飛艇在所有的空間飛行器及浮空器中具有留空時(shí)間長(zhǎng)斩例、載重量大窄赋、能源消耗低赡勘、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)嫂便，可用于搭載各種偵察、預(yù)警闸与、通信裝置毙替，對(duì)軍用和民用有很大實(shí)際意義[1-2]。飛艇高空前飛或偏航喳卢，需要有一定的助推力以及偏航力矩弯枢。為此玖远，在飛艇尾翼及尾翼腹部布置螺旋槳以滿足飛艇前飛及偏航要求。螺旋槳作為飛艇動(dòng)力系統(tǒng)的主要組成部分之一逊参，其主要功能有兩點(diǎn)：一是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力歧晕，為飛艇前飛或抗風(fēng)定點(diǎn)提供推進(jìn)力；二是為飛艇偏航提供偏航力矩[3-4]洪铣。由于復(fù)合材料比強(qiáng)度捕导、比模量高和可剪裁設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，已經(jīng)在飛艇螺旋槳上得到應(yīng)用学和，并成為其材料體系的主要發(fā)展趨勢(shì)孔选。對(duì)復(fù)合材料飛艇螺旋槳成型工藝國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)導(dǎo)，這主要是因?yàn)槠搅鲗语w艇的研究處于起步階段袋滔，目前仍以論證設(shè)計(jì)為主厨鸣。本文借鑒了同為復(fù)雜曲面外形的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件——風(fēng)機(jī)葉片的成型經(jīng)驗(yàn)，提供了復(fù)合材料飛艇螺旋槳的成型技術(shù)路線缩旬，并對(duì)其成型過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)和控制點(diǎn)進(jìn)行了探討续誉。
設(shè)計(jì)目標(biāo)
　　以單副雙槳葉螺旋槳為例，直徑7m初肉，外觀效果圖如圖1所示酷鸦。性能指標(biāo)按照平流層工作環(huán)境需求設(shè)置如下。

　⊙烙健（1）使用環(huán)境要求臼隔。
　　工作環(huán)境溫度：-80~55℃ ；靜置環(huán)境溫度：-80~60℃ 妄壶；工作環(huán)境濕度： 95％（30℃）摔握；海拔高度： 0~22000m。
　《〖摹（2）功能要求氨淌。
　　類型：定距拉力槳；槳葉數(shù)： 2葉伊磺；旋轉(zhuǎn)方向：沿航向順時(shí)針宁舰。
　　（3）結(jié)構(gòu)工藝要求奢浑。
　　結(jié)構(gòu)形式初步采用單腹板泡沫整體填充方案：上下殼體及腹板采用預(yù)浸料進(jìn)行鋪層捅我，腹板與殼體之間為空心結(jié)構(gòu)，腹板形式為Z字型鹤叹。
　　直徑: 7m灿打；
　　螺旋槳干重量（包括安裝附件）：（40±2）kg；設(shè)計(jì)安全系數(shù)：不小于3父历，且在使用壽命內(nèi)不發(fā)生氣動(dòng)彈性不穩(wěn)定現(xiàn)象杏兰，0~600r/min內(nèi)不因共振導(dǎo)致螺旋槳槳葉發(fā)生破壞性損壞瑞喧。成型工藝和關(guān)鍵技術(shù)
　　螺旋槳成型總體工藝路線如圖2所示。

　　總體工作思路為：在加工制作完成上殼體秀毡、下殼體藤汇、腹板、內(nèi)包邊模具后智精，選用碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料蜻肄，采用熱壓罐工藝，分為兩次中溫固化成型丙卧，第一次在熱壓罐中分別成型上殼體琴致、下殼體和腹板，腹板膠接后, 再在熱壓罐中將上下殼體合模整體固化成型洪鸭。
螺旋槳槳葉成型選用的主要材料有：
· 上样刷、下殼體材料：碳纖維預(yù)浸料；
· 腹板：碳纖維預(yù)浸料览爵；
· 腹板膠接及合模膠接：膠粘膜置鼻。
　　復(fù)合材料成型主要采用熱壓罐真空輔助工藝，如圖3所示蜓竹，分為兩次中溫固化成型沃疮。

　　按照工藝路線，各工藝流程中的關(guān)鍵技術(shù)及控制點(diǎn)如下所述梅肤。1 上、下殼體制作
槳葉成型不同于規(guī)則型復(fù)合材料邑茄，考慮其曲面結(jié)構(gòu)姨蝴，采用退層鋪層設(shè)計(jì)。貼模具鋪設(shè)一層脫模布肺缕，然后鋪設(shè)預(yù)浸料左医，預(yù)浸料邊緣沿模具邊緣修剪，最后在槳葉邊緣及腹板膠接位置要覆蓋上一層撕離布同木。從結(jié)構(gòu)上還可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)男鳞，使得預(yù)浸料纖維主方向?yàn)闃~徑向，提供較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度膏逮。
根部預(yù)埋件處理拣壮，可將預(yù)埋件位置處預(yù)浸料裁去，將預(yù)埋件包裹發(fā)泡膠后填入琢刮，隨預(yù)浸料一起固化成型呈缴。
　　2 內(nèi)包邊制作
　　由于槳葉上下殼體邊緣膠接面極窄，如果僅僅采用殼體膠合的方式無(wú)法保證膠接強(qiáng)度耍烙，有可能使得槳葉在動(dòng)工況狀態(tài)下上下殼體分離脫落酌峻。為解決此問(wèn)題盈综，必須進(jìn)行內(nèi)包邊補(bǔ)強(qiáng)。內(nèi)包邊的作用是為了增大上坊阎、下殼體的膠接面積寒圃，寬度、厚度惶政、需補(bǔ)強(qiáng)位置應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定背涉。考慮到內(nèi)包邊在上下殼體成型后也需參與合模過(guò)程锰瘸，因此需精確控制內(nèi)包邊的支撐位置以及與上殼體對(duì)應(yīng)曲目的厚度差值刽严。使用剛性較好的內(nèi)包邊模具能解決這一問(wèn)題。
在下殼體固化成型后避凝，撕去內(nèi)包邊制作位置處的撕離布舞萄，將內(nèi)包邊模具定位安裝到下殼體模具上，定位時(shí)注意留出殼體內(nèi)縮1mm 的膠接量管削。之后在內(nèi)包邊模具和下殼體內(nèi)鋪貼預(yù)設(shè)厚度的碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)倒脓。待內(nèi)包邊固化后再取下內(nèi)包邊模具。
　　3 腹板制作及膠接
　　腹板制作在腹板模具中進(jìn)行含思。采用碳纖維預(yù)浸料鋪設(shè)崎弃。纖維方向應(yīng)主要為±45°方向，承受來(lái)自上下殼體的剪切應(yīng)力含潘。鋪設(shè)的邊緣要留出一定量膠接面饲做。
　　（1）腹板定位膠接技術(shù)遏弱。
　　腹板成型后盆均，需將其先行膠接至下殼體上。腹板定位膠接是整個(gè)流程中較重要的一環(huán)差齐，處理不好不僅會(huì)使得整個(gè)槳葉抗剪切能力下降依堆，還會(huì)影響后續(xù)合模膠接步驟。其關(guān)鍵控制點(diǎn)包括腹板定位位置的準(zhǔn)確性气弥、膠接厚度及固化過(guò)程中的穩(wěn)定性等驮荚。為較好地控制腹板膠接，必須采用輔助工裝解決给措。輔助工裝要求剛性較好并配置有定位螺孔兆送，對(duì)應(yīng)于殼體模具上的腹板設(shè)計(jì)位置，用于在腹板膠接過(guò)程中控制膠層厚度及穩(wěn)定固化過(guò)程炮罩。
腹板膠接過(guò)程的具體操作步驟如下：撕去下殼體內(nèi)面對(duì)應(yīng)腹板的膠接位置上的撕離布榛娶，鋪貼膠粘膜；將腹板膠接面對(duì)準(zhǔn)膠接位置放置；安裝腹板定位工裝堰漾，保持腹板直立做鸽，鎖緊方邊對(duì)應(yīng)定位孔螺絲保證腹板在加壓情況下膠接；常溫或加溫固化就餐，卸去腹板定位工裝范咨，膠接完成。（2）配重箱設(shè)計(jì)制作技術(shù)厂庇。
　　通常配平衡在槳葉合模成型后進(jìn)行渠啊，但需提前在葉體內(nèi)制作配重箱，方便最終在其內(nèi)增加重量权旷。配重箱的位置設(shè)置在槳葉前緣腹板與殼體形成的空腔替蛉，使泡沫的下端形狀貼合腹板和下殼體，上端修成近似上殼體弧形（圖4）拄氯。然后用兩層碳纖維預(yù)浸料包覆躲查，將下端隨腹板一起膠接在下殼體上。

　　4 合模固化
下殼體膠接好腹板后译柏，即可將上下殼體進(jìn)行合模膠接成螺旋槳整體（圖5）镣煮。在正式合模之前，為確定膠粘膜用量既能保證填滿膠接厚度又不致缺膠造成空隙鄙麦，需用橡皮泥進(jìn)行預(yù)合模典唇，測(cè)量每處橡皮泥的厚度作為正式合模時(shí)的膠粘厚度參考。正式合模時(shí)胯府，在膠接位置鋪貼好對(duì)應(yīng)橡皮泥厚度的膠粘膜贾焊，翻轉(zhuǎn)上殼體模具，抽真空加壓升溫固化痪猛。固化完成后占赤，開(kāi)模將槳葉取出放置在托架上。

　　5 外包邊制作
外包邊的作用是從外側(cè)補(bǔ)強(qiáng)上下殼體膠接作用力扛浸，需要補(bǔ)強(qiáng)的層數(shù)及尺寸需結(jié)構(gòu)上計(jì)算，建議仍采用退層鋪設(shè)囊弥，保持槳葉氣動(dòng)外形濒陈。鋪貼完成后加溫固化。

　　6 表面處理
　　使用常規(guī)的復(fù)合材料表面處理方法即可姚库，螺旋槳葉表面最后涂覆一層聚四氟乙烯 (PTFE)嘶遏。有優(yōu)良的耐光氧化性、耐熱氧化性被紊、耐臭氧氧化性和耐　水降解性宰爆，可大大提高表面光潔度。
　　7 配平衡
　　為使一副兩片槳葉在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)到動(dòng)平衡丝仿，在兩片槳葉均成型的最后必須對(duì)兩片槳葉進(jìn)行配重蟆豫，使得兩片槳葉的重量和重力矩均相等议忽，從而避免使用時(shí)受力不均導(dǎo)致耦合共振頻率不同，降低使用壽命十减。為使得配平衡更具可操作性栈幸，可采用配對(duì)對(duì)比的方法進(jìn)行。首先對(duì)兩片槳葉同時(shí)稱重進(jìn)行比較帮辟，得出重量及力矩差值速址，然后以兩者較大一方為標(biāo)桿，以樹(shù)脂混合鉛粉為補(bǔ)充物由驹，稱取差額芍锚，最后在配重箱和另一處力矩差值對(duì)應(yīng)內(nèi)表面位置操作固定補(bǔ)充混合物即可。
　　槳葉配平衡后蔓榄，安裝附件并炮，并按設(shè)計(jì)連接形式將兩副槳葉連接完成成型全過(guò)程，入庫(kù)存放等待使用润樱。
　　結(jié)束語(yǔ)
　　復(fù)合材料飛艇螺旋槳成型過(guò)程是綜合了結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)渣触、模具設(shè)計(jì)制造、熱壓罐工藝壹若、開(kāi)合模技術(shù)等多學(xué)科的系統(tǒng)工程玖生。其具體成型過(guò)程細(xì)節(jié)處還需在實(shí)際操作中進(jìn)行修正，更重要的需是在成型完成后進(jìn)行一系列的檢測(cè)及驗(yàn)證工作绰蚁，包括翼型檢驗(yàn)丑钱、風(fēng)洞試驗(yàn)、靜強(qiáng)度試驗(yàn)嘁汞、疲勞試驗(yàn)呕漾、環(huán)境試驗(yàn)等，保證復(fù)合材料螺旋槳各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足需求凰侈。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] Jamison L , Sommer G S锋力， Porche I R.High-Altitude air-ship for the future force (暫不可見(jiàn))nical Report of RAND Corporation, 2005.
[2] 姚偉，李勇郎丰，王文雋. 美國(guó)平流層飛艇發(fā)展計(jì)劃和研制進(jìn)展. 航天器工程吩饶，2008，17(2): 69-75.
[3] 雷光新洛惹，劉巍唯乃，楊濤，等. 平流層飛艇螺旋槳初步設(shè)計(jì)方法. 導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù), 2011, 2: 1-4.
[4] 劉沛清. 空氣螺旋槳理論及其應(yīng)用.北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2006.（責(zé)編 良辰）
 

（單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)第三十八研究所 作者：黃 釗 鞠金山）

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