[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金属材料部件，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

目前民用航空领域广泛采用的金属空心风扇叶片主要有两种结构，一种是英国Rolls·Royce公司在美国专利申请US6979180B2中公开的瓦伦结构(warren girder structure)，一种是美国P·W公司在专利申请EP1754857A3公开的在叶片内部铣出若干道凹槽的结构，材料都采用钛合金。

CN101418811也公开了一种航空发动机空心风扇叶片，叶片为叶片主体加局部面板的组合式结构，叶片主体包括叶身和完整的榫头，在叶片主体上叶身的一面的中部开出沟槽，叶身的边缘为实心体，局部面板为与叶片主体开槽区的形面相对应的曲面平板，叶片主体的叶身上沟槽的筋条及开槽区的边缘与局部面板焊接，形成空心叶片。

上述的这两种结构共同存在的问题是，叶片的质量较大，叶身抗外物打击能力不高，叶片的抗弯性能不高，容易发生颤振和因气动力扭转发生的振动，容易引起高周疲劳的失效。虽然以上两种结构目前发表了在叶片内部填充阻尼材料的方法以减少振动，吸收能量，但由于以上两种空心结构形成的内部空腔相对独立，造成阻尼材料的填充工艺相对繁琐。

发明内容

本发明的目的是引入高稳定性的支撑结构，改变现有的空心风扇叶片的内部支撑结构，减轻叶片的重量，从而增加风扇部件的工作效率。同时增加风扇叶片的抗弯刚度，以减少叶片的颤振和因气动扭转引起的振动，以及提高抗外物打击能力和内部阻尼材料吸收振动能量的效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种空心风扇叶片，在钛合金空心风扇叶片内部引入类似于正多面体支撑结构，利用正多面体支撑的高稳定性，提高叶片的刚度和抗弯能力。本发明所述的空心风扇叶片包含叶片上壁板、下壁板以及支撑其结构的由多组肋条一体形成的支承件，其中每组肋条由多根相邻的肋条构成类正多面体形状的结构，在每组肋条的顶部形成有与上壁板、下壁板原子扩散连接的多边形连接区域。

肋条通过多边形连接区域延伸出来以支撑上下壁板。多个肋条一体形成的整体支承件类正多面体形状结构是这样得到的：肋条成形之前结构为一块芯板，是一块带有规律的正多边形孔的芯板，其中每个正多边形孔的仅与相邻的一个正多边形孔共用的直边区段用于形成每根肋条的竖直段，每个正多边形孔的与相邻的多个正多边形孔共用的多边形区段交错地用于形成每根肋条与上壁板、下壁板原子扩散连接的多边形连接区域和所述多边形连接区域的对面，每个正多边形孔的直边区段与相邻正多边形孔的直边区段垂直距离相等，以保证肋条的宽度相等。

有利地，叶片壁板为钛合金，肋条也为钛合金结构。

有利地，肋条通过顶部和底部的多边形连接区域与上壁板、下壁板原子扩散连接。形成多根肋条的芯板上的每个正多边形孔与相邻的一个正多边形孔共用的直边区段的上表面和下表面上布置有反扩散阻隔材料，每个正多边形孔与相邻的多个正多边形孔共用的多边形区段的上表面交错地布置有反扩散阻隔材料，与所述多边形区段的所述上表面相对的下表面交错地没有布置有反扩散阻隔材料，从而当上壁板、芯板和下壁板从上到下重叠形成装配体后，在加热加压下，没有布置有反扩散阻隔材料的每个正多边形孔的多边形区段形成与上壁板、下壁板原子扩散连接的多边形连接区域，布置有反扩散阻隔材料的每个正多边形孔的多边形区段形成多边形连接区域的对面。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种制造本发明所述的空心风扇叶片的方法，包括如下步骤：

1、提供两块面板作为空心风扇叶片的上、下壁板；

2、提供一块具有多个正多边形孔的面板作为芯板；

3、在芯板上布置反扩散阻隔材料；

4、将布置好阻隔材料的上壁板、芯板和下壁板一次对齐重叠，形成装配体；

5、对装配体进行加热加压，进行原子扩散连接；

6、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；

7、在叶片空腔填充阻尼材料，形成带减振装置的空心风扇叶片。

有利地，上壁板、下壁板和芯板的面板材料为钛合金。

有利地，每个正多边形孔的仅与相邻的一个正多边形孔共用的直边区段与相邻正多边形孔的直边区段的垂直距离相等，以保证肋条的宽度相等。