ЛОПАТКА СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА

Полезная модель относится к спрямляющей лопатке газотурбинного двигателя, в частности, к лопатке спрямляющего аппарата турбореактивного двухконтурного двигателя авиационного применения.
Известна лопатка спрямляющего аппарата для турбореактивного двигателя, содержащая удлиненные моноблочные передний и задний участки, а также внешний слой, соединенные посредством горячего прессования. Удлиненный моноблочный передний участок вырезан из пултрудированного профиля, содержащего связанные смолой волокна, и образует переднюю кромку лопатки. Удлиненный моноблочный задний участок вырезан из пултрудированного профиля, содержащего связанные смолой волокна, и образует заднюю кромку лопатки. Внешний слой выполнен на основе пропитанных смолой волокон и расположен между передней и задней кромками с образованием боковых сторон лопатки. Внешний слой перекрывает зоны передней кромки и задней кромки [RU 2544102 С2, F01D 5/28, опубл. 10.03.2015, бюл. №7].
Недостатками данной конструкции являются снижение прочностных и жесткостных характеристик лопатки при изготовлении лопаток больших размеров и существенные ограничения на геометрию пера лопатки, связанные с пултрузионным методом производства силовых слоев.
Известна лопатка из композитного материала, армированная короткими и длинными волокнами [RU 2591968 С2, F01D 5/14, F01D 5/28, F01D 9/02, опубл. 20.07.2016, бюл. №20]. Однако указанная конструкция обладает высокой трудоемкостью изготовления.
Известна лопатка спрямляющего аппарата, включающая верхнюю и нижнюю полки, размещенное между полками перо, выполненная из полимерного композиционного материала с волоконным армированием из непрерывного, по всему объему лопатки, углеродного многослойного композиционного материала, верхняя полка в месте установки крепежных элементов утолщена композиционным материалом (RU 163398 U1, F01D 9/00, F01L 5/00, опубл. 20.07.2016, бюл. №20). Однако недостатком данной конструкции являются низкие прочностные характеристики лопатки.
По своим техническим характеристикам указанная лопатка спрямляющего аппарата является наиболее близкой предлагаемой полезной модели и принята за прототип.
Перед полезной моделью была поставлена задача повышения прочностных характеристик лопатки.
Техническим результатом полезной модели является улучшение прочностных характеристик и жесткостных свойств, расширение арсенала выпускаемой продукции, улучшение массовых характеристик спрямляющего аппарата.
Технический результат достигается за счет того, что в лопатке спрямляющего аппарата, включающей верхнюю и нижнюю полки, размещенное между полками перо, изготовленной из полимерного композиционного материала с волоконным армированием из непрерывного, по всему объему лопатки, углеродного многослойного композиционного материала, которым является однонаправленный или равнопрочный препрег на основе термореактивного или термопластичного связующего, верхняя полка в месте установки крепежных элементов утолщена композиционным материалом, волокна, по меньшей мере, двух разных слоев препрега выполнены под острым углом по отношению друг к другу. В частном случае, в лопатке слои препрега с выполненными под острым углом по отношению друг к другу волокнами расположены рядом (граничат друг с другом) или отделены друг от друга одним или несколькими другими слоями препрега. В качестве вариантов лопатки предлагаются конструкции лопаток, в которых:
- волокна четных слоев препрега выполнены параллельно друг другу;
- волокна нечетных слоев препрега выполнены параллельно друг другу.
Выполнение волоконного армирования из непрерывного, по всему объему лопатки, углеродного многослойного композиционного материала с расположенными под острым углом по отношению друг к другу волокнами разных слоев препрега позволяет изготавливать конструкции лопаток разных размеров с улучшением их прочностных и жесткостных свойств, обеспечивать разнотолщинную и сложно профилированную геометрию пера лопатки.
Наличие на верхней полке лопатки в месте установки крепежных элементов утолщения полимерным композиционным материалом и металлических втулок позволяет обеспечить надежность крепежного соединения и сохранить прочность и жесткость конструкции в целом. На фиг. 1 показаны лопатки спрямляющего аппарата, установленные в двигателе; на фиг. 2 изображена лопатка спрямляющего аппарата.
Спрямляющий аппарат 1 двухконтурного турбореактивного авиационного двигателя содержит лопатку 2, посредством которой поток воздуха выравнивается до осевого направления 3 в наружном контуре двигателя 4, верхнюю 5 и нижнюю 6 полки, перо 7, размещенное между полками 5, 6. Перо 7 лопатки 2 спрямляющего аппарата 1 содержит две аэродинамические поверхности с непрерывной схемой армирования по всей геометрии.
Сложно профилируемое перо 7 с переменной толщиной по всей высоте обеспечивается схемой армирования изделия из слоистых полимерных композиционных материалов. Лопатка 2 из полимерных композиционных материалов может быть выполнена из различных типов армирующего наполнителя (однонаправленная ткань, равнопрочная ткань) и с использованием как термореактивного, так и термопластичного связующего.
Лопатка 2 крепится к разделительному корпусу 4 спрямляющего аппарата 1 посредством болтового соединения через утолщения на верхней полке 5.
Данное устройство работает следующим образом.
При эксплуатации двигателя на рабочих режимах вентилятор турбореактивного двухконтурного двигателя создает вихревой поток воздуха (рабочее тело) с последующим разделением потока на внутренний и наружный контуры. В наружном контуре двигателя 4 за счет спрямляющего аппарата 1 вентилятора поток воздуха выравнивается до осевого направления 3 с повышением давления воздуха. Лопатки 2 спрямляющего аппарата 1 из полимерных композиционных материалов обеспечивают выравнивание воздушного потока, закрученного рабочей лопаткой вентилятора, до осевого направления 3 в наружном контуре двигателя 4.
Изготовление лопаток спрямляющего аппарата 2 из слоистых полимерных композиционных материалов с расположением волокон, по меньшей мере, двух разных слоев препрега под острым углом по отношению друг к другу улучшает массовые характеристики спрямляющего аппарата 1 (соотношение массы и прочности конструкции).
Предлагаемое техническое решение обладает новизной, промышленно применимо.