[发明专利]空心叶片

说明书

技术领域

本发明涉及空心叶片，尤其涉及应用于航空发动机中的空心风扇叶片。 

背景技术

航空涡扇发动机包括风扇部分、压气机部分、燃烧室部分、涡轮部分和排气部分等。风扇部分包括风扇转子和机匣静子。而风扇转子是由风扇叶片、轮盘和轴等构成。叶片结构种类很多，空心风扇叶片是其中的一种结构类型。 

宽弦空心叶片具有效率高、重量轻、抗外物损伤能力强、增加压气机喘振裕度等优点，而且可以通过采用这种新结构而减少单级风扇叶片数量，进一步减轻发动机重量。许多先进航空涡扇发动机均采用了宽弦空心风扇叶片的结构设计。 

1968年，英国的罗尔斯·罗伊斯公司开始设计和研制第一代宽弦空心风扇叶片。这种叶片的结构特点是无凸肩、无缘板且内部具有蜂窝夹芯板的钛合金宽弦空心结构。20世纪80年代，罗尔斯·罗伊斯公司的第一代宽弦空心风扇叶片研制成功，并获得了应用。与窄弦带凸肩的实心风扇叶片相比，该型叶片的成功设计和应用，使得风扇转子叶片数量减少了约1/3；转子重量减轻了约10％～30％；蜂窝芯板结构改善了叶片的抗振性能；提高了风扇气动效率；降低了发动机的燃油消耗率；风扇叶片的喘振裕度增加；寿命获得了增长。70年代罗尔斯·罗伊斯公司在试车台和发动机上对第一代宽弦空心风扇叶片进行的低循环疲劳、高循环疲劳、吞鸟和包容性等试验结果以及在RB211-524G和V2500发动机上的成功应用都证明该叶片具有良好的结构完整性和极强的耐久性。 

1984年，罗尔斯·罗伊斯公司开始了基于超塑成形/扩散连接(SPF/DB)组合制造工艺的第二代宽弦空心风扇叶片的研制工作。该型叶片采用了钛合金三层板结构超塑成形/扩散连接(SPF/DB)组合工艺制造，内部的近三角形桁架加强筋结构取代了第一代叶片中的蜂窝夹芯板结构。这样的结构设计使得叶片质量更轻，而且这种形式的内部芯板能够参与承力，每片叶片重量比采用蜂窝夹芯板的同样叶片减少约15％。罗尔斯·罗伊斯公司拥有的一篇美国专利US6,979,180，公开了一种空心风扇叶片，这种叶片在内部具有“瓦伦板”形状的钛合金结构，虽然从整体上讲，具有这种结构的叶片具有良好的刚性和抗鸟撞特性，然而，由于“瓦伦板”形状是由多个梯形构成的，而梯形结构本身又具有刚性不均匀的特点，因而会导致叶片各向抗冲击性差异的技术问题。 

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种新的空心叶片结构，它不同于内腔芯板为“瓦伦板”结构，也不同于内腔为“蜂窝芯”的结构。本发明所公开的空心叶片是由构成叶片型面的两块面板和形成空心内腔的两块芯板构成，采用扩散连接和超塑成型工艺在一体芯板上形成空心的类六面柱体和空心的梯形柱体结构。由于本发明的叶片具有空心的类六面柱体结构，因此，其均衡了各个方向的刚性，有效地增强叶片在各个方向上抗撞击能力。 

本发明公开了一种空心叶片，其包括根部榫头和叶身型面部，型面部从根部榫头延伸到顶端并具有前缘、尾缘以及从前缘延伸到尾缘的压力面部分和吸力面部分，压力面部分和吸力面部分共同限定一个腔体，在腔体的内表面上连接有阻振部，阻振部具有多个在前缘和尾缘之间间隔地排布并大体上从根部榫头延伸到顶端的空心的类六面柱体结构。 

其中，相邻的空心的类六面柱体结构之间具有连接部分，其将相邻的空心的类六面柱体的彼此邻近的两端连接起来。 

优选地，压力面部分、吸力面部分和阻振部分别由两块面板和两块芯板通过将两块芯板放在在两块面板的中间经扩散连接和超塑成形而形成。 

更优选地，芯板之间以及芯板和面板之间在扩散连接前分别在彼此相对表面的预定表面上喷涂止焊剂并形成芯板-芯板止焊剂条带和芯板-面板止焊剂条带，芯板-芯板止焊剂条带和芯板-面板止焊剂条带在前缘到尾缘的方向上是相互错落排列的。 

可选择地，吸力面部分、压力面部分和阻振部由钛合金或铝合金或钢材料形成。其中，钢材料较优地为不锈钢。 

具体地，空心叶片为定子叶片或转子叶片。 

更具体地，定子叶片为风扇导向叶片。 

更具体地，转子叶片为风扇叶片或压气机叶片。 

本发明还公开了一种制造空心叶片的方法，其包括： 

(a)形成两块面板和两块芯板； 

(b)在两块芯板的一块上施加阻焊剂以形成多个间隔开的条带状阻焊区，并将施加阻焊剂的芯板的表面面对另一块芯板而将两块芯板堆叠成芯板-芯板组合体以使得阻焊剂夹在芯板之间；