RU2382911C1 - Fan hollow blade - Google Patents

Fan hollow blade Download PDF

Info

Publication number
RU2382911C1
RU2382911C1 RU2008142176/06A RU2008142176A RU2382911C1 RU 2382911 C1 RU2382911 C1 RU 2382911C1 RU 2008142176/06 A RU2008142176/06 A RU 2008142176/06A RU 2008142176 A RU2008142176 A RU 2008142176A RU 2382911 C1 RU2382911 C1 RU 2382911C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
shell
hollow
frequency
cavity
Prior art date
Application number
RU2008142176/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Давидович Потапов (RU)
Сергей Давидович Потапов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2008142176/06A priority Critical patent/RU2382911C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2382911C1 publication Critical patent/RU2382911C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to engine production, particularly to aircraft gas turbine engine fan vanes. Proposed hollow vane comprises aerodynamically shaped tight shell and structural elements arranged inside said shell and representing ribs to make two communicated cells. The latter contain gaseous medium kept under excess pressure to make a structural element to add to stiffness and to tune out in resonance frequencies from plate-like oscillations of shell sections of vane outer sheets.
EFFECT: higher stiffness, reduced vibration due to forced gas feed into vane inner space.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а более точно касается конструкции рабочей лопатки вентилятора преимущественно газотурбинного двигателя летательного аппарата.The invention relates to engine building, and more specifically relates to the design of the working blades of a fan of a predominantly gas turbine engine of an aircraft.

В настоящее время для снижения массы применяют облегченные - полые или из композитных материалов лопатки вентилятора.Currently, lightweight hollow or composite fan blades are used to reduce weight.

Известны лопатки вентилятора, содержащие продольное полое перо (патент РФ №1304512).Known fan blades containing a longitudinal hollow feather (RF patent No. 1304512).

Известна рабочая лопасть вентилятора, содержащая полое перо и сотовый наполнитель, расположенный в его полости (патент РФ №1147097, опубл. 1983 г.). Для улучшения демпфирующих свойств с целью повышения надежности работы в ячейках сотового наполнителя размещены грузики. Грузики могут иметь форму шара, цилиндра или ячейки. Грузики могут быть выполнены также из материалов с различными модулями упругости.Known fan blade containing a hollow feather and a honeycomb core located in its cavity (RF patent No. 1147097, publ. 1983). To improve the damping properties in order to increase the reliability of the work, weights are placed in the cells of the honeycomb filler. Weights may be in the form of a ball, cylinder or cell. Weights can also be made of materials with various moduli of elasticity.

Известна полая лопатка осевого вентилятора выполненная из двух полулопаток и содержащая в полости ячеистый заполнитель, (патент РФ №1815873), зафиксированный на поверхности одной полулопатки. Элементы заполнителя выполняются объемными, звездообразной формы, с тремя или более упругими лучами и размещены в полости с определенным шагом.Known hollow blade axial fan made of two shovels and containing a cellular aggregate in the cavity (RF patent No. 1815873), fixed on the surface of one shovel. The filler elements are three-dimensional, star-shaped, with three or more elastic rays and placed in the cavity with a certain step.

Известен вентилятор турбореактивного двигателя, содержащий лопатку, имеющую основное продольное направление, вдоль которого расположены центральная зона, образующая сердечник, и периферическая зона, образующая оболочку, охватывающую сердечник, причем сердечник и оболочка образуют между собой металлургическое соединение. Оболочка и/или сердечник выполнены из материала, содержащего металлическую матрицу, при этом один из материалов является композитным материалом с металлической матрицей, содержащей усилительные элементы, рассредоточенные в металлической матрице (заявка РФ №2005105069)A fan of a turbojet engine is known, comprising a blade having a main longitudinal direction along which a central zone forming a core and a peripheral zone forming a shell enclosing the core are located, wherein the core and the shell form a metallurgical connection between them. The shell and / or core is made of a material containing a metal matrix, while one of the materials is a composite material with a metal matrix containing reinforcing elements dispersed in a metal matrix (RF application No. 2005105069)

Известна лопатка вентилятора, содержащая обечайку с хвостовиком и внутренней полостью, в которой размещены наполнитель и силовые элементы. С целью увеличения прочности и жесткости наполнитель и силовые элементы размещены в части внутренней полости определенной высоты. Остальная часть полости заполнена полыми шариками, например, из керамики (патент РФ №1267840).Known fan blade containing a shell with a shank and an internal cavity in which the filler and power elements are placed. In order to increase strength and stiffness, the filler and power elements are placed in part of the internal cavity of a certain height. The rest of the cavity is filled with hollow balls, for example, of ceramic (RF patent No. 1267840).

Известные технические решения увеличение прочности достигают путем размещения внутри полости лопатки дополнительных конструктивных элементов, что приводит в увеличению массы лопатки.Known technical solutions increase strength is achieved by placing additional structural elements inside the cavity of the blade, which leads to an increase in the mass of the blade.

При применении полых лопаток возникает проблема - из-за введения полостей возрастает чувствительность лопатки к удару посторонними предметами, а также к резонансным колебаниям по пластинчатым формам оболочек лопатки, что может привести к разрушению лопатки, а в критических случаях и к повреждению двигателя.When using hollow blades, a problem arises - due to the introduction of cavities, the sensitivity of the blade to impact by foreign objects, as well as to resonance vibrations along the plate forms of the shells of the blade, increases, which can lead to destruction of the blade and, in critical cases, to engine damage.

Возможным решением снижения повреждаемости в полых лопатках является увеличение жесткости во внутренних сечениях за счет утолщения боковых стенок между ребрами, утолщения самих внутренних ребер, сокращения расстояния между ними, что, в свою очередь, приводит к увеличению массы.A possible solution to reducing damage in hollow blades is to increase the stiffness in the internal sections due to the thickening of the side walls between the ribs, the thickening of the inner ribs themselves, and the reduction of the distance between them, which, in turn, leads to an increase in mass.

Известна полая лопатка вентилятора газотурбинного двигателя из двух наружных обшивок, которые соединяются между собой такими внутренними упрочняющими элементами, как ребра или мостики, установленные в двух пересекающихся диагональных направлениях относительно продольного и поперечного направления лопатки (патент Великобритании №2272731 от 1994).Known hollow fan blade of a gas turbine engine of two outer casing, which are interconnected by such internal reinforcing elements as ribs or bridges installed in two intersecting diagonal directions relative to the longitudinal and transverse directions of the blade (UK patent No. 2272731 from 1994).

Для придания жесткости может быть применено как местное изменение толщины спинки и/или корыта, так и введение дополнительного листа в виде гофра внутрь профильной части.To give rigidity, both local changes in the thickness of the back and / or trough can be applied, as well as the introduction of an additional sheet in the form of a corrugation inside the profile part.

Наиболее близким техническим решением является известная полая, лопатка, отстроенная по резонансным частотам (патент США №6033186, опубл. 2000 г.). Внутри полости лопатки определенным образом размещены ребра для увеличения изгибной и крутильной жесткости пера лопатки и увеличения разницы частот между смежными крутильными и изгибными резонансными формами колебаний. В корневом сечении пера лопатки полости как правило не размещают. Для сохранения лопаткой аэродинамического профиля и обеспечения внутреннего демпфирования применяется наполнитель, например, резиновый каучук, заполняющий полости.The closest technical solution is the well-known hollow, a blade, tuned to the resonant frequencies (US patent No. 6033186, publ. 2000). Inside the cavity of the scapula, ribs are placed in a certain way to increase the bending and torsional stiffness of the blade pen and increasing the frequency difference between adjacent torsional and bending resonant modes of vibration. In the root section of the pen, the shoulder blades of the cavity are usually not placed. To maintain the aerodynamic profile with the blade and ensure internal damping, a filler is used, for example, rubber rubber filling the cavities.

Для дополнительного снижения массы возможно применение множества отверстий, проходящих через ножку лопатки и заканчивающихся, вблизи полостей. Данные отверстия не сильно изменяют изгибную/крутильную жесткость лопатки.To further reduce weight, it is possible to use multiple holes passing through the blade leg and ending near the cavities. These holes do not greatly alter the flexural / torsional stiffness of the blade.

Для изменения какой-либо резонансной частоты лопатки вводят дополнительные ребра. Размещение и число ребер определяется для каждой конкретной лопатки опытным путем или с использованием современных вычислительных комплексов. Определение оптимального расположения и числа ребер носит итерационный характер.To change any resonant frequency of the blade, additional ribs are introduced. The placement and number of ribs is determined for each specific blade empirically or using modern computer systems. Determining the optimal location and number of edges is iterative.

Это техническое решение устраняет резонанс лопатки от изгибных и крутильных колебаний (т.е. отстраивает частоту колебаний лопатки от внешних источников возбуждения) введением дополнительных конструктивных элементов в виде ребер внутрь полости лопатки, что увеличивает массу лопатки. Снизить массу лопатки возможно лишь за счет сверления отверстий в ножке лопатки.This technical solution eliminates the resonance of the blade from bending and torsional vibrations (i.e., detects the frequency of vibration of the blade from external sources of excitation) by introducing additional structural elements in the form of ribs into the cavity of the blade, which increases the mass of the blade. It is possible to reduce the mass of the blade only by drilling holes in the blade leg.

Помимо отстройки от изгибных и крутильных колебаний для полых лопаток существует проблема отстройки от резонанса пластинчатых форм колебаний оболочечных участков лопатки. Известное техническое решение эту проблему не решает.In addition to the detuning from bending and torsional vibrations for hollow blades, there is a problem of detuning from resonance lamellar waveforms of the shell sections of the blade. A well-known technical solution does not solve this problem.

Отстройка от пластинчатых форм может быть выполнена путем постановки дополнительных ребер жесткости, но это приведет к увеличению массы.Detuning from plate forms can be performed by setting additional stiffeners, but this will lead to an increase in mass.

В настоящее время существует необходимость в изготовлении более легких лопаток вентилятора, что позволяет вентилятору с такими лопатками работать при более высоких окружных скоростях, выполнить его с меньшими размерами диска, тем самым сделать его менее дорогим и создать условия для улучшения основных показателей двигателя (массы, удельной тяги).Currently, there is a need for the manufacture of lighter fan blades, which allows the fan with such blades to operate at higher peripheral speeds, to perform it with smaller disk sizes, thereby making it less expensive and create conditions for improving the basic engine performance (mass, specific traction).

В основу настоящего изобретения положена задача повышения динамической прочности за счет дополнительной отстройки от резонанса пластинчатых форм колебаний оболочечных участков полой лопатки от внешних источников возбуждения. Повышение прочности не должно достигаться за счет ухудшения технических характеристик двигателя или уменьшения его ресурса или увеличения массы.The present invention is based on the task of increasing the dynamic strength due to the additional detuning from resonance of the plate forms of vibration of the shell sections of the hollow blade from external sources of excitation. The increase in strength should not be achieved due to the deterioration of the technical characteristics of the engine or a decrease in its resource or increase in mass.

Техническим результатом является увеличение жесткости и отстройка частот при пластинчатых формах колебаний оболочечных участков полой лопатки от внешних источников возбуждения за счет наддува газа в полость лопатки.The technical result is an increase in stiffness and frequency tuning in plate forms of vibration of the shell sections of the hollow blade from external sources of excitation due to the boost of gas into the cavity of the blade.

Поставленная задача решается тем, что полая лопатка вентилятора, содержащая аэродинамически профилированную оболочку, конструктивные элементы, размещенные внутри оболочки определенным образом для придания лопатке заданной изгибной и крутильной жесткости и отстраивающие лопатку по резонансным частотам от изгибных и крутильных колебаний, выполненные в виде ребер, создающих ячеистую структуру полости оболочки, дополнительно содержит внутри ячеек газообразную среду с избыточным давлением в качестве конструктивного элемента для придания жесткости и отстройки по резонансным частотам от пластинчатых форм колебаний оболочечных участков внешних листов лопатки, при этом избыточное давление имеет величину, увеличивающую жесткость оболочечных участков внешних листов лопатки и приводящую к увеличению разности частот между частотой собственных колебаний оболочечных участков пера лопатки и частотой воздействия внешних источников возмущений, а оболочка выполнена герметичной.The problem is solved in that the hollow fan blade containing an aerodynamically shaped shell, structural elements placed inside the shell in a certain way to give the blade a predetermined bending and torsional stiffness and rebuilding the blade in resonance frequencies from bending and torsional vibrations, made in the form of ribs that create cellular the structure of the shell cavity, additionally contains inside the cells a gaseous medium with excess pressure as a structural element for adding stiffness and detuning in resonance frequencies from the plate modes of vibration of the shell sections of the outer sheets of the blade, while the excess pressure has a value that increases the rigidity of the shell sections of the outer sheets of the blade and leads to an increase in the frequency difference between the frequency of natural vibrations of the shell sections of the blade blade and the frequency of external sources disturbances, and the shell is sealed.

Полая лопатка вентилятора может содержать по меньшей мере две сообщающиеся ячейки.The hollow fan blade may contain at least two communicating cells.

Избыточное давление может быть равновелико во всех ячеистых структурах оболочки.Overpressure can be the same in all cellular structures of the shell.

Полая лопатка вентилятора может быть также выполнена так, что избыточное давление по меньшей мере в одной ячейке имеет собственное значение. По меньшей мере одна ячейка полости оболочки при этом должна быть выполнена герметичной.The hollow fan blade can also be designed so that the overpressure in at least one cell has an eigenvalue. At least one cell of the shell cavity must be sealed.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и чертежами, на которых:The invention is further explained in the description and drawings, in which:

фиг.1а и фиг.1б - принципиальная конструкция полой лопатки вентилятора, согласно изобретению;figa and figb - principle construction of a hollow fan blade according to the invention;

фиг.2 иллюстрирует зависимость частоты собственных колебаний пера полой лопатки вентилятора от величины избыточного давления внутри полой лопатки;figure 2 illustrates the dependence of the frequency of natural oscillations of the pen of a hollow fan blade on the magnitude of the excess pressure inside the hollow blade;

фиг.3 иллюстрирует влияние частоты собственных колебаний пера полой лопатки вентилятора при наличии и отсутствии избыточного давления при заданной частоте внешнего источника возмущения на положение резонанса.figure 3 illustrates the influence of the frequency of natural oscillations of the pen of a hollow fan blade in the presence and absence of excess pressure at a given frequency of an external disturbance source on the resonance position.

Полая лопатка вентилятора (фиг.1а и фиг.1б), отстроенная по резонансным частотам, содержит аэродинамическую профилированную оболочку 1, представляющую собой оболочку из внешних листов профиля, образующих спинку 2 и корыто 3. Внутри полости оболочки 1 расположены конструктивные элементы жесткости 4 для придания лопатке заданной изгибной и крутильной жесткости и приспособленные для отстраивания лопатки по резонансным частотам от изгибных и крутильных колебаний. Конструктивные элементы 4 могут быть выполнены в виде прямых ребер, соединенных с оболочкой 1 (фиг.1а) или ребер в виде гофра (фиг.1б). Конструктивные элементы 4 создают внутри полости оболочки 1 ячеистую структуру с ячейками 5. Отстройку по резонансным частотам от изгибных и крутильных колебаний выполняют подбором этих элементов известным образом.The hollow fan blade (Fig.1a and Fig.1b), tuned to the resonant frequencies, contains an aerodynamic shaped shell 1, which is a shell of external profile sheets forming the back 2 and trough 3. Inside the cavity of the shell 1 are structural elements of rigidity 4 for imparting a blade of a given bending and torsional stiffness and adapted to rebuild the blades in resonance frequencies from bending and torsional vibrations. Structural elements 4 can be made in the form of straight ribs connected to the shell 1 (figa) or ribs in the form of a corrugation (fig.1b). Structural elements 4 create inside the cavity of the shell 1 a cellular structure with cells 5. The detuning according to the resonant frequencies from bending and torsional vibrations is performed by selecting these elements in a known manner.

Корневую часть лопатки закрепляют в диске вентилятора (не показан).The root portion of the blade is fixed in a fan disk (not shown).

Полая лопатка вентилятора, согласно изобретению, внутри ячеек 5 содержит газообразную среду с избыточным давлением, в качестве конструктивного элемента, для придания жесткости оболочечным участкам, приспособленного для отстройки по резонансным частотам от пластинчатых форм колебаний оболочечных участков профиля лопатки. Избыточное давление имеет величину, увеличивающую жесткость оболочечных участков, приводящую к увеличению разности частот между частотой собственных колебаний оболочечных участков пера лопатки (некорневой части) и частотой воздействия внешних источников возмущений. Избыточное давление может создаваться во всех ячейках 5 наддувом газа в полость оболочки лопатки. В качестве газа целесообразно использовать воздух. Однако возможно использование иного газа. Конструктивные элементы жесткости 4 снабжены отверстиями 6, соединяющими полости ячеек для выравнивания давления. Оболочка 1 выполнена герметичной.The hollow fan blade, according to the invention, inside the cells 5 contains a gaseous medium with excess pressure, as a structural element, to give rigidity to the shell sections, adapted for tuning out the resonant frequencies from the plate forms of vibration of the shell sections of the blade profile. Overpressure has a value that increases the rigidity of the shell sections, leading to an increase in the frequency difference between the frequency of the natural oscillations of the shell sections of the feather blade (non-root part) and the frequency of exposure to external disturbance sources. Excessive pressure can be created in all cells 5 by pressurizing the gas into the cavity of the shell of the scapula. It is advisable to use air as a gas. However, it is possible to use a different gas. The structural elements of rigidity 4 are provided with holes 6 connecting the cavity of the cells to equalize the pressure. The shell 1 is sealed.

Возможен вариант полой лопатки с наддувом отдельных ячеек 5 для отстройки от резонанса определенных участков профиля полой лопатки, например одной ячейки. Полость этой ячейки выполнена герметичной.A variant of a hollow blade with supercharging of individual cells 5 is possible for detuning from resonance certain sections of the profile of a hollow blade, for example, one cell. The cavity of this cell is sealed.

Форма и количество элементов жесткости в полости лопатки определяется расчетом или экспериментально исходя из необходимости обеспечения статической и динамической прочности.The shape and number of stiffeners in the cavity of the scapula is determined by calculation or experimentally based on the need to ensure static and dynamic strength.

При этом обеспечение динамической прочности, согласно изобретению, заключается как в отстройке от резонансов с внешними источниками возбуждения пера лопатки при его колебаниях по изгибным и крутильным формам, так и оболочечных участков наружных поверхностей профильной части от резонансов по пластинчатым формам колебаний.Moreover, the provision of dynamic strength, according to the invention, consists in both detuning from resonances with external sources of excitation of the blade pen during its vibrations in bending and torsional forms, as well as shell sections of the outer surfaces of the profile part from resonances in plate-shaped modes of vibration.

Моделированием установлено, что создание избыточного давления газа внутри оболочки лопатки изменяет местную жесткость и, соответственно, частоту колебаний оболочечных участков. Под действием избыточного давления в наружных оболочечных поверхностях возникают напряжения растяжения, приводящие к росту изгибной жесткости оболочки, а следовательно, изменению ее частоты собственных колебаний (подобно струне).The simulation found that the creation of excess gas pressure inside the shell of the blade changes the local stiffness and, accordingly, the frequency of vibrations of the shell sections. Under the action of excess pressure in the outer shell surfaces, tensile stresses arise, leading to an increase in the bending stiffness of the shell and, consequently, to a change in its frequency of natural vibrations (like a string).

Величина избыточного давления может быть подобрана на основе расчета собственных частот колебаний пустотелой лопатки с заданным внутри нее давлением, например, методом конечных элементов (Зенкевич О. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1975, с.542) и построения резонансной диаграммы (Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1969, с.543), показывающей наличие резонансов собственных частот колебаний наружных оболочечных участков поверхностей лопатки с внешними источниками возбуждения колебаний. При этом избыточное давление выбирают так, что оно имеет величину, увеличивающую жесткость лопатки и приводящую к увеличению разности частот между частотой собственных колебаний оболочечных участков пера лопатки и частотой воздействия внешних источников возмущений.The magnitude of the excess pressure can be selected based on the calculation of the natural vibration frequencies of the hollow blade with a pressure set inside it, for example, the finite element method (Zenkevich O. Application of the finite element method. M .: Mir, 1975, p. 542) and constructing a resonance diagram ( Skubachevsky, G.S., Aircraft Gas Turbine Engines, Design and Calculation of Parts, Moscow: Mashinostroenie, 1969, p. 543), showing the presence of resonances of natural frequencies of oscillations of the outer shell sections of the surfaces of the blades with external sources ozbuzhdeniya oscillations. In this case, the overpressure is chosen so that it has a value that increases the stiffness of the blade and leads to an increase in the frequency difference between the frequency of natural vibrations of the shell sections of the feather of the blade and the frequency of exposure to external disturbance sources.

Отстройка от резонансов по пластинчатым формам колебаний путем создания избыточного давления внутри оболочки лопатки обеспечивает меньшую массу лопатки за счет отказа установки для такой отстройки дополнительных конструктивных элементов жесткости (ребер жесткости и т.п.).The detuning from resonances in the plate modes of oscillation by creating excess pressure inside the shell of the blade provides a smaller mass of the blade due to installation failure for such detuning of additional structural stiffeners (stiffeners, etc.).

Отсутствие избыточного давления внутри оболочки может являться диагностическим признаком появления дефекта в лопатке в процессе эксплуатации. При наличии давления внутри профилированной оболочки лопатка будет иметь определенный набор частот колебаний, характерных для ее конструкции и величины внутреннего давления. Изменение частотного диапазона будет свидетельствовать о падении давления из-за появления сквозного дефекта в профиле, способного по мере его роста привести к разрушению лопатки в эксплуатации.The absence of excess pressure inside the shell can be a diagnostic sign of the appearance of a defect in the blade during operation. If there is pressure inside the profiled shell, the blade will have a certain set of oscillation frequencies characteristic of its design and internal pressure. A change in the frequency range will indicate a drop in pressure due to the appearance of a through defect in the profile, which, as it grows, can lead to destruction of the blade in operation.

В качестве примера на фиг.2 представлена зависимость частот собственных колебаний полой лопатки компрессора авиационного газотурбинного двигателя по одной изгибной и двум пластинчатым формам колебаний в зависимости от величины избыточного давления внутри профиля.As an example, figure 2 presents the dependence of the frequencies of natural oscillations of the hollow blades of the compressor of an aircraft gas turbine engine in one bending and two plate modes of vibration, depending on the magnitude of the excess pressure inside the profile.

На фиг.2 справа графически представлены виды этих форм колебаний пера полой лопатки, где цифрой 7 обозначена изгибная форма, а цифрами 8 и 9 - виды первой и второй пластинчатых форм колебаний соответственно.Figure 2 on the right graphically presents the types of these modes of vibration of the pen of the hollow blade, where the number 7 denotes the bending shape, and the numbers 8 and 9 are the types of the first and second lamellar modes of vibration, respectively.

Линия 10 показывает зависимость от избыточного давления в полости лопатки частоты собственных колебаний пера полой лопатки по изгибной форме, линия 11 и линия 12 соответственно - зависимость от избыточного давления в полости лопатки частоты собственных колебаний наружных оболочечных участков поверхностей пера полой лопатки по первой и второй пластинчатым формам колебаний соответственно.Line 10 shows the dependence on the overpressure in the cavity of the scapula of the frequency of natural vibrations of the pen of the hollow scapula in bending form, line 11 and line 12, respectively, the dependence on the excess pressure in the cavity of the scapula of the frequency of natural vibrations of the outer shell sections of the surfaces of the pen of the hollow scapula according to the first and second plate forms fluctuations respectively.

Из фиг.2 следует, что при отсутствии сколько-нибудь значимого влияния избыточного давления на изгибную частоту колебаний возможно эффективное изменение собственной частоты колебаний оболочечных участков поверхностей пера при их колебаниях по пластинчатым формам за счет изменения величины давления.From figure 2 it follows that in the absence of any significant effect of excess pressure on the bending vibration frequency, it is possible to effectively change the natural frequency of vibrations of the shell sections of the surfaces of the pen when they fluctuate in plate forms due to changes in pressure.

На фиг.3 показана резонансная диаграмма полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя летательного аппарата, согласно изобретению, где МГ - частота вращения вентилятора, соответствующая малому газу, Кр - частота вращения вентилятора, соответствующая крейсерскому режиму, Мах - частота вращения вентилятора, соответствующая максимальному режиму.Figure 3 shows the resonance diagram of a hollow fan blade of a gas turbine engine of an aircraft according to the invention, where MG is the fan speed corresponding to low gas, Kp is the fan speed corresponding to the cruising mode, Max is the fan speed corresponding to the maximum mode.

Частоты собственных колебаний оболочечных участков аэродинамически профилированной оболочки пера полой лопатки вентилятора при отсутствии внутри избыточного давления по изгибной и первой и второй пластинчатым формам представлены на фиг.3 сплошными линиями и соответственно обозначены цифрами 13, 14, 15. Под действием внешнего источника возмущения с гармоникой внешнего возбуждения 16 возникает резонанс 17 на частоте вращения вентилятора вблизи крейсерского режима работы двигателя с частотой колебаний пера по первой пластинчатой форме и на частоте вращения вентилятора вблизи максимального режима работы с частотой колебаний пера по второй пластинчатой форме 18. Наличие резонансов на указанных режимах недопустимо из-за того, что длительная работа на них может привести к усталостному разрушению лопатки.The natural frequencies of the shell sections of the aerodynamically shaped shell of a feather of a hollow fan blade in the absence of excess pressure inside the bending and first and second plate forms are shown in Fig. 3 by solid lines and are respectively indicated by numbers 13, 14, 15. Under the influence of an external disturbance source with external harmonic excitation 16 there is a resonance 17 at the fan speed near the cruising mode of operation of the engine with the oscillation frequency of the pen in the first plate form and Fan speed close to the maximum operating mode with a frequency of oscillation of the pen on the second plate 18. The presence of the shape resonances on said modes unacceptable due to the fact that continuous operation they may lead to fatigue failure of the blade.

Увеличение жесткости оболочечных участков лопатки путем создания избыточного давления газообразной среды внутри оболочки лопатки 0,6 кг/см поднимает собственные частоты колебаний пера лопатки по каждой из представленных на чертеже пластинчатых форм колебаний до значений собственных частот представленных на фиг.3 пунктирными линиями, обозначенными цифрами 19, 20.An increase in the rigidity of the shell sections of the blade by creating an excess pressure of the gaseous medium inside the shell of the blade 0.6 kg / cm raises the natural frequencies of the feather of the blade along each of the plate forms of vibration shown in the drawing to the natural frequencies shown in figure 3 by dashed lines indicated by 19 , twenty.

В результате чего резонанс 17 с частотой колебаний пера по первой пластинчатой форме смещается от крейсерского режима на проходные режимы 21 работы двигателя, а резонанс 18 с частотой колебаний пера по второй пластинчатой форме вообще исключают из рабочего диапазона.As a result, the resonance 17 with the pen oscillation frequency in the first plate form is shifted from the cruising mode to the engine through-pass modes 21, and the resonance 18 with the pen oscillation frequency in the second plate form is generally excluded from the operating range.

Эффекта увеличения жесткости оболочечных участков поверхностей пера и отстройки от резонансов можно было бы достичь при помощи постановки двух продольных ребер жесткости. Однако постановка двух ребер в каждой лопатке приведет к возрастанию массы всех лопаток в колесе (24 шт.) на 1,5 кг. Учитывая, что лопатки располагаются на периферии диска компрессора, масса диска, необходимая для удержания сил инерции, развиваемых дополнительным весом лопаток, возрастет на 6 кг.The effect of increasing the rigidity of the shell sections of the surfaces of the pen and the detuning from resonances could be achieved by setting two longitudinal stiffeners. However, setting two ribs in each blade will increase the mass of all blades in the wheel (24 pcs.) By 1.5 kg. Given that the blades are located on the periphery of the compressor disk, the mass of the disk necessary to maintain the inertia forces developed by the additional weight of the blades will increase by 6 kg.

Claims (2)

1. Полая лопатка вентилятора, содержащая аэродинамически профилированную герметичную оболочку и конструктивные элементы, размещенные внутри оболочки, выполненные в виде ребер, создающих, по меньшей мере, две сообщающиеся ячейки, содержащих газообразную среду с избыточным давлением внутри ячеек в качестве конструктивного элемента для придания жесткости и отстройки по резонансным частотам от пластинчатых форм колебаний оболочечных участков внешних листов лопатки.1. A hollow fan blade containing an aerodynamically shaped airtight shell and structural elements placed inside the shell, made in the form of ribs, creating at least two communicating cells containing a gaseous medium with excess pressure inside the cells as a structural element for stiffening and detuning at resonance frequencies from plate forms of vibration of shell sections of the outer sheets of the scapula. 2. Полая лопатка вентилятора по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна ячейка полости оболочки выполнена герметичной. 2. The hollow fan blade according to claim 1, characterized in that at least one cell of the shell cavity is sealed.
RU2008142176/06A 2008-10-24 2008-10-24 Fan hollow blade RU2382911C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142176/06A RU2382911C1 (en) 2008-10-24 2008-10-24 Fan hollow blade

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142176/06A RU2382911C1 (en) 2008-10-24 2008-10-24 Fan hollow blade

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2382911C1 true RU2382911C1 (en) 2010-02-27

Family

ID=42127873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008142176/06A RU2382911C1 (en) 2008-10-24 2008-10-24 Fan hollow blade

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2382911C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485355C1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Working blade of fan
CN104968894A (en) * 2013-02-05 2015-10-07 西门子公司 Method for detuning a rotor-blade cascade
RU2622682C1 (en) * 2016-05-18 2017-06-19 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Hollow wide-chord blade of the fan and method of its manufacture
RU2626523C1 (en) * 2016-06-08 2017-07-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture
RU2665789C2 (en) * 2016-10-19 2018-09-04 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Rotor of aircraft gas-turbine engine compressor with twin of blisks and twin of blisk with classic impeller and with twin of classic impeller with impeller with fourth-to-sixth stage with devices for damping vibrations of workers of these clips and impellers, fan rotor and booster rotor with device for damping of vibrations of working wide chord blades of fan, twin assembly method with damper device
RU2718381C1 (en) * 2017-02-08 2020-04-02 АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН Fan blade

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485355C1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Working blade of fan
CN104968894A (en) * 2013-02-05 2015-10-07 西门子公司 Method for detuning a rotor-blade cascade
CN104968894B (en) * 2013-02-05 2016-11-09 西门子公司 For the method detuning work leaf grating
US9835034B2 (en) 2013-02-05 2017-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Method for detuning a rotor-blade cascade
RU2622682C1 (en) * 2016-05-18 2017-06-19 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Hollow wide-chord blade of the fan and method of its manufacture
RU2626523C1 (en) * 2016-06-08 2017-07-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture
RU2665789C2 (en) * 2016-10-19 2018-09-04 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Rotor of aircraft gas-turbine engine compressor with twin of blisks and twin of blisk with classic impeller and with twin of classic impeller with impeller with fourth-to-sixth stage with devices for damping vibrations of workers of these clips and impellers, fan rotor and booster rotor with device for damping of vibrations of working wide chord blades of fan, twin assembly method with damper device
RU2718381C1 (en) * 2017-02-08 2020-04-02 АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН Fan blade

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2382911C1 (en) Fan hollow blade
EP2539602B1 (en) Vibration damping structures and corresponding manufacturing method
EP3029270B1 (en) Engine airfoils and methods for reducing airfoil flutter
US6033186A (en) Frequency tuned hybrid blade
US5947688A (en) Frequency tuned hybrid blade
US7766625B2 (en) Methods and apparatus for reducing stress in turbine buckets
US20130264757A1 (en) Vibration damping
US7296977B2 (en) Damping material, damping arrangement and method for designing a damping arrangement
EP2568116A2 (en) An aerofoil assembly in a gas turbine
JPH11287197A (en) Panel damping hybrid blade
JP2007270839A (en) Turbine blade for mechanically holding nonmetallic filler in cavity part
EP0924380A2 (en) Striated turbomachine blade
US8882469B2 (en) Structural element for an aircraft or spacecraft and method for producing such a structural element
Srivastava et al. Dynamical analysis of stiffened plates under patch loading
CN111159950A (en) Acoustic-solid coupling-based composite propeller prestress wet mode prediction method
KR101396290B1 (en) Blade of propeller for turboprop aircraft
GB2415468A (en) Engine mount with stiffening means
US8926289B2 (en) Blade pocket design
Försching Aeroelastic stability of cascades in turbomachinery
Aniekan et al. Modal analysis of horizontal axis wind turbine rotor blade with distinct configurations under aerodynamic loading cycle
Jie et al. Applications of structural efficiency assessment method on structural-mechanical characteristics integrated design in aero-engines
Vedeneev et al. Numerical analysis of compressor blade flutter in modern gas turbine engines
Ward Aeromechanical Behavior of Twist-morphing, Highspeed, Slowed RPM Rotors
US12006841B2 (en) Hybridization of the fibers of the fibrous reinforcement of a fan blade with elastic fibers
Ghalandari et al. Aeromechanical optimization of first row compressor test stand blades

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121025