Ultralehká kompozitová lopatka ventilátoru

Oblast techniky

Vynález 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 buď z kovových materiálů, nebo plastů včetně kompozitů. Lopatky jsou konstrukčně řešeny buď jako z jednoho materiálu, který vyplňuje celý objem lopatky, případně jsou provedeny konstrukčně v kombinaci z různých materiálů včetně dutého jádra listu lopatky. Lopatky mohou případně tvořit s rotorem a celým lopatkovým věncem rotoru ventilátoru integrální celek. Takováto provedení ventilátorů proudových motorů vojenských bitevních letadel, kde je zpravidla materiálem celého integrálního rotoru ventilátoru, nazývaného odborným výrazem „Blisk“, je slitina titanu, případně u ventilátorů chladicích, klimatizačních jednotek dural, či 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 používány k uchycení lopatek rybinovým závěsem, případně závěsem čepovým.

Uvedený dosavadní stav techniky se týká především aplikací pro proudové a dvouproudové motory větších výkonů, případně pro provedení neletecká v oblasti chlazení a klimatizace. V případě ventilátorů ventilátorových pohonných jednotek určených pro pohon malých letadel včetně bezpilotních miniaturních létajících prostředků je nej významnějším kritériem minimalizace hmotnosti při daném výkonu. V těchto případech je jako nejvýhodnější materiál na lopatky ventilátoru uhlíkový kompozit. Dle dosud zveřejněných informací v literatuře jsou ve světě realizovány dosud 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 vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny ultralehkou kompozitovou lopatkou ventilátoru, zejména pro pohon malých letadel, tvořenou vnější skořepinou a vnitřním pěnovým jádrem s přenosem tahové síly z čepového pouzdra závěsu pásnicí, kde pásnice prochází zcela skrz pěnové jádro patky lopatky do listu lopatky, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že pásnice obepíná pouzdro závěsu lopatky, přičemž průřez pásnice se postupně zmenšuje od pouzdra závěsu lopatky ke špičce lopatky.

Hmotnost oběžných lopatek osového ventilátoru pro použití ve ventilátorové pohonné jednotce malého letadla dále významně snižuje proti současným provedením ultralehká konstrukce, jejíž podstata spočívá vtom, že je konstrukčně lopatka řešena jako kompozitní skořepina s jádrem z pěny o velmi nízké hustotě, které je rozprostřeno 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 zatížení odstředivými silami z listu do závěsu.

- 1 CZ 309307 B6

Objasnění výkresů

Technické řešení 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 uskutečnění vynálezu

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

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