[發明專利]空心葉片以及航空發動機

有效

• 申請號: 201410767136.5
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN105736462B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 任遠;張成成;高靖云;方磊
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38;F04D29/34
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 張丹

技術領域

本發明涉及航空發動機技術領域，尤其涉及一種空心葉片以及設置該空心葉片的航空發動機。

背景技術

在增大推力和降低耗油率的需求驅使下，商用航空發動機的風扇直徑有不斷增大的趨勢。設計經驗表明，對于直徑不超過1.6m的風扇，采用實心葉片時只需對輪盤進行適當加強即可滿足設計要求(典型如CFM56-7采用24片實心風扇葉片)。但隨著風扇直徑的進一步加大，采用實心葉片會導致輪盤重量變得不可接受，為此國際幾大航空發動機制造商均開展了對空心風扇葉片的研究，其中羅·羅公司在該方面取得最為顯著的成就，在其產品RB211-535E4、RB211-524G/H，以及波音777和A330飛機配裝的遄達(Trent)系列發動機上均采用了具有空心結構的風扇葉片。

目前空心風扇葉片結構設計面臨的主要挑戰，來自于它對鈦合金焊接工藝的依賴性。典型如羅·羅公司第二代空心風扇葉片就必須考慮擴散連接/超塑成型(SPF/DB)工藝對結構設計提出的要求，例如：(1)芯板厚度的選擇必須保證超塑成型過程中被撐薄后仍具有足夠強度；(2)壁板厚度的選擇應保證在超塑成型過程中能夠克服芯板對其的粘結作用從而順利貼模，避免不光滑的成型；(3)壁板與芯板的每一處擴散連接長度都不得低于工藝所允許的最小連接長度。現有空腔結構設計的基本落腳點在于工藝制造的可實現性，在考慮諸多來自工藝制造方面的要求后，所設計出的空心風扇葉片結構已與純粹考慮結構強度性能的最優設計相去甚遠，難以進一步提高結構的空心率水平。

本申請人發現：現有技術至少存在以下技術問題：

現有技術中，基于鈦合金釬焊/擴散焊工藝的現有的空心風扇葉片結構的空心率一般不超過35％，由于相當一部分芯板從強度計算結果的角度來看屬于冗余結構，以及焊接工藝對于壁板和芯板厚度的限制作用，40％左右的空心率大致是現有結構形式的最后極限。并且，試驗表明擴散連接焊縫處的失效強度明顯低于材料基體，在沖擊、振動、疲勞等各項強度試驗中擴散連接焊縫均被證明是風扇葉片結構中的薄弱環節。

由上可見，現有技術仍舊存在葉片空心率較低以及擴散連接或焊接處易發生破壞的技術問題。

發明內容

本發明的其中一個目的是提出一種空心葉片以及設置該空心葉片的航空發動機，解決了現有技術存在葉片空心率較低以及擴散連接或焊接處易發生破壞的技術問題。

本發明提供的諸多技術方案中的優選技術方案所能產生的諸多技術效果詳見下文闡述。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

本發明實施例提供的空心葉片，包括葉片本體以及填充銷，其中：所述葉片本體為增材工藝制造而成且所述葉片本體的內部存在中空內腔，所述葉片本體上還設置有與所述中空內腔相連通的增材粉末排出通道，所述填充銷嵌于所述增材粉末排出通道上且抵接、支撐在所述增材粉末排出通道的內壁。

在優選或可選的實施例中，所述葉片本體包括葉身部分以及榫頭部分，所述中空內腔設置在所述葉身部分上，所述增材粉末排出通道設置在所述榫頭部分上且形成所述榫頭部分的內腔。

在優選或可選的實施例中，所述葉片本體還包括伸根段部分，所述中空內腔還設置在所述伸根段部分上，其中：

所述伸根段部分介于所述葉身部分以及榫頭部分之間；

所述伸根段部分的外壁與所述葉身部分的外壁被流道線分隔開，所述伸根段部分的外壁與所述榫頭部分的外壁被榫頭上邊界線分隔開。

在優選或可選的實施例中，所述填充銷與所述增材粉末排出通道之間還設置有限位結構，所述限位結構能阻擋所述填充銷進入所述中空內腔。

在優選或可選的實施例中，所述限位結構包括第一限位部以及第二限位部，所述第一限位部與所述第二限位部相接觸，所述第一限位部與所述第二限位部兩者其中之一設置在所述填充銷的周向外壁上，所述第一限位部與所述第二限位部兩者其中另一設置在所述增材粉末排出通道的內壁上。

在優選或可選的實施例中，所述第一限位部與所述第二限位部采用膠粘的方式連接，或者，所述第一限位部與所述第二限位部二者之間保持適度的過盈配合。

在優選或可選的實施例中，所述空心葉片處于靜態時，所述第一限位部與所述第二限位部的接觸壓力不大于150MPa。

在優選或可選的實施例中，所述第一限位部為限位凸緣，所述第二限位部為限位凹面；或者，

所述第一限位部為第一限位錐面，所述第二限位部為第二限位錐面。

在優選或可選的實施例中，所述第一限位錐面以及所述第二限位錐面的錐角相等且均為5°～7°。