CN101249886B - 旋翼飞行器叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种依次设有径向段(1)和掠段(2)的旋翼飞行器叶片(P)，所述掠段(2)设有至少一个前掠段(2’)和/或后掠段(2”)。此外，叶片具有源自叶片根部的单个翼梁。本发明的特别之处在于，单个翼梁包括在径向段(1)中的翼梁(10)，然后单个翼梁在径向段(1)变成掠段(2)之处分开，随后在掠段(2)中形成主翼梁(11)和次翼梁(12)。

Description

旋翼飞行器叶片

技术领域

本发明涉及一种在其叶片根部附近设有径向的段、后面设有至少一个前掠段和/或后掠段的旋翼飞行器叶片。

背景技术

应该注意到，空气动力面的掠角用来规定所述表面相对于其前进方向的定向。

因此叶片的前掠段沿着叶片的前进方向指向，而后掠段沿着与前进方向相反的方向指向。

可以易于理解的是，径向段(简而言之具有零掠角)垂直于叶片的前进方向。直升机的主旋翼的叶片的这种径向段因此沿着旋翼的分度圆半径指向，从而使用术语“径向”。

下面，术语“径向段”用来规定具有零掠角的段，而术语“掠段”用来表示前掠段和/或后掠段。

法国专利文献FR 2 865 189披露了一种旋翼飞行器叶片，该叶片从叶片根部开始依次具有：径向因此具有零掠角的段；前掠段；以及后掠段。

这种类型的叶片因其形状可显著减少装有这种叶片的旋翼的声特征而同时又保持其动力和空气动力特性从而尤其有利。

然而，为了确保叶片具有足够的强度，尤其合适的是，首先能承受在叶片上施加的离心力，其次还确保叶片的前缘可以承受冲击。

传统上，叶片包括：

·至少一个主要基于单向无机纤维或金属的刚性翼梁，该翼梁用来承受离心力并将离心力传递至旋翼飞行器的毂；

·底部和顶部蒙皮，这些蒙皮提供在拍动和拖曳中的刚度，还给叶片提供承受扭曲的能力，例如由基于无机纤维的双向织物制成；

·至少一个注入口，用于保证组件的几何连续性以及底部和顶部蒙皮的稳定性。

已知第一种配装有翼梁的叶片，在该叶片中，翼梁从叶片根部、具体地说从叶片和毂之间的固定件沿着叶片的整个跨度延伸，翼梁设置在叶片的前缘处。下文中为了方便起见，这种翼梁称作“前缘”翼梁。

前缘翼梁总体上极其有效，此外它保护前缘不受冲击，但它看来并不能够满足包括径向段和前掠段和/或后掠段的叶片的要求。

在离心力的作用下，这种叶片趋于“伸展”从而变得完全笔直。在这样的条件下，发现前缘翼梁还不足够，因为它在给定其在前缘中位置的情况下也会伸展，它还具有与径向段和前掠段和/或后掠段相对应的断续轮廓。

已知第二种设有翼梁的叶片，在该叶片中，翼梁从叶片根部沿着叶片的跨度延伸，该翼梁设置在叶片内部。为了方便起见，这种翼梁在下文中称作“中心翼梁”。

例如，在美国专利文献US 5 127 802中发现了中心翼梁，该专利文献描述了一种由玻璃纤维制成的管状中心翼梁，该翼梁用由碳纤维制成的顶板和底板来附加地加强。

因为它并不沿着叶片的前缘延伸，这种中心翼梁可以是径向的，即，它可以沿着旋翼的半径指向。

然而，假如翼梁用在具有径向段和掠段的叶片中，翼梁相对于叶片的弦的中心位置将沿着其跨度改变。例如，假如它位于径向段中弦的中间，它将必然在前掠段中更靠近叶片的后缘。相反，它将必然在后掠段中更靠近前缘。

因此，合适的是使翼梁在前掠段中超尺寸，由此导致重量的问题和叶片定中心的问题，因为叶片需要定中心于大致在其俯仰轴线附近。

已知第三种叶片，该叶片沿着叶片的跨度结合了前缘翼梁和中心翼梁。前缘翼梁与中心翼梁由扭矩箱来隔开，该扭矩箱具有由所述翼梁以及顶部和底部蒙皮构成的壁，例如美国专利文献US 5 346 367中所披露的。

对于设有径向段和掠段的叶片来说，这种解决方案是吸引人的，但是它会导致有害的超尺寸和超重。

最后，已知第四种叶片，该叶片设有称作“分布翼梁”的翼梁。这种翼梁包括前缘翼梁，该前缘翼梁通过抵靠叶片的底部和顶部蒙皮来延伸的部分延伸了一点点。

更具体地说，分布翼梁包括第一无机纤维和第二无机纤维，该第一无机纤维设置成平直地抵靠顶部蒙皮的前部，该第二无机纤维设置成平直地抵靠底部蒙皮的前部。这些纤维在叶片的前缘处相遇，以构成传统的前缘翼梁。

分布翼梁满足了目前的要求，同时又避免了叶片重量的大大增加。

然而，具有径向段和掠段的叶片的前缘的断续形状仍然有问题。使径向段后跟至少一个前掠段和/或后掠段导致纤维沿着跨度以极其复杂的方式分布。在给定制造叶片所需精度的前提下，这使得制造难以重复，并且以上所有过程难以自动化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种叶片，该叶片能使用在重量上优化且能够自动重复制造的翼梁来克服上述限制。根据本发明，提供一种旋翼飞行器叶片，所述叶片沿着所述叶片的俯仰轴线从所述叶片固定至旋翼飞行器旋翼毂的根部向所述叶片远离所述毂的自由端依次设有：径向段，该径向段后跟掠段，所述掠段设有至少一个前掠段和/或后掠段，所述叶片还包括从所述叶片根部延伸的单个翼梁，所述径向段和掠段各具有相应的前缘和后缘，还具有顶部蒙皮和底部蒙皮，其中，所述单个翼梁包括在所述径向段中的径向翼梁，然后在所述径向段变成所述掠段之处分开，从而在所述掠段中形成主翼梁和次翼梁。

本发明的特别之处在于，单个翼梁包括在径向段中的径向翼梁，然后单个翼梁在径向段变成掠段之处分开，从而其后在掠段中形成主翼梁和次翼梁。因此，叶片只具有单个翼梁，该单个翼梁首先包括径向段中的一部分、即径向翼梁，其次包括掠段中的两部分，更具体地说是主翼梁和次翼梁。

应该注意，叶片的俯仰轴线是一纵向枢转轴线，叶片绕该轴线开始改变倾斜度，从而修改其相对于外部气流的倾角。

有利的是，包括径向翼梁、主翼梁和次翼梁的单个翼梁具体由单向无机纤维构成，从而能够将离心力传递至旋翼飞行器毂。因此，径向翼梁和次翼梁包括沿着俯仰轴线指向的单向纤维，而主翼梁包括平行于掠段的前缘指向的单向纤维。

径向翼梁较佳地设置在径向段的前缘中。这一段因此相对于毂由翼梁牢固地固定，该翼梁实际上用作前缘翼梁。

类似地，主翼梁设置在掠段的前缘中。相反，次翼梁设置在掠段的中心部分中，且该中心部分位于掠段的前缘和后缘之间。

因此，掠段具有由源自径向翼梁的主翼梁来表示的前缘翼梁。然而，为了避免任何伸展效应，径向翼梁还分成中心翼梁，具体地说是次翼梁。

这种结构因此完全解决了问题，而没有过多地增加叶片的重量。此外，可以实施常规的制造技术，由此保证低成本的制造。

不存在会使次翼梁超尺寸的因素，因为存在主翼梁，由此例如避免了与叶片的重量和定中心相关的缺点。

在第一实施例中，次翼梁是相互连接顶部和底部蒙皮的肋的形式。次翼梁是细长部件，其高度延伸于掠段的底部蒙皮和顶部蒙皮之间，从而细长部件因此相互连接底部和顶部蒙皮。

在第二实施例中，次翼梁具有设置成平直地抵靠掠段的顶部蒙皮的顶部次翼梁，和/或设置成平直地抵靠所述掠段的底部蒙皮的底部次翼梁。在此实施例中，次翼梁则是分布翼梁，因此可以优化其设置方式，具体地说在叶片具有较小厚度的情况下靠近叶片的自由端。

此外，有用的是将次翼梁设置成与径向翼梁对准。这就是说，当径向翼梁是前缘翼梁时，次翼梁与径向段的前缘对准。

因此，径向翼梁和次翼梁都沿着相同轴线延伸，更具体地说沿着叶片的俯仰轴线延伸。这在增大翼梁用于将离心力传递至旋翼的能力方面是有效的。

此外，因为单个翼梁的一部分是由径向翼梁延伸加上所述次翼梁构成的，所述部分的长度在叶片总长度的90％到95％的范围内。因为厚度在叶片的端部处渐缩，所以次掠段的有效性朝向叶片的端部减小，将翼梁设置于其中也会变得更难。为了优化叶片的重量并避免影响其制造，次翼梁因此终止于到达叶片的自由端之前。

然而，取决于要求，叶片的所述部分可以选择性地沿着叶片的整个长度延伸，因此在长度上与其相等。

为了改进重量分布并且为了更有效地传递离心力，在本发明的一变型中，单个翼梁包括第一加强件，该第一加强件加强叶片的顶部蒙皮在主翼梁和次翼梁之间的至少部分。

假如次翼梁并不一直延伸到叶片的端部，则该第一加强件具体用来覆盖没有次翼梁的区域。然而，有利的是使加强件是完全的而不是局部的，从而覆盖主翼梁和次翼梁之间的所有区域。

第一加强件在结构上是仅仅用来传递离心力的翼梁。第一加强件由织物制成，该织物基本上由沿着俯仰轴线指向的单向无机纤维构成，第一加强件当然与合适的树脂相关，并且不由在经线和纬线方向具有基本上平衡质量的无机纤维的织物(如同传统上一样)制成。

类似地，单个翼梁包括第二加强件，该第二加强件加强叶片的底部蒙皮在主翼梁和次翼梁之间的至少部分。第二加强件则由单向无机纤维制成且不呈双向织物的形式，该纤维沿着所述分度圆半径延伸。

最后，本发明的有益效果是，掠段依次包括前掠段和后掠段，叶片因此从叶片根部到叶片自由端依次具有：径向段，该径向段后跟掠段，该掠段自身由前掠段和后掠段构成。这种结构在防止噪音方面是有效的，涉及分开的单个翼梁的本发明尤其适于其。

附图说明

本发明及其优点在下文的描述中将会更详细地显现出来，该描述参照附图示出了较佳实施例且没有任何限制含义，在这些附图中：

·图1是本发明的叶片的示意图；

·图2是本发明的另一叶片的示意图；

·图3是第一实施例中的掠段的剖面；以及

·图4是第二实施例中的掠段的剖面。

具体实施方式

在多于一幅附图中存在的部件在这些图的每一幅中都给予相同的附图标记。

图1是用于诸如直升机之类的旋翼飞行器的本发明的叶片P的示意图。

叶片P通过其叶片根部20固定至旋翼飞行器毂(未示出)，以参与给旋翼飞行器提供升力和推进力。

叶片P从其根部20或柄部到其位于叶片P远离旋翼的端部处的自由端21依次包括：径向段1，后跟掠段2，掠段2包括前掠段2’和后掠段2”。

应该回想起，径向段1垂直于叶片的前进方向S。相反，掠段2沿着前进方向S和/或沿着与前进方向S相反的方向指向。更具体地说，在所述的例子中，掠段2的前掠段2’沿着前进方向S指向，而掠段2的后掠段2”沿着与前进方向S相反的方向指向。

在传统的方式中，径向段1和掠段2具有相应的前缘3、4和后缘6、5。类似地，径向段1和掠段2设有压力侧蒙皮(或底部蒙皮)7和吸入侧蒙皮(或顶部蒙皮)8，如图3的剖面所示。

此外，应该注意，叶片P适于绕俯仰轴线A转动。该俯仰设置操作用来改变叶片P相对于其所通过的气流的倾角，从而例如增大叶片的升力，或者减小叶片的升力。

此外，为了确保叶片P经受的离心力传递至毂，叶片P设有单个翼梁，该翼梁由沿着俯仰轴线A指向的单向无机纤维构成且起始于叶片根部20。

在径向段1中，单个翼梁包括从叶片根部20延伸的径向翼梁10。该径向翼梁是前缘型的，因为它设置在径向段1的前缘3处。

在掠段2中，单个翼梁包括主翼梁11和次翼梁12。

因此，叶片P具有由径向翼梁10构成的单个翼梁，该径向翼梁10在径向段1变成掠段2之处分成主翼梁11和次翼梁12。

更具体地说，主翼梁11是沿着掠段2的前缘4设置的前缘翼梁。

相反，次翼梁12是中心翼梁。它设置在叶片内部，首先设置在掠段2的底部和顶部蒙皮之间，其次设置在掠段的前缘4和后缘5之间。此外，次翼梁12有利地设置在俯仰轴线上，更具体地说沿着径向段1的前缘设置，因此与径向翼梁10对准。

然后通过主翼梁11和次翼梁12来承受离心力，次翼梁12还用来防止叶片P伸展。因此，由于主翼梁11的存在，不必使此翼梁12超尺寸。

此后，这些离心力传递至径向翼梁，该径向翼梁既连接至主翼梁11又连接至次翼梁12，最后传递至旋翼飞行器的毂。

叶片在其自由端21附近的厚度较小，从而不必使次翼梁12沿着掠段2一直延伸。

由径向翼梁10和次翼梁12构成的翼梁部分15的长度L2则短于叶片P的总长度L1，所述总长度是从叶片根部20到自由端21。长度L2较佳地在叶片P的总长度L1的90％到95％的范围内。

图2示出了本发明的变型。

在该变型中，叶片P设有覆盖顶部蒙皮内侧的第一加强件13和覆盖底部蒙皮内侧的第二加强件14。

这些第一和第二加强件13、14是基本由沿着俯仰轴线A指向的单向无机纤维构成的织物片，它们构成单个翼梁的一体部分。

它们覆盖从主翼梁11延伸到次翼梁12的所有空间。第一加强件13和第二加强件14因此固定到径向翼梁10、主翼梁11和次翼梁12。

这些加强件仅有效地承受轴向力，因此只将施加在叶片上的轴向力传递至旋翼飞行器的毂。

根据另一变型，覆盖范围是局部的。例如，加强件只覆盖阴影区域Z1以补偿在区域Z1中次翼梁的缺失。在这种结构中，第一和第二加强件13、14只固定至次翼梁12的端部和主翼梁11的端部。

图3是通过第一实施例中的掠段2”的剖面。

该剖面具体示出了次翼梁12、覆盖叶片的底部蒙皮7的内侧的第一加强件14和覆盖叶片的顶部蒙皮8的内侧的第二加强件13。

在该第一实施例中，次翼梁12是I截面的细长部件12”’。该细长部件较厚，其高度从叶片的底部蒙皮7延伸到顶部蒙皮8。

图4是通过第二实施例的掠段2”的剖面。

在该实施例中，次翼梁是一种分布翼梁。因此，它包括顶部次翼梁12’，该顶部次翼梁12’设置成平直地抵靠掠段2的顶部蒙皮8的内侧。

类似地，次翼梁12具有底部次翼梁12”，该底部次翼梁12”设置成平直地抵靠掠段2的底部蒙皮7的内侧。

当然，本发明能够在其实施方式上有各种变型。尽管上面描述了几个实施例，但是应该理解，并不是想要识别排它性的所有可能实施例。当然可以设想在不超出本发明范围的前提下用等同装置来替换所述的任何装置。

例如，所述的径向段在径向段变成掠段之处分成主翼梁和次翼梁。

然而，还可设想，将该分离位置朝向叶片尖端偏移一点，偏移叶片总长度L1的10％量级的距离。

Claims (17)

1.一种旋翼飞行器叶片(P)，所述叶片沿着所述叶片(P)的俯仰轴线(A)从所述叶片固定至旋翼飞行器旋翼毂的根部(20)向所述叶片(P)远离所述旋翼毂的自由端(21)依次设有：径向段(1)，该径向段后跟掠段(2)，所述掠段(2)设有至少一个前掠段(2’)和/或后掠段(2”)，所述叶片(P)还包括从所述叶片根部(20)延伸的单个翼梁，所述径向段和掠段(1和2)各具有相应的前缘(3、4)和后缘(6、5)，还具有顶部蒙皮(8)和底部蒙皮(7)，其特征在于，所述单个翼梁包括在所述径向段(1)中的径向翼梁(10)，然后在所述径向段(1)变成所述掠段(2)之处分开，从而在所述掠段(2)中形成主翼梁(11)和次翼梁(12)。

2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述单个翼梁由单向无机纤维构成。

3.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述径向翼梁和所述次翼梁包括沿着所述俯仰轴线延伸的单向无机纤维。

4.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述主翼梁包括平行于所述掠段的所述前缘指向的单向无机纤维。

5.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述径向翼梁(10)设置在所述径向段(1)的所述前缘(3)中。

6.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述主翼梁(11)设置在所述掠段(2)的所述前缘(4)中。

7.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述次翼梁(12)设置在所述掠段(2)的中心部分中，所述中心部分延伸于所述掠段(2)的所述前缘(4)和所述后缘(5)之间。

8.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述次翼梁(12)是细长部件，其高度从所述掠段(2)的所述底部蒙皮(7)延伸到所述顶部蒙皮(8)。

9.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述次翼梁(12)包括顶部次翼梁(12’)，该顶部次翼梁设置成平直地抵靠所述掠段(2)的所述顶部蒙皮(8)。

10.如权利要求9所述的叶片，其特征在于，所述次翼梁(12)包括底部次翼梁(12”)，该底部次翼梁设置成平直地抵靠所述掠段(2)的所述底部蒙皮(7)。

11.如权利要求1-10中任一项所述的叶片，其特征在于，所述掠段(2)依次包括前掠段(2’)和后掠段(2”)，所述次翼梁(12)设置成与所述径向翼梁(10)对准。

12.如权利要求1-10中任一项所述的叶片，其特征在于，所述掠段(2)依次包括前掠段(2’)和后掠段(2”)，所述次翼梁(12)设置成与所述径向段(1)的所述前缘(3)对准。

13.如权利要求1-10中任一项所述的叶片，其特征在于，对于由所述径向翼梁(10)延伸加上所述次翼梁(12)构成的所述单个翼梁的部分(15)，所述部分(15)的长度(L2)在所述叶片(P)的总长度(L1)的90％到95％的范围内。

14.如权利要求1-10中任一项所述的叶片，其特征在于，所述单个翼梁包括第一加强件(13)，该第一加强件加强所述叶片(P)的所述顶部蒙皮(8)在所述主翼梁(11)和所述次翼梁(12)之间的至少一部分。

15.如权利要求14所述的叶片，其特征在于，所述第一加强件(13)由织物制成，该织物基本上由沿着所述俯仰轴线(A)指向的单向无机纤维构成。

16.如权利要求1-10中任一项所述的叶片，其特征在于，所述单个翼梁包括第二加强件(14)，该第二加强件加强所述叶片(P)的所述底部蒙皮(7)在所述主翼梁(11)和所述次翼梁(12)之间的至少一部分。

17.如权利要求16所述的叶片，其特征在于，所述第二加强件(14)由织物制成，该织物基本上由沿着所述俯仰轴线(A)指向的单向无机纤维构成。

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