CZ2009841A3 - Ultralehká kompozitová lopatka ventilátoru - Google Patents

Abstract

Technické rešení se týká obežné lopatky osového ventilátoru pro stlacování a dopravu vzduchu, zejména pro pohonnou jednotku malých letadel. Hmotnost obežných lopatek osového ventilátoru pro použití ve ventilátorové pohonné jednotce malého letadla toto rešení významne snižuje proti soucasným provedením. Ultralehká konstrukce má lopatku rešenou jako kompozitní skorepinu s jádrem z peny o velmi nízké hustote, které se nachází v celém objemu lopatky tvorené aerodynamickým listem a patou se závesem. Skorepina lopatky je složena z nekolika vrstev kompozitu se speciálními orientacemi vláken výztužné tkaniny a pásnic z jednosmerné výztuže, která prenáší odstredivé zatížení z listu lopatky do závesu.

Description

Oblast techniky

Technické řešeni se týká oběžné lopatky osového ventilátoru pro stlačování a dopravu vzduchu, zejména pro pohonnou jednotku malých letadel.

Dosavadní stav techniky

Dosud jsou lopatky osových ventilátorů pro stlačování a dopravu vzduchu prováděny z kovových materiálů, nebo plastů včetně kompozitů. Lopatky mohou být konstrukčně řešeny z jednoho materiálu, případně je konstrukce provedena kombinací různých materiálů. Materiál buď vyplňuje celý objem lopatky, nebo lopatka může mýt duté jádra listu. Lopatky mohou tvořit s rotorem a celým lopatkovým věncem rotoru ventilátoru integrální celek. U takovéhoto provedení ventilátorů proudových motorů vojenských bitevních letadel je zpravidla materiálem celého integrálního rotoru slitina titanu (nazývaného odborným výrazem „Blisk“). U ventilátorů chladících, klimatizačních jednotek je materiálem celého integrálního rotoru ventilátoru dural, čí plast. U ventilátorů velkých dvouproudových motorů dopravních letadel jsou lopatky ventilátoru řešeny jako skořepinové konstrukce s dutinou v listu vyplněnou například vylehčující voštinovou vložkou. Lopatky jsou v tomto případě individuálně připojeny k rotoru či disku různými způsoby Běžně jsou používána uchycení lopatek rybinovým závěsem, případně závěsem čepovým.

Uvedený dosavadní stav techniky se týká především aplikací pro proudové a dvouproudové motory větších výkonů, případně pro provedeni neletecká v oblasti chlazení a klimatizace. V případě ventilátorů ventilátorových pohonných jednotek určených pro pohon malých letadel včetně bezpilotních létajících prostředkuje nej významnějším kriteriem minimalizace hmotnosti při daném výkonu. V těchto případech je nejvýhodnější materiál na lopatky ventilátoru uhlíkový kompozit. Dle dosud zveřejněných informací v literatuře jsou ve světě realizovány pouze neúspěšné pokusy s pohonem malých letadel ventilátorovou pohonnou jednotkou s pístovým spalovacím motorem. V těchto případech jsou ventilátorové oběžné lopatky provedeny jako celokompozitové konstrukční struktury. Hmotnost těchto konstrukcí je limitována hustotou kompozitního materiálu.

Podstata technického řešeni

Hmotnost oběžných lopatek osového ventilátoru pro použití ve ventilátorové pohonné jednotce malého letadla dále významně snižuje proti současným provedením ultralehká konstrukce, jejíž podstata spočívá v tom, že je konstrukčně lopatka řešena jako kompozitní skořepina s jádrem z pěny o velmi nízké hustotě, které se nachází v celém objemu lopatky tvořené aerodynamickým listem a patkou se závěsem. Skořepina lopatky je složena z několika vrstev kompozitu se speciálními orientacemi vláken výztužné tkaniny a pásnic z jednosměrné výztuže, která přenáší odstředivé zatížení z listu lopatky do závěsu.

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešeni bude blíže osvětleno pomocí výkresu, na kterém znázorňuje obr. 1 celkový průhledový pohled na podélný průřez lopatkou podle technického řešení, kde jsou znázorněny všechny konstrukční prvky a obr. 2 na kterém je detail patní části lopatky.

Příklady provedeni technického řešení

Lopatka, podle obr. 1, sestává z vnější skořepiny z kompozitu tvořeném výztužnou tkaninou s pryskyřicí 5, pěnového jádra v části listu lopatky 1, pěnového jádra v Části patky lopatky 4, kovového pouzdra závěsu lopatky 2, pásnice 3 obepínající kovové pouzdro závěsu 2 a procházející patní části až ke špičce lopatky přilehle k vnitřní ploše skořepiny.

Detail konstrukce patky lopatky podle obr. 2 zobrazuje detail vzájemné polohy pouzdra 2 závěsu lopatky a pásnice 3 a pěnového jádra 4v části patky.

Lopatka podle technického řešení přenáší bezpečně všechna provozní zatížení, vyvolaná jednak odstředivou silou při rotaci a jednak rozdílem tlaků mezi korytem a hřbetem listu Zatížení odstředivou silou působící tahovou sílu od patky lopatky ke špičce zachycuje závěs lopatky tvořený pouzdrem, kolem něhož je ovinuta pásnice, která je navržena jako nosník s proměnným průřezem. Zatížení ohybem a krutém, vyvolaným aerodynamickými silami je přeneseno uzavřeným profilem skořepiny. Zařízení podle technického řešení lze využít všude tam, kde je požadována extrémně nízká hmotnost ventilátoru a současně vysoká mechanická pevnost.

Claims (3)

1. Patentové nároky

   ). Ultralehká kompozitová lopatka ventilátoru, zejména pro pohon malých letadel, tvořená vnější skořepinou a vnitrním pěnovým jádrem s přenosem tahové sily z čepového pouzdra závěsu pásnicí, vyznačující se tím, že vnitřní pěnové jádro listu 1 a vnitřní pěnové jádro patky 4 vyplňuje celý vnitřek skořepiny 5 lopatky.
2. 2. Ultralehká kompozitová lopatka ventilátoru, zejména pro pohon malých letadel, tvořená vnější skořepinou a vnitřním pěnovým jádrem s přenosem tahové síty z čepového pouzdra závěsu pásnicí, vyznačující se tim, že pásnice 3 obepíná pouzdro závěsu lopatky 2 a prochází vnitřním pěnovým jádrem patky 4 do listu lopatky 1.
3. 3. Ultralehká kompozitová lopatka ventilátoru, zejména pro pohon malých letadel, tvořená vnější skořepinou a vnitřním pěnovým jádrem s přenosem tahové síly z čepového pouzdra závěsu pásnicí, vyznačující se tím, že pásnice 3 obepíná pouzdro závěsu lopatky 2 a prochází vnitřním pěnovým jádrem patky 4 do listu lopatky 1 tak, že se její průřez postupně zmenšuje od pouzdra závěsu lopatky 2 ke špičce lopatky 6.