Лопасть вентилятора - RU2718381C1
Код документа: RU2718381C1
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к лопасти вентилятора турбовентиляторного двигателя для летательного аппарата и, в частности, относится к лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала.
Уровень техники
Турбовентиляторный двигатель для летательного аппарата состоит из вентилятора и внутреннего контура двигателя, расположенного соосно с вентилятором позади вентилятора и включающего в себя турбину для приведения в действие вентилятора.
Вентилятор включает в себя практически цилиндрический корпус вентилятора и диск вентилятора, сформированный, чтобы вращаться внутри корпуса вентилятора, и множество лопастей вентилятора, установленных по окружности диска вентилятора. Диск вентилятора приводится во вращение посредством турбины низкого давления, соединенной через вал.
Во время работы турбовентиляторного двигателя лопасти вентилятора вращаются вместе с диском вентилятора, так что воздух всасывается вентилятором. Часть воздуха протекает во внутренний контур двигателя, формируется газ высокой температуры и высокого давления для приведения в действие турбины низкого давления, а оставшийся воздух обходит внутренний контур двигателя, чтобы выпускаться с задней стороны, и способствует формированию большей части реактивной тяги.
Традиционно, лопасти вентилятора, выполненные из сплава титана, главным образом, использовались для лопастей вентилятора турбовентиляторного двигателя для летательного аппарата. Однако, лопасти вентилятора, выполненные из композитного материала, такого как FRP (армированные волокном пластики), часто используются в последнее время.
Композитный материал имеет большую удельную прочность (значение, полученное делением прочности на разрыв на плотность) по сравнению со сплавом титана, и, следовательно, материал лопастей вентилятора может быть заменен со сплава титана на композитный материал, чтобы уменьшать вес, в то же время сохраняя прочность.
С другой стороны, композитный материал уступает титановому сплаву в сопротивлении износу и ударопрочности. Когда посторонний объект, такой как частицы песка и небольшой камень, смешиваются с воздухом, всасываемым вентилятором, посторонний объект сталкивается с перьями лопастей вентилятора. В случае, в котором перья состоят из композитного материала, существует вероятность возникновения повреждения (FOD (повреждения посторонним объектом)).
Следовательно, в традиционной лопасти 120 вентилятора, выполненной из композитного материала, как иллюстрировано на фиг. 4A, часть LE передней кромки основной части 121 пера, выполненной из композитного материала, которая очень вероятно должна сталкиваться с посторонним объектом, покрывается защитной оболочкой 122, выполненной из металла, так что возникновение повреждения предотвращается (см. патент США № 7780410).
Когда вентилятор всасывает большой посторонний объект, такой как птицу, перо лопасти вентилятора сильно деформируется посредством столкновения с посторонним объектом. Деформация начинается как изгибная деформация в части передней кромки и после этого распространяется на другие области. Часть задней кромки пера является участком, в котором большое искривление вероятно должно происходить на поверхности за счет распространившейся деформации. В случае, в котором перо состоит из композитного материала, существует высокая вероятность возникновения трещины или отслоения.
Следовательно, как иллюстрировано на фиг. 4A, в традиционной лопасти 120 вентилятора, выполненной из композитного материала, участок части TE задней кромки основной части 121 пера, выполненной из композитного материала, где большое искривление, как ожидается, должно возникать на поверхности за счет деформации во время столкновения с посторонним объектом, защищается покрытием со щитком 123, выполненным из металла. Следовательно, прочность части задней кромки пера улучшается, и возникновение трещины или отслоения устраняется (см. патент США № 7780410).
Таким образом, в традиционной лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала, для того, чтобы улучшать стойкость к износу и ударопрочность, часть передней кромки пера, выполненного из композитного материала, покрывается защитной оболочкой, выполненной из металла, а часть задней кромки покрывается щитком, выполненным из металла.
Проблемы, решаемые изобретением
В лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала ("узел 114 лопасти вентилятора"), описанного в патенте США № 7780410, часть передней кромки пера ("пера 154"), выполненного из композитного материала, покрывается защитной оболочкой, выполненной из металла ("металлическая передняя кромка 158"), а часть задней кромки покрывается щитком ("щиток 156 задней кромки" и "концевой обтекатель 150 лопасти"), выполненным из металла (ссылка на фиг. 2).
Патент США № 7780410 не описывает конфигурацию переходной части защитной оболочки и щитка, т.е., то, как задняя крайняя часть (задний край и участок поблизости от него) защитной оболочки и передняя крайняя часть (передний край и участок поблизости от него) щитка размещаются.
Однако, защитная оболочка, выполненная из металла, и щиток, выполненный из металла, связываются с основной частью пера, выполненной из композитного материала, посредством клея, и, следовательно, считается, что задняя крайняя часть защитной оболочки и передняя крайняя часть щитка могут быть расположены так, чтобы не перекрывать друг друга с учетом размерного допуска во время производства обоих. Т.е., считается, что существует зазор G между задним краем защитной оболочки 122 и передним краем щитка 123, имеющими номинальные (стандартные) формы по проекту, как иллюстрировано на фиг. 4A.
Таким образом, когда большой посторонний объект B сталкивается с лопастью 120 вентилятора в случае, в котором существует зазор G между задним краем защитной оболочки 122 и передним краем щитка 123, основная часть 121 пера изгибается таким образом, что возникает изгиб в участке, в котором существует зазор G, вследствие действия изгибающей нагрузки F, вызванной столкновением с посторонним объектом B, как иллюстрировано на фиг. 4B, являющимся видом в разрезе A-A на фиг. 4A. Следовательно, лопасть 120 вентилятора очень вероятно будет повреждена, как описано ниже.
(1) За счет концентрации механического напряжения, вызванного изгибом, возникает трещина на поверхности композитного материала, составляющего основную часть 121 пера. Дополнительно, в случае, в котором композитный материал, составляющий основную часть 121 пера, состоит из множества слоев, наслоенных в направлении толщины основной части 121 пера, возникает расслоение (явление, в котором соседние слои отслаиваются друг от друга).
(2) Поверхность, на стороне которой посторонний объект сталкивается в основной части 121 пера (корыто 121P), временно становится выпуклой поверхностью поблизости от зазора G вследствие вызванной изгибной деформации, как иллюстрировано на фиг. 4B. Следовательно, участки, связанные с корытом 121P основной части 121 пера в одном или в обоих из защитной оболочки 122 и щитка 123, расслаиваются в приподнятое состояние от корыта 121P основной части 121 пера.
В случае, в котором происходит повреждение из пункта (1), прочность основной части пера значительно снижается, а в случае, в котором происходит повреждение из пункта (2), аэродинамическая характеристика основной части пера значительно ухудшается за счет изменения профиля (формы сечения). Оба вышеуказанных случая не являются предпочтительными.
В случае, в котором зазор G существует между задним краем защитной оболочки 122 и передним краем щитка 123, профиль пера лопасти 120 вентилятора имеет прерывистую углубленную часть в участке зазора G. Это вызывает ухудшенную аэродинамическую характеристику пера даже в состоянии, в котором вышеупомянутое повреждение не происходит.
Таким образом, поверхность основной части 121 пера, выполненная из композитного материала, выпячивается таким образом, чтобы заполнять зазор G, так что углубленная часть, вызывающая ухудшенную аэродинамическую характеристику, может быть устранена, как иллюстрировано на фиг. 4C. Ссылочный номер 124 на чертеже обозначает адгезивный слой для связывания защитной оболочки 122 и щитка 123 с основной частью 121 пера. Однако, в такой основной части 121 пера, в выпучившемся участке, армирующие волокна (иллюстрированные прерывистой линией на чертеже), составляющие композитный материал, частично изгибаются. В результате, прочность основной части 121 пера уменьшается, и, следовательно, этот способ не является предпочтительным. В качестве способа для устранения углубленной части, вызывающей ухудшенную аэродинамическую характеристику без возникновения такого уменьшения прочности, существует способ заполнения зазора G клеем, как иллюстрировано на фиг. 4D. Однако, жесткость и прочность клея, заполняющего зазор G значительно ниже по сравнению с жесткостью и прочностью основной части пера, выполненной из композитного материала, и жесткостью и прочностью защитной оболочки и щитка, выполненных из металла, и, следовательно, не достигается результат предотвращения повреждения вследствие частичного изгиба, вызванного в прерывистых участках защитной оболочки и щитка вследствие столкновения с посторонним объектом.
Настоящее изобретение было выполнено для того, чтобы решать вышеупомянутые проблемы, и целью настоящего изобретения является предоставление лопасти вентилятора, которая выполняется из композитного материала и не повреждается даже в случае столкновения с большим посторонним объектом.
Средства решения проблем
Для того, чтобы решать вышеупомянутые проблемы, лопасть вентилятора варианта осуществления настоящего изобретения включает в себя: основную часть пера, состоящую из композитного материала из термопластичной смолы или термореактивной смолы и армирующих волокон; защитную оболочку, выполненную из металла, которая покрывает, по меньшей мере, часть части передней кромки основной части пера; и щиток, выполненный из металла, который покрывает, по меньшей мере, часть части задней кромки основной части пера, при этом часть заднего края защитной оболочки и часть переднего края щитка перекрываются в направлении толщины основной части пера на каждой поверхности корыта и спинки основной части пера, и часть переднего края щитка вставляется между частью заднего края защитной оболочки и основной частью пера на перекрывающемся участке.
Полезные результаты изобретения
Согласно настоящему изобретению, возможно получать отличный результат, приспособленный для улучшения стойкости к износу и ударопрочности лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала, в то же время минимизируя потерю аэродинамической характеристики, и приспособленный для предотвращения возникновения повреждения даже в случае, в котором большой посторонний объект сталкивается с лопастью вентилятора.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематичный вид в боковом разрезе турбовентиляторного двигателя, включающего в себя лопасти вентилятора.
Фиг. 2A - общий вид в перспективе лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала настоящего изобретения.
Фиг. 2B - вид в разрезе (поперечное сечение A-A с фиг. 2A) лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала настоящего изобретения.
Фиг. 3 - укрупненный вид части IF с фиг. 2B, иллюстрирующий отношение между частью заднего края защитной оболочки и частью переднего края щитка в лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала настоящего изобретения.
Фиг. 4A - общий вид в перспективе традиционной лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала.
Фиг. 4B - вид в разрезе (поперечное сечение A-A с фиг. 4A) традиционной лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала.
Фиг. 4C - укрупненный вид, иллюстрирующий участок зазора между задней крайней частью защитной оболочки и передней крайней частью щитка, в виде в разрезе традиционной лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала (поперечное сечение A-A с фиг. 4A), и иллюстрирует способ для устранения углубленной части профиля для пера лопасти вентилятора, вызванной зазором.
Фиг. 4D - укрупненный вид, иллюстрирующий участок зазора между задней крайней частью защитной оболочки и передней крайней частью щитка, в виде в разрезе традиционной лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала (поперечное сечение A-A с фиг. 4A), и иллюстрирует другой способ для устранения углубленной части профиля для пера лопасти вентилятора, вызванной зазором.
Способ осуществления изобретения
Далее в данном документе, вариант осуществления настоящего изобретения будет описан подробно со ссылкой на чертежи.
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид в боковом разрезе обычного турбовентиляторного двигателя, включающего в себя лопасти вентилятора.
Турбовентиляторный двигатель 1 состоит из вентилятора 2, который формирует большую часть реактивной тяги, и внутреннего контура двигателя 3, расположенного соосно с вентилятором 2 позади вентилятора 2, и включающего в себя турбину для приведения в действие вентилятора 2.
Внутренний контур двигателя 3 состоит из турбореактивного двигателя, в котором компрессор 31 низкого давления, компрессор 32 высокого давления, камера 33 сгорания, турбина 34 высокого давления и турбина 35 низкого давления располагаются по порядку со стороны выше по потоку к стороне ниже по потоку. Турбина 34 высокого давления соединяется с компрессором 32 высокого давления через вал 37 высокого давления, турбина 35 низкого давления соединяется с компрессором 31 низкого давления и вентилятором 2 через вал 38 низкого давления.
Вентилятор 2 включает в себя практически цилиндрический корпус 26 вентилятора, диск 25 вентилятора, сформированный, чтобы вращаться внутри корпуса 26 вентилятора, и множество лопастей 20 вентилятора, установленных по окружности диска 25 вентилятора с интервалами в круговом направлении. Корпус 26 вентилятора устанавливается на корпусе 30 внутреннего контура двигателя 3 посредством множества стоек (опор) 4, расположенных с интервалами в круговом направлении. Диск 25 вентилятора приводится во вращение посредством турбины 35 низкого давления, соединенной через вал 38 низкого давления.
Фиг. 2A является общим видом в перспективе лопасти 20 вентилятора настоящего изобретения, а фиг. 2B является видом в разрезе A-A на фиг. 2A.
Каждая лопасть 20 вентилятора настоящего изобретения состоит из основной части 21 пера, выполненной из композитного материала, защитной оболочки 22, выполненной из металла, которая покрывает часть LE передней кромки основной части 21 пера, и щитка 23, выполненного из металла, который покрывает часть TE задней кромки основной части 21 пера.
Каждая лопасть 20 вентилятора может быть разделена на перо 20A и основание 20R лопасти с учетом функции. Основание 20R лопасти является крайним участком основания основной части 21 пера, и этот участок вставляется в каждую из канавок (не иллюстрированы), предусмотренных по окружности диска 25 вентилятора с интервалами в круговом направлении, так что лопасти 20 вентилятора устанавливаются на диск 25 вентилятора. Перо 20A является участком помимо основания 20R лопасти в лопасти 20 вентилятора, состоит из основной части 21 пера, защитной оболочки 22 и щитка 23, как описано выше, и проявляет аэродинамическую функцию.
В качестве композитного материала, составляющего основную часть 21 пера, используется FRP (армированные волокном пластики), состоящий из термопластичной смолы или термореактивной смолы и армирующих волокон.
Термопластичная смола является смолой, имеющей свойство размягчения за счет нагрева, чтобы проявлять пластичность, и отверждения за счет охлаждения. Примеры термопластичной смолы, используемой в лопастях 20 вентилятора настоящего изобретения, включают в себя полиэтиленовую смолу, полипропиленовую смолу, полистирольную смолу, ABS-смолу, винилхлоридную смолу, метилметакрилатную смолу, нейлоновую смолу, флюороуглеродную смолу, поликарбонатную смолу и полиэфирную смолу.
Термореактивная смола является смолой, имеющей свойство отверждения посредством нагрева. Примеры термореактивной смолы, используемой в лопастях 20 вентилятора настоящего изобретения, включают в себя эпоксидную смолу, фенольную смолу и полиимидную смолу.
Примеры армирующего волокна, используемого в лопастях 20 вентилятора настоящего изобретения, включают в себя углеродное волокно, арамидное волокно и стекловолокно.
Основная часть 21 пера производится посредством наслоения множества листовых препрегов, полученных посредством пропитки термопластичной смолой с армирующими волокнами, и предварительного формования литьем под давлением, с тем, чтобы получать окончательную форму в состоянии нагрева, например. Альтернативно, основная часть 21 пера может быть произведена посредством наслоения множества листовых препрегов, полученных посредством пропитки термореактивной смолой с армирующими волокнами, с тем, чтобы получать окончательную форму, и после этого отверждения смолы в состоянии нагрева.
Защитная оболочка 22 выполняется из металла, такого как сплав титана, и имеет структуру, в которой часть 22B основания и защитная стенка 22P корыта и защитная стенка 22S спинки, которые выступают из части 22B основания, объединяются, как иллюстрировано на фиг. 2B.
Защитная стенка 22P корыта и защитная стенка 22S спинки обращены друг к другу с углубленной частью 22R между ними, и углубленная часть 22R формируется, чтобы принимать передний участок основной части 21 пера, включающий в себя часть LE передней кромки. Корыто 21P основной части 21 пера и защитная стенка 22P корыта, и спинка 21S основной части 21 пера и защитная стенка 22S спинки, каждая связываются посредством адгезивного слоя 24, такого как эпоксидный клей.
Защитная оболочка 22 покрывает часть LE передней кромки основной части 21 пера почти по всей области от основания H лопасти до законцовки T лопасти в направлении высоты основной части 21 пера. Следовательно, даже в случае, в котором посторонний объект, такой как частицы песка и небольшой камень, смешивается с воздухом, всасываемым вентилятором 2, часть LE передней кромки основной части 21 пера может быть предохранена от повреждения вследствие столкновения с посторонним объектом.
Диапазон основной части 21 пера, покрытый защитной оболочкой 22, может быть подходящим образом выбран. Например, защитная стенка 22P корыта и защитная стенка 22S спинки могут протягиваться назад, так что законцовка T лопасти также покрывается. Следовательно, даже в случае, в котором соприкосновение с внутренней круговой поверхностью корпуса 26 вентилятора происходит, возникновение чрезмерного износа может быть предотвращено в законцовке T лопасти.
Щиток 23 выполняется из металла, такого как сплав титана, и состоит из защитной стенки 23P корыта и защитной стенки 23S спинки, как иллюстрировано на фиг. 2A и фиг. 2B. Защитная стенка 23P корыта и защитная стенка 23S спинки могут быть соединены как одно целое в части или по всему заднему краю в направлении высоты. В качестве способа соединения защитная стенка 23P корыта и защитная стенка 23S спинки индивидуально формуются и затем связываются посредством сварки, пайки или т.п., или могут быть целиком отформованы посредством пластической обработки или т.п. из единого материала.
Защитная стенка 23P корыта и защитная стенка 23S спинки обращены друг к другу с углубленной частью 23R между ними, и углубленная часть 23R формируется, чтобы принимать задний участок основной части 21 пера, включающий в себя часть LE задней кромки. Корыто 21P основной части 21 пера и защитная стенка 23P корыта, и спинка 21S основной части 21 пера и защитная стенка 23S спинки, каждая связываются посредством адгезивного слоя 24, такого как эпоксидный клей.
Щиток 23 покрывает часть TE задней кромки основной части 21 пера почти по всей области от основания H лопасти до законцовки T лопасти в направлении высоты основной части 21 пера. Следовательно, даже в случае, в котором большой посторонний объект B, такой как птица, сталкивается с пером 20A лопастей 20 вентилятора, возможно пресекать искривление, создаваемое на поверхности части TE задней кромки основной части 21 пера с деформацией, вызванной этим столкновением, и предотвращать возникновение трещины или отслаивания.
Область основной части 21 пера, покрытая щитком 23, может быть подходящим образом выбрана. Например, характер деформации части 20A пера лопастей 20 вентилятора во время столкновения с большим посторонним объектом B получается посредством анализа, и область, включающая в себя участок, где большое искривление, превышающее допуск, как ожидается, должно возникать, может быть покрыта щитком 23.
Теперь, конфигурация переходной части между задней крайней частью защитной оболочки 22 (задним краем и участком поблизости от него) и передней крайней частью щитка 23 (передним краем и участком поблизости от него) будет описана со ссылкой на фиг. 3, являющейся укрупненным видом части IF на фиг. 2B. Эта конфигурация является аналогичной либо на поверхности корыта, либо на поверхности спинки основной части 21 пера, и, следовательно, в последующем описании, перекрывающееся описание пропускается посредством написания описания, относящегося к поверхности спинки, в скобках.
Как иллюстрировано на фиг. 3, задняя крайняя часть защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 и передняя крайняя часть защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 перекрываются в направлении толщины основной части 21 пера таким образом, что последняя вставляется между первой и корытом 21P (спинкой 21S) основной части 21 пера, так что перекрывающийся участок OL1 (OL2) формируется.
Передний переходный участок TF1 (TF2) и задний переходный участок TR1 (TR2) формируются впереди и позади перекрывающегося участка OL1 (OL2), соответственно.
На заднем переходном участке TR1 (TR2) толщина основной части 21 пера постоянно уменьшается в направлении передней стороны корыта 21P (спинки 21S) относительно средней линии профиля (центральной линии профиля для пера) CL в профиле (форме сечения) пера 20A, определенном аэродинамической конструкцией. При этом внешняя поверхность защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 отклоняется от средней линии CL пера 20A постепенно вперед. Следовательно, пространство обеспечивается между корытом SP (спинкой SS) в профиле пера 20A и внешней поверхностью защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23, задняя крайняя часть защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 может быть принята на перекрывающемся участке OL1 (OL2).
С вышеупомянутым отклонением защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 углубленная часть, сформированная позади заднего края защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 и сформированная снаружи защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 заполняется дополнительным адгезивным слоем 24A. Следовательно, корыто SP (спинка SS) пера 20A на передней стороне и задней стороне заднего переходного участка TR1 (TR2) плавно соединяется внешней поверхностью заполненного дополнительного адгезивного слоя 24A.
На передней стороне заднего переходного участка TR1 (TR2), а именно, на перекрывающемся участке OL1 (OL2) и переднего переходного участка TF1 (TF2) корыто SP (спинка SS) пера 20A формируется посредством внешней поверхности защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22. Дополнительно, на задней стороне заднего переходного участка TR1 (TR2), корыто SP (спинка SS) пера 20A формируется посредством внешней поверхности защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23. На перекрывающемся участке OL1 (OL2) внутренняя поверхность защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 и внешняя поверхность защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 связываются друг с другом посредством адгезивного слоя 24.
[0051] Толщина защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 сохраняется постоянной на заднем переходном участке TR1 (TR2) и задней его стороне, но постоянно уменьшается в направлении передней стороны на перекрывающемся участке OL1 (OL2).
Толщина защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 постоянно уменьшается в направлении задней стороны на переднем переходном участке TF1 (TF2) и перекрывающемся участке OL1 (OL2), другими словами, постоянно увеличивается в направлении передней стороны.
Таким образом, на перекрывающемся участке OL1 (OL2), толщина защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 постоянно уменьшается в направлении передней стороны, и толщина защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 постоянно увеличивается в направлении передней стороны. Таким образом, когда толщина стенки, которая защищает корыто 21P (спинку 21S) основной части 21 пера, а именно, вся толщина защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 и защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 сохраняется почти постоянной на перекрывающемся участке OL1 (OL2), толщина основной части 21 пера постоянно уменьшается в направлении передней стороны, и, следовательно, возможно избегать возникновения частичного изгибания в армирующих волокнах композитного материала, составляющего основную часть 21 пера, и предотвращать уменьшение прочности основной части 21 пера. Однако, толщина стенки, которая защищает корыто 21P (спинку 21S) основной части 21 пера необязательно является практически постоянной, и соответствующие толщины защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 и защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 могут быть подходящим образом выбраны в таком диапазоне, что частичное изгибание не возникает в армирующих волокнах композитного материала, составляющего основную часть 21 пера.
Толщина защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 на перекрывающемся участке OL1 (OL2) может сохраняться такой же, что и толщина на заднем переходном участке TR1 (TR2) и его задней стороне. В этом случае, как описано выше, толщина защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 постоянно увеличивается в направлении передней стороны, и, следовательно, толщина стенки, которая защищает корыто 21P (спинку 21S) основной части 21 пера, а именно, вся толщина защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 и защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 постоянно увеличивается в направлении передней стороны. Следовательно, часть LE передней кромки основной части 21 пера, которая очень вероятно должна сталкиваться с посторонним объектом, может быть более эффективно защищена от повреждения.
На переднем переходном участке TF1 (TF2) толщина адгезивного слоя 24 изменяется в переднем и заднем направлении относительно формы основной части 21 пера, определенной так, чтобы не вызывать частичный изгиб армирующих волокон композитного материала, так что изменение толщины защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 в переднем и заднем направлении компенсируется.
Для того, чтобы обеспечивать ударопрочность лопасти 20 вентилятора, (формула 1) или (формула 2), описанная ниже, предпочтительно удовлетворяется:
(1) Когда длина в переднем и заднем направлении перекрывающегося участка OL1 обозначается LOL1, а толщина лопасти 20 вентилятора на заднем крае перекрывающегося участка OL1 (ссылка на фиг. 3) обозначается tOL1,
LOL1≥tOL1 (формула 1)
(2) Когда длина в переднем и заднем направлении перекрывающегося участка OL2 обозначается LOL2, а толщина лопасти 20 вентилятора на заднем крае перекрывающегося участка OL2 (ссылка на фиг. 3) обозначается tOL2,
LOL2≥tOL2 (формула 2)
В примере толщина защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 на переднем крае переднего переходного участка TF1 (TF2) равна 1,2 мм, толщина защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 на заднем крае перекрывающегося участка OL1 (OL2) равна 0,2 мм, и толщина защитной стенки 22P корыта (защитной стенки 22S спинки) защитной оболочки 22 постоянно изменяется между ними. Дополнительно, толщина защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 на задней стороне относительно заднего края перекрывающегося участка OL1 (OL2) равна 0,5 мм (константа), и толщина защитной стенки 23P корыта (защитной стенки 23S спинки) щитка 23 на переднем крае перекрывающегося участка OL1 (OL2) равна 0,2 мм. Однако, эти толщины могут быть, каждая, подходящим образом выбраны.
Как описано выше, в лопасти 20 вентилятора настоящего изобретения, задняя крайняя часть защитной оболочки 22, которая покрывает переднюю сторону основной части 21 пера, и передняя крайняя часть щитка 23, которая покрывает заднюю сторону основной части 21 пера, перекрываются в направлении толщины основной части 21 пера. Другими словами, основная часть 21 пера, выполненная из композитного материала, покрывается защитной оболочкой 22, выполненной из металла, и щитком 23, выполненным из металла, по всей области в переднем и заднем направлении.
Следовательно, даже в случае, в котором большой посторонний объект B, такой как птица, сталкивается с лопастью вентилятора, основная часть 21 пера деформируется плавно искривленным образом без сгибания, и, следовательно, концентрация механического напряжения не возникает в основной части 21 пера, и не возникает какой-либо трещины на поверхности композитного материала, составляющего основную часть 21 пера. В частности, в случае, в котором композитный материал, составляющий основную часть 21 пера, состоит из множества слоев, наслоенных в направлении толщины основной части 21 пера, существует вероятность того, что отслоение возникает в традиционной лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала. Однако, такая вероятность может быть устранена в лопасти 20 вентилятора настоящего изобретения. Дополнительно, даже в случае, в котором корыто 21P основной части 21 пера временно становится выпуклой поверхностью посредством изгибной деформации, вызванной столкновением с посторонним объектом, передняя крайняя часть щитка 23 покрывается задней крайней частью защитной оболочки 22, и, следовательно, передняя крайняя часть щитка 23 не приводится в состояние отслоения от корыта 21P основной части 21 пера, чтобы приподниматься.
Таким образом, в лопасти 20 вентилятора настоящего изобретения, даже в случае, в котором большой посторонний объект B, такой как птица, сталкивается, трещина или расслоение не возникает в основной части 21 пера, или повреждение, такое как отслоение защитной оболочки 22 или щитка 23, не возникает. Другими словами, лопасть 20 вентилятора настоящего изобретения может выдерживать большую нагрузку по сравнению с традиционной лопастью вентилятора, выполненной из композитного материала, до тех пор, пока повреждение не будет причинено.
Это подтверждается посредством испытания статической нагрузкой с помощью образца для испытания, полученного посредством моделирования конфигурации переходной части для задней крайней части защитной оболочки 22 и передней крайней части щитка 23 в лопасти 20 вентилятора настоящего изобретения.
Кроме того, в лопасти 20 вентилятора настоящего изобретения, углубленная часть, сформированная с перекрыванием задней крайней части защитной оболочки 22 и передней крайней части щитка 23 в направлении толщины основной части 21 пера, заполняется дополнительным адгезивным слоем 24A, и, следовательно, возможно минимизировать потерю аэродинамической характеристики.
Как описано выше, согласно настоящему изобретению, возможно улучшать стойкость к износу и ударопрочность лопасти вентилятора, выполненной из композитного материала, в то же время минимизируя потерю аэродинамической характеристики, и предотвращать возникновение повреждения даже в случае, в котором большой посторонний объект сталкивается с лопастью вентилятора.
Аспекты настоящего изобретения
Лопасть вентилятора первого аспекта настоящего изобретения включает в себя: основную часть пера, состоящую из композитного материала из термопластичной смолы или термореактивной смолы и армирующих волокон; защитную оболочку, выполненную из металла, которая покрывает, по меньшей мере, часть части передней кромки основной части пера; и щиток, выполненный из металла, который покрывает, по меньшей мере, часть части задней кромки основной части пера, при этом часть заднего края защитной оболочки и часть переднего края щитка перекрываются в направлении толщины основной части пера на каждой поверхности корыта и спинки основной части пера, и часть переднего края щитка вставляется между частью заднего края защитной оболочки и основной частью пера на перекрывающемся участке.
В лопасти вентилятора второго аспекта настоящего изобретения, на перекрывающемся участке, толщина защитной оболочки постоянно уменьшается в направлении задней стороны, и толщина щитка постоянно уменьшается в направлении передней стороны.
В лопасти вентилятора третьего и четвертого аспектов настоящего изобретения, на переходном участке на задней стороне перекрывающегося участка, толщина основной части пера постоянно уменьшается в направлении передней стороны либо корыта, либо спинки относительно средней линии пера лопасти вентилятора, и защитная оболочка и основная часть пера, щиток и основная часть пера, и защитная оболочка и щиток на перекрывающемся участке, каждая, связываются посредством адгезивного слоя, и, кроме того, дополнительный адгезивный слой размещается снаружи щитка на переходном участке.
Лопасть вентилятора пятого аспекта настоящего изобретения удовлетворяет следующим пунктам (1) или (2);
(1) длина в переднем и заднем направлении перекрывающегося участка задней крайней части защитной оболочки и передней крайней части щитка корыта равна или больше толщины лопасти вентилятора на заднем крае перекрывающегося участка; и
(2) длина в переднем и заднем направлении перекрывающегося участка задней крайней части защитной оболочки и передней крайней части щитка спинки равна или больше толщины лопасти вентилятора на заднем крае перекрывающегося участка.
Перечень ссылочных позиций
20 - лопасть вентилятора
21 - основная часть пера
22 - защитная оболочка
23 - щиток
24 - адгезивный слой
24A - дополнительный адгезивный слой
CL - средняя линия профиля
LE - часть передней кромки (основной части пера)
TE - часть задней кромки (основной части пера)
SP - корыто (основной части пера)
SS - спинка (основной части пера)
OL1, OL2 - перекрывающийся участок
TR1, TR2 - задний переходный участок (переходный участок)
Реферат
Предоставляется лопасть вентилятора, которая выполнена из композитного материала и которая не повреждается даже в случае, в котором большой посторонний объект сталкивается с лопастью вентилятора. Лопасть (20) вентилятора включает в себя: основную часть (21) пера, состоящую из композитного материала из термопластичной смолы или термореактивной смолы и армирующих волокон; защитную оболочку (22), выполненную из металла, которая покрывает по меньшей мере часть части (LE) передней кромки основной части пера; и щиток (23), выполненный из металла, который покрывает по меньшей мере часть части (TE) задней кромки основной части пера, при этом задняя крайняя часть защитной оболочки и передняя крайняя часть щитка перекрываются в направлении толщины основной части пера на каждой плоскости корыта (SP) и спинки (SS) основной части пера и передняя крайняя часть щитка вставляется между задней крайней частью защитной оболочки и основной частью пера на перекрывающемся участке (OL1, OL2). 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
