Патент на изобретение №2293885

(54) КОРПУС ВЕНТИЛЯТОРА АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области авиационного машиностроения и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации турбовентиляторных двигателей. Корпус вентилятора авиационного двигателя, содержащий оболочку из композиционного материала, зоны крепления с сопрягаемыми узлами и агрегатами, выполнен цельным по длине и многослойным по толщине из чередующихся спиральных слоев органожгута и пакетов органоткани на эпоксидном связующем, при этом в зоне расположения лопаток спиральные слои и тканевые пакеты многократно чередуются друг с другом, а внутренний и наружный слои выполнены спиральными, торцевые зоны усилены тканевыми пакетами, которые закреплены кольцевыми слоями и в них размещены элементы штифто-болтового соединения. Изобретение позволяет обеспечить выполнение требований международных норм по обеспечению надежности и безопасности полета самолета за счет удержания оторвавшейся лопатки или ее фрагмента корпусом вентилятора. 1 ил.

Изобретение относится к области авиационного машиностроения и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации турбовентиляторных двигателей.

Известны технические решения, направленные на удержание разрушившихся лопаток и их фрагментов корпусом вентилятора. Патент США 5431532 от 11 июля 1995 года предлагает для удержания оторвавшихся фрагментов лопаток использовать материал корпуса вентилятора на основе органоволокна – кевлар. Недостатком предлагаемого решения является весьма сложная реберная конструкция среднего слоя корпуса вентилятора. Не исключается застревание фрагментов лопатки между ребрами корпуса вентилятора, что может привести к разрушению корпуса и всего вентилятора.

Наиболее близкими к заявляемой конструкции корпуса вентилятора из композиционных материалов (КМ) являются решения, использованные на двигателях Д-36, Д436К, Д436Т Запорожского машиностроительного конструкторского бюро (ЗМКБ) “Прогресс”, описанные в статье Пейчева Г.И., Николаевского С.В., Виганта Ю.В. “ЗМКБ “Прогресс”: композиты в авиадвигателях семейства Д-36″ (журнал “Технологические системы” 2/2000 – Юбилейный сборник, посвященный 55-летию ЗМКБ “Прогресс”, стр.15-21). Металлическая оболочка, являющаяся прочностным каркасом – средством для крепления корпуса вентилятора со смежными узлами и экраном для окончательного удержания оторвавшихся лопаток или их фрагментов располагается над вставкой из КМ. Недостатками корпусов вентиляторов такой конструкции являются термическая и деформационная несовместимость металлических композиционных материалов. Термическая несовместимость связана с большой разницей коэффициентов линейного расширения металлов и композиционных материалов. Совместная работа металлической и композиционных оболочек в широком интервале температур (от минус 60 до плюс 100°С) приводит к высоким напряжениям по границе “металл-пластик” и, как следствие, к возможности отслоения их по этой границе. Деформативная несовместимость обусловлена существенным отличием (в 2-3 раза) в модулях упругости металлических и композиционных материалов.

Ударное воздействие оторвавшихся фрагментов лопаток на комбинированную оболочку корпуса может существенно ускорить процесс его разрушения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности конструкции при работе вентилятора.

Технический результат достигается тем, что корпус вентилятора авиационного двигателя, содержащий оболочку из композиционного материала, зоны крепления с сопрягаемыми узлами и агрегатами, выполнен цельным по длине и многослойным по толщине из чередующихся спиральных слоев органожгута и пакетов органоткани на эпоксидном связующем, при этом в зоне расположения лопаток спиральные слои и тканевые пакеты многократно чередуются друг с другом, а внутренний и наружный слои выполнены спиральными, торцевые зоны усилены тканевыми пакетами, которые закреплены кольцевыми слоями и в них размещены элементы штифто-болтового соединения.

Внутренняя и наружная оболочки корпуса армируются спиральными слоями Русара, между ними в зоне расположения вентилятора выкладывается органоткань, на краях корпуса спиральные слои дополняются тканевыми пакетами и связываются кольцевой подмоткой, образуя замкнутую прочностную конструкцию.

Выполнение корпуса цельным по длине и многослойным по толщине из чередующихся спиральных слоев органожгута и пакетов органоткани позволяет создать прочную конструкцию, изменяющуюся по физико-механическим характеристикам в радиальном направлении – направлении чередования слоев. Многократное чередование друг с другом слоев спиральных и тканевых пакетов позволяет организовать многочисленные границы разной жесткости, пересекая которые лопатка или ее фрагмент теряют энергию. Выполнение спиральными (едиными) внутреннего и наружных слоев, соединенных по краям, позволяет получить замкнутую жесткую и прочную конструкцию корпуса. Усиление торцевых зон тканевыми пакетами позволяет развить в них утолщения для размещения штифто-болтового соединения.

На чертеже представлен корпус вентилятора, где обозначены:

1 – спиральные слои жгута “Русар”;

2 – тканевые пакеты “Русар”;

3 – узлы крепления;

4 – панель шумоглушения.

Работу предлагаемой конструкции по удержанию лопатки вентилятора или ее фрагмента, врезающихся по касательной в корпус вентилятора, можно представить следующим образом.

1. При обрыве небольшого фрагмента лопатки вентилятора он (фрагмент) отдает свою энергию на упругую деформацию корпуса вентилятора, затем вылетает за его пределы.

2. При обрыве большего фрагмента лопатки вентилятора он (фрагмент) частично отдает свою энергию на упругую деформацию корпуса, частично повреждает прочный внутренний и жесткий слой, а затем вылетает за пределы корпуса вентилятора.

3. При обрыве лопатки вентилятора она пробивает многочисленные чередующиеся слои, армирующие корпус вентилятора, начиная с внутреннего прочного и жесткого слоя зонной спиральной намотки органожгута типа “Русар” и пакетов органоткани типа “Русар” продольно поперечной выкладки и намотки на эпоксидном связующем типа УП-2217. Лопатка, разрывая многочисленные слои жгута и ткани, теряет свою энергию и удерживается в пределах корпуса вентилятора охватывающим неразрывным слоем спиральной намотки органожгута типа “Русар”.

Таким образом, предлагаемая конструкция корпуса вентилятора из КМ позволяет обеспечить выполнение требований международных норм по обеспечению надежности и безопасности полета самолета за счет удержания оторвавшейся лопатки или ее фрагмента корпусом вентилятора. Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет снизить массу корпуса вентилятора авиадвигателя.

Формула изобретения

Корпус вентилятора авиационного двигателя, содержащий оболочку из композиционного материала, зоны крепления с сопрягаемыми узлами и агрегатами, отличающийся тем, что корпус выполнен цельным по длине и многослойным по толщине из чередующихся спиральных слоев органожгута и пакетов органоткани на эпоксидном связующем, при этом в зоне расположения лопаток спиральные слои и тканевые пакеты многократно чередуются друг с другом, а внутренний и наружный слои выполнены спиральными, торцевые зоны усилены тканевыми пакетами, которые закреплены кольцевыми слоями и в них размещены элементы штифто-болтового соединения.

РИСУНКИ