[發明專利]臨近空間雙腹板空心復合材料螺旋槳結構及其制作方法

有效

• 申請號: 202110505565.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113232834B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 王世根;安偉剛;王海峰;宋筆鋒
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C11/02
• 分類號: B64C11/02;B64C11/20;B64C27/473;B64C27/32;B64F5/10;B29C70/34;B29C70/54
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種臨近空間雙腹板空心復合材料螺旋槳結構的制作方法，其特征在于，臨近空間雙腹板空心復合材料螺旋槳結構，包括：第一單片螺旋槳(1A)和第二單片螺旋槳(1B)；

所述第一單片螺旋槳(1A)和所述第二單片螺旋槳(1B)的結構相同，均包括：槳轂(2)和槳葉(3)；

其中，所述槳轂(2)包括上槳轂單元(2A)、下槳轂單元(2B)和槳轂填充單元；

所述槳葉(3)包括工作面蒙皮(3A)、非工作面蒙皮(3B)和雙腹板(3C)；

所述工作面蒙皮(3A)和所述上槳轂單元(2A)一體成型，得到一體式螺旋槳上部單元；

所述非工作面蒙皮(3B)和所述下槳轂單元(2B)一體成型，得到一體式螺旋槳下部單元；

所述一體式螺旋槳上部單元和所述一體式螺旋槳下部單元上下粘接，并在所述上槳轂單元(2A)和所述下槳轂單元(2B)之間填充所述槳轂填充單元；在所述工作面蒙皮(3A)和所述非工作面蒙皮(3B)之間粘接所述雙腹板(3C)，從而形成所述單片螺旋槳；

所述第一單片螺旋槳(1A)和所述第二單片螺旋槳(1B)的槳轂上下疊加并使安裝孔對齊后，采用鋁合金套筒(701)和螺栓連接(702)固定；

臨近空間雙腹板空心復合材料螺旋槳結構的制作方法包括以下步驟：

步驟1，根據螺旋槳的氣動外形要求，制作一體式螺旋槳上部單元模具、一體式螺旋槳下部單元模具和雙腹板模具；

步驟2，制作一體式螺旋槳上部單元：

步驟2.1，裁剪多塊碳纖維預浸織物和碳纖維單向預浸帶，在一體式螺旋槳上部單元模具中，按照設計的鋪層順序逐層鋪設碳纖維預浸織物和碳纖維單向預浸帶，各鋪層之間使用樹脂粘接；

步驟2.2，將樹脂粘接后的鋪層放入熱壓罐內加溫加壓，固化成型，其中，熱壓罐內壓力為6Mpa，溫度為110℃-120℃，固化時間至少2小時，從而使工作面蒙皮(3A)和上槳轂單元(2A)一體成型，得到一體式螺旋槳上部單元；

步驟3，制作一體式螺旋槳下部單元：

步驟3.1，裁剪多塊碳纖維預浸織物和碳纖維單向預浸帶，在一體式螺旋槳下部單元模具中，按照設計的鋪層順序逐層鋪設碳纖維預浸織物和碳纖維單向預浸帶，各鋪層之間使用樹脂粘接；

步驟3.2，將樹脂粘接后的鋪層放入熱壓罐內加溫加壓，固化成型，其中，熱壓罐內壓力為6Mpa，溫度為110℃-120℃，固化時間至少2小時，從而使非工作面蒙皮(3B)和下槳轂單元(2B)一體成型，得到一體式螺旋槳下部單元；

步驟4，制作雙腹板(3C)：

步驟4.1，裁剪多塊碳纖維預浸織物，在雙腹板模具上按照設計的鋪層順序逐層鋪設碳纖維預浸織物，得到內側幾字型腹板(501)；

步驟4.2，在內側幾字型腹板(501)的外側鋪設泡沫夾心(503)；

步驟4.3，在泡沫夾心(503)的外側按照設計的鋪層順序逐層鋪設碳纖維預浸織物，得到外側幾字型腹板(502)；

其中，所述內側幾字型腹板(501)、所述泡沫夾心(503)和所述外側幾字型腹板(502)的相鄰層之間使用樹脂粘接；

步驟4.4，將粘接后的所述內側幾字型腹板(501)、所述泡沫夾心(503)和所述外側幾字型腹板(502)形成的整體，放入熱壓罐內加溫加壓，固化成型，其中，熱壓罐內壓力為6Mpa，溫度為110℃-120℃，固化時間至少2小時，得到雙腹板(3C)；

步驟5，按照槳轂形狀加工并制作得到槳轂填充單元；所述槳轂填充單元為鋁蜂窩槳轂填充結構；

步驟6，將所述一體式螺旋槳上部單元和所述一體式螺旋槳下部單元通過翻邊工藝上下粘接，并在上槳轂單元(2A)和下槳轂單元(2B)之間填充槳轂填充單元；在工作面蒙皮(3A)和非工作面蒙皮(3B)之間粘接雙腹板(3C)，從而形成單片螺旋槳；

其中：一體式螺旋槳上部單元和一體式螺旋槳下部單元通過翻邊工藝上下粘接，具體為：

將工作面蒙皮前緣翻邊(601)和非工作面蒙皮前緣翻邊(602)上下相對設置，并粘接到一起；

將工作面蒙皮后緣翻邊(603)和非工作面蒙皮后緣翻邊(604)上下相對設置，并粘接到一起；

粘接方式為：使用固體膠進行粘接，然后，置于烤箱中烘干，烤箱溫度為100℃，烘烤時間為1-2小時；

步驟7，將兩個單片螺旋槳，即：第一單片螺旋槳(1A)和第二單片螺旋槳(1B)的槳轂上下疊加并使安裝孔對齊后，采用鋁合金套筒(701)和螺栓連接(702)固定；

其中，步驟2.1中，按照設計的鋪層順序逐層鋪設碳纖維預浸織物和碳纖維單向預浸帶，具體為：

碳纖維單向預浸帶，是指在一個方向，即經向方向具有大量纖維絲，在緯向方向具有少量細的碳纖維絲，因此，強度都在同一經向方向的碳纖維布，并在碳纖維布表面浸上一層樹脂得到的碳纖維預處理品；

碳纖維預浸織物，是指在經向方向和緯向方向兩個方向上均由碳纖維絲編制而成，可以雙向受力的碳纖維布，并在碳纖維布表面浸上一層樹脂得到的碳纖維預處理品；

各鋪層的鋪層角度如下表所示：

表1：鋪層順序

層數	材料	鋪層角度
1	ZW	45°
2	DXD	0°
3	DXD	0°
4	DXD	45°
5	DXD	-45°
6	DXD	0°
7	DXD	0°
8	ZW	45°
9	DXD	0°
10	DXD	0°
11	DXD	-45°
12	DXD	45°
13	DXD	0°
14	DXD	0°
15	ZW	45°

其中：ZW代表碳纖維預浸織物；DXD代表碳纖維單向預浸帶；以螺旋槳展向為基準方向，即0°方向；

其中，步驟4，制作雙腹板(3C)，具體鋪層方式為：

表2：鋪層順序

層數	材料	鋪層角度
1	ZW	0°
2	ZW	0°
3	FOAM
4	ZW	0°
5	ZW	0°

其中：

ZW表示碳纖維預浸織物；FOAM表示泡沫夾心，以螺旋槳展向為基準方向，即0°方向；

表2中，第1、2層為內側幾字型腹板(501)的鋪層；第3層為泡沫夾心；第4、5層為外側幾字型腹板(502)的鋪層。