Лопать вітрового колеса з композиційних матеріалів та спосіб його виготовлення

1. Лопасть ветрового колеса из композиционных материалов, содержащая коробчатый лонжерон переменного поперечного сечения, закладной элемент со стыковочным фланцем, заполнитель из легкого материала пористой структуры, между лонжероном наружной оболочкой с декоративным покрытием, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что лонжерон выполнен из спиральных слоев стеклопластика с переменной толщиной стенки, уменьшающейся с увеличением радиуса лопасти. 2. Лопасть по п. 1. о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве заполнителя используют пенопласт с наружной поверхностью, повторяющей внутреннюю форму наружной оболочки. 3. Лопасть по п.1. о т л и ч а ю щ а я с я тем, что наружная оболочка выполнена, по крайней мере, в виде двух спирально-винтовых слоев, пропитанных связующим стеклоленты. 4. Способ изготовления лопасти ветрового колеса из композиционных материалов, включающий изготовление лонжерона состыковочными проушинами, размещение заполнителя из легкого материала, нанесение на поверхность лонжерона и заполнителя наружной оболочки, термоотверждение и нанесение декоративного покрытия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что лонжерон изготавливают с переменной толщиной стенки методом намотки спиральных слоев по линиям равного отклонения зональным способом, причем по мере удаления от оси вращения лопасти, длину каждой последующей зоны увеличивают, а угол намотки в каждом слое уменьшают, при этом образующиеся утолщения в местах ревенса витков перед намоткой последующего слоя обрезают и удаляют. 5. Способ по п.4. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что заполнитель размещают путем засыпки сухого полуфабриката пенопласта и вспенивания его в замкнутой форме с рабочей поверхностью, соответствующей внутренней поверхности наружной оболочки. 6. Способ по п.4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что наружную оболочку наносят методом спиральной намотки, по крайней мере, двух слоев пропитанной связующим стеклоленты, причем витки первого слоя располагают встык и ориентируют под углом к продольной оси. а витки второго слоя сдаигзют на половину ширины наматываемой ленты и наклоняют под тем же углом, но в обратную сторону. С > со О 13177 Изобретение относится к ветряным двиt ат^льнмм установкам и может быть испольЗОИСІНО при изготовлении лопастей и лонжеронов лопастей несущих и рулевых витков вертолетов, вентиляторов и других 5 полых изделий из слоистых композиционных материалов. При создании изобретения стояла задача повышения прочности и долговечности, снижения массы, а также уменьшения тру- 10 доемкости и сокращения цикла изготовления лопасти. Поставленная задача достигается тем, что: 1. Лопасть состоит из силового злемен- 15 тз в виде коробчатого лонжерона переменного поперечного сечения с металлическим закладным элементом со стыковочным фланцем, заполнителя из легкого жесткого материала пористой структуры, обеспечива- 20 ющего заполнение промежутка между лонжероном и наружной оболочкой, состоящей из слоев стеклопластика и декоративного покрытия и отличается тем, что лонжерон состоит из спиральных слоев стеклопласти- 25 ка и имеет переменную толщину стенки, уменьшающуюся с увеличением радиуса лопасти. 2. Требуемый аэродинамический профиль лопасти обеспечивается наружным про- 30 филем заполнителя, в качестве которого используется пенопласт. 3. Наружная оболочка состоит, по крайней мере, из двух спиральновинтовых слоев стеклопластика па основе пропитанной свя- 35 зующим стеклоленты. 4. Способ изготовления лопасти ветрового колеса из композиционных материалов, включающий намотку лонжерона с одновременной примоткой закладного эле- 40 мента со стыковочными фланцами, нанесения на лонжерон жесткого заполнителя из легкого материала, нанесения на поверхность заполнителя наружной оболочки и декоративного покрытия и отличается тем, что 45 изготовление лонжерона с переменной толщиной стенки производится методом намотки спиральных слоев по линиям равного отклонения по зонам, т.е. по участкам различной длины, причем по мере удаления от 50 оси вращения лопасти длина каждой последующей зоны увеличивается, а угол намотки спиральных слоев уменьшается и образующиеся утолщения в зонах реверса витков в каждом слое перед намоткой последующей 55 зоны обрезаются и удаляются. 5. Заполнитель наносится на поверхность лонжерона методом засыпки сухого полуфабриката пенопласта и последующего г,го вспенивания при температуре в замкну- < той форме, имеющей рабочую поверхность, соответствующую внутренней форме наружной оболочки. 6. Наружная оболочка формируется методом спирально-винтовой намотки, по крайней мере, двух слоев пропитанной связующим стеклоленты, причем витки первого слоя располагаются встык и ориентированы под углом к продольной оси, а витки второго слоя сдвинуты на половину ширины наматываемой ленты и наклонены под тем же углом, но в обратную сторону. Устройство лопасти поясняется чертежом, где на фиг.1 показана лопасть, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Здесь закладной элемент со стыковочным фланцем 1 заделан в лонжерон 2. На лонжерон нанесен заполнитель 3, который покрывает наружная оболочка 4, опирающаяся на планки 5. Лопасть ветрового колеса состоит из силового элемента в виде коробчатого лонжерона 2. на одном конце которого вмотан металлический закладной элемент со стыковочным фланцем 1. Лонжерон имеет в сечении неправильный многоугольник с уменьшающимся периметром по мере удаления от оси вращения лопасти. С целью достижения равнонапряженности и уменьшения веса необходимо, чтобы толщина стенки лонжерона уменьшалась с увеличением радиуса. Для достижения этого эффекта лонжерон содержит слои различной длины, расположенные по зонам так, что их количество, по мере увеличения радиуса лопасти, уменьшается, а утолщения, образующиеся в зонах реверса витков, удалены. Кроме того, угол укладки стекловолокон в каждом слое уменьшается от начала витка до его конца, так как с уменьшением угла укладки уменьшается и толщина слоя. На поверхности лонжерона размещен заполнитель в виде пенопласта, вспененного в замкнутой форме, рабочая поверхность которого соответствует внутреннему контуру наружной оболочки 4, а также планки 5, обеспечивающие жесткую опору боковым стенкам наружной оболочки 4. Наружная оболочка состоит, по крайней мере, из двух спирально-винтовых слоев стеклопластика на основе пропитанной связующим стеклоленты, витки которой уложены встык и ориентированы под углом к продольной оси лопасти, причем витки последующего слоя смещены на половину ширины ленты и ориентированы под тем же углом, но в обратную сторону. Сущность способа поясняется чертежом, где на фиг.З показан способ нанесения на оправку первой зоны 6 методом намотки 13177 результате реверса витков. Далее производится намотка второй зоны, которая ложится поверх первой и покрывает ноиый участок оправки. Аналогично производится обрезание и удаление утолщенного конца зоны. Таким же образом производится намотка всех последующих зон. Зона реверса витков (утолщение) последней зоны укладывается на технологической части оправки. Затем производится прижатие намотанных слоев всех зон к шейке закладного элемента (к участку, прилегающему к стыковочному фланцу) с помощью кольцевых слоев этим же волокном, предварительно сделав кольцевой рез на всех слоях, находящегося на технологической части оправки. Это обеспечивается натяжением стекловолокон на лентопротяжном механизме намоточного станка. Далее наносится разделительный и викелевочный слои и производится отверждение связующего в печи. После этого производится удаление оправки, приклейка на наружную боковую поверхность лонжерона планок, на которые за гем опирается наружная оболочка, укладка его в форму, заполнение свободного объема формы необходимой навеской предварительно подготовленной зернистости полуфабриката пенопласта и вспенивание последнего в печи по требуемому режиму. Далее изделие извлекается из формы, зачищается (при необходимости) облой и устанавливается на намоточном станке. COS П Комлевая часть наружной оболочки формиру^ П , -coso, ( 5 а ' ется методом нанесения предварительно пропитанной и раскроенной стеклоткани, при где Па, Оа - наружный периметр и угол на- 35 этом крайние срезы приматываются нескольмотки наибольшего сечения: кими слоями стекловолокна. Затем формуетПі, (А - наружный периметр и угол нася наружная оболочка методом намотки из мотки і-того сечения; предварительно пропитанной стеклоленты. да - толщина слоя в наибольшем сечеНамотка производится с шагом, равным шинии. 40 рине ленты, т.е. витки примыкают друг к Из формулы следует, что с уменьшенидругу встык и ориентированы под углом к ем угла намотки а( уменьшается толщина б\ продольной оси. Последующий слой укласлоя в рассматриваемом сечении, а с уменьдывается со смещением на половину шишением наружного периметра увеличиваетрины ленты для того, чтобы стыки витков ся толщина слоя в рассматриваемом 45 не совпадали. При этом витки наклонены к сечении. Но поскольку уменьшение толщипродольной оси под тем же углом, но в ны слоя за счет уменьшения угла намотки необратную сторону. Намотка производится может компенсировать увеличение толщидо достижения требуемой толщины наружны толщ за счет разности периметров, то ной оболочки. Далее изделие помещается намотать лонжерон в одну зону, т.е. слоями 50 в форму, внутренний контур которой имеет одинаковой длины не представляется возточный аэродинамический профиль лопаможным. Поэтому наиболее оптимальная сти и помещается в печь, где происходит толщина стенки лонжерона может быть полотверждение связующего. Затем изделие учена зональной намоткой. извлекается из формы и производится нанеПосле намотки первой зоны обрезается 55 сение декоративного покрытия. и удаляется утолщение, образовавшееся в и место отрезки утолщения 7. На фиг.4 показан способ формования всего лонжерона намоткой зон 8,9,10 и способ заделки закладного элемента 1 прижимными кольцевыми слоями 11. На фиг.5 показан способ 5 формования оболочки комлевой части 12, примотанной кольцевыми слоями 13 и слоями основной оболочки 14 и 15. Лопасть ветрового колеса изготавливается следующим образом. На оправку уста- 10 навливается закладной элемент со стыковочным фланцем и закрепляется от проворота. Оправка устанавливается на намоточный станок с числовым программным управлением. Поверх оправки и закладного 15 элемента наносится первая зона пластика из стеклянных, пропитанных связующим, волокон, сформированных в ленту методом спиральной намотки по кривым равного отклонения. При этом управляющая програм- 20 ма намоточным станком рассчитывается так. чтобы угол намотки по мере удаления от стыковочного фланца (от начала намотки) непрерывно уменьшался. Это вызвано тем, что для обеспечения равнонапряженности 25 лонжерона, при уменьшении площади поперечного сечения, толщина стенки должна уменьшаться. Толщина наматываемого спирального слоя в любом рассматриваемом сечении рассчитывается по формуле 30 13177 линия реза Упорядник Замовлення 4102 Фиг 5 Техред М.Моргентал Коректор А. Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство *Пат.ент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101