RU89189U1

RU89189U1 - COMPOSITE SHOULDER, PREVIOUSLY FOR FANS OF AIRCRAFT ENGINES WITH FOAM PLASTIC CORE

Info

Publication number: RU89189U1
Application number: RU2009133083/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Борисович Литвинов; Мурат Сейтказиевич Токсанбаев; Евгений Михайлович Базаев; Денис Иванович Еремкин; Андрей Вячеславович Артемьев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ)
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2009-11-27

Abstract

Композитная лопатка, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей с пенопластовым сердечником, выполненная в виде комля и лопасти, содержащая сердечник и внешние армирующие слои из тканого прошитого полимерного материала, уложенные с обеих сторон сердечника, и внедренные в термоотверждаемое полимерное связующее, причем сердечник выполнен в лопастной части из пенопласта, а в комлевой части из минералокомпозита, отличающаяся тем, что пенопластовая часть сердечника выполнена с наружной прослойкой из внедренного в пенопласт слоя стеклоткани.A composite blade, mainly for fans of aircraft engines with a foam core, made in the form of a butt and 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 being made in the blade part foam, and in the butt part of the mineral composite, characterized in that the foam part of the core is made with an outer layer of embedded in the foam loya fiberglass.

Description

Область техники.The field of technology.

Полезная модель относится к механике, в частности к конструктивным элементам насосов и компрессоров необъемного вытеснения, и может быть использована в конструкции лопаток из полимерных композиционных материалов для авиационных двигателей, а также для промышленных систем вентиляции крупных производственных зданий, средств транспорта и т.д., с целью 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 composite materials for aircraft engines, as well as for industrial ventilation systems of large industrial buildings, vehicles, etc., in order to increase their operational characteristics.

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 направления изгибающих моментов формирует внешнюю геометрию лопатки.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 6α angles, depending on the direction of the bending moments, forms the external geometry of the blade.

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

Известна также «Композиционная лопатка компрессора» по патенту на изобретение РФ №2006591 кл. F01D 5/14 от 01.30.1994 г., которая 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.Also known is the "Composite compressor blade" according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 20046591 class. F01D 5/14 of 01/30/1994, which 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 the volume of the pen, and the base is made of pyrolytic carbon.

Недостатком изобретения 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 invention 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.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Композиционная лопатка, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей» по патенту на полезную модель РФ №81275 кл. F01D 5/14 от 13.11.08 г., выполненная в виде комля и лопасти, содержащая сердечник и внешние армирующие слои из тканого прошитого полимерного материала, уложенные с обеих сторон сердечника, и внедренные в термоотверждаемое полимерное связующее, причем сердечник выполнен в лопастной части из пенопласта, а в комлевой части из минералокомпозита.Closest to the proposed technical solution is "Composite blade, mainly for aircraft engine fans" according to the patent for utility model of the Russian Federation No. 81275 class. F01D 5/14 of November 13, 2008, made in the form 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 being made in the blade part of polystyrene foam, and in the butt part of the mineral composite.

Недостатком данного изобретения является то, что на границе раздела композита и пенопластового сердечника происходит резкий скачек теплофизических и физико-механических свойств лопатки, что при ее нагружении приводит к накоплению микродефектов и постепенному слиянию их в макродефекты, что снижает срок эксплуатации лопатки.The disadvantage of this invention is that at the interface between the composite and the foam core there is a sharp jump in the thermophysical and physico-mechanical properties of the blade, which, when loaded, leads to the accumulation of microdefects and their gradual fusion into macrodefects, which reduces 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 повышенным ресурсом при эксплуатации в составе двигателя или другого агрегата.The objective of the utility model is to develop such a design of a composite blade, mainly for aircraft engine fans, which would have an increased resource when used as part of an engine or other unit.

Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что в композитной лопатке, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей с пенопластовым сердечником, 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 в лопастной части из пенопласта, а в комлевой части из минералокомпозита, причем на наружных поверхностях пенопластового сердечника имеется прослойка из одного слоя стеклоткани с внедренным в нее пенопластом.According to the utility model, the task is achieved in that in a composite blade, mainly for fans of aircraft engines with a foam core, 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 a polymer binder, the core is made in the blade part of the foam, and in the butt part of the mineral composite, and on the outer surfaces of the foam core It has a layer of one layer of glass cloth embedded therein with foam.

Такое выполнение композитной лопатки позволяет сформировать на границе композитной и пенопластовой ее частей прослойку стеклопенопластового композита с тепло-физическими и физико-механическими свойствам промежуточными между свойствами ПКМ и пенопласта, что, за счет демпфирующего воздействия этой прослойки, позволяет повысить стойкость лопатки к образованию микро - и макродефектов и значительно повысить ее ресурс.This embodiment of the composite blade allows the formation of a layer of fiberglass composite on the border of the composite and foam parts with the thermal, physical and physico-mechanical properties intermediate between the properties of PCM and foam, which, due to the damping effect of this layer, makes it possible to increase the resistance of the blade to micro- and macrodefects and significantly increase its resource.

Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что на наружных поверхностях сердечника формируется прослойка, состоящая из стеклоткани, пропитанной пенопластом.According to the utility model, the task is achieved by the fact that on the outer surfaces of the core a layer is formed consisting of fiberglass impregnated with foam.

Такое выполнение композитной лопатки позволяет повысить ее ресурс.This embodiment of the composite blades can increase its resource.

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 разрез лопастной части лопатки по линии А-А, где расположен пенопластовый сердечник.- Figure 2 - shows a section of the blade part of the scapula along the line aa, where the foam core is located.

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 10, определяющий геометрию лопатки, выполнен из лопастной части и комлевой части, связанных между собой. При этом, в лопастной части сердечник выполнен из пенопласта, а в комлевой - из минералокомпозита. Наружная прослойка пенопластовой части сердечника 11 содержит слой стеклянной ткани, внедренной в термоотверждаемый пенопласт. Эта прослойка 11 представляет собой стеклопенопластовый композит.The inner part of the scapula - the core 10, which determines the geometry of the scapula, is 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. The outer layer of the foam part of the core 11 contains a layer of glass cloth embedded in the thermoset foam. This layer 11 is a fiberglass composite.

Снаружи лопатка содержит силовые армирующие слои из тканого полимерного материала, уложенные с обеих сторон сердечника, и внедренные в термоотверждаемое полимерное связующее.Outside, 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.The reinforcing layers are fastened together by zigzag stitches 9.

Сборку преформы производят путем последовательного укладывания слоев ткани (или однонаправленного материала) и сердечника имеющего наружный слой из внедренной в пенопласт стеклоткани, 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 layers of fabric (or unidirectional material) and a core having an outer layer of fiberglass embedded in the foam, 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

A composite blade, mainly for fans of aircraft engines with a foam core, made in the form of a butt and 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 being made in the blade part foam, and in the butt part of the mineral composite, characterized in that the foam part of the core is made with an outer layer of embedded in the foam loya fiberglass.