[发明专利]一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片

权利要求书

1.一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片，其特征在于：包括叶身(1)、封严缘板、伸根(7)和榫头(9)；

所述叶身(1)由叶尖(12)、叶根(13)、叶盆表面(1b)、叶背表面(1a)、叶片前缘(1c)和叶片尾缘(1d)构成；叶身(1)的横截面翼型拥有弯曲的空气动力学轮廓；所述叶盆表面(1b)和叶背表面(1a)通过叶片前缘(1c)和叶片尾缘(1d)围成整个叶身；

所述封严缘板包括转子级内封严缘板(2)、转静子级间封严缘板(5)、阶梯过渡封严缘板(4)和端面封严缘板(6)；所述转子级内封严缘板(2)、转静子级间封严缘板(5)、阶梯过渡封严缘板(4)和端面封严缘板(6)均呈薄片状布置在叶根处，分别设计在级内叶根处，级间，级内与级间交界处和榫头端面；所述转静子级间封严缘板(5)、阶梯过渡封严缘板(4)和端面封严缘板(6)只设置在叶片前缘(1c)；

封严缘板在伸根(7)处既向伸根(7)处转折，同时也向相邻不同方向的缘板转折与延伸，以便将各个部位不同方向的转子级内封严缘板(2)、转静子级间封严缘板(5)、阶梯过渡封严缘板(4)和端面封严缘板(6)相互固定；

所述封严缘板承受流道气动压力、热与振动载荷，厚度在2-3mm；

所述伸根(7)呈上宽下窄倒燕尾结构，伸根(7)位于封严缘板下方、叶身(1)和榫头(9)之间；所述伸根(7)的两个相对斜面夹角在15°上下；所述榫头两个工作面夹角在60-80°；叶片未完全安装时，伸根斜面(3)与榫槽对应表面1(14)接触；

所述榫头(9)为燕尾型榫头，榫头(9)的工作面下沿(10)以及榫头根部(8)转折处设有圆角，防止安装使用过程中外物对榫头根部(8)转折角造成的损伤；榫头工作面(15)附近纤维沿工作面铺展，承受垂直于工作面的挤压应力；在涡轮转子叶片装入涡轮盘后发动机运转状态下，仅榫头工作面(15)与榫槽对应表面2(16)接触，伸根斜面(3)与榫槽对应表面1(14)脱离；

所述叶身将与伸根和榫头构成一体化结构，用叶身-伸根-榫头表示；

所述封严缘板交界处根据转折的结构与层叠关系，封严缘板与叶身-伸根-榫头结构需经过多次固化工艺最终紧密连接在一起；

金属涡轮盘榫槽结构大体与榫头结构互补，但工作状态下只有榫头工作面(15)与榫槽对应表面2(16)接触，其他部位均留有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片，其特征在于：所述空气动力学轮廓由叶盆表面(1b)和叶背表面(1a)构成；空气动力学轮廓从叶根(13)沿叶片纵向延伸至叶尖(12)；空气动力学轮廓具有可变的叶片厚度，叶片厚度在2-5mm。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片，其特征在于：所述级内封严缘板(2)用于封阻流道内燃气避免直接冲入涡轮盘；级间封严缘板(5)用于封阻涡轮静子与转子间的燃气；阶梯过渡封严缘板(4)配合涡轮静子相应位置的阶梯结构用于提高级间封严效果；端面封严缘板(6)用于再次阻挡级间燃气通过相邻叶片伸根之间空隙进入涡轮盘。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片，其特征在于：所述封严缘板由二维编织纤维布层叠而成，通过控制编织层数控制缘板厚度；封严缘板的各个转折处都设计有圆角，避免陶瓷纤维剧烈转折引起的局部损伤与性能退化。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片，其特征在于：所述叶身(1)、伸根(7)和榫头(9)厚度变化程度需要控制在编织工艺允许的范围内,榫头最宽处与叶身最薄处厚度之比在6-12倍范围内。

6.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片，其特征在于：榫头横向截面或为矩形或为平行四边形；榫头工作面(15)最外层表面使用高温耐磨涂层。

7.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片，其特征在于：所述叶身(1)、伸根(7)和榫头(9)由纤维编织而成的核心预制体经过填充基体，致密化成型得到，保证结构内部纤维的连续性。

8.根据权利要求7所述的一种陶瓷基复合材料涡轮转子叶片，其特征在于：纤维材料为SiC。