CN103375433A - 空心风扇叶片以及其设计制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种空心风扇叶片，其包括：形成压力面的第一面板、形成吸力面的第二面板以及位于第一面板和第二面板之间的“工”形固定件；其中，“工”形固定件包括位于中间的腹板部分和两个分别位于腹板部分两端的侧板部分，两个侧板部分的其中之一与第一面板固定连接，另一个与第二面板固定连接。由于在本发明中采用“工”形固定件与第一面板和第二面板进行连接，故其应力集中会减少。
Description
技术领域
本发明涉及一种空心风扇叶片以及空心风扇叶片的设计制造方法。
背景技术
目前民用航空领域广泛采用的金属空心风扇叶片主要有两种结构，一种是英国劳斯莱斯公司在美国专利申请US6979180B2中公开的瓦伦结构，一种是美国普拉特惠特尼公司在专利申请EP1754857A3公开的在叶片内部铣凹槽结构，材料都采用钛合金。
中国专利申请CN200810146550.9也公开了一种航空发动机的空心风扇叶片，叶片为叶片主体加局部面板的组合式结构，叶片主体包括叶身和完整的榫头，在叶片主体上叶身的一面的中部开出沟槽，叶身的边缘为实心体，局部面板为与叶片主体开槽区的形面相对应的曲面平板，叶片主体的叶身上沟槽的筋条及开槽区的边缘与局部面板焊接，形成空心叶片。
上述的结构存在的问题是，或者叶片的质量较大，造价高，或者在叶片内部瓦伦和壁板的扩散焊连接处容易发生应力集中导致失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种空心风扇叶片，其包括：形成压力面的第一面板、形成吸力面的第二面板以及位于第一面板和第二面板之间的“工”形固定件；其中，“工”形固定件包括位于中间的腹板部分和两个分别位于腹板部分两端的侧板部分，两个侧板部分的其中之一与第一面板固定连接，另一个与第二面板固定连接。
较优地，第一面板、第二面板和“工”形固定件之间形成有腔室，腔室内填充有阻尼材料。
较优地，第一面板、第二面板和“工”形固定件由钛合金制成。
较优地，侧板部分从腹板部分向两端逐渐变薄地延伸。
本发明还提供了一种用于制造空心风扇叶片的方法，包括如下步骤：
(a)依次对齐第一面板、“工”形固定件和第二面板，使“工”形固定件位于第一面板和第二面板之间并将“工”形固定件的一个侧板部分与第一面板抵接另一个侧板部分与第二面板抵接以形成组合体；
(b)扩散焊连接所述组合体，以将第一面板、第二面板分别与“工”形固定件固定在一起；
(c)超塑成形已固定在一起的组合体；
(d)形成空心风扇叶片。
较优地，“工”形固定件在步骤(a)之前先被成形为其侧板部分从侧板部分与腹板部分的连接处向两端逐渐变薄的形状。
较优地，在步骤(c)之后步骤(d)之前还包括向第一面板、“工”形固定件和第二面板所形成的腔室内填充阻尼材料的步骤。
由于在本发明中采用“工”形固定件与第一面板和第二面板进行连接，故其应力集中会减小；并且在叶片内部还设置有阻尼材料，因此可以更好地吸收空心风扇叶片振动的能量。
附图说明
为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：
图1示出了第一面板、第二面板和“工”形固定件的重叠装配之前的示意图；
图2示出了将图1所示的第一面板、第二面板和“工”形固定件装配在一起后所形成的空心风扇叶片的内部局部示意图，其中，移除了四周的外壳；
图3示出了图1中“工”形固定件的示意性截面图；
图4示出了另一种空心风扇叶片的示意性截面图。
不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。
具体实施方式
图1示出了一种空心风扇叶片100的各组件未被装配在一起的状态，这些组件包括：第一面板102、第二面板104以及位于第一面板102和第二面板104之间的“工”形固定件106。其中，第一面板102、第二面板104以及“工”形固定件106由钛合金材料制成。参考图3，该“工”形固定件106由位于中间的腹板部分106a和两个分别位于该腹板部分106a一侧的侧板部分106b构成。
当制造空心风扇叶片100时，进行如下步骤：
首先，依次对齐第一面板102、“工”形固定件106和第二面板104，使“工”形固定件106位于第一面板102和第二面板104之间并将“工”形固定件106的一个侧板部分106b与第一面板102抵接同时将另一个侧板部分106b与第二面板104抵接，以形成组合体；
其次，第一面板102、第二面板104分别与“工”形固定件106进行扩散焊连接，这样，第一面板102、第二面板104分别与“工”形固定件106固定在一起；
再次，超塑成形已被固定在一起的组合体；
最后，形成图2所示的装配在一起的空心风扇叶片100。
参考图2，在该空心风扇叶片100中，第一面板102形成压力面，第二面板104形成吸力面，“工”形固定件106的一侧的侧板部分106b固定到第一面板102上，另一侧的侧板部分106b固定到第二面板104上。
如图所示，在较优的实施方式中，“工”形固定件106的侧板部分106b的厚度从腹板部分106a向两端逐渐变薄地延伸，这会使“工”形固定件106与第一面板102和第二面板104的连接处的应力集中减小。因此，为了在制造空心风扇叶片的过程中应用这种优选的“工”形固定件106，本领域的技术人员应当可以理解，在上述步骤(a)之前需要先将“工”形固定件106成形为其侧板部分106b从侧板部分106b与腹板部分106a的连接处向两端逐渐变薄的形状。
本领域技术人员应当可以理解，第一面板102、第二面板104以及“工”形固定件106并不限于由钛合金材料制成。
图4示出了另一种已经制造完成的空心风扇叶片200，该空心风扇叶片200包括下列组件：第一面板102、第二面板104、位于第一面板102和第二面板104之间的“工”形固定件106以及阻尼材料108。其中，第一面板102、第二面板104以及“工”形固定件106由钛合金材料制成。该“工”形固定件106由位于中间的腹板部分和两个分别位于该腹板部分一侧的侧板部分构成。阻尼材料108被限定在第一面板102、第二面板104和“工”形固定件106形成的腔室内。
当制造空心风扇叶片200时，进行如下步骤：
首先，依次对齐第一面板102、“工”形固定件106和第二面板104，使“工”形固定件106位于第一面板102和第二面板104之间，并将“工”形固定件106的一个侧板部分与第一面板102抵接同时将另一个侧板部分与第二面板104抵接，以形成组合体；
其次，第一面板102、第二面板104分别与“工”形固定件106进行扩散焊连接，这样，第一面板102、第二面板104分别与“工”形固定件106固定在一起；
接着，超塑成形已被固定在一起的组合体；
然后，向第一面板102、“工”形固定件106和第二面板104所形成的腔室内填充阻尼材料108；
最后，形成截面如图4所示的空心风扇叶片200。在本发明较优的实施方式中，“工”形固定件106的侧板部分的厚度从腹板部分向两端逐渐变薄地延伸，这会使“工”形固定件106与第一面板102和第二面板104的连接处的应力集中减小；因此，本领域的技术人员应当可以理解，如果在制造上述空心风扇叶片中应用这种较优的“工”形固定件106，则需要在上述步骤(a)之前将“工”形固定件106成形为其侧板部分从侧板部分与腹板部分的连接处向两端逐渐变薄的形状。
此外，阻尼材料可以更好地吸收空心风扇叶片200振动的能量。
本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式。示出以及描述的实施方式(的部分)的所有组合明确地理解为并入该说明书之内并且明确地理解为落入本发明的范围内。而且，在如权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。
Claims (7)
1.一种空心风扇叶片，其包括：形成压力面的第一面板、形成吸力面的第二面板以及位于所述第一面板和所述第二面板之间的“工”形固定件；其中，所述“工”形固定件包括位于中间的腹板部分和两个分别位于所述腹板部分两端的侧板部分，两个侧板部分的其中之一与所述第一面板固定连接，另一个与所述第二面板固定连接。
2.根据权利要求1所述的空心风扇叶片，其特征在于，所述侧板部分从所述腹板部分向两端逐渐变薄地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的空心风扇叶片，其特征在于，所述第一面板、所述第二面板和所述“工”形固定件之间形成有腔室，所述腔室内填充有阻尼材料。
4.根据权利要求1或2所述的空心风扇叶片，其特征在于，所述第一面板、所述第二面板和所述“工”形固定件由钛合金制成。
5.一种用于制造空心风扇叶片的方法，包括如下步骤：
(a)依次对齐第一面板、“工”形固定件和第二面板，使所述“工”形固定件位于所述第一面板和所述第二面板之间并将所述“工”形固定件的一个侧板部分与所述第一面板抵接另一个侧板部分与所述第二面板抵接以形成组合体；
(b)扩散焊连接所述组合体，以将所述第一面板、所述第二面板分别与所述“工”形固定件固定在一起；
(c)超塑成形已固定在一起的组合体；
(d)形成空心风扇叶片。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述“工”形固定件在步骤(a)之前先被成形为其侧板部分从所述侧板部分与腹板部分的连接处向两端逐渐变薄的形状。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤(c)之后步骤(d)之前还包括向所述第一面板、“工”形固定件和所述第二面板所形成的腔室内填充阻尼材料的步骤。
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