ЛОПАТКА ВЕНТИЛЯТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК F04D29/38 

Настоящее изобретение, в общем, касается газотурбинных двигателей, а конкретнее используемых в них широкохордовых лопаток вентилятора.

Турбовентиляторный газотурбинный двигатель содержит ряд лопаток вентилятора, приводимых в движение турбиной низкого давления (ТНД). В двигатель воздух вначале поступает через вентилятор, и внутренняя часть воздуха проходит в компрессор, который сжимает воздух для его смешивания с топливом к камере сгорания, где смесь сгорает с образованием горячих газообразных продуктов сгорания, которые протекают дальше через турбину высокого давления (ТВД), отбирающую энергию для вращения компрессора. Затем газообразные продукты сгорания протекают через ТНД, которая отбирает от них дополнительную энергию для вращения вентилятора. Остальная наружная часть воздуха, протекающего через вентилятор, выпускается из двигателя для образования тяги, создающей движение самолета при полете.

Лопатка вентилятора на своем внутреннем по радиусу конце содержит часть типа "ласточкин хвост", которая захвачена в сопряженной выемке типа "ласточкин хвост" на периметре диска ротора. Профильная часть прикреплена к части типа "ласточкин хвост" посредством конструктивной хвостовой части. Опорные площадки могут быть объединены за одно целое с лопаткой или отдельно прикреплены между соседними лопатками для образования внутренней по радиусу границы пути потока воздуха в вентиляторе, при этом опорная площадка радиально расположена над хвостовой частью у внутреннего по радиусу основания профильной части.

Профильная часть проходит радиально наружу к противоположной вершине и имеет переднюю или входящую кромку и противоположную по направлению оси заднюю или выходящую кромку, образующие вместе периметр профильной части. Профильная часть имеет по существу вогнутую, нагнетающую первую сторону и противоположную по направлению окружности, по существу выпуклую, засасывающую вторую сторону. Профильная часть имеет размах или продольную ось, проходящую в радиальном направлении от центральной линии диска ротора, к которому она прикреплена, и различные хорды, проходящие по существу по направлению оси между передней и задней кромками. Профильная часть обычно скручена от ее хвостовой части к ее вершине для максимального увеличения аэродинамических характеристик.

Широкохордовая лопатка вентилятора имеет сравнительно небольшое отношение ее размаха к хорде и является сравнительно тяжелой, когда выполнена как цельнометаллическая деталь. Уменьшение веса обычно достигается использованием высокопрочных специальных сплавов, как, например, титансодержащих сплавов. Однако, по мере того, как двигатели становятся все больше в размере, увеличивается размер и вес соответствующих лопаток вентилятора и затрудняется достижение приемлемого срока службы лопаток при высоких центробежных нагрузках, возникающих во время работы вентилятора.

В отдельных разработках лопатки вентилятора целиком выполняли из композиционного материала для снижения веса лопаток при одновременном обеспечении приемлемых характеристик в условиях эксплуатации в газотурбинном двигателе. Обычная лопатка из композиционного материала содержит несколько слоев конструкционных волокон, как, например, графитовых волокон, заделанных в подходящую матрицу, как, например, эпоксидную смолу для обеспечения прочности при легкой конструкции. Лопатки из композиционного материала требуют применения сложного технологического процесса и дороги в изготовлении.

Кроме того, разработаны комбинированные лопатки, которые состоят, в основном, из металла, как, например, титана, а для снижения веса имеют в себе соответствующие выемки, заполненные подходящим эластомерным наполнителем для создания законченного необходимого аэродинамического профиля профильной части. Выемки ограничены соответствующими, выполненными за одно целое металлическими ребрами, которые обеспечивают расположение металла на всю толщину профильной части для максимального увеличения остаточной жесткости профильной части и ее изгибающего момента инерции.

Однако выемки, снижающие вес, неизбежно прерывают структурную целостность профильной части, при этом обнаженные кромки выемок создают структурные разрывы в поверхности профильной части, примыкающей к наполнителю. Поэтому во время работы вентилятора эти ребра подвергаются локальной концентрации напряжений.

Во время работы вентилятора его лопатки вращаются и подвергаются центробежным нагрузкам, которые несет металлическая часть профильных частей, включая и ее ребра, при этом наполнитель лишь создает мертвый вес, который, в свою очередь, несет металлическая часть профильной части. Профильная часть подвергается вибрационному изгибу и кручению, которые, в свою очередь, увеличивают нагрузки и возникающие в результате напряжения, которым подвергается профильная часть, включая и ее ребра. Кроме того, лопатка вентилятора подвергается повреждению посторонним предметом (ППП), например, из-за удара птицы. Удар птицы подвергает лопатку дополнительной ударной нагрузке, которая еще более увеличивает напряжения в металлической профильной части, включая и ее ребра.

Для того чтобы обеспечить прочную связь между наполнителем и нижележащим металлом можно наносить грунтовочное покрытие в выемках перед их заполнением наполнителем. Когда наполнитель отвержден и связан с металлической профильной частью, его наружная поверхность непосредственно открыта окружающему воздуху и является совместно простирающейся или расположенной заподлицо с остающимся металлическим краем профильной части для образования соответствующей, аэродинамически очерченной стороны профильной части.

Однако нижележащая грунтовка обнажена по границе раздела между наполнителем и металлическим краем и, следовательно, подвергается разрушению из-за влажных условий, действия химических растворителей и повреждения при транспортировке. В таком случае разрушение грунтовки может привести к отслоению грунтовки от металлической профильной части и к соответствующему уменьшению полезного срока службы лопатки вентилятора.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание улучшенной комбинированной лопатки вентилятора, имеющей пониженные концентрации напряжений и уменьшенную открытость границы раздела между грунтовкой и металлом.

Этот результат достигается тем, что лопатка вентилятора газотурбинного двигателя содержит металлическую профильную часть, имеющую первую и вторую противоположные стороны, проходящие по радиусу между основанием и вершиной и по направлению оси между передней кромкой и задней кромкой для сжатия воздуха, проходящего над ними, выемку, расположенную на первой стороне, имеющую периметр, проходящий вдоль края первой стороны вокруг передней и задней кромок, основания и вершины, и содержащую множество ячеек, разделенных соответствующими ребрами, и наполнитель, связанный в выемке, при этом ребра утоплены в наполнителе, и наполнитель образует открытую часть первой стороны профильной части, проходящей совместно с краем.

Ребра могут быть выполнены выпуклыми в сечении.

Ребра могут иметь скошенные стороны, плавно сопряженные с ячейками.

Ребра могут быть утоплены в наполнитель в пределах 0,5-2,5 мм.

Выемка может содержать фаску по ее периметру, плавно сопряженную с краем первой стороны профильной части. Фаска может быть скошена от указанного края внутрь в выемку. Фаска может быть скошена к утопленным ребрам и вдоль примыкающих к ней ячеек. Фаска может проходить по периметру выемки и краю первой стороны профильной части. Фаска может иметь другой уклон, чем ячейки.

Ребра могут быть выполнены выпуклыми в сечении, и выемка содержит фаску по ее периметру, плавно сопряженную с краем первой стороны профильной части. Ребра могут иметь скошенные стороны, плавно сопряженные с ячейками, и фаска скошена от указанного края внутрь в выемку. Уклон ребра может быть другим, чем уклон фаски. Уклон ребра может быть больше, чем уклон фаски. Уклон фаски может быть меньше, чем уклон ячеек.

Уклон ребра может быть равен приблизительно 60 градусам или меньше, уклон фаски является небольшим и равен приблизительно 20 градусам или меньше, и ребра утоплены в наполнитель в пределах около 0,5-2,5 мм.

Указанный технический результат достигается и тем, что лопатка вентилятора газотурбинного двигателя содержит металлическую профильную часть, имеющую первую и вторую противоположные стороны, проходящие по радиусу между основанием и вершиной и по направлению оси между передней кромкой и задней кромкой для сжатия воздуха, проходящего над ними, выемку, расположенную на первой стороне, имеющую периметр, проходящий вдоль края первой стороны вокруг передней и задней кромок, основания и вершины, и содержащую множество ячеек, разделенных соответствующими ребрами, выпуклыми в сечении, и фаску, выполненную по ее периметру, плавно сопряженную с краем первой стороны и скошенную от этого края внутрь в выемку, и наполнитель, связанный в выемке, при этом ребра утоплены в наполнитель.

Ребра по существу могут быть одинаково утоплены в наполнитель.

Наполнитель может быть расположен заподлицо с краем первой стороны профильной части и образует с ним сплошную поверхность, открытую к воздуху, проходящему над ней.

Наполнителем может быть эластомер, связанный с грунтовкой, покрывающей ячейки, ребра и фаску выемки.

Лопатка может дополнительно содержать хвостовую часть, объединенную за одно целое с основанием профильной части, часть типа "ласточкин хвост", объединенную за одно целое с хвостовой частью для установки лопатки на диске ротора.

В дальнейшем подробном описании изобретение конкретнее описывается на предпочтительных и примерных вариантах его воплощения наряду с указанием его других задач и преимуществ и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 - вертикальный вид комбинированной лопатки вентилятора для газотурбинного двигателя, содержащей многоячеистую выемку, согласно примерному варианту воплощения настоящего изобретения,

фиг.2 - вид в радиальном направлении профильной части, показанной на фиг.1, в разрезе по линии 2-2 в средней части ее профильной части;

фиг.3 - увеличенный вид в радиальном направлении и в разрезе утопленного ребра профильной части, показанного на фиг.2 в пределах пунктирной окружности 3;

фиг.4 - увеличенный вид в радиальном направлении и в разрезе выемки, примыкающей к краю вблизи входящей кромки и показанной в пределах пунктирной окружности 4 на фиг.2, согласно примерному варианту воплощения настоящего изобретения.

На фиг.1 показана одна из нескольких лопаток 10 ротора вентилятора для турбовентиляторного газотурбинного двигателя, установленных по периметру частично показанного диска 12 ротора. Согласно настоящему изобретению лопатка выполнена в виде комбинированной лопатки, содержащей металлическую профильную часть 14, имеющую первую или нагнетающую сторону 16, которая является по существу вогнутой, и противоположную по направлению окружности вторую или засасывающую сторону 18, которая является по существу выпуклой. Первая и вторая стороны или поверхности 16, 18 радиально проходят вдоль размаха профильной части между внутренним по радиусу основанием 20 и противоположной, наружной по радиусу вершиной 22.

Кроме того, первая и вторая стороны проходят по направлению оси вдоль хорд профильной части между передней или входящей кромкой 24 и противоположной по направлению оси задней или выходящей кромкой 26. При работе вентилятора окружающий воздух 28 течет над двумя сторонами профильной части от передней кромки к задней кромке и обычным образом сжимается профильной частью для образования тяги, создающей движение самолета при полете.

Хотя профильная часть 14 может быть выполнена за одно целое с диском 12 ротора или непосредственно установлена на нем с образованием цельного узла, в варианте воплощения изобретения, показанном на фиг.1, каждая из профильных частей обычным образом прикреплена к диску с возможностью съема с него. Например, лопатка снабжена также металлической хвостовой частью 30, соединенной за одно целое с основанием 20 профильной части для установки лопатки на диске 12 ротора. Это осуществляется посредством использования обычной металлической части типа "ласточкин хвост" 32, соединенной за одно целое с хвостовой частью для установки лопатки в сопряженную выемку типа "ласточкин хвост" 12а в диске ротора. Профильная часть 14, хвостовая часть 30 и часть типа "ласточкин хвост" 32 с самого начала могут быть образованы как цельная или единая металлическая деталь, например, ковкой. Подходящим материалом для лопатки вентилятора является, например, титан.

Часть типа "ласточкин хвост" 32 обычно выполнена с возможностью вставления по направлению оси и захватывается сопряженной выемкой типа "ласточкин хвост" 12а, расположенной по направлению оси на периметре диска ротора. Хвостовая часть 30 обеспечивает структурный переход от части типа "ласточкин хвост" к аэродинамической профильной части и обычно сама не является аэродинамическим элементом. Хвостовая часть обычно укрыта от потока воздуха соответствующей связывающей опорной площадкой (не показана), которая расположена у основания 20 профильной части и выполнена либо за одно целое с ним, либо как отдельно установленные площадки обычным образом между соседними лопатками.

Согласно настоящему изобретению профильная часть 14 содержит углубление или выемку 34, предпочтительно расположенную только на первой или нагнетающей стороне 16 и имеющей полный четырехсторонний периметр 34а, проходящий вдоль края 16а первой стороны профильной части около входящей и выходящей кромок 24, 26, основания 20 и вершины 22.

Выемка 34 содержит множество отделений или ячеек 34b, отделенных друг от друга соответствующими металлическими ребрами 36. В примерном варианте воплощения изобретения, показанном на фиг.1, многочисленные ребра 36, расположенные по направлению хорд и радиуса, пересекают друг друга, ограничивая пять примерных ячеек 34b выемки.

Вся выемка, включая и ее ячейки, содержит эластомерный наполнитель 38, подходящим образом связанный с ними, при этом ребра 36 заглублены или утоплены в наполнитель ниже его открытой поверхности.

Основная профильная часть 14, показанная на фиг.1, выполнена из металла для обеспечения структурной целостности и возможности выдерживать аэродинамические, центробежные и вибрационные нагрузки во время работы вентилятора, когда его лопатка вращается, сжимая воздух 28 для образования тяги, создающей движение. Выемка, включая и ее ячейки, выполнены в профильной части для снижения ее общего веса и уменьшения центробежных нагрузок во время работы вентилятора. Наполнитель 38 является сравнительно легким и может быть любого подходящего вида, как, например, эластомером или полиуретаном, для заполнения выемки и образования сплошной поверхности на первой стороне профильной части, которая открыта потоку воздуха 28 для его сжатия.

На фиг.2 показан примерный вид в радиальном направлении разреза через часть профильной части, показанной на фиг.1, при этом металлическая профильная часть и лопатка выполнены непрерывными от передней кромки 24 до задней кромки 26, а также непрерывными от части типа "ласточкин хвост" 32 до вершины 22 профильной части, показанных на фиг.1. Как показано на фиг.2, передняя и задняя кромки 24, 26 выполнены сравнительно тонкими и острыми для максимального увеличения аэродинамической эффективности и являются полностью металлическими между засасывающей стороной 18 и крайней (граничной) частью 16а нагнетающей стороны 16 для обеспечения прочности и структурной целостности несмотря на введение выемки 34, включая ее несколько ячеек.

Ячейки 34b по их периметрам ограничены соответствующими ребрами 36 и соответствующими частями края 16а первой стороны. Общий профиль профильной части 14, показанный на фиг.2, определяет между ее противоположными сторонами подходящий аэродинамический профиль, специально очерченный для максимального увеличения эффективности сжатия окружающего воздуха во время работы вентилятора. Металлическая профильная часть у отдельных ячеек 34b выполнена сравнительно тонкой для уменьшения до минимума веса профильной части при сохранении непрерывного структурного пути нагружения по всей профильной части и ее структурной целостности.

Наполнитель 38 вводят в ячейки для замены объема металла, потерянного из-за введения самих ячеек, чтобы восстановить профильную часть до необходимого аэродинамического профиля, включая наполнитель 38 на первой стороне 16. Таким образом, первая сторона 16 профильной части образуется частично краем 16а, непосредственно открытым к наружному воздуху, и в остальной части - открытой наружной поверхностью наполнителя 38. Укрытая часть первой стороны профильной части под наполнителем 38 определяет несколько ячеек 34b и ребра 36, расположенные между ними.

На фиг.3 подробнее показан пример одного из утопленных ребер 36 и вышележащего наполнителя 38, открытого к окружающему воздуху. Как указывалось выше, в качестве наполнителя 38 может быть использован любой подходящий материал, предпочтительно эластомер, для восприятия упругой деформации во время работы вентилятора, когда металлическая профильная часть подвергается нагрузке. Эластомерный наполнитель 38, как, например, полиуретан, предпочтительно связывают с грунтовкой 40, которую первой наносят на выемку, включая ее ячейки 34b, ребра 36 и фаску 34с. Подходящей грунтовкой является грунтовка "Ти-Плай БН", доступная от "Лорд корпорейшн", Эри, шт.Пенсильвания, США.

Как показано на фиг.4, наполнитель 38 предпочтительно расположен заподлицо или вровень с краем 16а профильной части и вместе с ним образует непрерывную аэродинамическую поверхность, открытую к воздуху, который проходит над ней. Таким образом, наполнитель 38 соединен с металлическим краем 16а по всему периметру 34а выемки, при этом к окружающему воздуху непосредственно открыта только кромка нижележащего грунтовочного покрытия.

Особое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что несколько ребер 36, показанных на фиг.1-3, утоплены в наполнитель 38 и, таким образом, не создают дополнительные места, где грунтовка открыта к поверхности профильной части. Следовательно, открытость поверхности грунтовки ограничивается периметром 34а выемки, показанной на фиг.1, при этом несколько ребер 36 утоплены в наполнитель. Таким образом, ограничены по протяженности кромки по периметру самого наполнителя, что соответственно ограничивает имеющиеся места наполнителя, подверженные разрушению на протяжении срока службы лопатки.

Однако утапливание ребер 36 под наполнитель и под определяемый им аэродинамический профиль соответственно уменьшает изгибающий момент инерции металлической профильной части и ее соответствующую прочность.

В предпочтительном варианте воплощения изобретения ребра 36 утоплены в наполнитель в ограниченной степени предпочтительно в пределах около 0,5-2,5 мм для сохранения сравнительно тонкого слоя или связки наполнителя 38 непосредственно над ними, как это показано на фиг.3. Таким образом, сплошная поверхность наполнителя 38 открыта к окружающему воздуху и образует основную часть открытой первой стороны профильной части, которая проходит совместно с краем 16а, показанным на фиг.1.

Однако, т.к. сами ребра 36 являются частями металлической профильной части, выполненными за одно целое с ней, то они обеспечивают структурную целостность самой профильной части и при работе вентилятора несут значительные нагрузки. Ребра, использовавшиеся в более ранних разработках комбинированной лопатки, для сохранения прочности были обнажены на поверхности профильной части и, таким образом, открывали бы к внешней среде дополнительную грунтовку. Эти прежние ребра имели параллельные стороны и соответствующие острые углы, которые создавали значительные концентрации напряжений и увеличивали местные напряжения во время работы вентилятора.

Для того чтобы уменьшить концентрацию напряжений, несколько ребер 36 имеют каждое изогнутое поперечное сечение или профиль, как это подробно показано на фиг.3. Ребро 36 выполнено по существу выпуклым или закругленным наружу и без острых углов.

Каждое ребро 36 является по существу симметричным в поперечном сечении и содержит противоположные стороны, которые являются скошенными или наклоненными под соответствующими углами уклона сторон А, измеряемыми относительно горизонтальной или по существу плоской поверхности наполнителя 38. Стороны ребра плавно скошены от закругленной вершины ребра к сравнительно плоским донышкам примыкающих ячеек 34b, образуя плавный переход к ним.

Профиль каждого ребра 36 выполнен скошенным и плавно сопряженным в нескольких целях. Прежде всего, ребра используются для разделения отдельных ячеек 34b при сохранении структурной целостности металлической профильной части. Если угол уклона А боковых стенок ребра будет слишком малым, то объем примыкающих ячеек будет соответственно небольшим, а уменьшение веса будет ограниченным. Если угол уклона А будет слишком крутым или большим, то увеличатся соответствующие напряжения на границе раздела между ребрами и наполнителем. Кроме того чтобы уменьшить до минимума напряжения на границе раздела и вес профильной части, углы уклона боковых стенок по желанию могут быть равными или неравными.

Кроме того, ребра 36 утоплены под открытую поверхность наполнителя 38 для сохранения непрерывности наполнителя как аэродинамической поверхности, а это утапливание ребра соответственно уменьшает изгибающий момент инерции сечения профильной части и может увеличить напряжения в ней.

Таким образом, вовремя работы вентилятора вершины ребер подвергаются большим напряжениям, которые согласно одному отличительному признаку настоящего изобретения уменьшаются благодаря скруглению вершин соответствующими галтелями или радиусами для устранения острых углов.

Как указывалось выше, ребра 36 утапливают ниже открытой поверхности наполнителя на величину в сравнительно узких пределах около 0,5-2,5 мм, чтобы максимально увеличить прочность профильной части при сохранении подходящей прочности и непрерывности связки из наполнителя поверх ребер.

После того, как в наполнитель 38 утоплено несколько ребер 36, показанных на фиг.1, единственная выемка 34 открыта на поверхности профильной части и имеет непрерывный окружающий периметр 34а. Отдельные ячейки 34b выемки утоплены и не видны, когда они заполнены наполнителем.

Как указывалось выше, на фиг.1 и 2 показан типичный профиль профильной части лопатки вентилятора, который является сравнительно тонким от входящей кромки до выходящей кромки. Передняя и задняя кромки 24, 26 сами являются тонкими и острыми и выполнены только из основного металла для обеспечения их прочности. Металлический край 16а профильной части простирается внутрь от передней и задней кромок для обеспечения прочности кромок профильной части до перехода в примыкающие ячейки 34b выемки.

Как показано на фиг.1, несколько ребер 36 ориентировано так, как желательно, для обеспечения структурной целостности профильной части, чтобы выдерживать обычные радиальные, осевые и крутильные нагрузки, испытываемые во время работы вентилятора. Кроме того, нагрузки, испытываемые лопаткой во время работы вентилятора, могут быть вызваны повреждением посторонними предметами (ППП), как, например, вследствие удара птицы, обычно о входящую кромку 24 профильной части.

Чтобы еще более увеличить структурную целостность профильной части, имеющей в себе выемку для уменьшения веса, выемка 34, как первоначально показано на фиг.1, предпочтительно содержит утопленную фаску 34с, которая непрерывно проходит по периметру 34а выемки для плавного сопряжения выемки с металлическим краем 16а.

На фиг.4 подробнее показан вид в разрезе фаски 34с в предпочтительном варианте воплощения изобретения. Фаска 34с под углом В скошена от поверхности края 16а профильной части внутрь в выемку. Таким образом, фаска определяет четко выраженный уклон или скос от кромки выемки, очерченной периметром 34а, и обеспечивает плавный переход между краем 16а профильной части и соответствующими ячейками 34b выемки, в которых металлическая профильная часть уменьшается по толщине.

Таким образом, уменьшаются или устраняются сравнительно острые углы и резкие изменения в непрерывности металла для соответственного уменьшения концентрации напряжений в месте соединения наполнителя и металлического края 16а. Различные нагрузки, возникающие при работе лопатки вентилятора, включая и нагрузки от ударов птиц, таким образом, эффективнее выдерживаются металлической профильной частью между передней и задней кромками и от основания до вершины без явно выраженных концентраций напряжений по периметру выемки, по периметрам ее ячеек 34b или вдоль отдельных утопленных ребер 36.

Как показано на фиг.1, фаска 34с скошена внутрь от периметра 34а выемки вдоль нескольких ячеек 34b выемки, а также вдоль утопленных ребер 36, пересекающих периметр выемки.

Таким образом, выполнена непрерывная отчетливая фаска 34с по периметру 34а выемки и по металлическому краю 16а для обеспечения плавного перехода от металлического края к соответствующим выемкам и ребрам.

Как показано на фиг.4, фаска 34с имеет угол уклона В, который предпочтительно отличается от угла уклона С примыкающих ячеек 34b выемки в местах пересечения с ними. Угол уклона В фаски предпочтительно меньше, чем угол уклона С ячейки, для образования отчетливой, по существу плоской фаски по всему периметру выемки и примыкающего металлического края.

Таким образом, отчетливая фаска обеспечивает плавное сопряжение ячеек и ребер у металлического края для уменьшения концентрации напряжений. Отчетливую фаску легко выверять на станках с ЧПУ для ее точного изготовления.

Как показано на фиг.3 и 4, угол уклона А ребра также предпочтительно отличается от угла уклона В фаски, при этом уклон ребра предпочтительно больше, чем уклон фаски. Уклоны ребра и фаски имеют разное назначение и соответственно различаются по величине. Пологий уклон В фаски предпочитается для улучшения структурной целостности металлической профильной части и непрерывности структурных путей нагружения между передней и задней кромками, основанием и вершиной профильной части. Предпочитаются более высокие значения уклона ребер для максимального увеличения объема примыкающих ячеек 30в выемки с целью уменьшения веса, однако без образования недопустимо больших концентраций напряжений у самих ребер.

Как показано на фиг.1, все ребра 36 предпочтительно по существу одинаково утоплены в наполнитель 38 для обеспечения одинаково толстых связок из наполнителя над ребрами, показанных на фиг.3. Утопленные ребра плавно сопрягаются с металлическим краем 16а у фаски 34с выемки, как это показано на фиг.4.

Угол уклона В фаски предпочтительно небольшой и равен около 20 градусов или менее, предпочтительно, например, около 15 градусов. Угол уклона С ячейки у фаски выемки несколько больше, чем угол уклона В фаски, приблизительно на 2-7 градусов в предпочтительном варианте воплощения изобретения.

Соответственно угол уклона А ребра, показанный на фиг.3, предпочтительно равен около 60 градусов или меньше - около 20 градусов в предпочтительном варианте воплощения изобретения.

Утопленные и скошенные ребра обеспечивают существенное улучшение структурной целостности вышеописанной комбинированной лопатки вентилятора, позволяя значительно уменьшить вес при сохранении прочности профильной части. Концентрации напряжений у ребер значительно уменьшаются вследствие их изогнутых профилей, а скошенная поверхность сопряжения между выемкой и примыкающим металлическим краем вокруг нее еще более уменьшает концентрации напряжений и улучшает структурную целостность профильной части. Наполнитель, введенный в многоячеистую выемку, имеет сплошную поверхность, которая открыта к окружающему воздуху, образует основную часть первой стороны профильной части и расположена совместно и заподлицо с окружающим металлическим краем 16а, образующим остальную часть аэродинамической поверхности. Грунтовка под наполнителем обнажена только по периметру 34а выемки и значительно уменьшает число мест, в которых возможно разрушение кромок наполнителя.

Хотя здесь описаны предпочтительные и примерные варианты воплощения настоящего изобретения, для специалистов в данной области на основании изложенных здесь технических решений будут очевидны другие модификации изобретения, находящиеся в пределах существа и объема формулы изобретения.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а конкретнее используемым в них широкохордовых лопаток вентилятора. Лопатка (10) вентилятора содержит металлическую профильную часть (14), имеющую выемку (34), расположенную на ее первой стороне (16) и содержащую связанный с ней наполнитель (38). Выемка содержит множество ячеек (34b), разделенных соответствующими ребрами (36), которые утоплены в наполнитель. Изобретение обеспечивает создание улучшенной комбинированной лопатки вентилятора, имеющей пониженные концентрации напряжений и уменьшенную открытость границы раздела между грунтовкой и металлом. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Лопатка вентилятора газотурбинного двигателя, содержащая металлическую профильную часть, имеющую первую и вторую противоположные стороны, проходящие по радиусу между основанием и вершиной и по направлению оси между передней кромкой и задней кромкой для сжатия воздуха, проходящего над ними, выемку, расположенную на первой стороне, имеющую периметр, проходящий вдоль края первой стороны вокруг передней и задней кромок, основания и вершины, и содержащую множество ячеек, разделенных соответствующими ребрами, и наполнитель, связанный в выемке, при этом ребра утоплены в наполнителе, и наполнитель образует открытую часть первой стороны профильной части, проходящей совместно с краем.2. Лопатка по п.1, в которой ребра выполнены выпуклыми в сечении.3. Лопатка по п.2, в которой ребра имеют скошенные стороны, плавно сопряженные с ячейками.4. Лопатка по п.3, в которой ребра утоплены в наполнитель в пределах 0,5-2,5 мм.5. Лопатка по п.1, в которой выемка содержит фаску по ее периметру, плавно сопряженную с краем первой стороны профильной части.6. Лопатка по п.5, в которой фаска скошена от указанного края внутрь в выемку.7. Лопатка по п.6, в которой фаска скошена к утопленным ребрам и вдоль примыкающих к ней ячеек.8. Лопатка по п.7, в которой фаска проходит по периметру выемки и краю первой стороны профильной части.9. Лопатка по п.7, в которой фаска имеет другой уклон, чем ячейки.10. Лопатка по п.1, в которой ребра выполнены выпуклыми в сечении, и выемка содержит фаску по ее периметру, плавно сопряженную с краем первой стороны профильной части.11. Лопатка по п.10, в которой ребра имеют скошенные стороны, плавно сопряженные с ячейками, и фаска скошена от указанного края внутрь в выемку.12. Лопатка по п.11, в которой уклон ребра является другим, чем уклон фаски.13. Лопатка по п.12, в которой уклон ребра больше, чем уклон фаски.14. Лопатка по п.13, в которой уклон фаски меньше, чем уклон ячеек.15. Лопатка по п.11, в которой уклон ребра равен приблизительно 60° или меньше, уклон фаски является небольшим и равен приблизительно 20° или меньше, и ребра утоплены в наполнитель в пределах около 0,5-2,5 мм.16. Лопатка вентилятора газотурбинного двигателя, содержащая металлическую профильную часть, имеющую первую и вторую противоположные стороны, проходящие по радиусу между основанием и вершиной и по направлению оси между передней кромкой и задней кромкой для сжатия воздуха, проходящего над ними, выемку, расположенную на первой стороне, имеющую периметр, проходящий вдоль края первой стороны вокруг передней и задней кромок, основания и вершины, и содержащую множество ячеек, разделенных соответствующими ребрами, выпуклыми в сечении, и фаску, выполненную по ее периметру, плавно сопряженную с краем первой стороны и скошенную от этого края внутрь в выемку, и наполнитель, связанный в выемке, при этом ребра утоплены в наполнитель.17. Лопатка по п.16, в которой ребра по существу одинаково утоплены в наполнитель.18. Лопатка по п.17, в которой наполнитель расположен заподлицо с краем первой стороны профильной части и образует с ним сплошную поверхность, открытую к воздуху, проходящему над ней.19. Лопатка по п.18, в которой наполнителем является эластомер, связанный с грунтовкой, покрывающей ячейки, ребра и фаску выемки.20. Лопатка по п.19, дополнительно содержащая хвостовую часть, объединенную за одно целое с основанием профильной части, часть типа "ласточкин хвост", объединенную за одно целое с хвостовой частью для установки лопатки на диске ротора.