CN114439613B - 航空发动机风扇叶片及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种航空发动机风扇叶片及航空发动机，其中，航空发动机风扇叶片包括：叶片本体(1)；加强件(2)，包覆于所述叶片本体(1)沿气体流动方向的前缘；和多个铆钉(3)，被配置为将所述加强件(2)连接于所述叶片本体(1)。该实施例将加强件与叶片本体通过铆钉连接，装配工艺简单，易于实现加强件与叶片本体定位安装，且连接牢固，在风扇叶片高速旋转的过程中可防止发生松脱，提高加强件与叶片本体固定的可靠性、抗风险能力和使用寿命，从而保证发动机安全运转，提高飞机飞行的顺利航行。而且，铆钉与螺钉相比，可尽量减小对风扇叶形的影响，减小对风扇叶片气动性能的影响，从而提高航空发动机的工作效率。

Description

航空发动机风扇叶片及航空发动机

技术领域

本公开涉及航空发动机结构设计与制造技术领域，尤其涉及一种航空发动机风扇叶片及航空发动机。

背景技术

民用航空发动机在使用过程中对结构可靠和安全有着非常严苛的要求，而其中近90％的发动机推力来自于发动机前部的风扇叶片的高速转动，因此，风扇叶片的完整性和可靠性对于发动机的安全性至关重要。

然而，风扇叶片作为发动机接触外部的第一道门槛，往往会受到外来物体的冲击，因此，风扇叶片考虑其撞击时的安全性等因素，增装前缘金属加强边，保证风扇叶片在有鸟撞，异物入侵等情况下，尽量抵御或减少外来物撞击过程对风扇叶片的损伤。

相关技术中的金属加强边作为风扇叶片的一部分，往往是通过粘接工艺，安装到复合材料风扇叶片的本体上，在风扇叶片高速旋转过程中，对粘接工艺有着非常严苛的要求，再加上外物高速撞击，往往会容易照成风扇叶片前缘金属加强边得脱落，不利于风扇叶片，乃至发动机的安全运转，因此在保证叶形的前提下，增加金属加强边安装在复材叶片本体上的可靠性至关重要，这关系到发动机的安全和飞机的顺利航行。

发明内容

本公开的实施例提供了一种航空发动机风扇叶片及航空发动机，能够提高风扇叶片工作的可靠性和安全性。

本公开第一方面提供了一种航空发动机风扇叶片，包括：

叶片本体；

加强件，包覆于叶片本体沿气体流动方向的前缘；和

多个铆钉，被配置为将加强件连接于叶片本体。

在一些实施例中，铆钉的两个端面均不高于加强件两侧的导流面。

在一些实施例中，铆钉包括：铆钉头和与铆钉头相连的连接部，铆钉头的直径大于连接部；

加强件包括相互连接且分别贴设在叶片本体两个侧面的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板上分别设有第一孔和第三孔，叶片本体上设有第二孔；

铆钉依次穿入第一孔、第二孔和第三孔，且铆钉头位于第一孔内，连接部远离铆钉头的一端被配置为通过墩粗形成限位部，限位部位于第三孔内。

在一些实施例中，限位部的端面被配置为修磨至与加强件外侧形成的导流面平齐且形状适配。

在一些实施例中，铆钉垂直于加强件两侧的导流面。

在一些实施例中，多个铆钉沿叶片本体的展向间隔设置。

在一些实施例中，多个铆钉的安装孔中的部分安装孔为定位孔，其余安装孔的直径大于定位孔的直径。

在一些实施例中，定位孔设有多个，且多个定位孔至少位于叶尖和叶根所在区域。

在一些实施例中，定位孔中安装铆钉的直径与其余安装孔中安装铆钉的直径不同。

在一些实施例中，叶片本体采用复合材料制成；和/或加强件采用金属制成。

本公开第二方面提供了一种航空发动机，包括上述实施例的航空发动机风扇叶片。

本公开第三方面提供了一种航空发动机风扇叶片的装配方法，包括：

安装加强件使其包覆于叶片本体沿气体流动方向的前缘；

采用多个铆钉将加强件连接于叶片本体。

在一些实施例中，铆钉包括：铆钉头和与铆钉头相连的连接部，铆钉头的直径大于连接部；加强件包括相互连接且分别贴设在叶片本体两个侧面的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板上分别设有第一孔和第三孔，叶片本体上设有第二孔；采用铆钉将加强件连接于叶片本体包括：

将铆钉依次穿入对应位置的第一孔、第二孔和第三孔，且铆钉头位于第一孔内；

将连接部远离铆钉头的一端墩粗以形成限位部，限位部位于第三孔内。

在一些实施例中，在将连接部远离铆钉头的一端墩粗以形成限位部之后，航空发动机风扇叶片的装配方法还包括：

将限位部的端面修磨至与加强件外侧形成的导流面平齐且形状适配。

在一些实施例中，多个铆钉的安装孔中的部分安装孔为定位孔，其余安装孔的直径大于定位孔的直径；采用多个铆钉将加强件连接于叶片本体包括：

先将部分铆钉安装到各自对应的定位孔内；

再将其余铆钉安装到各自对应的安装孔内；

然后将所有的铆钉的端部逐个墩粗固定。

基于上述技术方案，本公开实施例的航空发动机风扇叶片，将加强件与叶片本体通过铆钉连接，装配工艺简单，易于实现加强件与叶片本体定位安装，且连接牢固，在风扇叶片高速旋转的过程中可防止发生松脱，提高加强件与叶片本体固定的可靠性、抗风险能力和使用寿命，从而保证发动机安全运转，提高飞机飞行的顺利航行。而且，铆钉与螺钉相比，可尽量减小对风扇叶形的影响，减小对风扇叶片气动性能的影响，从而提高航空发动机的工作效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开航空发动机风扇叶片的一些实施例的结构示意图；

图2为本公开航空发动机风扇叶片中采用的铆钉结构示意图；

图3为本公开航空发动机风扇叶片截面结构示意图。

具体实施方式

以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本公开的描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系均是基于操作者坐在驾驶室中的方位进行定义，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

如图1至图3，本公开提供了一种航空发动机风扇叶片，在一些实施例中，包括：叶片本体1、加强件2和多个铆钉3。

其中，叶片本体1可采用复合材料制成；加强件2可采用金属材料，加强件2具有内腔，叶片本体1沿气体流动方向的前缘伸入内腔中，以使加强件2包覆于叶片本体1沿气体流动方向的前缘，例如，内腔的侧壁与叶片本体1前缘形状适配，以提高风扇叶片前缘的整体强度，并提高两者连接的稳固性。多个铆钉3被配置为将加强件2连接于叶片本体1，在加强件2和叶片本体1安装形成的整体叶片组件上，在不影响加强件2和叶片本体1强度的基础上，可设多个安装孔，铆钉3与安装孔配合将加强件2与叶片本体1固定连接。优选地，安装孔内可缠绕碳纤维或者增加复材或金属衬套，以保护叶片受到冲击时不会从安装孔处断裂。

该实施例中的加强件2能够对风扇叶片的前缘位置起到加强作用，以抵御或减少风扇叶片受到鸟撞或异物入侵时时的冲击，防止风扇叶片受到损伤，以保证风扇叶片的完整性，从而提高风扇叶片在高速旋转过程中的工作可靠性和安全性，保障航空发动机性能。

如果将加强件2与叶片本体1通过粘接工艺安装，在风扇叶片高速旋转过程中，对粘接工艺有着非常严苛的要求，再加上外物高速撞击，往往会容易照成风扇叶片前缘金属加强边得脱落，不利于风扇叶片，乃至发动机的安全运转。而且，风扇叶片作为曲面叶形件，金属加强边和复材叶片本体也是不规则的曲面，其粘接和安装中定位也是金属加强边得一大难点。

如果将加强件2与叶片本体1通过螺钉安装，由于风扇叶片厚度较小，螺钉头或螺母会凸出叶片导流面，极大地影响了风扇叶片的气动性能，会降低航空发动机的工作效率。

本公开的实施例将加强件2与叶片本体1通过铆钉3连接，装配工艺简单，易于实现加强件2与叶片本体1定位安装，且连接牢固，在风扇叶片高速旋转的过程中可防止发生松脱，提高加强件2与叶片本体1固定的可靠性、抗风险能力和使用寿命，从而保证发动机安全运转，提高飞机飞行的顺利航行。而且，铆钉3与螺钉相比，可尽量减小对风扇叶形的影响，减小对风扇叶片气动性能的影响，从而提高航空发动机的工作效率。本公开的实施例具有广泛的推广应用价值，可应用于军、民用航空发动机的风扇叶片的结构设计，大大提高了叶片使用可靠性，从而降低成本。

进一步地，在采用铆钉3连接的基础上，为了提高连接可靠性和强度，也可以在加强件2与叶片本体1进行胶接。

在一些实施例中，如图3所示，铆钉3的两个端面均不高于加强件2两侧的导流面S。此种机构能够尽量减小对气流的阻力，以减小对风扇叶片气动性能的影响，减小从而提高航空发动机的工作效率。

在一些实施例中，如图2和图3所示，铆钉3包括：铆钉头31和与铆钉头31相连的连接部32，铆钉头31的直径大于连接部32。加强件2包括相互连接且分别贴设在所述叶片本体1两个侧面的第一侧板21和第二侧板22，第一侧板21和第二侧板22上分别设有第一孔211和第三孔221，叶片本体1上设有第二孔11。铆钉3依次穿入第一孔211、第二孔11和第三孔221，且铆钉头31位于第一孔211内，连接部32远离铆钉头31的一端被配置为通过墩粗形成限位部33，限位部33位于第三孔221内。优选地，限位部33的外径与第三孔221的内径接近，可减少气流经过时进入限位部33与第三孔221之间的间隙内，从而降低气流损失。

例如，第一侧板21和第二侧板22上连接多个铆钉3的位置可以整体连接，也可以只在连接铆钉3的位置伸出延长边，或者还可以根据叶片工况对延长变加厚，由此，可使铆钉的位置更加靠近叶片本体1的中部位置，该区域的叶片本体1更厚，易于增加连接强度。

进一步地，如图3所示，为了减小气流在风扇叶片前缘处的阻力，减小流动损失，加强件2还包括过渡连接部23，过渡连接部23连接在第一侧板21和第二侧板22之间，可呈弧形结构，且与第一侧板21和第二侧板22在连接处平滑过渡。

该实施例能够通过铆钉3实现加强件2与叶片本体1的固定连接，通过在铆钉3端部进行墩粗形成限位部33，可防止加强件2在高转速下脱出。

可选地，上述铆钉3可采用3D打印或机加工的形式制造，其结构也不限于图2的结构形式。

可选地，，第二孔11的直径尺寸在3～3.5mm，大小可以依据叶片大小进行调整，在保证叶片自身强度和安装后铆钉结构强度的前提下设计铆钉大小，保证叶片表面最小间隙，不影响叶片表面的叶形的尺寸，大小可以依据叶片大小进行调整，在保证叶片自身强度和安装后铆钉结构强度的前提下设计铆钉大小，保证叶片表面最小间隙，不影响叶片表面的叶形。

在一些实施例中，如图3所示，限位部33的端面被配置为修磨至与加强件2外侧形成的导流面S平齐且形状适配。该实施例能够在铆钉3墩粗后形成的限位部33超出导流面S的情况下，通过打磨等方式将限位部33修至与导流面S平齐且形状适配，能够减小气流在风扇叶片前缘处的阻力，减小流动损失，提高发动机的气动性能，从而提高工作效率。

在一些实施例中，铆钉3垂直于加强件2两侧的导流面S。由于风扇叶片具有复杂型面，此种连接结构能够提高加强件2与叶片本体1之间的连接强度，且易于安装铆钉3。

在一些实施例中，多个铆钉3沿叶片本体1的展向间隔设置。此种结构能够保证加强件2与叶片本体1之间的连接强度。其中，展向是指叶片本体1在径向上外表面的延伸方向。

例如，多个铆钉3可均匀间隔设置，由此可使加强件2与叶片本体1在展向上各处的连接强度更加均匀。或者多个铆钉3也可沿展向非均匀设置；或者多个铆钉3可在轴向上相互错开设置，铆钉3的设置位置可根据叶片所受的冲击、叶形或加强件2的相对位置来排布，做到受力均衡，抗冲击性更强。

铆钉3的设置数量可根据风扇叶片大小和前缘金属加强件2的形状以及异物侵入的级别，数量可根据实际需求选择，一般选取10-15个。

在一些实施例中，多个铆钉3的安装孔中的部分安装孔为定位孔，其余安装孔的直径大于定位孔的直径。安装于定位孔中的铆钉3可以先安装，例如插入定位孔中进行定位，再安装其余安装孔中的铆钉3。

该实施例通过异型铆钉与异型铆钉孔的配合可提高加强件2与叶片本体1的耦合形，增加风扇叶片装配时的定位效果，通过先采用与铆钉3配合间隙较小的定位孔进行定位，可提高定位的准确性，而且其余安装孔与铆钉3配合间隙较大，可防止多个铆钉3安装时产生附加应力，优化装配效果。

在一些实施例中，定位孔设有多个，且多个定位孔至少位于叶尖和叶根所在区域。此种设置方式能够增加定位孔之间的距离，已达到稳定的定位效果，便于定位孔以外其余安装孔的铆钉安装。

在一种结构形式中，所有铆钉3的直径相同，只是定位孔的直径小于其它安装孔。

在另一种结构形式中，定位孔中安装铆钉3的直径与其余安装孔中安装铆钉3的直径不同。例如，定位孔中安装铆钉3的直径可小于或大于其余安装孔中安装铆钉3的直径。该实施例具有防差错功能，易于使装配人员按照装配工序先安装定位孔中的铆钉3。

其次，本公开提供了一种航空发动机，包括上述实施例的航空发动机风扇叶片。

由于风扇叶片中的加强件2与叶片本体1通过铆钉3连接，使加强件2与叶片本体1之间连接牢固，在风扇叶片高速旋转的过程中可防止发生松脱，提高加强件2与叶片本体1固定的可靠性、抗风险能力和使用寿命，从而保证发动机安全运转，提高飞机飞行的顺利航行。而且，铆钉3与螺钉相比，可尽量减小对风扇叶形的影响，减小对风扇叶片气动性能的影响，从而提高航空发动机的工作效率。

在另一些实施例中，加强件两翼粘接区域可以依据叶片工况加长加护，此时铆钉3的位置可更靠近叶身中部，相应的加强件2的第一侧板21和第二侧板22的壁厚也可适当加厚，以允许铆钉头31和限位部33的厚度更大。

最后，本公开还提供了一种基于上述航空发动机风扇叶片的装配方法，在一些实施例中，该装配方法包括：

步骤101、安装加强件2使其包覆于叶片本体1沿气体流动方向的前缘；

步骤102、采用多个铆钉3将加强件2连接于叶片本体1。

该实施例能够简化加强件2与叶片本体1的装配过程，且使加强件2与叶片本体1之间连接牢固，在风扇叶片高速旋转的过程中可防止发生松脱，提高加强件2与叶片本体1固定的可靠性、抗风险能力和使用寿命。

在一些实施例中，铆钉3包括：铆钉头31和与铆钉头31相连的连接部32，铆钉头31的直径大于连接部32；加强件2包括相互连接且位于叶片本体1沿厚度方向两侧的第一侧板21和第二侧板22，第一侧板21和第二侧板22上分别设有第一孔211和第三孔221，叶片本体1上设有第二孔11；步骤102中采用铆钉3将加强件2连接于叶片本体1包括：

步骤201、将铆钉3依次穿入对应位置的第一孔211、第二孔11和第三孔221，且铆钉头31位于第一孔211内；

步骤202、将连接部32远离铆钉头31的一端墩粗以形成限位部33，限位部33位于第三孔221内。

步骤201和202顺序执行。在步骤202内，可通过墩粗使限位部33的外径与第三孔221的内径接近，可减少气流经过时进入限位部33与第三孔221之间的间隙内，从而降低气流损失。该实施例能够实现单个铆钉3固定连接于加强件2和叶片本体1的过程，通过在铆钉3端部进行墩粗形成限位部33，可防止加强件2在高转速下脱出。在实际中，可以每在安装孔中插入一个铆钉3后就进行墩粗，接着再插入下一个铆钉3；或者也可以在插入所有铆钉3之后再同一进行墩粗。

在一些实施例中，在步骤202将连接部32远离铆钉头31的一端墩粗以形成限位部33之后，本公开的装配方法还包括：

步骤203、将限位部33的端面修磨至与加强件2外侧形成的导流面S平齐且形状适配。

该实施例能够在铆钉3墩粗后形成的限位部33超出导流面S的情况下，通过打磨等方式将限位部33修至与导流面S平齐且形状适配，能够减小气流在风扇叶片前缘处的阻力，减小流动损失，提高发动机的气动性能，从而提高工作效率。

在一些实施例中，多个铆钉3的安装孔中的部分安装孔为定位孔，其余安装孔的直径大于定位孔的直径；步骤102采用多个铆钉3将加强件2连接于叶片本体1包括：

步骤301、先将部分铆钉3安装到各自对应的定位孔内；

步骤302、再将其余铆钉3安装到各自对应的安装孔内；

步骤303、然后将所有的铆钉3的端部逐个墩粗固定。

该实施例在装配多个铆钉3时，先安装用于定位的铆钉3，可增加风扇叶片装配时的定位效果，提高定位的准确性，之后再安装其余安装孔中的铆钉3，由于其它安装孔与铆钉3的配合间隙较大，可防止多个铆钉3安装时产生附加应力，优化装配效果。

以上对本公开所提供的实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种航空发动机风扇叶片，其特征在于，包括：

叶片本体(1)；

加强件(2)，包覆于所述叶片本体(1)沿气体流动方向的前缘；和

多个铆钉(3)，被配置为将所述加强件(2)连接于所述叶片本体(1)；所述铆钉(3)的两个端面均不高于所述加强件(2)两侧的导流面(S)；所述多个铆钉(3)的安装孔中的部分安装孔为定位孔，其余所述安装孔的直径大于所述定位孔的直径；所述定位孔中安装铆钉(3)的直径与其余所述安装孔中安装铆钉(3)的直径不同；所述安装孔内缠绕碳纤维或者增加复材或金属衬套；

其中，所述铆钉(3)包括：铆钉头(31)和与所述铆钉头(31)相连的连接部(32)，所述铆钉头(31)的直径大于所述连接部(32)；所述加强件(2)包括相互连接且分别贴设在所述叶片本体(1)两个侧面的第一侧板(21)和第二侧板(22)，所述第一侧板(21)和第二侧板(22)上分别设有第一孔(211)和第三孔(221)，所述叶片本体(1)上设有第二孔(11)；所述铆钉(3)依次穿入所述第一孔(211)、第二孔(11)和第三孔(221)，且所述铆钉头(31)位于所述第一孔(211)内，所述连接部(32)远离所述铆钉头(31)的一端被配置为通过墩粗形成限位部(33)，所述限位部(33)位于所述第三孔(221)内；所述限位部(33)的端面被配置为修磨至与所述加强件(2)外侧形成的导流面(S)平齐且形状适配。

2.根据权利要求1所述的航空发动机风扇叶片，其特征在于，所述铆钉(3)垂直于所述加强件(2)两侧的导流面(S)。

3.根据权利要求1所述的航空发动机风扇叶片，其特征在于，所述多个铆钉(3)沿所述叶片本体(1)的展向间隔设置。

4.根据权利要求1所述的航空发动机风扇叶片，其特征在于，所述定位孔设有多个，且多个所述定位孔至少位于叶尖和叶根所在区域。

5.根据权利要求1所述的航空发动机风扇叶片，其特征在于，所述叶片本体(1)采用复合材料制成；和/或所述加强件(2)采用金属制成。

6.一种航空发动机，其特征在于，包括权利要求1～5任一所述的航空发动机风扇叶片。

7.一种基于权利要求1～5任一所述的航空发动机风扇叶片的装配方法，其特征在于，包括：

安装加强件(2)使其包覆于叶片本体(1)沿气体流动方向的前缘；

采用多个铆钉(3)将所述加强件(2)连接于所述叶片本体(1)；

其中，所述铆钉(3)包括：铆钉头(31)和与所述铆钉头(31)相连的连接部(32)，所述铆钉头(31)的直径大于所述连接部(32)；所述加强件(2)包括相互连接且分别贴设在所述叶片本体(1)两个侧面的第一侧板(21)和第二侧板(22)，所述第一侧板(21)和第二侧板(22)上分别设有第一孔(211)和第三孔(221)，所述叶片本体(1)上设有第二孔(11)；采用铆钉(3)将所述加强件(2)连接于所述叶片本体(1)包括：将所述铆钉(3)依次穿入对应位置的所述第一孔(211)、第二孔(11)和第三孔(221)，且所述铆钉头(31)位于所述第一孔(211)内；将所述连接部(32)远离所述铆钉头(31)的一端墩粗以形成限位部(33)，所述限位部(33)位于所述第三孔(221)内；

其中，所述多个铆钉(3)的安装孔中的部分安装孔为定位孔，其余所述安装孔的直径大于所述定位孔的直径；采用多个铆钉(3)将所述加强件(2)连接于所述叶片本体(1)包括：先将部分所述铆钉(3)安装到各自对应的所述定位孔内；再将其余所述铆钉(3)安装到各自对应的所述安装孔内；然后将所有的铆钉(3)的端部逐个墩粗固定；将所述限位部(33)的端面修磨至与所述加强件(2)外侧形成的导流面(S)平齐且形状适配。