ЗАЩИТНАЯ ОБОЛОЧКА КОРПУСА ВЕНТИЛЯТОРА АВИАЦИОННОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
PROTECTIVE CASING OF AIRCRAFT GAS TURBINE ENGINE FAN HOUSING AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при производстве авиационного газотурбинного двигателя.
Известен защитный экран турбодвигателя, выполненный из сетки волокнистых лент, замотанных на внешнюю сторону статора, противоположную обращенной к ротору (см. US №4452563 А, МПК F01D 25/24, оп. 1997 г.) [1]. Такой экран является малоэффективным, поскольку волокнистые ленты легко разрываются и не могут защитить в достаточной степени статор. Можно для защиты статора использовать и многослойную ткань, имеющую вафельное переплетение, которую наматывают на внешнюю сторону статора. Но, несмотря на увеличение поглощения энергии, которое обеспечивает эта структура для замедления движения осколков или остановки их вообще, это поглощение будет локализоваться в месте удара, и экран в этом месте будет пробит насквозь достаточно легко.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является конструкция защитного кожуха вентилятора газотурбинного двигателя (см. SU №6059525 А, МПК F01D 25/24, оп. 09.05 2000) [2].
Конструкция - прототип предусматривает многослойную намотку вначале лентой из арамидной ткани, располагая ее напротив зоны вращения лопаток вентилятора и принимающей на себя основной динамический удар в случае обрыва (поломки) лопатки и пробития ей корпуса вентилятора. Сверху на ленту наматывают удерживающую оболочку полотном на всю длину корпуса, улавливающую обломки лопатки и фрагменты металлического корпуса вентилятора.
Недостатками данной конструкции является значительное сужение зоны защиты после первого удара за счет заужения и большой вытяжки удерживающих слоев (вспучивания оболочки).
Задачей создания изобретения является разработка конструкции защитной оболочки корпуса вентилятора и способа ее изготовления, которая обеспечивала бы снижение веса корпуса вентилятора, применение отечественных материалов, повышала бы надежность защиты корпуса от разрушительного действия обломков лопаток и фрагментов корпуса вентилятора за счет:
- применения технических тканей из арамидных нитей с высокой разрывной нагрузкой;
- применения в конструкции оболочки слоев препрега с низким содержанием эластичного связующего;
- увеличения зоны защиты;
- применения эластичного связующего для фиксации торцев намотанной оболочки от сдвига;
- способа изготовления, позволяющего обеспечить качество баллистических свойств оболочки благодаря низкому содержанию связующего в препреге, остающегося на поверхности ткани без проникновения в волокна нитей за счет тонкого напыления на ткань, имеющую гидрофобную пропитку, с последующей полимеризацией (сушкой) и применения низкого давления опрессовки готовой оболочки.
Технический результат при использовании данного изобретения заключается в снижении веса корпуса вентилятора, обеспечении надежной баллистической защиты корпуса вентилятора авиадвигателя и удержании обломков лопаток и фрагментов разрушения корпуса, обеспечении качества баллистических свойств оболочки благодаря низкому содержанию связующего в препреге, остающегося на поверхности ткани без проникновения в волокна нитей за счет тонкого напыления на ткань, имеющую гидрофобную пропитку.
2
2
Указанный технический результат достигается в защитной оболочке корпуса вентилятора авиационного газотурбинного двигателя, включающей слои разрушения и слои сдерживания, причем слои разрушения и слои сдерживания содержат слои препрега из технической ткани поверхностной плотностью 145 г/м с разрывной нагрузкой не менее 3500-4000 Н по утку и основе или ткань поверхностной плотностью 350 г/м с разрывной нагрузкой не менее 6350 Н по утку и основе из арамидных нитей, на поверхность которых нанесен слой эластичного связующего, при этом вся оболочка на корпусе закреплена с помощью клея, а с внешней стороны защищена слоем гидроизоляционного материала, обладающего повышенной прочностью и термостойкостью.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве эластичного связующего используют клей на фенолополивинилацетатной основе.
Кроме того, указанный технический результат достигается в способе изготовления защитной оболочки корпуса вентилятора авиационного газотурбинного двигателя, включающием раскрой полос из ткани, изготовление препрега напылением на поверхность ткани эластичного связующего, намотку ленты, полотна и слоев препрега из арамидной ткани на металлический корпус вентилятора с последующей полимеризацией или сушкой в печи и опрессовкой для уплотнения слоев ткани и склеивания слоев препрега.
Кроме того, в качестве эластичного связующего используют клей на фенолополивинилацетатной основе в количестве не более 3% от поверхностной плотности ткани.
2
2
Кроме того, в качестве технической ткани и препрега на ее основе используют ткань поверхностной плотностью 145 г/м с разрывной нагрузкой не менее 3500 Н по утку и основе или ткань поверхностной плотностью 350 г/м с разрывной нагрузкой не менее 6350 Н по утку и основе из арамидных нитей.
2
Кроме того, для уплотнения слоев ткани и склеивания слоев препрега опрессовку ведут при давлении 0,9-0,98 кг/см.
Оболочка баллистическая (см. фиг.1) включает в себя намотанную непосредственно на облегченный металлический корпус 1 вентилятора техническую ткань 2.
Слои 4 препрега располагаются в нижней и в верхней части оболочки для удержания технической ткани 3 от значительного выпучивания, сдвига и сохранения зоны защиты от последующих ударов фрагментов лопатки. Оболочка может быть создана и в другом сочетании и расположении слоев технической ткани 3 со слоями 4 препрега.
Баллистическая оболочка представляет собой вначале десять намотанных слоев 4 препрега на всю длину облегченного корпуса 1 вентилятора, затем слои разрушения в виде намотанной ленты из технической ткани 2 шириной, равной ширине лопатки, размещенные напротив зоны вращения лопаток вентилятора в количестве двадцати слоев, и затем слои сдерживания из оболочки намотанного сверху полотна в количестве сорока слоев технической ткани 3 и снова десять слоев 4 препрега. Лента из ткани 2 может быть намотана и между слоями удерживающей оболочки из слоев технической ткани 3 (фиг.2).
С внешней стороны баллистическая оболочка должна быть защищена слоем 5 гидроизоляционного материала, обладающего повышенной механической прочностью и термостойкостью.
2
Для изготовления баллистической оболочки или ленты в ней может быть использована и более тяжелая ткань, например поверхностной плотностью 350 г/м с разрывной нагрузкой не менее 6350 Н с соответствующим уменьшением количества слоев как ленты, так и слоев намотки удерживающей оболочки с учетом разрывной нагрузки.
В конструкции баллистической оболочки допускается применение других технических тканей из нитей с высокой разрывной нагрузкой и других эластичных связующих.
2
2
2
Пример. Способ изготовления защитной оболочки корпуса вентилятора авиационного газотурбинного двигателя, включающий раскрой полос из ткани необходимой ширины, изготовление препрега напылением на поверхность ткани клея на фенолополивинилацетатной основе в количестве не более 3% от поверхностной плотности ткани, намотку ленты, полотна и слоев препрега из арамидной ткани на металлический корпус вентилятора с последующей полимеризацией или сушкой в печи и опрессовкой для уплотнения слоев ткани и склеивания слоев препрега. В качестве технической ткани и препрега на ее основе используют ткань поверхностной плотностью 145 г/м с разрывной нагрузкой не менее 3500 Н по утку и основе или ткань поверхностной плотностью 350 г/м с разрывной нагрузкой не менее 6350 Н по утку и основе из арамидных нитей. Для уплотнения слоев ткани и склеивания слоев препрега опрессовку ведут при давлении 0,9-0,98 кг/см.