DE2631856C2 - Verdichterschaufel mit Vorderkantenschutz - Google Patents
Verdichterschaufel mit VorderkantenschutzInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description
gen bzw. Verkleidungen aus verschiedenen Zusammensetzungen,
die auf den Vorderkantenabschnitt oder auf die gesamte Oberfläche eines Propellers aufgebracht
werden, verwendet, wie es auch in der eingangs genannten
GB-PS 1040825 oder der FR-PS 2165 264 beschrieben
ist
Ein besonders vielversprechendes System zum Schützen der Vorderkante von Verbundschaufeln ist in der
US-PS 37 62 835 beschrieben, die sich auf einen Fremdkörperzerstörungsschutz für Kompressorschaufeln bezieht
Dort wird bei einer Faserverbund-Kompressorschaufel eine unter der Oberfläche liegende Schicht aus
Feindrahtnetz um die Vorderkante herum angeordnet Diese unter der Oberfläche liegende Schicht ist mit Nikkei
überzogen und bildet einen Schutz gegen eine Aufprallbeschädigung durch große und kleine Fremdkörper,
wie Steine und Sand. Wenn die unter der Oberfläche liegende Netz- bzw. Geflechtschicht durch ein nicht
leitendes Klebmittel festgelegt wird, werden der Klebstoff in den Zwischenräumen des Netzes bzw. Geflechtes
mit Silber beschichtet und das Nickel durch Atombindung mit den Knötchen des einen metallischen Streifen
bildenden Netzes bzw. Geflechtes verbunden.
Es wurde jedoch festgestellt, daß in einigen Fällen, bei
denen der Fremdkörper-Vorderkantenschutz einen derartigen,
um die Vorderkante der Gebläseschaufel geschlungenen metallischen Streifen aufweist, dieser
Schutz während des Aufprallens von mittelgroßen Vögeln verloren gehen kann infolge einer teilweisen Abblätterung
bzw. Ablösung von den Schaufeln. Dies wiederum kann zu einer sekundären Triebwerksbeschädigung
führen, wenn der Schutzstreifen durch das Triebwerk angesaugt wird. Zusätzlich kann eine Triebwerksunwucht
bei hohen Drehzahlen eine weitere Beschädigung zur Folge haben.
Eine Betrachtung von Hochgeschwindigkeitsfilmen, die während eines solchen Aufprallvorgangs von einer
sich drehenden, geschichteten Verbundgebläseschaufel aufgenommen wurden, verdeutlicht, daß nacheinander
der Schutzstreifen an der Aufprallstelle bricht, ein starkes Biegen der Vorderkante rechtwinklig zur Schaufeltiefe auftritt und der gesamte Streifen an der Vorderkante
nach Beendigung des Aufprallvorgangs verloren geht, und zwar infolge eines Abblätterns bzw. Lösens
innerhalb der ersten wenigen Faserschichten (oder Einlagen) unterhalb des Schutzstreifens. Die äußersten Faserschichten
lösen sich vom übrigen Teil der Schaufel unter Mitnahme des Vorderkantenstreifens, da diese
Faserschichten nicht selbst die (nunmehr abgelöste) Vorderkante tragen können und nahe dem Schaufelfuß
brechen. Daher geht der gesamte Vorderkantenstreifen verloren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verbundschaufel für Gasturbinentriebwerke mit einem verbesserten
Vorderkantenschutz zu schaffen, der ohne ein Ablösen bzw. Abblättern von der Schaufel starken Aufprallbelastungen
widerstehen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahme gemäß dem kennzeichnenden Teil der Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindu"** *[*"* ·«
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Vorderschaufel ein geringes
Gewicht und trotzdem eine hohe Festigkeit aufweist. Dabei sorgt die Verankerung des Vorderkantenschutzes
an der neutralen Biegeachse dafür, daß der Schutz intakt bleibt, selbst wenn die äußeren Schichten der
Verbundstruktur sich ablösen oder abblättern sollten. Ferner nehmen die der Matrix eingebetteten Fasern
durch ihre radiale Ausrichtung in der Nähe der neutralen Biegeachse die zentrifugalen Belastungen auf, während
sie bei durch Aufprall bedingte starke Biegebeanspruchung einen minimalen Zug erfahren. Dagegen sind
die Fasern an der äußeren Schaufeloberfläche und unterhalb des Vorderkantenschutzes nicht radial angeordnet,
um der Schaufel die erforderliche Steifigkeit zu geben, ohne sie einer so starken Biegebeanspruchung auszusetzen,
wenn die Fasern radial ausgerichtet wären.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher
erläutert Es zeigt
Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Gasturbinentriebwerk-Verdichterschaufel
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 2 in einem vergrößerten Teilschnitt den Vorderkantenschutz der Schaufel gemäß F i g. 1,
Fig.3 in einem Fig.2 ähnelnden Teilschnitt ein anderes
Ausführungsbeispiel des Vorderkantenschutzes,
Fig.4 in einer Fig.2 ähnelnden Schnittdarstellung
eines bekannten Vorderkantenschutzes,
Fig.5 in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung
einen Teil der Vorderkante der Schaufel gemäß Fig. 1,
Fig.6 in einem Teilschnitt längs der Linie 6-6 in
F i g. 5 die längsgerichtete Einkerbung des Vorderkantenschutzes der Schaufel,
F i g. 7 in einem F i g. 6 ähnelnden Teilschnitt ein anderes Ausführungsbeispiel der Vorderkanteneinkerbung,
F i g. 8 in einem F i g. 6 ähnelnden Teilschnitt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Vorderkanteneinkerbung
und
F i g. 9 in ei.ner schematischen Darstellung einen Mechanismus zum Verhindern eines Abblätterns der
Schaufelvorderkante.
In F i g. 1 ist als ein Ausführungsbeispiel eine zusammengesetzte
Rotorschaufel 12 dargestellt, die für eine Verwendung in einem Axialstrom-Gasturbinenverdichter
oder Gebläse geeignet, aber nicht hierauf beschränkt ist. Eine Verbesserung kann für viele Gebilde
erreicht werden, die einer Stoßbeaufschlagung und Biegung durch Fremkörper unterworfen sind. Die Rotorschaufel
12 ist mit einem Flügelabschnitt 14 mit radial veränderlicher Wölbung und Staffelung, einem Schwalbenschwanzfuß
16, der in einer herkömmlichen Weise ein Befestigen der Schaufel an einer drehbaren Scheibe
bzw. an einem Läufer ermöglicht, und einer dazwischen befindlichen sowie den Strömungspfad begrenzenden
Plattform 17 dargestellt.
Die Hauptstruktur der Schaufel 12 weist längliche Fasern auf, die einen kleinen Durchmesser, eine große
Festigkeit sowie einen großen Elastizitätsmodul haben und in einem gewichtsleichten Gefüge bzw. Bindemittel
eingebettet sind. Bei einer Ausführungsform mit vorwiegend nichtmetallischen Materialien weist die Hauptstruktur
Graphitfaserlaminate in einem Epoxyharz auf. Die Hauptstruktur kann jedoch irgendeine Faser ent-
nischen Harz, eingebettet ist. Ferner könnte die Hauptstruktur
irgendein metallisches System aufweisen, wie Borfa^ern in einem Aluminiumgefüge. Eine solche
Hauptstruktur ist in der eingangs genannten US-PS 62 835 beschrieben.
Gemäß den F i g. 1 und 2 ist die Vorderkante der Schaufel 12 mit einem Kantenschutz 18 versehen, um
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einen Schutz für den Faserverbundaufbau zu bilden. Der Kantenschutz 18 erstreckt sich von der Schaufelspitze zur Nabe und endet kurz vor der Plattform 17.
Wenn die Schaufel nicht mit einer Plattform ausgebildet ist, erstreckt sich der Kantenschutz 18 von der Spitze bis
kurz vor dem Schwalbenschwanzfuß 16. Mit anderen Worten verkleidet bzw. armiert der Kantenschutz den
sich in einen Strömungspfad eines sich bewegenden Fluids erstreckenden Schaufelteil, der somit einer Stoßbeeinflussung
durch in dem bewegten Fluid enthaltene Fremdpartikei unterworfen ist.
F i g. 4 zeigt den Vorderkantenschutz einer bekannten Schaufel, wobei ein metallischer Überzug 20 um die
Vorderkante der Faserverbund-Hauptstruktur 22 geschlungen und hiermit mittels irgendeiner einer Vielzahl
bekannter Techniken verbunden ist Gemäß der vorherigen Erörterung wurde festgestellt, daß F i g. 4 entsprechende
Vorderkanten-Schutzvorrichtungen in einigen Fällen während des Aufprallens von Fremdkörpern so
weit zerstört wurden, daß die Vorrichtung vollständig von der Schaufel abblätterte.
Es sei beispielsweise angenommen, daß die Schaufel aus F i g. 4 im Bereich der Schaufeldruckoberfläche 30
durch einen Fremdkörper stoßbeaufschlagt wird, der sich längs eines durch einen Vektor 26 repräsentierten
Pfades bewegt Bei dem Aufschlag biegt sich die Schaufel in Umfangsrichtung um ihre neutrale Biegeachse 28.
(Die neutrale Biegeachse wird als der Ortspunkt definiert der eine Ebene der Schaufel bestimmt, welche bei
einem Biegevorgang einer Nullfaserbelastung unterliegt). Ein starkes Biegen führt zu einem Nachgeben der
relativ duktilen Metallarmierung 20 und zu einem Brechen bzw. Reißen unter der Materialspannung der brüchigen
Graphitfasern nahe der Druckoberfläche 30, wodurch sich ein das Abblättern begünstigender Zustand
ergibt Beim Zurückbiegen oder Zurückführen in den anfänglichen »geraden« Zustand muß die nachgegebene
Metallarmierung entweder bis zu ihrer Anfangslänge zurückgedrückt oder bis zu einer anderen stabilen Position
umgeboben bzw. abgelenkt werden. Da die wirksame Länge der um die Saugoberfläche geschlungenen
Metallarmierung 20 (die als ein Flansch bzw. Rand zur Erhöhung der Steifigkeit dient) klein und bereits eine
teilweise Abblätterung von der Druckoberfläche aufgetreten sind, ist die Metallarmierung an der Druckoberfläche
ungehalten bzw. ungestützt Ein Wölben bzw. Krümmen und weiteres Abblättern an oder nahe der
Saugoberfläche 24 beim Rückwärtsbiegen führt dann zu einem vollständigen Abtrennen der Metallarmierung
von der Vorderkante der Schaufel. Die Zentrifugalbelastung beendet das Ablösen der Metallarmierung durch
Brechen bzw. Reißen der wenigen verbliebenen Fasern an dem Schaufelfuß.
Bei dem verbesserten Vorderkantenschutz 18 gemäß F i g. 2 sind mehrere Schichten aus Feindrahtgeflecht 38
längs der neutralen Achse 34 der Schaufel teilweise in dem Gefügematerial der Hauptstruktur 32 eingebettet
Bei vielen fortgeschrittenen Schaufeln, bei denen die Vorderkante relativ gerade (ohne Wölbung) ist, ist die
neutrale Achse der Schaufel der Schaufelmittellinie angenähert wenn ein »pseudoisotropischer« Aufbau der
Faseraminate angenommen wird. Wenn der Aufbau orthotropisch ist, kann die neutrale Achse von der
Schaufelmittellinie abweichen, wobei sie jedoch durch bekannte Verfahren bestimmbar ist
Das Einbetten des Drahtgeflechtes in die Hauptstruktur hat den Zweck einer Verankerung der die Vorderkante
schützenden Metallarmierung, und es erfolgt kein Abtrennen oder Abblättern der Drahtgeflechte von den
angrenzenden Faserlaminaten, da sie bei einer Biegung definitionsgemäß eine Nullbelastung aufweisen. Diese
verschiedenen Schichten aus Drahtgeflecht 38 sind zum Verhindern einer gegenseitigen Bewegung wie bei 36
durch Heftschweißung behandelt oder zusammengelötet, wobei die Anzahl der Drahtgeflechtschichten von
der erforderlichen Größe und Festigkeit der Verankerung abhängt.
ίο Das freie Ende einer solchen Drahtgeflechtschicht
38a ist um die Vorderkante geschlungen und mit der Schaufeldruckoberfläche 40 in einer Weise verbunden,
wie es im US-Patent 37 62 835 beschrieben ist. Eine zweite Drahtgeflechtschicht 386 ist auf die Schaufelsaugoberfläche
44 zurückgeschlagen und ebenfalls in der bekannten Weise mit dieser Oberfläche verbunden.
Es erfolgt dann eine Atombindung einer Hartmetallarmierung 46 an dem Drahtgeflecht, und zwar wiederum
in einer im US-Patent 37 62 835 beschriebenen Weise.
Wenn eine zusätzliche Verankerung erforderlich ist, können ein oder mehrere der übrigen freien Enden 38c
der Drahtgeflechtschichten während des Aufbauvorgangs der Metallarmierung 46 in dieser verankert werden.
Somit wird eine verbesserte Verankerung eines Vorderkantenschutzes an einer Faserverbundschaufel
erhalten. Ein derartiger verbesserter sowie an der neutralen Achse verankerter Vorderkantenschutz bleibt sogar
nach einem Abblättern der oberflächennahen Faserlaminate unversehrt und mit der Schaufel verbunden.
F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel bezüglich eines Festlegens des Kantenschutzes an einer
Schaufel. Hierbei ist ein Metallanker 50 in der Hauptstruktur 32 längs der neutralen Achse eingebettet.
Drahtgeflechtschichten 52 sind durch Heftschweißung, Lötung oder in anderer Weise wie bie 54 an dem Metallanker
50 befestigt In allen anderen Beziehungen ähnelt dieses Ausführungsbeispiel demjenigen in Fig.2, und
die Metallarmierung 46 ist in der bekannten Weise mit dem Drahtgeflecht oder -gitter verbunden.
Zusätzliche Vorteile können sich dadurch ergeben, daß die Faserlaminate bzw. -schichten während dos Aufbauens
der Hauptstruktur in spezifischen Richtungen ausgerichtet werden. Wenn beispielsweise die Fasern an
der Außenfläche der Hauptstruktur und unmittelbar unter der Metallarmierung in einer von der radialen Richtung
abweichenden Richtung ausgerichtet werden, lassen sich hierdurch ein Reißen bzw. Brechen der Fasern
unter Zugbeanspruchung und die Abblätterungsneigung als Ergebnis einer starken Biegung vermeiden.
Diese »Vorspannungs«-Einlage nahe der Schaufeloberfläche führt zu einer Steifigkeit bzw. Festigkeit der
Schaufelvorderkante, ohne daß die Einlage einem derarig starken Biegungszustand unterworfen wird, wie er
auftreten würde, wenn eine radiale Ausrichtung vorhanden wäre. Jedoch stellt dieser Aufbau einen Kompromiß
bezüglich der radialen Belastungsfähigkeit dar. Dies wird dadurch kompensiert, daß radiale Fasern an oder
nahe an der neutralen Achse angeordnet werden, wo sie die zentrifugale Belastung aufnehmen können, aber weniger
unter dem starken Aufprallbiegungszustand belastet werden.
Eine zusätzliche Scherfestigkeit kann in der Hauptstruktur dadurch erreicht werden, daß die Fasern eines
jeden Laminats bzw. einer jeden Schicht oder Folie vor
der und während der Herstellung ähnlich wie ein Mop ausgefranst werden. Dies neigt zu einer Verminderung
der orthotropischen Natur eines jeden Laminats und, als ein Ergebnis, seiner Beanspruchungsfähigkeit und Stei-
figkeit. Jedoch verstärkt ein Vermischen der Fasern die Scherfestigkeit. Größere Ablenkungen sind als Ergebnis
der leichten Abnahme in der Steifheit möglich, wodurch die Stoßdauer verlängert und hierdurch der Spitzenwert
der Stoßbeaufschlagung vermindert werden. Bei 5 einer teilweise zufälligen Ausrichtung der einzelnen Fasern
werden ferner der Stoßbeaufschlagung und Biegung nicht alle Fasern gleichzeitig bis zu einem Bruch
bzw. Reißen belastet. Ein zusätzlicher Vorteil kann dadurch erzielt werden, daß zwischen die Faserschichten
bzw. -laminate ein Brei aus mit Harz durchtränkten zerhackten Verbundfasern gebracht wird, wodurch benachbarte
Schichten mit zufällig ausgerichteten zerhackten Fasern mechanisch miteinander verbunden und
die Scherfestigkeit weiter verbessert werden.
Ferner sind Mittel zum Lokalisieren jeglicher Beschädigung infolge eines Fremdkörperaufpralls und somit
zum Verhindern eines Verlustes des gesamten Vorderkantenschutzes vorhanden. F i g. 5 zeigt in einer vergrößerten
perspektivischen Ansicht einen Abschnitt der Vorderkante der mit dem verbesserten Schutz versehenen
Schaufel gemäß F i g. 1. Wie es bereits erörtert wurde, ist einer der Gründe für den vollständigen Verlust
der schützenden Hartmetallauflage 46 das Ausbeulen derselben, wenn sie in einem nachgegebenen bzw. gedehnten
Zustand mittels eines Kompressionsvorgangs auf ihre anfängliche Länge zurückgedrückt werden soll.
Eine Lösung dieses Problems besteht in einem Einschneiden bzw. Einkerben der Hartmetallauflage gemäß
F i g. 5 in Sehnenrichtung, um ein örtliches Ausbeulen hervorzurufen. Wie ein den F i g. 6 bis 8 dargestellt ist,
kann sich die Einkerbung (oder Riffelung) 56 teilweise durch die Metallauflage 46 (F i g. 6), ganz durch die Metallauflage
(F i g. 7) oder durch die Metallauflage und das Drahtgeflecht 38 (F i g. 8) erstrecken. Die Aufgabe
dieser Einkerbung besteht darin, ein örtliches Knicken bzw. Verformen des Kantenschutzes bei einem starken
Biegevorgang hervorzurufen und die zum örtlichen Ausbeulen einer nachgegebenen Vorderkante erforderliche
Belastung zu reduzieren, wodurch die Neigung zum Abblättern vermindert wird.
Gemäß F i g. 9 ist der Vorderkantenschutz 18 in mehrere Plättchen 58 unterteilt. Ferner sei angenommen,
daß unter Biegebelastungen, die durch gestrichelte Biegemomente Λί dargestellt sind, die Plättchen 58' von der
Hauptstruktur 32 abgeblättert sind, wobei das Ausmaß des Abblätterungsvorgangs durch die Einkerbung 56
begrenzt wird. Bei einem Zurückbiegen durch die Momente M' üben die Plättchen 58' eine rechtwinklig zur
Schaufeloberfläche gerichtete Kraft auf benachbarte Plättchen 58 aus, wodurch die Abblätterungsneigung
des Vorderkantenschutzes weiter vermindert wird. Somit führt ein Einkerben der Vorderkante dazu, daß eine
Neigung zum Verlust bzw. Ausfallen des gesamten Vorderkantenschutzes vermieden wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
65
Claims (12)
1. Verdichterschaufel mit einer Hauptstruktur aus schaufel ist in der GB-PS10 40 S25 beschrieben,
einem Verbundmaterial aus einem leichtgewichtigen 5 Während vieler Jahre wurden Versuche zum Ersetzen Matrixmaterial und einem einen kleinen Durchmes- der relativ schweren, homogenen Metallschaufeln von ser aufweisenden Fasermaterial hoher Festigkeit Gasturbinentriebwerk-Kompressoren durch leichtere und mit einem metallischen Kantenschutz, der die zusammengesetzte bzw. Verbundmaterialien angestellt Vorderseite der Hauptstruktur zumindest teilweise Die in diese Richtung gehende Hauptbemühung bezieht umgibt und in der Schaufelhauptstruktur längs de- 10 sich auf das Verwenden von hochfesten, länglichen Faren Schaufelprofil verankert ist, dadurch ge- sern, die in einem gewichtsleichten Gefüge eingebettet kennzeichnet, daß entlang der neutralen Bie- bzw. mit diesem zusammengesetzt sind. Frühere Arbeigeachse (34) der Schaufelhauptstruktur (32) ein ten befaßten sich mit Glasfasern, und neuere Bemühun-Drahtgeflecht (38; 52) aus dünnem Draht mit dem gen bezogen sich auf die Verwendung von Bor-, Gra-Verbundmaterial verbunden ist, das Drahtgeflecht 15 phit- und anderen synthetischen Fasern. Diese letztge-(38; 52) an der Vorderseite des Verbundmaterials nannten Materialien haben extrem große Festigkeitseiaustritt und die austretenden Drahtgeflechtenden in genschaften wie auch große Elastizitätsmodule, die zu einer mit der Schaufelhauptstruktur (32) verbun- der notwendigen Steifheit bzw. Festigkeit der Verdichdenen Hartmetallauflage (46) verankert sind. terschaufeln beitragen.
einem Verbundmaterial aus einem leichtgewichtigen 5 Während vieler Jahre wurden Versuche zum Ersetzen Matrixmaterial und einem einen kleinen Durchmes- der relativ schweren, homogenen Metallschaufeln von ser aufweisenden Fasermaterial hoher Festigkeit Gasturbinentriebwerk-Kompressoren durch leichtere und mit einem metallischen Kantenschutz, der die zusammengesetzte bzw. Verbundmaterialien angestellt Vorderseite der Hauptstruktur zumindest teilweise Die in diese Richtung gehende Hauptbemühung bezieht umgibt und in der Schaufelhauptstruktur längs de- 10 sich auf das Verwenden von hochfesten, länglichen Faren Schaufelprofil verankert ist, dadurch ge- sern, die in einem gewichtsleichten Gefüge eingebettet kennzeichnet, daß entlang der neutralen Bie- bzw. mit diesem zusammengesetzt sind. Frühere Arbeigeachse (34) der Schaufelhauptstruktur (32) ein ten befaßten sich mit Glasfasern, und neuere Bemühun-Drahtgeflecht (38; 52) aus dünnem Draht mit dem gen bezogen sich auf die Verwendung von Bor-, Gra-Verbundmaterial verbunden ist, das Drahtgeflecht 15 phit- und anderen synthetischen Fasern. Diese letztge-(38; 52) an der Vorderseite des Verbundmaterials nannten Materialien haben extrem große Festigkeitseiaustritt und die austretenden Drahtgeflechtenden in genschaften wie auch große Elastizitätsmodule, die zu einer mit der Schaufelhauptstruktur (32) verbun- der notwendigen Steifheit bzw. Festigkeit der Verdichdenen Hartmetallauflage (46) verankert sind. terschaufeln beitragen.
2. Verdichterschaufel nach Anspruch 1, dadurch 20 Die Bemühungen zum Verwenden dieser Fasern wagekennzeichnet,
daß mehrere Schichten aus Draht- ren mit vielen Problemen verbunden, insbesondere begeflecht
im wesentlichen längs der neutralen Biege- züglich ihrer Anpassung nur für eine Richtung geltenachse
(34) angeordnet sind, wobei die eine Schicht den Festigkeitseigenschaften an ein vielseitig gerichte-(38a,
38Z^SiCh über die neutrale Biegeachse (34) hin- tes Belastungsfeld. Diese Probleme wurden in großem
aus erstreckt und mit dem äußeren Umfang der 25 Ausmaß überwunden, und es wurden zusammengesetz-Schaufelhauptstruktur
(32) verbunden ist. te bzw. Verbundschaufeln mit Leistungseigenschaften
3. Verdichterschaufel nach Anspruch 2, dadurch geschaffen, die zusätzlich zu den erwarteten und begekennzeichnet,
daß zumindest eine weitere Draht- trächtlichen Gewichtsverminderungen in vielen Bereigeflechtschicht
(38c^ sich über die neutrale Biege- chen denjenigen der homogenen metallischen Gegenachse
(34) hinaus erstreckt und in der Hartmetallauf- 30 stücke gleichen oder überlegen sind.
lage (46) verankert ist Verbundschaufeln wurden jedoch noch nicht in einem
4. Verdichterschaufel nach Anspruch 2, dadurch großen Ausmaß in Betrieb genommen, und zwar wegen
gekennzeichnet, daß die Schichten aus Drahtge- ihrer Verletzbarkeit durch Fremdkörper. Viele Arten
flecht (38) an der neutralen Biegeachse (34) metal- von Fremdkörpern können im Einlaß eines Flugzeuglisch
miteinander verbunden sind. 35 Gasturbinentriebwerks mitgerissen werden, und diese
5. Verdichterschaufel nach Anspruch 2, dadurch Fremdkörper reichen von großen Vögeln, wie Seemögekennzeichnet,
daß im wesentlichen längs der neu- ven, zu Hagelkörnern, Sand und Regen. Die Beschäditralen
Biegeachse (34) in der Schaufelhauptstruktur gung oder Zerstörung durch Fremdkörper erfolgt in
(32) eine metallische Verankerung (50) angeordnet zwei Arten. Kleinere Objekte können das Schaufelmaist,
an der eine Drahtgeflechtschicht (52) befestigt ist. 40 terial erodieren bzw. anfressen und die Leistungsfähig-
6. Verdichterschaufel nach Anspruch 1, dadurch keit des Kompressors herabsetzen. Ein Aufprallen von
gekennzeichnet, daß die Verbundmaterialfasern un- größeren Objekten kann zu einem Zerbrechen oder
ter der Hartmetallauflage (46) in einer nicht radialen Durchdringen der Schaufeln führen. Teile einer stoßbe-Richtung
ausgerichtet sind. aufschlagten Schaufel können losgerissen werden und
7. Verdichterschaufel nach Anspruch 2, dadurch 45 eine ausgedehnte sekundäre Beschädigung von stromgekennzeichnet,
daß die Verbundmaterialfasern in abwärts gelegenen Schaufeln und anderen Triebwerksder
Nähe der neutralen Biegeachse (34) zum Auf- komponenten verursachen.
nehmen radialer Belastungen im wesentlichen radial In dieser Beziehung sind die Folgen einer Fremdkör-
ausgerichtet sind. perbeschädigung am größten in den Niederdruckkom-
8. Verdichterschaufel nach einem der Ansprü- 50 pressoren oder Gebläsen von Gasturbinentriebwerken
ehe 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest mit großem Bypassverhältnis. Diese Komponenten bieein
Teil der Verbundmaterialfasern vor dem Einbet- ten jedoch die größte Möglichkeit einer Gewichtsverten
in das Matrixmaterial ausgefranst ist. minderung infolge ihrer großen Spitzendurchmesser
9. Verdichterschaufel nach Anspruch 8, dadurch von beispielsweise 2,50 m und Spannweiten in der Grögekennzeichnet,
daß das Matrixmaterial einen mit 55 ßenordnung von 1 m oder mehr.
Fasern durchsetzten Harzbrei enthält. Die Verletzbarkeit der Verbundschaufeln durch eine
10. Verdicherschaufel nach Anspruch 2, dadurch Fremdkörperbeschädigung beruht auf zwei Faktoren,
gekennzeichnet, daß die Hartmetallauflage (46) in Zum einen ist das angewendete gewichtsleichte Gefüge-Längsrichtung
eingekerbt ist. material, allgemein Polymerharze oder Metalle wie AIu-
11. Verdichterschaufel nach Ansnrurh IQ- dadurch 60 minium, relativ weich. Zum ?.nder?n S'nd die hochfesten
gekennzeichnet, daß sich die Einkerbung (56) durch Fasern relativ hart und spröde.
die Metallauflage (46) erstreckt. Deshalb wurden Schutzsysteme mit einer harten
12. Verdichterschaufel nach Anspruch 11, dadurch Oberflächenbeschichtung für diese zusammengesetzten
gekennzeichnet, daß sich die Einkerbung (56) auch Schaufeln geschaffen, wie es auch früher bei hölzernen
durch die Drahtgeflechtschicht (38,52) erstreckt. 65 Propellerschaufeln und für solche Propellerschaufeln
zweckmäßig ist, die aus älteren Verbundmaterialien
hergestellt sind, beispielsweise aus einem Gewebestoff
in einer Phenolharzmatrix. Hierbei wurden Armierun-
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
US05/596,905 US4006999A (en) | 1975-07-17 | 1975-07-17 | Leading edge protection for composite blades |
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GB (1) | GB1556181A (de) |
IT (1) | IT1062505B (de) |
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