CN202719358U - 芯板、叶片以及用于航空发动机的空心风扇 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种芯板、叶片以及用于航空发动机的空心风扇，涉及航空技术领域。解决了现有技术存在叶片强度较差的技术问题。该芯板包括板状的芯板本体，其中：芯板本体包括位置相反的第一侧面以及第二侧面，第一侧面以及第二侧面至少其中之一上设置有至少一个凸起部。该叶片包括外壳以及本实用新型提供的芯板。该用于航空发动机的空心风扇包括本实用新型提供的叶片。本实用新型用于提高叶片的强度以及可靠性。

Description

芯板、叶片以及用于航空发动机的空心风扇

技术领域

本实用新型涉及航空技术领域，具体涉及一种芯板、一种设置该芯板的叶片以及一种设置该叶片的用于航空发动机的空心风扇。

背景技术

大涵道比风扇叶片是大型客机（简称大客）发动机的关键部件。传统的实心风扇叶片重量大、离心力大、颤振和振动等问题突出，已无法满足大客发动机的设计和低油耗的要求。钛合金宽弦空心风扇叶片是目前国际大涵道比涡扇发动机的典型结构之一。

如图1和图2所示，现有的钛合金宽弦空心风扇叶片采用先进的超塑成形/扩散连接工艺(SPF/DB)制造的，其突出优点是结构整体性好，所有的连接界面都是热扩散连接而构成的整体结构，所以叶片重量更轻、成本更低。扩散连接（或称：热扩散连接）是指相互接触的材料表面，在高温和压力的作用下，在接触表面相互靠近，局部发生塑性变形，原子间相互扩散，在界面形成新的扩散层，从而形成可靠的连接接头。超塑成形是利用金属在一定的温度范围和一定的组织条件下(微细晶粒或相变过程），以很低的应变速率进行变形时，所呈现的变形抗力小和应变特大的一种特性所形成的一种加工工艺。

现有技术中，空心风扇叶片的生产工艺流程主要是：预先加工一层等厚度芯板和两层面板，先在中间芯板上按一定图形喷涂止焊剂，然后将芯板与两层面板用氩弧焊焊接缝边(留有进气口)，再将焊好的三层板放入扩散连接设备中进行热扩散连接，连接完成后，在扭转设备中完成榫头压弯、叶身扭转，接着将成形后的零件放入超塑成型设备中并与模具定位，再向三层板内吹入一定压力的氩气，进行超塑成形。当两层面板在超塑状态下进行拉伸和扭曲变形，中间芯板便会延展变形最终形成筋格结构。

现有技术至少存在以下技术问题：

1、扩散连接焊形成的焊缝强度低于材料基体强度，这会造成叶片整体强度降低；

2、空心风扇叶片受冲击时前缘或尾缘焊缝处容易发生开裂现象；

3、高频振动载荷下焊缝处极易疲劳失效。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种芯板、一种设置该芯板的叶片以及一种设置该叶片的用于航空发动机的空心风扇。解决了现有技术存在叶片强度较差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的芯板，包括板状的芯板本体，其中：

所述芯板本体包括位置相反的第一侧面以及第二侧面，所述第一侧面以及所述第二侧面至少其中之一上设置有至少一个凸起部。

在一个实施例中，所述凸起部具有与所述第一侧面或所述第二侧面相垂直的横截面，且所述凸起部的横截面呈矩形、梯形、三角形或曲线形。

在一个实施例中，所述第一侧面以及所述第二侧面上均设置有所述凸起部，且两个以上个所述凸起部均匀分布于所述第一侧面以及所述第二侧面上。

在一个实施例中，所述第一侧面上设置的所述凸起部的外凸方向与所述第二侧面上设置的所述凸起部的外凸方向相反。

本实用新型提供的叶片，包括外壳以及本实用新型任一技术方案提供的芯板，其中：

所述外壳包括第一壳体以及第二壳体，所述芯板介于所述第一壳体与所述第二壳体之间；

所述第一壳体与所述第二壳体至少其中之一的内侧设置有凹凸面，所述凸起部嵌于所述凹凸面的凹入部分内且与所述凹入部分的内表面之间热扩散连接。

在一个实施例中，所述凹凸面的外凸部分嵌于相邻的两个所述凸起部之间，所述凹凸面的外凸部分与相邻的两个所述凸起部热扩散连接，且所述凹凸面的外凸部分与相邻的两个所述凸起部之间的所述第一侧面或所述第二侧面热扩散连接。

在一个实施例中，所述凹凸面的凹入部分的横截面、所述凹凸面的外凸部分的横截面以及所述凸起部的横截面三者为相似形。

在一个实施例中，所述凸起部以及所述凹凸面至少其中之一为切削加工而成。

在一个实施例中，所述外壳为所述叶片的前缘或尾缘。

本实用新型提供的用于航空发动机的空心风扇，包括本实用新型任一技术方案提供的所述的叶片。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果：

本实用新型提供的芯板内的芯板本体上的第一侧面以及第二侧面至少其中之一上设置有至少一个凸起部，故而本实用新型提供的芯板与现有的芯板相比而言，具有更大的外表面积，当将芯板应用于叶片时，凸起部嵌于叶片外壳的凹凸面的凹入部分内且与凹入部分的内表面之间热扩散连接，由于热扩散连接的面积更大，芯板与叶片的外壳热扩散连接的强度也更大，故而叶片的强度也更强，叶片所能承受的弦向受力更大，所以解决了现有技术存在叶片强度较差的技术问题。

除此之外，本实用新型提供的优选技术方案与现有技术相比至少具有以下优点：

1.增加了叶片面板和芯板之间的连接刚性，改善了了空心风扇叶片整体振动特性；

2.增加叶片前尾缘抗冲击性能，提高了发动机叶片抵抗外物吸入损伤的能力以及可靠性；

3.提高了叶片焊缝处连接强度，减小了空心风扇叶片在复杂振动载荷下疲劳失效的可能性，增加了叶片使用寿命。

附图说明

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

图1为现有技术中叶片的示意图；

图2为图1所示叶片的内部构造的示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的芯板的结构的示意图；

图4为在热扩散连接以及超塑成形操作之前，本实用新型实施例所提供的叶片的部分芯板与叶片的部分外壳之间位置关系的示意图；

图5为图4所示结构在热扩散连接以及超塑成形操作后形成的叶片尾缘的结构的示意图；

图6为在热扩散连接以及超塑成形操作之前，本实用新型实施例所提供的叶片的部分芯板与叶片的部分外壳之间位置关系的一张示意图；

图7为图6所示结构在热扩散连接以及超塑成形操作后形成的叶片前缘的结构的示意图。

图中标记：1、芯板本体；11、第一侧面；12、第二侧面；13、凸起部；2、外壳；21、第一壳体；22、第二壳体；23、凹入部分。

具体实施方式

下面通过附图图3～图7以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案（包括优选技术方案）做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本实用新型的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

本实用新型实施例提供了一种结构简单、强度高的芯板、一种设置该芯板的叶片以及一种设置该叶片的用于航空发动机的空心风扇。

下面结合图3～图7对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的两个或更多个技术手段互相进行组合而得到的技术方案均应该在本实用新型的保护范围之内。

如图3～图7所示，本实用新型实施例所提供的芯板，包括板状的如图3所示芯板本体1，其中：

芯板本体1包括位置相反的第一侧面11以及第二侧面12，第一侧面11以及第二侧面12至少其中之一上设置有至少一个凸起部13，第一侧面11以及第二侧面12优选为各自均设置有多个均匀分布的凸起部13。

这种结构的芯板与现有技术的芯板相比在整个宽度尺寸以及整个长度尺寸不变的情况下具有更大的外表面积。

本实施例中凸起部13具有与第一侧面11或第二侧面12相垂直的横截面。也就是说：凸起部13的横截面与第一侧面11或第二侧面12相垂直。

横截面是相对于纵截面来说的，此处所说的横截面是沿物体宽度方向切一刀所能看到的断面，就叫横截面。

本实施例中凸起部13的横截面呈矩形、梯形、三角形或曲线形。

这种结构比较规则，便于制造。当然，横截面为其他形状的凸起部13也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中第一侧面11以及第二侧面12上均设置有凸起部13，且两个以上个凸起部13均匀分布于第一侧面11以及第二侧面12上。

均匀分布的凸起部13可以保证芯板各处的外表面积相对于现有技术中的芯板而言增加值比较均匀，本实用新型提供的芯板与叶片的外壳2连接时，连接处各处的受力也比较均匀。

本实施例中第一侧面11上设置的凸起部13的外凸方向与第二侧面12上设置的凸起部13的外凸方向相反。此时，第一侧面11上设置的凸起部13的外凸方向与第二侧面12上设置的凸起部13的外凸方向位于同一直线上，且方向相反。这种结构便于制造，而且其与叶片的外壳2连接时，连接处各处的受力更为均匀。

当然，第一侧面11上设置的凸起部13的外凸方向与第二侧面12上设置的凸起部13的外凸方向相平行或相交错的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

如图3～图7所示，本实用新型提供的叶片（该叶片可以为钛合金宽弦空心风扇叶片），包括如图4～图7所示外壳2以及如图3所示本实用新型任一技术方案提供的芯板，其中：

如图4～图7所示，外壳2包括第一壳体21以及第二壳体22，芯板介于第一壳体21与第二壳体22之间。第一壳体21与第二壳体22至少其中之一的内侧设置有凹凸面，凸起部13嵌于凹凸面的凹入部分23内且与凹入部分23的内表面之间热扩散连接。

当将芯板应用于叶片时，凸起部13嵌于叶片外壳2的凹凸面的凹入部分23内且与凹入部分23的内表面之间热扩散连接，由于热扩散连接的面积更大，芯板与叶片的外壳2热扩散连接的强度也更大，故而叶片的强度也更强，叶片所能承受的弦向受力更大。

当然，本实用新型提供的芯板应用于叶片之外的其他结构件上的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中凹凸面的外凸部分嵌于相邻的两个凸起部13之间，凹凸面的外凸部分与相邻的两个凸起部13热扩散连接，且凹凸面的外凸部分与相邻的两个凸起部13之间的第一侧面11或第二侧面12热扩散连接。

本实施例中凹凸面的凹入部分23的横截面、凹凸面的外凸部分的横截面以及凸起部13的横截面三者为相似形。

这种结构凹凸面的形状更为规则，所以更容易批量生产。

当然，其他形状的凹入部分23也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中凸起部13以及凹凸面至少其中之一为切削加工而成。切削加工的位置精度较高。

当然，使用其他加工方法（例如冲压、注塑、铸造）制造凸起部13以及凹凸面的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中外壳2为如图5所示叶片的尾缘或如图7所示叶片的前缘。

本实用新型具有前文已述的诸多优点，所以适宜用于提高叶片的前缘或尾缘的强度，改善叶片的前缘或尾缘的弦向受力，避免前缘或尾缘焊缝处出现开裂现象或因为高频振动而疲劳失效。

如图3～图7所示，本实用新型提供的用于航空发动机的空心风扇，包括本实用新型任一技术方案提供的叶片。

由于本实用新型提供的叶片具有强度高、叶片的前缘或尾缘不易开裂、失效的优点，所以适宜应用在航空发动机的空心风扇内，提高航空发动机的空心风扇的可靠性。

当然，本实用新型提供的叶片应用于其他装置或设备的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种芯板，其特征在于，包括板状的芯板本体，其中：

所述芯板本体包括位置相反的第一侧面以及第二侧面，所述第一侧面以及所述第二侧面至少其中之一上设置有至少一个凸起部。

2.根据权利要求1所述的芯板，其特征在于，所述凸起部具有与所述第一侧面或所述第二侧面相垂直的横截面，且所述凸起部的横截面呈矩形、梯形、三角形或曲线形。

3.根据权利要求2所述的芯板，其特征在于，所述第一侧面以及所述第二侧面上均设置有所述凸起部，且两个以上个所述凸起部均匀分布于所述第一侧面以及所述第二侧面上。

4.根据权利要求3所述的芯板，其特征在于，所述第一侧面上设置的所述凸起部的外凸方向与所述第二侧面上设置的所述凸起部的外凸方向相反。

5.一种叶片，其特征在于，包括外壳以及权利要求1－4任一所述的芯板，其中：

所述外壳包括第一壳体以及第二壳体，所述芯板介于所述第一壳体与所述第二壳体之间；

所述第一壳体与所述第二壳体至少其中之一的内侧设置有凹凸面，所述凸起部嵌于所述凹凸面的凹入部分内且与所述凹入部分的内表面之间热扩散连接。

6.根据权利要求5所述的叶片，其特征在于，所述凹凸面的外凸部分嵌于相邻的两个所述凸起部之间，所述凹凸面的外凸部分与相邻的两个所述凸起部热扩散连接，且所述凹凸面的外凸部分与相邻的两个所述凸起部之间的所述第一侧面或所述第二侧面热扩散连接。

7.根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述凹凸面的凹入部分的横截面、所述凹凸面的外凸部分的横截面以及所述凸起部的横截面三者为相似形。

8.根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述凸起部以及所述凹凸面至少其中之一为切削加工而成。

9.根据权利要求5－8任一所述的叶片，其特征在于，所述外壳为所述叶片的前缘或尾缘。

10.一种用于航空发动机的空心风扇，其特征在于，包括权利要求5－9任一所述的叶片。

Images