CN105358839B - 静叶结构及使用其的涡轮风扇喷气发动机 - Google Patents

静叶结构及使用其的涡轮风扇喷气发动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种静叶结构及使用其的涡轮风扇喷气发动机，利用由金属构成的连结支承体(30、31)分别支承由复合材料构成的导叶(20)的翼前端部(21)及翼基端部(22)，导电线(40)在导叶(20)的前缘端面(20a)与外皮(23)之间通过，并且利用导电线(40)连接该翼前端部(21)及翼基端部(22)的连结支承体(30、31)之间。在涡轮风扇喷气发动机中，能够确保由复合材料构成的静叶的整流功能，并且能够承受因雷击产生的雷电流并使其流走，也容易检查。

Description

静叶结构及使用其的涡轮风扇喷气发动机
技术领域
本发明涉及一种例如连结航空器用涡轮风扇喷气发动机的发动机主体部侧与风扇外壳的静叶结构。
背景技术
在上述那样的涡轮风扇喷气发动机中，通常具有：向发动机主体部内导入空气的动叶、作为对由该动叶导入的空气流进行整流的静叶的导叶。
在对该导叶仅要求整流功能的情况下，存在除了整流功能以外、还要求连结构成发动机主体部的风扇框架和风扇外壳的结构体的功能的情况。
作为结构用的导叶，相对于使用铝合金等金属材料作为构成材料，近年来，逐步使用热固化性树脂或热塑性树脂、与碳纤维或玻璃纤维等强化纤维的复合材料。这样的复合材料具有轻量、高强度、高耐久性的特点，不仅导叶，也逐步在风扇外壳、航空器的主翼等其他结构体中使用。
但是，由于这样的复合材料与金属材料相比电阻大，所以将复合材料用作结构体的部分不能承受因雷击产生的雷电流，存在产生火花(打火花)这样的问题。
因此，在例如具有由复合材料构成的燃料箱的主翼中，为了抑制由雷击产生的高电压的产生，开发了从翼端到与本体导电性部相接的翼根形成电连续的金属固定前缘及固定后缘的主翼结构(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－51517号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在如上述专利文献1所记载的航空器的翼那样的能够确保较大面积的结构体中，能够容易地添加雷击用的金属材料，但是，在涡轮风扇喷气发动 机的导叶那样的较小的结构体、且也需要实现整流功能的结构体中，不容易设置用于雷击的金属材料。
另一方面，在设置雷击用的金属材料的情况下，还要求能够容易地检查金属材料是否没有中途切断而能够正常通电。
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于，提供一种静叶结构及使用其的涡轮风扇喷气发动机，在涡轮风扇喷气发动机中，能够确保由复合材料构成的静叶的整流功能，并且能够承受由雷击产生的雷电流并使其流走。
用于解决问题的技术手段
为了达到上述目的，在本发明的静叶结构中，具有：涡轮风扇喷气发动机的风扇外壳；所述涡轮风扇喷气发动机的发动机主体部；静叶，其连结所述风扇外壳与所述发动机主体部，由热固化性树脂或热塑性树脂与强化纤维的复合材料构成；侵蚀防止用金属，其覆盖所述静叶的至少前缘部；一对连结支承体，其连结在所述静叶的一端与所述风扇外壳之间、以及所述静叶的另一端与所述发动机主体部之间，由金属构成；导电体，其在所述静叶的前缘部与所述侵蚀防止用金属之间通过，并且连接在所述静叶的一端及另一端的连结支承体之间。
发明效果
根据使用上述手段的本发明的静叶结构，即使在采用电阻高的复合材料作为静叶的情况下，能够经由导电体使由风扇外壳承受的雷电流流到发动机主体部侧。另外，由于使该导电体通过静叶的前缘部与侵蚀防止用金属之间，能够确保整流功能，并且也能够容易地进行检查。
另外，采用该静叶结构的涡轮风扇喷气发动机通过由复合材料构成的静叶得到重量轻、高强度、高耐久性的特点，并且能够确保耐雷击性。
附图说明
图1是采用本发明一实施方式的静叶结构的喷气发动机的前侧上部的局部剖视图。
图2A是详细地表示导叶的翼前端部的立体图。
图2B是详细地表示导叶的翼基端部的立体图。
图3A是沿图1的A－A线的导叶的剖视图。
图3B是表示导叶的变形例的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明进行说明。
图1表示本发明的静叶结构的一实施方式，在该实施方式中，以作为构成涡轮风扇喷气发动机的静叶的导叶为例进行说明。
如图1所示，在涡轮风扇喷气发动机1(以下简称为喷气发动机1)中，在发动机主体部2的发动机内筒3的轴心侧形成有环状的中心流路4，在发动机主体部2的外侧部分即风扇外壳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。
在作为该喷气发动机1的空气流上游侧(图中左侧)的前部，风扇圆盘7经由轴承8绕未图示的发动机轴心能够转动地设置。该风扇圆盘7与配置在作为喷气发动机1的空气流下游侧(图中右侧)的后部的未图示的低压涡轮机的涡轮机转子一体连结。
另外，在该风扇圆盘7的外周面，多个动叶10经由嵌合槽7a沿周向等间隔地配置，在动叶10与嵌合槽7a之间的前后，配置有衬垫11。在风扇圆盘7的前部及后部，支承动叶10的环状的挡圈12、13分别沿周向一体地设置，前部的挡圈12与头部14一体连结，后部的挡圈13与邻接于风扇圆盘7的下游侧的低压压缩机15中的转子16同轴且一体连结。
也就是说，在喷气发动机1运转时，使多个动叶10与风扇圆盘7一起转动，从而能够将空气导入中心流路4及旁通流路6。
该喷气发动机1在旁通流路6上具有多个导叶(静叶)20。多个导叶20配置在发动机内筒3的周围，对在旁通流路6流动的旋转空气流进行整流。该导叶20是将环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等热固化性树脂或聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等热塑性树脂，与碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维等强化纤维的复合材料作为构成材料，沿例如翼厚方向层积、或者三维地编织而形成的。
作为该导叶20的离开轴心的一侧(一端)的翼前端部21经由连结支承体30与配置在风扇外壳5的安装凸缘5a、5a连结，导叶20的轴心侧(另一端)的翼基端部22经由连结支承体31与配置在发动机内筒3的风扇框架32的安装凸缘32a、32a连结。
另外，在导叶20的前缘部分的表面，设置有用于防止因物体的冲撞等而产生磨损的作为侵蚀防止用金属的外皮23。外皮23是例如钛合金的板材，以覆盖导叶20的前缘端的方式粘接。
在此，在参照图2A、图2B时，在图2A表示导叶20的翼前端部21的连结部结构的立体图，在图2B表示导叶20的翼基端部22的连结部结构的立体图，以下，基于该图对导叶20的连结部结构进行详细说明。
首先，如图2A所示，导叶20的翼前端部21从翼厚方向两侧被作为连结支承体30的一部分的一对对置壁30a、30b夹持。该对置壁30a、30b在多处(在图2A中仅图示了两个部位)通过螺栓34及螺母35与翼前端部21连结。包含该对置壁30a、30b的连结支承体30由铝合金、钛合金等金属构成，经由安装凸缘5a、5a与同样由金属构成的风扇外壳5连结。
在对置壁30a、30b的螺栓34及螺母35中的、前缘侧的螺母35与一侧的对置壁30a之间夹持有圆端子40a。该圆端子40a成为作为金属线缆的导电线40(导电体)的端部，该导电线40从圆端子40a沿一侧的对置壁30a的外侧面向前缘侧延伸。该导电线40在导叶20的翼前端部21的前缘端向翼基端部22侧折回，一边通过外皮23的内表面侧一边沿导叶20的前缘端配线。此外，导电线40由比导叶20的电阻低的金属构成。
另外，如图2B所示，在导叶20的翼基端部22，也从翼厚方向两侧被连结支承体31的一对对置壁31a、31b夹持。该对置壁31a、31b也在多处(在图2B中仅图示了一个部位)利用螺栓34及螺母35与翼基端部22连结。包含该对置壁31a、31b的连结支承体31也由铝合金、钛合金等金属构成，经由风扇框架32的安装凸缘32a、32a与同样由金属构成的发动机内筒3连结。
在对置壁31a、31b的螺栓34及螺母35中的、图2B图示所示的前缘侧的螺母35与一侧对置壁31a之间，夹持有作为导电线40的另一侧端部的圆端子40b。该导电线40从圆端子40b沿一侧对置壁31a的外侧面向前缘侧延伸。该导电线40在导叶20的翼基端部22的前缘端向翼前端部21侧折回，一边通过外皮23的内表面侧一边沿导叶20的前缘端配线。
而且在此，在图3A表示了沿图1的A－A线的导叶的剖视图。
如该图3A所示，导叶20的前缘端被切去，形成有沿翼厚方向的前缘端面20a。该前缘端面20a被截面U形的外皮23覆盖，在该前缘端面20a与 外皮23之间配线有导电线40。外皮23在内表面涂敷有粘接剂，经由该粘接剂覆盖导电线40。
如上所述，在该实施方式的静叶结构中，首先，利用由金属构成的连结支承体30、31分别支承由复合材料构成的导叶20的翼前端部21及翼基端部22。接着，一边使导电线40通过导叶20的前缘端面20a与外皮23，一边利用导电线40连接在该翼前端部21及翼基端部22的一对连结支承体30、31之间。
由此，由于利用导电线40连接在由金属构成的连结支承体30、31之间，所以使导叶20的从翼前端部21到翼基端部22能够通电。因此，在风扇外壳5受到雷击时，雷电流从该风扇外壳5通过安装凸缘5a向导叶20的翼前端部21侧的连结支承体30流动，从对置壁30a、30b的螺栓34及螺母35流向导电线40。另外，雷电流通过导电线40并从翼基端部22侧的对置壁31a、31b的螺栓34及螺母35向连结支承体31流动，经由风扇框架32的安装凸缘32a流向发动机主体部2侧的发动机内筒3。这样，即使在采用电阻高的复合材料作为导叶20的情况下，也能够经由导电线40使由风扇外壳5承受的雷电流流到发动机主体部2侧。
另外，由于导电线40配设在导叶20的前缘端面20a与外皮23之间，所以导电线40不会向导叶20的表面突出，不会对导叶20的整流功能产生影响。而且，由于在导电线40与由金属材料构成的外皮23之间具有涂敷在外皮23内表面的粘接剂，所以该粘接剂兼作为导电线40的包覆，能够防止导电线40与外皮23之间的打火花。
而且，作为侵蚀防止用金属的外皮23是每当磨损时为了更换而比较容易更换的部件，如果为了更换而剥开外皮23，则能够目视确认导电线40，并且能够容易地进行导电线40的检查。
因此，在该实施方式的静叶结构中，在涡轮风扇喷气发动机1中，能够确保由复合材料构成的静叶的整流功能，并且能够承受因雷击产生的雷电流且使其流走，也能够容易地进行检查。
另外，采用这样的静叶结构的喷气发动机1通过由复合材料构成的导叶20而得到重量轻、高强度、高耐久性的特点，并且能够确保耐雷击性。
以上，说完了本实施方式的说明，但是本发明的实施方式不限于此。
例如，在图3B表示了本发明的静叶结构的变形例。在该图3B中，仅 导叶20的前缘端面的形状与图3A所示的上述实施方式不同。此外，对其他结构标注与上述实施方式相同的附图标记，在此省略说明。
在上述实施方式中，导叶20的前缘端面20a是沿翼厚方向的面，相对于此，变形例的前缘端面20b形成为与导电线40(导电体)的外周形状匹配而截面凹成C形的面(凹部)。此外，这样的凹部可以形成于导叶20的前缘端的一部分，也可以形成于前缘端整个区域。
由此，由于导叶20的前缘端面20b具有凹部，所以除了上述实施方式的效果以外，能够容易地在导叶20的前缘端对导电线40进行配线，并且能够实现很难错位、稳定的配线。
另外，本发明的其他结构也不限定于上述实施方式及变形例。
例如，在上述实施方式及变形例中，将导电线40配线于导叶20的前缘端，但是只要导电线以不对整流功能产生影响的方式被外皮覆盖即可，可以构成为在导叶的前缘部，也可以在安装有外皮的范围设置能够对导电线进行配线的凹部，在该凹部对导电线进行配线。
另外，在上述实施方式及变形例中，导电线40仅有一条，但是可以设置多条导电线。而且，代替导电线，也可以设置棒状、板状的导电体。
另外，在上述实施方式中，导电线40的两端部是圆端子40a、40b，但也可以使用Y形等其他形状的端子。另外，导电线40的端子可以不需要被螺栓34及螺母35固定，而使用其他安装手段。
(本发明的方式)
本发明的第一方式具有：涡轮风扇喷气发动机的风扇外壳；所述涡轮风扇喷气发动机的发动机主体部；静叶，其连结所述风扇外壳与所述发动机主体部，并且由热固化性树脂或热塑性树脂与强化纤维的复合材料构成；覆盖所述静叶的至少前缘部的侵蚀防止用金属；一对连结支承体，其连结所述静叶的一端与所述风扇外壳之间、以及所述静叶的另一端与所述发动机主体部之间，由金属构成；导电体，其在所述静叶的前缘部与所述侵蚀防止用金属之间通过，并且连接在所述静叶的一端及另一端的连结支承体之间。
本发明的第二方式在所述第一方式的基础上，在所述静叶的前缘部形成有支承所述导电体的凹部。
本发明的第三方式使用所述第一或第二方式的静叶结构作为构成涡轮风扇喷气发动机的静叶结构。
附图标记说明
1 喷气发动机(涡轮风扇喷气发动机)
2 发动机主体部
3 发动机内筒
5 风扇外壳
5a 安装凸缘
20 导叶(静叶)
20a、20b 前缘端面
21 翼前端部
22 翼基端部
30、31 连结支承体
32 风扇框架
32a 安装凸缘
34 螺栓
35 螺母
40 导电线(导电体)
40a、40b 圆端子

Claims (3)

1.一种静叶结构，其特征在于，具有：
涡轮风扇喷气发动机的风扇外壳；
所述涡轮风扇喷气发动机的发动机主体部；
静叶，其连结所述风扇外壳与所述发动机主体部，由热固化性树脂或热塑性树脂与强化纤维的复合材料构成；
侵蚀防止用金属，其覆盖所述静叶的至少前缘部；
一对连结支承体，其连结在所述静叶的一端与所述风扇外壳之间、以及所述静叶的另一端与所述发动机主体部之间，由金属构成；
导电体，其在所述静叶的前缘部与所述侵蚀防止用金属之间通过，并且连接在所述静叶的一端及另一端的连结支承体之间。
2.如权利要求1所述的静叶结构，其特征在于，
在所述静叶的前缘部形成有支承所述导电体的凹部。
3.一种涡轮风扇喷气发动机，其特征在于，
使用权利要求1或2所述的静叶结构作为构成涡轮风扇喷气发动机的静叶结构。
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