RU81275U1

RU81275U1 - COMPOSITE SHOVEL, PREFERREDLY FOR FANS OF AIRCRAFT ENGINES

Info

Publication number: RU81275U1
Application number: RU2008144677/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Борисович Литвинов; Мурат Сейтказиевич Токсанбаев; Евгений Михайлович Базаев; Денис Иванович Еремкин
Original assignee: Открытое акционерное общество Национальный институт авиационных технологий (ОАО НИАТ)
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2009-03-10

Abstract

Полезная модель относится к механике, в частности, к конструктивным элементам насосов и компрессоров необъемного вытеснения, и может быть использовано в конструкции лопаток из полимерных материалов для авиационных двигателей, а также для промышленных систем вентиляции крупных производственных зданий, средств транспорта и т.д Задачей полезной модели является разработка конструкции композитной лопатки, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей, которая обладала бы повышенной прочностью при упрощении процесса ее изготовления. Поставленная задача достигается тем, что в композитной лопатке, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей, состоящей из комля и лопасти, содержащей сердечник и внешние армирующие слои из тканого прошитого полимерного материала, уложенные с обеих сторон сердечника, и внедренные в термоотверждаемое полимерное связующее, сердечник выполнен из прошиваемого материала, а внешние армирующие слои совместно с сердечником в области лопасти прошиты углеродными нитями, зигзагообразными строчками с углом 90° с заходом параллельных строчек друг на друга на 2-3 мм., с длинной стежка 5-10 мм., а строчки проложены относительно линии максимальных толщин лопатки под углом в 45°, кроме того The utility model relates to mechanics, in particular, to the structural elements of pumps and compressors of continuous displacement, and can be used in the construction of blades made of polymer materials for aircraft engines, as well as for industrial ventilation systems of large industrial buildings, vehicles, etc. model is the development of the design of a composite blade, mainly for aircraft engine fans, which would have increased strength while simplifying the process of its manufacture Lenia. The problem is achieved in that in a composite blade, mainly for aircraft engine fans, consisting of a butt and a blade containing a core and external reinforcing layers of woven stitched polymer material, laid on both sides of the core, and embedded in a thermoset polymer binder, the core is made of stitched material, and the outer reinforcing layers together with the core in the region of the blade are stitched with carbon threads, zigzag stitches with an angle of 90 ° with the approach of parallel trochek each other on 2-3 mm., with a stitch length of 5-10 mm., and the stitches are laid relative to the line of maximum thickness of the blade at an angle of 45 °, furthermore

сердечник выполнен в лопастной части из пенопласта, а в комлевой части из минералокомпозита. Формула полезной модели из 1 пункта, чертежи - 2 фигуры.the core is made in the bladed part of the foam, and in the butt part of the mineral composite. The utility model formula from 1 point, drawings - 2 figures.

Description

Полезная модель относится к механике, в частности, к конструктивным элементам насосов и компрессоров необъемного вытеснения, и может быть использована в конструкции лопаток из полимерных материалов для авиационных двигателей, а также для промышленных систем вентиляции крупных производственных зданий, средств транспорта и т.д., для повышения их эксплуатационных характеристик.The utility model relates to mechanics, in particular, to the structural elements of pumps and compressors of continuous displacement, and can be used in the construction of blades made of polymer materials for aircraft engines, as well as for industrial ventilation systems of large industrial buildings, vehicles, etc., to enhance their performance.

Уровень техники.The prior art.

Известны вентиляторные лопатки воздушного винта из композиционных материалов, состоящие из внутреннего сердечника и внешних армирующих слоев из композиционного наполнителя, пропитанных связующим с последующей полимеризацией.Known fan blades of a propeller made of composite materials, consisting of an inner core and external reinforcing layers of composite filler, impregnated with a binder followed by polymerization.

Согласно патенту US №5279892, кл. В32В 7/00, от 18.01.94 г., конструкция лопатки представляет собой сочетание двух групп армированных внешних и внутренних слоев. Группа внутренних слоев представляет собой тонкую, тканую структуру, образующую сердечник и формирует внутреннюю пространственную геометрию лопатки. Группа внешних слоев, армированных углами 6α, в зависимости от According to US patent No. 5298989, class. BVB 7/00, dated 01/18/94, the design of the blade is a combination of two groups of reinforced outer and inner layers. The group of inner layers is a thin, woven structure that forms the core and forms the internal spatial geometry of the scapula. The group of outer layers reinforced by angles 6α, depending on

направления изгибающих моментов формирует внешнюю геометрию лопатки.direction of bending moments forms the external geometry of the scapula.

Основным недостатком является пониженные прочностные характеристики и срок эксплуатации лопатки из-за расслоения армированных слоев в процессе эксплуатации.The main disadvantage is the reduced strength characteristics and the life of the blade due to the delamination of the reinforced layers during operation.

Достаточно близким к предлагаемому техническому решению является «Композиционная лопатка компрессора» по патенту на изобретение RU №2006591 кл. F01D 5/14 от 01.30.1994 г. Сущность изобретения: композитная лопатка компрессора содержит перо, выполненное из материала основы с армирующим элементом прошитым углеродными нитями, расположенными равномерно по объему пера по меньшей мере в двух направлениях, при этом объем нитей составляет 0,2-0,5 объема пера, а основа выполнена из пиролитического углерода.Close enough to the proposed technical solution is the "Composite compressor blade" according to the patent for invention RU No. 20046591 class. F01D 5/14 of 01/30/1994 g. The invention: the composite compressor blade contains a feather made of a base material with a reinforcing element stitched with carbon threads arranged uniformly in the volume of the pen in at least two directions, while the volume of the threads is 0.2 -0.5 pen volumes, and the base is made of pyrolytic carbon.

Недостатком патента является прокладывание скрепляющих строчек параллельно друг другу. Это не обеспечивает достаточно прочного скрепления, т.к. система параллельных нитей связана только в одном направлении, что снижает прочностные характеристики и срок эксплуатации лопатки.The disadvantage of the patent is the laying of fastening stitches parallel to each other. This does not provide a sufficiently strong bond, because the system of parallel threads is connected in only one direction, which reduces the strength characteristics and the life of the blade.

Сущность полезной модели.The essence of the utility model.

Задачей полезной модели является разработка такой конструкции композитной лопатки, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей, которая обладала бы повышенной прочностью при упрощении процесса ее изготовления.The objective of the utility model is the development of such a composite blade design, mainly for aircraft engine fans, which would have increased strength while simplifying the manufacturing process.

Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что в композитной лопатке, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей, состоящей из комля и лопасти, содержащей сердечник и внешние армирующие слои из тканого прошитого полимерного материала, уложенные с обеих сторон сердечника, и внедренные в термоотверждаемое полимерное связующее, сердечник выполнен из прошиваемого материала, а внешние армирующие слои совместно с сердечником в области лопасти прошиты углеродными нитями, при этом, прошивка выполнена зигзагообразными строчками с углом 90° с заходом параллельных строчек друг на друга на 2-3 мм., с длинной стежка 5-10 мм., а строчки проложены относительно линии максимальных толщин лопатки под углом в 45°.According to the utility model, the task is achieved in that in a composite blade, mainly for aircraft engine fans, consisting of a butt and a blade containing a core and external reinforcing layers of woven stitched polymer material, laid on both sides of the core, and embedded in a thermoset polymer binder, the core is made of flashed material, and the external reinforcing layers together with the core in the area of the blade are stitched with carbon threads, while the firmware is zigzag braznymi lines with an angle of 90 ° with the setting of parallel lines on each other at 23 mm., with a stitch length of 5-10 mm., and the stitches are laid relative to the line of maximum thickness of the blade at an angle of 45 °.

Кроме того, в композитной лопатке, сердечник выполнен в лопастной части из пенопласта, а в комлевой части из минералокомпозита.In addition, in the composite blade, the core is made in the blade part of the foam, and in the butt part of the mineral composite.

Такое выполнение композитной лопатки позволяет повысить ее прочность, уменьшить массу и упростить процесс изготовления.This embodiment of the composite blades can increase its strength, reduce weight and simplify the manufacturing process.

Перечень фигур на чертежах.The list of figures in the drawings.

Полезная модель поясняется чертежами, на которых:The utility model is illustrated by drawings, in which:

- Фиг.1 показывает общий вид лопатки вентилятора (вид в плане);- Figure 1 shows a General view of the fan blades (plan view);

- Фиг.2 - показывает узел 1 Фиг.1 (параметры строчки прошивки).- Figure 2 - shows the node 1 of Figure 1 (parameters of the firmware line).

Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.

Лопатка 1 (фиг.1) состоит из аэродинамической части лопасти 2, изготовленной зацело с комлем 3. Толщина лопасти 2 уменьшается к передней кромке 7, свободному концу 4 и задней кромке 6, и увеличивается к его центру и к основе комля 5. Лопатка 1 сделана из композитного материала, имеющего углеволоконную основу, внедренную в полимерное связующее.The blade 1 (figure 1) consists of the aerodynamic part of the blade 2, made integral with the butt 3. The thickness of the blade 2 decreases to the front edge 7, the free end 4 and the trailing edge 6, and increases to its center and to the base of the butt 5. The blade 1 made of a composite material having a carbon fiber base embedded in a polymer binder.

Внутренняя часть лопатки - сердечник, определяющий геометрию лопатки, выполнен из прошиваемого материала, например, - из тканого углеродного материала,The inner part of the scapula - the core that determines the geometry of the scapula, is made of stitched material, for example, of woven carbon material,

Сердечник может быть выполнен из лопастной части и комлевой части, связанных между собой. При этом, в лопастной части сердечник выполнен из пенопласта, а в комлевой - из минералокомпозита.The core can be made of a blade part and a butt part connected to each other. At the same time, in the lobed part, the core is made of foam, and in the butt part it is made of mineral composite.

Снаружи лопатка содержит силовые армирующие слои из тканого полимерного материала, уложенные с обеих сторон сердечника, и внедренные в термоотверждаемое полимерное связующееOutside, the blade contains power reinforcing layers of woven polymer material, laid on both sides of the core, and embedded in a thermoset polymer binder

Армирующие слои скреплены между собой зигзагообразными строчками 9. Прошивные зигзагообразные строчки прокладываются параллельно друг другу со следующими параметрами: длина и ширина стежка равны между собой и составляют 5-10 мм, заход строчек друг на The reinforcing layers are fastened together by zigzag stitches 9. The stitched zigzag stitches are laid parallel to each other with the following parameters: the length and width of the stitch are equal to each other and amount to 5-10 mm, the stitching

друга 2-3 мм (фиг.2 с), - проходя сквозь лопатку в поперечном сечении, скрепляя между собой все внешние несущие силовые слои и сердечник.another 2-3 mm (Fig. 2 c), passing through the scapula in cross section, fastening together all the external supporting force layers and the core.

Слои ориентированы относительно линии максимальных толщин 8, которая проходит от середины основы комля 5 до свободного конца 4 пера 2. Конфигурация линии максимальных толщин 8 определена по результатам измерений объемно-пространственной модели лопатки и показывает максимальные толщины в продольных и поперечных направлениях. Эта линия показывает точки воздействия максимальных нагрузок на конфигурацию лопатки, поэтому ориентацию нитей осуществляют относительно этой линии. Параллельные закрепляющие строчки проложены под углом 45° к линии максимальных толщин 8, соблюдая вышеуказанные параметры. Это объясняется тем, что при прокладывании закрепляющих строчек таким образом увеличиваются прочностные характеристики лопатки за счет дополнительного скрепления смежных нитей углеродного материала в слоях лопатки.The layers are oriented relative to the line of maximum thicknesses 8, which runs from the middle of the base of the butt 5 to the free end 4 of pen 2. The configuration of the line of maximum thicknesses 8 is determined by measuring the spatial-spatial model of the blade and shows the maximum thicknesses in the longitudinal and transverse directions. This line shows the points of influence of maximum loads on the blade configuration, therefore, the orientation of the threads is carried out relative to this line. Parallel fastening lines are laid at an angle of 45 ° to the line of maximum thickness 8, observing the above parameters. This is because when laying the fixing stitches, the strength characteristics of the blade are thus increased due to the additional bonding of adjacent threads of carbon material in the layers of the blade.

Сборку преформы производят путем последовательного укладывания слоев ткани (или однонаправленного материала) и сердечника, далее происходит скрепление слоев зигзагообразной строчкой 9 на швейной машине зигзагообразного стежка с учетом вышеуказанных параметров. Полученная преформа лопатки вентилятора подвергается вакуумной обработке для качественной укладки в пресс-форму с последующей пропиткой известными способами и полимеризацией.The preform is assembled by sequentially laying the layers of fabric (or unidirectional material) and the core, then the layers are fastened together with a zigzag stitch 9 on a zigzag stitch sewing machine taking into account the above parameters. The resulting fan blade preform is subjected to vacuum processing for high-quality laying in the mold with subsequent impregnation by known methods and polymerization.

Claims

1. A composite blade, mainly for aircraft engine fans, consisting of a butt and a blade, containing a core and external reinforcing layers of woven stitched polymer material, laid on both sides of the core, and embedded in a thermoset polymer binder, characterized in that the core is made of stitched material, and the external reinforcing layers together with the core in the area of the blade are stitched with carbon threads, while the firmware is made in zigzag stitches with an angle of 90 ° with the approach of the paral sewing stitches on each other by 2-3 mm, with a long stitch of 5-10 mm, and the stitches are laid relative to the line of maximum thickness of the scapula at an angle of 45 °.

2. A composite blade, mainly for fans of aircraft engines according to claim 1, characterized in that the core is made in the blade part of the foam, and in the butt part of the mineral composite.