[发明专利]一种空心风扇叶片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心风扇叶片，其主要用于民用大涵道比涡扇发动机，属于航空发动机及高速旋转机械技术领域。

背景技术

现代民用大涵道比涡扇发动机的风扇叶片多采用宽弦无中间凸台的设计，与带凸台的窄弦叶片相比，宽弦叶片不仅性能好、效率高，而且在抗外物撞击能力方面都有所提高。

当在大涵道比民用航空发动机广泛采用宽弦无中间凸台的风扇叶片后，一个必要解决的问题是叶片由于颤振和气动扭转引起的振动。英国Rolls·Royce公司申请的专利EP2014384A1“具有内部阻尼材料的组件及其制造方法”中，采用扩散连接、超速成形和在空心结构内部填充阻尼材料的方法以减少振动，形成的产品是带有中间阻尼材料的瓦伦结构叶片。但是，这种填充阻尼材料的工艺较为复杂，且成形后叶片的重量相对较高，不利于体现空心叶片的优势。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种空心风扇叶片，其具有减震和吸收冲击能量的效果，并且重量更轻，工艺更简单。

根据本发明的空心叶片，包括：上壁板、下壁板以及由所述上壁板和所述下壁板通过原子扩散连接而限定的内部腔室，所述内部腔室内设有多个钛合金弹簧，并填充有阻尼材料，所述弹簧的两端分别通过原子扩散连接到所述上壁板和所述下壁板，所述上壁板和所述下壁板中至少一个设有多个凹槽，所述弹簧的端部被分别定位于所述凹槽内。

优选地，所述弹簧为圆锥形螺旋弹簧。即，每一圈的弹簧直径都不相等，直径沿着弹簧的高度方向渐渐变小。这样，在弹簧被充分压缩后，其高度只有底圈弹簧的高度。

优选地，所述弹簧为中凹形螺旋弹簧，即两个圆锥形螺旋弹簧顶部对置而形成。换句话说，弹簧的直径在高度方向上不相同，但是上下对称，从而弹簧被充分压缩后，其高度只有底圈和顶圈的高度之和。

优选地，所述阻尼材料为具有热塑性、质量轻的粘弹性材料，例如树脂等。

本发明还提供上述空心风扇叶片的制造方法，包括步骤：

(1).提供两块钛合金面板作为空心风扇叶片的上、下壁板，在所述上、下壁板中的至少一个上设置多个凹槽，用于在叶片生产的过程中对钛合金弹簧进行定位；

(2).在所述上壁板和/或所述下壁板和钛合金弹簧上布置反扩散的阻隔材料，布置反扩散的阻隔材料区域为：所述钛合金弹簧上除了底圈和顶圈以外的其它部位；所述上壁板和/或所述下壁板上除了上、下壁板的连接区域和壁板与弹簧的连接区域以外的其它区域，其中阻隔材料为氧化钇；

(3).将所述钛合金弹簧分别放入所述凹槽，再将所述上壁板和所述下壁板重叠，形成装配体；

(4).对所述装配体进行加热加压，进行扩散连接，其中加热的温度为850～950℃，对所述装配体的压力增加到2～3个大气压；

(5).对完成扩散连接的装配体在惰性气体环境中进行超塑成形，其中所述上、下壁板之间涂有阻隔材料的区域由于没有发生扩散连接将形成内部腔室，以及所述弹簧被拉长；

(6).在所述内部腔室中填充阻尼材料：将阻尼材料加热成流体，通过在叶片超塑成形时保留的通孔注入，在重力作用下灌满所述空腔结构，待冷却后，阻尼材料流体固化，形成空心风扇叶片。

本发明的有益效果：

(1)减震。叶片和壁板的振动传递给弹簧，弹簧的金属圈能够和阻尼材料进行摩擦和挤压，从而达到叶片减振和吸收振动能量的优点。

(2)吸收冲击能量。当叶片受到较轻质量的外物打击时，弹簧能承担一部分撞击能量而不引起损伤，保证叶片结构的完整性。

(3)重量更轻，工艺更简单。

附图说明

图1是根据本发明的空心风扇叶片的优选实施例的结构剖视图；

图2是根据本发明的圆锥形螺旋弹簧的结构示意图；

图3是图2中的弹簧被压缩时的结构示意图；

图4是根据本发明的中凹形螺旋弹簧的结构示意图；

图5是图4中的弹簧被压缩时的结构示意图；

图6是叶片的一个壁板上的凹槽的结构示意图；

图7a、7b是上壁板、下壁板和弹簧形成的装配体的局部示意图；

图8a、8b是叶片成形后的局部剖视图。

附图标记说明

10空心风扇叶片

20上壁板

21凹槽

30下壁板

31凹槽

40内部腔室

50、50’弹簧

具体实施方式

下面结合附图详细描述根据本发明的空心风扇叶片的优选实施例。