CN218177550U - 可变刚度的风扇叶片及航空发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供可变刚度的风扇叶片及航空发动机，所述风扇叶片具有压力面和吸入面，以及设置在所述压力面和所述吸入面之间的变刚度层，所述变刚度层包括第一静电层、中间夹层、第二静电层，所述中间夹层位于所述第一静电层与所述第二静电层之间，所述中间夹层在静电的作用下能够伸缩；压电转化装置，所述压电转化装置的输入端分别连接所述压力面和所述吸入面，压电转化装置将作用在压力面和吸入面上的机械能转化为电能，并且将电能输送到所述第一静电层和所述第二静电层，使变刚度层中的第一静电吸附层、中间夹层和第二静电吸附层相互贴合，从而增加风扇叶片的刚度，降低风扇叶片振动、减少风扇叶片的损伤。
Description
技术领域
本实用新型涉及风扇叶片，特别涉及一种可变刚度的风扇叶片及航空发动机。
背景技术
在航空发动机中，风扇叶片是关键部件之一，通过旋转起到引气和产生推力的作用。风扇叶片作为风扇发动机的最前端部件，在工作中会受到来自进气口的外界激励和风扇级内部流场的激励，引发叶片的振动。此外，风扇叶片还可能受到飞鸟等外物撞击，造成被撞击叶片断裂甚至引发其它叶片的断裂。风扇叶片因振动导致的高周疲劳失效或外物撞击事故引发叶片断裂造成的冲击和不平衡载荷会严重影响航空发动机的安全。降低风扇叶片过大振幅以确保风扇叶片具有足够的抗冲击性能，因此提供一种抗振和抗冲击能力好的风扇叶片。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中风扇叶片抗振和抗冲击能力差的缺陷，提供一种可变刚度的风扇叶片及航空发动机。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：本实用新型提供一种可变刚度的风扇叶片，所述风扇叶片具有压力面和吸入面，风扇叶片还包括：
变刚度层，所述变刚度层设置在所述压力面和所述吸入面之间，所述变刚度层包括第一静电层、中间夹层、第二静电层，所述中间夹层位于所述第一静电层与所述第二静电层之间，所述中间夹层在静电的作用下能够伸缩；
压电转化装置，所述压电转化装置的输入端分别连接所述压力面和所述吸入面，所述压电转化装置的输出端分别电连接所述第一静电层和所述第二静电层。
本方案中，在风扇叶片的压力面和吸入面之间设置变刚度层以改变风扇叶片的整体刚度，利用压电转化装置将作用在压力面和吸入面上的机械能转化为电能，并且将电能输送到变刚度层中的第一静电层和所述第二静电层，中间夹层在静电的作用下能够伸缩，变刚度层中的第一静电吸附层、中间夹层和第二静电吸附层相互贴合，从而增加风扇叶片的刚度，降低风扇叶片振动、减少风扇叶片的损伤。
较佳地，所述压电转化装置包括压电能量捕获装置和传输电路，所述压电能量捕获装置分别设置在所述压力面和所述吸入面上，获取风扇叶片的机械能并将其转化为电能，所述传输电路的输入端电连接所述压电能量捕获装置，所述传输电路的输出端分别电连接所述第一静电层和所述第二静电层。
在本方案中，在压力面和吸入面上设置压电能量捕获装置分别获取压力面和吸入面所承受的压力，并将捕获的压力转化为电能，通过传输电路将电能供给到第一静电层和第二静电层。
较佳地，所述传输电路包括直流整流电路和存储电容，所述直流整流电路用于将所述压电能量捕获装置产生的交流电转化为直流电，存储电容通过充放电功能将直流电转换成直流稳压电，并加载到所述变刚度层上。
在本方案中，传输电路中设置直流整流电路和存储电容，直流整流电路用于将电能捕获装置产生的交流电转化为直流电，存储电容通过直流电转化为直流稳压电。
较佳地，所述第一静电层和第二静电层包括基底和电极材料，所述电极材料敷设在所述基底上，或所述电极材料内嵌在所述基底上。
在本方案中，将电极材料铺设或内嵌在基底上，使第一静电层和第二静电层在有电能输入时产生静电吸附力。
较佳地，电极材料在基底上分布的密集度与对应位置处的风扇叶片振动剧烈的呈正相关。
在本方案中，将电极材料在基底上分布的密集度与对应位置处的风扇叶片振动剧烈的呈正相关，对应风扇叶片振动越剧烈的位置处，电极材料在基底上布置的越密集，从而产生与该位置处匹配的静电吸附力，从而达到满足该位置处的刚度要求。
较佳地，所述中间夹层为复材纤维结构或金属中空结构。
在本方案中，中间夹层采用复材纤维结构或金属中空结构，使中间夹层具有可拉伸和可压缩性能，从而在第一静电层和第二静电层的静电力作用下中间夹层会发生相应的相变，适应变刚度的需要。
较佳地，所述压电能量捕获装置为压电振子结构，所述压电振子结构敷设在压力面和吸入面上。
在本方案中，将压电振子结构敷设在压力面和吸入面上分别用于捕获压力面和吸入面上的压电信息，并且压电振子结构敷设在压力面和吸入面的表面，操作方便，而且便于后续根据风扇叶片变刚度需求调整压电振子结构在压力面和吸入面上的位置。
较佳地，所述压电能量捕获装置由可编织的压电转换材料构成，所述压电转换材料在风扇叶片加工时编入到所述压力面和所述吸入面。
在本方案中，将压电转换材料在风扇叶片加工时编入到所述压力面和所述吸入面，即便于在生产风扇叶片时集中生产。
较佳地，所述中间夹层与所述第一静电层之间以及所述中间夹层与所述第二静电层之间分别通过绝缘性的胶结剂层连接。
在本方案中，在第一静电层与所述第二静电层分别与所述中间夹层之间均存在胶结剂层，通过胶粘结剂层实现各层之间的紧密结合，进一步选用绝缘性的胶结剂，能够提高变刚度层的安全性以及调节的可靠性。
本方案还提供一种航空发动机，所述航空发动机包括前述的风扇叶片。
本实用新型的积极进步效果在于：在风扇叶片的压力面和吸入面之间设置变刚度层以改变风扇叶片的整体刚度，采利用压电转化装置将作用在压力面和吸入面上的机械能转化为电能，并且将电能输送到变刚度层中的第一静电层和所述第二静电层，中间夹层在静电的作用下能够伸缩，变刚度层中的第一静电吸附层、中间夹层和第二静电吸附层相互贴合，从而增加风扇叶片的刚度，降低风扇叶片振动响应、减少风扇叶片的损伤。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的可变刚度的风扇叶片结构示意图。
图2为本实用新型一实施例的航空发动机结构示意图。
附图标记说明书
航空发动机1
风扇叶片2
压力面3
吸入面4
变刚度层5
第一静电层6
中间夹层7
第二静电层8
压电转化装置9
压电能量捕获装置10
中介机匣11
具体实施方式
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
本实用新型提供一种可变刚度的风扇叶片2，如图1所示，风扇叶片2具有压力面3和吸入面4，风扇叶片2还包括变刚度层5和压电转化装置9，变刚度层5设置在压力面3和吸入面4之间，其中，变刚度层5包括第一静电层6、中间夹层7、第二静电层8，中间夹层7位于第一静电层6与第二静电层8之间，中间夹层7在静电的作用下能够伸缩；压电转化装置9的输入端分别连接压力面3和吸入面4，压电转化装置9的输出端分别电连接第一静电层6和第二静电层8。
在风扇叶片2的压力面3和吸入面4之间设置变刚度层5以改变风扇叶片2的整体刚度，利用压电转化装置9将作用在压力面3和吸入面4上的机械能转化为电能，并且将电能输送到变刚度层5中的第一静电层6和第二静电层8，中间夹层7在静电的作用下能够伸缩，变刚度层5中的第一静电吸附层、中间夹层7和第二静电吸附层相互贴合，从而增加整个风扇叶片2的刚度，降低风扇叶片2振动响应、减少风扇叶片2的损伤。
压电转化装置9包括压电能量捕获装置10和传输电路，压电能量捕获装置10分别设置在压力面3和吸入面4上，获取风扇叶片2的机械能并将其转化为电能，传输电路的输入端电连接压电能量捕获装置10，传输电路的输出端分别电连接第一静电层6和第二静电层8。在压力面3和吸入面4上设置压电能量捕获装置10分别获取压力面3和吸入面4上的机械能，并将捕获的机械转化为电能，通过传输电路将电能供给到第一静电层6和第二静电层8。
传输电路包括直流整流电路和存储电容，直流整流电路将压电能量捕获装置10产生的交流电转化为直流电，存储电容通过充放电功能将直流电转换成直流稳压电，并加载到变刚度层5上。传输电路中设置直流整流电路和存储电容，直流整流电路将电能捕获装置产生的交流电转化为直流电，存储电容通过直流电转化为直流稳压电。
第一静电层6和第二静电层8包括基底和电极材料，电极材料敷设在基底上，将电极材料铺设或内嵌在基底上，使第一静电层6和第二静电层8在有电能输入时产生静电吸附力。本实施例中电极材料敷设在基底上。当然在其他实施例中，也可以将电极材料内嵌在基底上，只要实现将电极材料固定在基底上即可。
电极材料在基底上的排列方式和排布间隙可以根据其对风扇叶片2刚度的影响规律进行优化，如电极材料在基底上分布的密集度与对应位置处的风扇叶片2振动剧烈的呈正相关。对应风扇叶片2振动越剧烈的位置处，电极材料在基底上布置的越密集，从而产生与该位置处匹配的静电吸附力，从而达到满足该位置处的刚度要求。如风扇叶片的叶身中部振动较为强烈，从叶身中部到叶根以及从叶身中部到叶尖的振动逐渐分散，在基底上对应叶身中部的位置，电极材料布置的较为密集，而基底上对应叶身中部到叶根以及叶身中部到叶尖所在的区域，电极材料布置的较为稀疏，从而能够适应不同位置处的变刚度需求。
中间夹层7为复材纤维结构或金属中空结构。在本方案中，中间夹层7采用复材纤维结构或金属中空结构，使中间夹层7具有可拉伸和可压缩性能，从而在第一静电层6和第二静电层8的静电力作用下中间夹层7会发生相应的相变，适应变刚度的需要。
在本实施例中，压电能量捕获装置10为压电振子结构，压电振子结构敷设在压力面3和吸入面4上。将压电振子结构敷设在压力面3和吸入面4上分别用于捕获压力面3和吸入面4上的压电信息，并且压电振子结构敷设在压力面3和吸入面4的表面，操作方便面，而且便于后续根据风扇叶片2变刚度需求调整压电振子结构在压力面3和吸入面4上的位置。当然在其实施例中，压电能量捕获装置10由可编织的压电转换材料构成，只要能准确捕获压力面3和吸入面4上的压电信息即可，当压电能量捕获装置10采用可编织的压电转换材料构成时，将压电转换材料在风扇叶片2加工时编入到压力面3和吸入面4，便于在生产风扇叶片2时集中生产。在本申请中给出了将压电振子结构敷设在压力面3和吸入面4上以及将压电转换材料在风扇叶片2加工时编入到压力面3和吸入面4的两种压电转换的方式，但是并不局限于上述两种方式，只要实现捕获压力面3和吸入面4上的机械能并将实现压电转化即可。
在本实施例中，第一静电层6与第二静电层8分别与中间夹层7之间均存在绝缘性的胶结剂层(图1中未示出)。在第一静电层6与第二静电层8分别与中间夹层7之间均存在绝缘性的胶结剂层，通过绝缘性的胶粘结剂层实现各层之间的绝缘，提高变刚度层5的安全性以及调节的可靠性。
本实用新型还提供一种航空发动机，如图2所示，航空发动机1包括前述的风扇叶片2，风扇叶片2是位于航空发动机1的前端部件，在风扇叶片2受到自进气口的外界激励或涵道内部流场的激励而产生真的时，压电转化装置9中的压电能量捕获装置10捕获风扇叶片2的压力面3和吸入面4上的机械能，并将其转化为电能，通过传输电路将电能输送到变刚度层5中的第一静电层6和第二静电层8，使变刚度层5中的第一静电吸附层、中间夹层7和第二静电吸附层相互贴合，从而增加风扇叶片2的刚度，降低风扇叶片2振动响应、减少风扇叶片2的损伤，提高航空发动机的性能。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种可变刚度的风扇叶片，所述风扇叶片具有压力面和吸入面，其特征在于，所述风扇叶片包括：
变刚度层，所述变刚度层设置在所述压力面和所述吸入面之间，所述变刚度层包括第一静电层、中间夹层、第二静电层，所述中间夹层位于所述第一静电层与所述第二静电层之间，所述中间夹层在静电的作用下能够伸缩；
压电转化装置，所述压电转化装置的输入端分别连接所述压力面和所述吸入面，所述压电转化装置的输出端分别电连接所述第一静电层和所述第二静电层。
2.如权利要求1所述的可变刚度的风扇叶片，其特征在于，所述压电转化装置包括压电能量捕获装置和传输电路，所述压电能量捕获装置分别设置在所述压力面和所述吸入面上，用于获取风扇叶片的机械能，所述传输电路的输入端电连接所述压电能量捕获装置，所述传输电路的输出端分别电连接所述第一静电层和所述第二静电层。
3.如权利要求2所述的可变刚度的风扇叶片，其特征在于，所述传输电路包括直流整流电路和存储电容，所述直流整流电路用于将所述压电能量捕获装置产生的交流电转化为直流电，存储电容用于通过充放电功能将直流电转换成直流稳压电，并加载到所述变刚度层上。
4.如权利要求1所述的可变刚度的风扇叶片，其特征在于，所述第一静电层和第二静电层均包括基底和电极材料，所述电极材料敷设在所述基底上，或所述电极材料内嵌在所述基底上。
5.如权利要求4所述的可变刚度的风扇叶片，其特征在于，所述电极材料在所述基底上分布的密集度与对应位置处的风扇叶片振动剧烈的呈正相关。
6.如权利要求1所述的可变刚度的风扇叶片，其特征在于，所述中间夹层为复材纤维结构或金属中空结构。
7.如权利要求2所述的可变刚度的风扇叶片，其特征在于，所述压电能量捕获装置为压电振子结构，所述压电振子结构敷设在压力面和吸入面上。
8.如权利要求2所述的可变刚度的风扇叶片，其特征在于，所述压电能量捕获装置由可编织的压电转换材料构成，所述压电转换材料在风扇叶片加工时编入到所述压力面和所述吸入面。
9.如权利要求1所述的可变刚度的风扇叶片，其特征在于，所述中间夹层与所述第一静电层之间以及所述中间夹层与所述第二静电层之间分别通过绝缘性的胶结剂层连接。
10.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包括如权利要求1-9任意一项所述的可变刚度的风扇叶片。
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| CN202221866023.7U CN218177550U (zh) | 2022-07-19 | 2022-07-19 | 可变刚度的风扇叶片及航空发动机 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115892445A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-04-04 | 西北工业大学 | 一种飞行器及可变形机翼 |
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2022
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