CN104093953B - 叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气发动机 - Google Patents
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Abstract
一种叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气发动机，在导流叶片(20)的叶基端部(21)和安装凸缘(31f)的连结部配置有连结支承体(33)，该连结支承体(33)具有一对分割片(34、34)，所述一对分割片(34、34)从叶片厚度方向两侧接合在叶基端部(21)，在叶基端部(21)的与一对分割片(34、34)接合的接合面(21a、21a)的一个接合面(21a)形成有突条(21b)，在连结支承体(33)的一对分割片(34、34)的各接合面(35a、35a)的一个接合面(35a)形成有与形成于叶基端部(21)的突条(21b)卡合的槽(35b)，叶基端部(21)被从叶片厚度方向两侧施加到连结支承体(33)的一对分割片(34、34)的紧固力保持于连结支承体(33)的一对分割片(34、34)之间。上述结构有助于喷气发动机的轻量化，并且可以得到高结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气发动机，所述叶片的连结部结构例如用于导流叶片中与发动机主体侧的连结部，且所述导流叶片是构成航空器用喷气发动机的叶片。
背景技术
在上述的喷气发动机中，通常具备动叶片和导流叶片，所述动叶片向发动机主体内导入空气，所述导流叶片是对由所述动叶片导入的空气的流动进行整流的静叶片。
对于该导流叶片，有时仅要求具有整流功能，而有时会在整流功能的基础上，还要求具有将构成发动机主体的风扇框架和风扇壳体连结的结构体功能。
在前一种情况，即，在仅要求整流功能的情况下，通常采用铝合金等金属材料作为构成材料，或采用环氧树脂等的热固性树脂和碳纤维等增强纤维的复合材料作为构成材料，而使配置于该导流叶片的下游侧的以铝合金等金属材料作为构成材料的支撑体具有结构体功能。另一方面，在整流功能的基础上还要求具有结构体功能的情况下，采用铝合金等金属材料作为构成材料。
上述的导流叶片及具有该导流叶片的喷气发动机，例如记载于专利文献1～3中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国特许第5320490号说明书
专利文献2：日本特许2766423号公报
专利文献3：日本特开平05－149148号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在此，为了应对近年来的以航空器喷气发动机的燃油经济性提高为目的的高涵道比化的要求，倾向于增大发动机直径，随之，实现航空器喷气发动机的轻量化就变成了当务之急。
例如，在使导流叶片仅具有整流功能的情况下，虽然能够以复合材料作为构成材料，相应地实现导流叶片自身的轻量化，但是以铝合金等金属材料作为构成材料的支撑体承担着结构体功能，相应地妨碍了航空器喷气发动机的轻量化。
另一方面，使导流叶片在整流功能的基础上还具有结构体功能的情况下，导流叶片使用铝合金等金属材料作为构成材料，与使用支撑体的情况相同地，存在妨碍航空器喷气发动机的轻量化的问题，解决该问题成为了以往的课题。
本发明是着眼于上述以往的课题而做出的，其目的在于提供一种叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气发动机，其不仅有助于喷气发动机的轻量化，而且还能够得到高结构强度。
用于解决课题的技术方案
为实现上述目的，本发明提供一种叶片的连结部结构，所述叶片是构成喷气发动机的、由复合材料制成的叶片，该复合材料是热固性树脂或热塑性树脂与增强纤维的复合材料，在该叶片连结部配置有由金属制成的连结支承体，所述连结支承体由彼此分割开的一对分割片构成，所述一对分割片从叶片厚度方向两侧接合在所述叶片的端部，在所述叶片的端部的与所述一对分割片接合的接合面中的至少任一个接合面上形成有至少一条突条或槽，在所述连结支承体的一对分割片的各端部接合面中的至少任一个端部接合面上形成有与形成于所述叶片的端部的所述突条或槽卡合的槽或突条，所述叶片的端部通过从叶片厚度方向两侧施加到所述连结支承体的一对分割片的紧固力(例如由螺栓及螺母获得的紧固力)被保持于该连结支承体的一对分割片之间。
优选地，在所述连结支承体的一对分割片和被保持于该一对分割片之间的所述叶片的端部之间有粘接剂。
另外，本发明提供一种喷气发动机，作为构成该喷气发动机的叶片的连结部结构，使用上述的叶片的连结部结构。
在此，作为可应用本发明的叶片的连结部结构的部位，可以例举喷气发动机中作为静叶片的导流叶片的叶前端部和发动机主体的连结部，相同导流叶片的叶基端部和发动机主体的连结部。除此之外，还可以例举喷气发动机中动叶片的叶尖(前端部)和叶尖护罩的连结部、相同动叶片的轮毂(基端部)和轴的连结部。此外，叶尖护罩是为了防止振动及改善空气动力性能而设于动叶片的叶尖的部件，与动叶片一同旋转。
在本发明的叶片的连结部结构中，在叶片的端部的与连结支承体接合的接合面形成的突条或槽(形成于连结支承体的端部接合面的槽或突条)的条数，无论在仅设于一个接合面的情况，还是在设于一个接合面及另一个接合面双方的情况下，均不限于一个。例如，也可以在一个接合面及另一个接合面双方各设置两个，或者，在一个接合面设置一个，在另一个接合面设置两个。
另外，在本发明的叶片的连结部结构中，在叶片的端部的与连结支承体接合的接合面上形成的突条或槽(在连结支承体的端部接合面上形成的槽或突条)，可以采用截面呈台形形状的结构、呈半圆形状的结构、呈三角形状的结构、呈矩形形状的结构，但不限于上述任一结构。
另外，在本发明的叶片的连结部结构中，构成叶片的热固性树脂可以使用例如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂，构成相同叶片的热塑性树脂可以使用例如聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚。构成叶片的增强纤维可以使用例如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维，例如，叶片通过将由这些材料构成的复合材料在叶片厚度方向上层叠，或进行三维编织而形成。另一方面，连结支承体可采用铝合金或钛合金等金属。
在本发明的叶片的连结部结构中，首先，使由复合材料制成的叶片的端部位于由金属制成的连结支承体的一对分割片的各相对壁之间。另外，将形成于叶片的端部的与连结支承体接合的接合面中的至少一个接合面上的突条或槽卡合在形成于与连结支承体的端部接合面中的至少任一个端部接合面上的槽或突条。在此基础上，从叶片厚度方向两侧对连结支承体的一对分割片施加例如由螺栓及螺母获得的紧固力，将叶片的端部保持于连结支承体的一对分割片之间。
因此，本发明的叶片的连结部结构，不仅有助于喷气发动机的轻量化，还能够得到高结构强度，而且，由于连结强度是机械的连结强度，所以与仅使用粘接剂的连结强度相比，连结部的工序管理变得容易。
另外，由于采用了由一对分割片从叶片厚度方向两侧夹持叶片的端部的形式，所以与仅由例如单个分割片支承叶片的端部的情况相比，能够避免叶片的端部的弯曲，其结果，能够维持牢固的连结状态。
进而，在组装叶片的端部和连结支承体时，叶片的端部侧的突条或槽与连结支承体侧的槽或突条卡合，由此进行两者相互的定位，因此，该组装作业变得容易。
进而，在本发明的叶片的连结部结构中，如果在连结支承体的一对分割片和被保持于该一对分割片之间的叶片的端部之间有粘接剂，则能够得到更高的结构强度。
另一方面，在本发明的喷气发动机中，通过采用本发明的叶片的连结部结构，同时实现轻量化及高强度化。
发明的效果
本发明的叶片的连结部结构，具有不仅有助于喷气发动机的轻量化，而且还能够得到高结构强度的非常优异的效果。
附图说明
图1是喷气发动机的前侧上部的局部剖视说明图，其采用本发明的一个实施例涉及的叶片的连结部结构；
图2是从前方观察喷气发动机时的叶片的连结部的剖视说明图，其详细表示了图1的叶片的连结部结构；
图3是叶片的连结部的侧视说明图，其详细表示了图1的叶片的连结部结构；
图4是与图2相当的剖视说明图，其详细表示了本发明其它实施例涉及的叶片的连结部结构；
图5是动叶片的叶尖和叶尖护罩之间的连结部的局部剖视说明图，其详细表示了本发明的另外的实施例涉及的叶片的连结部结构。
附图标记说明
1 喷气发动机
20、20A 导流叶片(静叶片)
21、21A 叶基端部(叶端部)
21a、22a、62a 接合面
21b、22b、62b 突条
22、22A 叶前端部(叶端部)
33、33A、53、53A、73 连结支承体
34、54、74 一对分割片
35a、55a、75a 端部接合面
35b、55b、75b 槽
36 螺栓
37 螺母
60 动叶片
62 前端部(叶端部)
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明。
图1～图3表示本发明涉及的叶片的连结部结构的一个实施例，在该实施例中，举例说明了导流叶片的连结部，该导流叶片作为构成喷气发动机的静叶片。
如图1所示，在喷气发动机1中，在发动机主体2的发动机内筒3的轴心侧形成有环状的中心流路4，在风扇壳体5的内周面与发动机内筒3的外周面之间形成有旁通流路6，风扇壳体5的内周面与发动机内筒3的外周面之间是发动机主体2的外侧部分。
在该喷气发动机1的图中左侧前部，经由轴承8以可围绕未图示的发动机轴心旋转的方式设置有风扇盘7。该风扇盘7与配置于喷气发动机1的图中右侧后部的未图示的低压涡轮的涡轮转子一体地连结。
另外，在该风扇盘7的外周面，隔着嵌合槽7a在周向上等间隔地配置有多个动叶片10，在动叶片10和嵌合槽7a之间的前后配置有隔离件11、11。在风扇盘7的前部及后部，在周向上一体地分别设置有支承动叶片10的环状的保持件12、13，前部的保持件12与头锥体14一体地连结，后部的保持件13与在风扇盘7的下游侧相邻的低压压缩机15的转子16同轴且一体地连结。
此外，在多个动叶片10的各叶尖之间，连结有用于防止振动及改善空气动力性能的叶尖护罩，该叶尖护罩在图1中未图示。
即，在喷气发动机1的运转时，通过使多个动叶片10与风扇盘7一同旋转，能够将空气导入到中心流路4及旁通流路6。
该喷气发动机1在旁通流路6上具备多个导流叶片(静叶片)20。多个导流叶片20等间隔地配置于发动机内筒3的周围，对在旁通流路6中流通的回旋空气流进行整流。该导流叶片20以树脂与增强纤维的复合材料作为构成材料，例如在叶片厚度方向层叠或三维编织而形成，所述树脂是环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等热固性树脂或聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等热塑性树脂，所述增强纤维是碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维等增强纤维。
该导流叶片20的轴心侧的叶基端部(叶端部)21与配置于发动机内筒3的风扇框架31的安装凸缘31f连结，导流叶片20的远离轴心的一侧的叶前端部(叶端部)22与配置于风扇壳体5的安装凸缘5f连结。
该情况下，如图2及图3所示，在导流叶片20的叶基端部21和安装凸缘31f的连结部，即，在叶片连结部配置连结支承体33，该连结支承体33由彼此分割开的一对分割片34、34构成，该一对分割片34、34从叶片厚度方向(图2左右方向)两侧接合在导流叶片20的叶基端部21。该连结支承体33的分割片34、34均由铝合金或钛合金等金属制成，通过螺栓38及螺母39安装于安装凸缘31f上。
在该连结支承体33的一对分割片34、34上分别形成有相互相对的相对壁35，这些相对壁35、35从叶片厚度方向两侧与导流叶片20的叶基端部21接合。
在该实施例，在导流叶片20的叶基端部21的接合面21a、21a中的图2左侧的接合面21a上形成有截面呈台形形状的一条突条21b。另一方面，在构成连结支承体33的两个分割片34、34中的同图2左侧的分割片34上，即，在图2左侧的分割片34的相对壁35的端部接合面35a上，形成有槽35b，该槽35b与形成于导流叶片20的叶基端部21的突条21b相互卡合。
在该实施例中，导流叶片20的叶基端部21被螺栓36及螺母37的紧固力保持于一对分割片34、34的各相对壁35、35之间，所述紧固力从叶片厚度方向两侧施加在连结支承体33的一对分割片34、34上。
另外，在该实施例中，在连结支承体33的一对分割片34、34的各相对壁35、35和被保持于这些相对壁35、35之间的导流叶片20的叶基端部21之间有粘接剂。
另一方面，在导流叶片20的叶前端部22和安装凸缘5f的连结部，即，在叶片连结部也配置有连结支承体53，该连结支承体53由彼此分割开的一对分割片54、54构成，所述一对分割片54、54从叶片厚度方向(图2左右方向)两侧接合在导流叶片20的叶前端部22。该连结支承体53的分割片54、54也均由铝合金或钛合金等金属制成，通过螺栓38及螺母39安装于安装凸缘5f上。
在该连结支承体53的一对分割片54、54上也分别形成有相互相对的相对壁55，这些相对壁55、55从叶片厚度方向两侧与导流叶片20的叶前端部22接合。
在该叶片连结部，在导流叶片20的叶前端部22的接合面22a、22a中的图2左侧的接合面22a上，也形成有截面呈台形形状的一条突条22b。另一方面，在构成连结支承体53的两个分割片54、54中的同图2左侧的分割片54上，即，在图2左侧的分割片54的相对壁55的端部接合面55a上，也形成有槽55b，该槽55b与形成于导流叶片20的叶前端部22的突条22b相互卡合。
导流叶片20的叶前端部22被螺栓56及螺母57的紧固力保持于一对分割片54、54的各相对壁55、55之间，所述紧固力从叶片厚度方向两侧施加在连结支承体53的一对分割片54、54上。
另外，在该叶片连结部，在连结支承体53的一对分割片54、54的各相对壁55、55和保持于这些相对壁55、55之间的导流叶片20的叶前端部22之间也有粘接剂。
如上所述，在本实施例的叶片的连结部结构中，在由复合材料构成的导流叶片20的叶基端部21，首先，使该叶基端部21位于由金属制成的连结支承体33的一对分割片34、34的各相对壁35、35之间。另外，将形成于叶基端部21的图2左侧的接合面21a上的突条21b卡合在形成于连结支承体33的图2左侧的接合面35a上的槽35b。在此基础上，从叶片厚度方向两侧对连结支承体33的一对分割片34、34施加由螺栓36及螺母37获得的紧固力，将叶基端部21保持于一对分割片34、34的各相对壁35、35之间。
另一方面，在导流叶片20的叶前端部22，使该叶前端部22也位于由金属制成的连结支承体53的一对分割片54、54的各相对壁55、55之间。另外，将形成于叶前端部22的图2左侧的接合面22a上的突条22b卡合在形成于连结支承体53的图2左侧的接合面55a上的槽55b。在此基础上，从叶片厚度方向两侧对连结支承体53的一对分割片54、54施加由螺栓56及螺母57获得的紧固力，将叶前端部22保持于一对分割片54、54的各相对壁55、55之间。
因此，在该实施例的叶片的连结部结构中，有助于喷气发动机1的轻量化，也能够得到高结构强度，而且，由于连结强度为机械的连结强度，所以与仅使用粘接剂的连结强度相比，连结部的工程管理变得容易。
另外，由于在一对分割片34、34(54、54)的各相对壁35、35(55、55)之间从叶片厚度方向两侧夹持叶基端部21(叶前端部22)，所以与例如由单侧的壁在一侧支承叶基端部21(叶前端部22)的情况相比，能够避免叶基端部21(叶前端部22)的弯曲，其结果，能够维持牢固的连结状态。
另外，在组装叶基端部21(叶前端部22)和连结支承体33(53)时，通过叶基端部21(叶前端部22)侧的突条21b(22b)与连结支承体33(53)侧的槽35b(55b)卡合，由此进行两者相互的定位，所以该组装作业变得容易。
进而，在本实施例的叶片的连结部结构中，在连结支承体33(53)的一对分割片34、34(54、54)的各相对壁35、35(55、55)和被保持于这些相对壁35、35(55、55)之间的导流叶片20的叶基端部21(叶前端部22)之间设有粘接剂，所以能够得到更高的结构强度。
在本实施例的喷气发动机中，由于采用了上述的叶片的连结部结构，因此，轻量化及高强度化均得以实现、
图4表示本发明的叶片的连结部结构的其它实施例，该实施例与之前的实施例的叶片的连结部结构的不同之处在于，在导流叶片20A的叶基端部21A(叶前端部22A)的接合面21a、21a(22a、22a)的双方分别形成突条21b(22b)，另一方面，在连结支承体33A(53A)的一对分割片34、34(54、54)的各接合面35a、35a(55a、55a)的双方分别形成槽35b(55b)，所述槽35b(55b)与形成于导流叶片20A的叶基端部21A(叶前端部22A)的突条21b(22b)相互卡合。其它结构与之前的实施例的叶片的连结部结构相同。
因此，本实施例的叶片的连结部结构，有助于喷气发动机1的轻量化，并且能够得到更高的结构强度。
在上述的实施例中，举例说明了将本发明的叶片的连结部结构用于作为喷气发动机的静叶片的导流叶片的叶片连结部的情况，但不限于此，例如，如图5所示，也可以用于喷气发动机的动叶片60的叶尖(前端部)62和叶尖护罩85的连结部，所述叶尖护罩85用于防止振动及改善空气动力性能，设于所述叶尖62并与动叶片60一同旋转。
即，在本实施例中，在动叶片60的前端部62的接合面62a、62a中的图5左侧的接合面62a上形成有突条62b，另一方面，在连结支承体73的一对分割片74、74的各接合面75a、75a中的图5左侧的接合面75a上形成有槽75b，所述槽75b与形成于动叶片60的前端部62的突条62b相互卡合。
这样，上述实施例的叶片的连结部结构，也有助于喷气发动机的轻量化，并且也能够得到更高的结构强度。
在上述的导流叶片的叶端部的各实施例中，在导流叶片20、20A的叶基端部21、21A(叶前端部22、22A)侧形成了突条21b、22b，且在连结支承体33、33A、53、53A侧形成了槽35b、55b，但不限于此，也可以在导流叶片20、20A的叶基端部21、21A(叶前端部22、22A)侧形成槽，在连结支承体33、33A、53、53A侧形成突条。
另外，导流叶片20、20A的叶基端部21、21A(叶前端部22、22A)侧的突条21b、22b或槽(连结支承体33、33A、53、53A侧的槽35b、55b或突条)的条数，无论是仅设于一个接合面的情况，还是设于一个接合面及另一个接合面双方的情况，均不限于一个。例如，也可以在一接合面及另一接合面双方各设置两个，或者，在一接合面设置一个，在另一接合面设置两个。
另一方面，在上述的动叶片的前端部涉及的实施例中，在动叶片60的前端部62侧形成了突条62b，在连结支承体73侧形成了槽75b，但不限于此，也可以在动叶片60的前端部62侧形成槽，在连结支承体73侧形成突条。
而且，动叶片60的前端部62侧的突条62b或槽(连结支承体73侧的槽75b或突条)的条数，无论在仅设于一个接合面的情况下，还是在设于一个接合面及另一个接合面双方的情况下，均不限于一个，例如，可以在一个接合面及另一个接合面双方各设置两个，或者，在一个接合面设置一个，在另一个接合面设置两个。
进而，作为突条21b、22b、62b或槽35b、55b、75b，可以采用截面呈台形形状的结构、截面呈半圆形状的结构、截面呈三角形状的结构、截面呈矩形形状的结构，不限于任何结构。
本发明的叶片的连结部结构及喷气发动机的结构不限于上述的实施例。
Claims (3)
1.一种叶片的连结部结构，其特征在于，所述叶片是构成喷气发动机的、由复合材料制成的叶片，所述复合材料是热固性树脂与增强纤维的复合材料，或是热塑性树脂与增强纤维的复合材料，所述叶片的连结部结构的特征在于，
在该叶片连结部配置有由金属制成的连结支承体，所述连结支承体具有彼此分割开的一对分割片，所述一对分割片从叶片厚度方向两侧接合在所述叶片的端部，
在所述叶片的端部的与所述一对分割片接合的接合面中的至少任一个接合面上，形成有至少一条突条或槽，
在所述连结支承体的一对分割片的各端部接合面中的至少任一个端部接合面上，形成有与形成于所述叶片的端部的所述突条或槽卡合的槽或突条，
所述叶片的端部被从叶片厚度方向两侧施加到所述连结支承体的一对分割片的紧固力保持于该连结支承体的一对分割片之间，
每个所述叶片具有专门用于该叶片的所述连结支承体，且不将该连结支承体与其他叶片共有。
2.如权利要求1所述的叶片的连结部结构，其特征在于，
在所述连结支承体的一对分割片和被保持于该一对分割片之间的所述叶片的端部之间有粘接剂。
3.一种喷气发动机，其特征在于，使用权利要求1或2所述的叶片的连结部结构作为构成喷气发动机的叶片的连结部结构。
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