КОМПОЗИТНАЯ ЛОПАТКА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ВЕНТИЛЯТОРОВ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к механике, в частности, к конструктивным элементам насосов и компрессоров необъемного вытеснения, и может быть использована в конструкции лопаток из полимерных материалов для авиационных двигателей, а также для промышленных систем вентиляции крупных производственных зданий, средств транспорта и т.д., для 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 является пониженные прочностные характеристики и срок эксплуатации лопатки из-за расслоения армированных слоев в процессе эксплуатации.
Достаточно близким к предлагаемому техническому решению является «Композиционная лопатка компрессора» по патенту на изобретение RU №2006591 кл. F01D 5/14 от 01.30.1994 г. Сущность изобретения: композитная лопатка компрессора 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 патента 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.
Сущность полезной модели.
Задачей полезной модели является разработка такой конструкции композитной лопатки, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей, которая обладала бы повышенной прочностью при упрощении процесса ее изготовления.
Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что в композитной лопатке, преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей, 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 из прошиваемого материала, а внешние армирующие слои совместно с сердечником в области лопасти прошиты углеродными нитями, при этом, прошивка выполнена зигзагообразными строчками с углом 90° с заходом параллельных строчек друг на друга на 2-3 мм., с длинной стежка 5-10 мм., а строчки проложены относительно линии максимальных толщин лопатки под углом в 45°.
Кроме того, в композитной лопатке, сердечник выполнен в лопастной части из пенопласта, а в комлевой части из минералокомпозита.
Такое выполнение композитной лопатки позволяет повысить ее прочность, уменьшить массу и упростить процесс изготовления.
Перечень фигур на чертежах.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых:
- Фиг.1 показывает общий вид лопатки вентилятора (вид в плане);
- Фиг.2 - показывает узел 1 Фиг.1 (параметры строчки прошивки).
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, определяющий геометрию лопатки, выполнен из прошиваемого материала, например, - из тканого углеродного материала,
Сердечник может быть выполнен из лопастной части и комлевой части, связанных между собой. При этом, в лопастной части сердечник выполнен из пенопласта, а в комлевой - из минералокомпозита.
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. Прошивные зигзагообразные строчки прокладываются параллельно друг другу со следующими параметрами: длина и ширина стежка равны между собой и составляют 5-10 мм, заход строчек друг на
друга 2-3 мм (фиг.2 с), - проходя сквозь лопатку в поперечном сечении, скрепляя между собой все внешние несущие силовые слои и сердечник.
Слои ориентированы относительно линии максимальных толщин 8, которая проходит от середины основы комля 5 до свободного конца 4 пера 2. Конфигурация линии максимальных толщин 8 определена по результатам измерений объемно-пространственной модели лопатки и показывает максимальные толщины в продольных и поперечных направлениях. Эта линия показывает точки воздействия максимальных нагрузок на конфигурацию лопатки, поэтому ориентацию нитей осуществляют относительно этой линии. Параллельные закрепляющие строчки проложены под углом 45° к линии максимальных толщин 8, соблюдая вышеуказанные параметры. Это объясняется тем, что при прокладывании закрепляющих строчек таким образом увеличиваются прочностные характеристики лопатки за счет дополнительного скрепления смежных нитей углеродного материала в слоях лопатки.
Сборку преформы производят путем последовательного укладывания слоев ткани (или однонаправленного материала) и сердечника, 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.