КОМПОЗИТНАЯ ЛОПАТКА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ВЕНТИЛЯТОРОВ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ПЕНОПЛАСТОВЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Область техники.
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.
Уровень техники.
Известны вентиляторные лопатки воздушного винта из композиционных материалов, состоящие из внутреннего сердечника и внешних армирующих слоев из композиционного наполнителя, пропитанных связующим с последующей полимеризацией.
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.
Основным недостатком данного технического решения является пониженные прочностные характеристики и недлительный срок эксплуатации лопатки из-за расслоения армированных слоев в процессе эксплуатации.
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.
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.
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.
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.
Сущность полезной модели.
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.
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.
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.
Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что на наружных поверхностях сердечника формируется прослойка, состоящая из стеклоткани, пропитанной пенопластом.
Такое выполнение композитной лопатки позволяет повысить ее ресурс.
Перечень фигур на чертежах.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых:
- Фиг.1 показывает общий вид лопатки вентилятора (вид в плане);
- Фиг.2 - показывает разрез лопастной части лопатки по линии А-А, где расположен пенопластовый сердечник.
Осуществление полезной модели.
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.
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.
Снаружи лопатка содержит силовые армирующие слои из тканого полимерного материала, уложенные с обеих сторон сердечника, и внедренные в термоотверждаемое полимерное связующее.
Армирующие слои скреплены между собой зигзагообразными строчками 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.