CN114934815B - 一种金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，属于航空发动机技术领域，该结构左右箍环为分体式结构，采用金属基复合材料材料制备，转子轮缘和叶片及连接结构等部位为均质金属加工得到。箍环具有极高的弹性模量和强度，装配于转子轮缘外侧，起到承受转子离心载荷以及限制轮缘径向变形的作用。箍环式转子相对于整体叶盘结构省去了大部分轮辐和轮毂部位，结构效率明显提升，相对于一体式整体叶环结构，分体的箍环结构简单，工艺过程易控制，尺寸精度和复合材料芯环的性能稳定，利于批量化生产，成本低。复合材料箍环和叶环体的材料可分别按照需要选取，解决了整体叶环中转子和芯环必须采用相同金属材料的限制，更加易于推广。

Description

一种金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构。
背景技术
整体叶盘转子具有结构效率高，重量轻的优点为当前先进航空发动机普遍采用的结构形式。整体叶盘由位于外缘的多个叶片、轮缘和位于中心位置的辐板、轮毂构成，整体叶盘转子在高速旋转工作时位于外缘区域的材料会受到较大的离心载荷的作用，需要辐板和轮毂承担离心载荷，并限制结构变形。
如图7所示，整体叶环结构是基于连续纤维增强金属基复合材料的高性能，将其置于整体叶盘的轮辐位置以承担转子离心力。相对于整体叶盘结构而言，整体叶环结构去除了大部分轮辐和轮心部位，结构效率更高，重量更轻。
随着现代材料科学的进步，连续纤维增强金属基复合材料以其极高的弹性模量和强度水平逐渐被重视，并应用于航空发动机实现结构减重。整体叶环结构目前主要采用将连续纤维增强金属基复合材料加强环采用焊接的工艺制成一个整体，复合材料加强环位于转子的轮缘内侧起到承载和限制轮缘径向位移的作用。
但是，金属基复合材料加强环与转子一体连接的整体叶环目前制备技术难度大，成本高，主要原因是金属基复合材料加强环制备过程中包套厚度过大，导致工艺过程复杂，设备要求高，加强环最终的尺寸和性能均不能达到最优，同时整体叶环的轮缘和叶片部位需要经历金属基复合材料制备的整个工艺过程，其材料性能一般会有降低。这些问题限制了整体叶环结构的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种分体结构的发动机叶环体结构，不同结构分别制备后再装配为一个完整的叶环体，解决了现有技术中的制备工艺复杂的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，提供一种金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，所述转子结构包括均质金属材料叶环体和设置在叶环体两侧的两个带有复合材料芯环的加强箍环，箍环分别为左侧箍环和右侧箍环，所述左侧箍环和所述右侧箍环的结构相同。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述叶环体包括转子轮毂、附着在转子轮毂上的多个转子叶片、分别设置在转子轮毂两端的两个箍环槽和用于连接的转子连接结构。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述转子叶片周向均匀分布在所述转子轮毂上，所述转子轮毂为整环式转子轮毂。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述箍环采用径向销钉固定在箍环槽内。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述箍环和所述转子轮毂的尺寸过盈配合。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述箍环槽内侧设有周向分布的多个箍环防脱销钉孔。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述箍环包括连续纤维增强金属基复合材料加强芯环、包裹在所述加强芯环外的均质金属外套和用于箍环防脱的多个防脱销钉孔。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述连续纤维增强金属基复合材料加强芯环包括连续的增强纤维增强金属基体以及沿周向连续缠绕在金属基体上的连续纤维。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述叶环体上设有箍环槽，所述箍环槽上设有箍环防脱销钉孔，所述防脱销钉孔和所述箍环防脱销钉孔成对出现。
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，还具有这样的特征，所述箍环槽的外侧还连接有鼓筒结构，所述鼓筒结构末端连接有转子连接结构。
有益效果
本发明所提供的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，左右箍环为分体式结构，采用金属基复合材料材料制备，转子轮缘和叶片及连接结构等部位为均质金属加工得到。箍环具有极高的弹性模量和强度，装配于转子轮缘外侧，起到承受转子离心载荷以及限制轮缘径向变形的作用。箍环式转子相对于整体叶盘结构省去了大部分轮辐和轮毂部位，结构效率明显提升，相对于一体式整体叶环结构，分体的箍环结构简单，工艺过程易控制，尺寸精度和复合材料芯环的性能稳定，利于批量化生产，成本低。复合材料箍环和叶环体的材料可分别按照需要选取，解决了整体叶环中转子和芯环必须采用相同金属材料的限制，更加易于推广。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的转子结构的示意图。
图2为本发明实施例所提供的转子结构的截面示意图。
图3为本发明实施例所提供的叶环体结构示意图。
图4为本发明实施例所提供的箍环的结构示意图。
图5为本发明实施例所提供的带鼓筒的叶环体结构示意图；
图6为本发明实施例所提供的箍环式叶环体结构的连接示意图。
图7为现有技术中的整体叶环结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
如图1-6所示，本实施例提供一种金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，所述转子结构包括均质金属材料叶环体1和设置在叶环体1两侧的两个带有复合材料芯环的加强箍环，箍环分别为左侧箍环2和右侧箍环3，所述左侧箍环2和所述右侧箍环3的结构相同。左右箍环为分体式结构，采用金属基复合材料材料制备，转子轮缘和叶片及连接结构等部位为均质金属加工得到。箍环具有极高的弹性模量和强度，装配于转子轮缘外侧，起到承受转子离心载荷以及限制轮缘径向变形的作用。箍环式转子相对于整体叶盘结构省去了大部分轮辐和轮毂部位，结构效率明显提升，
在部分实施例中，所述叶环体1包括转子轮毂1-2、附着在转子轮毂1-2上的多个转子叶片1-1、分别设置在转子轮毂1-2两端的两个箍环槽和用于连接的转子连接结构1-7。两个箍环槽分为左侧箍环槽1-3和右侧箍环槽1-5。转子连接结构1-7固定在转子轮毂1-2上，并设有连接螺栓孔1-8。转子连接结构1-7用于为相邻的转子或轴颈提供连接位置，并传递转动过程中的扭矩。两个箍环槽用于实现箍环的轴向和径向定位。
在部分实施例中，所述转子叶片1-1周向均匀分布在所述转子轮毂1-2上，所述转子轮毂1-2为整环式转子轮毂。
在部分实施例中，所述箍环采用径向销钉固定在箍环槽内。
在部分实施例中，所述箍环和所述转子轮毂1-2的尺寸过盈配合。
在部分实施例中，所述箍环槽内侧设有周向分布的多个箍环防脱销钉孔。箍环槽内侧的箍环防脱销钉孔包括左侧箍环防脱销钉孔1-4和右侧箍环防脱销钉孔1-6，用于在安装了箍环后采用销钉进行周向定位，并限制箍环在轴向转动。
在部分实施例中，所述箍环3包括连续纤维增强金属基复合材料加强芯环3-1、包裹在所述加强芯环外的均质金属外套和用于箍环防脱的多个防脱销钉孔。均质金属外套用于将复合材料加强芯环包裹起来用实现需要的外部尺寸方便与转子轮毂装配。
在部分实施例中，所述连续纤维增强金属基复合材料加强芯环包括连续的增强纤维增强金属基体以及沿周向连续缠绕在金属基体上的连续纤维。连续纤维增强金属基复合材料加强芯环具有极高的周向弹性模量和强度，为箍环的主要承力部件，
在部分实施例中，所述叶环体上设有箍环槽，所述箍环槽上设有箍环防脱销钉孔，所述防脱销钉孔和所述箍环防脱销钉孔成对出现。
在部分实施例中，所述箍环槽的外侧还连接有鼓筒结构，所述鼓筒结构末端连接有转子连接结构。
在部分实施例中，如图5所示，为带鼓筒的叶环体5通过鼓筒与左侧的不带鼓筒的叶环体4通过连接结构进行螺栓连接，带鼓筒的叶环体包括转子叶片5-1、转子轮毂5-2、左侧箍环槽5-3、左侧箍环防脱销钉孔5-4、右侧箍环槽5-5和右侧箍环防脱销钉孔5-6，并且其左侧箍环槽5-3外侧伸出一段鼓筒结构5-9，鼓筒结构5-9末端为左侧转子连接结构5-10和左侧螺栓连接孔5-12，右侧箍环槽5-5下方为无鼓筒的右侧转子连接结构5-7和右侧螺栓连接孔5-8。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，其特征在于，所述叶环结构包括均质金属材料叶环体和设置在叶环体两侧的两个带有复合材料芯环的加强箍环，箍环分别为左侧箍环和右侧箍环，所述左侧箍环和所述右侧箍环的结构相同，
所述叶环体包括转子轮毂、附着在转子轮毂上的多个转子叶片、分别设置在转子轮毂两端的两个箍环槽和用于连接的转子连接结构，
所述转子叶片周向均匀分布在所述转子轮毂上，所述转子轮毂为整环式转子轮毂。
2.根据权利要求1所述的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，其特征在于，所述箍环采用径向销钉固定在箍环槽内。
3.根据权利要求1所述的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，其特征在于，所述箍环和所述转子轮毂的尺寸过盈配合。
4.根据权利要求1所述的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，其特征在于，所述箍环槽内侧设有周向分布的多个箍环防脱销钉孔。
5.根据权利要求1所述的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，其特征在于，所述箍环包括连续纤维增强金属基复合材料加强芯环、包裹在所述加强芯环外的均质金属外套和用于箍环防脱的多个防脱销钉孔。
6.根据权利要求5所述的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，其特征在于，所述连续纤维增强金属基复合材料加强芯环包括连续的增强纤维增强金属基体以及沿周向连续缠绕在金属基体上的连续纤维。
7.根据权利要求5所述的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，其特征在于，所述叶环体上设有箍环槽，所述箍环槽上设有箍环防脱销钉孔，所述防脱销钉孔和所述箍环防脱销钉孔成对出现。
8.根据权利要求1所述的金属基复合材料箍环式发动机转子叶环结构，其特征在于，所述箍环槽的外侧还连接有鼓筒结构，所述鼓筒结构末端连接有转子连接结构。
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