[发明专利]陶瓷基复合材料T形涡轮转子结构

说明书

本发明涉及陶瓷基复合材料T形涡轮转子结构，叶身和缘板均由陶瓷基复合材料纤维布编织沉积形成，叶身处的陶瓷基复合材料纤维布延伸至叶根处后，分别向两侧呈90°弯折，形成缘板，使得叶身和缘板形成T形一体式结构，涡轮盘的第一涡轮盘分体和第二涡轮盘分体能相互固定并将缘板夹持固定在第一爪状卡槽和第二爪状卡槽组成的固定槽中，叶身由固定槽上表面形成的固定槽通孔伸出，陶瓷基复合材料涡轮转子叶片离心力等效于涡轮盘的外周缘作用在缘板纤维布表面的法向压力。本发明增大了叶片与轮盘间承力部位的接触面积，减小了应力，从而提高了装置整体安全性，省去了榫头、伸根等结构，极大地减轻了叶片重量，使叶片所受离心载荷也大幅较小。

技术领域

本发明涉及航空发动机结构设计领域，具体为一种陶瓷基涡轮转子结构，特别涉及陶瓷基复合材料T形涡轮转子结构。

背景技术

航空发动机是世界上工业设计中“高技术、高成本、高附加值”的代表领域，在一代又一代的技术革新下，航空发动机已经发展到了第四代。涡轮转子叶片是航空发动机的核心部件，为发动机产生动力提供基础。随着发动机的升级换代，涡轮转子叶片的设计与制造方法也在不断改进，新材料、新工艺不断得到应用，从实心到空心，从普通高温合金到金属间化合物，涡轮转子叶片所能承受的温度也在不断升高。

按照当今的航空发动机发展规划，到第五代时，涡轮前温度将达到2100-2200K，如今的涡轮转子叶片已不满足在这样高温下的工作条件，亟需发展新型涡轮转子叶片以应对未来的发展需求。而陶瓷基复合材料具有耐高温，高模量，低密度的优点，非常适合于在新一代航空发动机涡轮中使用。根据在涡轮中的使用条件和转子叶片的载荷特点，设计新型涡轮转子叶片是发展新一代发动机的重要任务。

目前世界上还没有一款使用了陶瓷基复合材料涡轮转子叶片的发动机进入实战服役，此种叶片基本都还处于研究试验阶段。但公开资料显示，已有的叶片构型大多采用了传统的燕尾形式，使用榫头与涡轮盘连接传力。而不管采用何种编织方式，燕尾形叶片的编织结构都较为复杂，叶身到榫头的过渡变形都可能对陶瓷基复合材料的力学性能带来损伤；缘板结构的固定和保证其强度也是亟待解决的问题。

现有发明专利《陶瓷基复合材料涡轮转子叶片盘榫连接结构及涡轮盘》（申请号：202010248762.9），该专利提供了一种陶瓷基复合材料榫头结构。该结构通过层叠、裁剪纤维布，形成纤维布与叶身厚度方向近乎平行的榫头铺层结构。在涡轮叶片使用过程中，由纤维布边缘形成的榫头侧面受力。这种结构的受力特点为：纤维布受平行纤维布的面内剪切力，面内纱线受横向剪切和纵向拉伸力。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种陶瓷基复合材料T形涡轮转子结构。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

陶瓷基复合材料T形涡轮转子结构，包括陶瓷基复合材料涡轮转子叶片和涡轮盘，其中：陶瓷基复合材料涡轮转子叶片包括叶身和缘板，叶身和缘板均由陶瓷基复合材料纤维布编织沉积形成，叶身处的陶瓷基复合材料纤维布延伸至叶根处后，分别向两侧呈90°或近似90°弯折，形成缘板，使得叶身和缘板形成T形一体式结构，涡轮盘由第一涡轮盘分体和第二涡轮盘分体构成，第一涡轮盘分体的外周缘各开设有第一爪状卡槽，第二涡轮盘分体的外周缘各开设有第二爪状卡槽，第一爪状卡槽和第二爪状卡槽的形状与缘板的形状相适应，第一涡轮盘分体和第二涡轮盘分体能相互固定并将缘板夹持固定在第一爪状卡槽和第二爪状卡槽组成的固定槽中，叶身由固定槽上表面形成的固定槽通孔伸出，陶瓷基复合材料涡轮转子叶片离心力等效于涡轮盘的外周缘作用在缘板纤维布表面的法向压力。

为优化上述结构形式，采取的具体措施还包括：

上述的叶身的叶根处往外拓展有叶根凸块，叶根凸块位于缘板上表面，缘板夹持固定在第一爪状卡槽和第二爪状卡槽中时，叶根凸块与固定槽通孔的边缘完全契合，使涡轮盘轮缘外气流通道完整光滑。