5內(nèi)腔填芯

內(nèi)腔填芯主要起到支撐作用，選材上的主要要求是抗壓強(qiáng)度高、密度小、耐沖擊。目前，比較常用的旋翼內(nèi)腔填芯有3 種：聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）泡沫填芯、耐高溫芳香族聚酰胺（Nomex）蜂窩填芯以及鋁蜂窩填芯。但是經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，為了避免碳纖維復(fù)合材料與金屬鋁電偶腐蝕和在空中遭到雷擊，一般不會(huì)使用鋁蜂窩填芯。




表3 對(duì)比剩下兩種填芯，得出結(jié)論為泡沫填芯更好一些。旋翼采用C形大梁與泡沫填芯相配合的結(jié)構(gòu)形式，工藝過程更簡化，還能保證工藝質(zhì)量和外形平整。


另外，中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所提出一種的新型的填充方法，即在蒙皮、大梁所圍的空間內(nèi)完全以短切纖維填充。好處是短切纖維填充件不需要預(yù)制，與槳葉一次模壓成型，減少了制造零件數(shù)，制造過程快速簡便。另外，通過在短切纖維填充區(qū)域表面打孔，實(shí)現(xiàn)靈活的配平方式，操作簡便，精度較高。


6槳葉后緣厚度的確定


復(fù)合材料槳葉的后緣部位一般是由槳葉上、下蒙皮部分延伸到槳葉后緣部分疊合而成，其厚度受蒙皮向后延伸的層數(shù)和布層厚度影響（如圖2）。因此，槳葉后緣修型段設(shè)計(jì)既要能滿足氣動(dòng)要求，又要能保證尺寸合理和提高局部剛度。一般采用玻璃纖維或碳纖維單向帶鋪設(shè)，也有采用玻璃織物的。





復(fù)合材料旋翼槳葉的研制過程中，設(shè)計(jì)與制造要有機(jī)結(jié)合、協(xié)調(diào)統(tǒng)一。只有綜合考慮了設(shè)計(jì)與制造過程，才能產(chǎn)生出既符合設(shè)計(jì)性能要求，又具有高質(zhì)量、低成本的旋翼。目前旋翼機(jī)復(fù)合材料旋翼的制造方法可分為兩種，一種是參考直升機(jī)旋翼槳葉制造過程，采用閉合模具熱壓固化成型的方式。此種方法也分為高溫固化膠接成型工藝技術(shù)（美意）和中溫共固化模壓成型工藝技術(shù)（歐直）。通過在模具中一起成型旋翼，又或者是使用模具成型旋翼的多個(gè)部件，在進(jìn)行二次膠接，來實(shí)現(xiàn)對(duì)旋翼的制造。D 形大梁或多管梁多采用第一種成型方式，C形大梁則多用第二種成型方式。但隨著復(fù)合材料成型工藝技術(shù)的發(fā)展，特別是復(fù)合材料一次成型工藝的成熟，后者因?yàn)橹圃斓男砹慵?shù)少、結(jié)構(gòu)整體性好，有利于提高槳葉疲勞壽命，逐漸成為主要制造方式。另一種則是對(duì)于私人自制的旋翼，由于私人制作的旋翼機(jī)對(duì)旋翼要求不多、結(jié)構(gòu)簡單，多使用傳統(tǒng)加工工藝制造。直接鑄造鍛造或者模壓成型都是比較常見的方法。



在未來，隨著復(fù)合材料的發(fā)展變化，以及旋翼機(jī)功能上的增強(qiáng)，對(duì)于旋翼機(jī)旋翼設(shè)計(jì)必然有更高的要求：

（1）在旋翼槳尖形狀上，為了實(shí)現(xiàn)旋翼機(jī)速度的大幅度提升，必然會(huì)出現(xiàn)新型槳尖形狀，如后掠、尖削形狀等；

（2）旋翼設(shè)計(jì)制造上，目前已經(jīng)提出了新型填充物來實(shí)現(xiàn)旋翼制造一次成型及配重可調(diào)性，未來旋翼機(jī)旋翼制造將向一次成型發(fā)展；

（3）為了實(shí)現(xiàn)旋翼機(jī)飛行時(shí)能及時(shí)反映旋翼的健康狀況，在不影響旋翼整體重量要求的情況下，如何植入芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋翼的實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)也將是未來革新的方向；

（4）我國在小型旋翼機(jī)復(fù)合材料旋翼設(shè)計(jì)制造方面積累了不少經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)制造水平有很大提高。但是在大中型旋翼機(jī)復(fù)合材料旋翼設(shè)計(jì)制造方面，還缺少實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)該多與外國旋翼機(jī)公司合作，共同研發(fā)適用于大中型旋翼機(jī)的旋翼；

（5）我國幅員遼闊，氣候條件多樣，應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境氣候設(shè)計(jì)相適應(yīng)的旋翼，并逐步實(shí)現(xiàn)同一性。

文章節(jié)選自《航空制造技術(shù)》雜志，《旋翼機(jī)復(fù)合材料旋翼槳葉設(shè)計(jì)制造及展望》  作者:佟剛，郝旭