ЛОПАСТЬ ВОЗДУШНОГО ВИНТА

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть использовано при изготовлении лопастей и лонжеронов лопастей летательных аппаратов и других полых изделий из композиционных материалов. Полезная модель так же относится к ветроэнергетике, а именно к конструкциям лопастей ветроколес ветроэнергетических установок (ВЭУ) или иных установок, использующих винт с лопастями. Использование: для изготовления лопастей вертолетов, крыльев и корпусных конструкций для легких летательных аппаратов, а также лопастей для электрогенераторов, использующих силу ветра.
Все лопасти, несущие в той или иной мере нагрузку представляют собой лопасть несущего винта со стальным полым лонжероном переменного сечения, на котором сформирован послойным формированием профиль из пропитанной ткани. Известны и другие конструкции несущего винта со стальными трубчатыми лонжеронами переменного сечения по длине в котором, смонтированный каркас образует профиль, многослойные лопасти из легких сплавов. В каждом конкретном случае может быть использован тот или иной способ производства, та или иная конструкция, в зависимости от характера эксплуатации, финансирования и серийности. Данный способ промышленно применим при малых сериях, обладает высокой трудоемкостью, большим количеством операций и переходов, требует средств защиты. В связи с этим лопасти сложны в конструкции и в изготовлении.
Например, известна лопасть воздушного винта, содержащая полый лонжерон из полимерного материала, к которому прикреплен хвостовик, которая изготовлена путем намотки ленты из композиционного материала, пропитанной связующим, на оправку до получения заготовки изделия расчетной толщины с последующей полимеризацией материала и включающем установку конструктивных элементов изделия, например, противовеса, установку конструктивного элемента изделия (RU №2115594, В64С 11/26, В64С 27/46, B64F 5/00, опубл. 20.07.1998). Принято в качестве прототипа.
Недостаток данной лопасти заключается в сложности ее изготовления, необходимости применения оправок, контроле за положением ленты во время обмотки для исключения воздушных полостей между слоями, за положением лонжерона относительно хорды и профиля и т.д. Вполне возможно, что создание таких лопастей оправдано для использования на вертолетах и в других высокооборотных устройствах. Но существует целый класс низкооборотных устройств типа ветроустройств, для которых при работе отсутствуют серьезные растягивающие и изгибающие нагрузки. Для таких устройств существенным является упрощение изготовления лопастей при сохранении достаточной прочности при малом весе.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции лопасти и ее изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что в лопасти воздушного винта, содержащей полый лонжерон из полимерного материала, к которому прикреплен хвостовик, лонжерон выполнен из стеклопластика или углепластика и изготовлен путем пултрузии с образованием полостей, разделенных по длине лонжерона продольными перегородками, хвостовик выполнен из алюминия или его сплавов или полимерного материала и изготовлен методом экструзии с образованием полостей, разделенных по длине хвостовика продольными перегородками, при этом на лобике лонжерона установлены пластины из металла, прикрепленные с помощью заклепок и клея, а соединение лонжерона с хвостовиком выполнено посредством заклепок и клея.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - профиль лопасти винта.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция лопасти воздушного винта, которая содержит полый лонжерон 1 из полимерного материала, к которому посредством клея 2 и заклепок 3 прикреплен хвостовик 4, который выполнен из алюминия или его сплавов или полимерного материала и изготовлен методом экструзии с образованием полостей, разделенных по длине хвостовика продольными перегородками 5. Лонжерон 1 выполнен из стеклопластика или углепластика (композиционного материала РЕЕК/углерод) с непрерывными однонаправленными угольными волокнами, ориентированными в продольном направлении, и изготовлен путем пултрузии с образованием полостей, разделенных по длине лонжерона продольными перегородками 6, хвостовик. При этом на лобике лонжерона установлены пластины 7 из металла, прикрепленные с помощью заклепок и клея (окова из титана или нержавеющей стали для защиты передней кромки).
Отдельные узлы лопасти изготовлены с применением современных высокопроизводительных технологий - пултрузии и экструзии. Пултрузия - процесс получения стеклопластикового профиля путем непрерывной вытяжки через нагретую до 120-150°С формообразующую фильеру стекломатериалов, пропитанных термореактивной смолой. Стекломатериал сматывается со специальных катушек в сухом состоянии и поступает в устройство пропитки пултрузионного станка, где смачивается полиэфирной, эпоксидной или другой смолой. Под высоким давлением и температурой стекловолокно и смола превращаются в особый прочный материал. С помощью этой технологии возможно получать стеклопластиковый профиль заданных свойств и сложных форм с высокой скоростью. Физические характеристики стеклокомпозита, полученного данным способом не меняются в широком температурном диапазоне от -70 до +170°С. Полученный стеклопластиковый профиль сочетает в себе уникальные свойства металла и полимера: низкую теплопроводность, высокую механическую и диэлектрическую прочность, устойчивость к агрессивным средам и резким перепадам температур, биологическую и атмосферную стойкость.
Механические характеристики описанного лонжерона вполне удовлетворительные, так как в условиях эксплуатации при температуре окружающей среды 23°С, например, модуль Юнга при растяжении для этого материала РЕЕК/углерод равен 24000 МПа, а его статическое сопротивление на разрыв при растяжении равно 200 МПа. Установлено, что эти величины того же порядка, что и для уравновешенной стеклоткани, то есть стеклоткани с одинаковым весовым содержанием утка и основы, например стеклоткани типа Е, содержащей 55% по весу волокон, модуль Юнга которых и статическое сопротивление на разрыв при растяжении соответственно составляют порядка 20000 и 300 МПа. Армирующие волокна представляют собой высокопрочные угольные волокна длиной около 0,1-0,5 мм коммерческой марки "XAS" британской фирмы COVRTAULDS.
Использование разработанной лопасти показало ее эффективность: сократилось количество технологических операций, снизилась трудоемкость изготовления и соответственно стоимость изделия, но при этом сохранились прочностные показатрели при существенном снижении веса.