[发明专利]一种航空发动机风扇/压气机转子叶片结构及其设计方法

权利要求书

1.一种航空发动机风扇/压气机转子叶片结构，其特征在于，所述叶片结构包括叶片本体(1)和榫头(2)；

所述叶片本体(1)包括多层金属板；所述叶片本体(1)内设置有中间金属板(103)，并通过中间金属板(103)构成叶片空腔(104)，所述中间金属板(103)设置为横截面为W形或H形的结构，且所述中间金属板(103)的结构沿叶片展向方向变化，贯穿所述叶片本体(1)；所述叶片本体(1)的边缘设置有蒙皮，且所述蒙皮与所述中间金属板连接；

所述榫头(2)包括第一对榫齿面(201)和第二对榫齿面(202)，所述第一对榫齿面(201)和第二对榫齿面(202)对称设置，用于共同承担载荷，且所述第一对榫齿面(201)和第二对榫齿面(202)相对的内侧榫齿面之间设置有榫头空腔；

所述叶片本体(1)与所述榫头(2)连接，且所述榫头空腔与所述叶片空腔(104)连通；所述叶片空腔(104)和/或所述榫头空腔内设置有阻尼材料和/或传感器。

2.根据权利要求1所述的叶片结构，其特征在于，

所述叶片本体(1)为三层金属板，包括第一金属板(101)、第二金属板(102)和中间金属板(103)；

所述第一金属板(101)和第二金属板(102)相对设置，且第一金属板(101)和第二金属板(102)组成叶片的外形；

所述中间金属板(103)设置在第一金属板(101)和第二金属板(102)之间的夹层中，且所述中间金属板(103)与第一金属板(101)、第二金属板(102)之间构成所述叶片空腔(104)。

3.根据权利要求1所述的叶片结构，其特征在于，

所述榫头(2)的截面包括但不限于燕尾形或枞树形；所述榫头(2)的安装部为圆弧型或直型。

4.一种实现权利要求1-3任一所述的叶片结构的设计方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、利用两块外层金属板构成叶片本体的外形，并且形成满足气动要求的流道；在两块外层金属板之间设置一块或多块中间金属板，通过所述中间金属板连接叶片本体边缘处的蒙皮，使叶片结构成为一体；

S2、将中间金属板设置为横截面为W形或H形的结构，并使所述中间金属板沿着叶片展向方向变化，贯穿整个叶片本体，并在叶片本体内，与两块外层金属板之间构成气流通道；

S3、将榫头设置为截面为燕尾形或枞树形，榫头的安装部为圆弧型或直型；所述榫头的内部设置有榫头空腔，所述榫头空腔贯穿整个榫头，且所述榫头空腔可以与所述叶片本体内的气流通道连通；

S4、计算并调整所述榫头的几何尺寸，使得榫头区域不同部位的应力合力近似相同，且应力合力的最大值小于700MPa；根据尺寸获得榫头形状；

S5、所述叶片本体成形后，采用成型刀和/或球头刀，根据步骤S4的尺寸要求加工出榫头，并使得叶片本体内部气流通道与所述榫头内部的榫头空腔连通。

5.根据权利要求4所述的叶片结构的设计方法，其特征在于，

所述计算榫头的几何尺寸包括：

所述叶片本体作用在所述榫头上的气动弯矩可以根据公式(1)进行计算：

M＝F*L (1)

其中，F为作用在叶身上的气动力合力，L为合力作用点到榫头的距离；

所述叶片本体作用在所述榫头上的离心载荷可以根据公式(2)进行计算：

F＝mω²r (2)

其中，m为叶身的质量，r为叶片质心距离转轴的距离，ω为叶片转速；

所述榫头区域产生的最大弯曲应力可以根据公式(3)进行计算：

σ_b＝M/W (3)

其中，M为气动弯矩，由公式(1)获得，W为抗弯截面参数，由榫头界面几何参数决定；

所述榫头区域产生的最大离心应力可根据公式(4)进行计算：

σ_c＝F/A (4)

其中，F为离心载荷，由公式(2)获得，A为榫头不同等高面的面积，与榫头的几何参数相关；

根据上述计算公式，计算所述榫头的几何尺寸。

6.根据权利要求5所述的叶片结构的设计方法，其特征在于，

所述方法还包括：S6、所述叶片加工完成后，通过榫头空腔向叶片空腔注入阻尼材料和/或安装传感器。