CN205955776U

CN205955776U - 一种树脂基复合材料风扇静子叶片结构

Info

Publication number: CN205955776U
Application number: CN201620774541.4U
Authority: CN
Inventors: 黄涛; 张龙; 潘文革
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2026-07-21

Abstract

本实用新型涉及一种树脂基复合材料风扇静子叶片结构，上缘板、叶身和下缘板为一体成型且上缘板、叶身和下缘板均由复合材料制成，上缘板设有两个插片，插片轴线和叶身轴线相互平行，通过插片与发动机中心轴的卡槽连接；下缘板两端为二级阶梯状凸起，与发动机机匣上对应的插口连接；叶身表面蒙皮采用玻璃纤维复合材料制成，叶身前缘胶接有钛合金包边结构，叶身内部采用碳纤维复合材料层合板压制而成，且从内向外碳纤维复合材料层合板的高度依次对称减小。本实用新型解决了发动机金属叶片重量大，抗疲劳性能差等问题。减小叶片在工作状态下的因气动外形改变引起的损失，从而提高发动机的整体效率。

Description

一种树脂基复合材料风扇静子叶片结构

技术领域

本实用新型涉及航空领域中一种复合材料发动机静子叶片的叶形，具体地说，涉及一种树脂基复合材料风扇静子叶片结构。

背景技术

航空发动机的叶片是发动机非常重要的零部件之一，因此叶片的性能严重将影响发动机的整体性能。传统金属材料叶片一般为镍合金和钛合金，采用铣切、冲切、粗轧、热处理、抛修、精轧、再次热处理和切断等工艺完成。虽然金属材料叶片仍能够进一步提高其强度、刚度和耐高温的性能，但其发展潜力已经有限,很难满足未来航空发动机更加苛刻的温度和重量要求。相比于复合材料，金属的密度较高，模量和强度较低，耐腐蚀以及抗疲劳性能较弱，而且复合材料的各向异性所具有的耦合效应是金属材料所没有的。而采用复合材料制成的叶片具有很多优异特性，比密度小，比模量高，比强度大，耐腐蚀，抗疲劳性能好，以及弯扭耦合等特性。复合材料叶片能够减轻发动机整体的重量，同时利用复合材料的耦合效应可以减小叶片攻角在工作状态下改变，从而保证了叶片的气动外形。这二者结合起来能够有效地提高发动机的效率，这些特性使得复合材料叶片能够大大提高发动机的整体性能。

发明内容

本发明的目的就是利用复合材料的特性解决发动机金属叶片重量大，抗疲劳性能差等问题。以及利用复合材料各向异性所具有的耦合效应，减小叶片在工作状态下的因气动外形改变引起的损失，从而提高发动机的整体效率。

本实用新型的技术方案是：一种树脂基复合材料风扇静子叶片结构，包括上缘板、叶身、下缘板和钛合金前缘包边结构；所述上缘板、叶身和下缘板为一体成型且上缘板、叶身和下缘板均由复合材料制成，上缘板设有两个插片，插片轴线和叶身轴线相互平行，通过插片与发动机中心轴的卡槽连接；下缘板两端为二级阶梯状凸起，与发动机机匣上对应的插口连接；叶身表面蒙皮采用玻璃纤维复合材料制成，叶身前缘胶接有钛合金包边结构，叶身内部采用碳纤维复合材料层合板压制而成，且从叶身中面向叶身两侧的外表面碳纤维复合材料层合板的高度依次对称减小。

本实用新型的进一步技术方案是：所述叶身的铺层次序为：

[±45/0/45/0/-45/90/0/45/90/0/-45/0/45/90/0/-45/0]S。

发明效果

本实用新型的技术效果在于：采用比强度和比刚度高、耐高温、密度低和结构稳定性高的复合材料制成，其具有的高强度、高刚度、重量轻和耐高温等特点能够满足静子叶片的性能要求并减轻发动机的重量，适合长期工作在环境较为恶劣的空气介质中。利用复合材料的各向异性的特点设计铺层次序，保证叶片的气动外形，从而提高叶片效率。蒙皮采用预浸玻璃布制成，叶片表面光滑，质量好，叶片前缘部分胶接有耐冲刷的钛合金前缘包边，能够提高叶片的抗气流冲刷能力，即抗冲击性强。上缘板和下缘板与叶身一体成型，提高了上下缘板和叶身连接处的强度。

附图说明

图1为本实用新型叶片结构3D视图

图2为本实用新型叶片结构3正视图

图3为叶片铺层几何裁剪示意图

1-上缘扳；2-叶身；3-下缘板；4-钛合金前缘包边。

具体实施方式

下面结合具体实施实例，对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1所示，本实例包括有上缘板1，叶身2，下缘板3，钛合金前缘包边4。上缘板1即叶片内环的连接结构，其上有两条安装插片，由复合材料制成，下缘板3即叶片外环连接结构，其结构两侧有二级阶梯型卡槽结构，同样为复合材料制成。上缘板1上有两个插片，用于固定至发动机中心轴的连接处。下缘板3上的前缘和后缘侧分别有S型卡子，用于固定至发动机机匣外环连接处。叶身表面蒙皮采用玻璃纤维复合材料制成，其前缘部分胶接有钛合金包边结构，以提高叶片的抗冲击性能。叶身内部采用碳纤维复合材料层合板压制而成，如图2所示，每层的形状是根据叶片叶身的厚度去裁剪，即将叶片几何形状导入计算软件，根据碳纤维复合材料预浸料单层的厚度和叶片叶身的厚度，通过计算程序计算得到每一层的形状，然后将单层预浸料裁剪成对应的形状，最后压制成叶片，这种由内向外依次减小铺层面积的裁剪方式能够有效提高复合材料层间的强度。由于叶身的厚度是从叶根向叶尖依次递减的，因此将叶身不同区域的厚度除以碳纤维复合材料单层预浸料的厚度并取整，得到每个区域的层数，根据不同区域层数的递减可以得到每层碳纤维复合材料预浸料的形状，然后将裁剪成对应的形状的碳纤维复合材料单层预浸料压制成叶片。叶片的铺层次序为：[±45/0/45/0/-45/90/0/45/90/0/-45/0/45/90/0/-45/0]S，最外层±45度为玻璃纤维复合材料蒙皮，内部铺层为碳纤维复合材料层压板。铺层角度的参考坐标系如图3中坐标系所示。最外层±45度的铺层方向对应玻璃纤维复合材料，其他的铺层方向对应碳纤维复合材料。

安装时，将叶片3下缘板的二级阶梯型卡槽结构插入发动机机匣连接处，发动机机匣上有对应的插口，同时将叶片1上缘板的插片与中心轴卡槽相连接处。

Claims

1.一种树脂基复合材料风扇静子叶片结构，其特征在于，包括上缘板(1)、叶身(2)、下缘板(3)和钛合金前缘包边结构(4)；所述上缘板(1)、叶身(2)和下缘板(3)为一体成型且上缘板(1)、叶身(2)和下缘板(3)均由复合材料制成，上缘板(1)设有两个插片，插片轴线和叶身(2)轴线相互平行，通过插片与发动机中心轴的卡槽连接；下缘板(3)两端为二级阶梯状凸起，与发动机机匣上对应的插口连接；叶身(2)表面蒙皮采用玻璃纤维复合材料制成，叶身前缘胶接有钛合金包边结构(4)，叶身(2)内部采用碳纤维复合材料层合板压制而成，且从叶身(2)中面向叶身(2)两侧的外表面碳纤维复合材料层合板的高度依次对称减小。