RU2384750C1 - Composite light-weight vane, primarily for aircraft engine fans - Google Patents
Composite light-weight vane, primarily for aircraft engine fans Download PDFInfo
- Publication number
- RU2384750C1 RU2384750C1 RU2008144478/06A RU2008144478A RU2384750C1 RU 2384750 C1 RU2384750 C1 RU 2384750C1 RU 2008144478/06 A RU2008144478/06 A RU 2008144478/06A RU 2008144478 A RU2008144478 A RU 2008144478A RU 2384750 C1 RU2384750 C1 RU 2384750C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- layers
- core
- composite
- butt
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к механике, в частности к конструктивным элементам насосов и компрессоров необъемного вытеснения, и может быть использовано 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.The invention relates to mechanics, in particular to the structural elements of pumps and compressors of continuous displacement, and can be used in the construction of blades made of polymer materials for aircraft engines, as well as for industrial ventilation systems of large industrial buildings, vehicles, etc., to increase their operational characteristics.
Уровень техникиState of the art
Известен «Способ изготовления композиционных лопастей воздушного винта» по патенту на изобретение РФ №2058250, кл. F02K от 19.03.92., в котором раскрыта конструкция лопасти воздушного винта из композиционных материалов. Лопасть содержит лонжерон с комлем и обшивкой. При этом полости внутри лонжерона и между лонжероном и обшивкой заполнены вставками из пенопласта.The well-known "Method of manufacturing composite propeller blades" according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 2058250, class. F02K dated 03/19/92., In which the design of a composite propeller blade is disclosed. The blade contains a spar with a butt and casing. In this case, the cavities inside the spar and between the spar and the casing are filled with foam inserts.
Конструкция лопасти является сложной, а процесс изготовления ее трудоемким. Кроме того, использование однородного материала наполнителя и неоптимальное армирование несущих слоев лопатки ухудшает механические свойства лопатки, что не позволяет использовать такую конструкцию для лопаток вентиляторов.The design of the blade is complex, and the manufacturing process is time-consuming. In addition, the use of a homogeneous filler material and non-optimal reinforcement of the bearing layers of the blade impairs the mechanical properties of the blade, which does not allow the use of such a design for fan blades.
Конструкция лопасти воздушного винта раскрыта в «Способе изготовления цельнопластиковых композиционных лопастей» по патенту на изобретение РФ №1827982, кл. В29С 70/24 от 30.09.1997. Согласно этому изобретению лопатка состоит из системы параллельных друг к другу, но сориентированных под разными углами слоев армированного препрега с разной ориентации армирующих нитей, обмотанных вокруг сердечника и замковой части, и дополнительных компенсирующих слоев.The design of the propeller blade is disclosed in the "Method for the manufacture of all-plastic composite blades" according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 1827982, class. B29C 70/24 from 09/30/1997. According to this invention, the blade consists of a system of layers of a reinforced prepreg parallel to each other but oriented at different angles with different orientations of the reinforcing threads wrapped around the core and the locking part, and additional compensating layers.
Недостатками конструкции является сложность ее изготовления из-за наличия зон пустот между слоями лопатки и разрыв армированного материала в комлевой части, что снижает прочностные характеристики конструкции. Кроме того, лопасть имеет большую массу.The disadvantages of the design is the complexity of its manufacture due to the presence of void zones between the layers of the blade and the gap of the reinforced material in the butt part, which reduces the strength characteristics of the structure. In addition, the blade has a large mass.
Согласно патенту US №5279892, кл. В32В 7/00 от 18.01.94 г. конструкция лопатки вентилятора газотурбинного авиационного двигателя представляет собой внешние слои из препрега композиционного материала, окружающие трехразмерный плетенный сердечник, выполненный из волоконных слоев, переплетенных усиливающими волокнами, при этом препрег внешних слоев содержит углеводородные волокна, покрытые резиновым компаундом, образующим однонаправленный лист. Сердечник формирует внутреннюю пространственную геометрию лопатки. Группа армированных внешних слоев формирует внешнюю геометрию лопатки.According to US patent No. 5279892, class. BVB 7/00 of January 18, 1994, the design of the fan blade of a gas turbine aircraft engine consists of outer layers of a composite prepreg surrounding a three-dimensional woven core made of fiber layers intertwined with reinforcing fibers, while the prepreg of the outer layers contains hydrocarbon fibers coated with rubber compound forming a unidirectional sheet. The core forms the internal spatial geometry of the scapula. A group of reinforced outer layers forms the outer geometry of the scapula.
Основным недостатком данной конструкции лопатки является большая масса сердечника, который увеличивает общий вес лопатки, стоимость и усложняет технологию ее изготовления.The main disadvantage of this design of the blade is the large mass of the core, which increases the total weight of the blade, the cost and complicates the technology of its manufacture.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является разработка такой конструкции лопатки вентилятора, которая имела бы малую массу и была бы проста в изготовлении.The objective of the invention is to develop such a design of the fan blades, which would have a small mass and would be easy to manufacture.
Кроме того, конструкция лопатки должна обеспечивать ее высокие прочностные характеристики, иметь низкую себестоимость.In addition, the design of the blade should provide its high strength characteristics, have a low cost.
Поставленная задача достигается тем, что в композитной лопатке преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей, состоящей из комля и лопасти, содержащей сердечник, формирующий внутреннюю пространственную геометрию лопатки, внешние и внутренние слои композиционного армированного материала, наложенные на сердечник соответственно с обеих его выпуклой и вогнутой сторон, и формирующие внешнюю геометрию лопатки, сердечник выполнен из двух частей - комлевой части из легкого и жесткого материала, например пенопласта, и лопастной части из прочного жесткого материала, например минералокомпозита, при этом комлевая и лопастные части связаны между собой клеевым соединением.The problem is achieved in that in a composite blade mainly for aircraft engine fans, consisting of a butt and a blade containing a core that forms the internal spatial geometry of the blade, the outer and inner layers of the composite reinforced material superimposed on the core respectively from both its convex and concave sides, and forming the external geometry of the blade, the core is made of two parts - the butt part of a light and hard material, such as polystyrene, and the blade hour it is made of a strong rigid material, for example, a mineral composite, while the butt and lobed parts are connected by an adhesive joint.
Более того, в композитной лопатке внешние и внутренние слои попарно объединены в единые слои из цельной ткани композиционного армированного материала, огибающие своей средней частью комлевую часть сердечника.Moreover, in the composite blade, the outer and inner layers are pairwise combined into single layers of solid fabric of composite reinforced material, enveloping the butt part of the core with their middle part.
Такое выполнение лопатки вентилятора позволяет снизить ее массу, а также уменьшить себестоимость изготовления за счет упрощения конструкции. При этом повышается усталостная прочность лопатки.This embodiment of the fan blade allows to reduce its weight, as well as reduce the cost of manufacturing due to simplification of the design. This increases the fatigue strength of the scapula.
Изобретение поясняется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:
фиг.1 показывает общий вид лопатки вентилятора;figure 1 shows a General view of the fan blades;
фиг.2 показывает разрез Б-Б фиг.1;figure 2 shows a section bB of figure 1;
фиг.3 показывает разрез А-А фиг.1 - поперечное сечение лопатки вентилятора;figure 3 shows a section aa figure 1 is a cross section of a fan blade;
фиг.4 показывает развертку слоев композиционного армированного материала, формирующих внешнюю геометрию лопатки.figure 4 shows a scan of the layers of composite reinforced material forming the external geometry of the scapula.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В соответствии с изобретением композитная облегченная лопатка преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей выполняется следующим образом.In accordance with the invention, a composite lightweight blade mainly for aircraft engine fans is performed as follows.
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 выполнена из композиционного армированного материала материала, имеющего углеволоконную основу, внедренную в полимерное связующее. Лопатка содержит сердечник 9 из облегченного материала, формирующий внутреннюю пространственную геометрию лопатки, и внешние и внутренние слои, образующие несущую силовую часть лопатки, наложенные на сердечник соответственно с обеих его выпуклой и вогнутой сторон, и формирующие внешнюю геометрию лопатки. Сердечник 9 выполнен по форме лопатки за исключением толщины внешних силовых армирующих слоев ΔХ, толщина которых по всей поверхности лопатки определяется расчетами и экспериментальными исследованиями. Сердечник выполнен из двух частей - комлевой части 11 из легкого и жесткого материала, например пенопласта, и лопастной части 10 из прочного жесткого материала, например минералокомпозита, при этом комлевая и лопастные части связаны между собой клеевым соединением.The blade 1 (figure 1) consists of the aerodynamic part - the
Внешние и внутренние слои попарно объединены в единые слои 21, 22, 23, 24, 25, 26 (фиг.3, 4) из цельной ткани композиционного армированного материала, огибающие своей средней частью комлевую часть сердечника. Слои выполнены из тканого углеродного материала с модулем упругости (Е>9000 кгс/мм2) и соединены связующим.The outer and inner layers are pairwise combined into
Изготовление лопастей может производиться из следующих материалов: армирующий наполнитель ткани Т-25; (ВМ)-73 ТУ-6-11-380-70, связующее ВС-2561С ТУ-585-25-278-89, материал с пониженным удельным весом ПУ-10 по инструкции ВИАМ ПИ 1.2.219-82, клей ВК-50 ТУ-1-595-24-201-85.The manufacture of the blades can be made of the following materials: reinforcing fabric filler T-25; (VM) -73 TU-6-11-380-70, binder ВС-2561С TU-585-25-278-89, material with a reduced specific gravity PU-10 according to the instructions of VIAM PI 1.2.219-82, VK- glue 50 TU-1-595-24-201-85.
Конфигурацию слоев (см. фиг 4) лопатки вентилятора получают топографическим методом, используемым при определении рельефных поверхностей, путем последовательной укладки слоев криволинейных поверхностей на криволинейную форму сердечника двойной кривизны с определенным шагом Н, равным толщине слоя однонаправленных волокон или ткани. Развертку криволинейных поверхностей слоев для получения лекал деталей кроя лопатки осуществляют модельно-макетным методом проектирования разверток с учетом деформационной способности материала (способность ткани изменять сетевой угол между нитями основы и утка при надевании криволинейной поверхности без складок и швов).The configuration of the layers (see Fig. 4) of the fan blades is obtained by the topographic method used to determine embossed surfaces by sequentially laying the layers of curved surfaces on the curved shape of a double curvature core with a certain pitch H equal to the thickness of the layer of unidirectional fibers or fabric. The development of curved surfaces of the layers to obtain patterns of details of the cut of the blade is carried out by the model-breadboard method of designing reamers taking into account the deformation ability of the material (the ability of the fabric to change the network angle between the warp and weft threads when donning a curved surface without folds and seams).
Слои материала укладываются последовательно с различными углами армирования волокон ткани или однонаправленного материала в процентном соотношении составляют 0°(α3) - 60-80%, 90°(α2) - 10-20%, ±45°(α1) - 10-20%, что позволяет оптимизировать распределение нагрузок и несущую способность лопатки в целом. Слои ориентированы относительно линии максимальных толщин 8, которая проходит от середины основы комля 5 до свободного конца 4 лопасти 2. Конфигурация линии максимальных толщин 8 определяется 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 осуществляют ориентацию нитей относительно этой линии. Ориентация нитей 0° и 90° целесообразна в центральных слоях 24-26 «спинки» и «корытца» пера 2 лопатки и 0°-45° в последующих слоях 21-23 с учетом направления воздействия силовых нагрузок, кривизны поверхности лопатки, толщины силового слоя и деформационных свойств тканей с максимально-возможным углом перекоса между нитями основы и утка, что позволяет добиться криволинейной формы слоев лопатки без дополнительных элементов формообразования (складок, швов и вытачек) и увеличить сдвиговые, прочностные характеристики лопатки. На ориентированных слоях определяются расположения контрольных знаков-надсечек 21', 22', 23', 24', 25', 26', по которым осуществляется укладка слоев 21, 22, 23, 24, 25, 26 по линии 8. Сборку преформы производят путем последовательного укладывания слоев ткани (или однонаправленного материала) 21-26 в соответствии с надсечками на плоскость, далее вкладывают сердечник 9 и смыкают преформу путем совмещения слоев ткани «спинки» и «корытца» относительно линии перегиба 13. Слои укладываются таким образом, что каждый последующий слой относительно сердечника полностью покрывает контуры предыдущего. Для качественной укладки в пресс-форму полученная преформа лопатки вентилятора подвергается вакуумной обработке с последующей пропиткой известными способами.Layers of the material are stacked sequentially with different angles of reinforcement of the fabric fibers or unidirectional material in a percentage of 0 ° (α3) - 60-80%, 90 ° (α2) - 10-20%, ± 45 ° (α1) - 10-20% that allows you to optimize the distribution of loads and the bearing capacity of the blade as a whole. The layers are oriented relative to the line of
Выполненная в соответствии с изобретением лопатка имеет следующие преимущества:The blade according to the invention has the following advantages:
- малую массу за счет облегченного сердечника;- low weight due to the lightened core;
- простую конструкцию и за счет этого высокую технологичность в производстве;- simple design and due to this high technological effectiveness in production;
- повышение прочностных характеристик за счет объединения внешних и внутренних силовых слоев.- increase in strength characteristics due to the combination of external and internal power layers.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008144478/06A RU2384750C1 (en) | 2008-11-11 | 2008-11-11 | Composite light-weight vane, primarily for aircraft engine fans |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008144478/06A RU2384750C1 (en) | 2008-11-11 | 2008-11-11 | Composite light-weight vane, primarily for aircraft engine fans |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2384750C1 true RU2384750C1 (en) | 2010-03-20 |
Family
ID=42137424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008144478/06A RU2384750C1 (en) | 2008-11-11 | 2008-11-11 | Composite light-weight vane, primarily for aircraft engine fans |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2384750C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2495255C2 (en) * | 2012-01-13 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Blade of axial impeller machine |
RU2592156C2 (en) * | 2012-05-01 | 2016-07-20 | АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН | Rotor blade and fan |
RU2629110C2 (en) * | 2011-09-09 | 2017-08-24 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method of profiling a replacement shoot as a replacement parts for old pulley for a turbomachine with a two-direction of the flow |
-
2008
- 2008-11-11 RU RU2008144478/06A patent/RU2384750C1/en active IP Right Revival
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2629110C2 (en) * | 2011-09-09 | 2017-08-24 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method of profiling a replacement shoot as a replacement parts for old pulley for a turbomachine with a two-direction of the flow |
US9771803B2 (en) | 2011-09-09 | 2017-09-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for profiling a replacement blade as a replacement part for an old blade for an axial-flow turbomachine |
RU2495255C2 (en) * | 2012-01-13 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Blade of axial impeller machine |
RU2592156C2 (en) * | 2012-05-01 | 2016-07-20 | АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН | Rotor blade and fan |
US10094224B2 (en) | 2012-05-01 | 2018-10-09 | Ihi Corporation | Rotor blade and fan |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2295723B1 (en) | A composite airfoil made of a three dimensional woven core and a composite skin and method of manufacturing this airfoil | |
EP3292991B1 (en) | Fiber composite material for a fan blade | |
US8616853B2 (en) | Stator vane for 3D composite blower | |
JP6374499B2 (en) | Fiber preform for hollow turbine engine vane | |
RU2708286C2 (en) | Method of making part and composite solid part, obtained using method | |
CN106687662B (en) | Manufacture method, generated blade and the turbogenerator including the blade of the turbine engine blade made of composite material | |
RU2542976C2 (en) | Fibre preform, composite element reinforced with fibres and method of their preparation | |
US9845688B2 (en) | Composite blade with an integral blade tip shroud and method of forming the same | |
US20210339499A1 (en) | Composite materials and structures | |
RU2384750C1 (en) | Composite light-weight vane, primarily for aircraft engine fans | |
US20110052404A1 (en) | Swept blades with enhanced twist response | |
GB2582398A (en) | Fibrous texture for producing a fan blade made of composite material | |
KR101958948B1 (en) | A monolithic blade, a rotorcraft rotor fitted with such a monolithic blade, and an associated rotorcraft | |
US11739649B2 (en) | Woven fibrous preform for manufacturing a fan blade made of composite material | |
US11891910B2 (en) | Composite-material casing having an integrated stiffener | |
CN110239126B (en) | Manufacturing method for aircraft engine fan blade | |
US8808847B2 (en) | Layered composite component | |
EP3694694B1 (en) | Three-dimensional woven preforms for omega stiffeners | |
CN113104210B (en) | Rotor blade integrally formed by three-dimensional woven composite material and manufacturing method | |
US20220333493A1 (en) | Preform for a composite blade | |
US11905851B2 (en) | CMC trailing edge 3D weaved cross brace |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191112 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210601 |