复合材料桨叶因其重量轻、耐腐蚀、疲劳寿命高等优异特性越来越广泛地取代金属桨叶,复合材料桨叶与传统金属桨叶相比,疲劳寿命由金属桨叶的1600小时提高到复合材料桨叶的6000小时以上或无限寿命,大幅减少了后期的使用、维护成本,减少了制造周期,提高了产品可靠性,提升了旋翼整体性能。成为直升机发展重要技术方向,复合材料桨叶制造是一种集机加、钣金、表面处理、铆接装配、胶接装配、复合材料成型、静动平衡等多学科为一体的高技术含量复杂成型制造工艺。
大型复合材料主桨叶扭角变化大,这些特点造成了成型模压系统上模跨度大、模具厚度变化大等问题,这样的模具同步运动、温度均匀性很难保证。再加上零件为细长结构,模具与零件膨胀系数差异较大,从成型温度到室温的变化过程中,桨叶与模具伸长率不一样,这样会造成桨叶损伤或破坏。桨叶模压系统主要由压模、开合模机构(含上下模座)系统、油加温系统、液压加载系统和控制系统五部分组成。
桨叶包铁的胶接质量是影响飞行安全、桨叶寿命的关键要素,在飞行过程中复合材料桨叶转速和振动很大,桨叶的成型过程需要加温和加压,且需要严格控制技术参数,此外还需要实现模具开合模及运动机构同步,主桨叶由于采用了PMI泡沫芯作为填充材料,具有复杂的变截面结构外形,采用了数控加工的方法加工泡沫芯零件,
桨叶压模是完成桨叶气动外形,保证尺寸精度的重要组成局部,次要由上、下模、加热油道以及导向定位机构组成。经过压模资料的合理选择、型面构造优化设计、油道构造的热均衡剖析和设计,保证桨叶成型尺寸精度和成型温度要求。开合模机构的功用是完成模具的上下模顺利开合模,满足桨叶铺贴和固化的需求。开合模机构设计的重点是保证整个上模开合模进程的同步
油加温系统的功能是给压模加温,通过加热油在压模油道内的循环实现桨叶固化温度的控制。由于模具的体积、质量大,要实现温度的精确控制有较大的难度。液压系统的功能是在模具闭合后,对上下模锁紧并加压,满足桨叶固化时的压力要求。加压系统设计的重点是保证各液压顶升缸组运动的同步性。
弹性元件作为球柔性旋翼的核心关键部件,金属橡胶叠层设计、硫化模具设计、抗疲劳胶料、配套胶粘剂、热硫化成型和弹性轴承性能测试等各个方面的技术要求都很高,技术难度大,影响因素复杂,是弹性轴承研制的技术关键。
金属橡胶叠层是弹性轴承的核心部分,由多层球型金属隔片与橡胶材料经粘接复合而成,粘接面积非常大,在动态应力的作用下,粘接层受到很大剪切应力,粘接的性能和可靠性将直接决定弹性轴承的性能和可靠性。
复桨叶模压系统作为集加温、加压及综合控制功能为一体的桨叶成型设备,后续复合材料桨叶模压系统,将与复合材料自动铺放或缠绕或编织、液体成型等低成本制造技术结合,以提升复合材料桨叶制造自动化水平,提高桨叶成型质量和效率,降低桨叶制造成本,实现复合材料桨叶制造精细化,这将成为未来复合材料桨叶制造的发展方向。