RU2568543C1

RU2568543C1 - Крепежная бобышка и кожух вентилятора

Info

Publication number: RU2568543C1
Application number: RU2014127284/02A
Authority: RU
Inventors: Осаму ОЦУ; Ю Сигенари; Такаси ХАРАДА; Цутому МУРАКАМИ
Original assignee: АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН; АйЭйчАй АЭРОСПЕЙС КО., ЛТД.
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2015-11-20
Also published as: US9695712B2; CN103975142A; WO2013084308A1; CA2857938A1; EP2789827A1; CN103975142B; EP2789827A4; US20140286769A1; CA2857938C; EP2789827B1

Abstract

Изобретение относится к авиастроению, а именно к крепежной бобышке для крепления вспомогательного устройства к кожуху вентилятора авиационного двигателя. Бобышка содержит основание, выполненное из множества наложенных друг на друга слоев из армирующих волокон и матрицы, объединяющей армирующие волокна вместе, и внедренное тело, которое внедрено в основание и включает соединительную конструкцию, соединяемую с вспомогательным устройством. Основание имеет нижнюю поверхность, обеспечивающую плотный контакт с внешней периферией кожуха вентилятора за счет адгезионного соединения. Обеспечивается надежное крепление вспомогательных устройств к кожуху. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к крепежной бобышке, предпочтительно применимой для элемента, состоящего из композитного материала, армированного волокном, например, для кожуха вентилятора авиационного двигателя, а также к кожуху вентилятора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Авиационный двигатель содержит вентилятор на своей передней ступени для ввода воздуха, который установлен внутри кожуха вентилятора. Чтобы уменьшить вес и увеличить прочность, кожух вентилятора часто изготавливают из полимера, армированного волокном (FRP). В качестве характерного примера FRP можно привести полимер, армированный углеродным волокном (CFRP), также в качестве примера могут быть приведены полимер, армированный стекловолокном (GFRP) и полимер, армированный волокном Кевлар (KFRP).

Элемент из FRP в типичном случае производят следующим образом: наматывают армирующие волокна вокруг подходящей оправки, пропитывают полученное термоусадочным полимером и отверждают при помощи нагрева. Если армирующие волокна являются непрерывными, FRP имеет чрезвычайно высокую прочность, но если волокна являются прерывистыми, FRP сильно теряет свою высокую прочность. Это создает проблему при прикреплении дополнительного устройства к элементу из FRP.

В Патентном документе 1 описана конструкция элемента из композитного материала, имеющего установочный фланец.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Патентный документ 1: опубликованная заявка на патент США 2008/0118683 А1.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание бобышки для крепления, которая делает возможным надежное крепление дополнительного устройства при помощи простого в применении способа, например затягивания болта.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, бобышка для крепления дополнительного устройства к кожуху вентилятора в двигателе содержит основание, включающее множество наложенных друг на друга армирующих волокон и матрицу, объединяющую армирующие волокна вместе, причем основание имеет нижнюю поверхность такой формы, которая позволяет обеспечить плотный контакт с внешней периферией кожуха вентилятора; и внедренное тело, которое внедрено в основание и включает соединительную конструкцию, соединяемую с дополнительным устройством.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения кожух вентилятора двигателя, к которому прикреплено дополнительное устройство содержит основное тело кожуха из композитного материала, армированного волокном; бобышку, соединенную с внешней периферией основного тела кожуха; основание, включающее множество наложенных друг на друга слоев из армирующих волокон и матрицу, объединяющую армирующие волокна вместе, причем основание имеет нижнюю поверхность такой формы, которая позволяет обеспечить плотный контакт с внешней периферией кожуха вентилятора; и внедренное тело, которое внедрено в основание и включает соединительную конструкцию, соединяемую с дополнительным устройством.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1А приведен вид сверху крепежной бобышки и части кожуха вентилятора, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 1В приведено сечение крепежной бобышки и части кожуха вентилятора.

На Фиг. 2А приведено сечение крепежной бобышки.

На Фиг. 2В приведен вид свержу внедренного тела, входящего в состав крепежной бобышки.

На Фиг. 2С приведен вид сбоку внедренного тела.

На Фиг. 3 приведен вид сбоку части кожуха вентилятора, на котором показано такое состояние этого кожуха, когда к нему при помощи крепежной бобышки прикреплено дополнительное устройство.

На Фиг. 4 приведен вид сбоку кожуха вентилятора, на котором показано такое состояние этого кожуха, когда к нему при помощи крепежной бобышки прикреплено дополнительное устройство, при этом вид на Фиг. 3 получен для области, указанной на Фиг. 4 ссылочной позицией III.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылкой на приложенные чертежи будут описаны примерные варианты осуществления настоящего изобретения.

На приложенных чертежах FF означает «вперед», а FR означает «назад», но это различение не ограничивает настоящее изобретение.

Представленные варианты осуществления настоящего изобретения можно применить для кожуха вентилятора из FRP в реактивном двигателе воздушного судна, но также их можно применить в других различных агрегатах из FRP или любого неметаллического материала.

Как показано в основном на Фиг. 4, двигатель 3 воздушного судна содержит вентилятор 5 на своей передней ступени. В гондоле, окружающей большую часть двигателя, часть 1, окружающая вентилятор 5, называется кожухом вентилятора. Кожух 1 вентилятора по существу имеет форму, близкую к цилиндрической и состоит из FRP, например из CFRP. Кожух 1 вентилятора изготавливают путем намотки армирующих волокон из углерода или тому подобного вокруг оправки, соответствующей по форме кожуху 1 вентилятора, пропитывают полученное термоусадочным полимером и отверждают при помощи нагрева. Армирующие волокна можно пропитать термоусадочным полимером заранее.

Кожух 1 вентилятора обычно состоит из основного тела 9 и фланцев 11, 15, выступающих наружу с обоих краев основного тела 9, которое со стороны переднего фланца 11 прикреплено к передней части 13 кожуха, и со стороны заднего фланца 15 прикреплено к задней части 17 кожуха, соответственно, при помощи болтов.

Как показано в основном на Фиг. 3, к внешней поверхности основного тела 2 при помощи множества крепежных бобышек 21 прикреплены одно или более дополнительных устройств 7. Каждому дополнительному устройству выделены одна или более крепежных бобышек.

Как показано на Фиг. 1А и 1В, основными частями каждой крепежной бобышки 21 являются основание 23 и внедренное в него тело 25. Нижняя поверхность основания 23 имеет форму, соответствующую внешней периферии кожуха вентилятора, что позволяет обеспечить плотный контакт с кожухом 1 вентилятора. Обычно основание 23 и кожух 1 вентилятора соединяют при помощи адгезива, например эпоксидной смолы или тому подобного. Если есть возможность, можно применять любой другой способ соединения. Внедренное тело 25 имеет соединительную конструкцию, соединяемую с дополнительным устройством 7, тем самым соединяя его с дополнительным устройством 7.

Как показано на Фиг. 2А, основание 23 в общем состоит из множества наложенных друг на друга слоев армирующих волокон S и матрицы, объединяющей эти слои S вместе. Армирующие волокна S, например, представляют собой углеродные волокна. В качестве альтернативы, вместо углеродных волокон или в дополнение к ним можно применять волокна из одного или более из следующего: стекла, арамида, включая Кевлар, дайнима и т.п. Множество слоев в предпочтительном случае уложены параллельно внешней периферии кожуха 1 вентилятора с целью эффективности противостояния силам, действующим параллельно этой внешней периферии, но могут быть ориентированы в любом другом направлении. В дополнение к этому, с целью обеспечить эффективное снижение анизотропии прочности волокна взаимная ориентация волокон в соответствующих слоях может не быть параллельной, но может быть и параллельная ориентация. Матрица в типичном случае состоит из термоусадочного полимера, но, если есть возможность, может состоять из любого другого материала. В качестве примера термоусадочного полимера можно привести эпоксидную смолу, фенольную смолу или полиимидную смолу.

Основание 23 может иметь форму столбика, призмы, или любую другую из различных форм. С целью эффективного увеличения площади адгезии на кожухе 1 вентилятора предпочтительно оно имеет форму, расширяющуюся книзу, таким образом, в качестве примера можно привести усеченный конус или усеченную пирамиду. В качестве альтернативы его верхняя часть может быть любой подходящей формы - столбик, призма, усеченный конус, усеченная пирамида или тому подобное, и с его нижней частью может быть соединена любая подходящая форма - более широкий столбик, более широкая призма, более широкий усеченный конус и более широкая усеченная пирамида.

Как показано на Фиг. 2В и Фиг. 2С, внедренное тело, выполнено, например, из металла, такого как нержавеющая сталь. В качестве альтернативы можно применить полимер, такой как поликарбонат, или любую подходящую керамику. Внедренное тело имеет соединительную конструкцию, подходящую для его соединения с дополнительным устройством 7, на чертежах в качестве примера показано резьбовое отверстие 27, в котором может быть затянут болт. Как показано на Фиг. 1В, бобышку 21 и дополнительное устройство 7 соединяют вместе при помощи болта 19, вставленного в отверстие 7h для болта, которое имеет фланец 7f дополнительного устройства. В качестве альтернативы, можно применить выступ, соединяющийся с крючком или тому подобным, либо любую другую подходящую конструкцию.

Внедренное тело 25 содержит часть 29, препятствующую перемещению, выполненную такой формы, чтобы предотвратить его выход из основания 23. В примере, показанном на чертежах, его нижняя часть выступает в радиальном направлении за его горловину. Кроме того, в примере, показанном на чертежах, хотя внедренное тело 25 увеличивается в диаметре в направлении к нижнему краю, оно может быть выпуклым в середине, например, как в случае бочки. Далее, вместо формы, постепенно увеличивающейся в диаметре, можно использовать конструкцию с резко выступающей частью, такой как фланец. У основания 23 часть, контактирующая с горловиной, обязательно меньше по диаметру, чем часть внедренного тела 25, увеличивающаяся в диаметре, чтобы удержать эту часть, что позволяет предотвратить перемещение внедренного тела 25.

Внедренное тело 25 дополнительно содержит части 31, препятствующие вращению, выполненные такой формы, чтобы предотвратить вращение относительно основания 23. В примере, показанном на чертежах, часть 29, препятствующая перемещению, частично срезана и поэтому не имеет неизменного диаметра. Вместо вырезов внедренное тело в целом может быть выполнено в форме пирамиды, звезды или зубчатого колеса. В качестве альтернативы, части, отличающиеся по диаметру, могут быть обеспечены в других областях, а не в части 29, препятствующей перемещению. Части 31, препятствующие вращению, которые отличаются по диаметру, образованы в нижней области и вблизи нее, но могут быть образованы в любой области. При приложении силы в направлении, вызывающем вращение внедренного тела 25, части 31, препятствующие вращению, которые периферийно неравны по диаметру, противостоят этой силе, чтобы предотвратить вращение внедренного тела 25.

Основание 23 и внедренное тело 25 могут быть соединены вместе при помощи любого подходящего средства, обеспечивающего адгезию. В качестве альтернативы, они могут быть скреплены друг с другом только при помощи взаимного сопряжения. Как бы то ни было, в предпочтительном случае они выполнены таким образом, чтобы обеспечить плотный контакт без зазора.

Если вернуться назад к Фиг. 1А и Фиг. 1В, чтобы закрыть часть внешней периферии кожуха 1 вентилятора и основание 23, в предпочтительном случае к ним прикрепляется посредством адгезива крышка 33. Крышка 33 предпочтительно состоит из FRP, как и основание 23, но для ее изготовления может быть применен и любой другой материал. Крышка 33 имеет отверстие 35 для обеспечения доступа к соединительной конструкции внедренного тела 25. Крышка 33 также закрывает внедренное тело 25 в области вокруг отверстия 35, но вся верхняя часть внедренного тела 25 может оставаться и открытой.

Кольца пограничной зоны адгезии между дном основания 23 и внешней периферией кожуха 1 вентилятора, как правило, становятся местами расслоения. Крышка 33 обязательно закрывает эти участки и противостоит приложенной здесь растягивающей силе, обеспечивая сопротивление расслоению. Крышка 33 также используется для регулирования высоты крепежной бобышки 21.

Так как крепежная бобышка 21, или, по меньшей мере, ее большая часть, выполнена из любого легкого материала, например, FRP и не требует сверления в кожухе вентилятора, она обеспечивает надежное прикрепление дополнительного устройства, не снижая преимуществ кожуха вентилятора, состоящего из FRP. Кроме того, будучи прикрепленной посредством адгезива к кожуху вентилятора с достаточно широкой областью приклеивания, которая обеспечена ее нижней поверхностью, крепежная бобышка 21 не позволяет дополнительному устройству выпасть или переместиться. Более того, крепежная бобышка 21 обеспечивает широкие возможности по выбору расположения, где эту бобышку можно закрепить и, так как крепежная бобышка 21 может быть прикреплена к кожуху вентилятора уже после изготовления, она позволяет пользователям прикреплять дополнительные устройства в произвольных местах в любое время.

Хотя настоящее изобретение описано выше со ссылкой на некоторые варианты его осуществления, это изобретение не ограничивается описанными выше вариантами. С учетом вышеизложенного, модификации и изменения описанных выше вариантов осуществления настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Предлагается крепежная бобышка, которая позволяет обеспечить надежное закрепление дополнительного устройства при помощи простого в применении способа, например затягивания при помощи болта.

Claims

1. Крепежная бобышка для крепления к кожуху вентилятора авиационного двигателя вспомогательного устройства, содержащая:
основание, выполненное из множества наложенных друг на друга слоев из армирующих волокон и матрицы, объединяющей армирующие волокна вместе, причем основание имеет нижнюю поверхность, обеспечивающую плотный контакт с внешней периферией кожуха вентилятора за счет адгезионного соединения; и
внедренное тело, которое внедрено в основание и включает соединительную конструкцию, соединяемую с вспомогательным устройством.

2. Бобышка по п. 1, в которой соединительная конструкция выбрана из группы, состоящей из резьбового отверстия, позволяющего затянуть в этом отверстии болт, зацепляющего отверстия, зацепляемого с вспомогательным устройством и выступа, зацепляемого с вспомогательным устройством.

3. Бобышка по п. 1, в которой внедренное тело содержит горловину и часть, препятствующую перемещению внедренного тела из основания, выступающую в радиальном направлении от горловины.

4. Бобышка по п. 1, в которой внедренное тело содержит часть, препятствующую вращению внедренного тела относительно основания, имеющую периферийно неравные диаметры.

5. Бобышка по п. 1, в которой внедренное тело выполнено из металла.

6. Бобышка по п. 1, в которой основание имеет форму, расширяющуюся к нижней поверхности.

7. Бобышка по п. 1, в которой упомянутое множество слоев наложено друг на друга параллельно внешней периферии кожуха вентилятора.

8. Бобышка по п. 1, дополнительно содержащая
крышку, закрывающую часть внешней периферии кожуха вентилятора и основание и прикрепленную к ним посредством адгезива.

9. Кожух вентилятора авиационного двигателя, выполненный с возможностью прикрепления вспомогательного устройства, содержащий:
основное тело кожуха из композитного материала, армированного волокном;
бобышку, соединенную с внешней периферией основного тела кожуха, содержащую основание, выполненное из множества наложенных друг на друга слоев из армирующих волокон и матрицы, объединяющей армирующие волокна вместе, причем основание имеет нижнюю поверхность, обеспечивающую плотный контакт с внешней периферией кожуха вентилятора за счет адгезионного соединения, и
внедренное тело, которое внедрено в основание и включает соединительную конструкцию, соединяемую с вспомогательным устройством.

10. Кожух вентилятора по п. 9, в котором соединительная конструкция выбрана из группы, состоящей из резьбового отверстия, позволяющего затянуть в этом отверстии болт, зацепляющего отверстия, зацепляемого с вспомогательным устройством, и выступа, зацепляемого с вспомогательным устройством.

11. Кожух вентилятора по п. 9, в котором внедренное тело содержит горловину и часть, препятствующую перемещению внедренного тела из основания, выступающую в радиальном направлении от горловины.

12. Кожух вентилятора по п. 9, в котором внедренное тело содержит часть, препятствующую вращению внедренного тела относительно основания, имеющую периферийно неравные диаметры.

13. Кожух вентилятора по п. 9, в котором внедренное тело выполнено из металла.

14. Кожух вентилятора по п. 9, в котором основание имеет форму, расширяющуюся к нижней поверхности.

15. Кожух вентилятора по п. 9, в котором упомянутое множество слоев наложено друг на друга параллельно внешней периферии кожуха вентилятора.

16. Кожух вентилятора по п. 9, дополнительно содержащий крышку, закрывающую часть внешней периферии кожуха вентилятора и основание и прикрепленную к ним посредством адгезива.