RU2622682C1 - Hollow wide-chord blade of the fan and method of its manufacture - Google Patents

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: proposed hollow wide-chord fan blade, consisting of a shell made of a sheet of a titanium alloy, and rigidly connected with it the power carrier elements: one made of a titanium alloy, and others, made of unidirectional fiber metal matrix material of high composite modulus. Wherein n+1 force bearing elements are made in the form of "swallowtail" locks and are placed between the other n power of bearing elements and the edges of the blade lock, n-1 power of carrier elements, made of composite material, have a locking portion formed as a "swallowtail", and disposed within the shell portion in the form of a rod with a constant or gradually narrows towards the end of the blade quadrangular cross-section, with the sides, in contact with, repeating its shape shell. All the bearing elements are fixed to each other by the lock parts by means of diffusion welding at the temperature and pressure, and parts located inside the shell - are connected with the shell. Power bearing element of a titanium alloy has a U-shape in a side view of a blade formed by the crossbar and the uprights, with a locking part formed in the shape and size of "swallowtail" of blade lock. The damper is fixed in its cavity between racks. Between the end of the damper bar and the actuator, there is a configured gap selected at the maximum operating temperature. Between the bearing surfaces and damper struts with interference red-hot steel, polished smooth tapes are installed. The damper is designed as a multilayer multispan girder collected from m≥10 polished red-hot steel belts, assembled in layout m=m₁+2m₂+2m₃+2: in the center of the package is installed m₁=1, 2, and smoother tapes, they both sides "to the top of the corrugation peak of the corrugation" package has two raised "corrugations in corrugated" of m₂=1, 2 or more corrugated strips, on which are mounted packages from m₃=1, 2, and smoother tapes, mounted outside the package are smooth belts, one on each side of the package, with a thickness h_n=(k/2)⋅h, where k=2÷10 and h - the thickness of the inner damper tapes measured in mm. These tapes with a pitch equal to two steps flutes, which are symmetrical to the longitudinal axis of the belt are made rectangular protrusions, wherein the protrusions of one ribbon are shifted to step corrugations relative protrusions of another outer band and the middle of the projections are arranged in sections where the vertices of the corrugations are located, resting on the smooth belts packets packages installed outside the corrugated strips. In the assembled damper corrugations fully extended elastically by bending protrusions on the smooth exterior tape portion and lugs bent to the outer tape support surfaces and they are dampers themselves. The locking parts of power racks and the carrier element in the package is a hole into which the pin is press-fitted. Friction surfaces of the packet and smooth steel belts, on which it relies, are covered with wear-resistant coating. The very wide-hollow blade is manufactured according to the below-offered method. A method of manufacturing a hollow of wide fan blade, consisting in the fact that a sheet of titanium alloy made shell hollow of wide blades the desired shape of the fan and sizes, obtained power carrier elements: n+1 power carrier element constructed as a castle "swallowtail" blade and n-1 power carrying member having a locking part formed as a "swallowtail" blade, and a portion in the form of a rod with a constant or gradually narrowing the end rectangular transverse blade nym section preformed monolayers of metal matrix material of high composite modulus - boron fibers in an aluminium matrix, or boron fibers coated with silicon carbide in an aluminium matrix, carbon fibers in an aluminium matrix, or fibers of silicon carbide in a titanium matrix. They are exposed to stage thermal-processing, with a gradual increase in its exposure to the material. Moreover, preferably in the first stage, the impact of thermal-processing is 40-70%, in the second step the degree of thermal deformation effects processing with simultaneous shaping to the desired bearing elements geometric shape is 60-90% and the final processing of thermal deformation of these elements carrying up to 100% in the composition is carried fully assembled workpiece while pressing and diffusion welding of the blade. Another force supporting element is produced from the titanium alloy, and it has a U-shape in the side of the blade formed by the crossbar and the uprights, with a locking part formed in the shape and size of "swallowtail" blade lock. The red-hot steel damper is collected from polished coated tapes of wear-resistant coating, in the arrangement of m=m₁+2m₂+2m₃+2, it is compressed to the full package resilient straightening of the corrugations, while bending back the outer band of each protrusions packet to the other outer band package. The package is ground over the projections. The bearing elements are placed in a shell in a manner and at a distance from each other in accordance with reinforcement diagram is inserted into the cavity of the force bearing element made of titanium alloy without a gap technological insert of refractory material and set the strength element with an insert into the shell at its place in the blade. The so formed workpiece is stack into the die, which repeats the profile of the blade size. As part of the assembled block, the final stage of thermal-processing carrier elements is operated, while pressing and diffusion bonding of the blade at a predetermined temperature and pressure. After removing the die blade from the carrier and insert from the actuator, and while the blade is not cooled, roasted ground smooth belts are inserted to the cavity and damper force bearing element. Moreover, the desired amount of interference on the bearing surfaces of the damper provides the selection of the thickness of the smooth belts.

EFFECT: high strength and static stiffness of huge light hollow of wide blades GTD fan conserved or accruing in the course of a work cycle, with a highly damping device capable not only to reduce the dynamic stress in the blade during impact and vibrations to a safe level, but also to improve the resource and reliability of GTD fan.

2 cl, 6 dwg

Description

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к пустотелым широкохордным лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций и способам изготовления пустотелых широкохордных лопаток вентиляторов.The group of inventions relates to the field of engineering, namely to hollow wide-chord fan blades with a damper for damping vibrations and methods for manufacturing hollow wide-chord fan blades.

Повышение надежности путем предупреждения усталостных повреждений рабочих лопаток является актуальной задачей современного авиадвигателестроения. Возникновение этих повреждений во многом определяется уровнем вибрационных напряжений в лопатках во всем диапазоне режимов эксплуатации двигателя. Одним из важнейших факторов, снижающих уровень этих напряжений, является демпфирующая способность лопаток, которая определяется энергией, рассеянной в обтекающем газовом потоке (аэродемпфирование), в материале и за счет конструкционного демпфирования в замковом соединении и в контакте бандажных или антивибрационных полок для ступеней с этими полками.Improving reliability by preventing fatigue damage to rotor blades is an urgent task of modern aircraft engine manufacturing. The occurrence of these damage is largely determined by the level of vibrational stresses in the blades in the entire range of engine operating modes. One of the most important factors reducing the level of these stresses is the damping ability of the blades, which is determined by the energy dissipated in the flowing gas stream (air damping), in the material and due to structural damping in the castle connection and in contact of the retaining or anti-vibration shelves for steps with these shelves .

Вентиляторы современных авиационных газотурбинных двигателей выполняются с широкохордными титановыми рабочими лопатками без антивибрационных полок, часто имеют пустотелую конструкцию пера лопатки. Конструкционное демпфирование (в замке лопатки) и демпфирование в материале этих лопаток мало, а аэродинамическое демпфирование резко падает на нерасчетных режимах (см. Б.Ф. Шорр, Г.В. Мельникова, Н.Н. Серебряков. Разработка технологий демпфирования колебаний рабочих лопаток турбин ТВД. ТО №13496, 2009).Fans of modern aviation gas turbine engines are made with wide-chord titanium working blades without anti-vibration shelves, often have a hollow blade design of the blade. Structural damping (in the blade lock) and damping in the material of these blades are small, and aerodynamic damping drops sharply in off-design modes (see BF Shorr, GV Melnikova, NN Serebryakov. Development of technologies for damping vibrations of working blades turbines TVD. TO No. 13496, 2009).

Поэтому для предотвращения опасных резонансных колебаний лопаток применяют специальные демпфирующие устройства. В абсолютном большинстве известных случаев это устройства конструкционного демпфирования, у которых энергия рассеивается за счет работы сил сухого (кулонова) трения между контактирующими поверхностями при их взаимном упругом проскальзывании в процессе колебаний.Therefore, to prevent dangerous resonant vibrations of the blades, special damping devices are used. In the vast majority of known cases, these are structural damping devices in which the energy is dissipated due to the work of the forces of dry (Coulomb) friction between the contacting surfaces during their mutual elastic slippage during oscillations.

Выбор этого вида демпфирования выбран потому, что его использование позволяет создавать специальные демпфирующие устройства, обеспечивающие оптимальный уровень демпфирования рабочих лопаток турбомашин при конструктивных параметрах демпфирующих устройств. Под конструктивными параметрами здесь понимаются параметры, несущественно (допустимо) ухудшающие габаритные, массовые, технологические, конструктивные характеристики рабочих колес турбомашины и при этом улучшающие эксплуатационные характеристики этих колес и турбомашины в целом. Выбор в пользу этого вида демпфирования сделан уже в самых ранних разработках этих устройств.The choice of this type of damping was chosen because its use allows you to create special damping devices that provide an optimal level of damping of the blades of turbomachines with the design parameters of damping devices. Here, by design parameters are meant parameters that insignificantly (allowable) degrade the overall, mass, technological, design characteristics of the impellers of the turbomachine and at the same time improve the operational characteristics of these wheels and the turbomachine as a whole. The choice in favor of this type of damping was made already in the earliest developments of these devices.

Так известен демпфер сухого трения для бандажированных лопаток турбин (см. а.с. СССР 128868. Демпфер сухого трения для изменения собственной частоты колебаний бандажированных рабочих лопаток турбин / В.С. Осадченко. - Опубл. 1960. Бюл. №11), отличающийся тем, что с целью улучшения демпфирующих свойств и одновременного использования демпфера в качестве компенсации зазоров между образующими бандаж полками лопаток, он выполнен в виде самозаклинивающегося под действием центробежных сил промежуточного тела, размещенного в указанных зазорах.So known dry friction damper for bandaged turbine blades (see AS USSR 128868. Dry friction damper for changing the natural frequency of vibrations of bandaged turbine blades / VS Osadchenko. - Publ. 1960. Bull. No. 11), characterized the fact that in order to improve the damping properties and at the same time use the damper as compensation for the gaps between the shelves of the blades forming the bandage, it is made in the form of an intermediate body self-jamming under the action of centrifugal forces, placed in these gaps.

Уже в этом изобретении содержится одна важная и полезная идея, используемая в других значительно более поздних изобретениях, - создание сил сухого трения на контактных поверхностях демпфера и демпфируемого объекта за счет воздействия центробежных сил, созданных демпфером.This invention already contains one important and useful idea used in other much later inventions - the creation of dry friction forces on the contact surfaces of a damper and a damped object due to the action of centrifugal forces created by the damper.

Так, известен патент США №5205713, 27.04.1993, в котором предложен фрикционный демпфер, выполненный в виде вставки, которая устанавливается под трактовыми полками соседних лопаток и прижимается к ним под действием собственных центробежных сил.So, there is a known US patent No. 5205713, 04/27/1993, which proposed a friction damper made in the form of an insert, which is installed under the path shelves of adjacent blades and pressed to them under the action of its own centrifugal forces.

По нашему мнению, это предложение принципиально ничем не отличается от предложения Осадченко (а.с. СССР 128868).In our opinion, this proposal is fundamentally no different from the proposal of Osadchenko (USSR AS 128868).

Однако в широкохордных лопатках современных авиационных газотурбинных двигателей (особенно у полых лопаток, изготовляемых по специальным технологиям) трактовые полки отсутствуют, что делает невозможным применение демпфирующих устройств (а.с. СССР 128868, патент США №5205713) для гашения колебаний этих лопаток.However, in the broad-chord blades of modern aircraft gas turbine engines (especially hollow blades manufactured by special technologies), path shelves are absent, which makes it impossible to use damping devices (AS USSR 128868, US patent No. 5205713) for damping the vibrations of these blades.

Известен также ротор турбомашины (см. а.с. 333277. Ротор турбомашины / Н.С. Кондратов, П.Д. Вильнер, И.Д. Эскин. - Заявлено 12.11.1966. Опубл. 23.03.1972. Бюл. №11), содержащий диск с лопатками, имеющими демпфирующее устройство в виде пакета металлических пластин, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности демпфирования лопаток они выполнены с разрезными хвостовиками, в разрез которых вставлены металлические пластины с натягом, созданным за счет упругой деформации (выпрямления) предварительно изогнутых металлических пластин, а в замок лопатки под различными углами запрессованы штифты.Also known is the rotor of a turbomachine (see AS 333277. The rotor of a turbomachine / N. S. Kondratov, P. D. Vilner, I. D. Eskin. - Declared 12.11.1966. Publish. 03.23.1972. Bull. No. 11 ) containing a disk with blades having a damping device in the form of a package of metal plates, characterized in that, in order to increase the damping efficiency of the blades, they are made with split shanks, into the section of which are inserted metal plates with an interference fit created previously by elastic deformation (straightening) curved metal plates and in the paddle lock under azlichnymi angles press pins.

Оригинальность этого предложения состоит в том, что упругодемпфирующий элемент располагается внутри ножки лопатки и в качестве такого элемента использован многослойный пакет стальных пластин, сжатый распределенной нагрузкой, полученной за счет больших упругих деформаций пакета при установке его в ножку. В случае когда жесткость на изгиб стороны ножки будет одного порядка, что и жесткость на изгиб одной пластины, при числе пластин m≥10 в пакете максимальное значение коэффициента рассеивания пакета может достигать очень высоких значений Ψ_max≈4÷5 (см. Эскин И.Д. Исследование обобщенных упругофрикционных характеристик демпферов и амортизаторов авиационных двигателей: дис. … канд. тех. наук / И.Д. Эскин. - Куйбышев: КуАИ, 1973. - 150 с.), т.е. эти устройства при должном подборе его параметров способно обеспечить высокий коэффициент рассеивания системе «диск - лопатки» на наиболее опасных низких формах ее колебаний и, следовательно, эффективное гашение этих колебаний лопаток.The originality of this proposal lies in the fact that the elastic-damping element is located inside the blade legs and a multilayer package of steel plates compressed by a distributed load obtained due to large elastic deformations of the package when it is installed in the foot is used as such an element. In the case when the bending stiffness of the side of the leg is of the same order as the bending stiffness of one plate, with the number of plates m≥10 in the packet, the maximum value of the dispersion coefficient of the packet can reach very high values Ψ _max ≈4 ÷ 5 (see Eskin I. D. Research of the generalized elastic-frictional characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: diss. ... Ph.D. in technical sciences / I.D. Eskin. - Kuibyshev: KuAI, 1973. - 150 p.), I.e. these devices, with proper selection of its parameters, can provide a high dispersion coefficient for the disk-blade system at the most dangerous low forms of its vibrations and, therefore, effectively damp these vibrations of the blades.

Поэтому рассмотрим его недостатки с точки зрения возможного его использования для демпфирования колебаний рабочих широкохордных, пустотелых, титановых лопаток вентилятора авиационного двухконтурного газотурбинного двигателя.Therefore, we consider its shortcomings from the point of view of its possible use for damping oscillations of working broad-chord, hollow, titanium fan blades of an aircraft dual-circuit gas turbine engine.

Демпфирующее устройство по а.с. 333277 при постановке его в ножку титановой рабочей лопатки вентилятора будет недопустимо ее изнашивать при колебаниях лопатки (см. ниже).A. damping device 333277 when placing it in the leg of a titanium fan blade, it will not be acceptable to wear it when the blade vibrates (see below).

Ширина этого устройства равна ширине ножки лопатки (ширине лопатки), что неприемлемо для широкохордных лопаток.The width of this device is equal to the width of the legs of the scapula (width of the scapula), which is unacceptable for wide-chordate blades.

Сдавливающая нагрузка между пластинами пакета для получения требуемых демпфирующих характеристик устройства должна быть большой (по крайней мере, должна быть одного порядка с рабочей нагрузкой, действующей на лопатку) и воздействует на стенки ножки, что снижает прочностные характеристики лопатки.The compressive load between the plates of the package to obtain the required damping characteristics of the device must be large (at least it must be of the same order as the working load acting on the blade) and acts on the walls of the legs, which reduces the strength characteristics of the blade.

Геометрия изогнутых пластин этого демпфирующего устройства, создающих сдавливающую нагрузку между его пластинами, и компоновка пакета (см. фиг. 1а.с. 333277) не обеспечит высокие демпфирующие свойства лопатке и требуемую оптимальную настройку демпфирующего устройства при использовании его в широкохордной пустотелой лопатке большой длины (например, 0,7÷1,0 м) и не имеющей ножки.The geometry of the bent plates of this damping device, creating a compressive load between its plates, and the layout of the package (see Fig. 1a.s 333277) will not provide high damping properties of the blade and the required optimal adjustment of the damping device when used in a wide-chord hollow blade of large length ( e.g. 0.7 ÷ 1.0 m) and without legs.

Известно демпфирующее устройство (патент США №5205714, 27.04.1993), действие которого основано на рассеянии энергии колебаний лопатки за счет работы сил сухого трения, возникающих при контакте малоподвижного элемента демпфирующего устройства с участком тела колеблющейся лопатки, расположенным внутри ее ножки или в области замкового соединения. Для создания контактного давления используются пружины или другие упругие элементы.A damping device is known (US patent No. 5205714, 04/27/1993), the action of which is based on the dispersion of the energy of the vibrations of the scapula due to the work of the dry friction forces arising from the contact of a sedentary element of the damping device with a part of the body of the vibrating scapula located inside its legs or in the area of the castle connections. To create contact pressure, springs or other elastic elements are used.

Заметим, что при одном и том же контактном давлении демпфирующее устройство по а.с. СССР 333277 будет рассеивать в разы большую энергию, чем демпфирующее устройство по патенту США №5205714, за счет в разы большего суммарного взаимного проскальзывания контактирующих поверхностей.Note that at the same contact pressure, a damping device in accordance with a.s. The USSR 333277 will dissipate at times greater energy than the damping device according to US Pat. No. 5,205,714, due to the significantly greater total mutual slippage of the contacting surfaces.

Известно также демпфирующее устройство (патент США №6283707, 04.09.2001), использующие для создания контактного давления центробежную силу инерции от вращения рабочего колеса элементов конструкции, размещенных внутри пера или замка лопатки, через упругие элементы.A damping device is also known (US Pat. No. 6,283,707, 09/04/2001), using centrifugal inertia from the rotation of the impeller of structural members placed inside the pen or paddle blade to create contact pressure through elastic elements.

Числа оборотов вентиляторов двухконтурных авиационных двигателей лежат в диапазоне n=3000÷8300 об/мин (причем нижние значения этих оборотов характерны для гражданских двигателей с большой степенью двухконтурности, а верхние для военных). Масса элемента, размещенного в замке или пере лопатки, невелика и едва ли в большинстве практических случаев превысит 50÷100 г. Поэтому величина создаваемой таким элементом центробежной силы в указанном диапазоне оборотов во многих практических случаях может оказаться недостаточной для создания такой настройки демпфера, которая бы эффективно гасила колебания лопатки.The fan speeds of dual-circuit aircraft engines lie in the range n = 3000 ÷ 8300 rpm (the lower values of these speeds are typical for civil engines with a large degree of double-circuit, and the upper ones for military). The mass of the element located in the lock or the blade of the blade is small and will hardly exceed 50 ÷ 100 g in most practical cases. Therefore, the magnitude of the centrifugal force generated by such an element in the indicated speed range may in many practical cases be insufficient to create such a damper setting that would effectively damped the vibrations of the scapula.

Известно также устройство демпфирования широкохордых рабочих лопаток вентилятора (см. патент №2461717 РФ, МПК F01D 5/26, F01D 25/06. Устройство демпфирования колебаний широкохордых лопаток вентиляторов с большой конусностью втулки и вентилятор газотурбинного двигателя / Б.Ф. Шорр, Н.Н. Серебряков, М.А. Морозов. - http://www.findpatent.ru/patent/246/2461717/html), расположенное между рабочим колесом и бустером подпорных ступеней вентилятора, содержит кольцеобразную металлическую пластину, крепящуюся снаружи к диску вентилятора и/или к бустеру, и изогнутые профилированные элементы. Элементы выступают соответственно каждой рабочей лопатке над кольцеобразной пластиной по ее внешнему диаметру. Каждый из элементов включает упругую часть и фрикционную часть, отогнутую от упругой и загнутую в направлении внутреннего диаметра кольцеобразной металлической пластины. Элементы выполнены с возможностью прижатия фрикционной части к ответной торцовой поверхности ножки лопатки центробежной силой вентилятора без совершения совместных колебаний для создания силы трения, демпфирующей колебания лопатки. Жесткость крепления элемента к диску вентилятора и/или к бустеру не допускает совместных колебаний устройства и ножки лопатки. Достигается повышение надежности демпфирования колебаний широкохордых лопаток вентилятора с большой конусностью втулки за счет создания силы трения при перемещениях фрикционного элемента устройства и наружной поверхности торца ножки лопатки.A device for damping wide-chord blades of a fan is also known (see RF patent No. 2461717, IPC F01D 5/26, F01D 25/06. A device for damping oscillations of wide-chord fan blades with a large taper of the sleeve and a fan of a gas turbine engine / B.F. Shorr, N. N. Serebryakov, MA Morozov. - http://www.findpatent.ru/patent/246/2461717/html), located between the impeller and the booster of the fan retaining stages, contains an annular metal plate mounted on the outside to the fan disk and / or to the booster, and curved profiled e ementy. Elements protrude respectively to each working blade above the annular plate in its outer diameter. Each of the elements includes an elastic part and a friction part, bent from the elastic and bent in the direction of the inner diameter of the annular metal plate. The elements are made with the possibility of pressing the friction part to the mating end surface of the blade legs by centrifugal fan force without performing joint vibrations to create a friction force damping the blade vibrations. The rigidity of fastening the element to the fan disk and / or to the booster does not allow joint vibrations of the device and the blade legs. EFFECT: increased reliability of damping of vibrations of wide-chord fan blades with large taper of the sleeve due to the creation of friction force during movements of the friction element of the device and the outer surface of the end face of the blade legs.

По нашему мнению, формулировка этой формулы изобретения содержит грубые неточности. Так, утверждение, что фрикционная часть прижимается к ответной торцовой поверхности ножки лопатки центробежной силой вентилятора, неточно, потому что неясно, какая это сила. Лопатки вентилятора создают центробежные силы, действующие на вентилятор, но, как ясно из анализа конструкции предложенного устройства, эти силы не создают сдавливающей нагрузки между фрикционной частью устройства и торцом ножки лопатки. Эта нагрузка в этом устройстве создается небольшой долей центробежной силы, создаваемой в основном массой отогнутой части фрикционного элемента (см. ниже). Термин «несовместные колебания», по нашему мнению, неудачен и неточен, так как при наличии ненулевых сил трения на контактных поверхностях на каждом размахе системы «лопатка - демпфирующее устройство» в начале каждого размаха будет этап, где элементы системы деформируются «совместно», как единое целое. Принципиально возможными являются и этапы деформации системы, на которых происходит постепенное расширение зоны взаимных упругих проскальзываний с сухим трением на контактных поверхностях элементов. Да и на этапе полного расслоения системы колебания ее элементов в строгом смысле не перестают быть совместными, так как и на этом этапе остаются справедливыми некоторые условия совместности деформации ее элементов.In our opinion, the wording of this claims contains gross inaccuracies. So, the statement that the friction part is pressed against the mating end surface of the blade leg by the centrifugal force of the fan is inaccurate because it is not clear what kind of force it is. The fan blades create centrifugal forces acting on the fan, but, as is clear from the analysis of the design of the proposed device, these forces do not create a compressive load between the friction part of the device and the end face of the blade legs. This load in this device is created by a small fraction of the centrifugal force created mainly by the mass of the bent part of the friction element (see below). The term “incompatible vibrations”, in our opinion, is unsuccessful and inaccurate, because if there are nonzero friction forces on the contact surfaces on each span of the “blade - damping device” system, at the beginning of each span there will be a stage where the elements of the system are deformed “jointly” as a single whole. The stages of deformation of the system are also fundamentally possible, during which a gradual expansion of the zone of mutual elastic slippage with dry friction occurs on the contact surfaces of the elements. And at the stage of complete stratification of the system, the vibrations of its elements in the strict sense do not cease to be joint, since at this stage some conditions for the compatibility of deformation of its elements remain valid.

Критикуя аналоги этого патента, его авторы утверждают: «В указанных технических решениях демпфирование осуществляется путем создания специальных устройств, помещаемых внутри пера или замка лопатки, создающих фрикционные силы между устройством и телом внутри пера лопатки. Однако в современных вентиляторах с полыми широкохордными лопатками невозможно применение устройства демпфирования этого типа из-за отсутствия тела пера лопатки».Criticizing the analogues of this patent, its authors state: “In the indicated technical solutions, damping is carried out by creating special devices placed inside the pen or padlock of the blade, creating frictional forces between the device and the body inside the pen of the blade. However, in modern fans with hollow wide-chordate blades, it is impossible to use a damping device of this type due to the absence of the body of the feather blade. "

Это утверждение принципиально неверно, так как современные лопатки вентиляторов имеют оболочку и элементы силового каркаса, размещенные внутри нее, и в пустотах внутри оболочки можно разместить демпферы, имеющие фрикционные контакты как внутри себя, так и с оболочкой и силовыми элементами.This statement is fundamentally wrong, since modern fan blades have a shell and power frame elements located inside it, and in the voids inside the shell you can place dampers having frictional contacts both inside themselves and with the shell and power elements.

Принципиально неверно и следующее утверждение этих авторов: «При использовании в качестве колеблющегося элемента демпфера внутренней поверхности лопатки точки контакта имеют незначительные относительные перемещения в плоскости поперечных колебаний лопатки, в силу чего такие устройства не позволяют обеспечить надежность демпфирования и, следовательно, предупреждение усталостных повреждений».The following statement by these authors is fundamentally incorrect: “When using the inner surface of the blade as a damper element of the damper, the contact points have insignificant relative displacements in the plane of the lateral vibrations of the blade, due to which such devices do not provide reliable damping and, therefore, the prevention of fatigue damage.”

Оболочки пустотелых лопаток вентиляторов достаточно тонки, и смещения соответственных точек, лежащих в одном поперечном сечении на наружной и внутренней поверхностях оболочки при деформации лопатки, не сильно отличаются друг от друга.The shells of the hollow fan blades are quite thin, and the displacements of the corresponding points lying in the same cross section on the outer and inner surfaces of the shell during deformation of the blade do not differ much from each other.

Кроме того, как указывалось выше, внутри лопатки может быть размещен демпфер, у которого суммарная величина взаимных проскальзываний с сухим трением на его контактных поверхностях будет в разы больше, чем величина аналогичного проскальзывания демпфера, контактирующего с внешней поверхностью лопатки (например, демпфера по патенту №2461717 РФ), и при одной и той же величине сдавливающей нагрузки, при той же форме и амплитуде колебаний лопатки, демпфер, размещенный внутри лопатки на каждом размахе колебаний будет рассеивать больше энергии, чем демпфер, рассеивающий энергию только за счет работы сил сухого трения на взаимных проскальзываниях его контактной поверхности относительно внешней поверхности лопатки и, следовательно, обеспечит более высокую надежность демпфирования.In addition, as indicated above, a damper can be placed inside the blade, in which the total value of mutual slippage with dry friction on its contact surfaces will be several times greater than the value of a similar slip of the damper in contact with the outer surface of the blade (for example, damper according to patent No. 2461717 RF), and with the same magnitude of the compressive load, with the same shape and amplitude of oscillation of the blade, the damper placed inside the blade on each swing of the oscillations will dissipate more energy than a damper that dissipates energy only due to the work of dry friction forces on the mutual slippage of its contact surface relative to the outer surface of the blade and, therefore, will provide higher damping reliability.

Кроме описанных выше смысловых неточностей демпфирующее устройство по патенту №2461717 РФ имеет ряд физических недостатков.In addition to the above semantic inaccuracies, the damping device of the RF patent No. 2461717 has a number of physical disadvantages.

Так, из текста его описания следует, что демпфирующее устройство применяется для гашения колебаний лопаток вентилятора, изготовленных из титана.So, from the text of his description it follows that the damping device is used to damp the vibrations of fan blades made of titanium.

Широко известно, что титан плохо работает на сухое трение. При сухом трении в паре «титан - металл», например в паре «титан - сталь», частицы титана вырываются из титанового элемента и налипают на стальной, происходит интенсивный износ титанового элемента.It is widely known that titanium does not work well on dry friction. During dry friction in a titanium-metal pair, for example in a titanium-steel pair, titanium particles break out of the titanium element and adhere to the steel, intense wear of the titanium element occurs.

В описании патента ничего не сказано о мерах, повышающих износостойкость титана.The patent description does not say anything about measures to increase the wear resistance of titanium.

Как известно, для этих целей наиболее широко применяется оксидирование титановых сплавов. Твердая окисная пленка исключает вырывание и налипание частиц титана и обеспечивает величину коэффициента трения скольжения в паре «титан - сталь» такую же, как в паре «сталь по стали».As is known, the oxidation of titanium alloys is most widely used for these purposes. A solid oxide film eliminates the tearing and sticking of titanium particles and provides the value of the sliding friction coefficient in the titanium-steel pair the same as in the steel-to-steel pair.

Оксидирование титановых сплавов оказалось достаточным для обеспечения изготовления из титановых сплавов различных резьбовых соединений и допускает, например, многократное перезатягивание гаек из титанового сплава. Но нам неизвестно, какой ресурс будет у титановой оксидированной лопатки (и, следовательно, авиадвигателя) при взаимодействии ее с демпфирующим устройством по патенту №2461717 РФ при 8000 циклах ее нагружения в минуту.Oxidation of titanium alloys was sufficient to ensure the manufacture of various threaded joints from titanium alloys and allows, for example, multiple retightening of titanium alloy nuts. But we do not know what resource a titanium oxidized blade (and, therefore, an aircraft engine) will have when it interacts with a damping device according to RF patent No. 2461717 at 8000 loading cycles per minute.

Деформация фрикционного элемента следит за деформацией лопатки в месте контакта (в том смысле, что величины центробежной силы, действующей на фрикционный элемент, оказывается достаточно для сохранения непрерывного контакта фрикционного элемента и лопатки).The deformation of the friction element monitors the deformation of the blade at the point of contact (in the sense that the magnitude of the centrifugal force acting on the friction element is sufficient to maintain continuous contact of the friction element and the blade).

Чтобы эффективность демпфирующего устройства по патенту №2461717 РФ была бы приемлема жесткость его фрикционного элемента в направлении поперечных колебаний лопатки должна быть, по крайней мере, одного порядка с жесткостью лопатки в этом же направлении (см. Эскин И.Д. Исследование обобщенных упругофрикционных характеристик демпферов и амортизаторов авиационных двигателей: приложение к дис. … канд. тех. наук / И.Д. Эскин. Приложение. - Куйбышев: КуАИ, 1973. - 315 с.), т.е. достаточно большой.In order for the efficiency of the damping device according to the RF patent No. 2461717, the rigidity of its friction element in the direction of lateral vibrations of the blade should be at least of the same order as the stiffness of the blade in the same direction (see I. Eskin. Study of generalized elastic-friction characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: an appendix to the dissertation ... Candidate of Technical Sciences / ID Eskin. Appendix. - Kuibyshev: KuAI, 1973. - 315 p.), i.e. big enough.

В конструкции демпфирующего устройства по патенту №2461717 выполнение этого условия приводит к достаточно большой жесткости его фрикционного элемента в направлении, перпендикулярном плоскости поперечных колебаний лопатки.In the design of the damping device according to patent No. 2461717, the fulfillment of this condition leads to a sufficiently high rigidity of its friction element in the direction perpendicular to the plane of transverse vibrations of the blade.

Лопатка совершает пространственные колебания. Возрастание составляющей ее деформации в направлении отрыва фрикционного элемента от поверхности лопатки уменьшает долю центробежной силы, создающей сдавливающую нагрузку между лопаткой и фрикционным элементом, от половинного значения центробежной силы при нулевом значении этой составляющей вплоть до нуля при отрыве фрикционного элемента. Причем чем больше жесткость фрикционного элемента в направлении, перпендикулярном плоскости поперечных колебаний лопатки, тем интенсивнее идет процесс снижения этой доли центробежной силы на данном размахе колебаний. Это физическое явление несколько снижает демпфирующие свойства этого демпфирующего устройства.The spatula makes spatial vibrations. An increase in its component of deformation in the direction of separation of the friction element from the surface of the blade reduces the fraction of the centrifugal force that creates a compressive load between the blade and the friction element from half the value of the centrifugal force at a zero value of this component to zero when the friction element is torn off. Moreover, the greater the stiffness of the friction element in the direction perpendicular to the plane of transverse vibrations of the blade, the more intensively the process of reducing this fraction of the centrifugal force at a given amplitude of oscillations takes place. This physical phenomenon somewhat reduces the damping properties of this damping device.

При появлении зазора между лопаткой и фрикционным элементом у неработающего двигателя, а этот зазор может появиться в силу ряда эксплуатационных причин, например за счет износа контактирующих поверхностей лопатки и фрикционного элемента, этот зазор будет выбираться на работающем двигателе при действии центробежной силы, причем доля центробежной силы, создающей сдавливающую нагрузку между лопаткой и фрикционным элементом, будет уменьшаться (от половины центробежной силы) тем больше, чем больше жесткость фрикционного элемента в направлении, перпендикулярном плоскости поперечных колебаний лопатки, и чем больше зазор. Это физическое явление в процессе эксплуатации может существенно снизить демпфирующие свойства этого демпфирующего устройства вплоть до такого уровня, когда демпфирующее устройство станет бесполезным.When there is a gap between the blade and the friction element in the idle engine, and this gap can appear due to a number of operational reasons, for example, due to wear of the contacting surfaces of the blade and the friction element, this gap will be selected on the running engine under the action of centrifugal force, and the proportion of centrifugal force , creating a compressive load between the blade and the friction element, will decrease (from half the centrifugal force) the more, the greater the rigidity of the friction element in the direction enii perpendicular to the plane of the transverse oscillations of the blade, and the larger the gap. This physical phenomenon during operation can significantly reduce the damping properties of this damping device to the point where the damping device becomes useless.

Для того чтобы вся центробежная сила фрикционного элемента создавала сдавливающую нагрузку на контактных поверхностях лопатки и фрикционного элемента, в зависимом пункте формулы изобретения патента №2461717 РФ предложено демпфирующее устройство, у которого фрикционный элемент установлен с возможностью свободного смещения его в направляющих в радиальном направлении.In order for the entire centrifugal force of the friction element to create a compressive load on the contact surfaces of the blade and the friction element, a damping device is proposed in the dependent claim of the RF patent No. 2461717, in which the friction element is mounted with the possibility of free displacement of it in the guides in the radial direction.

Недостатком этого устройства является его конструктивная и технологическая сложность, которая прежде всего заключается в выполнении с высокими точностью и чистотой изготовления основания с направляющими и самого фрикционного элемента, исключающими заклинивание его в направляющих, которое в свою очередь может привести к увеличению дисбаланса ротора вентилятора.The disadvantage of this device is its structural and technological complexity, which primarily consists in the high precision and cleanliness of the manufacture of the base with guides and the friction element itself, eliminating its jamming in the guides, which in turn can lead to an increase in the imbalance of the fan rotor.

К числу основных недостатков демпфирующего устройства по патенту №2461717 РФ то обстоятельство, что применение его в гражданских газотурбинных двигателях с оборотами n=3000÷4000 об/мин с большой степенью двухконтурности с рабочими лопатками вентилятора, выполняемыми с ножками, оказывается неэффективным или даже нецелесообразным в силу того, что центробежная сила, создаваемая фрикционным элементом при его конструктивных параметрах, окажется недостаточной для создания настройки демпфера, обеспечивающей его эффективную работу, или настройка демпфера окажется даже не снижающей максимальные напряжения лопатки на ее наиболее опасных формах колебания до приемлемого уровня (см. ниже).Among the main disadvantages of the damping device of RF patent No. 2461717 is the fact that its use in civil gas turbine engines with revolutions n = 3000 ÷ 4000 rpm with a high bypass ratio with fan blades made with legs turns out to be ineffective or even impractical in the fact that the centrifugal force created by the friction element with its design parameters is insufficient to create a damper setting that ensures its effective operation, or empfera would not even reducing the maximum voltage of the blade at its most dangerous forms of oscillation to an acceptable level (see. below).

К числу основных недостатков демпфирующего устройства по патенту №2461717 РФ относится также то обстоятельство, что применение его для военных газотурбинных двигателях с оборотами n=7000÷8300 об/мин невозможно или неэффективно, так как у вентиляторов этих двигателей рабочие лопатки выполнены либо совсем без ножек, либо с короткими ножками, у которых смещения, на которых бы рассеивалась энергия, при использовании демпфера по патенту №2461717 РФ, малы, и, следовательно, мала эта энергия.Among the main disadvantages of the damping device of RF patent No. 2461717 is the fact that its use for military gas turbine engines with revolutions n = 7000 ÷ 8300 rpm is impossible or inefficient, since the fans of these engines have rotor blades made either completely without legs , or with short legs, in which the displacements, on which energy would be dissipated, when using the damper according to RF patent No. 2461717, are small, and therefore this energy is small.

Кроме того, даже в гипотетическом случае, когда максимальное число оборотов вентилятора достаточно велико, например n≥8000 об/мин, и рабочие лопатки вентилятора выполнены с высокими ножками, двигатель при запуске или останове проходит через обороты, частоты которых совпадают с резонансными частотами опасных низших форм колебания рабочих лопаток вентилятора, и эти частоты относительно невелики, например соответствуют n≤4000 об/мин, и/или двигатель имеет рабочие режимы с оборотами, находящимися в резонансных зонах этих форм колебаний рабочих лопаток вентилятора, демпфирующее устройство по патенту №2461717 РФ на этих режимах работы окажется малоэффективным вследствие недостаточной величины центробежной силы, создаваемой фрикционным элементом устройства.In addition, even in the hypothetical case when the maximum number of fan revolutions is large enough, for example, n≥8000 rpm, and the fan blades are made with high legs, the engine starts or stops through revolutions whose frequencies coincide with the resonant frequencies of dangerous lower vibration modes of the fan blades, and these frequencies are relatively small, for example, correspond to n≤4000 rpm, and / or the engine has operating modes with revolutions located in the resonance zones of these vibration modes the fan blades, the damping device of the patent of RF №2461717 these modes would be ineffective due to insufficient quantity of the centrifugal force generated by the friction device element.

Для использования в авиадвигателях пятого поколения требуются пустотелые широкохордные лопатки вентиляторов до 1÷1,5 м длиной с рабочей температурой до 250°С. Они должны иметь стойкость к точечным ударам при попадании посторонних предметов, иметь высокую усталостную прочность при длительном воздействии статических и динамических нагрузок и быть устойчивыми к скручиванию при высоких оборотах. В настоящее время эти лопатки изготавливаются из волокнистых однонаправленных композиционных металломатричных материалов с малым удельным весом, высокой прочностью и высокой стойкостью к эрозии в потоке газов.For use in fifth-generation aircraft engines, hollow wide-chord fan blades up to 1 ÷ 1.5 m long with an operating temperature of up to 250 ° C are required. They must be resistant to point impacts when foreign objects enter, have high fatigue strength under prolonged exposure to static and dynamic loads, and be resistant to torsion at high speeds. Currently, these blades are made of fibrous unidirectional composite metal matrix materials with low specific gravity, high strength and high resistance to erosion in the gas stream.

Известен способ изготовления лопаток вентилятора (см. патент США №398646), по которому оболочки лопатки изготавливают из боралюминиевого волокнистого композиционного материала, в полости, образованной оболочками, размещают титановый лонжерон. Лонжерон и оболочки сваривают диффузионной сваркой при температуре и давлении.A known method of manufacturing fan blades (see US patent No. 398646), in which the shell of the blade is made of boraluminous fibrous composite material, in the cavity formed by the shells, a titanium spar is placed. The spar and shells are welded by diffusion welding at temperature and pressure.

Недостатком этого способа является сложность получения оболочек аэродинамической формы из непластичных (хрупких) волокон боралюминия. Основным несущим элементом в этой конструкции крупноразмерной лопатки является лонжерон, и так как титан обладает худшей прочностью, чем боралюминий, более рациональным было бы силовой элемент выполнить из боралюминия, а оболочки из титана (см. ниже).The disadvantage of this method is the difficulty of obtaining aerodynamic shells of non-ductile (brittle) boralumin fibers. The main supporting element in this design of a large-sized blade is the spar, and since titanium has worse strength than boraum, it would be more rational to make a strength element made of boraum and the shell made of titanium (see below).

Известен способ получения лопатки компрессора (см. патент РФ №2229035), состоящей из оболочки и силовых несущих элементов, имеющих полости, или выполнена без полостей, включающий придание пластинам, из которых выполнены оболочка и несущие элементы, заданной формы и размеров, укладку пластин друг на друга в штамп, повторяющий форму и размеры лопатки, и диффузионную сварку при температуре и давлении. Оболочку и несущие элементы выполняют из одного и того же материала или хотя бы одну пластину вырезают из металла с иными характеристиками прочности.A known method of obtaining a compressor blade (see RF patent No. 2229035), consisting of a shell and power load-bearing elements having cavities, or made without cavities, including giving the plates of which the shell and load-bearing elements are made, of a given shape and size, stacking the plates each on each other in a stamp repeating the shape and dimensions of the blade, and diffusion welding at temperature and pressure. The shell and the supporting elements are made of the same material or at least one plate is cut out of metal with different strength characteristics.

Недостатком этого способа при применении его к изготовлению крупноразмерных лопаток является то, что основная часть такой лопатки будет изготовлена из металлического листового материала с высоким удельным весом, но не обладающим достаточной прочностью и жесткостью, необходимых для изготовления пустотелых широкохордных лопаток вентилятора. При изготовлении таких лопаток с полостями снижается одновременно ее вес и прочность, что принципиально не позволяет достичь результатов, получаемых способом (см. патент РФ 2296246, МПК F04D 29/38. Способ получения широкохордной пустотелой лопатки вентилятора / Е.Н. Каблов, Ю.А. Абузин, А.И. Наймушин, В.Н. Кочетов, А.А. Шавнев. Опубл. 27.03.2007. Интернет: http://www.freepatent.ru/patents/2296246), состоящим в том, что пустотелую широкохордную лопатку вентилятора, состоящую из оболочки и силовых несущих элементов, изготавливают следующей последовательностью операций: придают оболочке требуемую форму и размеры, получают несущие элементы из предварительно сформованных монослоев композиционного материала путем их ступенчатой термодеформационной обработки с постепенным увеличением ее воздействия на материал, укладывают в оболочку несущие элементы на расстояниях друг от друга в соответствии со схемой армирования, укладывают сформированную таким образом заготовку в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, в составе собранной заготовки выполняют завершающую стадию термодеформационной обработки несущих элементов при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки при заданной температуре и давлении.The disadvantage of this method when applied to the manufacture of large-sized blades is that the main part of such a blade will be made of metal sheet material with a high specific gravity, but not having sufficient strength and rigidity required for the manufacture of hollow wide-chord fan blades. In the manufacture of such blades with cavities, its weight and strength are reduced at the same time, which fundamentally does not allow to achieve the results obtained by the method (see RF patent 2296246, IPC F04D 29/38. A method for producing a broad-chained hollow fan blade / EN Kablov, Yu. A. Abuzin, A.I. Naimushin, V.N. Kochetov, A.A. Shavnev. Published on March 27, 2007. Internet: http://www.freepatent.ru/patents/2296246), which consists in the fact that a hollow wide-chord fan blade, consisting of a shell and power supporting elements, is made by the following sequence of operations: the required shape and size of the bolt, the load-bearing elements are obtained from preformed monolayers of the composite material by their stepwise thermal deformation processing with a gradual increase in its effect on the material, the load-bearing elements are placed into the shell at distances from each other in accordance with the reinforcement scheme, and the blank thus formed is laid in a stamp that repeats the profile and dimensions of the blade, as part of the assembled workpiece, perform the final stage of thermo-deformation processing of the bearing elements while pressing and diffusion welding of the blade at a given temperature and pressure.

Оболочку выполняют из листа из титанового сплава. Несущие элементы изготавливают из волокнистого однонаправленного металломатричного высокомодульного композиционного материала - борных волокон в алюминиевой матрице, или борных волокон с покрытием карбида кремния в алюминиевой матрице, или углеродных волокон в алюминиевой матрице, или волокон карбида кремния в титановой матрице.The shell is made of a sheet of titanium alloy. Bearing elements are made of a fibrous unidirectional metal matrix high-modulus composite material - boron fibers in an aluminum matrix, or boron fibers coated with silicon carbide in an aluminum matrix, or carbon fibers in an aluminum matrix, or silicon carbide fibers in a titanium matrix.

Ступенчатую термодеформационную обработку несущих элементов лопатки проводят в несколько стадий. На первой стадии степень воздействия термодеформационной обработки составляет 40-70%, на второй стадии степень воздействия термодеформационной обработки с одновременным формованием несущих элементов до требуемой геометрической формы составляет 60-90%, а окончательную термодеформационную обработку несущих элементов до 100% проводят в составе собранной заготовки при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки.Step thermal deformation processing of the supporting elements of the blades is carried out in several stages. In the first stage, the degree of influence of thermal deformation processing is 40-70%, in the second stage, the degree of influence of thermal deformation processing with simultaneous molding of the bearing elements to the desired geometric shape is 60-90%, and the final thermal deformation processing of bearing elements up to 100% is carried out as part of the assembled workpiece simultaneous pressing and diffusion welding of the blade.

Этот способ позволяет получить легкие пустотелые широкохордные лопатки вентиляторов авиационных ГТД с высокой прочностью и статической жесткостью, сохраняющимися или нарастающими в процессе технологического цикла, повысить ресурс и надежность вентилятора ГТД.This method allows to obtain light hollow wide-chord blades of aircraft gas turbine fans with high strength and static stiffness, which persist or increase during the technological cycle, to increase the resource and reliability of the gas turbine fan.

Общим недостатком пустотелых широкохордных лопаток, получаемых вышерассмотренными способами, и самих этих способов является то обстоятельство, что в конструкции этих лопаток и способах не предусмотрена постановка специального демпфирующего устройства, что при очень крупных размерах этих лопаток и подверженности их большим вибрационным и ударным нагрузкам может оказаться в ряде практических случаях очень важной проблемой, и конструктор столкнется с необходимостью разработки конструкции пустотелой широкохордной лопатки с высокоэффективным демпфирующим устройством и способа ее изготовления.A common disadvantage of hollow wide-chordate blades obtained by the above methods, and these methods themselves, is the fact that the design of these blades and methods does not provide for the setting of a special damping device, which with very large sizes of these blades and their susceptibility to large vibration and shock loads can be a number of practical cases a very important problem, and the designer will be faced with the need to develop the design of a hollow wide-chordate blade with high effective damping device and method of its manufacture.

Нам не удалось отыскать не только хотя бы один пример успешного практического применения в серийно выпускаемой турбомашине специальных демпфирующих устройств пустотелых широкохордных лопаток вентилятора, но и патентов, где бы предлагались такие лопатки с высокоэффективным демпфирующим устройством. Заметим также, что актуальность решения этой задачи будет только возрастать с развитием прогресса в авиадвигателестроении.We were unable to find not only at least one example of the successful practical application of special damping devices for hollow wide-chord fan blades in a commercially available turbomachine, but also for patents where such blades with a highly efficient damping device were offered. We also note that the relevance of solving this problem will only increase with the development of progress in aircraft engine building.

Поэтому в качестве прототипов предлагаемой пустотелой широкохордной лопатки вентилятора и способа ее изготовления как наиболее близкие по техническому решению к предлагаемым приняты пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, получаемая по способу (см. патент РФ 2296246, МПК F04D 29/38. Способ получения широкохордной пустотелой лопатки вентилятора), и сам этот способ.Therefore, as prototypes of the proposed hollow wide-chord fan blade and the method of its manufacture, the hollow wide-chord fan blade obtained by the method (see RF patent 2296246, IPC F04D 29/38. Method for producing a wide-chord hollow fan blade) is adopted as the closest in technical solution to the proposed ones. , and this method itself.

Ставится задача создания конструкции крупноразмерной легкой пустотелой широкохордной лопатки вентилятора авиационного ГТД пятого поколения с высокой прочностью и статической жесткостью, сохраняющимися или нарастающими в процессе технологического цикла, с высокоэффективным демпфирующим устройством, способным не только снизить динамические напряжения в лопатке при ударе и вибрации до безопасного уровня, но и повысить ресурс и надежность вентилятора ГТД.The task is to create a design of a large-sized light hollow broad-chord fifth-generation aviation gas turbine fan blade with high strength and static rigidity that persist or increase during the technological cycle, with a highly efficient damping device capable of not only reducing dynamic stresses in the blade during impact and vibration to a safe level, but also to increase the resource and reliability of the GTE fan.

Поставленная задача решается тем, что предлагается пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, состоящая из оболочки, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов, выполненных, кроме одного, из волокнистого однонаправленного металломатричного композиционного материала - борных волокон в алюминиевой матрице, или борных волокон с покрытием карбида кремния в алюминиевой матрице, или углеродных волокон в алюминиевой матрице, или волокон карбида кремния в титановой матрице, причем n+1 силовых несущих элементов выполнены в виде замков «ласточкин хвост» и размещены между других n силовых несущих элементов и на краях замка лопатки, n-1 силовых несущих элементов, выполненных из композиционного материала, имеют замковую часть, выполненную в виде «ласточкина хвоста», и размещенную внутри оболочки часть в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным четырехугольным сечением, со сторонами, контактирующими с оболочкой, повторяющими ее форму, все несущие элементы диффузионной сваркой при температуре и давлении замковыми частями скреплены друг с другом, а частями, размещенными внутри оболочки, - с оболочкой, отличается тем, что силовой несущий элемент, в полости между стойками которого размещен демпфер, выполнен из титанового сплава и имеет П-образную форму на виде сбоку на лопатку, образованную перекладиной и стойками с замковой частью, выполненной в форме и размерах «ласточкиного хвоста» замка лопатки, а между торцом демпфера и перекладиной силового элемента выполнен зазор, выбираемый при максимальной рабочей температуре, и между опорными поверхностями демпфера и стойками с натягом установлены стальные каленые гладкие шлифованные ленты, и демпфер выполнен в виде многослойной многопролетной балки, собранной из m≥10 стальных каленых шлифованных лент, собранных в компоновке m=m₁+2m₂+2m₃+2: в центре пакета установлено m₁=1, 2 и более гладких лент, на них с двух сторон «вершина гофра к вершине гофра» установлены два пакета, собранные «гофр в гофр» из m₂=1, 2 и более гофрированных лент, на которые установлены пакеты из m₃=1, 2 и более гладких лент, снаружи пакета установлены гладкие ленты, по одной с каждой стороны пакета, с толщиной h_н=(k/2)⋅h, где k=2÷10 и h - толщина внутренних лент демпфера в мм, на этих лентах с шагом, равным двум шагам гофров, симметрично продольной оси лент выполнены прямоугольные выступы, причем выступы одной ленты смещены на шаг гофров относительно выступов другой наружной ленты и середины выступов располагаются в сечениях, где располагаются вершины гофров, опирающиеся на пакеты гладких лент, установленных снаружи пакетов гофрированных лент, и в собранном демпфере гофры упруго полностью выпрямлены за счет отгибания выступов на наружные гладкие ленты, и части выступов, отогнутые на наружные ленты, и являются опорными поверхностями демпфера, а в замковых частях стоек силового несущего элемента и в пакете выполнено отверстие, в которое запрессован штифт, и трущиеся поверхности пакета и стальных гладких лент, на которые он опирается, покрыты износостойким покрытием, а сама пустотелая широкохордная лопатка изготовлена по способу п. 2 формулы изобретения.The problem is solved in that a hollow wide-chord fan blade is proposed, consisting of a shell made of a sheet of titanium alloy and power supporting elements rigidly bonded to it made, in addition to one, of a fibrous unidirectional metal matrix composite material - boron fibers in an aluminum matrix, or boron fibers coated with silicon carbide in an aluminum matrix, or carbon fibers in an aluminum matrix, or fibers of silicon carbide in a titanium matrix, with n + 1 forces new load-bearing elements are made in the form of dovetail locks and are placed between other n power load-bearing elements and on the edges of the paddle blade, n-1 power load-bearing elements made of composite material have a lock part made in the form of a "dovetail", and a part placed inside the shell in the form of a rod with a constant or gradually tapering to the end of the blade transverse quadrangular section, with sides in contact with the shell, repeating its shape, all the supporting elements by diffusion welding at a temperature round and pressure the locking parts are fastened to each other, and the parts placed inside the shell - with the shell, characterized in that the power bearing element, in the cavity between the posts of which the damper is placed, is made of titanium alloy and has a U-shaped shape in side view on the blade formed by the crossbar and the uprights with the locking part, made in the shape and dimensions of the “dovetail” of the blade lock, and between the end of the damper and the crossbar of the power element there is a gap selected at the maximum working temperature, and between steel abrasive smooth polished tapes are installed between the supporting surfaces of the damper and the struts with interference, and the damper is made in the form of a multi-layer multi-span beam assembled from m≥10 steel red-hot polished tapes assembled in the layout m = m ₁ + 2m ₂ + 2m ₃ + 2: in the center of the package, m ₁ = 1, 2 and more smooth ribbons are installed, on both sides of them are “corrugation top to corrugation top” two packages are installed, assembled “corrugation into corrugation” from m ₂ = 1, 2 or more corrugated ribbons, on which are mounted packages of ₃ m = 1, 2, and smoother tapes, mounted outside the pack Ch dkie tapes, one on each side of the package, with a thickness h _n = (k / 2) ⋅h, where k = 2 ÷ 10 and h - the thickness of the internal ribbons damper in mm on these tapes with a pitch equal to two steps of the corrugations, rectangular protrusions are made symmetrically to the longitudinal axis of the tapes, and the protrusions of one tape are offset by a step of the corrugations relative to the protrusions of the other outer tape and the middle of the protrusions are located in sections where the corrugations are located, resting on packets of smooth ribbons installed outside the corrugated tape packets, and in the assembled corrugation damper fully straight due to the bending of the protrusions on the outer smooth tapes, and the parts of the protrusions, bent on the outer tapes, are the supporting surfaces of the damper, and in the locking parts of the racks of the power bearing element and in the bag there is a hole in which the pin is pressed in and the friction surfaces of the bag and steel the smooth tapes on which it rests are covered with a wear-resistant coating, and the hollow wide-chordate blade itself is made according to the method of claim 2 of the claims.

Предлагаемая конструкция пустотелой лопатки вентилятора является компромиссным решением, так как при постановке демпфера и изготовлении одного из силовых несущих элементов из титанового сплава увеличивается масса лопатки и снижается в какой-то мере ее статическая прочность, так как титановый сплав менее прочен, чем композиционный материал, из которого сделаны остальные силовые элементы лопатки, но в то же время в разы снижаются динамические напряжения в пере лопатки, что может с лихвой перевесить отрицательный результат от постановки демпфера в лопатку. На практике могут встретиться случаи, когда постановка демпфера в лопатку окажется безальтернативным решением.The proposed design of a hollow fan blade is a compromise solution, since when setting a damper and manufacturing one of the load-bearing elements made of titanium alloy, the mass of the blade increases and its static strength decreases to some extent, since the titanium alloy is less durable than the composite material, which other power elements of the scapula are made, but at the same time, the dynamic stresses in the scapular pane are reduced several times, which can more than outweigh the negative result from the staging damper in the shoulder blade. In practice, there may be cases when the installation of the damper in the blade will be an uncontested solution.

Изготовление лопатки предлагаемым способом (см. ниже) обеспечивает лопатке высокую прочность и статическую жесткость, сохраняющиеся или нарастающие в процессе технологического цикла.The manufacture of the blade of the proposed method (see below) provides the blade with high strength and static rigidity, which persist or increase during the technological cycle.

Изготовление силового несущего элемента из титанового сплава объясняется тем, что композиционный высокомодульный материал, из которого изготовлены остальные несущие элементы лопатки, хрупок и тверд и плохо механически обрабатывается.The manufacture of a power bearing element from titanium alloy is explained by the fact that the composite high-modulus material from which the rest of the bearing elements of the blade are made is brittle and hard and poorly machined.

Широко известно, что титан плохо работает на трение. Поэтому между демпфером и силовым элементом установлены стальные каленые шлифованные ленты, чем обеспечивается контакт «сталь по стали» трущихся поверхностей.It is widely known that titanium works poorly on friction. Therefore, between the damper and the power element mounted steel hardened polished tape, which ensures contact "steel on steel" of the rubbing surfaces.

На длинную пустотелую лопатку может быть установлен демпфер большой длины. Коэффициент линейного температурного удлинения титана меньше, чем у стали, из которой изготовлены ленты демпфера, и разница в температурных удлинениях демпфера и стоек силового элемента может оказаться недопустимой при отсутствии начального зазора между торцом демпфера и перекладиной силового элемента. Поэтому у предлагаемой лопатки между торцом демпфера и перекладиной силового элемента выполнен зазор, выбираемый при максимальной рабочей температуре, например при 250°С.A long damper can be installed on a long hollow blade. The coefficient of linear thermal elongation of titanium is less than that of the steel of which the damper tapes are made, and the difference in the temperature elongations of the damper and the struts of the power element may be unacceptable in the absence of an initial gap between the end face of the damper and the crossbar of the power element. Therefore, the proposed blade between the end of the damper and the crossbar of the power element has a gap selected at the maximum operating temperature, for example, at 250 ° C.

Сдавливающая нагрузка между лентами пакета получена за счет большой упругой деформации гофров при их полном выпрямлении в собранном пакете и является внутренней нагрузкой пакета и не нагружает силовой элемент и оболочку лопатки.The compressive load between the tapes of the package is obtained due to the large elastic deformation of the corrugations when they are fully straightened in the assembled package and is the internal load of the package and does not load the power element and the shell of the blade.

Наличие штифта и упор пакета и гладких стальных лент в соседние силовые элементы исключает смещение пакета и лент как твердого тела относительно силового элемента. Центробежная сила, создаваемая массой пакета, в основном воспринимается штифтом и замком лопатки и слабо воздействует на ее оболочку.The presence of the pin and the emphasis of the package and smooth steel tapes in adjacent power elements excludes the displacement of the package and tapes as a solid body relative to the power element. The centrifugal force created by the mass of the package is mainly perceived by the pin and lock of the blade and weakly affects its shell.

Сам демпфер (пакет) по классификации систем конструкционного демпфирования, разработанной в работе (см. Эскин И.Д. Исследование обобщенных упругофрикционных характеристик демпферов и амортизаторов авиационных двигателей: дис. … канд. тех. наук / И.Д. Эскин. - Куйбышев: КуАИ, 1973. - 150 с.), можно отнести к системам с неизменяющимися за цикл нагружения силами трения на ее контактных поверхностях и с постоянной жесткостью при мыслимом уничтожении сил трения в ней, с постепенным распространением упругих взаимных проскальзываний, как на каждой паре контактных поверхностей, так и от пары к паре.The damper itself (package) according to the classification of structural damping systems developed in the work (see I. Eskin. Study of generalized elastic-friction characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: diss. ... Candidate of technical sciences / I.D. Eskin. - Kuibyshev: KuAI, 1973. - 150 p.), Can be attributed to systems with friction forces that remain constant over the loading cycle on its contact surfaces and with constant stiffness when the friction forces can be destroyed in it, with the gradual spread of elastic mutual slippages, as on each pair ontaktnyh surfaces and from pair to pair.

Как показано в этой работе, упругофрикционные характеристики (УФХ) этих систем обладают асимптотическими свойствами, т.е. с ростом числа m лент в пакете растут величины коэффициентов рассеивания пакетов, но начиная с m=10 с дальнейшим ростом числа лент m в пакете величины коэффициентов рассеивания (в том числе и величина максимального коэффициента рассеивания Ψ_max) будут расти мало, т.е. при выбранном конструктивном значении числа лент в пакете m≥10 значения коэффициентов рассеивания пакета будут близки к максимально возможным для этого пакета. В этой работе показано, что величина максимального коэффициента рассеивания пакета такого типа может быть очень большой при m≥10 и k=2Ψ_max≈5. Причем с ростом величины k величины коэффициентов рассеивания пакета падают, и при изменении величины k в диапазоне k=2÷10 величина максимального коэффициента рассеивания Ψ_max будет изменяться от 5-ти до 4-х. Следовательно, при должном подборе размерных конструктивных параметров, при указанном диапазоне значений параметров m и k предлагаемый демпфер будет высокоэффективным, т.е. эффективно снижающим напряжения в пере лопатки от вибрационной и ударной нагрузки и увеличивающим ресурс и надежность работы двигателя, а его габариты и масса окажутся вполне приемлемыми.As shown in this paper, the elastic-frictional characteristics (UVC) of these systems have asymptotic properties, i.e. with an increase in the number of m tapes in a packet, the scattering coefficients of packets increase, but starting from m = 10 with a further increase in the number of tapes m in a packet, the scattering coefficients (including the maximum scattering coefficient Ψ _max ) will increase slightly, i.e. with the selected design value of the number of tapes in the package m≥10, the values of the dispersion coefficients of the package will be close to the maximum possible for this package. In this work, it was shown that the maximum dispersion coefficient of a packet of this type can be very large at m≥10 and k = 2Ψ _max ≈5. Moreover, with an increase in the value of k, the values of the scattering coefficients of the packet fall, and when the value of k changes in the range k = 2 ÷ 10, the value of the maximum dispersion coefficient от _max will vary from 5 to 4. Therefore, with proper selection of dimensional structural parameters, with the indicated range of parameter values m and k, the proposed damper will be highly efficient, i.e. effectively reducing stresses in the blades from vibration and shock loads and increasing the life and reliability of the engine, and its dimensions and weight will be quite acceptable.

Предлагается способ изготовления пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, состоящий в том, что из листа из титанового сплава изготавливают оболочку пустотелой широкохордной лопатки вентилятора требуемой формы и размеров, получают силовые несущие элементы: n+1 силовой несущий элемент, выполненный в виде замка «ласточкин хвост» лопатки, и n-1 силовой несущий элемент, имеющий замковую часть, выполненную в виде «ласточкина хвоста» лопатки, и часть в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным прямоугольным сечением, из предварительно сформованных монослоев высокомодульного металломатричного композиционного материала - борных волокон в алюминиевой матрице, или борных волокон с покрытием карбида кремния в алюминиевой матрице, или углеродных волокон в алюминиевой матрице, или волокон карбида кремния в титановой матрице, путем их ступенчатой термодеформационной обработки с постепенным увеличением ее воздействия на материал, причем предпочтительно на первой стадии степень воздействия термодеформационной обработки составляет 40-70%, на второй стадии степень воздействия термодеформационной обработки с одновременным формованием несущих элементов до требуемой геометрической формы составляет 60-90%, а окончательную термодеформационную обработку несущих этих элементов до 100% проводят в составе полностью собранной заготовки при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки, укладывают в оболочку несущие элементы в порядке и на расстояниях друг от друга в соответствии со схемой армирования, отличающийся тем, что из титанового сплава изготавливают еще один силовой несущий элемент, имеющий П-образную форму на виде сбоку на лопатку, образованную перекладиной и стойками с замковой частью, выполненной в форме и размерах «ласточкиного хвоста» замка лопатки, причем высота полости между стойками элемента больше длины демпфера, размещаемого в полости, на величину зазора, выбираемого при максимальной рабочей температуре, а ширина полости выбрана такой, чтобы демпфер с требуемым натягом между его опорными поверхностями и гладкими калеными шлифованными лентами, устанавливаемыми между ним и стойками, размещался в этой полости, причем требуемая величина натяга устанавливается подбором толщины этих лент, собирают демпфер из стальных каленых шлифованных лент, покрытых износостойким покрытием, в компоновке m=m₁+2m₂+2m₃+2, сжимают его до полного упругого выпрямления гофров пакета, одновременно отгибая выступы каждой наружной ленты пакета на другую наружную ленту пакета, шлифуют пакет поверху по выступам, вставляют в полость силового несущего элемента без зазора технологическую вставку из тугоплавкого материала и устанавливают силовой элемент с вставкой в оболочку на его место в лопатке, укладывают сформированную таким образом заготовку в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, в составе собранной заготовки выполняют завершающую стадию термодеформационной обработки несущих элементов при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки при заданной температуре и давлении, вынимают лопатку из штампа и вставку из несущего силового элемента, и пока лопатка не остыла, вставляют демпфер в полость силового несущего элемента, выполняют отверстие под штифт в замковой части этого силового элемента и пакета и запрессовывают в него штифт.A method for manufacturing a hollow wide-chord fan blade is proposed, consisting in the fact that a shell of a hollow wide-chord fan blade of the required shape and size is made from a sheet of titanium alloy, and power load-bearing elements are obtained: n + 1 power load-bearing element made in the form of a dovetail blade , and n-1 power bearing element having a locking part, made in the form of a dovetail of the blade, and part in the form of a rod with a constant or gradually tapering to the end of the blade transverse straight a cross section of preformed monolayers of a high-modulus metal matrix composite material - boron fibers in an aluminum matrix, or boron fibers coated with silicon carbide in an aluminum matrix, or carbon fibers in an aluminum matrix, or silicon carbide fibers in a titanium matrix, by stepwise thermal deformation processing with a gradual increase in its effect on the material, and preferably in the first stage, the degree of influence of thermal deformation processing is 40-70%, at the second stage, the degree of influence of thermal deformation processing with the simultaneous molding of bearing elements to the desired geometric shape is 60-90%, and the final thermal deformation processing of the bearing of these elements up to 100% is carried out as part of a fully assembled workpiece while pressing and diffusion welding the blades, the bearings are laid in a shell elements in order and at distances from each other in accordance with the reinforcement scheme, characterized in that one more force is made from a titanium alloy a new load-bearing element having a U-shape in side view of the blade, formed by the crossbar and uprights with a locking part, made in the shape and dimensions of the “swallow tail” of the blade lock, and the height of the cavity between the uprights of the element is greater than the length of the damper placed in the cavity, by the size of the gap selected at the maximum operating temperature, and the width of the cavity is chosen such that the damper with the required interference between its supporting surfaces and smooth red-hot polished tapes installed between it and the uprights, p zmeschalsya in this cavity, the required preload value set selection thicknesses of these tapes, collected damper of polished steel hardened strips coated with a wear resistant coating, in the arrangement of m = m ₁ + 2m ₂ + 2m ₃ 2 is compressed to its full resilient straightening of the corrugations package while bending the protrusions of each outer belt of the bag onto the other outer belt of the bag, grind the bag on top of the ledges, insert a technological insert of refractory material into the cavity of the power supporting element without a gap, and install the power element ent with an insert in the shell in its place in the blade, put the preform thus formed into a stamp that repeats the profile and dimensions of the blade, as part of the assembled workpiece, perform the final stage of thermal deformation processing of the supporting elements while pressing and diffusion welding the blade at a given temperature and pressure, take out a blade from a stamp and an insert from a bearing power element, and until the blade has cooled, insert a damper into the cavity of the power bearing element, make a hole for the pin in the lock the second part of the package and the actuator and pin are pressed into it.

При проведении первой стадии термодинамической обработки пакета монослоев волокнистого металломатричного композиционного материала уменьшается зазор между монослоями и происходит перераспределение между его волокнами матричного металла. На второй стадии термодинамической обработки заготовок несущих элементов им придается требуемая форма, между слоями композиционного материала возникает требуемая связь, формируется плотная структура материала, исчезают поры и несплошности, постепенно композиционный материал из слоистого превращается в монолитный.During the first stage of thermodynamic processing of a package of monolayers of a fibrous metal matrix composite material, the gap between the monolayers decreases and redistribution between its fibers of the matrix metal occurs. At the second stage of thermodynamic processing of the blanks of the bearing elements, they are given the required shape, the required bond appears between the layers of the composite material, a dense structure of the material is formed, pores and discontinuities disappear, and gradually the composite material turns from a layered to a monolithic one.

На третьей окончательной стадии термодинамической обработке при температуре 550°±20°С и давлении 0,5 МПа (см. патент РФ 2296246, МПК F04D 29/38) подвергают собранную заготовку лопатки - оболочку с установленными в нее согласно схеме армирования всеми силовыми несущими элементами. Термодеформация силовых несущих элементов достигает 100%, и одновременно они соединяются в единое целое с оболочкой лопатки диффузионной сваркой.At the third final stage, thermodynamic treatment at a temperature of 550 ° ± 20 ° C and a pressure of 0.5 MPa (see RF patent 2296246, IPC F04D 29/38) exposes the assembled blade preform - a casing with all power bearing elements installed in it according to the reinforcement scheme . Thermal deformation of power bearing elements reaches 100%, and at the same time they are combined into a single unit with the shell of the blade by diffusion welding.

Так как термодинамическая обработка лопатки по предлагаемому способу практически ничем не отличается от ее термодинамической обработки по способу патента РФ 2296246, МПК F04D 29/38, предлагаемый способ также позволяет получить пустотелую широкохордную лопатку с высокими механическими свойствами и легким весом на традиционном оборудовании, при этом волокнистый, металломатричный композиционный материал получает максимально высокие механические свойства в процессе придания изделию сложной аэродинамической формы и, как это указано в описании патента РФ 2296246, МПК F04D 29/38, это преимущество достигается благодаря тому, что несущие элементы из волокнистого однонаправленного композиционного материала на первой предварительной стадии не подвергают окончательной обработке, а проводят ее после сборки полученных элементов в форме пресса одновременно с приданием аэродинамической формы изделию и диффузионной сварки элементов сборки, в результате чего композиционный материал приобретает свои максимальные прочностные свойства. Если несущие элементы изготовить сразу в окончательной форме, подвергнув их на первой стадии 100% термодинамической обработке, то на следующей стадии в процессе прессования лопатки произойдет перепрессовка хрупких волокон и композиционный материал потеряет свои прочностные свойства.Since the thermodynamic treatment of the blade according to the proposed method is practically no different from its thermodynamic processing according to the method of RF patent 2296246, IPC F04D 29/38, the proposed method also allows to obtain a hollow wide-chordate blade with high mechanical properties and light weight on traditional equipment, while fibrous , metal-matrix composite material receives the highest mechanical properties in the process of giving the product a complex aerodynamic shape and, as indicated in the description RF patent 2296246, IPC F04D 29/38, this advantage is achieved due to the fact that the load-bearing elements made of fibrous unidirectional composite material are not subjected to final processing at the first preliminary stage, but are carried out after assembling the obtained elements in the form of a press at the same time as giving the product an aerodynamic shape and diffusion welding of assembly elements, as a result of which the composite material acquires its maximum strength properties. If the load-bearing elements are made immediately in the final form, having subjected them at the first stage to 100% thermodynamic processing, then at the next stage, during the pressing of the blade, the brittle fibers will be repressed and the composite material will lose its strength properties.

Демпфер устанавливают в лопатку, когда она еще не остыла и имеет температуру 350÷400°С. Причем величину натяга по выступам демпфера выбирают такой, чтобы демпфер можно было при этой температуре, приложив ручное усилие, установить на его место в лопатке, а при рабочей температуре 250°С она составляла бы требуемую величину. Поэтому, чтобы ленты демпфера можно было закалить, чтобы они были стойкими к коррозии и не теряли своих упругих свойств при температуре 300÷400°С, они изготавливаются из жаропрочной нержавеющей стали мартенситного класса, например из стали 15ХМЮ.The damper is installed in the blade when it has not cooled down and has a temperature of 350 ÷ 400 ° C. Moreover, the magnitude of the interference fit over the protrusions of the damper is chosen so that the damper can be installed at this temperature, applying manual force, to replace it in the blade, and at a working temperature of 250 ° C it would be the required value. Therefore, so that the damper tapes can be hardened, so that they are resistant to corrosion and do not lose their elastic properties at a temperature of 300 ÷ 400 ° C, they are made of heat-resistant martensitic stainless steel, for example, 15KhMYu steel.

Отверстие под штифт выполняется в собранном демпфере, в каленых стальных лентах, что представляет некоторую технологическую трудность, но в настоящее время широко известны технологические способы выполнения таких отверстий, которые здесь не описываются.The pin hole is made in the assembled damper, in red-hot steel strips, which presents some technological difficulty, but currently technological methods for making such holes that are not described here are widely known.

Предлагаемые лопатка вентилятора и способ ее изготовления иллюстрируются фигурами. Оболочка лопатки, ее силовые несущие элементы на фигурах показаны как единый монолит, в который они превращаются после диффузионной сварки.The proposed fan blade and method of its manufacture are illustrated by figures. The shell of the blade, its power bearing elements in the figures are shown as a single monolith into which they turn after diffusion welding.

На фиг. 1 изображена предлагаемая пустотелая широкохордная лопатка. Демпфер изображен условно с меньшим числом лент.In FIG. 1 shows the proposed hollow broad-chordate shoulder blade. The damper is depicted conditionally with fewer ribbons.

На фиг. 2 изображен продольный разрез лопатки по плоскости симметрии демпфера. Граница оболочки показана условно сплошной тонкой линией. Изображение увеличено.In FIG. 2 shows a longitudinal section of the blade along the plane of symmetry of the damper. The boundary of the shell is shown by a conventionally solid thin line. The image is enlarged.

На фиг. 3 изображена схема расположения силовых несущих элементов внутри оболочки лопатки. Несущие силовые элементы для лучшего чтения чертежа изображены раздвинутыми. В оболочке они установлены в том же порядке, но встык друг к другу.In FIG. 3 shows the arrangement of power supporting elements inside the shell of the blade. Bearing power elements for better reading of the drawing shown apart. In the shell they are installed in the same order, but end to end to each other.

На фиг. 4 изображен пример компоновки демпфера (k=4, m=16=(m₁=4)+2(m₂=3)+2(m₃=2)+2). Изображение увеличено.In FIG. 4 shows an example of a damper arrangement (k = 4, m = 16 = (m ₁ = 4) +2 (m ₂ = 3) +2 (m ₃ = 2) +2). The image is enlarged.

На фиг. 5 изображена развертка наружной ленты демпфера. Линии сгиба на развертке показаны сплошной тонкой линией.In FIG. 5 shows a scan of the outer damper tape. The fold lines in the scan are shown by a solid thin line.

На фиг. 6 изображен в аксонометрической проекции собранный демпфер перед установкой его в лопатку.In FIG. 6 shows in axonometric projection the assembled damper before installing it in the blade.

Предлагаемая пустотелая широкохордная лопатка вентилятора (см. фиг. 1 и 2) состоит из оболочки 1, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов: несущего элемента 2, изготовленного из титанового сплава, несущих элементов 3 и 4, выполненных из волокнистого, однонаправленного, высокомодульного, металломатричного, композиционного материала - борных волокон в алюминиевой матрице, или борных волокон с покрытием карбида кремния в алюминиевой матрице, или углеродных волокон в алюминиевой матрице, или волокон карбида кремния в титановой матрице, и демпфера 5. Причем n+1 силовых несущих элементов 3 (см. фиг. 3) выполнены в виде замков «ласточкин хвост» и размещены между n силовых несущих элементов 2 и 4 и на краях замка лопатки, a n-1 силовых несущих элементов 4, выполненных из композиционного материала, имеют замковую часть 6, выполненную в виде «ласточкина хвоста», и размещенную внутри оболочки 1 часть 7 (см. фиг. 1 и 3) в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным четырехугольным сечением, со сторонами, контактирующими с оболочкой, повторяющими ее форму. Все несущие элементы диффузионной сваркой при температуре и давлении замковыми частями скреплены друг с другом, а частями, размещенными внутри оболочки 1, - с оболочкой. Силовой несущий элемент 2 (см. фиг. 2) имеет П-образную форму на виде сбоку на лопатку, образованную перекладиной 8 и стойками 9 с замковой частью 10, выполненной в форме и размерах «ласточкиного хвоста» замка лопатки. Демпфер 5 размещен в полости между стойками 9 с натягом по его опорным поверхностям. Между опорными поверхностями демпфера 5 и стойками 9 с натягом установлены стальные каленые гладкие шлифованные ленты 11. Демпфер 5 выполнен в виде многослойной многопролетной балки, собранной из m≥10 стальных каленых шлифованных лент, собранных в компоновке m=m₁+2m₂+2m₃+2 (см. фиг. 4): в центре пакета 12 установлено m₁=1, 2 и более гладких лент 13, на них с двух сторон «вершина гофра к вершине гофра» установлены два пакета 14, собранные «гофр в гофр» из m₂=1, 2 и более гофрированных лент 15, на которые установлены пакеты 16 из m₃=1, 2 и более гладких лент 17, снаружи пакета 12 установлены гладкие ленты 18, по одной с каждой стороны пакета, с толщиной h_н=(k/2)⋅h, где k=2÷10 и h - толщина внутренних лент демпфера в мм. На этих лентах (см. фиг. 4, 5) с шагом, равным двум шагам гофров t, симметрично продольной оси лент выполнены прямоугольные выступы 19. Причем выступы 19 одной ленты 18 смещены на шаг гофров относительно выступов 19 другой наружной ленты 18 и середины выступов располагаются в сечениях, где располагаются вершины гофров, опирающиеся на пакеты гладких лент 16 (см. фиг. 4), установленных снаружи пакетов гофрированных лент 14. В собранном демпфере 5 (см. фиг. 6) гофры упруго полностью выпрямлены за счет отгибания выступов 19 на наружные гладкие ленты 18, и части выступов 19, отогнутые на наружные ленты 18, и являются опорными поверхностями демпфера 5. В замковых частях 10 стоек 9 силового несущего элемента 2 и в демпфере 5 (см. фиг. 2) выполнено отверстие, в которое запрессован штифт 20. Трущиеся поверхности демпфера 5 и стальных гладких лент 11, на которые он опирается, покрыты износостойким покрытием, а сама пустотелая широкохордная лопатка изготовлена по способу п. 2 формулы изобретения.The proposed hollow wide-chord fan blade (see Figs. 1 and 2) consists of a shell 1 made of a sheet of titanium alloy and power supporting elements rigidly bonded to it: a supporting element 2 made of titanium alloy, bearing elements 3 and 4, made of fibrous, unidirectional, high modulus, metal matrix, composite material - boron fibers in an aluminum matrix, or boron fibers coated with silicon carbide in an aluminum matrix, or carbon fibers in an aluminum matrix, or and silicon carbide fibers in a titanium matrix, and a damper 5. Moreover, n + 1 power bearing elements 3 (see Fig. 3) are made in the form of dovetail locks and are placed between n power bearing elements 2 and 4 and on the edges of the blade lock , a n-1 of the power supporting elements 4 made of composite material have a locking part 6 made in the form of a “dovetail” and placed inside the shell 1 part 7 (see Fig. 1 and 3) in the form of a rod with a constant or with a tapering quadrangular cross section gradually tapering towards the end of the scapula, with sides in contact with shell, repeating its shape. All the supporting elements by diffusion welding at temperature and pressure with the locking parts are fastened to each other, and the parts located inside the shell 1, with the shell. The power bearing element 2 (see Fig. 2) has a U-shaped side view of the blade, formed by the crossbar 8 and the uprights 9 with the locking part 10, made in the shape and dimensions of the “dovetail” of the blade lock. The damper 5 is placed in the cavity between the uprights 9 with an interference fit on its supporting surfaces. Between the supporting surfaces of the damper 5 and the uprights 9 with an interference fit, steel tempered smooth polished tapes 11 are installed. Damper 5 is made in the form of a multilayer multi-span beam assembled from m≥10 steel tempered polished tapes assembled in the layout m = m ₁ + 2m ₂ + 2m ₃ +2 (see Fig. 4): in the center of package 12, m ₁ = 1, 2 and smoother ribbons 13 are installed, on both sides of them are “corrugation top to corrugation top” two packages 14 are installed, assembled “corrugation in corrugation” from m ₂ = 1, 2 and more corrugated tapes 15, on which packages 16 are installed from m ₃ = 1, 2 and more smooth tapes 17, the snakes of package 12 have smooth tapes 18, one on each side of the package, with a thickness h _n = (k / 2) ⋅h, where k = 2 ÷ 10 and h is the thickness of the internal damper tapes in mm. On these tapes (see Fig. 4, 5), rectangular protrusions 19 are made symmetrically to the longitudinal axis of the tapes with a step equal to two corrugation steps t. Moreover, the protrusions 19 of one tape 18 are offset by the corrugation pitch relative to the protrusions 19 of the other outer tape 18 and the middle of the protrusions are located in the sections where the corrugation peaks are located, resting on packets of smooth ribbons 16 (see Fig. 4) installed outside the corrugated ribbons packets 14. In the assembled damper 5 (see Fig. 6), the corrugations are elastically completely straightened due to the folding of the protrusions 19 on the outer smooth tape 18, and the parts you stupas 19, bent on the outer tape 18, and are the supporting surfaces of the damper 5. In the locking parts 10 of the racks 9 of the power bearing element 2 and in the damper 5 (see Fig. 2) a hole is made in which the pin 20 is pressed. Friction surfaces of the damper 5 and steel smooth tapes 11, on which it rests, are coated with a wear-resistant coating, and the hollow wide-chordate blade itself is made according to the method of claim 2 of the claims.

Способ изготовления предлагаемой пустотелой широкохордной лопатки подробно описан выше.A method of manufacturing the proposed hollow wide chordate scapula described in detail above.

Энергия колебаний и удара лопатки рассеивается в основном за счет работы сил сухого трения на взаимных упругих проскальзываниях лент демпфера 5 и при проскальзывании выступов 19 по лентам 11 при деформации демпфера.The energy of vibrations and impact of the blade is dissipated mainly due to the work of dry friction forces on the mutual elastic slippage of the strips of the damper 5 and when the protrusions 19 slip on the strips 11 during the deformation of the damper.

На первой форме колебаний лопатки демпфер 5 будет деформироваться как многослойная консольная балка, а на высших формах ее колебаний - как многопролетная многослойная балка. Если параметры демпфера подобраны так, что обеспечивается оптимальная настройка системы «лопатка - демпфер» на первой форме колебаний лопатки, то настройки этой системы на высших формах колебания лопатки с большой вероятностью окажутся близкими к оптимальным настройкам системы на этих формах колебаний лопатки, так как с ростом номера формы колебаний растет динамическая жесткость лопатки, но соответственно растет и жесткость демпфера. Это облегчает определение параметров демпфера так, чтобы он оказался высокоэффективным на всех опасных формах колебаний лопатки.On the first vibrational form of the blade, the damper 5 will deform as a multilayer cantilever beam, and on the higher forms of its vibrations, as a multi-span multilayer beam. If the damper parameters are selected so that the optimal adjustment of the “blade-damper” system is ensured on the first form of blade vibrations, then the settings of this system on higher forms of blade vibrations will most likely turn out to be close to the optimal system settings on these forms of blade vibrations, since with growth The vibrational stiffness of the blade increases, but the stiffness of the damper grows accordingly. This makes it easy to determine the parameters of the damper so that it is highly effective on all dangerous forms of vibrations of the scapula.

Использование легких, высокопрочных, высокомодульных, волокнистых, однонаправленных, металломатричных, композиционных материалов в конструкции вентиляторов авиационного ГТД пятого поколения обеспечивает существенное снижение веса двигателя, высокую прочность и жесткость лопаток на растяжение при вращении вентилятора, прочность при ударах посторонних предметов о лопатку, увеличивает ресурс работы вентилятора, позволяет отказаться от бандажных полок лопаток, уменьшить зазоры между лопатками и корпусом, сократить число ступеней вентилятора.The use of lightweight, high-strength, high-modulus, fibrous, unidirectional, metal-matrix, composite materials in the design of fifth-generation aircraft gas turbine fans provides a significant reduction in engine weight, high strength and stiffness of the blades in tension during fan rotation, and the impact resistance of foreign objects on the blade, increases the service life fan, allows you to abandon the retaining shelves of the blades, reduce the gaps between the blades and the body, reduce the number of stages of veins ilyatora.

В настоящее время, по нашему мнению, прогресс в вычислительной технике, проявившийся прежде всего в замечательном увеличении производительности вычислительного процесса и объемов машинной памяти, разработка редакторов, позволяющих численными методами, например методом конечных элементов (МКЭ), решать динамические задачи сложных механических систем, достаточно точно моделирующих узлы турбомашин, накопленные знания в области конструкционного демпфирования, достаточные для разработки высоко эффективных специальных демпфирующих устройств для гашения колебаний рабочих лопаток турбомашин, обеспечили возможность сокращения объемов дорогостоящего натурного эксперимента за счет решения целого ряда вопросов проведением более дешевого виртуального эксперимента на ЭВМ.Currently, in our opinion, progress in computer technology, manifested primarily in a remarkable increase in the performance of the computing process and the amount of machine memory, the development of editors that allow solving dynamic problems of complex mechanical systems using numerical methods, such as the finite element method (FEM), accurately simulating the nodes of turbomachines, accumulated knowledge in the field of structural damping, sufficient to develop highly effective special damping devices operatio ns for damping vibrations of rotor blades of turbomachines, made it possible to reduce the amount of expensive full-scale experiment by addressing a number of issues holding cheaper virtual experiment on the computer.

Так, в настоящее время могут быть построены физические модели процесса сборки предлагаемого демпфера и его одновременного нагружения статической растягивающей и статическими и циклическими изгибной и крутящей нагрузками и исследована динамика системы «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер» при ударе и колебаниях и определены оптимальные настройки этой системы расчетным путем, в виртуальном эксперименте, проводимом на ЭВМ.So, at present, physical models of the assembly process of the proposed damper and its simultaneous loading with static tensile and static and cyclic bending and twisting loads can be constructed and the dynamics of the system “hollow wide-chordate blade-damper” under impact and vibrations can be studied and the optimal settings of this system can be determined by the design by, in a virtual computer experiment.

Уже сейчас можно дать ряд рекомендаций, позволяющих прояснить некоторые вопросы методологии проведения виртуального эксперимента и очень существенно сократить его объем.Already, a number of recommendations can be made to clarify some issues of the methodology for conducting a virtual experiment and very significantly reduce its volume.

Как уже указывалось, определение размерных параметров демпфера таким образом, чтобы обеспечивалась оптимальная настройка системы «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер» для первой формы колебаний лопатки, может оказаться вполне удачным и для эффективного гашения более высоких форм ее колебаний.As already indicated, the determination of the dimensional parameters of the damper in such a way as to ensure optimal tuning of the “hollow wide-chordate blade – damper” system for the first form of blade vibrations can be quite successful for the effective damping of higher forms of its vibrations.

Поэтому ввиду сложности полномасштабного решения задачи о динамическом поведении системы «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер» при колебаниях и ударе, по нашему мнению, поведение этой системы в диапазоне частот, где реализуется первая форма колебаний лопатки, следует выделить в отдельное исследование.Therefore, in view of the complexity of the full-scale solution of the problem of the dynamic behavior of the “hollow wide-chordate blade – damper” system during vibrations and impact, in our opinion, the behavior of this system in the frequency range where the first form of blade vibrations is realized should be highlighted in a separate study.

Как уже указывалось, предлагаемый демпфер можно отнести к системам с неизменяющимися за цикл нагружения силами трения на ее контактных поверхностях и с постоянной жесткостью при мыслимом уничтожении сил трения в ней. В работе (см. Эскин И.Д. Исследование обобщенных упругофрикционных характеристик демпферов и амортизаторов авиационных двигателей: дис. … канд. тех. наук / И.Д. Эскин. - Куйбышев: КуАИ, 1973. - 150 с.) показано, что для систем конструкционного демпфирования этого класса справедлив принцип Майзинга. Следовательно, для задания поля упругогистерезисных петель предлагаемого демпфера и построения любого процесса нагружения в этом поле достаточно задания полного повторного или начального процесса нагружения. Формулы для определения любого повторного процесса нагружения для этого класса систем см. в этой работе. Под полным процессом нагружения здесь понимается процесс, при котором демпфер проходит все этапы расслоения, включая и этап, на котором демпфер деформируется как полностью расслоенная балка.As already indicated, the proposed damper can be attributed to systems with frictional forces unchanged during the loading cycle on its contact surfaces and with constant stiffness with the conceivable destruction of the frictional forces in it. In the work (see Eskin I.D. Study of the generalized elastic-friction characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: diss. ... candidate of technical sciences / I.D. Eskin. - Kuibyshev: KuAI, 1973. - 150 pp.) It is shown that for structural damping systems of this class, the Meising principle is valid. Therefore, to specify the field of the elastic hysteresis loops of the proposed damper and to construct any loading process in this field, it is sufficient to specify the complete repeated or initial loading process. For formulas for determining any repetitive loading process for this class of systems, see this paper. The complete loading process here refers to the process in which the damper goes through all the stages of delamination, including the stage where the damper is deformed as a completely delaminated beam.

Кроме того, предлагаемый демпфер относится к системам конструкционного демпфирования с постепенным распространением упругих взаимных проскальзываний как на каждой паре контактных поверхностей, так и от пары к паре. Число лент в нем выбрано таким, что с дальнейшим ростом числа лент в пакете его УФХ изменяются мало (асимптотически).In addition, the proposed damper relates to structural damping systems with the gradual spread of elastic mutual slippage both on each pair of contact surfaces and from pair to pair. The number of ribbons in it was chosen such that with a further increase in the number of ribbons in its UVC packet, they change little (asymptotically).

В этой же работе показано, что при действии на пакет (на систему такого класса) циклической изгибающей силы в области асимптотического изменения его УФХ различные типоразмеры пакета приближенно подобны по упргофрикционным свойствам, т.е. их УФХ в критериальных координатах η-ξ описываются единственным обобщенным полем упругогистерезисных петель, для задания которого также достаточно задания одного полного повторного или начального процесса нагружения, построенного в этих координатах. Здесь безразмерная циклическая сила η=P/T и безразмерная деформация пакета ξ=Y/a, где Р - циклическая сила, действующая на пакет, Т - обобщенная сила трения, определяемая как половина отрезка, отсекаемого на оси ординат процессами нагружения полностью расслоенного пакета, Y - деформация пакета, а - обобщенная деформация пакета, определяемая как половина отрезка, отсекаемого на оси абсцисс процессами нагружения полностью расслоенного пакета.In the same work, it was shown that under the action of a cyclic bending force on a packet (on a system of this class) in the region of asymptotic change in its UVC, different packet sizes are approximately similar in friction properties, i.e. their UV characteristics in the criterion coordinates η-ξ are described by a single generalized field of elastic-hysteresis loops, for which it is also sufficient to specify one complete repeated or initial loading process constructed in these coordinates. Here, the dimensionless cyclic force η = P / T and the dimensionless deformation of the package ξ = Y / a , where P is the cyclic force acting on the package, T is the generalized friction force, defined as half of the segment cut off on the ordinate axis by loading processes of the completely delaminated package, Y is the deformation of the package, and a is the generalized deformation of the package, defined as half of the segment cut off on the abscissa by the loading processes of the completely delaminated package.

Конечно, на демпфер лопатки одновременно действуют различные виды нагрузок, оказывающих взаимное влияние на законы деформирования демпфера от каждой из этих нагрузок и даже на сами величины этих нагрузок. Но при этом «классность» демпфера не меняется и у нас появляется уверенность в справедливости гипотезы, утверждающей, что предлагаемый демпфер и под действием реальных нагрузок будет приближенно подобен по упругофрикционным свойствам, т.е. для каждого вида его циклической нагрузки можно в критериальных координатах построить с учетом фактора одновременности действия различного вида нагрузок единственное обобщенное поле упругогистерезисных петель.Of course, different types of loads act simultaneously on the blade damper, which have a mutual influence on the laws of deformation of the damper from each of these loads and even on the magnitudes of these loads themselves. But at the same time, the “coolness” of the damper does not change and we gain confidence in the validity of the hypothesis, which states that the proposed damper and under the action of real loads will be approximately similar in terms of elastic-friction properties, i.e. for each type of its cyclic load, it is possible to construct, in criteria coordinates, taking into account the simultaneous action of different types of loads, the only generalized field of elastic-hysteresis loops.

Можно также сделать еще более смелое предположение, что для каждого из этих полей окажется справедливым принцип Майзинга.One can also make an even bolder assumption that the Meising principle will be valid for each of these fields.

Все это позволяет совершенно замечательно сократить объем виртуального эксперимента по исследованию динамики системы «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер» и уже сейчас теоретически решить эту задачу и провести ее расчетное исследование.All this makes it possible to absolutely remarkably reduce the volume of a virtual experiment to study the dynamics of the "hollow wide chordate blade - damper" system and now theoretically solve this problem and conduct its computational study.

Заметим, что сама система «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер» принадлежит к другому классу систем конструкционного демпфирования, чем демпфер, а именно к классу систем с изменяемыми за цикл нагружения силами трения на контактных поверхностях, и это должно быть учтено в решении задачи.Note that the “hollow wide-chordate blade - damper” system itself belongs to a different class of structural damping systems than the damper, namely, to the class of systems with friction forces that change over the contact cycle on contact surfaces, and this should be taken into account in solving the problem.

В заключение отметим также, что к преимуществам предлагаемой пустотелой лопатки можно также отнести высокую стабильность при наработке УФХ демпфера 5, обеспеченную большой упругой деформацией гофров при их полном выпрямлении в собранном пакете и возможность замены гладких лент 11 и демпфера 5 (см. фиг. 1) при приобретении в процессе эксплуатации демпфером недопустимых УФХ, недопустимого их износа или поломки.In conclusion, we also note that the advantages of the proposed hollow blade can also be attributed to high stability during operation of the UVC of the damper 5, provided by a large elastic deformation of the corrugations when they are fully straightened in the assembled package and the possibility of replacing smooth tapes 11 and damper 5 (see Fig. 1) upon purchase during operation by the damper of unacceptable UVC, their unacceptable wear or breakage.

Claims (2)

1. Пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, состоящая из оболочки, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов, выполненных, кроме одного, из волокнистого однонаправленного металломатричного композиционного материала - борных волокон в алюминиевой матрице, или борных волокон с покрытием карбида кремния в алюминиевой матрице, или углеродных волокон в алюминиевой матрице, или волокон карбида кремния в титановой матрице, причем n+1 силовых несущих элементов выполнены в виде замков «ласточкин хвост» и размещены между других n силовых несущих элементов и на краях замка лопатки, n-1 силовых несущих элементов, выполненных из композиционного материала, имеют замковую часть, выполненную в виде «ласточкина хвоста», и размещенную внутри оболочки часть в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным четырехугольным сечением, со сторонами, контактирующими с оболочкой, повторяющими ее форму, все несущие элементы диффузионной сваркой при температуре и давлении замковыми частями скреплены друг с другом, а частями, размещенными внутри оболочки, - с оболочкой, отличается тем, что силовой несущий элемент, в полости между стойками которого размещен демпфер, выполнен из титанового сплава и имеет П-образную форму на виде сбоку на лопатку, образованную перекладиной и стойками с замковой частью, выполненной в форме и размерах «ласточкиного хвоста» замка лопатки, а между торцом демпфера и перекладиной силового элемента выполнен зазор, выбираемый при максимальной рабочей температуре, и между опорными поверхностями демпфера и стойками с натягом установлены стальные каленые гладкие шлифованные ленты, и демпфер выполнен в виде многослойной многопролетной балки, собранной из m≥10 стальных каленых шлифованных лент, собранных в компоновке m=m₁+2m₂+2m₃+2: в центре пакета установлено m₁=1, 2 и более гладких лент, на них с двух сторон «вершина гофра к вершине гофра» установлены два пакета, собранные «гофр в гофр» из m₂=1, 2 и более гофрированных лент, на которые установлены пакеты из m₃=1, 2 и более гладких лент, снаружи пакета установлены гладкие ленты, по одной с каждой стороны пакета, с толщиной h_н=(k/2)⋅h, где k=2÷10 и h - толщина внутренних лент демпфера в мм, на этих лентах с шагом, равным двум шагам гофров, симметрично продольной оси лент выполнены прямоугольные выступы, причем выступы одной ленты смещены на шаг гофров относительно выступов другой наружной ленты и середины выступов располагаются в сечениях, где располагаются вершины гофров, опирающиеся на пакеты гладких лент, установленных снаружи пакетов гофрированных лент, и в собранном демпфере гофры упруго полностью выпрямлены за счет отгибания выступов на наружные гладкие ленты, и части выступов, отогнутые на наружные ленты, и являются опорными поверхностями демпфера, а в замковых частях стоек силового несущего элемента и в пакете выполнено отверстие, в которое запрессован штифт, и трущиеся поверхности пакета и стальных гладких лент, на которые он опирается, покрыты износостойким покрытием, а сама пустотелая широкохордная лопатка изготовлена по способу п. 2 формулы изобретения.1. Hollow wide-chord fan blade, consisting of a shell made of a sheet of titanium alloy, and power bearing elements rigidly fastened to it, made, except for one, of a fibrous unidirectional metal matrix composite material - boron fibers in an aluminum matrix, or boron fibers with a coating silicon carbide in an aluminum matrix, or carbon fibers in an aluminum matrix, or silicon carbide fibers in a titanium matrix, and n + 1 power bearing elements are made in the form of locks "l stochkin’s tail ”and placed between other n power load-bearing elements and on the edges of the blade lock, n-1 power load-bearing elements made of composite material have a lock part made in the form of a“ dovetail ”, and a part in the form of a rod placed inside the shell constant or tapering to the end of the blade lateral quadrangular cross-section, with sides in contact with the shell, repeating its shape, all the supporting elements by diffusion welding at temperature and pressure, the locking parts are fastened to each other with the other, and the parts located inside the shell, with the shell, characterized in that the power bearing element, in the cavity between the posts of which the damper is placed, is made of titanium alloy and has a U-shape in side view on the blade formed by the crossbar and the posts with a locking part made in the shape and dimensions of the “dovetail” of the blade lock, and between the end of the damper and the crossbar of the power element there is a gap selected at the maximum working temperature, and between the supporting surfaces of the damper and the struts with tyagom installed steel roasted ground smooth belt, and the damper is designed as a multilayer multispan girder collected from m≥10 polished steel hardened strips assembled in layout m ₁ = m ₂ + 2m 2 + 2m _3: Focus package set m = ₁ 1, 2 and more smooth ribbons, on both sides of them are “corrugation top to corrugation top” two packages are installed, assembled “corrugation into corrugation” of m ₂ = 1, 2 or more corrugated ribbons, on which packages of m ₃ = 1, 2 or more smooth ribbons, smooth ribbons are installed on the outside of the bag, one on each side of the bag, with schinoy h _n = (k / 2) ⋅h, where k = 2 ÷ 10 and h - the thickness of the internal ribbons damper in mm on these tapes with a pitch equal to two steps flutes symmetrically to the longitudinal axis of ribbons made rectangular projections, the projections of one the tapes are offset by a step of the corrugations relative to the protrusions of the other outer tape and the middle of the protrusions are located in the sections where the corrugation tops are located, resting on packets of smooth tapes installed outside the packages of corrugated tapes, and in the assembled damper, the corrugations are elastically completely straightened due to the folding of the protrusions on the outer smooth The tapes, and the parts of the protrusions, bent on the outer tapes, are the supporting surfaces of the damper, and in the locking parts of the racks of the power supporting element and in the bag there is a hole in which the pin is pressed in, and the friction surfaces of the bag and steel smooth tapes on which it rests are coated with a wear-resistant coating, and the hollow wide-chordate blade itself is made according to the method of claim 2 of the claims. 2. Способ изготовления пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, состоящий в том, что из листа из титанового сплава изготавливают оболочку пустотелой широкохордной лопатки вентилятора требуемой формы и размеров, получают силовые несущие элементы: n+1 силовой несущий элемент, выполненный в виде замка «ласточкин хвост» лопатки, и n-1 силовой несущий элемент, имеющий замковую часть, выполненную в виде «ласточкина хвоста» лопатки, и часть в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным прямоугольным сечением, из предварительно сформованных монослоев высокомодульного металломатричного композиционного материала - борных волокон в алюминиевой матрице, или борных волокон с покрытием карбида кремния в алюминиевой матрице, или углеродных волокон в алюминиевой матрице, или волокон карбида кремния в титановой матрице, путем их ступенчатой термодеформационной обработки с постепенным увеличением ее воздействия на материал, причем предпочтительно на первой стадии степень воздействия термодеформационной обработки составляет 40-70%, на второй стадии степень воздействия термодеформационной обработки с одновременным формованием несущих элементов до требуемой геометрической формы составляет 60-90%, а окончательную термодеформационную обработку несущих этих элементов до 100% проводят в составе полностью собранной заготовки при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки, укладывают в оболочку несущие элементы в порядке и на расстояниях друг от друга в соответствии со схемой армирования, отличающийся тем, что из титанового сплава изготавливают еще один силовой несущий элемент, имеющий П-образную форму на виде сбоку на лопатку, образованную перекладиной и стойками с замковой частью, выполненной в форме и размерах «ласточкиного хвоста» замка лопатки, причем высота полости между стойками элемента больше длины демпфера, размещаемого в полости, на величину зазора, выбираемого при максимальной рабочей температуре, а ширина полости выбрана такой, чтобы демпфер с требуемым натягом между его опорными поверхностями и гладкими калеными шлифованными лентами, устанавливаемыми между ним и стойками, размещался в этой полости, причем требуемая величина натяга устанавливается подбором толщины этих лент, собирают демпфер из стальных каленых шлифованных лент, покрытых износостойким покрытием, в компоновке m=m₁+2m₂+2m₃+2, сжимают его до полного упругого выпрямления гофров пакета, одновременно отгибая выступы каждой наружной ленты пакета на другую наружную ленту пакета, шлифуют пакет поверху по выступам, вставляют в полость силового несущего элемента без зазора технологическую вставку из тугоплавкого материала и устанавливают силовой элемент с вставкой в оболочку на его место в лопатке, укладывают сформированную таким образом заготовку в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, в составе собранной заготовки выполняют завершающую стадию термодеформационной обработки несущих элементов при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки при заданной температуре и давлении, вынимают лопатку из штампа и вставку из несущего силового элемента, и пока лопатка не остыла, вставляют демпфер в полость силового несущего элемента, выполняют отверстие под штифт в замковой части этого силового элемента и пакета и запрессовывают в него штифт.2. A method of manufacturing a hollow wide-chord fan blade, which consists in the fact that a shell of a hollow wide-chord fan blade of the required shape and size is made from a sheet of titanium alloy, and load-bearing elements are obtained: n + 1 force bearing element made in the form of a dovetail lock blades, and n-1 power bearing element having a locking part, made in the form of a "dovetail" of the blade, and part in the form of a rod with a constant or gradually tapering to the end of the blade transverse rectangular section from preformed monolayers of a high-modulus metal matrix composite material - boron fibers in an aluminum matrix, or boron fibers coated with silicon carbide in an aluminum matrix, or carbon fibers in an aluminum matrix, or silicon carbide fibers in a titanium matrix, by their stepwise thermal deformation processing with gradual an increase in its effect on the material, and preferably in the first stage, the degree of influence of thermal deformation processing is 40-70%, in the second the degree of influence of thermal deformation processing with the simultaneous molding of bearing elements to the desired geometric shape is 60-90%, and the final thermal deformation processing of the bearing of these elements up to 100% is carried out as part of a fully assembled workpiece while pressing and diffusion welding of the blade, the bearing elements are laid in a shell order and at distances from each other in accordance with the reinforcement scheme, characterized in that one more power carrier is made of titanium alloy an element having a U-shaped shape in a side view of the blade, formed by a crossbeam and uprights with a locking part, made in the shape and dimensions of the “dovetail” of the blade lock, and the height of the cavity between the uprights of the element is greater than the length of the damper placed in the cavity by the amount of the gap , selected at the maximum operating temperature, and the width of the cavity is chosen such that the damper with the required interference between its supporting surfaces and smooth red-hot polished tapes installed between it and the racks is placed in of the cavity, the desired preload value set selection thicknesses of these tapes, collected damper of polished steel hardened strips coated with a wear resistant coating, in the arrangement of m = m ₁ + 2m ₂ + 2m ₃ 2 is compressed to its full resilient straightening of the corrugations packet simultaneously bending the protrusions of each outer tape of the bag onto the other outer tape of the bag, grind the bag on top of the ledges, insert the technological insert from the refractory material into the cavity of the power supporting element without a gap, and install the power element with the insert In the shell, in its place in the blade, put the preform thus formed into a stamp that repeats the profile and dimensions of the blade, as part of the assembled preform, carry out the final stage of thermal deformation processing of the bearing elements while pressing and diffusion welding the blade at a given temperature and pressure, remove the blade from a stamp and an insert from the load-bearing force element, and until the blade has cooled, insert the damper into the cavity of the load-bearing element, make a hole for the pin in the lock part and the first power element package and pin is pressed into it.

Images