设计方案；国内对ACF桨叶研究的侧重点在于驱动装置的原理性设计以及襟翼的功能研究，对驱动系统在桨叶中的集成设计尚无完整有效的方案。十一五期间制作的ACF桨叶，局部设计尚不合理，只能用于初步的原理性试验。

发明内容

本发明的目的：针对具有典型工程特征ACF桨叶，提出一种新型后缘襟翼型智能旋翼桨叶，详细阐述了驱动系统安装框的设计及其与复合材料桨叶的接口，以及复合材料襟翼的高频偏转功能的实现方法。解决了以下技术难题：

(1)直升机桨叶外形为带负扭转的曲面，且桨叶内部空间有限，驱动框和后缘襟翼的外形、定位设计必须与桨叶协调一致，否则容易与桨叶本体产生干涉或不匹配，导致襟翼驱动系统无法与桨叶集成；

(2)金属部件与复合材料构件连接不能使用螺栓，常用的粘接方法，强度有限，难以承受桨叶旋转产生的强大离心力；

(3)襟翼通过金属轴带动，实现襟翼的高频偏转振动，需确保襟翼轴与襟翼主体不发生脱离。

本发明的技术方案：本发明中的ACF旋翼桨叶，在靠近桨尖的展向位置集成襟翼驱动系统，在不破坏桨叶气动外形的前提下，综合考虑驱动系统自身功能实现及其与桨叶内部结构的兼容性。如图1所示，作动器、传感器、襟翼等零部件都安装在一个主体部分为矩形的金属驱动框内，桨叶上翼面设置盖板，便于驱动系统的拆装。

一种后缘襟翼型智能旋翼桨叶，其特征在于：

(1)后缘襟翼型智能旋翼桨叶包括桨叶本体、驱动框、作动器、后缘襟翼；

(2)驱动框包含在桨叶蒙皮以内，其上下表面与上下翼型面平行，前缘端面粘贴在桨叶大梁端面；驱动框前缘壁两端开凹槽，使用大梁带在凹槽位置将驱动框前缘壁缠绕在桨叶前缘大梁上；驱动框靠近桨根一侧壁上开孔，桨叶中部大梁穿过该孔后缠绕在内侧的螺栓上；驱动框靠近桨尖一侧壁的外端布置由玻璃纤维织物布和碳纤维织物布构成的堵块。

(3)襟翼由蒙皮、金属轴组件、短切纤维块以及泡沫填充构成，通过单独模具成型。

所述驱动框安装段的桨叶前缘大梁为D型梁13，其截面积不小于C型大梁12的截面积；D型梁后端面14与驱动框所处桨叶段中间翼型面的基准线15相垂直。

所述驱动框前缘壁上的凹槽宽度为大梁带宽度的1～3倍，深度为大梁带厚度的2～4倍；驱动框靠近桨根一侧壁上开孔7，孔的形状为带倒角的长条状，孔的截面积与桨叶中部大梁带截面积相当。

所述桨叶中部大梁穿过驱动框靠近桨根一侧壁上的开孔，通过缠绕或粘贴方式与驱动框相连。

所述驱动框靠近桨尖一侧壁的外端布置树脂基复合材料构成的堵块，堵块与上下桨叶蒙皮粘接。

所述襟翼轴使用短切纤维块包裹，短切纤维外表面与襟翼蒙皮粘接。

所述后缘襟翼型智能旋翼桨叶的上翼面蒙皮部分开有口盖。

本发明关键点是：

(1)基于桨叶前缘大梁带束数不变原则，变化大梁的截面形状，以翼型基准线作为驱动框前缘定位平面的法线。驱动框外形采用桨叶蒙皮切割法设计；