CN1996504B - 能量和/或信号传输线缆以及具有这种线缆的旋翼叶片 - Google Patents

Abstract

尤其是一种旋翼飞机的纤维复合材料-旋翼叶片，该旋翼叶片具有一种事先确定的旋翼叶片型材，该旋翼叶片型材具有一种预先确定的型材-外轮廓，该旋翼叶片包括一个具有上、下各一层蒙皮和一个布置其间的型材芯的FVW-旋翼叶片结构；至少一个沿着旋翼叶片的翼展方向集成在FVW-旋翼叶片结构中的具有高伸展性的线缆，该线缆可与一个可安装在FVW-旋翼叶片结构上面或里面的功能装置相连接。所述线缆是一种具有高伸展性的能量和/或信号传输线缆，它包括至少一条线缆束和至少一个第一线缆芯线，所述线缆束具有至少一根由一种电绝缘的弹性塑料材料制成的第一线缆芯，而第一线缆芯线则按一个预先确定的螺旋角螺旋状地和无交叉地围绕着所述第一线缆芯进行卷绕。

Description

能量和/或信号传输线缆以及具有这种线缆的旋翼叶片

技术领域

本发明涉及一种能量和/或信号传输线缆以及一种具有这种线缆的旋翼叶片，尤其是一种旋翼飞机旋翼叶片。

背景技术

在现代旋翼飞机如直升飞机的旋翼中，由于其特殊的对很高的交变的动态和空气动力学负荷的适应能力，所以使用独特的纤维复合材料-旋翼叶片(纤维复合材料以下也简称为“FVW”)。所述旋翼叶片近年来越来越多地装备了专门的功能装置，这些功能装置比如可以有针对性地影响旋翼的空气动力学及声学性能。这样的功能装置可以比如是用于布置在旋翼叶片尖端附近的可调节的旋翼叶片-阀板的执行器、安装在旋翼叶片上的传感器、一种在旋翼叶片中的加热装置或类似装置。尤其电致动或电控制的压电执行器适合用作可调节的旋翼叶片阀板的执行器。为了向所述的功能装置供给能量或者为了从这样的功能装置以及向这样的功能装置传输信号或数据，有必要使用能量和信号传输线缆。这样的线缆必须从旋翼头部侧的接口或旋翼叶片的叶片连接区开始经常经过旋翼翼展的大部分一直延伸到功能装置(并且必要时再次返回)。

在持续的旋翼运行中，旋翼叶片由于巨大的高达约1000克或更多的离心力负荷而经受极端的负荷和应变。此外，所述旋翼叶片因在旋翼叶片旋转过程中产生的交变的动态的和空气动力学的力而严重变形。因此，所述旋翼叶片在旋翼叶片旋转过程中进行冲击运动、回转运动和扭转运动，从而导致FVW-旋翼叶片结构的扭曲和扭转。如果现在给该旋翼叶片装备能量和信号传输线缆，则因此表明，在所描述的高动态负荷下很快导致线缆芯线或导线的失灵或断裂。尤其导电的具有金属芯线或导线的信号和能量传输线缆失灵速度相当快。由此无法保证该线缆足够的耐用性。另一方面由此产生这一情况，即无法保证相关功能装置的可靠运行，这些功能装置用一种这样的线缆供给能量或者通过一种这样的线缆得到或发送信号。如果该线缆失灵，那就必须更换或维修所属的其中安装了该线缆的旋翼叶片。但这就在技术上和经济上产生很高的开销。

此外，在特定的应用情况或线缆结构形式比如同轴线缆或类似情况中，有必要对线缆的芯线/导线进行屏蔽。但事实已经表明，这些线缆的屏蔽在上述很高的离心力负荷下失灵速度太快，从而无法保证可靠的屏蔽。

此外，将能量和/或信号传输线缆安装在所述旋翼叶片中费用很高。以往将前面所述类型的传统线缆敷设在旋翼叶片中的线缆管道中，这里的线缆管道简单地设置在FVW旋翼叶片结构及预先确定的旋翼叶片型材中。此外，将该线缆粘牢在线缆管道中并且将该管道盖住、用填料填塞并且随后将填料打磨，用于得到必要的与旋翼叶片的一种预先确定的型材-外轮廓之间的轮廓精度。这种轮廓精度具有特别的意义，因为所述旋翼叶片型材基本上在旋翼叶片的整个翼展范围内都是起空气动力学作用的型材，并且与一个预先确定的额定-型材-外轮廓之间的任何偏差都会导致对该旋翼叶片的空气动力学性能的不良影响。如果所述如此安装的线缆失灵，那就有必要再次拆开并去除填塞的填料，其中应该注意，在该过程中不得损坏起支承作用的FVW-旋翼叶片结构。因此，线缆在FVW-旋翼叶片中的重复安装和拆卸耗费极高，并且产生很高的制造或安装开销和大量的费用。因此值得期待的是能够降低这种线缆的安装或拆卸开销。

发明内容

本发明的任务或者说所述技术问题是，对尤其用在承受离心力负荷的旋翼中的尤其因伸长而承受机械或动态高负荷的线缆的耐久性和持续传输性能进行改进。

该任务通过一种具有权利要求1所述特征的按本发明的具有高伸展性的能量和/或信号传输线缆得到解决。

这种具有高伸展性的能量和/或信号传输线缆具有至少一个线缆束和至少一个第一线缆芯线，所述线缆束具有至少一个由一种电绝缘的有弹性的塑料材料制成的第一线缆芯，而第一线缆芯线则按一个预先确定的螺旋角螺旋状地且无交叉地围绕着所述第一线缆芯进行卷绕。

按本发明，线缆芯线也指一种导线。如果所述按本发明的线缆具有多个线缆芯线，那么这些线缆芯线同样螺旋状地且无交叉地围绕着所述第一线缆芯进行卷绕。这意味着，不仅单个芯线的线匝、而且所有芯线的线匝都没有交叉。所述线缆芯线在某种程度上仅仅“进行了绞合”。在一个芯线束中存在多个线缆芯线的情况下，将这些线缆芯线并排布置。多个线缆芯线形成一条共同的芯线束，所述多个芯线的上下叠放层虽然是可以的，但通常优选仅仅在例外情况下使用。所述至少一个线缆芯线优选松动地并且在没有预紧力的情况下卷绕在所述第一线缆芯上。

所述第一线缆芯要么可以是实心型材，要么可以是空心型材。所述第一线缆芯优选具有一个圆形的或倒圆的横截面，从而对围绕其卷绕的至少一个线缆芯线来说不会出现可能对耐久性产生负面影响的扭折或缺口效应。对于所述第一线缆芯的造型及其在线缆中的布置来说，基本上可以分为以下三种情况：

1)所述第一线缆芯很软或者在理想方式下无穷软。在线缆出现正的应变或拉伸时，该线缆芯就束紧，并且所述至少一个第一线缆芯线可以在该线缆芯上并且与该线缆芯一起拉伸。在这种方案中，所述线缆芯线也可以绷得比较紧，并且以一个较小的预紧力卷绕在所述第一线缆芯上。

2)所述第一线缆芯线很硬或者在理想方式下无穷硬。在线缆出现正的应变或拉伸时，该线缆芯没有束紧，并且所述至少一个第一线缆芯线可以在该线缆芯上滑动，其中线圈的彼此先后相连的线匝之间的间距发生变化。在这种方案中，所述第一线缆芯线优选松动地并且没有预紧力地卷绕在该线缆芯上。

3)例外情况：在胶合或粘结在一个FVW-部件中的按本发明的线缆中，随后移去所述第一线缆芯。这比如可以通过拉出或松出(也可以用热学方法或化学方法)进行。而此前卷绕在线缆芯上的至少一个第一芯线的螺旋弹簧式的结构则予以保留。在线缆进行正的应变或拉伸时，所述第一线缆芯线呈螺旋状拉伸。

发明人已认识到，在尤其因伸长而承受机械或动态高负荷的线缆中，尤其如果这些线缆固定安装在一个承受剧烈的离心力负荷的部件中如一个旋翼叶片中，那么所述线缆芯线就无法足够地并且无法持久地跟随在该部件中出现的剧烈伸长并且因此很快失灵。

但是在按本发明的线缆中，所述线缆芯线或所述至少一个第一线缆芯线由于螺旋状的和无交叉的卷绕，在线缆出现正的应变(拉伸)时，也会类似于螺旋弹簧在所述第一线缆芯上和/或与该线缆芯一起拉开。如果该线缆固定地胶合或粘结在一个FVW-部件中，这也能正常工作，因为该线缆本身可以跟随所述FVW-部件的很高的伸长变化。因为线圈的螺旋角比较小，并且由此所述卷绕的第一线缆芯线的局部纵向方向几乎垂直于伸长方向延伸或者说以一个与伸长方向之间的较大的从大约45°到将近90°的角度延伸，所以所述第一线缆芯线本身在整根线缆出现很大伸长时几乎没有伸长或者仅仅进行极小的伸长。所述至少一个第一线缆芯线由此可以利用此前所描述的螺旋弹簧效应也持久跟随线缆的巨大的伸长变化，而不会导致疲劳断裂。因为所述第一线缆芯线此外进行了无交叉卷绕，所以在线缆伸长时有效地避免了所卷绕的第一线缆芯线的相邻线匝之间的蹭伤(而一个线圈，如果其中的芯线相互交叉，则与此相反会在相应的交叉点上蹭伤，并且由此很快失灵)。这种积极效应尤其明显，如果所述至少一个第一线缆芯线由一种金属材料如铜或一种铜合金制成。

因为所述第一线缆芯由一种弹性塑料材料制成，所以它同样可以持久跟随线缆的高伸长并且不会很快失灵，并且在此同时用作所述至少一个第一线缆芯线的导向和支撑。

由此，通过按本发明的解决方案，可以显著改善尤其因伸长而承受高的机械或动态负荷的线缆的耐久性、交变载荷时的疲劳极限和能量或信号传输性能。因此，尤其在承受离心力负荷的旋翼中，可以保证向一个布置在旋翼叶片中的功能装置或从该功能装置中进行可靠的和持久的能量及信号传输。由于按本发明的线缆的这种积极性能，该线缆可以在至少一种实施方式中同样固定地集成或胶合在所述旋翼叶片中，并且在此完全达到一种相当于旋翼叶片使用寿命的使用寿命。该线缆因此没有必要或者没有必要如此经常地进行更换，从而在很大程度上省去了费用很高的拆卸工作。此外，由于按本发明的线缆在所述旋翼叶片中或在其FVW-结构中具有更好的集成能力，因而不仅简化一种配备了一条能量和/或信号传输线缆的旋翼叶片的制造，而且也以更为简单和更为有效的方式实现旋翼叶片型材的精确而平滑并且由此在空气动力学上十分有利的外轮廓。

根据按本发明的线缆的一种优选和有利的实施方式，该线缆是同轴线缆并且具有至少一根空心的电绝缘的第二线缆芯，该第二线缆芯包封着至少一个第一线缆芯线；并且设置至少一个第二线缆芯线，该第二线缆芯线按一个预先确定的螺旋角无交叉地围绕着所述第二线缆芯进行卷绕。所述第二线缆芯的性能基本上相当于所述第一线缆芯的性能，这不仅适用于前面所述情况而且适用于下面所述情况。同样地，所述至少一个第二线缆芯线的性能基本上相当于所述第一线缆芯线的性能。所述第一和第二线缆芯线的线匝可以相对于彼此同方向或反方向地延伸。所述第二线缆芯线可以比如用作所述第一线缆芯线的屏蔽，或者以一种单芯或多芯线缆的形式本身传输能量和/或信号。

优选该按本发明的线缆也可以是具有多条并排和/或上下叠置的线缆束的扁线缆。一种这样的线缆可以在制造方面极其方便地集成在一个旋翼叶片型材中，使该旋翼叶片型材本身十分扁平并且为线缆提供了很小的安装空间。

按本发明的线缆按照另一种实施方式可以具有一层外面的电绝缘的绝缘层，该绝缘层包住或盖住所述至少一个第一和/或第二线缆芯线。在涉及此前所述的同轴线缆的情况下，所述第二线缆芯也可以起到一层绝缘层的作用。就象所述第一或第二线缆芯线一样，该绝缘层也必须能够跟随线缆的伸长并且此外保证，所述螺旋状卷绕的第一或第二芯线可以足够自由地在所述第一或第二线缆上或者与所述第一或第二线缆一起象螺旋弹簧一样进行伸长或移动。如果该线缆设置用于安装在一个FVW-部件中或一个旋翼叶片的FVW-结构中，那么所述绝缘层的材料的伸展性至少必须和所述FVW-材料的伸展性一样高，用于得到相同的线缆耐久性。这当然同样适用于所述第一或第二线缆芯。

此外，优选该按本发明的线缆具有多条线缆束，而这些线缆束则分别具有至少所述第一线缆芯和至少所述第一线缆芯线，这些线缆束布置在至少一层带状的有弹性的承载层上。也可以有两层承载层，也就是说一种夹层状的承载层结构，在这两层承载层之间布置此前所述的元件。所述线缆束在所述承载层上优选具有一种基本上呈直线的走向。但也可以按蜿蜒状或波状方式敷设这些线缆束。在所述至少一层承载层的伸展性和耐久性方面，适用为所述第一和第二线缆芯及绝缘层所作的说明。该承载层减轻了扁线缆结构的制造，并且除此以外提供了一个很大的附着面或接触面，用于将按本发明的线缆胶合在一个FVW-结构中。

该承载层也可以同时形成所述至少一个第一或第二线缆芯线的外部绝缘层，并且由此发挥一种多重功能。

所述第一和/或第二线缆芯的材料优选为一种选自一组材料的材料，该组材料包括：一种热塑性塑料，尤其是聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，聚氨酯(PUR)，硅树脂；一种弹性体材料，包括一种热塑性弹性体材料，包括弹性体合金，尤其是天然橡胶或丁二烯橡胶；一种泡沫材料，一种不导电的纤维复合材料，尤其是一种玻璃纤维复合材料。这些材料不仅保证所述第一或第二线缆芯具有足够高的伸展性而且具有耐久性，并且同时保证，所述第一线缆芯线或第二线缆芯线可以用此前描述的方式设置在所述线缆芯上，并且能够和所述线缆芯的伸长/拉伸一起象螺旋弹簧一样进行拉伸或移动。

所述至少一个第一和/或第二线缆芯线优选是一种选自一组线缆芯线的线缆芯线，该组线缆芯线包括：一种导电的芯线，尤其是一种由一种金属材料尤其是一种铜材料制成的芯线；一种光纤芯线，尤其是一种玻璃纤维-芯线；一种尤其是并排布置地不仅具有导电的芯线成分、而且具有光纤芯线成分的混合-芯线结构。

按照本发明的另一种优选的实施方式，所述第一或第二线缆芯具有一种弹性模量，该弹性模量处于一个从200到1600N/mm²，尤其从350到1500N/mm²，尤其从375到1000N/mm²，尤其从400到700N/mm²，尤其从420到550N/mm²的范围内。这使相关的线缆芯具有弹性伸长能力，该伸长能力对按本发明的线缆按规定在很高的由离心力引起的伸长的情况下的使用来说，证实特别有利。

此外，所述第一或第二线缆芯优选具有按ISO 868规定的肖氏硬度，该肖氏硬度处于一个从D30到D90，尤其从D35到D70，尤其从D40到D60，尤其从D45到D58的范围内，并且尤其大约为D55。

所述第一或第二线缆芯优选具有一个横向收缩系数，该横向收缩系数处于一个从0.3到0.5，尤其从0.35到0.45，尤其从0.38到0.42的范围内，并且尤其约为0.4。

在按本发明的线缆中，所述至少一个第一或第二线缆芯线在本发明的至少一种实施方式中松弛地卷绕在所述第一或第二线缆芯上。由此，该相关的线缆芯线可以更加轻易地象螺旋弹簧一样随着线缆芯的伸长一同伸长或者在线缆芯上移动。

在按本发明的线缆的另一种实施方式中，在所述第一和/或第二线缆芯上设置了一层可压缩的橡胶弹性层，所述至少一个第一或第二线缆芯线用一种由该层的回弹力产生的预先确定的很小的预紧力无交叉地围绕着该层进行卷绕。在该线缆进行正的应变或拉伸时，该层就束紧，并且所述至少一个第一或第二线缆芯线就会呈螺旋状在该层上并且与该层及其相应所配设的线缆芯一起拉伸，而不会对所述第一或第二线缆芯线的耐久性产生不利影响。

同样按本发明，也可以在一种实施方式中，在所述至少一个第一或第二线缆芯线的两个在线缆纵向上彼此前后相连的线匝之间设置一个中间空隙。由此可以有针对性地影响相关线缆芯线的螺旋弹簧状伸长/拉伸，并且可以将该中间空隙用于布置其它的附加元件。

因此，比如在按本发明的线缆的另一种实施方式中，所述中间空隙被填上具有橡胶弹性的填充材料。这比如可以用于保持在线圈的彼此前后相连的线匝之间的精确间距，在相关的线缆芯线沿着线缆的纵向进行螺旋弹簧式的伸长/拉伸时起到导向作用并且必要时也引起复位功能，或者避免线圈的彼此前后相连的线匝的过度摩擦。

如果要用按本发明的线缆传输电能或一种电信号，那么为改善导电能力也可以为所述中间空隙填上一种液态的或糊状的导电介质。

按照按本发明的线缆的另一种优选的实施方式，所述第一或第二芯线的直径d与所述第一或第二线缆芯的外径D之间的比例处于一个从1∶50到1∶3，尤其从1∶30到1∶5，尤其从1∶20到1∶10的范围内。该比例不仅避免过于狭小的线圈半径并且由此避免了相应线缆芯线断裂的危险，而且也保证所述第一或第二线缆芯线以合适的方式在相关的线缆芯上或者与该相关的线缆芯一起拉伸或移动。

因为按本发明的线缆要适合于安装在FVW-部件中，所述FVW-部件的母体-树脂通常进行热时效硬化，所以所述按本发明的线缆在至少一种实施方式中具有足够的耐热性或耐热变形性能。优选所述第一或第二线缆芯因此具有一个熔化温度或玻璃脆性转变温度(比如对一种PTFE-线缆芯来说大约327℃)，该温度大于一种纤维复合材料尤其是一种可热时效硬化的环氧树脂的可热时效硬化的母体-树脂的时效硬化温度。因为一种纤维复合材料的大多数母体-树脂按所使用的树脂-体系在大约135℃或大约180℃时时效硬化，所以相关线缆芯的这种材料在制造其中集成了所述线缆的FVW-部件时通常可以在这些温度下经受大约10小时，也就是没有过度软化或形状变化。此外，此前所述情况同样适用于按本发明的线缆的绝缘层或承载层。

此外，以本发明为基础的任务还通过一种按本发明的具有权利要求19所述特征的纤维复合材料-旋翼叶片得到解决。

这种纤维复合材料-旋翼叶片尤其是一种旋翼飞机的纤维复合材料-旋翼叶片具有一种预先确定的旋翼叶片型材，这种旋翼叶片型材具有一种预先确定的型材-外轮廓，这种旋翼叶片包括：一个具有一层上蒙皮和下蒙皮以及一个布置在这两层蒙皮之间的型材芯的FVW-旋翼叶片结构；以及至少一个按权利要求1到18中任一项所述的沿着旋翼叶片的翼展方向集成在FVW-旋翼叶片结构中的具有高伸展性的线缆，该线缆可与一个可安装在FVW-旋翼叶片结构上面或里面的功能装置相连接。

按本发明，蒙皮是指那种对旋翼叶片的强度尤其是抗弯强度、抗扭强度和抗压强度起决定性作用的包皮，比如所谓的扭转包皮，以及与该扭转包皮相连接的起支承作用的纤维复合层(尤其在旋翼叶片-型材横截面的前面三分之一中)，蒙皮还指那种非支承性的包皮。

利用所述按本发明的旋翼叶片，基本上可得到相同的已经在上文结合按本发明的线缆解释过的优点。

在本发明的旋翼叶片的一种优选的实施方式中，线缆在其纵向上的可逆最大允许伸展性ε_L至少相当于在一种由设计引起的预先确定的最大离心力负荷F_Fmax下旋翼叶片的FVW-材料在其翼展方向上的可逆伸展性ε_FVW：ε_L≥ε_FVW。这种最大离心力负荷通常在一个大约0-1500g之间，尤其在0-1200g之间，尤其在0-1000g之间，尤其在0-800g之间，尤其在0-700g之间的范围内。在一种FVW-直升机-旋翼叶片中，ε_FVW大约在3％这个数量级上。因此，ε_L≥3％应该适用这种情况。通过这种方式，可以为所述线缆实现与所述旋翼叶片本身相同的耐久性或交变载荷时的疲劳极限。

在按本发明的旋翼叶片的至少一种优选的实施方式中，所述旋翼叶片型材具有一个主要沿着旋翼叶片的翼展方向延伸的、从型材外侧可接触到的并且构成所述FVW-旋翼叶片结构的一部分的线缆管道，所述线缆可以固定在该线缆管道中。该线缆管道尤其可以在有待将所述线缆与之相连的功能单元的附近具有局部区域，这些局部区域也沿型材深度方向或者与型材深度方向成一个斜角地延伸。所述线缆管道尤其适合于旋翼叶片结构，在这些旋翼叶片结构中，所述线缆在必要时可以再次比较容易地从旋翼叶片中移去，可以较容易地进行控制，或者可以不依赖于旋翼叶片的制造在一个较晚的工作步骤中才集成到该旋翼叶片中。

而后，按本发明的旋翼叶片优选也具有一个闭锁元件，所述线缆管道利用该闭锁元件可按与型材-外轮廓齐平的方式加以封闭。这保证更为简便地闭锁和打开该线缆管道，并且也在旋翼叶片型材的这个位置上以比较简单的方式提供一种在空气动力学上有利的外轮廓。

优选所述闭锁元件是一种选自一组闭锁元件的闭锁元件，这组闭锁元件包括：一种盖板；一种覆盖活门；一种填料，尤其是一种FVW-填料，一种热固塑料填料，一种热塑性塑料填料，一种弹性体填料，一种由油灰构造的填料，一种由粘合剂构造的同时形成用于将线缆固定在线缆管道中的固着剂的填料，一种可熔化的其熔化温度小于旋翼叶片FVW-材料母体-树脂时效硬化温度的填料；一种泡沫材料，尤其是一种具有一种与旋翼叶片型材的外轮廓对应的并且与该外轮廓齐平布置的保护包皮的泡沫材料。利用这样的闭锁元件，即使在很高的离心力下也可以保证线缆管道的可靠闭锁，并且确保在线缆管道区域中具有一种在空气动力学上有利的型材-外轮廓。

在按本发明的旋翼叶片的另一种优选的实施方式中，所述蒙皮为多层结构，并且所述线缆被胶合在两层蒙皮层之间。在这种方案中，所述线缆早已在旋翼叶片的制造过程中就已集成在其FVW-结构中。

优选在此将该线缆布置在蒙皮的朝向型材芯的内侧。因为FVW-旋翼叶片通常在阴模中进行制造，其中所述蒙皮的FVW-层首先在该阴模中构造或胶合，所以该线缆甚至还在该胶合过程中就以简单的方式从里面胶合在或粘贴在事先已胶合的蒙皮的FVW-层上。这不仅简化了将线缆集成在旋翼叶片结构中，而且在对旋翼叶片的空气动力来说十分重要的外轮廓上也没有导致任何变化和任何精加工的需要。

此外，优选线缆朝向型材芯的一侧被一层与蒙皮的内侧相连接的FVW-覆盖层所覆盖。通过这种方式该线缆基本上完全集成在蒙皮或旋翼叶片-型材的FVW-结构中，可靠地得到保持并且可以承受很高的离心力。

按本发明，也可以将线缆通过一种粘合剂固定在FVW-旋翼叶片结构上和/或闭锁元件上。作为粘合剂，这里优选使用一种选自一组粘合剂的粘合剂，这组粘合剂包括：一种粘接剂，尤其是一种双面胶带；一种弹性体粘合剂，尤其是硅酮。这种方案尤其适合于将线缆固定在旋翼叶片的一个线缆管道中。事实已经表明，该粘合剂可以很好地并且持久地跟随旋翼叶片的FVW-结构的很高的伸长并且可靠地对该线缆进行固定。

优选该线缆沿旋翼叶片的翼展方向基本上直线敷设。因此该线缆基本上平行于在旋翼叶片上出现的离心力的方向进行延伸，并且由于开头所描述的按本发明的线缆的结构可以最佳地持久跟随FVW-旋翼叶片的伸长。

但该线缆在本发明的至少另一种实施方式中也可以按沿旋翼叶片的翼展方向延伸的方式波浪形或蜿蜒形敷设。这种布置可以在特定情况下有助于提高线缆的耐久性和交变载荷时的疲劳极限。

附图说明

下面参照附图对本发明优选的实施例连同附加的构造细节和其它优点进行详细说明和解释。其中：

图1示出了按本发明的一种第一实施方式的线缆的透视图；

图2示出了按本发明的线缆沿着图1所示的线条II-II的放大的截面图；

图3示出了一张用于对所述按本发明的线缆的一个重要设计标准进行解释的草图；

图4示出了按本发明的一种第二实施方式的线缆的俯视图；

图5示出了按本发明的一种第一实施方式的旋翼叶片的俯视图；

图6示出了按本发明的旋翼叶片沿着图5所示的线条VI-VI的横截面图；并且

图7示出了按本发明的一种第二实施方式的旋翼叶片的一个主要局部区域的横截面图。

具体实施方式

在以下说明以及附图中，为避免重复，相同的部件和组件也用相同的附图标记来表示，只要没有必要或没有意义作进一步区分。

图1示出了一个按本发明的一种第一实施方式的具有高伸展性的能量传输线缆2(以下简称为线缆2)的透视图。在图2中，示出按本发明的线缆2沿着在图1中所示的线条II-II的放大截面图。

在该实施例中，所述线缆2包括一条单独的具有一个由一种电绝缘的弹性塑料材料制成的第一线缆芯4的线缆束以及四个按一个预先确定的螺旋角螺旋状、无交叉地以及松驰地围绕着所述第一线缆芯4卷绕的第一线缆芯线6。所述线缆芯线6是电线并且由一种铜材制成。该线缆2具有一层外面的、电绝缘的绝缘层8，该绝缘层8包封着所述四个第一线缆芯线6。

所述第一线缆芯4由聚四氟乙烯(PTFE)制成。其弹性模量为420N/mm²。按ISO868的肖氏硬度为D55。所述第一线缆芯4的横向收缩系数约为0.4。所述第一PTFE-线缆芯4的熔化或玻璃脆性转变温度约为327℃，并且大于一种可热时效硬化的环氧树脂的约180℃的时效硬化温度，这种环氧树脂通常用作一种直升机-旋翼叶片的纤维复合材料的母体。同样绝缘层8的材料具有一种相应足够的耐热性和伸长能力，其中所述第一线缆芯4和绝缘层8的材料可以相同或者不同。总之，如此设计所述线缆2，从而其能够在象旋翼叶片的一种FVW-层压塑料时效硬化时所出现的大约180℃的热负荷下承受至少10个小时，而没有出现过度软化或形状变化。

一个相应的第一线缆芯线6的直径d和所述第一线缆芯4的外径D之间的比例d/D在该实施例中约为1∶12。

图3示出一张用于对按本发明的线缆2的一个重要设计标准进行解释的草图。该设计标准是单个线缆芯线6的最大允许的应变εL，其前提是：平行放置的各个线缆芯线6(这里是四个线缆芯线6)卷绕在线缆芯4上。将一条以螺旋状线匝围绕着线缆芯4卷绕的线缆芯线6展开，产生这里在图3中说明的几何关系。

这里：

U：所述第一线缆芯4的圆周

S：单个线缆芯线6的螺距(扭绞节距)

D：所述第一线缆芯4的外径

D_min：所述第一线缆芯4的最小允许外径

(线缆芯线6的最小允许弯曲半径来自其生产商说明)

d：一个线缆芯线6的直径

L：一个在扭绞节距“S”范围内展开的线缆芯线6的长度

n：平行地卷绕在所述第一线缆芯4上的线缆芯线6的数量(这里：四个)

ε_K：在一个胶合的FVW-部件结构中线缆2的最大应变

ε_L.一个线缆芯线6的最大允许应变，比如在疲劳强度极限上的最大允许应变

α：线圈的螺旋角

用于设计线缆2的公式可以按如下方法推导出来。在整个扭绞节距S范围内来看，线缆2的应变ε_K按以下公式得出，

${\mathrm{\ϵ}}_K=\frac{\mathrm{\ΔS}}{S}$ 或者ΔS＝ε_K·S

一个卷绕在所述第一线缆芯4上的线缆芯线6的应变按以下公式得出：

${\mathrm{\ϵ}}_L=\frac{\mathrm{\ΔS}}{L}={\mathrm{\ϵ}}_K\·\frac{S}{L}$

由此得出所述设计标准ε_L：

$\mathrm{\ϵ}\≤\frac{S}{\sqrt{{(D\·\mathrm{\π})}^2+S^2}}$

对于线圈的螺旋角α来说，适用：

S/U＝tan α

图4示出了按本发明的一种第二实施方式的线缆10的俯视图。这条扁线缆形式的线缆10是一种具有高伸展性的能量和/或信号传输线缆，它具有多条、这里是十条彼此并排布置的线缆束S1到S10。

这些线缆束S1到S10彼此平行布置在两层带形的薄膜状的由一种塑料材料制成的承载层12、14之间。所述承载层12、14具有基本上与此前描述的第一线缆芯4相同的伸展性和最低耐热性。所述四条线缆束S1到S4分别形成一个两芯的电能传输线C1、C2。并且剩余的六条线缆束是六条相应构成同轴导线的信号传输线C3到C8。所述两根电能传输线C1、C2相应通过一个隔离区16彼此分开并且与信号传输线C3到C8彼此分开，在该隔离区上所述两层承载层12、14彼此相连接。此外，所述承载层12、14在其侧面边缘18上彼此相连接。

相应的两芯电能传输线C1、C2的每一个线缆束S1-S4的结构相当于根据图1的按本发明的线缆2的结构。所述六条信号传输线C3-C8分别具有一条内部的第一线缆芯4和至少一个按一个预先确定的螺旋角螺旋状和无交叉地围绕着所述第一线缆芯4卷绕的第一导电线缆芯线6。

在所述第一线缆芯线6上，布置了一条空心的电绝缘的由PTFE制成的第二线缆芯20，该第二线缆芯20包封着所述第一线缆芯线6。所述第二线缆芯20的伸长能力、耐热性和材料性能相当于所述第一线缆芯4。至少一个导电的第二线缆芯线22按一个预先确定的螺旋角无交叉地围绕着所述第二线缆芯20进行卷绕。所述第二线缆芯线22用作所述第一线缆芯线6的屏蔽。所述第一和第二线缆芯线6、22的线匝在该实施例中为彼此反向延伸。在所述六条信号传输线C3-C8的区域中，所述两层承载层12、14同时构成用于所述第二线缆芯线22的一层外部的绝缘层。对于相应的第二线缆芯线22来说，相类似地适用在上文结合图1和所述第一线缆芯6所描述的设计标准。

图5示出按本发明的一种第一实施方式的由纤维复合材料(FVW)制成的直升机-主旋翼叶片的俯视图。按所使用的FVW的种类，这种FVW材料具有一个约35000到100000N/mm²的弹性模量。

该旋翼叶片24具有一个预先确定的型材-外轮廓(参见图6)和一个具有上、下各一层FVW-蒙皮26、28的FVW-旋翼叶片结构，以及一个布置其间的由一种泡沫材料制成的或一种蜂窝结构的型材芯30。此外，该旋翼叶片24在旋翼叶片尖端附近具有一可活动的旋翼叶片-翻板24a。在该旋翼叶片24中安装了一个功能装置32。在该实施例中，所述功能装置32是一个装备着一个或多个压电执行器和传感器的翻板-操纵装置。

所述旋翼叶片24配备了一条按图4的实施方式的具有高伸展性的线缆10。在图5中，一条点划线表示出该线缆10。该线缆10集成在所述FVW-旋翼叶片结构中，并且沿着该旋翼叶片24的翼展方向从一个处于旋翼叶片颈部24b附近的第一接口34开始基本上以直线形式在几乎整个旋翼叶片-翼展范围内一直延伸到所述功能装置32，该线缆10可通过一个第二接口36与该功能装置相连接。

图6示出了按本发明的旋翼叶片24沿着在图5中所示的线条VI-VI的横截面图。就象可以从图6中清楚地看出一样，该线缆10在该实施方式中布置在上FVW-蒙皮26的朝向型材芯30的内侧上。线缆10的朝向型材芯30的那一面被一层与上FVW-蒙皮26的内侧相连接的FVW-覆盖层26b所覆盖，该FVW-覆盖层26b在这里形成上FVW-蒙皮的一部分。换句话说，上FVW-蒙皮26为多层结构，并且该线缆10胶合在两层FVW-蒙皮层26a、26b之间。在功能单元32的区域中(参见图5)，所述蒙皮26、28或者说所述FVW-覆盖层具有一个穿孔，该线缆10穿过该穿孔导引到所述功能装置32或所述第二接口36。

该旋翼叶片24在直升机飞行过程中被加载一个大约1000g的离心力，该离心力同样作用于所述集成在该旋翼叶片24中的线缆10上。在此所述旋翼叶片24的FVW-结构沿着翼展方向可逆地伸长大约3％。因此，该线缆10在其纵向上可逆的持久的伸展性ε_K至少为旋翼叶片的FVW-材料在所述出现的最大离心力负荷下沿着旋翼叶片的翼展方向的可逆伸展性ε_L，也就是说：ε_L≥3％。在允许的公差范围内，可以与该数值有细微的偏差。所要求的ε_L的值通过此前所描述的所使用的按本发明的线缆2和10的结构以及通过上述设计标准的满足来实现。

图7示出了按本发明的一种第二实施方式的旋翼叶片的一个主要局部区域的横截面图。该旋翼叶片24本身以及所述线缆10的走向在很大程度上相当于按图5的实施方式。但这里使用两条叠置的扁线缆10、10。在按照图7的方案中，该旋翼叶片型材此外还具有一条主要沿着旋翼叶片24的翼展方向延伸的可从型材外侧面碰到的并且形成FVW-旋翼叶片结构的一部分的线缆管道38，所述线缆10、10可以固定在该线缆管道38中。在这里，该线缆管道38布置在上蒙皮26的范围内，并且朝旋翼叶片型材的上侧敞开。

所述下面的第一扁线缆10借助于一种双面胶带40的一条粘贴在线缆管道38的底部上的第一条带固定在线缆管道38中。在所述第一扁线缆10上再次粘贴所述双面胶带40的一条第二条带。所述第二扁线缆10粘贴在该第二条带40的上侧上。在所述第二扁线缆10的上侧上，再次作为中间层粘贴所述双面胶带40的一条第三条带(或者作为替代方案也可以使用一种单面胶带)。在其上面涂上一层由一种面漆42组成的涂层。所述线缆管道38的剩余自由空间用一种用作闭锁元件的填料44来充填，其外侧面保持干净并且进行研磨从而与旋翼叶片型材的额定-外轮廓24s齐平。所述填料44的外侧面优选被一层合适的油漆或保护层所覆盖。代替一种双面胶带40，也可以使用另一种合适的象比如至少一层由一种具有永久弹性的粘接料或类似物质组成的涂层一样的粘合剂或胶接剂。

在按照图7的方案中，所述线缆10可以在失灵情况下再次比较简单地并且在不损坏所述旋翼叶片24的FVW-结构的情况下移去，并且安装新的线缆10。

本发明并不局限于上述实施例。在保护范围的框架内，所述按本发明的线缆和所述按本发明的旋翼叶片也可以具有不同于上述具体描述的实施方式。该线缆尤其可以在其外面的绝缘层上或者在其承载层上具有一种表面结构，该表面结构促进其更加有力地附着在一层FVW上并且尤其附着在其母体-树脂上。

在权利要求书、说明书和附图中的附图标记仅仅用于更好地理解本发明，并且不应该限制保护范围。

附图标记：

2        线缆

4        第一线缆芯

6        第一线缆芯线

8        绝缘层

10       扁线缆

12       承载层

14       承载层

16       隔离区

18       12、14的侧面边缘

20       第二空心线缆芯

22       第二线缆芯线

24       FVW-旋翼叶片

24a      旋翼叶片-翻板

24b      旋翼叶片颈部

24s      24的额定-外轮廓

26       24的上FVW-蒙皮

26a      26的FVW-蒙皮层

26b      26的FVW-蒙皮层

28       24的下FVW-蒙皮层

30       型材芯

32       功能装置

34       第一接口

36       第二接口

38       线缆管道

40       双面胶带

42       面漆

44       填料

C1、C2   电能传输线

C3-C8    信号传输线

d        6的直径

D         8的外径

S1-S10    线缆束

Claims (56)

1.具有高伸展性的能量和/或信号传输线缆(2；10；C1到C8)，包括至少一条线缆束(S1-S10)，该线缆束(S1-S10)具有

-至少一根由一种电绝缘的弹性塑料材料制成的第一线缆芯(4)；以及

-至少一个按一个预先确定的螺旋角螺旋状且无交叉地围绕着所述第一线缆芯(4)进行卷绕的第一线缆芯线(6)，

所述第一线缆芯具有一个弹性模量，该弹性模量处于一个从200到1600N/mm²的范围内。

2.按权利要求1所述的线缆，其特征在于，该线缆是同轴线缆(C3-C8)，并且具有至少一根空心的电绝缘的包封着所述至少一个第一线缆芯线(6)的第二线缆芯(20)，并且设置至少一个按一个预先确定的螺旋角螺旋状且无交叉地围绕着所述第二线缆芯(20)进行卷绕的第二线缆芯线(22)。

3.按权利要求1或2所述的线缆，其特征在于，该线缆是具有多条彼此并排和/或叠置的线缆束(S1-S10)的扁线缆(10)。

4.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，该线缆具有一层外面的电绝缘的绝缘层(8；12，14)，该绝缘层(8；12，14)包封着所述至少一个第一和/或第二线缆芯线(6；22)。

5.按权利要求1所述的线缆，其特征在于，该线缆具有多条线缆束(S1-S10)，这些线缆束(S1-S10)布置在至少一层条带形的弹性承载层(12，14)上。

6.按权利要求5所述的线缆，其特征在于，所述承载层(12，14)形成所述至少一个第一或第二线缆芯线(22)的外部绝缘层。

7.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，所述第一和/或第二线缆芯(4；20)的材料是一种选自一组材料的材料，该组材料包括：一种热塑性塑料；一种弹性体材料；一种泡沫材料。

8.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，所述至少一个第一和/或第二线缆芯线(6；22)是一种选自一组线缆芯线的线缆芯线，该组线缆芯线包括：一种导电的芯线；一种光纤芯线；一种并排布置的不仅具有导电的芯线成分而且具有光纤芯线成分的混合-芯线结构。

9.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，所述第二线缆芯(20)具有一个弹性模量，该弹性模量处于一个从200到1600N/mm²的范围内。

10.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，所述第一或第二线缆芯(4；20)具有一种按ISO 868规定的肖氏硬度，该肖氏硬度处于一个从D30到D90的范围内。

11.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，所述第一或第二线缆芯(4；20)具有一个横向收缩系数，该横向收缩系数处于一个从0.3到0.5的范围内。

12.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，所述至少一个第一或第二线缆芯线(6；22)松弛地围绕着所述第一或第二线缆芯(4；20)进行卷绕。

13.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，在所述第一或第二线缆芯(4；20)上布置了一层可压缩的橡胶弹性层，所述至少一个第一或第二线缆芯线(6；22)以一种由该层的回弹力产生的预先确定的很小的预紧力无交叉地围绕着该层进行卷绕。

14.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，在所述至少一个第一或第二线缆芯线的两个在线缆纵向上彼此前后相连的线匝之间存在一个中间空隙。

15.按前述权利14所述的线缆，其特征在于，所述中间空隙被填上一种具有橡胶弹性的填料。

16.按权利要求14所述的线缆，其特征在于，所述中间空隙被填上一种液态的或糊状的导电介质。

17.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，在所述第一或第二线缆芯线(6；22)的直径d与所述第一或第二线缆芯(4；20)的外径D之间的比例d/D处于一个从1∶50到1∶3的范围内。

18.按权利要求2所述的线缆，其特征在于，所述第一或第二线缆芯(4；20)具有一个熔化温度或者说玻璃脆性转变温度，该温度大于一种纤维复合材料的一种可热时效硬化的母体-树脂的时效硬化温度。

19.按权利要求7所述的线缆，其特征在于，所述热塑性塑料是聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氨酯(PUR)、或者硅树脂。

20.按权利要求7所述的线缆，其特征在于，所述弹性体材料包括一种热塑性弹性体材料。

21.按权利要求7所述的线缆，其特征在于，所述弹性体材料是天然橡胶或丁二烯橡胶。

22.按权利要求7所述的线缆，其特征在于，所述泡沫材料是一种不导电的纤维复合材料。

23.按权利要求22所述的线缆，其特征在于，所述纤维复合材料是一种玻璃纤维复合材料。

24.按权利要求8所述的线缆，其特征在于，所述导电的芯线是一种由一种金属材料制成的芯线。

25.按权利要求24所述的线缆，其特征在于，所述导电的芯线是一种由一种铜材料制成的芯线。

26.按权利要求8所述的线缆，其特征在于，所述光纤芯线是一种玻璃纤维-芯线。

27.按权利要求9所述的线缆，其特征在于，所述第一或第二线缆芯(4；20)具有一个从350到1500N/mm²的范围内的弹性模量。

28.按权利要求27所述的线缆，其特征在于，所述第一或第二线缆芯(4；20)具有一个从375到1000N/mm²的范围内的弹性模量。

29.按权利要求28所述的线缆，其特征在于，所述第一或第二线缆芯(4；20)具有一个从400到700N/mm²的范围内的弹性模量。

30.按权利要求29所述的线缆，其特征在于，所述第一或第二线缆芯(4；20)具有一个从420到550N/mm²的范围内的弹性模量。

31.按权利要求10所述的线缆，其特征在于，该肖氏硬度处于一个从D35到D70的范围内。

32.按权利要求31所述的线缆，其特征在于，该肖氏硬度处于一个从D40到D60的范围内。

33.按权利要求32所述的线缆，其特征在于，该肖氏硬度处于一个从D45到D58的范围内。

34.按权利要求33所述的线缆，其特征在于，该肖氏硬度为D55。

35.按权利要求11所述的线缆，其特征在于，所述横向收缩系数处于一个从0.35到0.45的范围内。

36.按权利要求35所述的线缆，其特征在于，所述横向收缩系数处于一个从0.38到0.42的范围内。

37.按权利要求36所述的线缆，其特征在于，所述横向收缩系数为0.4。

38.按权利要求17所述的线缆，其特征在于，所述比例d/D处于一个从1∶30到1∶5的范围内。

39.按权利要求38所述的线缆，其特征在于，所述比例d/D处于一个从1∶20到1∶10的范围内。

40.按权利要求18所述的线缆，其特征在于，所述温度大于一种可热时效硬化的环氧树脂的时效硬化温度。

41.纤维复合材料-旋翼叶片(24)，具有一种预先确定的旋翼叶片型材，该旋翼叶片型材具有一种预先确定的型材-外轮廓，该旋翼叶片(24)包括：

-一种纤维复合材料-旋翼叶片结构，该结构具有上、下各一层蒙皮(26；28)以及一个布置其间的型材芯(30)；以及

-至少一条按权利要求1到40中任一项所述的具有高伸展性的线缆(10)，所述线缆沿旋翼叶片(24)的翼展方向集成在所述纤维复合材料-旋翼叶片结构中，该线缆(10)可与一个可安装在所述纤维复合材料-旋翼叶片结构上面或里面的功能装置(32)相连接(36)。

42.按权利要求41所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述线缆(10)在其纵向上的可逆的最大允许伸展性ε_L至少相当于旋翼叶片(24)的纤维复合-材料在一种由设计参数引起的预先确定的最大离心力负荷F_Fmax下沿着其翼展方向上的可逆的伸展性ε_FVW：ε_L≥ε_FVW。

43.按权利要求41所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述旋翼叶片型材具有一个主要沿旋翼叶片(24)的翼展方向延伸的、从型材外侧可接触到的并且构成所述纤维复合材料-旋翼叶片结构的一部分的线缆管道(38)，所述线缆(10)可以固定(40；44)在该线缆管道(38)中。

44.按权利要求43所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，该旋翼叶片(24)具有一个闭锁元件(44)，所述线缆管道(38)利用该闭锁元件(44)可按与型材-外轮廓(24_S)齐平的方式加以封闭。

45.按权利要求44所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述闭锁元件是一个选自一组闭锁元件的闭锁元件，这组闭锁元件包括：一种盖板；一种覆盖翻板；一种填料；一种泡沫材料。

46.按权利要求41所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述蒙皮(26，28)为多层结构，并且所述线缆(10)被胶合在两层蒙皮层(26a、26b)之间。

47.按权利要求41所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述线缆(10)布置在所述蒙皮(26)的朝向型材芯(30)的内侧上。

48.按权利要求47所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述线缆(10)的朝向所述型材芯(30)的一面被一层与蒙皮(26)的内侧相连接的纤维复合材料-覆盖层(26b)所覆盖。

49.按权利要求41所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述线缆(10)通过一种粘合剂(40)固定在纤维复合材料-旋翼叶片结构和/或闭锁元件上，并且该粘合剂选自一组粘合剂，这组粘合剂包括：一种粘接剂；一种弹性体粘合剂。

50.按权利要求41所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述线缆(10)沿该旋翼叶片(24)的翼展方向基本上直线敷设。

51.按权利要求41所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述线缆(10)沿该旋翼叶片(24)的翼展方向延伸地按波浪形或蜿蜒形方式敷设。

52.按权利要求41所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述旋翼叶片(24)是旋翼飞机的旋翼叶片(24)。

53.按权利要求45所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述填料是一种纤维复合材料-填料，一种热固填料，一种热塑性填料，一种弹性体填料，一种构造为油灰(44)的填料，一种构造为粘合剂的同时形成用于将线缆固定在线缆管道中的固着剂的填料或者一种可熔化的其熔化温度小于旋翼叶片的纤维复合-材料的母体-树脂的时效硬化温度的填料。

54.按权利要求45所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述泡沫材料是一种具有一种与旋翼叶片型材的外轮廓对应的并且与该外轮廓齐平布置的保护包皮的泡沫材料。

55.按权利要求49所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述粘接剂是一种双面胶带(40)。

56.按权利要求49所述的旋翼叶片(24)，其特征在于，所述弹性体粘合剂是硅酮。

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