一种航空发动机叶片和航空发动机的制作方法

[0001]
本发明涉及发动机领域，具体的是一种航空发动机叶片，还包括一种含有该发动机叶片的航空发动机。


背景技术：

[0002]
航空发动机是飞机的心脏，对飞机的安全至关重要。航空发动机结构具有独特性，主要在于航空发动机追求尽可能高的推重比、工作效率和经济性。长期以来，其工作可靠性和结构完整性问题一直是制约高性能发动机发展的瓶颈，而核心问题之一是叶轮机轮盘-叶片在高压、高转速恶劣工作条件下的结构振动问题。统计表明，航空发动机中，由轮盘结构振动导致叶片疲劳故障和事故约占总故障和事故的70％。需指出的是，由于轮盘结构故障的发生和发展具有快速且破坏性极大的特点，该类故障一旦发生，往往会导致灾难性的后果。因此，轮盘组合结构动力学和振动特性对于航空发动机疲劳寿命和性能具有决定性的影响。


技术实现要素：

[0003]
为了解决现有发动机叶片容易疲劳破坏的问题，本发明提供了一种航空发动机叶片和航空发动机，该航空发动机叶片减振腔内设有减振腔，减振腔中填充有用于防止发动机叶片振动的减振塞。减振塞对叶片的振动能量的缓冲吸收等作用显著，大大降低了发动机叶片的振动发热，进一步解决轮盘-叶片在高速旋转时的振动问题，防止叶片疲劳问题，提高发动机叶片的使用寿命。
[0004]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种航空发动机叶片，包括叶片本体，叶片本体内设有沿航空发动机的直径方向设置的减振腔，减振腔内填充有能够减弱该发动机叶片振动的减振塞。
[0005]
减振腔的内端为封闭式结构，减振腔的外端为敞开式结构，减振腔的外端设有能够封闭该减振腔的压盖，压盖与叶片本体可拆卸连接。
[0006]
压盖与叶片本体插接，叶片本体的外端设有用于匹配安装压盖的压盖槽，压盖槽沿航空发动机的轴线方向开设，压盖的安装方向与航空发动机的轴线方向相同，压盖与叶片本体之间形状锁合。
[0007]
压盖的两侧设有多个咬合凸棱，咬合凸棱沿航空发动机的轴线方向设置，压盖槽的两侧设有与咬合凸棱相匹配的咬合凹槽。
[0008]
压盖与叶片本体的配合为紧配合，压盖与叶片本体密封连接，咬合凹槽的表面设有石墨密封层。
[0009]
减振腔的断面形状为叶片本体的断面形状的等比例缩小，叶片本体在减振腔部位的侧壁厚度均匀。
[0010]
减振腔内的内表面设有多个沿航空发动机的直径方向设置的止动凸条，多个止动凸条沿减振腔的周向间隔排列，减振塞完全填充于减振腔内，减振塞的材质为耐高温柔性
减振材料。
[0011]
减振腔内设有中间加强筋，减振腔被中间加强筋分割为蜂窝状多个次减振腔，减振塞被填充于每一个次减振腔内。
[0012]
一种航空发动机，所述航空发动机包括轮盘和多个发动机叶片，所述多个发动机叶片沿轮盘的周向间隔排列，所述发动机叶片为上述的发动机叶片。
[0013]
所述航空发动机叶片还包括连接部，连接部与叶片本体的内端连接，连接部与轮盘榫接，发动机叶片的安装方向与该航空发动机的轴线方向相同。
[0014]
本发明的有益效果是：通过在发动机叶片内设置半封闭的减振腔，在减振腔中填充有用于防止发动机叶片振动的减振塞，在发动机叶片上对应减振腔的敞开端可拆卸设有压盖。其中，减振塞具有缓冲吸收振动能量的作用，将整个发动机叶片的振动能量缓冲吸收，防止叶片在高速旋转过程的振动影响整个叶片结构；其压盖用于封闭减振腔，防止减振塞沿减振腔甩出叶片，造成安全事故，同时还可防止外界气体进入到减振腔内造成减振腔振动从而影响叶片振动，并影响叶片使用寿命。中间加强筋增强空腔两侧叶片结构的联系，具有结构加强作用，防止叶片变形，同时减振塞与发动机叶片的接触面积增大，更加有利于对振动能量的缓冲吸收。次减振腔设置为蜂窝状，明显增大了减振塞与叶片的接触面积，减振塞对叶片的振动能量的缓冲吸收等作用更加显著，大大降低了发动机叶片的振动发热，进一步解决轮盘-叶片在高速旋转时的振动问题，防止叶片疲劳问题，提高发动机叶片的使用寿命。经过振动疲劳试验对比，本发明的发动机叶片与传统的未设置减振腔和减震塞的发动机叶片对比，其疲劳寿命增加15％-20％。
附图说明
[0015]
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0016]
图1是在实施例一中本发明所述航空发动机叶片的整体结构示意图。
[0017]
图2是在实施例一中本发明所述航空发动机叶片的叶片本体及连接部的结构示意图。
[0018]
图3是在实施例一中本发明所述航空发动机叶片的俯视图。
[0019]
图4是在实施例一中压盖的剖面示意图。
[0020]
图5是在实施例一中压盖的俯视图。
[0021]
图6是图1中沿a-a方向的剖视图。
[0022]
图7是在实施例二中本发明所述航空发动机叶片的整体结构示意图。
[0023]
图8是图7中沿b-b方向的剖视图。
[0024]
图9是在实施例三中本发明所述航空发动机叶片的整体结构示意图。
[0025]
图10是图9中沿c-c方向的剖视图。
[0026]
1、轮盘；2、发动机叶片；3、减振腔；4、减振塞；5、压盖；6、压盖槽；7、止动凸条；8、中间加强筋；
[0027]
21、叶片本体；22、连接部；
[0028]
31、次减振腔；
[0029]
51、咬合凸棱；
[0030]
61、咬合凹槽。
具体实施方式
[0031]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0032]
实施例一
[0033]
一种航空发动机叶片，该发动机叶片2包括叶片本体21，叶片本体21内设有沿航空发动机的直径方向设置的减振腔3，减振腔3内填充有能够减弱该发动机叶片振动的减振塞4，如图1所示。
[0034]
减振塞4对发动机叶片2的振动能量的缓冲吸收等作用显著，大大降低了发动机叶片的振动发热，进一步解决轮盘-叶片在高速旋转时的振动问题，防止叶片疲劳问题，提高发动机叶片的使用寿命。
[0035]
在本实施例中，减振腔3的内端为封闭式结构，减振腔3的外端为敞开式结构，减振腔3的外端设有能够封闭该减振腔3的压盖5，压盖5位于叶片本体21的外端，压盖5与叶片本体21可拆卸连接，压盖5使减振腔3成为密封的空腔。压盖5用于封闭减振腔3，防止减振塞4沿减振腔3甩出叶片，同时还可防止外界气体进入到减振腔3内造成减振腔3振动从而影响叶片振动，并影响叶片使用寿命。
[0036]
减振腔3的内端为减振腔3朝向下面将要介绍的轮盘1的一端，即图1中减振腔3的下端。减振腔3的外端为减振腔3背向轮盘1的一端，即图1中减振腔3的上端。叶片本体21的内端为叶片本体21朝向轮盘1的一端，即图1中叶片本体21的下端，叶片本体21的外端为叶片本体21背向轮盘1的一端，即图1中叶片本体21的上端。压盖5与叶片本体21可拆卸连接的实现方式可以为螺钉连接或插接。压盖5的安装方向可以与航空发动机的轴线方向相同，可以与航空发动机的直径方向相同。
[0037]
优选，压盖5与叶片本体21插接，叶片本体21的外端设有用于匹配安装压盖5的压盖槽6，压盖槽6沿航空发动机的轴线方向开设，压盖5的安装方向与航空发动机的轴线方向相同，压盖5与叶片本体21之间形状锁合。所述航空发动机的轴线垂直于图1的纸面，在图1中，压盖5沿垂直于图1纸面的方向移动可以将压盖5安装在压盖槽6内，或者将压盖5从压盖槽6内卸下。
[0038]
为了进一步提高压盖5与叶片本体21之间的结合，压盖5与压盖槽6的大小和形状相匹配，压盖5的两侧设有多个咬合凸棱51，咬合凸棱51沿航空发动机的轴线方向设置，压盖槽6的两侧设有与咬合凸棱51相匹配的咬合凹槽61，装配后，咬合凸棱51与咬合凹槽61匹配插接，如图1至图5所示。
[0039]
为方便安装拆卸，压盖槽6沿航空发动机的轴线贯穿叶片本体21的外端，如图3所示，在安装拆卸时，只需沿航空发动机的轴线方向(即垂直于图1的纸面方向)，向叶片本体21的压盖槽6内滑入压盖5中即可，在轮盘1转动带动叶片转动时，在离心作用下将压盖5紧紧限制在发动机叶片2上，且压盖5不易从发动机叶片2的一侧端面滑动。
[0040]
压盖5与压盖槽6通过咬合凸棱51和咬合凹槽61这样的凹凸结构的相互配合，可以使压盖5和叶片本体21的连接更加稳固。压盖5的形状与发动机叶片2形状相适应，有利于二者受力一致。
[0041]
为防止高速转动过程，减振腔3与外界相通造成气流冲击，破坏叶片结构及叶片本身气流压缩功能，压盖5完全封闭减振腔3的敞开端(外端)，防止减振腔3与外界相通。进一步的，叶片本体21与压盖5之间密封设置，其密封设置可采用石墨密封方式，可在压盖槽6的表面上设有石墨密封层(图中未显示)，其石墨密封层随压盖槽6的形状设置，石墨密封层可使压盖5与叶片之间具有缓冲，防止磨损，还可使发动机叶片2与压盖5配合更加紧密，还在使压盖5与叶片之间具有缓冲，防止磨损，同时还具有气密性，防止气流通入到减振腔3中。
[0042]
在本实施例中，压盖5与叶片本体21的配合为紧配合。减振塞4的顶部顶到压盖5并将减振腔3填满，以提高减振性能，还可防止外界气流通入到减振腔3中造成冲击。
[0043]
在本实施例中，为使减振腔3整体受力均匀，减振腔3设置在发动机叶片2的中间部位，其轮廓形状随发动机叶片2的轮廓形状变化，使减振腔3内减振塞4在各个方向的受力均匀及对振动能量的缓冲吸收作用均匀，有利于叶片结构的受力均匀变化，提高叶片的使用寿命。即减振腔3的断面形状为叶片本体21的断面形状的等比例缩小，叶片本体21在减振腔3部位的侧壁厚度均匀。
[0044]
在本实施例中，减振腔3内的内表面设有多个沿航空发动机的直径方向设置的止动凸条7，多个止动凸条7沿减振腔3的周向间隔排列，减振塞4完全填充于减振腔3内，如图6所示。止动凸条7对减振塞4具有卡扣作用，可增强减振塞4与减振腔3间的结合力及防止减振塞4松动，有利于减振塞4与减振腔3的连接结合。止动凸条7的断面可以为弧形，当然也可为其他形状。
[0045]
本实施例中，减振塞4具有缓冲吸收振动能量的作用，将整个发动机叶片2的振动能量缓冲吸收，防止叶片在高速旋转过程的振动影响整个叶片结构，在叶片转动过程中，叶片温度较高，减振塞4采用耐高温柔性减振材料，优选地，减振塞4采用现有的气凝胶材料，优选为现有的硅气凝胶或碳气凝胶；气凝胶的密度低，耐温高，耐压能力强，且为多孔结构，隔热性能好，具有吸声降噪、缓冲吸收振动等功能。
[0046]
本实施例中，所述航空发动机叶片2还包括连接部22，连接部22与叶片本体21的内端连接，连接部22与叶片本体21连接形成一体式的发动机叶片2，连接部22与轮盘1榫接，发动机叶片2的安装方向与该航空发动机的轴线方向相同，连接部22相当于榫头，轮盘1相应的设有榫眼或榫槽。在图1中，发动机叶片2沿垂直于图1纸面的方向移动可以将发动机叶片2的连接部22安装在轮盘1的榫眼或榫槽内，或者将连接部22从轮盘1的榫眼或榫槽内卸下。
[0047]
此外，为提高连接部22的减振效果，减振腔3的内端延伸到连接部22内，如图1和图2所示，在转动时，连接部22与轮盘1之间的运动振动通过减振塞4缓冲吸收一部分振动能，解决轮盘1-叶片在高速旋转时的振动问题，有效防止叶片疲劳问题，提高发动机叶片2的使用寿命。
[0048]
下面介绍一种航空发动机，所述航空发动机包括轮盘1和多个发动机叶片，所述多个发动机叶片沿轮盘1的周向均匀间隔排列，所述发动机叶片为上述的发动机叶片2，如图1所示。
[0049]
图1中仅表示了轮盘1的一部分结构，轮盘1为圆环形，轮盘1所对应圆环平行与图1的纸面，发动机叶片2通过连接部22与轮盘1连接并实现整个发动机叶片2的转动，本实施例中，连接部22为榫接结构并与轮盘1榫接，在离心作用下稳固转动。
[0050]
发动机叶片2在转动产生振动时，容易发热，通常振动多集中产生在叶片的中心轴
向部位，自然叶片的发热也在该部位，将减振腔3设置在叶片的中间部位，其减振塞4设置在其中，可在其振动的主要发生部位将振动能量缓冲吸收，降低振动产生，则整个发动机叶片2受振动影响较小，更加有效解决轮盘1-叶片在高速旋转时的振动问题，防止叶片疲劳问题，提高发动机叶片2的使用寿命。而采用气凝胶作为减振塞4的材料，由其结构性能，应用在发动机叶片2上，效果显著，其本身的多孔结构及密度和导热性能，将振动及发热明显降低，使减振效果更好。
[0051]
实施例二
[0052]
本实施例是对实施例一的一种改进，本实施例与实施例一的主要区别在于，减振腔3内增设有中间加强筋8，减振腔3被中间加强筋8分割为多个次减振腔31，次减振腔31的断面为扇形，如图7和图8所示。
[0053]
通过在减振腔3中设置中间加强筋8，其中间加强筋8将减振腔3分隔为多个次减振腔31，减振塞4对应填充在多个次减振腔31中，中间加强筋8增强空腔两侧叶片结构的联系，具有结构加强作用，防止叶片变形，同时减振塞4与发动机叶片2的接触面积增大，更加有利于对振动能量的缓冲吸收。
[0054]
本实施例中，中间加强筋8设置在减振腔3的厚度方向。中间加强筋8的形状不限，可以为直线型，可为v型，可为w型，中间加强筋8也可设有多个，只要实现将减振腔3分隔及连接其他处的叶片结构即可，优选地，中间加强筋8为直线型，其底部连接到减振腔3的底部，中间加强筋8设有五个。
[0055]
本实施例的其它技术特征均与实施例一中的相同，为了节约篇幅，本实施例不再详细介绍。
[0056]
实施例三
[0057]
本实施例是对实施例一的一种改进，本实施例与实施例一的主要区别在于，减振腔3内增设有中间加强筋8，减振腔3被中间加强筋8分割为多个次减振腔31，多个次减振腔31形成蜂窝状结果，即减振腔3的断面为蜂窝状结构，如图9和图10所示。所述蜂窝状结构中的孔道的断面可以正六边形也可以为圆形。
[0058]
次减振腔31的断面为蜂窝状可以增大接触面积，减振塞4填充在蜂窝状的多个次减振腔31中。次减振腔31设置为蜂窝状，明显增大了减振塞4与叶片的接触面积，减振塞4对叶片的振动能量的缓冲吸收等作用更加显著，大大降低了发动机叶片2的振动发热，解决轮盘1-叶片在高速旋转时的振动问题，防止叶片疲劳问题，提高发动机叶片2的使用寿命。此外，蜂窝状结构由于中间加强筋8之间交叉联系，增强整个叶片的结构稳定性，使叶片更加耐冲击。
[0059]
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。