RU2626523C1 - Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture - Google Patents
Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626523C1 RU2626523C1 RU2016122811A RU2016122811A RU2626523C1 RU 2626523 C1 RU2626523 C1 RU 2626523C1 RU 2016122811 A RU2016122811 A RU 2016122811A RU 2016122811 A RU2016122811 A RU 2016122811A RU 2626523 C1 RU2626523 C1 RU 2626523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- corrugation
- tape
- spar
- shell
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/26—Antivibration means not restricted to blade form or construction or to blade-to-blade connections or to the use of particular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/38—Blades
- F04D29/388—Blades characterised by construction
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
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, в том числе и к длинным пустотелых широкохордных лопаток вентиляторов с длиной 0,7÷1,5 м.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, including long hollow wide-chord fan blades with a length of 0.7 ÷ 1.5 m.
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 the 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, H.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 B.F. Shorr, G.V. Melnikova, N.N. Serebryakov “Development of technologies for damping vibrations of working blades turbines of 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, не существенно (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 do not substantially (permissible) 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.
Известен 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.A known rotor of a turbomachine (see AS 333277. 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 by elastic deformation (straightening) pre-curved metal plates, and into the paddle lock under the spill GOVERNMENTAL 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 Ψmax≈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 AND .D. Study of the generalized elastic-frictional characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: dis ... candidate of technical sciences / ID 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 постановки 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 working 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.
Конструкция демпфирующего устройства по а.с. 333277 не эффективна при применении ее в длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, во - первых, потому, что при конструктивных размерах и массе жесткость пакета при первой форме колебаний лопатки окажется слишком малой для эффективного гашения этих колебаний.Design of a damping device according to A.S. 333277 is not effective when used in a long hollow wide-chord fan blade, firstly, because with the structural dimensions and mass, the stiffness of the package in the first form of blade vibrations will be too small to effectively damp these vibrations.
Во - вторых, геометрия изогнутых пластин этого демпфирующего устройства, создающих сдавливающую нагрузку между его пластинами, и компоновка пакета (см. фиг. 1 а.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÷1,5 м) и не имеющей ножки.Secondly, the geometry of the curved plates of this damping device, creating a compressive load between its plates, and the layout of the package (see Fig. 1 A.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 a large hollow blade (for example, 0.7 ÷ 1.5 m) and without a leg.
Известно также 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 also known (US patent No. 5205714, 04/27/1993), the action of which is based on the dissipation of the energy of the vibrations of the blade due to the work of the dry friction forces arising from the contact of the inactive element of the damping device with the body part of the vibrating blade located inside its legs or in castle connection. 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 patent No. 5205714 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, не велика 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 placed in the lock or blade of the blade is not large 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 in many practical cases may be insufficient to create such a damper setting that would effectively dampen vibrations of the scapula
Известно также устройство демпфирования широкохордных рабочих лопаток вентилятора (см. патент №2461717 РФ, МПК F01D 5/26, F01D25/06. Устройство демпфирования колебаний широкохордных лопаток вентиляторов с большой конусностью втулки и вентилятор газотурбинного двигателя/ Б.Ф. Шорр, Η.Н. Серебряков, М.А. Морозов. - http://www.findpatent.ru/patent/246/2A61717/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 широкохордных 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, F01D25 / 06. A device for damping oscillations of wide-chord fan blades with a large taper of the hub and a gas turbine engine fan / B.F. Shorr, Н.N Serebryakov, MA Morozov. - http://www.findpatent.ru/patent/246/2A61717/html), located between the impeller and the booster of the retaining stages of the fan, contains an annular metal plate mounted on the outside to the fan disk and / or to the booster and curved profiled e elements. 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 frictional 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, не удачен и не точен, 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 not successful and not accurate, because if there are non-zero 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 “ together "as a 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.
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.
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.As mentioned 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 RF patent No. 2461717) , and with the same magnitude of the compressive load, with the same shape and amplitude of the blade’s vibrations, the damper placed inside the blade on each oscillation span will dissipate more energy than the damper, sifting energy only due to the work of the 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.
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. In the case of 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 disc ... 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 rigidity 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 stiffness of the friction element in the direction lane perpendicular to the plane of transverse vibrations of the scapula, 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 dependent damping device is proposed in the dependent claim of the RF patent No. 2461717, in which the friction element is installed with the possibility of free displacement 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, first of all, consists in the high precision and cleanliness of the manufacture of the base with guides and the friction element itself, eliminating jamming it 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 не эффективным или даже не целесообразным в силу того, что центробежная сила, создаваемая фрикционным элементом при его конструктивных параметрах, окажется не достаточной 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 according to patent No. 2461717 of the Russian Federation 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 not expedient due to the fact that the centrifugal force created by the friction element with its design parameters will not be sufficient to create a damper setting that ensures its effective operation, or settings the damper will 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 не возможно, или не эффективно, 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 the RF patent No. 2461717 is the fact that its use for military gas turbine engines with revolutions n = 7000 ÷ 8300 rpm is not possible or not effective, since the fans of these engines have rotor blades 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, when starting or stopping, passes 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 эффективного гашения колебаний длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора демпфирующее устройство по патенту №2461717 РФ вообще не годится, так как эти лопатки, либо вообще не имеют ножки, либо длина этих ножек не достаточна для создания эффективного демпфирующего устройства такого типа.To effectively damp the vibrations of a long hollow wide-chord fan blade, the damping device according to the RF patent No. 2461717 is not suitable at all, since these blades either do not have legs at all, or the length of these legs is not sufficient to create an effective damping device of this type.
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 пустотелых лопаток вентилятора (см. патент США №398646), по которому оболочки лопатки изготавливают из бораалюминиевого волокнистого композиционного материала, в полости, образованной оболочками, размещают титановый лонжерон. Лонжерон и оболочки сваривают диффузионной сваркой при температуре и давлении.A known method for the manufacture of hollow fan blades (see US patent No. 398646), in which the shell of the blade is made of boraumuminous 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 бораалюминия. 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 бораалюминия, а оболочки из титана (см. ниже).The disadvantage of this method is the difficulty of obtaining aerodynamic shells of non-ductile (brittle) boraum 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 of boraum and the shell 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/ Ε.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,
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 a design hollow wide-chordate blades with high su- damping device and its manufacturing method.
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 длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора и способа ее изготовления, как наиболее близкие по техническому решению к предлагаемым, принята пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, получаемая по способу (см. патент РФ 2296246, МПК FQ4D 29/38. Способ получения широкохордной пустотелой лопатки вентилятора), и сам этот способ.Therefore, as prototypes of the proposed long hollow wide-chord fan blade and the method of its manufacture, the closest wide-chord fan blade obtained by the method (see RF patent 2296246,
Ставится задача создания конструкции длинной 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 на всех рабочих режимах авиадвигателя, но и повысить ресурс и надежность вентилятора ГТД.The task is to create a design of a long light hollow wide-chord blade of a fifth-generation aviation gas turbine fan with high strength and static stiffness, which persist or increase during the technological cycle, with a highly efficient damping device that can not only reduce dynamic stresses in the blade during impact and vibration to a safe level at all operating modes of the aircraft engine, but also to increase the resource and reliability of the turbine engine fan.
Поставленная задача решается тем, что предлагается длинная 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 элемента 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, с стороной или 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, отличающаяся тем, что внутри оболочки размещен еще один силовой несущий элемент - лонжерон, выполненный из титанового сплава, состоящий из замковой части, выполненной в виде «ласточкина хвоста» замка лопатки, выполненных заодно целое с замковой частью центрального стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки коробчатым прямоугольным или четырехугольным поперечным сечением или поперечным сечением в виде двутавра и двух или четырех стоек с поперечным четырехугольным сечением, со сторонами, контактирующими с оболочкой, повторяющими ее форму, между каждой стойкой или каждой парой стоек и центральным стержнем лонжерона или полками двутавра имеется прямоугольная щель, расположенная параллельно хорде некоторого поперечного сечения лопатки, при котором при заданной закрутке лопаток обеспечивалась прочность стоек и центрального стержня лонжерона, причем каждая щель заглублена в замковую часть лонжерона, в каждой из этих двух щелей, на стойки установлена гладкая, стальная, каленая или нагартованная, шлифованная лента, а на стержень лонжерона установлена гладкая, стальная, каленая или нагартованная, шлифованная лента - вставка с выемками, выполненными по дуге окружности на одной из сторон ленты, и в каждой из двух щелей между гладкой лентой и лентой - вставкой с требуемым натягом по вершинам гофров δ>Y∂, где Y∂ - допустимая деформация сжатия гофра пакета в мм, так размещен многопролетный пакет, собранный «гофр в гофр» из одной, двух или более стальных, каленых или нагартованных, шлифованных, гофрированных лент, что гофры пакета, опирающиеся на ленту - вставку, размещены в ее выемках, и вершины гофров опираются на выемки в их плоскости симметрии, а ƒ≥Y∂+h, где ƒ - стрела выгиба гофра и h - глубина выемки ленты - вставки, и на свободном конце стержня лонжерона выполнены полки, располагающиеся над стойками, и между торцами полки, и оболочкой имеются зазоры, большие допустимой величины деформации лопатки, лента - вставка отогнутым концом опирается на полку, а гладкая лента отогнута на торец или торцы пары стоек и отогнутым концом опирается на отогнутый конец ленты - вставки так, что при колебаниях лопатки происходят взаимные упругие проскальзывания с сухим трением отогнутых концов этих лент, диффузионной сваркой при температуре и давлении замковая часть лонжерона жестко соединена с замками контактирующих с нею несущих силовых элементов и с оболочкой и стойки жестко соединены с оболочкой, гофрированные ленты пакета, гладкие ленты и ленты - вставки изготовлены из жаропрочной нержавеющей стали, не теряющей упругие свойства при 600°С, а контактирующие поверхности этих лент покрыты износостойким покрытием, сохраняющим свои защитные свойства при этой температуре, и требуемые упругофрикционные характеристики системы «лопатка - демпфирующее устройство» получают должным подбором следующих параметров: числа гофров m гофрированного пакета, толщины гладких лент hг, глубины или глубин выемок h и радиусов выемок R лент - вставок, а сама лопатка изготовлена по способам п. 9, или п. 10, или п. 11 формулы изобретения.The problem is solved by the fact that a long 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 the fibrous unidirectional metal matrix composite material - boron fibers in - 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, they are n + 1 power bearing elements made in the form of dovetail locks, and placed between the other n power bearing elements and on the edges of the paddle blade, n-1 power bearing elements made of composite material have a locking part made in the form of " dovetail ”, and the part placed inside the shell in the form of a rod with a constant or gradually tapering to the end of the scapula transverse quadrangular section, with the side or sides in contact with the shell, repeating its shape, all the supporting elements of the diffusion by welding at temperature and pressure, the locking parts are fastened to each other, and the parts placed inside the shell - with the shell, characterized in that another power supporting element is placed inside the shell - a spar made of a titanium alloy, consisting of a locking part made in the form “Dovetail” of the blade lock made integral with the locking part of the central shaft with a box-shaped rectangular or quadrangular cross-section or There is a cross-section in the form of an I-beam and two or four posts with a transverse quadrangular section, with the sides in contact with the shell repeating its shape, there is a rectangular gap between each rack or each pair of posts and the central spar rod or I-beam shelves parallel to a chord of some cross section blades, in which, for a given twist of the blades, the strength of the uprights and the central spar rod was ensured, with each slot buried in the castle part of the spar, in each of these gaps, on the uprights a smooth, steel, red-hot or fretted, polished tape is installed, and on the spar rod there is a smooth, steel, red-hot or fretted, polished tape - an insert with recesses made in a circular arc on one side of the tape, and in each of two slots between a smooth tape and a tape - an insert with the required interference over the corrugation vertices δ> Y ∂ , where Y ∂ is the permissible compression deformation of the corrugation of the bag in mm, so a multi-span bag is assembled, assembled “corrugation into a corrugation” of one, two or more steel, red-hot and and cold-worked, polished, corrugated ribbons that corrugations packet based on tape - the insert has in its recesses, and vertex corrugations are supported on recesses in their plane of symmetry and ƒ≥Y ∂ + h, where ƒ - arrow corrugation of dish and h - the depth of the recess of the tape is the insert, and on the free end of the spar rod there are shelves located above the racks, and there are gaps between the ends of the shelf and the shell that are larger than the permissible deformation of the blade, the tape - the insert with its bent end rests on the shelf, and the smooth tape is bent over end face or ends of a pair with the end and the bent end rests on the bent end of the tape - insert so that when the blade vibrates, mutual elastic slippage occurs with dry friction of the bent ends of these tapes, by diffusion welding at temperature and pressure, the locking part of the spar is rigidly connected to the locks of the supporting force elements in contact with it and casing and racks are rigidly connected to the casing, corrugated tapes of the bag, smooth tapes and tapes - inserts are made of heat-resistant stainless steel that does not lose elastic properties at 600 ° C, and the contact the surfaces of these tapes are coated with a wear-resistant coating that retains its protective properties at this temperature, and the required elastic friction characteristics of the “blade - damping device” system are obtained by proper selection of the following parameters: the number of corrugations m of the corrugated package, the thickness of smooth tapes h g , the depth or depth of the recesses h and the radii of the recesses R tapes - inserts, and the blade itself is made according to the methods of p. 9, or p. 10, or p. 11 of the claims.
Изготовление лонжерона из титанового сплава объясняется тем, что композиционный высокомодульный материал, из которого изготовлены остальные несущие элементы лопатки, хрупок и тверд и плохо механически обрабатывается. При этом несколько ухудшается массовая характеристика лопатки и снижается ее прочность, так как удельный вес композиционного высокомодульного материала меньше удельного веса титанового сплава, a σв материала больше σв титанового сплава (см. патент РФ 2296246, МПК F04D 29/38. Способ получения широкохордной пустотелой лопатки вентилятора). Однако эти ухудшения для длинных пустотелых широкохордных лопаток, по нашему мнению, во многих случаях будут полностью компенсированы, и даже при той же массе лопатки за счет момента инерции пустотелого лонжерона и гашения колебаний лопатки демпфером максимальное главное напряжение лопатки может оказаться ниже, чем у лопатки с несущими элементами из композиционного высокомодульного материала, а в некоторых практически важных случаях предлагаемая лопатка может оказаться не только целесообразным, но и безальтернативным решением.The manufacture of a spar from a titanium alloy is explained by the fact that the composite high-modulus material of which the remaining supporting elements of the blade are made is fragile and hard and poorly machined. In this case, the mass characteristic of the blade slightly deteriorates and its strength decreases, since the specific gravity of the composite high-modulus material is less than the specific gravity of the titanium alloy, and σ in the material is greater than σ in the titanium alloy (see RF patent 2296246,
Выполнение условия δ>Y∂ исключает отрыв вершин гофров пакета от лент, на которые он опирается, в процессах деформирования лопатки.The fulfillment of the condition δ> Y ∂ eliminates the separation of the vertices of the corrugations of the package from the tapes on which it rests in the processes of deformation of the blade.
В работе (см. Эскин И.Д. Циклическое сжатие многослойного многопролетного гофрированного пакета / И.Д. Эскин, Р.И. Алкеев, В.И. Иващенко // Вестник СГАУ. - №1 (39), 2013. - С. 178-191) показано, что нагрузочные процессы при циклическом сжатии многослойного, многопролетного, гофрированного пакета идентичны (при решении задачи методом Галеркина) соответствующим им нагрузочным процессам однослойного, многопролетного гофра с таким же числом гофров, но с жесткостьюIn the work (see I. Eskin, Cyclic Compression of a Multilayer Multi-Span Corrugated Package / I.D. Eskin, R.I. Alkeev, V.I. Ivaschenko // Bulletin of SSAU. - No. 1 (39), 2013. - С . 178-191) it is shown that the load processes during cyclic compression of a multilayer, multi-span, corrugated package are identical (when solving the problem by the Galerkin method) to their corresponding load processes of a single-layer, multi-span corrugation with the same number of corrugations, but with rigidity
С0=2nπ4ΕΙ/t3,C 0 = 2nπ 4 ΕΙ / t 3 ,
где n - число гофрированных лент в многослойном пакете, EI - изгибная жесткость одного слоя гофра, t - шаг гофра.where n is the number of corrugated tapes in a multilayer package, EI is the bending stiffness of one layer of corrugation, t is the step of the corrugation.
Этот результат физически, прежде всего, объясняется тем, что энергия, рассеиваемая пакетом при его циклическом сжатии, рассеивается в основном за счет работы сил сухого трения на проскальзываниях гофров внешних лент пакета по жестким плитам, а энергия, рассеиваемая внутри пакета, мала по сравнению с этой энергией, а также использованием приближенного аналитического метода решения задачи (метода Галеркина).This result is physically primarily due to the fact that the energy dissipated by the packet during its cyclic compression is dissipated mainly due to the work of the dry friction forces on the slip of the corrugations of the outer tapes of the packet on the rigid plates, and the energy dissipated inside the packet is small compared to this energy, as well as the use of an approximate analytical method for solving the problem (Galerkin method).
Этот результат позволяет к 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. ), добавить еще один класс этих систем, а именно класс систем конструкционного демпфирования, у которых энергия, рассеиваемая внутри упругогистерезисного элемента, мала по сравнению с энергией, рассеиваемой на его границах. Системы конструкционного демпфирования, принадлежащие к этому классу, будут обладать вышеописанным свойством.This result allows us to classify the structural damping systems developed in the work (see Eskin I.D. Study of the generalized elastic-friction characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: disc ... Candidate of Technical Sciences / I.D. Eskin. - Kuibyshev: KuAI, 1973 . - 150 p.), Add another class of these systems, namely, the class of structural damping systems in which the energy dissipated inside the elastic-hysteresis element is small compared to the energy dissipated at its boundaries. Structural damping systems belonging to this class will have the property described above.
Использование этого свойства в предлагаемом демпфере позволяет определить количество лент в пакете из условия получения минимально возможной массы пакета при обеспечении его прочности и требуемых УДХ и позволило нам определиться с заявляемым количеством лент этого пакета.Using this property in the proposed damper allows you to determine the number of tapes in the package from the conditions for obtaining the minimum possible mass of the package while ensuring its strength and the required UDC and allowed us to determine the claimed number of tapes of this package.
Выполнение требований сохранения упругих свойств гладкими лентами, лентами - вставками и гофрированными лентами при температуре 600°С и их износоустойчивости при этой температуре необходимо потому, что диффузионную сварку лопатки проводят с установленным демпфером при температуре 550±20°С и при давлении 0,5 МПа (см. патент РФ 2296246, МПК F04D 29/38. Способ получения широкохордной пустотелой лопатки вентилятора).Fulfillment of the requirements for maintaining elastic properties by smooth tapes, tapes - inserts and corrugated tapes at a temperature of 600 ° С and their wear resistance at this temperature is necessary because diffuser welding of the blade is carried out with an installed damper at a temperature of 550 ± 20 ° С and at a pressure of 0.5 MPa (see RF patent 2296246,
Широко известно, что титан плохо работает на трение. Установка в щелях стальных гладких лент и лент - вставок исключает работу на трение лонжерона, изготовленного из титанового сплава, и организует контакты вершин гофров пакета с лентами «сталь по стали». Покрытие контактирующих поверхностей лент износостойким покрытием, например, серебрением обеспечивает высокую износостойкость этих элементов при рабочих температурах до 250°С.It is widely known that titanium works poorly on friction. The installation of steel smooth tapes and inserts in the slots eliminates the work on friction of the spar made of titanium alloy and organizes the contacts of the corrugation tops of the package with steel-to-steel tapes. Coating the contacting surfaces of the tapes with a wear-resistant coating, for example, silvering, provides high wear resistance of these elements at operating temperatures up to 250 ° C.
Стержень лонжерона выполнен с жесткостью на изгиб, равной или меньшей (но такого же порядка) жесткости на изгиб в этом же поперечном сечении оболочки, подкрепленной жестко соединенными несущими силовыми элементами. При такой жесткости стержня лонжерона пакет будет не только изгибаться, но его гофры будут циклически сжиматься. Жесткость пакета на изгиб невелика и ее значение далеко от оптимального. Жесткость. же пакета (вершин гофров) на сжатие при должном подборе параметров пакета может обеспечить ему оптимальную жесткостную характеристику, а должный подбор величины начального натяга по вершинам гофров пакета и работа гофров на циклическое сжатие при колебаниях лопатки обеспечивали проскальзывания с сухим трением вершин гофров по контактирующим с ними лентами и при этом обеспечивалась высокая эффективность демпфера, способного не только снизить динамические напряжения в лопатке при ударе и вибрации до безопасного уровня на всех рабочих режимах авиадвигателя, но и повысить ресурс и надежность вентилятора ГТД.The spar rod is made with bending stiffness equal to or less (but of the same order) of bending stiffness in the same cross-section of the shell, supported by rigidly connected load-bearing force elements. With such rigidity of the spar rod, the package will not only bend, but its corrugations will be cyclically compressed. The package stiffness in bending is small and its value is far from optimal. Rigidity. the same package (corrugation vertices) for compression, with proper selection of the package parameters, can provide it with an optimal stiffness characteristic, and proper selection of the initial tightness over the corrugation vertices of the package and the operation of the corrugations for cyclic compression during blade vibrations provided slippage with dry friction of the corrugation vertices along the contacting them At the same time, high efficiency of the damper was ensured, capable of not only reducing dynamic stresses in the blade during impact and vibration to a safe level for all workers Modes of aircraft engines, but also improve the service life and reliability of the gas turbine engine fan.
Наличие у лент - вставок выемок, выполненных по дуге окружности, во - первых, улучшает УФХ демпфера и, следовательно, лопатки в целом за счет того, что при деформации лопатки гофры пакета циклически сжимаются, при этом происходит проскальзывание их вершин по цилиндрической поверхности выемки, отчего гофры дополнительно сжимаются и при этом, естественно, увеличиваются и проскальзывания вершин гофров. В результате энергия, рассеиваемая демпфером, увеличивается, как за счет дополнительного увеличения суммарной величины проскальзываний вершин гофров, так и за счет дополнительного увеличения сил трения на контактных поверхностях демпфера.The presence of grooves in the inserts tapes made in an arc of a circle, firstly, improves the UVC of the damper and, therefore, the blades as a whole due to the fact that when the blades are deformed, the corrugations of the package are cyclically compressed, and their vertices slip along the cylindrical surface of the recess, why the corrugations are additionally compressed and at the same time, of course, the slippage of the corrugation peaks also increases. As a result, the energy dissipated by the damper increases, both due to an additional increase in the total amount of slippage of the corrugation peaks, and due to an additional increase in the friction forces on the contact surfaces of the damper.
Во - вторых, наличие выемок у лент - вставок фиксирует смещение пакета под действием центробежных сил, создаваемых его массой, а наличие - полок у стержня лонжерона, в которые упираются гладкие ленты и ленты - вставки, обеспечивает восприятие центробежных сил, создаваемых суммарной массой пакета, гладких лент и лент - вставок, стержнем лонжерона.Secondly, the presence of recesses in the tapes-inserts fixes the displacement of the package under the action of centrifugal forces created by its mass, and the presence of the shelves at the spar rod, against which smooth tapes and tape-inserts abut, ensures the perception of centrifugal forces created by the total mass of the package, smooth tapes and tapes - inserts, the spar rod.
Заглубление щелей в замочную часть лонжерона позволяет фиксировать пакет от смещения в направлении ширины щели с помощью силовых несущих элементов, контактирующих с замковой частью лонжерона.The deepening of the slots in the lock part of the spar allows you to fix the package from displacement in the direction of the width of the slit with the help of power bearing elements in contact with the lock part of the spar.
Применение предлагаемых способов изготовления длинной пустотелой широкохордной лопатки обеспечивает высокую прочность и статическую жесткость, сохраняющиеся или нарастающие в процессе технологического цикла (см. ниже).The application of the proposed methods for manufacturing a long hollow wide-chordate blade provides high strength and static stiffness, which persist or increase during the technological cycle (see below).
УФХ демпфера, а, следовательно, и системы «пустотелая лопатка -демпфер» можно изменять в широких пределах без изменения конструктивно сложных деталей лопатки, например, лонжерона и технологического оборудования - штампов для изготовления гофрированных лент и приспособлений для сборки демпфера и установки его в лопатку. Величину Начального натяга δ можно изменить, как подбором гладких лент нужной толщины hг, так и подбором лент - вставок с нужной глубиной h выемок. Возможно подобрать требуемый закон распределения начального натяга по длине лопатки, установив ленты - вставки с нужным законом изменения глубин выемок. Возможно также подобрать требуемый закон распределения дополнительного сжатия гофров и закон распределения проскальзываний их вершин, установив ленты - вставки с нужным законом изменения величин радиусов выемок или с нужными законами изменения глубин и радиусов выемок.The UVC of the damper, and, consequently, the “hollow-blade-damper” system can be changed over a wide range without changing the structurally complex parts of the blade, for example, the spar and technological equipment — dies for making corrugated tapes and devices for assembling the damper and installing it in the blade. The value of the Initial preload δ can be changed, both by the selection of smooth ribbons of the desired thickness h g , and by the selection of ribbons - inserts with the desired depth h of the recesses. It is possible to select the required law of distribution of the initial interference along the length of the blade by installing tapes - inserts with the desired law of changing the depths of the notches. It is also possible to select the required distribution law for additional compression of the corrugations and the distribution law for the slippage of their vertices by installing tapes - inserts with the desired law of changing the values of the radii of the grooves or with the necessary laws of changing the depth and radius of the grooves.
Кроме того, демпфер, как устройство конструкционного демпфирования, обладает свойством наследственности нагружений и вследствие выполнения условия δ>Y∂ УФХ предлагаемого демпфера, а, следовательно, и системы «лопатка - демпфер» будут зависеть от способа изготовления предлагаемой лопатки, а именно от способа установки демпфера в лонжерон (см. ниже).In addition, the damper, as a structural damping device, has the property of heredity of the loads and due to the fulfillment of the condition δ> Y ∂ UFH of the proposed damper, and, consequently, the “blade-damper” system will depend on the manufacturing method of the proposed blade, namely on the installation method damper in the spar (see below).
Влияние различных закономерностей изменения указанных параметров, которые можно обеспечить у демпфера предлагаемой лопатки на процессы ее колебаний не изучались. Но выбрать достаточно простую подходящую закономерность, обеспечивающую высокую энергию рассеивания, можно без большого объема расчетов, учтя следующие условия: величина Sj проскальзывания вершины любого j-ого гофра, опирающейся на ленту - вставку (здесь при определении номера j считаются только вершины гофров, опирающихся на выемки ленты -вставки) определяется из соотношения:The influence of various patterns of change in these parameters, which can be provided by the damper of the proposed blade on the processes of its oscillations, has not been studied. But it is possible to choose a sufficiently simple suitable regularity that provides high dissipation energy without a large amount of calculations, taking into account the following conditions: the value S j of the tip slip of any j-th corrugation based on an insert ribbon (here, when determining the number j, only the vertices of the corrugations based on on the notches of the tape-insert) is determined from the ratio:
где Sk - проскальзывание любой k-ой вершины от собственной упругой деформации гофра, и отсчет номера вершины гофра ведется от вершины гофра, опирающейся на ленту - вставку, у которого Sj=Sk=1 и, что даже при одинаковой деформации сжатия гофров вследствие эффекта «накопления действия сил трения» (см. ниже) на гофры действуют различные сжимающие силы, тем меньшие, чем больше номер гофра j, и, что при увеличении глубины выемки h при том же ее радиусе R будет снижаться величина начального натяга δ, но при этом будет увеличиваться дополнительная деформация сжатия гофра при проскальзывании его вершины по цилиндрической поверхности выемки и одно будет компенсировать другое, параметры выемки в ленте - вставке, в которой расположен гофр с наибольшим номером j должны быть такими, чтобы при допустимой деформации лопатки при ее колебании по первой форме эта вершина не вылезла из выемки при ее проскальзывании и обеспечивалась прочность пакета.where S k is the slipping of any k-th vertex from its own elastic deformation of the corrugation, and the number of the corrugation vertex is counted from the corrugation vertex resting on the tape, an insert with S j = S k = 1 and, even with the same compression deformation, the corrugations due to the effect of “accumulation of the action of friction forces” (see below), various compressive forces act on the corrugations, the smaller the greater the number of corrugations j, and that with an increase in the depth of the notch h with the same radius R, the initial interference value δ will decrease, but at the same time additional deformation will increase compression of the corrugation when its tip slides along the cylindrical surface of the recess and one will compensate for the other, the parameters of the recess in the ribbon insert, in which the corrugation with the highest number j is located, should be such that, with allowable deformation of the blade when it vibrates along the first shape, this vertex does not crawled out of the recess when it slipped and provided the strength of the package.
Поэтому в качестве примера, реализующего одну из возможных таких закономерностей, предлагается длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, отличающаяся тем, что ленты - вставки выполняются с выемками постоянной глубины h и с радиусами R, определяемыми из соотношения:Therefore, as an example that implements one of these possible patterns, a long hollow wide-chord fan blade is proposed, characterized in that the ribbon inserts are made with recesses of constant depth h and with radii R determined from the relation:
j=1,2,…,m,j = 1,2, ..., m,
где Sj определяется из соотношения:where Sj is determined from the relation:
j - номер вершины гофра, опирающейся на выемку ленты - вставки, Sk - собственное проскальзывание любой k-ой вершины гофра, вызванное его упругой деформацией, m - число вершин гофров, опирающихся на выемки ленты - вставки, отсчитываемое от первого гофра, причем для лопаток с длиной до 700 мм в качестве первого гофра выбран гофр, опирающийся на ленту - вставку, наиболее близкий к корневому сечению пера лопатки, и зазор между дном щели и торцом пакета равен S1, а для лопаток с длиной, равной или большей 700 мм в качестве первого гофра выбран гофр, опирающийся на ленту - вставку, расположенный в середине пакета, и зазор между дном щели и торцом пакета равен или больше Sm при этом шаг гофров пакета t должен удовлетворять условию t≥Sm+а, где величина а должна удовлетворять условиям конструктивности, обеспечивающим функциональность и длительную работоспособность и прочность ленты - вставки.j is the number of corrugation vertices resting on the notch of the insert ribbon, S k is the proper slip of any kth vertex of the corrugation caused by its elastic deformation, m is the number of corrugation vertices resting on the notches of the corrugation tape, the insert counted from the first corrugation, and for blades with a length of up to 700 mm as the first corrugation, a corrugation based on a tape is selected - the insert closest to the root section of the blade feather, and the gap between the bottom of the slit and the end of the packet is S 1 , and for blades with a length equal to or greater than 700 mm as the first corrugation, the corrugation supporting on the tape — an insert located in the middle of the packet, and the gap between the bottom of the slit and the end of the packet is equal to or greater than S m; in this case, the step of the corrugations of the packet t must satisfy the condition t≥S m + a, where the quantity a must satisfy the constructive conditions providing functionality and long-term performance and strength of the tape - insert.
Здесь при выводе соотношения для определения радиуса выемки R принято, что хорда выемки b=4 Sj.Here, when deriving the relation for determining the notch radius R, it is assumed that the notch chord is b = 4 Sj.
Причем увеличение смещения вершин гофров в случае, когда граничные условия пакета выполнены так, что гофром, с которого начинается отсчет номеров гофров, опирающихся на выемки ленты - вставки, начинается с такого гофра, наиболее близкого к корневому сечению пера лопатки, идет от этого гофра к другому крайнему гофру пакета. В случае, когда граничные условия пакета выполнены так, что гофром, с которого начинается отсчет номеров гофров, опирающихся на выемки ленты - вставки, начинается со среднего такого гофра пакета, увеличение смещения вершин гофров происходит от среднего гофра к крайним гофрам пакета. Выбор второго случая для лопаток с длиной, большей 700 мм, объясняется тем, что из-за действия эффекта «накопления действия сил трения» при реализации первого случая число гофров пакета окажется столь большим, что не удастся обеспечить прочность пакета.Moreover, the increase in the displacement of the corrugated vertices in the case when the boundary conditions of the package are satisfied so that the corrugation, from which the numbers of corrugations based on the recesses of the insert tape begin, begins with such corrugation, which is closest to the root section of the blade feather, goes from this corrugation to another extreme corrugation package. In the case when the boundary conditions of the package are satisfied so that the corrugation, from which the numbers of corrugations starting from the recesses of the insert strip begin, starts with the average of such corrugations of the package, the shift of the vertices of the corrugations increases from the average corrugation to the extreme corrugations of the package. The choice of the second case for blades with a length greater than 700 mm is explained by the fact that due to the effect of the “accumulation of the action of friction forces” during the implementation of the first case, the number of corrugations of the package will be so large that it will not be possible to ensure the strength of the package.
С целью упрощения технологии изготовления лент - вставок предлагается также длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, отличающаяся тем, что радиус выемок лент - вставок R постоянен и определяется из соотношения:In order to simplify the manufacturing technology of tapes - inserts, a long hollow wide-chord fan blade is also proposed, characterized in that the radius of the notches of the tapes - inserts R is constant and is determined from the ratio:
С целью улучшения УФХ системы «лопатка - демпфер» предлагается также длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, отличающаяся тем, что стержень лонжерона в любом поперечном сечении выполнен с жесткостью на изгиб, большей жесткости на изгиб в этом поперечном сечении оболочки, подкрепленной жестко соединенными несущими силовыми элементами, а несущие силовые элементы, расположенные у лонжерона с двух его сторон, выполнены со стороной, скрепленной с оболочкой, причем несущие силовые элементы, скрепленные со спинкой лопатки, чередуются с несущими силовыми элементами, скрепленными с корытом лопатки.In order to improve the UVC of the “blade-damper” system, a long hollow wide-chord fan blade is also proposed, characterized in that the spar shaft in any cross section is made with bending stiffness, greater bending stiffness in this cross section of the shell, reinforced by rigidly connected load-bearing force elements and the load-bearing force elements located on the side member on its two sides are made with the side fastened to the shell, the load-bearing force elements fastened to the back of the scapula, uyutsya with bearing force elements, fastened to the trough of the blade.
Чем больше жесткость стержня лонжерона относительно жесткости оболочки, подкрепленной несущими силовыми элементами, тем больше доля деформации сжатия гофров в общей деформации пакета, тем больше среднециклическая жесткость пакета и тем больше величина энергии, рассеиваемой пакетом.The greater the stiffness of the spar rod relative to the stiffness of the shell, reinforced by load-bearing force elements, the greater the proportion of compression deformation of the corrugations in the total deformation of the packet, the greater the average cyclic rigidity of the packet and the greater the amount of energy dissipated by the packet.
Предлагается длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, отличающаяся тем, что гладкие, каленые или нагартованные, шлифованные ленты, каленые или нагартованные, шлифованные ленты - вставки и каленые или нагартованные, шлифованные гофрированные ленты пакета изготовлены из жаропрочных, нержавеющих сталей 10Х23Н18 или 20Х23Н18, или сталей 20X13 и 30X13.A long hollow wide-chord fan blade is proposed, characterized in that smooth, hardened or caked, sanded tapes, hardened or caked, sanded tapes - inserts and hardened or caked, sanded corrugated tapes of the bag are made of heat-resistant, stainless steel 10X23H18 or 20X23X18, or 20X23X18, or and 30X13.
Эти жаропрочные нержавеющие стали не теряют свои прочностные и упругие свойства при 600°С. Причем стали 10Х23Н18 и 20Х23Н18 аустенитного класса, а стали 20X13 и 30X13 мартенситного класса.These heat-resistant stainless steels do not lose their strength and elastic properties at 600 ° C. Moreover, steel 10X23N18 and 20X23H18 of the austenitic class, and steel 20X13 and 30X13 of the martensitic class.
Предлагается также длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, отличающаяся тем, что гофры гофрированных лент пакетов выполнены пологими с отношением t/ƒ>10, где t - шаг гофра и ƒ - величина стрелы выгиба гофра в мм.A long hollow wide-chord fan blade is also proposed, characterized in that the corrugations of the corrugated tape packages are flat with a ratio t / ƒ> 10, where t is the corrugation pitch and и is the value of the corrugation arrow in mm.
Преимущества этой лопатки см. ниже.The advantages of this blade are shown below.
Предлагается способ изготовления длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, состоящий в том, что из листа из титанового сплава изготавливают оболочку длинной 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 лонжерон, состоящий из замковой части, выполненной в виде «ласточкина хвоста» замка лопатки, выполненных заодно целое с замковой частью центрального стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки коробчатым прямоугольным или четырехугольным поперечным сечением или поперечным сечением в виде двутавра и двух или четырех стоек с таким поперечным четырехугольным сечением, сторонам которого, контактирующим с оболочкой лопатки, на последней фазе термодеформационной обработки придается форма, образующая единый монолит с оболочкой и обеспечивающая требуемую геометрию пера лопатки, между каждой стойкой или каждой парой стоек и центральным стержнем лонжерона или полками двутавра имеется прямоугольная щель, расположенная так, что в готовой лопатке она параллельна хорде некоторого поперечного сечения лопатки, при котором при заданной закрутке лопаток обеспечивалась прочность стоек и центрального стержня лонжерона, причем каждая щель заглублена в замковую часть лонжерона, изготавливают из жаропрочной нержавеющей стали гладкие ленты, ленты - вставки и гофрированные ленты, устанавливают в каждую щель стальную, каленую или нагартованную, шлифованную ленту - вставку так, чтобы она отогнутым концом с натягом уперлась в полку стержня лонжерона, устанавливают в каждую щель гладкую, стальную, каленую или нагартованную, шлифованную ленту так, чтобы она ее отогнутой частью легла на торец стойки или торцы стоек лонжерона с натягом по отогнутой части ленты - вставки, собирают пакет демпфера из гофрированных, стальных, каленых или нагартованных, - шлифованных лент, укладывая их друг на друга «гофр в гофр», в специальном приспособлении сжимают гофры пакета на одну и ту же величину δт>δ, выталкивают собранный пакет в щель лонжерона, где он, разжавшись, устанавливается с начальным натягом δ по вершинам гофров, аналогичными операциями собирают и устанавливают в щель лонжерона второй пакет, согласно схеме армирования укладывают несущие силовые элементы, лонжерон с собранным демпфером и технологические вставки из жаропрочной стали в оболочку, укладывают сформированную таким образом заготовку в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки на длине ее силовых несущих элементов и лонжерона, и подвергают ее завершающей стадии термодеформационной обработки несущих элементов и лонжерона при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки при заданной температуре и давлении, удаляют технологические вставки, через оставшимся открытым, конец пера лопатки, лопатку помещают в штамп, повторяющий профиль и размеры концевой части пера лопатки, и при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки при заданной температуре и давлении формируют конец пера лопатки, извлекают готовую лопатку из штампа.A method for manufacturing a long hollow wide-chord fan blade, which consists in the fact that a sheath of a long hollow wide-chord fan blade, of the required shape and size, is made of a sheet of titanium alloy, provides power bearing elements: n + 1 power bearing element made in the form of a dovetin lock tail "of the scapula, and n-1 power bearing element having a locking part made in the form of a" dovetail "of the scapula, and part in the form of a rod with a constant or gradually tapering to the end of the scapula n rectangular 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 a gradual increase in its effect on the material, and preferably at the first stage, the degree of influence of thermal deformation processing and is 40-70%, in the second stage, the degree of influence of thermal deformation processing with the simultaneous molding of the bearing elements to the required 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, load-bearing elements are laid in the shell in the order and at distances from each other in accordance with the reinforcement scheme, characterized in that made of a titanium alloy a spar is made up of a castle part made in the form of a “dovetail” of a blade lock made integrally with the castle part of the central shaft with a box-shaped rectangular or quadrangular cross-section or a cross section in the form of an I-beam and two or four racks with such a transverse quadrangular section, the sides of which are in contact with the shell of the scapula, in the last phase of thermal deformation processing, a shape is formed that forms a single monol um with a shell and providing the required geometry of the blade feather, between each rack or each pair of racks and the central spar rod or I-beam shelves there is a rectangular slot located so that in the finished blade it is parallel to the chord of some cross section of the blade, in which, for a given twist of the blades, the strength of the uprights and the central spar rod, with each slot buried in the lock part of the spar, smooth ribbons are made of heat-resistant stainless steel, the inserts are tapes and corrugated tapes, install steel, red-hot or caked, polished tape into each slot - the insert so that it rests against the spar of the spar rod with a bent end, install a smooth, steel, red-hot, or cured, sanded tape in each slot so that it is the bent part lay on the end of the rack or the ends of the racks of the spar with an interference fit on the bent part of the tape - inserts, collect the damper package from corrugated, steel, hardened or caked, - sanded tapes, laying them on top of each other corrugation ”, in a special device compress the corrugations of the package by the same value δ t > δ, push the assembled package into the spar slot, where it, when unclenched, is installed with the initial interference δ along the corrugation tops, by the same operations, they collect and install the second the package, according to the reinforcement scheme, is placed by the load-bearing strength elements, a spar with an assembled damper and technological inserts from heat-resistant steel in a shell, and the blank thus formed is laid in a stamp repeating the profile and dimensions of the shovels ki along the length of its power bearing elements and the spar, and subjected it to the final stage of thermo-deformation processing of the bearing elements and the spar while pressing and diffusion welding the blade at a given temperature and pressure, remove the technological inserts, through the remaining open, the end of the feather blade, the blade is placed in the stamp repeating the profile and dimensions of the end part of the blade pen, and while pressing and diffusion welding of the blade at a given temperature and pressure, form the end of the blade pen, remove the finished blade from the stamp.
Если форма, размеры и схема армирования лопатки таковы, что для получения требуемой формы пера лопатки не нужны технологические вставки, то в этом случае предлагается способ изготовления длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, отличающийся тем, что сформированную заготовку укладывают в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, и завершающую стадию термодеформационной обработки несущих элементов и лонжерона при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки при заданной температуре и давлении и оформление концевой части пера лопатки производят в этом штампе в одну операцию.If the shape, dimensions and pattern of reinforcing the blade are such that technological inserts are not needed to obtain the desired shape of the blade feather, then a method for manufacturing a long hollow wide-chord fan blade is proposed, characterized in that the formed blank is laid in a stamp repeating the profile and dimensions of the blade , and the final stage of thermal deformation processing of the bearing elements and the spar while pressing and diffusion welding of the blade at a given temperature and pressure and design the end part of the pen blades produce in this stamp in one operation.
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 схемы армирования, всеми силовыми несущими элементами и лонжероном с демпфером. Термодеформация силовых несущих элементов и лонжерона достигает 100% и одновременно они соединяются в единое целое с оболочкой лопатки диффузионной сваркой.At the third final stage, thermodynamic processing at a temperature of 550 ° ± 20 ° C and a pressure of 0.5 MPa (see RF patent 2296246,
Так как термодинамическая обработка лопатки по предлагаемым способам мало отличается от ее термодинамической обработки по способу патента РФ 2296246, МПК F04D 29/38 предлагаемый способ также позволяет получить длинную 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 processing of the blade according to the proposed methods differs little from its thermodynamic processing according to the method of RF patent 2296246,
Как уже указывалось, УФХ демпфера существенно зависят от способа сборки пакетов демпфера.As already indicated, the UVC of the damper significantly depends on the method of assembly of the damper packages.
Поэтому предлагается способ изготовления длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, отличающийся тем, что каждый гофрированный пакет демпфера сжимают одновременно в специальном приспособлении между двух жестких параллельных плит на величину δт.Therefore, a method for manufacturing a long hollow wide-chord fan blade is proposed, characterized in that each corrugated damper package is compressed simultaneously in a special device between two rigid parallel plates by a value of δ t .
При этом вследствие действия эффекта «накопления действия сил трения» (см. ниже) жесткость гофров получается не одинаковой и убывает от центрального гофра к крайним гофрам пакета. Соответственно убывает и величина силы, сжимающая каждый гофр на одну и ту же величину деформации.Moreover, due to the effect of the “accumulation of the action of friction forces” effect (see below), the stiffness of the corrugations is not the same and decreases from the central corrugation to the extreme corrugations of the packet. Correspondingly, the magnitude of the force, compressing each corrugation by the same amount of deformation, also decreases.
Для получения пакетов демпфера с существенно большей степенью равномерности распределения жесткости их гофров после сборки пакетов предлагается способ изготовления длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, отличающийся тем, что пакет сжимают не одновременно, последовательно сжимая вершины гофров пакета друг за другом на одну и ту же величину δт, начиная с вершины гофра, расположенной у его конца, или начиная с центральной вершины гофра, смещаясь от вершины гофра к вершине к его концам.To obtain damper packages with a significantly greater uniformity in the distribution of stiffness of their corrugations after assembly of packages, a method for manufacturing a long hollow wide-chord fan blade is proposed, characterized in that the package is not compressed simultaneously, sequentially compressing the vertices of the package corrugations one after the other by the same value of δ t starting from the top of the corrugation, located at its end, or starting from the central top of the corrugation, shifting from the top of the corrugation to the top to its ends.
При этом жесткости гофров пакета после сжатия всех его гофров на одну и ту же величину деформации, кроме гофра, которого сжимают первым, будут одинаковы, и жесткость этого гофра будет меньше жесткости остальных гофров пакета. Этот эффект, проявляющийся при этом способе сборки пакета объясняется отличием граничных условий этого гофра и остальных гофров пакета (см. ниже).In this case, the rigidity of the corrugations of the package after compressing all its corrugations by the same strain, except for the corrugation, which is compressed first, will be the same, and the rigidity of this corrugation will be less than the rigidity of the other corrugations of the package. This effect, manifested by this method of assembly of the package, is explained by the difference in the boundary conditions of this corrugation and the remaining corrugations of the package (see below).
Кроме того, для получения одинаковой жесткости у всех гофров пакета после сжатия его гофров на одну и ту же величину деформации, предлагается способ изготовления длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, отличающийся тем, что после сжатия второго гофра на требуемую величину деформации первый гофр полностью разгружают от сдавливающей нагрузки и затем повторно сжимают на ту же величину деформации.In addition, to obtain the same stiffness for all the corrugations of the package after compressing its corrugations by the same amount of deformation, a method for manufacturing a long hollow wide-chord fan blade is proposed, characterized in that after compressing the second corrugation by the required amount of deformation, the first corrugation is completely unloaded from compressing load and then re-compress the same amount of deformation.
Одинаковую с остальными гофрами жесткость у первого гофра получают за счет того, что при повторном нагружении после сжатия второго гофра и полной разгрузке первого гофра, он будет нагружаться с теми же граничными условиями, что и остальные гофры пакета.The rigidity of the first corrugation is the same with the other corrugations due to the fact that when re-loading after compression of the second corrugation and the complete unloading of the first corrugation, it will be loaded with the same boundary conditions as the other corrugations of the package.
Предлагаемые конструкции длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора и способы ее изготовления поясняются фигурами. Для лучшего чтения чертежей ленты в разрезах показаны не заштрихованными.The proposed design of a long hollow wide-chord fan blade and methods for its manufacture are illustrated by figures. For better reading of drawings, tapes in sections are shown not shaded.
На фиг. 1 изображена предлагаемая длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора.In FIG. 1 depicts a proposed long hollow wide-chord fan blade.
На фиг. 2 изображен схема варианта армирования лопатки.In FIG. 2 shows a diagram of a blade reinforcement variant.
На фиг. 3 изображено сечение по А-А на фиг. 1, изображение увеличено. На фиг. 4 изображен разрез по Б-Б на фиг. 1.In FIG. 3 shows a section along AA in FIG. 1, the image is enlarged. In FIG. 4 shows a section along BB in FIG. one.
На фиг. 5 изображена схема опирания вершины гофра пакета на выемку ленты - вставки.In FIG. 5 shows a diagram of the support of the top of the corrugation package on the notch of the tape - insert.
На фиг. 6 изображен разрез по Б-Б на фиг. 1 варианта лопатки с центральным стержнем лонжерона, выполненным с жесткостью на изгиб, большей жесткости на изгиб подкрепленной оболочки и с несущими элементами, расположенными у лонжерона с двух его сторон, со стороной, скрепленной с оболочкой.In FIG. 6 shows a section along BB in FIG. 1 of a blade version with a central spar rod made with bending stiffness, greater bending stiffness of the reinforced shell and with supporting elements located on the spar from its two sides, with the side bonded to the shell.
На фиг. 7 изображена схема одновременного сжатия гофров пакета.In FIG. 7 shows a diagram of the simultaneous compression of the corrugations of the package.
На фиг. 8 изображена схема установки пакета в лонжерон.In FIG. 8 shows a diagram of the installation of the package in the spar.
На фиг. 9 изображена схема последовательного сжатия гофров пакета.In FIG. 9 shows a sequential compression scheme of the corrugations of a packet.
Предлагаемая длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора (см. фиг. 1) состоит из оболочки 1, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов 2 и 3 (см. фиг. 2), выполненных из волокнистого высокомодульного 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 элемента 2 выполнены в виде замков «ласточкин хвост», и размещены между других n силовых несущих элементов и на краях замка лопатки, n-1 силовых несущих элементов 3 имеют замковую часть 4, выполненную в виде «ласточкина хвоста», и размещенную внутри оболочки 1 часть 5 в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным четырехугольным сечением, с стороной или сторонами, контактирующими с оболочкой 1, повторяющими ее форму. Еще один силовой несущий элемент - лонжерон 6 выполнен из титанового сплава, состоит из замковой части 7 (см. фиг. 1, 3), выполненной в виде «ласточкина хвоста» замка лопатки, и выполненных заодно целое с замковой частью 7 центрального стержня 8 с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки коробчатым прямоугольным или четырехугольным поперечным сечением или поперечным сечением в виде двутавра (см. фиг. 4) и двух или четырех стоек 9 (см. фиг. 1) с поперечным четырехугольным сечением, со сторонами, контактирующими с оболочкой, повторяющими ее форму. Все несущие элементы диффузионной сваркой при температуре и давлении замковыми частями 4 и 7 скреплены друг с другом и оболочкой 1, а частями 5 и 9, размещенными внутри оболочки, - с оболочкой 1. Между каждой стойкой 9 или каждой парой стоек 9 и центральным стержнем 8 лонжерона 6 (см. фиг. 3) или полками двутавра имеется прямоугольная щель 10, расположенная параллельно хорде некоторого поперечного сечения лопатки, при котором при заданной закрутке лопаток обеспечивалась прочность стоек 9 и центрального стержня 8 лонжерона 6. Причем каждая щель 10 заглублена в замковую часть 7 лонжерона. В каждой из этих двух щелей 10 на стойки 9 установлена гладкая, стальная, каленая или нагартованная, шлифованная лента 11, а на стержень 8 лонжерона установлена гладкая, стальная, каленая или нагартованная, шлифованная лента - вставка 12 с выемками 13, выполненными по дуге окружности на одной из сторон ленты 12. И в каждой из двух щелей 10 между гладкой лентой 11 и лентой - вставкой 12 с требуемым натягом по вершинам гофров δ>Y∂, где Y∂ - допустимая деформация сжатия гофра пакета в мм, так размещен многопролетный пакет 14, собранный «гофр в гофр» из одной, двух или более стальных, каленых или нагартованных, шлифованных, гофрированных лент 15, что гофры пакета, опирающиеся на ленту - вставку 12, размещены в ее выемках 13, и вершины 16 (см. фиг. 5) гофров опираются на выемки 13 в их плоскости симметрии. Стрела выгиба гофра ƒ≥Y∂+h, где h - глубина выемки ленты - вставки 12. На свободном конце стержня 8 лонжерона (см. фиг. 3) выполнены полки 17, располагающиеся над стойками 9. Между торцами полок 17 и оболочкой 1 имеются зазоры 18, большие допустимой величины деформации лопатки. Лента - вставка 12 отогнутым концом опирается на полку 17, а гладкая лента 11 отогнута на торец или торцы пары стоек 9 и отогнутым концом опирается на отогнутый конец ленты - вставки 12 так, что при колебаниях лопатки происходят взаимные упругие проскальзывания с сухим трением отогнутых концов этих лент. Гофрированные ленты 15 пакета 14, гладкие ленты 11 и ленты - вставки 12 изготовлены из жаропрочной нержавеющей стали, не теряющей упругие свойства при 600°С, а контактирующие поверхности этих лент покрыты износостойким покрытием, сохраняющим свои защитные свойства при этой температуре. Требуемые упругофрикционные характеристики системы «лопатка - демпфирующее устройство» получают должным подбором следующих параметров: числа гофров m гофрированного пакета 14, толщины кг гладких лент 11, глубины или глубин h и радиусов R выемок 13 лент - вставок 12, а сама лопатка изготовлена по способам п. 9, или п. 10, или п. 11 формулы изобретения.The proposed long hollow wide-chord fan blade (see Fig. 1) consists of a
Предлагается длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора (см. фиг. 1), отличающаяся тем, что ленты - вставки 12 выполняются с выемками 13 постоянной глубины h и с радиусами R, определяемыми из соотношения:A long hollow wide-chord fan blade is proposed (see Fig. 1), characterized in that the ribbon inserts 12 are made with
j=1,2,….,m,j = 1,2, ...., m,
где Sj определяется из соотношения:where Sj is determined from the relation:
j - номер вершины гофра, опирающейся на выемку 13 ленты - вставки 12, Sk - собственное проскальзывание любой k-ой вершины гофра, вызванное его упругой деформацией, m - число вершин гофров, опирающихся на выемки 13 ленты - вставки 12, отсчитываемое от первого гофра, причем для лопаток с длиной до 700 мм в качестве первого гофра выбран гофр, опирающийся на ленту - вставку 12, наиболее близкий к корневому сечению пера лопатки, и зазор 19 (см. фиг. 2) между дном щели 10 и торцом пакета 14 равен S1, а для лопаток с длиной, равной или большей 700 мм в качестве первого гофра выбран гофр, опирающийся на ленту - вставку 12, расположенный в середине пакета 14, и зазор 19 между дном щели 10 и торцом пакета 14 равен или больше Sm. При этом шаг гофров t пакета 14 должен удовлетворять условию t≥Sm+а, где величина а (см. фиг. 5) должна удовлетворять условиям конструктивности, обеспечивающим функциональность и длительную работоспособность и прочность ленты - вставки 12.j is the number of corrugation vertices resting on the
Предлагается длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора (см. фиг. 1), отличающаяся тем, что радиус R (см. фиг. 5) выемок 13 лент - вставок 12 постоянен и определяется из соотношения:A long hollow wide-chord fan blade is proposed (see Fig. 1), characterized in that the radius R (see Fig. 5) of the
Предлагается длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора (см. фиг. 6), отличающаяся тем, что стержень 8 лонжерона 6 в любом поперечном сечении выполнен с жесткостью на изгиб, большей жесткости на изгиб в этом поперечном сечении оболочки, подкрепленной жестко соединенными несущими силовыми элементами, а несущие силовые элементы 20, расположенные у лонжерона 6 с двух его сторон, выполнены со стороной, скрепленной с оболочкой 1, причем несущие силовые элементы, скрепленные со спинкой лопатки, чередуются с несущими силовыми элементами, скрепленными с корытом лопатки.A long hollow wide-chord fan blade is proposed (see Fig. 6), characterized in that the
Предлагается длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора (см. фиг. 1), отличающаяся тем, что гладкие, каленые или нагартованные, шлифованные ленты 11, каленые или нагартованные, шлифованные ленты - вставки 12 и каленые или нагартованные, шлифованные гофрированные ленты 15 пакета 14 изготовлены из жаропрочных, нержавеющих сталей 10Х23Н18 или 20Х23Н18, или сталей 20X13 и 30X13.A long hollow wide-chord fan blade is proposed (see Fig. 1), characterized in that smooth, hardened or caked, sanded
Кроме того, предлагается длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора (см. фиг. 1), отличающаяся тем, что гофры гофрированных лент 15 пакетов 14 выполнены пологими с отношением t/ƒ>10, где t - шаг гофра и ƒ - величина стрелы выгиба гофра в мм.In addition, a long hollow wide-chord fan blade is proposed (see Fig. 1), characterized in that the corrugations of the
Предлагаемые способы изготовления длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора описаны выше. Поэтому дополним эти описания только описанием принципиальных схем специальных приспособлений для сборки и установки пакетов 14 в лонжерон 6 лопатки.The proposed methods for manufacturing a long hollow wide-chord fan blade are described above. Therefore, we supplement these descriptions only with a description of the schematic diagrams of special devices for assembling and installing
При одновременном сжатии всех гофров пакета 14 на величину δт собранный «гофр в гофр» пакет сжимают в специальном приспособлении (см. фиг. 7) между двух жестких параллельных плит 21 и 22. Плита 22жестко соединена с неподвижным основанием 23 приспособления. Плита 21 жестко закреплена на штоке 24 силового цилиндра 25, закрепленного на основании 23. Шток 24 смещается в направляющей 26, закрепленной на основании 23. Перемещение плиты 21 ограничено зазором 27 между плитой 21 и упорами 28, закрепленными на плите 23. Лонжерон 6 (см. фиг. 8) с вставленными в его щели 10 лентами 11 и 12 закреплен на основании 23 в таком положении, чтобы толкатель 29, жестко закрепленный на штоке 30 силового цилиндра 31 при подаче давления в цилиндр 31 выталкивал сжатый пакет 14 в щель 10, между лентой 11 и лентой - вставкой 12 до неподвижно закрепленного упора 32, открепляют лонжерон 6 и снимают его с упора 32 и затем пакет 14 окончательно заталкивают в лонжерон 6.With the simultaneous compression of all the corrugations of the
Последовательное сжатие гофров пакета 14 друг за другом на одну и ту же величину δт, начиная с вершины гофра, расположенной у его конца, или, начиная с центральной вершины гофра, смещаясь от вершины гофра к вершине к его концам, осуществляют в специальном приспособлении (см. фиг. 9). Сжатие каждого гофра пакета 14 осуществляется с помощью ходового винта 33 с микрометрической резьбой и ползуна 34, смещающегося в направляющей 35. Величина сжатия каждого гофра δт ограничена величиной зазора 36. Выталкивание сжатого пакета 14 в щель 10, между лентой 11 и лентой - вставкой 12 производиться аналогично предыдущему случаю (см. фиг. 8).Sequential compression of the corrugations of the
Последовательное сжатие гофров пакета 14 на одну и ту же величину δт, при котором достигается одинаковость сил, сжимающих гофры, выполняется также в приспособлении (фиг. 9).Sequential compression of the corrugations of the
Изготовление предлагаемых лопаток специально не описывается, так как оно описано выше в описании способов.The manufacture of the proposed blades is not specifically described, as it is described above in the description of the methods.
Энергия колебаний и удара лопатки рассеивается в основном за счет работы сил сухого трения на упругих проскальзываниях вершин гофров пакетов 14 по лентам 11 и 12 (см. фиг. 3), а также за счет упругих взаимных проскальзываний с сухим трением гофрированных лент 15 пакетов 14 и в контакте отогнутых концов лент 11 и 12 и за счет аэродинамического демпфирования лопатки в газовом потоке.The energy of vibrations and impact of the blade is dissipated mainly due to the work of the dry friction forces on the elastic slippage of the corrugation tops of
Демпфер предлагаемых лопаток - два пакета 14, работает в режиме двустороннего упругогистерезисного упора при одновременном воздействии на него центробежных сил, создаваемых массами пакетов, постоянных нагрузок, созданных при сборке пакетов, постоянных и динамических сжимающих, изгибающих и скручивающих нагрузок, действующих на него на рабочих режимах лопатки.The damper of the proposed blades - two
Какие преимущества дает работа демпфера в режиме двустороннего упругогистерезисного упора рассмотрено ниже.What are the benefits of the damper in the bilateral elastic hysteresis stop mode discussed below.
При одновременном сжатии пакета 14 при сборке (см. фиг. 5) на каждую j-ую половину гофра действует продольная силаWith simultaneous compression of
где j - номер половин гофра, отсчитываемый от крайней половины гофра к средней, Рj - сила, действующая на j-ый гофр в радиальном направлении, и μ - коэффициент трения скольжения.where j - number corrugation halves, measured at half of the corrugation to the average, F j - force acting on the j-th corrugation in the radial direction, μ - the coefficient of sliding friction.
Из формулы видно, что продольная сила, которую должен преодолеть j-ый гофр пакета 14, чтобы его вершина сместилась относительно плиты 21 или 22, возрастает от крайних гофров к среднему (в этом и состоит эффект «накопления (суммирования) действия сил сухого трения». Именно из-за действия этого эффекта при одновременном сжатии гофров пакета 14 на одну и ту же величину деформации жесткости гофров пакета 14 получаются неодинаковыми и возрастают от крайних гофров к среднему.It can be seen from the formula that the longitudinal force that the jth corrugation of
Даже в случае, когда пакеты 14 собираются по способу п. 11 формулы изобретения и жесткости всех гофров пакета 14 после сборки одинаковы при действии статических и динамических нагрузок жесткости гофров становятся снова разными вследствие действия эффекта «накопления». Но действие этого эффекта в этом случае значительно слабее, чем в случае сборки пакета 14 по способу п. 9 формулы изобретения, и разница в жесткостях гофров, появляющаяся на рабочих режимах двигателя в этом случае существенно меньше.Even in the case when the
Ряд преимуществ предлагаемых длинных пустотелых широкохордных лопаток вентилятора и способов их изготовления рассмотрены выше.A number of advantages of the proposed long hollow wide-chord fan blades and methods for their manufacture are discussed above.
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 и ножек 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 and legs of the blades, reduce the gaps between the blades and the body, reduce the number of stupas her fan.
Демпфер предлагаемой длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора обладает очень высокими демпфирующими свойствами. Так при работе его на циклическое сжатие в режиме двустороннего упора его максимальный коэффициент рассеивания Ψmах - 3,5÷4,0 (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., рис. 2л и 50).The damper of the proposed long hollow wide-chord fan blade has very high damping properties. So when working on cyclic compression in the double-sided stop mode, its maximum dispersion coefficient - max is 3.5 ÷ 4.0 (see Eskin I.D. Study of the generalized elastic-friction characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: dis ... Cand. Tech. Sciences / I.D. Eskin. - Kuibyshev: KuAI, 1973.- 150 p., Fig. 2l and 50).
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 существенного сокращения объемов дорогостоящего натурного эксперимента за счет решения целого ряда вопросов проведением более дешевого виртуального эксперимента на ЭВМ. И дальнейшее совершенствование методов расчета в нашей отрасли знаний во многом состоит в том, чтобы не только всемерно использовать эти программы, но и развивать их таким образом, чтобы они становились совместимыми с базами данных наших задач и годились для решения самых сложных задач механики.At present, in our opinion, progress in computer technology, manifested, first of all, 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, for example, the finite element method (FEM) accurately modeling the nodes of turbomachines, accumulated knowledge in the field of structural damping, sufficient to develop highly effective special damping devices oystv for damping vibrations of rotor blades of turbomachines, made it possible to significantly reduce the amount of expensive full-scale experiment by addressing a number of issues holding cheaper virtual experiment on the computer. And further improvement of the calculation methods in our industry of knowledge consists largely of not only making full use of these programs, but also developing them in such a way that they become compatible with the databases of our problems and are suitable for solving the most complex problems of mechanics.
Так в настоящее время могут быть построены физические модели процесса сборки предлагаемого демпфера и его одновременного нагружения центробежными силами, создаваемыми массами пакетов 14, постоянными нагрузками, созданными при сборке пакетов, постоянными и динамическими сжимающими, изгибающими и скручивающими нагрузками, действующими на него на рабочих режимах лопатки, и исследована динамика системы «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер» при ударе и колебаниях и определены оптимальные и конечные настройки этой системы (см. ниже) 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 by centrifugal forces created by the masses of
Обсудим известные полезные результаты исследования систем конструкционного демпфирования и дадим ряд рекомендаций, позволяющие, по нашему мнению, прояснить некоторые вопросы методологии проведения виртуального эксперимента и очень существенно сократить его объем.We will discuss the known useful results of the study of structural damping systems and give a number of recommendations that, in our opinion, will clarify some issues of the methodology for conducting a virtual experiment and greatly reduce its volume.
Более точное решение работы (см. Эскин И.Д. Циклическое сжатие многослойного многопролетного гофрированного пакета / И.Д. Эскин, Р.И. Алкеев, В.И. Иващенко // Вестник СГАУ. - №1 (39), 2013. - С. 178-191) может быть использовано для разработки описания процесса сборки демпфера в лонжерон 6 (см. фиг. 3) по способам п.п. 10 и 11 формулы изобретения и по способу п. 9 формулы изобретения в случае, когда в лонжерон 6 устанавливают пакеты 14 с числом гофров в каждом пакете m<10 и гофры каждого пакета сжимаются одновременно на заданную величину деформации δт.A more accurate solution to the work (see Eskin I.D. Cyclic compression of a multilayer multi-span corrugated package / I.D. Eskin, R.I. Alkeev, V.I. Ivaschenko // Bulletin of SSAU. - No. 1 (39), 2013. - S. 178-191) can be used to develop a description of the assembly process of the damper into the spar 6 (see Fig. 3) according to the methods of
Более простое приближенное решение этой задачи (см. Эскин И.Д. Экспериментальные и расчетные исследования моделей циклического сжатия многослойного многопролетного гофрированного пакета / И.Д. Эскин, Р.И. Алкеев, В. И. Иващенко // Вестник СГАУ. - №1 (39), 2013. - С. 192-200.) может быть использовано для разработки описания процесса сборки демпфера в лонжерон 6 по способу п. 9 формулы изобретения в случае, когда в лонжерон 6 устанавливают пакеты 14 с числом гофров в каждом пакете m≥10 и гофры каждого пакета сжимаются одновременно на заданную величину деформации δт.A simpler approximate solution to this problem (see I. Eskin. Experimental and computational studies of the cyclic compression models of a multilayer multi-span corrugated packet) / I. D. Eskin, R. I. Alkeev, V. I. Ivaschenko // Bulletin of SSAU. - No. 1 (39), 2013. - P. 192-200.) Can be used to develop a description of the process of assembling the damper into the
Вполне возможно, что благодаря очень высоким упругогистерезисным свойствам предлагаемого демпфера, а также тому факту, что с ростом номера формы колебаний хотя и растет динамическая жесткость лопатки, но соответственно растет и жесткость демпфера и стержня, на который он опирается, определение размерных параметров демпфера таким образом, чтобы обеспечивались требуемые оптимальная и конечная настройки системы «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер» для первой формы колебаний лопатки, может оказаться вполне удачным и для эффективного гашения в рабочем диапазоне более высоких опасных форм ее колебаний.It is quite possible that due to the very high elastic-hysteresis properties of the proposed damper, as well as to the fact that, as the vibrational shape number increases, although the dynamic stiffness of the blade increases, the stiffness of the damper and the rod on which it rests also increases, determining the dimensional parameters of the damper in this way in order to ensure the required optimal and final settings of the “hollow wide-chordate blade - damper” system for the first form of blade vibrations, it may turn out to be quite successful for efficient th quenching in a working range of higher dangerous forms of its oscillations.
Поэтому в виду большой трудоемкости 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 на первом этапе виртуального эксперимента выделить в отдельное самостоятельное исследование, и оно может дать очень важные практические результаты.Therefore, in view of the great complexity of solving 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 the blade vibrations is realized should be separated into a separate stage at the first stage of the virtual experiment independent research, and it can give very important practical results.
Хотя каждый пакет 14 предлагаемого демпфера относится к системам с изменяющимися за цикл нагружения силами трения на ее контактных поверхностях, и для него принцип Майзинга не справедлив, 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 и для таких пакетов, набранных «гофр в гофр» из гофрированных лент с пологими гофрами, при их циклическом сжатии в режиме двустороннего упругогистерезисного упора принцип Майзинга приближенно выполняется в диапазоне деформаций, где упругогистерезисные петли упора еще не имеют «хвостов». Следовательно, для задания поля упругогистерезисных петель предлагаемого демпфера и построения любого процесса нагружения в этом поле при его циклическом сжатии достаточно задания полного повторного или начального процесса нагружения. Формулы для определения любого повторного процесса нагружения для систем конструкционного демпфирования, для которых справедлив принцип Майзинга, см. эту работу. Под полным процессом нагружения здесь понимается процесс, при котором демпфер проходит все этапы расслоения, включая и этап, на котором демпфер деформируется, как полностью расслоенный.Although each
Кроме того, в этой работе, и в исследованиях Эскина И.Д., Сусликова В.И. и Алкеева Р.И. показано, что многопролетные гофрированные пакеты, набранные из гофрированных лент с пологими гофрами, в диапазоне деформаций, где петли гистерезиса пакетов не имеют «хвостов», при циклическом сжатии пакетов в режимах одностороннего и двустороннего упора при одинаковом числе гофров в пакете m приближенно подобны по упругофрикционным свойствам, т.е. УФХ каждого из этих упоров в критериальных координатах n-ξ описываются единственным обобщенным полем упругогистерезисных петель. Причем для построения обобщенного поля пакетов, работающих в режиме двустороннего упругогистерезисного упора и построения любого нагрузочного процесса в этом поле 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 Ρ - циклическая сила, действующая на пакет, T - 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 addition, in this work, and in the studies of Eskin I.D., Suslikova V.I. and Alkeeva R.I. It is shown that multi-span corrugated packets drawn from corrugated tapes with gentle corrugations in the deformation range where the hysteresis loops of the packets do not have “tails” during cyclic compression of the packets in the unilateral and bilateral stop modes with the same number of corrugations in the packet m are approximately similar in elastic friction properties, i.e. The UVCs of each of these stops in the criterial coordinates n-ξ are described by a single generalized field of elastic hysteresis loops. Moreover, to construct a generalized field of packets operating in the bilateral elastic hysteresis stop mode and to construct any loading process in this field, it is 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 Ρ 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, да и сама лопатка без демпфера может деформироваться по нагрузочным и разгрузочным процессам, отличающимся законом деформирования. Поведение системы «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер» при ее динамическом нагружении в составе изделия не изучено. Но при этом на основании вышеизложенных результатов у нас появляется уверенность в целесообразности при проведении виртуального эксперимента проверки 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, and even the blade itself can be deformed by loading and unloading processes, which differ in the law of deformation. The behavior of the system “hollow broad-chordate blade - damper” during its dynamic loading as a part of the product has not been studied. But at the same time, on the basis of the above results, we gain confidence in the feasibility of conducting a virtual experiment to verify 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 elasto-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 или их части окажется справедливым или приближенно справедливым принцип Майзинга.One can also make an even more bold assumption that for each of these fields or their part, the Meising principle will be valid or approximately fair.
Доказательство справедливости этих гипотез позволит совершенно замечательно сократить объем виртуального эксперимента по исследованию динамики системы «пустотелая широкохордная лопатка - демпфер», и уже сейчас эту задачу можно теоретически решить и провести ее расчетное исследование.The proof of the validity of these hypotheses will make 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 already now this problem can be theoretically solved and its design study can be carried out.
В работе (см. Эскин И.Д. Исследование обобщенных упругофрикционных характеристик демпферов и амортизаторов авиационных двигателей: приложение к дис… канд. тех. наук/ И.Д. Эскин. - Куйбышев: КуАИ, 1973. - 315 с. ) на примере вынужденных колебаний системы с распределенными параметрами со средоточенным демпфированием показано, что зависимости σmax*(K,β), построенные для каждой формы колебаний, имеют минимум. Здесь σmax *=σmах/σд - безразмерное относительное максимальное напряжение системы (настройка системы), σд - допустимое напряжение системы, К - безразмерная относительная жесткость системы и β=F/Τ - безразмерная относительная амплитуда возбуждающей силы, где F - амплитуда возбуждающей силы, действующей на систему. Причем размерные параметры демпфирующего устройства определяются по двум настройкам системы - оптимальной и предельной, определяемым по зависимости σmax *(K,β). В работе показано, что минимальное значение настройки может лежать в опасной близости к зоне неустойчивой работы системы, в которой незначительное изменение параметра β приводит к недопустимому росту σmax *. Так как во многих системах конструкционного демпфирования обобщенная сила трения Т - прямо пропорциональна коэффициенту трения μ на контактных поверхностях демпфирующего устройства и нагрузке, сдавливающей эти поверхности, а случайные небольшие изменения величины этих параметров в эксплуатации могут произойти в любой момент, в этой работе предложено в отличие от других работ, где за оптимальную настройку системы всегда выбирается минимальное значение максимального напряжения системы, в качестве оптимальной настройки системы выбирать настройку σmax *, обеспечивающую достаточный гарантийный запас по безопасной устойчивой работе системы и достаточный или возможно больший ресурс ее работы.In the work (see Eskin I.D. Study of the generalized elastic-frictional characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: an appendix to the disc ... Candidate of Technical Sciences / I.D. Eskin. - Kuibyshev: KuAI, 1973. - 315 pp.) By the example Forced oscillations of a system with distributed parameters with focused damping, it is shown that the dependences σ max * (K, β) constructed for each vibration form have a minimum. Here, σ max * = σ max / σ d is the dimensionless relative maximum voltage of the system (system setting), σ d is the permissible voltage of the system, K is the dimensionless relative rigidity of the system, and β = F / Τ is the dimensionless relative amplitude of the exciting force, where F is the amplitude of the exciting force acting on the system. Moreover, the dimensional parameters of the damping device are determined by two system settings - optimal and ultimate, determined by the dependence σ max * (K, β). It is shown in the work that the minimum setting value can lie dangerously close to the zone of unstable operation of the system, in which a slight change in the parameter β leads to an unacceptable increase in σ max * . Since in many systems of structural damping the generalized friction force T is directly proportional to the coefficient of friction μ on the contact surfaces of the damping device and the load compressing these surfaces, and random small changes in the magnitude of these parameters in operation can occur at any time, in this paper, in contrast from other works, where the minimum value of the maximum voltage of the system is always selected for the optimal system setting, as the optimal system setting, select s setting σ max *, provides sufficient security margin of safety and stable operation of the system is sufficient or possibly longer life of her work.
Заметим, что эта оптимальная настройка не всегда совпадает с минимальной величиной максимального напряжения системы.Note that this optimal setting does not always coincide with the minimum value of the maximum system voltage.
В качестве предельной настройки выбирается та из настроек σmах *=1, в направлении которой при эксплуатации системы по кривой или кривым σmax *(K,β) смещается текущая рабочая настройка системы.As the limit setting, one of the settings σ max * = 1 is selected, in the direction of which during operation of the system, the current operating system setting is shifted along the curve or curves σ max * (K, β).
Задача о вынужденных колебаниях системы «длинная пустотелая широкохордная лопатка - демпфирующее устройство» намного сложнее рассмотренной в работе Эскина, но зависимости настроек этой системы от параметра β, построенные при различных законах изменения безразмерных параметров, от которых зависит эта зависимость, будут также иметь минимум и принцип выбора оптимальной и конечной настроек системы сохранится.The problem of forced oscillations of the “long hollow wide-chordate blade - damping device” system is much more complicated than that examined by Eskin, but the dependences of the settings of this system on the parameter β, constructed under various laws of variation of the dimensionless parameters on which this dependence depends, will also have a minimum and principle choosing the optimal and final system settings will be saved.
Рекомендуется на первом этапе исследования задачу о вынужденных колебаниях системы «длинная пустотелая широкохордная лопатка - демпфирующее устройство» решать методом МКЭ с учетом действия центробежных сил и температуры для наиболее нагруженной лопатки вентилятора в диапазоне частот, где реализуется первая форма колебания лопатки. По результатам решения для первой формы колебания лопатки должны быть построены зависимости σmаx *(β) для различных элементов лопатки, изготовленных из разных материалов, при различных законах изменения безразмерных параметров, от которых зависят эти зависимости (для различных компоновок лопатки). Здесь σmах *=σmах/σ-1⋅nз, где σmах - главное максимальное напряжение элемента лопатки, σ-1 - предел длительной прочности материала элемента лопатки, n3 - коэффициент запаса прочности лопатки. Вопрос о рациональном выборе обобщенной силы трения Т, относительных жесткостей элементов лопатки может быть успешно решен при решении этой задачи.It is recommended that, at the first stage of the study, the problem of forced vibrations of the “long hollow wide chordate blade - damping device” system be solved by the FEM method taking into account the action of centrifugal forces and temperature for the most loaded fan blade in the frequency range where the first form of blade vibration is realized. According to the results of the solution for the first form of blade vibration, the dependences σ max * (β) should be constructed for various elements of the blade made of different materials, with different laws of variation of the dimensionless parameters on which these dependencies depend (for different layouts of the blade). Here, σ max * = σ max / σ -1 ⋅n s , where σ max is the main maximum stress of the blade element, σ -1 is the tensile strength of the material of the blade element, n 3 is the safety factor of the blade. The question of a rational choice of the generalized friction force T, the relative stiffnesses of the blade elements can be successfully solved in solving this problem.
По этим зависимостям определяются оптимальная компоновка лопатки и оптимальная и предельные настройки, а по ним - размерные параметры лопатки и демпфирующего устройства, обеспечивающие эти настройки системы в работе турбомашины.Based on these dependencies, the optimal layout of the blade and the optimal and limit settings are determined, and from them the dimensional parameters of the blade and damping device that ensure these system settings in the operation of the turbomachine are determined.
В заключение отметим, что к преимуществам предлагаемой пустотелой лопатки можно также отнести высокую стабильность при наработке УФХ демпфера, обеспеченную большой упругой деформацией гофров при сборке его пакетов.In conclusion, we note that the advantages of the proposed hollow blade can also include high stability during operating time of the UVC damper, provided by a large elastic deformation of the corrugations during assembly of its packages.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016122811A RU2626523C1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016122811A RU2626523C1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2626523C1 true RU2626523C1 (en) | 2017-07-28 |
Family
ID=59632420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016122811A RU2626523C1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2626523C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661439C1 (en) * | 2017-10-23 | 2018-07-16 | Николай Борисович Болотин | Fan blade of gas turbine engine |
| RU2667220C1 (en) * | 2017-10-24 | 2018-09-17 | Николай Борисович Болотин | Fan blade of gas turbine engine |
| RU2675161C1 (en) * | 2017-10-24 | 2018-12-17 | Николай Борисович Болотин | Gas turbine engine fan blade |
| RU2726955C1 (en) * | 2019-07-11 | 2020-07-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Long hollow wide-chord fan of aircraft trdd fan and method of its manufacturing |
| RU2727314C1 (en) * | 2019-10-04 | 2020-07-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Aircraft turbojet engine fan rotor with long wide-chord hollow blades with dampers |
| RU2736388C1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-11-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Long hollow wide-arm fan blade of aircraft bypass turbojet engine and method of its manufacturing |
| RU225855U1 (en) * | 2024-02-29 | 2024-05-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Nozzle blade of a gas turbine engine with vibration damping system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU641129A1 (en) * | 1976-03-03 | 1979-01-05 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Имени Академика С.П.Королева | Turbomachine blade |
| EP1568486A1 (en) * | 2004-02-26 | 2005-08-31 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Method for manufacturing of workpieces or semifinished products containing titanium aluminide alloys and products made thereby |
| RU2382911C1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Fan hollow blade |
| WO2012101356A1 (en) * | 2011-01-24 | 2012-08-02 | Snecma | Method for producing a metal reinforcement |
-
2016
- 2016-06-08 RU RU2016122811A patent/RU2626523C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU641129A1 (en) * | 1976-03-03 | 1979-01-05 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Имени Академика С.П.Королева | Turbomachine blade |
| EP1568486A1 (en) * | 2004-02-26 | 2005-08-31 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Method for manufacturing of workpieces or semifinished products containing titanium aluminide alloys and products made thereby |
| RU2382911C1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Fan hollow blade |
| WO2012101356A1 (en) * | 2011-01-24 | 2012-08-02 | Snecma | Method for producing a metal reinforcement |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661439C1 (en) * | 2017-10-23 | 2018-07-16 | Николай Борисович Болотин | Fan blade of gas turbine engine |
| RU2667220C1 (en) * | 2017-10-24 | 2018-09-17 | Николай Борисович Болотин | Fan blade of gas turbine engine |
| RU2675161C1 (en) * | 2017-10-24 | 2018-12-17 | Николай Борисович Болотин | Gas turbine engine fan blade |
| RU2736388C1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-11-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Long hollow wide-arm fan blade of aircraft bypass turbojet engine and method of its manufacturing |
| RU2726955C1 (en) * | 2019-07-11 | 2020-07-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Long hollow wide-chord fan of aircraft trdd fan and method of its manufacturing |
| RU2727314C1 (en) * | 2019-10-04 | 2020-07-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Aircraft turbojet engine fan rotor with long wide-chord hollow blades with dampers |
| RU225855U1 (en) * | 2024-02-29 | 2024-05-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Nozzle blade of a gas turbine engine with vibration damping system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2626523C1 (en) | Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture | |
| CN102112702B (en) | Vibration damper device for turbomachine blade attachments, associated turbomachine and associated engines | |
| Cigeroglu et al. | A microslip friction model with normal load variation induced by normal motion | |
| RU2622682C1 (en) | Hollow wide-chord blade of the fan and method of its manufacture | |
| Çallioğlu et al. | Stress analysis of functionally graded discs under mechanical and thermal loads | |
| Mohan et al. | Vibration analysis of a steam turbine blade | |
| RU2726955C1 (en) | Long hollow wide-chord fan of aircraft trdd fan and method of its manufacturing | |
| Temis et al. | Finger seal design based on fluid-solid interaction model | |
| RU2665789C2 (en) | Rotor of aircraft gas-turbine engine compressor with twin of blisks and twin of blisk with classic impeller and with twin of classic impeller with impeller with fourth-to-sixth stage with devices for damping vibrations of workers of these clips and impellers, fan rotor and booster rotor with device for damping of vibrations of working wide chord blades of fan, twin assembly method with damper device | |
| Kim et al. | Design Optimization of Gas Foil Thrust Bearings for Maximum Load Capacity | |
| RU2662755C2 (en) | Place of mounting of working blades of booster rotors and compressor of aviation engines of fifth generation; booster rotor and rotor of high pressure compressor of first generation aviation engine, with working blades, fixed with help of swallowtail type locks in ring grooves of these devices; method of assembling place of mounting working blades of booster rotors and compressor | |
| Chetry et al. | A Numerical Model for Rotational Autofrettage of Disks Based on von Mises Yield Criterion and its Application in Strengthening Flanged Disks Used for Joining High-Pressure Pipelines | |
| RU2663559C1 (en) | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine | |
| RU2663609C1 (en) | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine | |
| RU2661437C1 (en) | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine | |
| Shahriari et al. | Stress analysis of the rotating carbon-carbon composite disk of an axial compressor | |
| Fish et al. | Tailoring concepts for improved structural performance of rotorcraft flexbeams | |
| RU2727314C1 (en) | Aircraft turbojet engine fan rotor with long wide-chord hollow blades with dampers | |
| Wang et al. | Strength and dynamic characteristics analyses of wound composite axial impeller | |
| RU2736388C1 (en) | Long hollow wide-arm fan blade of aircraft bypass turbojet engine and method of its manufacturing | |
| Rzadkowski et al. | Numerical Modelling of fluid-structure interaction in a turbine stage for 3D viscous flow in nominal and off-design regimes | |
| Chen et al. | Stresses in rotating cross-ply laminated hollow cylinders with arbitrary thickness | |
| Narkhede et al. | Design and analysis of turbine blade of engine-a review | |
| Szwedowicz et al. | Scaling Concept for Axial Turbine Stages With Loosely Assembled Friction Bolts: The Linear Dynamic Assessment—Part I | |
| Wang et al. | Dynamic characteristics of blade with viscoelastic damping block based on complex eigenvalue method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180609 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210615 |