一种法兰式锥套连接风洞叶片结构的制作方法

1.本实用新型涉及叶片结构技术领域，更具体的说是涉及一种法兰式锥套连接风洞叶片结构。


背景技术：

2.为适应航空航天器发展要求，风洞在升级改造新建和未来发展方面呈现出的新趋势，低速、跨声速、超声速、高超声速各类型风洞得到快速发展，风洞规模和性能指标不断提高。大型低速风洞具有总压变化宽、雷诺数变化范围大、流场品质好等优点，因此大型低速风洞需求近年来不断提高。大型低速风洞叶轮直径约10m，弦长约1.6m，功率达280mw，这要求叶片具有很高的动态性能(频率、强度和刚度)，为了满足多工况需求，要求叶片具有变距功能。
3.现有风洞叶片变距主要采用法兰连接和键槽连接，这两种变距结构都需要变距轴与叶片连接，通过变距轴调节叶片角度，轮毂系统设计比较复杂，增加轮毂重量；传统叶片结构设计都是通过调节布层弦长方向宽度和垂直弦长方向厚度来设计叶片结构，内部填充泡沫或者支撑梁，这种设计结构不能最大发挥材料自身性能，只能选用高强度的材料和增加结构尺寸来满足叶片强度和刚度的要求，这导致生产成本的增加和材料的限制。
4.因此，如何提供一种动态性能更高的叶片结构是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型旨在提供一种法兰式锥套连接风洞叶片结构，以至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种法兰式锥套连接风洞叶片结构，包括叶片主体、连接部件和法兰锥套组件；
8.所述叶片主体包括主支撑筋、副支撑筋、连接结构一和蒙皮；所述主支撑筋的一端为连接端，另一端向叶尖方向发散并延伸，所述副支撑筋沿所述主支撑筋的周侧缠绕固定，形成叶片框架结构，所述连接结构一固定在所述主支撑筋的连接端，所述蒙皮包覆固定在所述叶片框架结构上；
9.所述连接部件两端分别对应为连接结构二和连接结构三，所述连接结构二与所述连接结构一可拆卸连接，所述连接结构三与所述法兰锥套组件可拆卸连接，并通过法兰锥套组件固定在轮毂安装盘上。
10.优选的，在上述的一种法兰式锥套连接风洞叶片结构中，所述主支撑筋的连接端外部套设并固定有定位环。
11.优选的，在上述的一种法兰式锥套连接风洞叶片结构中，所述连接结构一为多块预埋金属块，且两端均为倒楔形；
12.所述主支撑筋包括多簇分支支撑筋，分支支撑筋的端部为连接块，且相邻分支支
撑筋的连接块之间存在与所述预埋金属块对应的楔形间隙，另一端分散为多根并向叶尖方向延伸，每个所述连接块通过两个所述预埋金属块的楔形端夹紧固定；
13.所述连接结构二为限位台，限位台的拼接面设有与多个所述分支支撑筋配合的限位槽，并与之对应卡接。
14.优选的，在上述的一种法兰式锥套连接风洞叶片结构中，每根所述分支支撑筋的连接块均处于相邻的两个预埋金属块之间，通过一体成型固化，另一端从叶尖方向沿预埋金属块进入并延伸至叶尖位置，所述定位环的内壁与固化后的所述预埋金属块的外壁对应。
15.优选的，在上述的一种法兰式锥套连接风洞叶片结构中，多根所述分支支撑筋的延展段分散延伸延伸至叶尖，副支撑筋缠绕在在分支支撑筋的外侧，形成网格状支撑结构，所述蒙皮包裹在网格状支撑结构的工作面和非工作面。
16.优选的，在上述的一种法兰式锥套连接风洞叶片结构中，所述连接结构三为圆盘结构，所述圆盘结构和所述限位台之间通过连接杆固定连接。
17.优选的，在上述的一种法兰式锥套连接风洞叶片结构中，所述法兰锥套组件为拼接形成的法兰盘结构，法兰盘结构的边缘设有环状的限位凸起，且中部开有嵌合孔，所述嵌合孔的内壁形成锥形面一；
18.所述连接结构三的侧壁面为与所述嵌合孔适配的锥形面二，并与之嵌合卡接。
19.优选的，在上述的一种法兰式锥套连接风洞叶片结构中，所述轮毂安装盘的外缘设有与所述限位凸起适配的限位凹槽，将所述法兰锥套组件的限位凸起嵌入所述轮毂安装盘的限位凹槽，所述连接结构三与所述法兰锥套组件对位嵌合，然后通过螺栓将所述法兰锥套组件和轮毂安装盘固定，所述嵌合孔的锥形面一压紧所述连接结构三的锥形面二，在摩擦力的作用下锁紧叶片主体在轴向方向的转动。
20.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种法兰式锥套连接风洞叶片结构，其主要效果及优点在于：
21.通过主支撑筋和副支撑筋形成的网格状支撑结构作为叶片的主要承力结构，将其与蒙皮分别成型，更便于生产，且成型后产品的力学性能更好，能够满足更为复杂的变距要求和更高的叶片动态性能；
22.对材料要求更低，限制更少，更有利于节约成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型的整体结构示意图；
25.图2为本实用新型的剖视图；
26.图3为本实用新型中轮毂安装盘接口示意图；
27.图4为本实用新型中法兰锥套组件的结构示意图；
28.图5为本实用新型中法兰锥套组件的剖视图；
29.图6为本实用新型中连接部件的结构示意图；
30.图7为本实用新型中连接部件的剖视图；
31.图8为本实用新型中叶身主体的结构示意图；
32.图9为本实用新型中预埋金属块结构示意图；
33.图10为图2中a处的放大示意图；
34.图11为图2中k处的放大示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
37.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.请参阅附图1-11，为本实用新型的一种法兰式锥套连接风洞叶片结构，包括叶片主体1、连接部件2和法兰锥套组件3；
39.叶片主体1包括主支撑筋10、副支撑筋11、连接结构一12和蒙皮13；主支撑筋10的一端为连接端，另一端向叶尖方向发散并延伸，副支撑筋11 沿主支撑筋10的周侧缠绕固定，形成叶片框架结构，连接结构一12固定在主支撑筋10的连接端，蒙皮13包覆固定在叶片框架结构上；
40.连接部件2两端分别对应为连接结构二20和连接结构三21，连接结构二 20与连接结构一可拆卸连接，连接结构三21与法兰锥套组件3可拆卸连接，并通过法兰锥套组件固定在轮毂安装盘4上。
41.为了进一步优化上述技术方案，轮毂安装盘4的开有连接法兰锥套组件3 的法兰孔，并通过轮毂安装盘4固定在轮毂5的轮毂定位孔50上。
42.为了进一步优化上述技术方案，主支撑筋10的连接端外部套设并固定有定位环14，限制预埋金属块的径向移动。
43.为了进一步优化上述技术方案，连接结构一12为多块预埋金属块，且两端均为倒楔形，共设有四个；
44.主支撑筋10包括三簇分支支撑筋100，分支支撑筋100的端部为连接块，且相邻分支支撑筋100的连接块之间存在与预埋金属块对应的楔形间隙，另一端分散为多根并向叶尖方向延伸，每个连接块通过两个预埋金属块的楔形端夹紧固定；
45.连接结构二20为限位台，限位台的拼接面设有与多个分支支撑筋100配合的限位槽，并与之对应卡接。
46.具体的，与定位环14固定的预埋金属块，其与定位环14内壁的接触面为适配的圆弧面，另一侧为与分支支撑筋100对应的楔形面。
47.具体的，每个分支支撑筋100的连接块均被相邻的两个预埋金属块夹紧固定，通过一体成型固化，另一端从叶尖方向沿预埋金属块进入并延伸至叶尖位置，定位环14的内壁与固化后的预埋金属块的外壁对应。
48.为了进一步优化上述技术方案，多根分支支撑筋100的延展段分散延伸延伸至叶尖，副支撑筋11缠绕在在分支支撑筋100的外侧，形成网格状支撑结构，蒙皮13包裹在网格状支撑结构的工作面和非工作面，蒙皮13的厚度根据网格大小和气动力大小调整，蒙皮13厚度可达到0.5mm。
49.为了进一步优化上述技术方案，连接结构三21为圆盘结构，圆盘结构和限位台之间通过连接杆22固定连接。
50.具体的，限位台的一端与连接杆22固定，另一端呈方形，且方形端面设有多个条状凸起，条状凸起上均开有与预埋金属块的对应的倒楔形限位孔。
51.为了进一步优化上述技术方案，法兰锥套组件3为拼接形成的法兰盘状结构，由两个半圆环状的分体锥套31组成，分体锥套31的内环壁呈锥形，其外缘侧设有限位凸起，且开有多个法兰孔，两个分体锥套31拼接后，中部形成嵌合孔，嵌合孔的内壁形成完整的锥形面一30；
52.轮毂安装盘4的外缘设有与限位凸起适配的限位凹槽，将分体锥套31的限位凸起嵌入轮毂安装盘4的限位凹槽中，然后将连接结构三21固嵌在两个分体锥套31的嵌合孔内，当分体锥套31与轮毂安装盘4通过法兰孔和螺栓固定后，连接结构三21被限制在两个分体锥套31内，螺栓与轮毂安装盘4 上螺纹孔拧紧，分体锥套31向回转中心移动，嵌合孔的锥形面一30压紧连接结构三21的锥形面二210，在摩擦力的作用下轮毂安装盘4的端面锁紧叶片主体1在轴向方向的转动，在摩擦力作用下锁紧叶片轴线方向转动。
53.具体的，本方案中叶片结构与传统叶片结构的区别在于：
54.传统叶片结构都是采用蒙皮13或者主梁承受气动力和离心力，所有结构一体成型，而本方案中叶片结构主承力结构是主支撑筋10和副支撑筋11组成的网格状支撑结构，蒙皮13仅仅起到保证外形的作用。
55.具体的，本方案中叶片结构的成型方法在于：成型时蒙皮13可以和主支撑筋10和副支撑筋11组成网格状支撑结构分别成型，分别成型后通过粘接实现产品的最终成型，为了提高成型质量可以选择工作面或者非工作面其中一面与主支撑筋10和副支撑筋11组成网格状支撑结构一体成型，成型时在每个网格内部放置可加热膨胀的材料，如硅胶，通过膨胀材料的支撑很容易实现一体固化成型，成型后取出加热膨胀材料，将已经生产的蒙皮13与其粘接固化。
56.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
57.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。