ЛОПАТКА СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА

Полезная модель относится к турбореактивным двухконтурным двигателям 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 [патент RU №2544102, опубл. 10.03.2015].
Недостатком известной конструкции является использование хаотичного армирования полимерного композиционного материала для изготовления лопатки. При использовании хаотичного армирования нет возможности изготавливать конструкции больших габаритных размеров с сохранением необходимых прочностных и жесткостных свойств. Кроме того, недостатком является использование пултрузионного метода производства силовых слоев, что вносит существенные ограничения на геометрию пера лопатки - не позволяет производить разнотолщинную и сложно профилированную геометрию.
Известна лопатка из композитного материала [заявка на изобретение RU №2011152807, опубл. 10.07.2013], оснащаемая пером и содержащая первую смолу, армированную длинными волокнами и вторую смолу, армированную короткими волокнами, причем указанные первая и вторая смолы химически совместимы. При этом длинные волокна служат для повышения жесткости лопатки, а короткие волокна, диспергированные во второй смоле, служат для заполнения частей лопатки, не армированных длинными волокнами.
Недостатком известной конструкции является - высокая трудоемкость ее изготовления, вследствие того, что армирование выполняют волокнами разной длины. Лопатки, изготовленные по данной технологии, имеют ограничения по габаритным размерам, т.е. имеется возможность изготовления лопаток только небольших размеров.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является лопатка спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов, содержащая сердечник, армированный короткими волокнами с полимерным связующим и внешние силовые слои, которые выходят на крепежные элементы в верхней полке лопатки и специализированный паз в нижней полке [патент FR №2625528, 1987 г.]. Данное устройство принято за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели - верхняя и нижняя полки; перо, размещенное между полками; крепежные элементы, установленные в верхней полке; лопатка выполнена из полимерного композиционного материала с волоконным армированием.
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является высокая трудоемкость ее изготовления, вследствие того, что армирование выполняют волокнами разной длины и крепежные элементы изготавливают в отдельном технологическом процессе. Кроме того, в известной конструкции нет никаких дополнительных усилений зоны крепления лопатки, что снижает прочностные характеристики конструкции.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, - разработка конструкции лопатки любых размеров со сложно профилированной геометрией пера при снижении трудоемкости ее изготовления и сохранении необходимых прочностных и жесткостных свойств.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известной лопатке спрямляющего аппарата, включающей верхнюю и нижнюю полки, размещенное между полками, перо, установленные в верхней полке крепежные элементы, выполненной из полимерного композиционного материала с волоконным армированием, согласно полезной модели волоконное армирование выполнено из непрерывного, по всему объему лопатки, углеродного многослойного композиционного материала, при этом верхняя полка в месте установки крепежных элементов утолщена полимерным композиционным материалом и снабжена металлическими втулками.
Целесообразно использование в качестве непрерывного углеродного многослойного композиционного материала однонаправленный или равнопрочный препрег на основе термореактивного или термопластичного связующего.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - волоконное армирование выполнено из непрерывного, по всему объему лопатки, углеродного многослойного композиционного материала; верхняя полка в месте установки крепежных элементов утолщена полимерным композиционным материалом и снабжена металлическими втулками; в качестве непрерывного углеродного многослойного композиционного материала использован однонаправленный или равнопрочный препрег на основе термореактивного или термопластичного связующего.
Выполнение волоконного армирования из непрерывного, по всему объему лопатки, углеродного многослойного композиционного материала снижает трудоемкость изготовления лопатки, так как оно позволяет изготавливать элементы лопатки спрямляющего аппарата единым изделием за один технологический процесс.
Волоконное армирование из непрерывного, по всему объему лопатки, углеродного многослойного композиционного материала позволяет изготавливать конструкции лопаток любых размеров с сохранением необходимых прочностных и жесткостных свойств, 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.
Предлагаемая лопатка спрямляющего аппарата иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показаны лопатки спрямляющего аппарата, установленные в двигателе.
На фиг. 2 показана лопатка спрямляющего аппарата.
На фиг. 3 показана верхняя полка лопатки спрямляющего аппарата в увеличенном виде.
Спрямляющий аппарат 1 вентилятора двухконтурного турбореактивного авиационного двигателя (фиг. 1) расположен в передней части наружного контура двигателя за рабочим колесом вентиляторов и входит в состав разделительного корпуса.
Лопатки 2 спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов обеспечивают выравнивание воздушного потока, закрученного рабочей лопаткой вентилятора, до осевого направления 3 в наружном контуре двигателя 4.
Лопатка (фиг. 2) содержит верхнюю 5 и нижнюю 6 полки и перо 7, размещенное между полками 5, 6. Элементы лопатки спрямляющего аппарата 1 изготовлены единым изделием за один технологический процесс из полимерного композиционного материала с волоконным армированием, выполненным из непрерывного, по всему объему лопатки, углеродного многослойного композиционного материала. Перо 7 лопатки 2 спрямляющего аппарата 1 содержит две аэродинамические поверхности с непрерывной схемой армирования по всей геометрии.
Сложно профилируемое перо 7 лопатки СА с переменной толщиной по всей высоте обеспечивается схемой армирования изделия из слоистых полимерных композиционных материалов. Лопатка 2 спрямляющего аппарата 1 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. Например, ВКУ-39, ВКУ-29, КМКУ-2м.120Э0,1: препрег на основе термореактивного связующего.
В верхней полке 5 (фиг. 3) установлены крепежные элементы 8. В месте установки крепежных элементов 8 верхняя полка 5 утолщена полимерным композиционным материалом и снабжена металлическими втулками 9.
Лопатка 2 крепится к разделительному корпусу 4 спрямляющего аппарата 1 посредством болтового соединения через утолщения на верхней полке 5, в которые внедряются металлические втулки 9. Нижняя полка 6 оснащена антивибрационной прокладкой, в качестве которой может быть использована резина.
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 контур. В наружном контуре двигателя 4 за счет спрямляющего аппарата 1 вентилятора поток воздуха выравнивается до осевого направления 3, при этом продолжается повышение давления воздуха.
Спрямляющий аппарат 1 вентилятора к компрессору низкого двигателя отношения не имеет, компрессор низкого давления это внутренний контур двигателя. При этом массовые характеристики спрямляющего аппарата 1 должны быть как можно более совершенными (соотношение массы и прочности конструкции), чего позволяет добиться изготовление лопаток спрямляющего аппарата 2 из слоистых полимерных композиционных материалов.
В случае попадания посторонних предметов в спрямляющий аппарат 1 и повреждения лопаток 2, представленная конструкция позволяет провести оперативный ремонт путем замены лопатки 2 спрямляющего аппарата 1 на аналогичную с использованием быстроразъемных болтовых соединений.
Преимущество полезной модели состоит в том, что она позволяет получить конструкции лопаток любых размеров, разнотолщинную и сложно профилированную геометрию пера лопатки, снижает трудоемкость изготовления лопатки при сохранении необходимых прочностных и жесткостных свойств.