CN111927829A - 一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，包括整流器内环、整流器壳体、锁片以及整流器叶片，整流器内环的外缘面上设置有若干个榫头斜槽，整流器叶片包括叶身、连接部和燕尾形榫头，连接部在叶身叶尖处，燕尾形榫头在叶身叶根处，榫头斜槽底部比顶部开口处的宽度大，燕尾形榫头与榫头斜槽形状相匹配，燕尾形榫头底部比顶部宽，整流器叶片的燕尾形榫头一一对应的设置在榫头斜槽内，燕尾形榫头底部有十字槽，锁片顶部卡在所述的十字槽内，底部卡在榫头斜槽内，整流器叶片的连接部依次紧密接触，形成整流器叶片结构的外缘端面，壳体设置在整流器叶片结构外缘端面外侧。

Description

一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构

技术领域

本发明属于航空发动机风扇部件进口整流器叶片技术设计领域，涉及一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构。

背景技术

风扇作为航空燃气涡轮风扇发动机关键的核心部件之一，作为产生推力和功能转换的核心部件，航空发动机风扇叶片的设计长久以来一直是叶轮机械领域的研究热点。风扇部件的发展目标是以更少的级数达到更高的增压比，具有大的单位迎风面积流量、更高的效率和工作裕度，同时具有更轻的质量和更少的零件数目，这对叶片设计技术提出了新的要求和严峻的挑战。风扇叶片设计研究主要集中在气动叶身及榫头结构的改进，以全三维分析为基础的叶身设计，综合考虑弯、掠、扭的作用开展设计，使得压缩部件具有更好的气动性能，增加了发动机的推重比。风扇叶片的结构由扭曲叶身和叶根榫头构成，风扇叶片与轮盘连接的方式有：叶片的榫头做成燕尾形，与轮盘外缘加工的纵向槽、环形槽或弧形槽进行连接，或将叶片榫头加工成带销钉的凸耳，用销钉固定在轮盘外缘加工出的环槽中。销钉式榫头由于结构简单、便于加工与装配等优点而广泛应用于航空发动机叶片结构设计。但这种榫头的承载力有限，且榫根尺寸和重量大，引起的离心负荷大，使得叶片和轮盘的寿命大为缩短。为了减轻叶片重量、提高发动机零部件使用寿命，新一代的航空发动机叶片与轮盘的联结方式向燕尾形榫头方向进行改进。榫头联结作为最古老的一种接合方式，起初为古埃及的木匠们所青睐，经过几个世纪的发展，这种联结方式已经在机械领域中得以应用和发展。

风扇进口整流器叶片作为风扇静子部件，分别与机匣和轮盘进行连接。整流器叶片与机匣的联结方式有榫头、焊接和卡环，与轮盘的联结方式有销钉式榫头，少有用燕尾形榫头联接方式进行。鉴于上述问题本发明提出了一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构设计。

发明内容

本发明目的：

本发明提供了一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，利用燕尾形榫头的特殊联结方式使得叶片重量更轻、装配和维护便捷、稳定性好、抗载能力强等优点，对提高航空发动机的推重比、减轻零部件质量等综合指标具有重要意义。

本发明的技术方案：

一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，包括整流器内环(2)、整流器壳体(1)、锁片(10)以及若干整流器叶片(3)，所述的整流器内环(2)的外缘面上均匀设置有若干个沿发动机轴向的榫头斜槽(14)，所述的榫头斜槽(14)与整流器叶片(3)数量相同，所述的整流器叶片(3)包括叶身(4)、连接部(6)和燕尾形榫头(5)，所述的连接部(6)设置在叶身(4)的叶尖处，所述的燕尾形榫头(5)设置在叶身(4)的叶根处，所述的榫头斜槽(14)为梯形结构，榫头斜槽(14)底部比顶部开口处的宽度大，所述燕尾形榫头(5)与榫头斜槽(14)形状相匹配，所述的燕尾形榫头(5)也是梯形结构，其底部比顶部宽，所述的若干个整流器叶片(3)的燕尾形榫头(5)一一对应的设置在榫头斜槽(14)内，所述的燕尾形榫头(5)底部设置有十字槽，所述的锁片(10)底部比顶部宽，锁片(10)顶部卡在所述的十字槽内，底部卡在榫头斜槽(14)内，实现整流器内环(2)与整流器叶片(3)的固定，所述的整流器叶片(3)的连接部(6)依次紧密接触，形成整流器叶片(3)结构的外缘端面，所述的整流器壳体(1)设置在整流器叶片(3)结构外缘端面。

进一步的，叶身(4)采用弯曲叶身结构，叶身(4)轮毂比0.677。

进一步的，叶身(4)进口构造角范围在38°～60°之间，出口构造角在-14°～21°之间。

进一步的，连接部(6)包括水平段(8)、定位段(7)和固定凸耳(9)，所述的定位段(8)设置在水平段(8)外侧并与水平段(8)垂直，定位段(7)与整流器壳体(1)外缘端面平齐，所述的固定凸耳(9)为“倒L”形结构，设置在水平段(8)中部，所述的整流器壳体(1)内表面设置有“L”形的固定环(11)，所述的固定凸耳(9)与固定环(11)卡合，实现整流器壳体(1)及整流器叶片(3)的固定，所述的整流器壳体(1)内表面上还设置定位凸环(12)，所述的水平段(8)内侧抵住定位凸环(12)，限制整流器叶片(3)的轴向位移。

进一步的，锁片(10)为“T”形结构，所述的锁片(10)设置在所述的十字槽内。

进一步的，十字槽与锁片(10)的接触面上涂有密封胶。

进一步的，榫头斜槽(14)底部开有若干沟槽(13)，可以防止发动机工作时，榫头斜槽(14)与燕尾形榫头(5)过度磨损。

进一步的，燕尾形榫头(5)与榫头斜槽(14)的接触面上涂有密封胶，防止气体从燕尾形榫头(5)与榫头斜槽(14)的接触面的缝隙中流出。

本发明的有益效果：

本发明的叶片结构简单，重量更轻，零件数少，易于加工、装配和维护；通过气动计算分析可知，风扇部件压比、效率、出口流量显著提升，稳定工作裕度增加了3％，有利于发动机的稳定工作；通过静强度分析可知，该叶片在复杂工况下的承载力强，等效应力低于同等条件下的材料屈服极限，满足设计要求。本发明叶片结构具有较好的应用前景，社会、军事和经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构剖视图；

图3是整流器叶片结构示意图；

图4是叶身剖视图；

图5是十字槽结构示意图；

图6是榫头斜槽与燕尾形榫槽装配示意图；

图7是锁片结构示意图；

图8是整流器内环结构示意图；

图9是整流器壳体与整流器叶片装配示意图；

其中：1、整流器壳体，2、整流器内环，3、整流器叶片，4、叶身，5、燕尾形榫头，6、连接部，7、定位段，8、水平段，9、固定凸耳，10、锁片，11、固定环，12、定位凸环，13、沟槽，14、榫头斜槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并结合附图对本发明结构进一步详细说明：

如图1、2所示，一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，包括整流器内环2、整流器壳体1、以及若干整流器叶片3，多个整流器叶片3依次排布在整流器内环2及整流器壳体1之间，形成本发明的整流器叶片机构，本发明的目的在于减轻发动机零部件重量，通过本发明整流器叶片3结构突破传统销钉式榫头整流器叶片设计思路，将燕尾形榫头5设计在整流器叶片3上，不仅使得联结方式更为简便，而且装配、拆卸、维修更为便捷，同时使得整流器内环2开槽深度减小、厚度更薄、整体质量大大减小。

如图8所示，所述的整流器内环2的外缘面上均匀设置有若干个沿发动机轴向的榫头斜槽14，榫头斜槽14底部比顶部开口处的宽度大，形成一个截面为梯形的结构，所述的榫头斜槽14与整流器叶片3数量相同，使整流器叶片3能一一对应的安装在榫头斜槽14内，整流器内环2上还设置若干均匀分布的安装孔。

图3所示，所述的整流器叶片3包括叶身4、连接部6和燕尾形榫头5，叶身4、连接部6和燕尾形榫头6一体化成型，没有焊接点，确保整流器叶片2具有更好的机械强度，所述的连接部6设置在叶身4的叶尖处，所述的叶身4采用弓形弯曲叶身结构，具体根据风扇气动设计要求确定弯角，整体由上至下采用收缩型展弦式，叶身4轮毂比0.677，进口构造角范围在38°～60°之间，出口构造角在-14°～21°之间，最大厚度相对位置为0.46，前后尾缘半径范围在0.20～0.32，所设计的弯曲叶身4使得气流在流动过程中达到最优气动性能，增加了出口气流速度和压比显著提升，其进出口构造角使得其与转子叶片产生的进口预旋较小，匹配性更好；所述的燕尾形榫头5设置在叶身4的叶根处，所述燕尾形榫头5与榫头斜槽14形状相匹配，所述的燕尾形榫头5外形也是梯形结构，其底部比顶部宽，安装时，如图5所示，将若干个整流器叶片3的燕尾形榫头5从榫头斜槽14的侧面装入榫头斜槽14内，使燕尾形榫头5一一对应的设置在榫头斜槽14内，所述的燕尾形榫头5底部设置有如图4所示的十字槽，本发明还包括锁片10，锁片10为“T”形结构，所述的锁片10底部比顶部宽，安装时，将T形结构的锁片10的从十字槽的侧面推入到十字槽内，使锁片10顶部卡在所述的十字槽内，同时将锁片10底部推入到榫头斜槽14内，使锁片10底部卡在榫头斜槽14内，实现整流器内环2与整流器叶片3的固定，所设计的锁片10不仅可以起到固定整流器叶片3的作用，同时还可以起到拆卸辅助的作用，当需要拆卸整流器叶片3时，推动锁片10，连同整流器叶片3一起推出榫头斜槽14，即完成整流器叶片3的拆卸，锁片10的固定方式突破传统环圈固定方式，使得整体质量更轻，装配、拆卸、维修更为便捷。

如图3所示，连接部6包括水平段8、定位段7和固定凸耳9，所述的定位段8设置在水平段8外侧并与水平段8垂直，如图9所示，定位段7与整流器壳体1外缘端面平齐，所述的固定凸耳9为“倒L”形结构，设置在水平段8中部，所述的整流器壳体1内表面设置有“L”形的固定环11，所述的固定凸耳9与固定环11卡合，实现整流器壳体1及整流器叶片3的固定，所述的整流器壳体1内表面上还设置定位凸环12，所述的水平段8内侧抵住定位凸环12，限制整流器叶片3的轴向位移，所设计的“倒L”形固定凸耳9的连接结构与整流器壳体1的固定环11连接方式新颖，兼具定位和咬合固定两种优势，整流器叶片3的连接部6依次紧密接触，形成整流器叶片3结构的外缘端面，所述的整流器壳体1套在在整流器叶片3结构外缘端面，形成本发明的航空发动机风扇进口整流器叶片结构。

同时，十字槽与锁片10的接触面上涂有密封胶，燕尾形榫头5与榫头斜槽14的接触面上涂有密封胶，防止气体从燕尾形榫头5与榫头斜槽14的接触面的缝隙中流出。

如图8所示，榫头斜槽14底部开有若干平行设置的沟槽13，优选为2条沟槽，可以防止发动机工作时，沟槽13的设计是为了减少榫头斜槽14与燕尾形榫头5接触面积，降低榫头斜槽14与燕尾形榫头5过度磨损，使得其寿命更长，可靠性更高。

在实际应用中，对本发明的航空发动机风扇进口整流器叶片结构进行气动计算和应力分析，风扇部件压比和效率值与设计要求匹配一致，同比工况下出口流量增加，稳定工作裕度提升3％，有利于航空发动机稳定工作，且风扇部件与压气机参数匹配性较好，达到了设计要求，通过对所设计的整流器叶片3进行静强度计算，考虑其装配某型发动机用后各工况条件，整流器叶片3的等效应力值不大，均小于相应工况下材料的屈服极限，未进入塑性，整流器叶片3在工作时的轴向和径向变形量远小于其各向间隙值，且不会产生与前后转子叶片、篦齿结构进行干涉影响，引起严重的磨损变形的问题。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，其特征在于：包括整流器内环(2)、整流器壳体(1)、锁片(10)以及若干整流器叶片(3)，所述的整流器内环(2)的外缘面上均匀设置有若干个沿发动机轴向的榫头斜槽(14)，所述的榫头斜槽(14)与整流器叶片(3)数量相同，所述的整流器叶片(3)包括叶身(4)、连接部(6)和燕尾形榫头(5)，所述的连接部(6)设置在叶身(4)的叶尖处，所述的燕尾形榫头(5)设置在叶身(4)的叶根处，所述的榫头斜槽(14)为梯形结构，榫头斜槽(14)底部比顶部开口处的宽度大，所述燕尾形榫头(5)与榫头斜槽(14)形状相匹配，所述的燕尾形榫头(5)也是梯形结构，其底部比顶部宽，所述的若干个整流器叶片(3)的燕尾形榫头(5)一一对应的设置在榫头斜槽(14)内，所述的燕尾形榫头(5)底部设置有十字槽，所述的锁片(10)底部比顶部宽，锁片(10)顶部卡在所述的十字槽内，底部卡在榫头斜槽(14)内，实现整流器内环(2)与整流器叶片(3)的固定，所述的整流器叶片(3)的连接部(6)依次紧密接触，形成整流器叶片(3)结构的外缘端面，所述的整流器壳体(1)设置在整流器叶片(3)结构外缘端面。

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，其特征在于：所述的叶身(4)采用弯曲叶身结构，叶身(4)轮毂比0.677。

3.根据权利要求2所述的一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，其特征在于：所述的叶身(4)进口构造角范围在38°～60°之间，出口构造角在-14°～21°之间。

4.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，其特征在于：所述的连接部(6)包括水平段(8)、定位段(7)和固定凸耳(9)，所述的定位段(8)设置在水平段(8)外侧并与水平段(8)垂直，定位段(7)与整流器壳体(1)外缘端面平齐，所述的固定凸耳(9)为“倒L”形结构，设置在水平段(8)中部，所述的整流器壳体(1)内表面设置有“L”形的固定环(11)，所述的固定凸耳(9)与固定环(11)卡合，实现整流器壳体(1)及整流器叶片(3)的固定，所述的整流器壳体(1)内表面上还设置定位凸环(12)，所述的水平段(8)内侧抵住定位凸环(12)，限制整流器叶片(3)的轴向位移。

5.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，其特征在于：所述的锁片(10)为“T”形结构，所述的锁片(10)设置在所述的十字槽内。

6.根据权利要求5所述的一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，其特征在于：所述的十字槽与锁片(10)的接触面上涂有密封胶。

7.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，其特征在于：所述的榫头斜槽(14)底部开有若干沟槽(13)，可以防止发动机工作时，榫头斜槽(14)与燕尾形榫头(5)过度磨损。

8.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇进口整流器叶片结构，其特征在于：所述的燕尾形榫头(5)与榫头斜槽(14)的接触面上涂有密封胶，防止气体从燕尾形榫头(5)与榫头斜槽(14)的接触面的缝隙中流出。

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