专利名称：把前缘护套安装在直升飞机的主旋翼叶片分总成上的装置和方法
技术领域：
本发明一般地涉及制造设备和方法，更具体的说，涉及把前缘护套安装在直升飞机主旋翼叶片分总成上的装置和方法。
背景技术：
在航空工业中，扩大各种各样的结构系列和动力学器械中使用复合材料的倾向正日益增长。使用复合材料的一种特定的应用是制造直升飞机的主旋翼叶片。
席科尔斯基(Sikorsky)飞机公司曾经开发了一种用于生产直升飞机的主旋翼叶片的平行制造工艺方案，其中，叶片分总成和前缘护套同时作为单独的构件进行生产，然后，把制成的叶片分总成和前缘护套组合成一体，成为装配好的主旋翼叶片。装配好的主旋翼叶片放在抓斗里，随后在高压釜中养护，成为成品主旋翼叶片。
在一种生产主旋翼叶片的现有技术工艺过程中，上述平行制造工艺方案中的叶片分总成部分是以把复合的壳体和蜂窝状芯子的组合件放在轮廓与叶片的上翼面相符的塑料凹穴内，然后利用许多定位销钉用手工定好翼展方向和翼弦方向的位置。一根涂覆了粘结剂的钛制翼梁，用手工与壳体和蜂窝状芯子的组合件联结在一起，并安置在蜂窝状芯子中的圆锥曲线内部。然后在蜂窝状芯子上涂覆一层粘结剂，再把第二个复合壳体放在上述蜂窝状芯子和翼梁的一部分上，同样也利用定位销钉定位。然后，把一个轮廓与叶片的下翼面相符的塑料盖放在上述第二复合壳体上，并且用许多夹子在叶片分总成上施加压紧力，使它与上述塑料凹穴配合联结在一起。
这一生产主旋翼叶片工艺方案的第二部分包括把前缘护套放在叶片分总成的暴露出来的前缘上。上述前缘护套制造成的形状使它不能直接插在叶片分总成上。而是必须把前缘护套的尾缘张开，才能让前缘护套插在叶片分总成上。现有技术中的护套张开工具包括若干分段倾斜的不锈钢板金属卡爪，这些卡爪布置在翼展方向，与前缘护套的后缘联结，与它的内模线(IML)表面(由复合材料制成)接触。现有技术卡爪的每一段都是借助于侧向凸轮杠杆单独致动的，从而张开前缘护套的后缘。
在叶片分总成的前缘上涂覆粘结剂，接着把叶片装配工具转动90度，使叶片分总成的前缘朝上。然后，用吊车把护套张开工具吊起来，再放下来，放在叶片分总成工具上，使得前缘护套位于叶片分总成前缘的上方。然后，利用许多螺杆把护套张开工具向该叶片分总成工具拉下来，直到护套张开工具与预定的工具挡块接触。这种“拉下”护套张开工具的过程会在前缘护套上产生很大的应力。然后，板状金属卡爪松开前缘护套的后缘，使得前缘护套固定在叶片分总成的前缘上。
在以上描述的工艺过程中使用的这种叶片分总成工具的最大缺点是，由许多与塑料凹穴和盖子联合工作的夹子施加在叶片分总成上的压紧力不适当。具体的说，这种由工具施加在叶片分总成上的压紧力，在整个叶片的翼展上分布得不均匀，因为每一个夹子只在它的翼展方向不连续的部位才在叶片分总成上产生最大压紧力。使用这种方法和叶片分总成的经验显示，当用这种夹子形成夹紧力时，一当完工的叶片从这种叶片分总成工具中取出来时，必须在压紧力下把叶片放入抓斗和高压釜内半小时，整个叶片总成才不会松脱。
除了在叶片分总成的整个翼展上形成的压紧力不适当之外，以上所描述的现有技术的叶片分总成工具在叶片分总成上形成的翼弦方向的压紧有效区域也不适当。由于在操作护套张开工具时，上述叶片分总成工具仍留在叶片分总成上，所以该叶片分总成工具必然不能完全伸展到叶片分总成的前缘上。因此，位于叶片分总成前缘附近的上、下翼面的壳体的各部分没有直接受到压紧，因而有可能没有可靠地固定在翼梁上。不完全压紧的一个缺点是，当前缘护套在叶片分总成的前缘上移动时，如果无论那一个复合材料的壳体从翼梁上分离开来，其结果是前缘护套的一个或者两个后缘就会在复合材料壳体的下面滑动，从而在前缘护套与叶片分总成之间形成不良的界面，造成装配好的叶片报废。
以上所描述的平行生产方案的另一部分是，用于把前缘护套与叶片分总成连接成一体的护套张开工具。现有技术中的卡爪，在张开前缘护套的后缘时，要对前缘护套的IML表面施加剪切作用力。现有技术中的卡爪所施加的剪切作用力可能在前缘护套的复合材料中形成裂纹和剥离，从而会造成部件的报废和返工。此外，在现有技术卡爪的工作过程中，卡爪可能会污染前缘护套清洁的粘结表面。另外，各段卡爪是按照顺序个别地动作的，因此，要把整个前缘护套张开，必须进行多次重复的操作过程。这不仅是一种繁重的重复劳动，而且费时，费用高，而且这种过程还会在前缘护套的后缘中产生不必要的应力。
在美国专利No.5,528,828“制造直升飞机主转子叶片的方法”和No.5,570,631“制造直升飞机主转子叶片的装置”中(这两个专利都转让给了联合技术公司，下文中分别称之为“‘828专利”和“‘631专利”)。如
图1和2所示，‘828专利和‘631专利中所公开的装置包括一个用于装配和压紧叶片分总成24的压紧夹具10，和一个在夹紧过程中用于把前缘护套22张开和插到叶片分总成24上去的护套张开/插入装置50，其中，叶片分总成24由一个上翼面壳体12，一个下翼面壳体18，一个芯子14和一个翼梁组件16组成。
上述压紧夹具10包括一个下部组件26和一个上部组件32，下部组件具有一个与一支承构件30组合在一起的成形的上翼面凹座28，上部组件有一个以密封的连接方式固定在成形的背板36上的压力袋34，上述背板36固定连接在结构支承构架38上。成形的上翼面凹座28包括许多用于把上翼面壳体12定位并对准连接在成形的上翼面凹座28上，以及许多背壁推动销钉39，用于在翼弦方向在上述成形的上翼面凹座28中对准翼梁组件16。固定在支承构架38上的翼梁支柱40使翼梁组件16在翼展方向在成形的上翼面凹座38中对准。把上部组件32和下部组件26锁定联结在一起，于是压力袋34便受到压力，把要装配的叶片分总成的部件12、14、16、18压紧。
上述护套张开/插入装置50包括一根可移动的支柱52；与支柱52联结在一起安装成能同步运动的上、下长支架构件54、56；以及安装成与支架构件54、56联结在一起的多排抽吸罩58、60。气动缸61、62布置在支柱52和各相应的支架构件54、56之间。气动缸61、62的加压使得上、下支架构件54、56能在一个脱开位置，一个啮合位置，和一个工作位置之间同步移动，其中，在脱开位置上时，上述前缘护套22能插入上排和下排抽吸罩58、60之间，在啮合位置上时，上述抽吸罩与前缘护套22上相应的外模线(OML)表面靠紧啮合，在工作位置上时，上述前缘护套22张开，以便在压紧的过程中插到叶片分总成24上。一个真空源64连接在上述抽吸罩58、60上，以便在啮合位置上，在抽吸罩中产生吸力，使得抽吸罩58、60与前缘护套22上相应的OML表面啮合，从而使上、下支架构件54、56能在随后向工作位置同步移动时，让前缘护套22张开。可移动的支柱52的运动使得张开后的前缘护套22在压紧时位于叶片分总成24上。
在使用以上所描述的叶片分总成工具时，上述’828专利和’631专利中所公开的方法和装置的一个缺点是，压紧夹具10不能在翼梁组件16和位置靠近叶片分总成24的前缘42的复合材料壳体12、18的各部分之间形成适当的压紧力。如图2所示，由于可移动的支柱52是在加压的过程中把前缘护套22放置在叶片分总成24上的，所以在叶片分总成24的前缘周围必须有足够的空隙，让可移动的支柱52实际上能够沿水平方向平移到适当的位置。因此，压力袋34没有完全覆盖叶片分总成24的前缘，因而上、下翼面的复合材料壳体12、18也就不能在那个区域中适当地压紧在翼梁组件16上。结果发现，这两个复合材料壳体12、18的前缘，也称作“榫”，可能会有在该前缘区域抬起来，离开翼梁组件16的倾向。这些榫各形成一个“台阶”，前缘护套22必须在这个台阶上与相应的复合材料壳体12、18重叠，以便在前缘护套22与叶片分总成24之间有一个适当的界面。如果这些榫抬起来离开翼梁组件16，那么前缘护套22就能在安装的过程中在榫的下面滑动，从而在前缘护套22与叶片分总成24之间形成不良的和不合格的界面。
此外，’828专利和’631专利中所公开的护套张开/插入装置50在结构上的缺点，还可能进一步增加安装过程中前缘护套22与叶片分总成24之间形成不良界面的可能性。具体的说，当前缘护套22定位在两排抽吸罩58、60之间，并且上、下支架构件54、56处在工作位置上时，前缘护套22的重量便会在下排抽吸罩60和下支架构件56上产生向下的力。已经发现，作用在下支架构件56上的向下的力不能被供入下气动缸62的压力所抵消，因此，下支架构件就有随着22的重量而向下偏移的倾向。此外，由于抽吸罩58、60中有橡胶的波纹管，前缘护套22的重量还会压扁下排抽吸罩60中的波纹管，而拉长上排抽吸罩58中的波纹管。作用在支架构件56上的向下的力，与下抽吸罩60的压扁倾向结合在一起，就使得22的后缘向下歪斜，以至于在前缘护套22与叶片分总成24之间发生对不准的情况。这种对不准的现象可以是这样的，即，当支架52沿水平方向移动，并且当前缘护套22接近叶片分总成24的前缘时，前缘护套22的歪斜可能使前缘护套22上部的后缘在榫的下方卡在复合材料壳体18的下翼面上，从而形成不良的界面。
和这个问题搅和在一起的是以下的事实，即，当支柱52位于压紧夹具10附近时，压紧夹具10和护套张开/插入装置50挡住了前缘护套22的后缘，使得操作者很难用目测来分辨，前缘护套22的后缘是否处在安装的适当位置上。一个补救这种不确定性的办法是，在对准前缘护套22的后缘时，把前缘护套22的后缘张开得更大一些(大于每一侧位移的最佳值1.27cm(0.5in.))，以使它一侧的后缘不容易在一个榫的下方卡住。然而，把后缘的每一侧张开得超过1.27cm(0.5in)的缺点是，前缘护套22中的复合材料和加热器面层很可能由于张开过分而产生的应力而更加容易报废和返工。
发明的公开因此，本发明的一个目的是提供一种用于在直升飞机主旋翼叶片分总成上安装前缘护套的设备和方法，它能够在翼展方向快速而均匀地张开上述前缘护套。
本发明的另一个目的是提供一种用于在直升飞机主旋翼叶片分总成上安装前缘护套的设备和方法，它能在张开前缘护套之后使前缘护套相对于直升飞机主旋翼叶片分总成保持正确的对准。
本发明的又一个目的是提供一种用于在直升飞机主旋翼叶片分总成上安装前缘护套的设备和方法，它能在直升飞机主旋翼叶片分总成插入前缘护套时，不遮挡看到前缘护套与直升飞机主旋翼叶片分总成之间的界面的视线。
本发明的上述和其他目的是由一种把前缘护套安装在直升飞机主旋翼叶片分总成上的设备来完成的，该设备包括一个下部总成和一个上部总成。上述下部总成包括一个连接在底座上的前缘护套仿形凹座，其中，上述前缘护套仿形凹座设计成用于支承上述前缘护套。在底座上还连接了相对的支架构件，其中，每一个相对的支架构件支承着许多抽吸罩，并且这些相对的支架构件能够在一个接触位置和一个脱开位置之间，相对于前缘护套仿形凹座作同步的直线移动，在上述接触位置上，上述许多抽吸罩与前缘护套压紧接触，在上述脱开位置上，上述许多抽吸罩脱离前缘护套。
一个真空装置与上述许多抽吸罩连通，其中，该真空装置能为这许多抽吸罩提供真空压力，当这些相对的支架构件处于接触位置时，该真空压力能在这许多抽吸罩与前缘护套之间产生吸力。
上述上部总成包括许多连接在下部总成的底座上的支柱，和一个与各支柱连接的仿形夹持器，并且各仿形夹持器能够相对于前缘护套仿形凹座作直线运动。上述仿形夹持器设计成用于支承直升飞机的主旋翼叶片分总成，使得这种仿形夹持器能便利把直升飞机的主旋翼叶片分总成插入前缘护套内。
在本发明中，上述这些目的还由一种把前缘护套安装在带前缘的压紧的直升飞机还主旋翼叶片分总成上的方法来达到。这种方法包括下列各步骤提供一种前缘护套安装装置，它有一个下部总成和一个上部总成，其中，上述下部总成包括连接在一个底座上的相对的支架构件，各相对的支架构件支承着许多抽吸罩，上述相对的支架构件能够同步作直线移动，一个真空装置与这些抽吸罩连通，其中，该真空装置能为这许多抽吸罩提供真空压力。上述上部总成包括许多带有许多用于支承上述压紧的直升飞机叶片分总成的仿形夹持器，这许多仿形夹持器能相对于上述下部总成作直线的相对运动。
上述方法还包括下列步骤在上述相对的支架构件之间支承上述前缘护套，使相对的支架构件进行直线的同步运动到达一个接触位置，使得上述许多抽吸罩与上述前缘护套靠紧接触，利用上述真空装置向上述许多抽吸罩提供真空压力，于是这种真空压力便在这许多抽吸罩与前缘护套之间产生吸力，使前缘护套获得张开的形状，利用上述许多仿形夹持器支承上述压紧的直升飞机叶片分总成，以及使上述许多仿形夹持器进行直线运动，把直升飞机的叶片分总成的前缘插入上述前缘护套中。
从以下的详细描述，将使本发明的其他目的和优点对于本技术领域的技术人员来说变得十分明显。在下面的详细描述中将以实现本发明的最佳方式来说明本发明的一些优选实施例。很容易理解，本发明可在不脱离本发明的发明构思的前提下，在各个不同的方面进行改进。因此，附图以及对附图的描述只能认为是说明性质的，而不是限制性的。
附图简述图1是一种现有技术的压紧夹具和护套张开/插入装置的立体图；图2是图1中的现有技术的装置的局部平面图；图3A是作为例子的H-60直升飞机的主旋翼叶片的顶视图；图3B是沿图3A中的3B-3B线的主旋翼叶片的横断面图；图3C是图3B中的前缘护套的放大后的局部立体图；图3D是图3A中示出的主旋翼叶片的翼梁组件的放大后的局部立体图；图4是包含了本发明的特点的叶片压紧装置的立体图；图5是图4中沿5-5线的叶片压紧装置的局部横断面图，其中包括了图3B中的主旋翼叶片的横断面图；图6是图4中沿6-6线的叶片压紧装置的横断面图，其中包括图3B中的主旋翼叶片的横断面图，其中显示了上部总成与下部总成配合联结的情形；图7是包含了本发明的特点的，支承图3D中的翼梁组件的支承装置的平面图；图8是图7中的翼梁组件和支承芯棒局部切掉后的平面图；图9是包含了本发明的特点的前缘护套安装装置的平面图；图10是显示了图9中的前缘护套安装装置的气动缸、抽吸罩、管道、真空泵和真空储蓄器等的示意图；图11是图9中的前缘护套安装装置的平面图，其中显示了叶片分总成的前缘正插入前缘护套中；图12是说明包含了本发明的特点的，制造叶片分总成的方法的流程图；以及图13是说明包含了本发明的特点的，把前缘护套安装在叶片分总成上的方法的流程图。
实施本发明的最佳模式下面将要进一步详细描述的设备和方法，包括了制造席科尔斯基飞机公司所制造的H-60直升飞机的主旋翼叶片的制造工艺方案一部分。但是，应该理解，本说明书中所描述的设备和方法可用于制造一般的主旋翼叶片。
主旋翼叶片一个H-60主旋翼叶片100例示于图3A-3D中，它包括一条前缘102和一条后缘104，前缘和后缘组合起来形成主旋翼叶片100的翼弦；以及一个根端106和一个顶端108，这两者组合起来形成主旋翼叶片100的翼展(主旋翼叶片100的顶罩109是单独制造的，连接在主旋翼叶片100的顶端108上)。主旋翼叶片100具有上、下翼面蒙皮110、112，这两者分别形成叶片100的上、下空气动力学表面；一个芯子114；一个翼梁组件116，以及一个前缘护套120。上述上下翼面蒙皮110、112，芯子114和翼梁组件116组合起来成为一个叶片分总成132。
在所描述的实施例中，上、下翼面蒙皮110、112都是用若干层本技术领域的技术人员公知的半固化的复合材料，例如，夹在适当的树脂基体中的编织的玻璃纤维材料制成的预制构件。许多相应的后缘工具接片130从上、下翼面蒙皮110、112的后缘延伸出来，其中，各后缘工具接片130上都有孔131。上述后缘工具接片130便利了上、下翼面蒙皮110、112在叶片装配过程中在翼展方向和翼弦方向的正确定位，下面将更加详细的讨论。
在所描述的实施例中，芯子114是用航天器材中通常使用的蜂窝状材料，例如NOMEX，制成的(NOMEX是杜邦公司为aramid纤维或织物注册的商标)，其作用是在上、下翼面蒙皮110、112之间作为一种重量轻的加强结构的成分。芯子114的前缘形状呈与翼梁组件116的后缘相配的圆锥形121。上翼面蒙皮110、下翼面蒙皮112和芯子114上有许多对准的定位孔134，以便于翼梁组件116在叶片压紧装置200中的定位，对此将在下文中进一步详细描述。在装配好主旋翼叶片100之后，用复合材料修补定位孔134，以使上翼面蒙皮110和下翼面蒙皮112具有空气动力学上光滑的表面。
翼梁组件116包括一根翼梁117，一个或多个配重118，以及若干后壁垫块119。翼梁117起主旋翼叶片100的主要结构件的作用，在直升飞机运转过程中，抵抗在主旋翼叶片100中产生的扭转、弯曲、剪切和离心力等各种动力载荷。本实施例中的翼梁117用钛制成，不过，在可替代的实施例中，上述翼梁117可以用其他金属制成，也可以用复合材料或者以上这些材料的组合物制成。
配重118是用来在静力学和动力学上平衡主旋翼叶片100的。在本实施例中，在从根端106到顶端108的翼展方向，上述配重118可以用从低密度到高密度的各种材料，例如，分别为泡沫塑料、钨、和铅等制成，以形成所需要的重量分布，以便使主旋翼叶片100达到静力学和动力学上的平衡。配重118制造成包括若干硬点136，这些硬点在配重118与前缘护套120的内模线(IML)之间形成了实质性的接触。配重118是这样用粘结剂粘结在翼梁117的前缘上的，即，使得粘结后的配重118介于前缘护套120与翼梁117的前缘之间。
后壁垫块119在几个与上翼面蒙皮110和芯子114上的定位孔134相对应的间断的位置上，用粘结剂粘结在翼梁117的后缘上。由于有了定位孔134，上述后壁垫块119方便了翼梁组件116在叶片加压装置200中的定位，这一点将在下文中详细描述。
在本实施例中，前缘护套120(在图3C中详细表示了该部件)是用复合材料和抗磨材料制成的预制混合构件。护套120在整体上呈U字形，包围了主旋翼叶片100的前缘102。护套120包括一层或多层半固化复合材料122，例如，夹在适当的树脂基体中的玻璃纤维编织材料，它形成了前缘护套120的内模线(IML)；一条第一耐磨带124；以及一条第二耐磨带126。这种前缘护套120为主旋翼叶片100的前缘102提供了耐磨保护，控制了主旋翼叶片100的翼面公差，并且容纳主旋翼叶片的除冰器组件(图中未示出)。
用来制造主旋翼叶片100的方法，包括叶片压紧装置200，支承装置300和前缘护套安装装置400的使用方法，将在下文中更加全面地描述。
叶片压紧装置请参阅图4，图中的叶片压紧装置200有一个其形状与上部总成250相配的下部总成202。下部总成202包括一个底座206，该底座有一个上翼面的仿形凹座208，其中，该上翼面的仿形凹座208的形状与叶片分总成132的上翼面相配，并且有一个与叶片分总成132的根端106相对应的内侧端210，和一个与叶片分总成132的顶端108相对应的外侧端212。两条导向斜轨214、216设置在上翼面的仿形凹座208的附近，即，导向斜轨214设置在上翼面的仿形凹座208的内侧端210附近，而导向斜轨216设置在上翼面的仿形凹座208的外侧端212附近。各导向斜轨214、216上都有一个斜面218，该斜面终止在圆锥形222上。此外，在每一条导向斜轨214、216上都装有一根螺栓224，当转动这根螺栓224时，它便能横过斜面218，向着圆锥形222移动。
在上翼面的仿形凹座208中有三个后板推动销钉的凹坑226，其在翼展方向和翼弦方向的位置与叶片分总成132中的定位孔134相对应。如图5所示，三个后板推动销钉228是用来与定位孔134和后板推动销钉的凹坑226组合在一起的，以便能使后板推动销钉228能在制造叶片分总成132的过程中作为各种工具来使用，这一点将在下文中更全面地描述。此外，在上翼面的仿形凹座208的前缘附近设置了三个前缘推进凸轮230，每个凸轮上有一个凸轮表面232，使得每一个前缘推进凸轮230都布置在翼展方向上与上述后板推动销钉的凹坑226相对应的位置上。前缘推进凸轮230的形状按照该技术领域公知的普通方式设计，当前缘推进凸轮230动作时，能使凸轮表面232沿着翼弦方向向着后板推动销钉228前进。
请参阅图4和图6，设置了一个在底座206上的真空源234，从该真空源延伸出来许多条管道236，其中的每一根管道236的终端在底座206上的相应的孔238处。在本实施例中，上述真空源234包括一台普通的真空泵，而这些孔238排成两排，一排的位置靠近上翼面的仿形凹座208的前缘，另一排的位置靠近上翼面的仿形凹座208的后缘。此外，在翼弦方向和翼展方向，与叶片分总成132的后缘工具接片130上的孔131相对应的位置上，在上翼面的仿形凹座208的附近，设置了排成一排的五个用弹簧加压的工具接片销钉240。
请参阅图4和图6，上部总成250包括一个支承着一块柔性的不透水的膜片254的支承构件252。在本实施例中，上述支承构件252用许多铰链256连接在底座206上，并使得支承构件252能够从第一位置转动到第二位置，在第一位置上，上述柔性的不透水的膜片254没有盖住上翼面的仿形凹座208，在第二位置上，上述柔性的不透水的膜片254盖住了上翼面的仿形凹座208。上述支承构件252，柔性的不透水的膜片254，上翼面的仿形凹座208和底座206是设计成这样连接在一起的，即，当支承构件252处于第二位置上时，上述柔性的不透水的膜片254就盖住上翼面的仿形凹座208，在支承构件252与底座206之间形成了气密密封。此外，当上述支承构件252处于第二位置时，上述柔性的不透水的膜片254和上翼面的仿形凹座208在它们之间围成一个模腔258。在本实施例中，底座206上的孔238是这样设计的，即，当真空源234开动时，该真空源234便抽空模腔258内的空气，从而把柔性的不透水的膜片254吸向上翼面的仿形凹座208。
支承装置请参阅图3A-3D、图4和图7，支承装置300是在制造叶片分总成132的过程中和叶片压紧装置200组合起来使用的。支承装置300包括一根设计成用于连接在翼梁117的根端106上的根端支承芯棒302；一根设计成用于连接在翼梁117的顶端108上的顶端支承芯棒304；一个连接在顶端支承芯棒304上的顶端齿轮箱306；一个连接在根端支承芯棒302上的顶端齿轮箱308；以及一个用于支承根端和顶端齿轮箱308、306的起重装置338。如图8所示，对于本实施例来说，上述根端支承芯棒302包括一个底座310，它有一对从其上延伸出来的构件312、314，这一对构件的形状设计成能插入翼梁117的根端106内。构件312中的一个构件有两根从其上延伸出来的，用弹簧加载的叉头316，用于与翼梁117上相应的一对孔117A连接，其作用是把根端支承芯棒302固定连接在翼梁117上。顶端支承芯棒304有若干插入翼梁117的顶端108中的倾斜凸缘320，这些凸缘上有许多孔322，这些孔与翼梁117的顶端108上的孔相对应，用于把顶罩109固定在叶片分总成132上。还设置了许多螺钉324，用于与上述孔322连接，从而把顶端支承芯棒304定位并固定在翼梁117上。
请参阅图6和图8，各支承芯棒302、304还包括两个导向构件326、328，这两个导向构件从其上向翼展方向延伸，其一端连接在齿轮箱连接板329上，以便于把支承芯棒302、304连接在与它们相对应的齿轮箱308、306上。在本实施例中，靠近翼梁组件116的后端的导向构件328是圆柱形的辊子，用于与导向斜轨214、216上的斜面218啮合。此外，各齿轮箱连接板329都有一个位于该连接板329一侧，靠近导向构件326、328的导向表面330。上述导向构件326、328和导向表面330都是用来与导向斜轨214、216结合的，以便在制造叶片分总成132的过程中正确地定位翼梁组件116。
请参阅图7和图8，上述顶端齿轮箱306和根端齿轮箱308各自设计成普通的齿轮传动装置，使得每一个齿轮箱306、308都能够在基本上垂直的方向上移动翼梁组件116，并且还能够使翼梁组件116绕它的总轴线123转动。在本实施例中，齿轮箱306、308各自设有可转动的曲柄334、336，一边用手动方式向垂直方向和/或转动方向驱动翼梁组件116。在可替代的实施例中，可以用电动机与齿轮箱306、308连接，以使翼梁组件116作垂直运动和/或旋转运动。
上述起重装置338具有一台在本技术领域公知的普通的天车，用于在制造现场提升材料。在本实施例中，升降装置338包括与各齿轮箱306、308连接的提升钢丝绳340，这样，升降装置338就能在垂直和/或水平方向移动齿轮箱306、308。
前缘护套的安装装置请参阅图9、10和11，前缘护套的安装装置400包括一个连接在上部总成450上的下部总成402。
下部总成402包括一个底座404，底座上安装了排成相对的两排的气动缸406。每一个气动缸406包括一个能随着压缩空气源410供入气动缸406。内的压缩空气而运动的移动构件408。相对的移动构件408与相对的支架构件412连接，其中，这些支架构件412用于支承许多抽吸罩414。气动缸406，支架构件412，以及抽吸罩414是这样设计的，即，相对的两排抽吸罩414能够随着压缩空气源410供入的压缩空气作同步运动。
在本实施例中，下部总成402还包括与四个真空储蓄器418连通的四台真空泵416，其中，这些真空储蓄器418利用许多相应的管道422与许多抽吸罩414连接。真空泵416和真空储蓄器418结合在一起的作用是为上述许多抽吸罩414提供吸力。在本实施例中，这许多抽吸罩414和它们相应的管道422分成四条回路，每一条回路与一个真空储蓄器418连接。许多阀424连接在上述管道422上，其作用是调节向许多抽吸罩414提供的真空压力。真空储蓄器418采用普通的设计，设计的预定容量能迅速向各抽吸罩414提供大约在676.73kPa-84.66kPa(20in.Hg-25in.Hg)之间的真空压力。在相对的两排抽吸罩414之间设置了一个前缘护套的仿形凹座420，用于支承前缘护套120。在可替代的实施例中，为了符合那些实施例的操作需要，真空泵416、真空储蓄器418和回路的数量与本实施例中的不同。
上部总成450包括五根支柱452，这五根支柱基本上从底座404垂直地延伸出来，其翼展方向的位置与叶片分总成132的后缘工具接片130的位置相对应。每一根支柱452上都连接着一个仿形夹持器454，其中，每一个仿形夹持器454包括一个仿形表面456，一个铰接的固定构件458，和一根工具接片销子460。上述仿形表面456和铰接的固定构件458用于把叶片分总成132夹住在它们中间，其中，工具接片销子460的作用是与叶片分总成132的工具接片130连接，以便正确定位叶片分总成132。在本实施例中，每一个仿形夹持器454都能够处在一个张开的状态和一个合拢的状态，在张开的状态下，铰接的固定构件458的位置远离仿形表面456，而在合拢的状态下，铰接的固定构件458的位置靠近仿形表面456，并且起着固定叶片分总成132的作用。此外，上部总成450还包括在上述仿形表面456上形成的三个后壁推进销的凹槽451和/或在相邻的仿形夹持器454之间延伸的跨接构件(图中未示出)，并且在翼展方向和翼弦方向的位置与叶片分总成132上的定位孔134相对应。
上述仿形夹持器454是这样连接在支柱452上的，即，这些仿形夹持器454能够相对于前缘护套的仿形凹座420移动。在本实施例中，在普通的齿轮传动装置中设置了一个旋转手轮462和差动器464，并且使它们与仿形夹持器454联结，以便用手工推动仿形夹持器454相对于仿形凹座420作直线移动。在可替代的实施例中，上述直线移动可以利用电动机和/或液压装置来完成。
制造叶片分总成的方法下面，参照在图3A-D和4-8中描述的叶片分总成132，叶片压紧装置200，以及支承装置300，并参照图12中的流程图，详细描述制造上述叶片分总成132的方法。
在步骤500中，把上翼面蒙皮110和芯子114放置在上翼面凹座208上。在本实施例中，上翼面蒙皮110和芯子114是在放置在上翼面凹座208之前用粘结剂粘结在一起的，以便缩短制造的时间。在步骤502中，上翼面蒙皮110和芯子114的组合体借助于把后缘工具接片130上的孔131套在用弹簧加压的工具接片销钉240上，而在翼展方向和翼弦方向都位于上翼面凹座208上了。此外，后板推动销钉228穿过芯子114和上翼面蒙皮110上的定位孔134，插入后板推动销凹坑226内。
在本实施例中，用于把叶片的翼梁粘结在蒙皮/芯子组合体上的，在本技术领域中公知的粘结剂(图中未示出)，是在进行步骤504之前涂覆在翼梁组件116上的。在步骤504中，把根端支承芯棒302连接在翼梁117的根端106上，而把顶端支承芯棒304连接在翼梁117的顶端108上。在步骤506和508中，把根端支承芯棒302连接在根端齿轮箱308上，把顶端支承芯棒304连接在顶端齿轮箱306上，然后再把两个齿轮箱306、308与卷扬钢丝绳340连接，以使翼梁组件116由起重装置338来支承。
在步骤510中，翼梁组件116用起重装置338吊起来，并且以下述方式定位，即，根端支承芯棒302在上翼面仿形凹座208的内侧端210处靠近导向斜轨214，而顶端支承芯棒304则在上翼面仿形凹座208的外侧端212处靠近导向斜轨216。在步骤512中，上述根端支承芯棒302和顶端支承芯棒304两者的导向构件326、328都和导向斜轨214、216中的倾斜表面218接触。然后，借助于使顶端支承芯棒304上的导向表面330靠住上翼面仿形凹座208的外侧端212上的导向斜轨216，使翼梁组件116在翼展方向定位。在步骤514中，使根端齿轮箱308与根端支承芯棒302脱开，并使顶端齿轮箱306与顶端支承芯棒304脱开。
在步骤516中，借助于用螺栓224把导向构件326、328推动到斜面218内，直到导向构件328在每一个斜面218中都接近圆锥形222周围的翼梁组件116的后缘，使翼梁组件116的根端106和顶端108正确地在翼弦方向定位。翼梁组件116的根端106和顶端108的正确定位并不一定要保证翼梁组件116的其余部分都在翼展方向正确地对准。为了把整个翼梁组件116正确地在翼弦方向定位，在步骤518中，驱动前缘推动凸轮230，使凸轮表面232与翼梁组件116上的硬点136接触，并驱动翼梁组件116的后板挡块119靠在后板推动销钉228上。应该理解，上述后板推动销钉228在翼弦方向在这样的位置上，即，后板挡块119与后板推动销钉228之间的接触保证了翼梁组件116的后缘正确地安置在由芯子114所围成的圆锥形121中。在翼梁组件116正确定位滞后，把粘结剂(图中未示出)涂敷在芯子114和翼梁组件116上，准备接受下翼面蒙皮112。
在步骤520中，把下翼面蒙皮112放置在芯子114和翼梁组件116上，并利用下翼面蒙皮112的后缘工具接片130与弹簧加压的工具接片销钉240连接而在翼展方向和翼弦方向定位。在步骤522中，用一块抛光板242盖在叶片分总成132上(见图6)，以便在压紧过程中借助于柔性的不透水的膜片254，均匀地分配施加在叶片分总成132上的压紧力。在步骤524中，把一个玻璃纤维通气袋244盖在抛光板242上(见图6)，一边在压紧过程中有助于把捕集在抛光板242与柔性的不透水的膜片254之间的空气抽出来，并减少叶片分总成132与柔性的不透水的膜片254之间的摩擦。
在步骤256中，把支承构件252转动到第二位置并固定在该位置上，使得柔性的不透水的膜片254盖住叶片分总成132和上翼面仿形凹座208，从而在这两者之间形成气密的模腔258。在步骤528中，启动真空源234，从模腔258内抽出空气。在本实施例中，由真空源234所提供的真空压力大约等于44.02kPa(13in.Hg)。从模腔258内部把空气抽出来，就使柔性的不透水的膜片254被拉向上翼面仿形凹座208，从而在叶片分总成132的构件上施加了压紧力。在本实施例中，当真空压力大约等于44.02kPa(13in.Hg)时，在大约30分钟的压紧期内，能为叶片分总成132提供适当的压紧力。
在步骤530中，停止真空源234，然后转动支承构件252回到第一位置，于是柔性的不透水的膜片254不再盖住叶片分总成132。为把压紧后的叶片分总成132从叶片压紧装置200中卸下来作准备，先要把通气袋244、抛光板242、前缘推动凸轮230和后板推动销钉228都卸下来。在步骤532和534中，重新把根端支承芯棒302连接在根端齿轮箱308上，把顶端支承芯棒304连接在顶端齿轮箱306上，再把两个齿轮箱306、308重新连接在卷扬钢丝绳340上，以使叶片分总成132由起重装置338来支承。
在步骤536中，松开螺栓224，于是导向构件326、328便滑动到斜轨表面218的外部，使得根端支承芯棒302和顶端支承芯棒304不再受到叶片压紧装置200的约束。然后，用支承装置300把叶片分总成132从叶片压紧装置200运送到前缘护套安装装置400上。
安装前缘护套的方法下面，参阅图3A-3D和图7-11中的叶片分总成132、支承装置300和前缘护套安装装置400，详细描述图13中的把前缘护套120与压紧的叶片分总成132组合在一起的安装方法的流程图。
在步骤600中，在准备将前缘护套120在前缘护套安装装置400内移动时，先检查两排相对的抽吸罩414，以保证抽吸罩414处在指定的位置上，此时，两排相对的抽吸罩414隔开的距离要大于前缘护套120的宽度Wles(见图3C)。在步骤602中，把前缘护套120放置在前缘护套的仿形凹座420内，并借助于将前缘护套120的顶端靠在工具挡块(图中未示出)上使它在翼展方向定位。在步骤604中，借助于气动缸406使两排相对的抽吸罩414移动到一个接触位置，使得每一个抽吸罩414都与前缘护套120后缘的相应的外模线(OML)表面紧靠接触。
在步骤606中，开动真空泵416，于是在各相应的真空储蓄器中就储存了真空压力。在步骤608中，打开阀424，为各抽吸罩414提供储存在真空储蓄器418内的真空压力，从而在各抽吸罩414与前缘护套120的OML表面之间产生吸力。在本实施例中，抽吸罩414都是波纹管形状的结构，当阀424打开时，各抽吸罩414的波纹管形状的部分被压扁，从而使得前缘护套120后缘的OML表面被拉向相对的支架构件412。在本实施例中，抽吸罩414的结构是这样的，即，当真空压力大约达到67.73kPa和84.66kPa(20in.Hg和25in.Hg)之间时，各抽吸罩414的波纹管形状的部分压扁了大约1.27cm(0.5in.)，所以前缘护套120的宽度Wles大约增大了2.54cm(1in.)。在可替换的实施例中，抽吸罩414的结构和施加在抽吸罩414上吸力的大小可以与本实施例中的不同，以增大或减小前缘护套120张开的宽度。此外，气动缸406可用于移动两排相对的抽吸罩414互相远离，以使前缘护套120能额外地张开。
在把叶片分总成132组合在前缘护套安装装置400之前，可以在叶片分总成132的前缘133上涂敷粘结剂(图中未示出)，以便用于把前缘护套120粘结在叶片分总成132上。在步骤610中，调整支承装置300的根端和顶端齿轮箱306、308，以保证叶片分总成132基本上处于垂直方向上，而叶片分总成132的前缘133朝向下方。在步骤612中，将后板推动销钉228插入前缘护套安装装置400的上部总成450中的后板推动销钉凹坑451中，而仿形夹持器454处于打开的形状，以使铰接的固定构件458处于离开仿形表面456的远端位置上。在步骤614中，用支承装置300把叶片分总成132移动到打开的仿形夹持器454上，并放入其中，使得后板推动销钉228穿过上翼面蒙皮110上的定位孔134，并使工具接片销钉460穿过相应的工具接片孔131，从而保证叶片分总成132在前缘护套的安装装置400中正确的对准。在步骤616中，使仿形夹持器处于闭合形状，使得铰接的固定构件458处于与叶片分总成132的下翼面蒙皮112紧靠接触的位置上，从而使叶片分总成132固定在仿形夹持器454中。
在步骤618中，使根端308脱离根端支承芯棒302，并使顶端齿轮箱306脱离顶端支承锌板304。在步骤620中，利用旋转手轮462使仿形夹持器454向下移动，使得叶片分总成132的前缘133插入张开的前缘护套120中。在步骤622中，用目力检查叶片分总成132的前缘133和前缘护套120，以保证叶片分总成132的前缘133正确地插入前缘护套120中，并使前缘护套120的后缘重叠在上翼面蒙皮110和下翼面蒙皮110上。具体的说，步骤622是一个检查步骤，以保证前缘护套120的后缘不会造成上翼面蒙皮110或下翼面蒙皮112和翼梁组件116之间的分离。
在步骤624中，关闭设置成与管道422连接在一起的阀424，切断向许多抽吸罩414的真空压力的供应，从而使前缘护套120套在叶片分总成132的前缘133上。在步骤626中，利用旋转手轮462使仿形夹持器454向上移动，使得装配好的主旋翼叶片100离开两排相对的抽吸罩414。在步骤628和630中，重新把根端支承芯棒302连接在根端齿轮箱308上，把顶端支承芯棒304连接在顶端齿轮箱306上，然后，再把两个齿轮箱306、308重新连接在卷扬钢丝绳340上，于是主旋翼叶片100就由起重装置338来支承。
在步骤632和634中，张开仿形夹持器454，于是主旋翼叶片100便与工具接片销钉460和后板推动销钉228分离，使得主旋翼叶片100能用支承装置300从前缘护套安装装置400上移开。
本技术领域的普通技术人员能够很容易地看出，本发明达到了以上提出的全部目的。在读了以上的说明书以后，本技术领域的技术人员能够对本发明作各种变化和等同物替代，并实现在本说明书中所广泛公开的其他方面。因此，本发明的保护范围只应由本申请的权利要求书及其等同物来限定。
权利要求
1.一种把前缘护套安装在直升飞机主旋翼叶片分总成上的设备，上述设备包括(a)一个下部总成，该总成包括一个底座；一个连接在上述底座上的前缘护套仿形凹座，上述前缘护套仿形凹座的形状用于支承上述前缘护套；若干连接在上述底座上的相对的支架构件，上述各相对的支架构件支承着许多抽吸罩，上述相对的支架构件能够在一个接触位置和一个脱开位置之间，相对于前缘护套仿形凹座作同步的直线移动，在上述接触位置上，上述许多抽吸罩与前缘护套压紧接触，在上述脱开位置上，上述许多抽吸罩脱离前缘护套；以及一个与上述许多抽吸罩连通的真空装置，该真空装置能为上述许多抽吸罩提供真空压力，当这些相对的支架构件处于接触位置时，该真空压力能在这许多抽吸罩与前缘护套之间产生吸力；以及(b)一个与上述下部总成下部总成组合在一起的上部总成，上述上部总成包括许多连接在上述上部总成的底座上的支柱；连接在上述每一根支柱上的仿形夹持器，上述每一个夹持器都能相对于上述前缘护套仿形凹座作直线运动，上述仿形夹持器的形状设计成用于支承上述直升飞机主旋翼叶片分总成，于是上述仿形夹持器便起到了便于将上述直升飞机主旋翼叶片分总成插入上述前缘护套的作用。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，上述真空装置包括一个与真空储蓄器连接的真空源，于是，上述真空源与真空储蓄器组合起来起向上述许多抽吸罩提供真空压力的作用。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，上述下部总成还包括介于上述底座与上述相对的支架构件之间的气动缸，并且有一个压力源与该气动缸连通，于是上述气动缸便能随着从上述压力源输入压力而动作，使得上述这些相对的支架构件相对于上述前缘护套仿形凹座作同步的直线运动。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，它还包括与上述底座，上述许多支柱，以及上述许多仿形夹持器组合在一起的一个旋转手轮和差动装置，以使上述旋转手轮和差动装置能随着用手动向上述旋转手轮输入动力，用机械方式迫使上述仿形夹持器相对于上述前缘护套仿形凹座作直线运动。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，上述各仿形夹持器有一个仿形表面和一个铰接的固定构件，使得上述各仿形夹持器能够处在一个打开的形状和一个闭合的形状，在打开的形状下，上述铰接的固定构件处于远离上述仿形表面的位置，在闭合的形状下，上述铰接的固定构件处于靠近上述仿形表面的位置。
6.一种把一个前缘护套组合安装在一个有前缘的压紧的直升飞机主旋翼叶片分总成上的方法，上述方法包括下列步骤(a)提供一个前缘护套安装装置，该装置有一个下部总成和一个上部总成，上述下部总成包括连接在一个底座上的相对的支架构件，各相对的支架构件支承着许多抽吸罩，上述相对的支架构件能够同步作直线移动；一个真空装置与这些抽吸罩连通，该真空装置能为这许多抽吸罩提供真空压力；上述上部总成包括许多带有许多用于支承上述压紧的直升飞机叶片分总成的仿形夹持器的柱子，这许多仿形夹持器能相对于上述下部总成作直线的相对运动；(b)在上述相对的支架构件之间支承上述前缘护套；(c)使上述相对的支架构件进行直线的同步运动，到达一个接触位置，使得上述许多抽吸罩与上述前缘护套靠紧接触；(d)利用上述真空装置向上述许多抽吸罩提供真空压力，于是这种真空压力便在这许多抽吸罩与前缘护套之间产生吸力，使前缘护套获得张开的形状；(e)利用上述许多仿形夹持器支承上述压紧的直升飞机叶片分总成；以及(f)使上述许多仿形夹持器进行直线运动，把直升飞机的叶片分总成的前缘插入上述前缘护套中。
全文摘要
一种用于把前缘护套安装在直升飞机主旋翼叶片分总成上的设备和方法,该设备包括一个下部总成(402),该下部总成具有用于支承上述前缘护套的,连接在上述底座上的前缘护套仿形凹座,若干连接在上述底座上的相对的支架构件(412),上述各相对的支架构件支承着许多抽吸罩(414),并且能够在一个接触位置和一个脱开位置之间,相对于前缘护套仿形凹座作同步的直线移动,在上述接触位置上,上述许多抽吸罩与前缘护套压紧接触,在上述脱开位置上,上述许多抽吸罩脱离前缘护套。一个与上述许多抽吸罩连通的真空装置,该真空装置能为上述许多抽吸罩提供真空压力,当这些相对的支架构件处于接触位置时,该真空压力能在这许多抽吸罩与前缘护套之间产生吸力。一个与上述下部总成组合在一起的上部总成(450),它包括:许多连接在上述下部总成的底座上的支柱(452),以及连接在上述每一根支柱上的仿形夹持器(454),上述每一个夹持器都能相对于上述前缘护套仿形凹座作直线运动。上述仿形夹持器的形状设计成用于支承上述直升飞机主旋翼叶片分总成(132),上述仿形夹持器能起便于将上述直升飞机主旋翼叶片分总成插入上述前缘护套的作用。
文档编号B64F5/00GK1252753SQ98804229
公开日2000年5月10日 申请日期1998年3月25日 优先权日1997年4月16日
发明者K·P·莱希, C·D·琼斯, D·A·科瓦利斯基 申请人:西科尔斯基飞机公司